新一代铁电存储器的发展势头正在形成

MVentures和imec.xpand以及韩国存储器制造商SK Hynix，Robert Bosch Venture Capital和TEL Venture Capital等企业和投资机构领导了对位于德累斯顿的Ferroelectric Memory的B系列投资，现有投资者eCapital也参与了本轮融资。

Ferroelectric Memory GmbH公司首席执行官Ali Pourkeramati表示，这笔资金将用于促进铁电存储器在三个领域的部署：嵌入式非易失性存储器、存储类存储器和存内计算应用程序。FMC计划扩大在德累斯顿的市场，并扩大其在美国和亚洲的国际业务。

“我们已经为所有应用创建了IP，” Pourkeramati告诉eeNews Europe。“我们正在与客户进行讨论。”

Pourkeramati表示，在嵌入式应用中，FeFET可以替代嵌入式闪存和MRAM（最小至7nm）。“我们也可以使用纳米线，因为该存储器基于氧化铪（hafnium oxide）。”

FMC的FeFET利用氧化铪的铁电特性（通常在CMOS中作为绝缘体进行部署）将标准CMOS晶体管转换为存储单元。它们还可以根据摩尔定律进行缩放，同时具有低功耗和温度稳定性的特点。与磁性RAM相比，这还提供了不需要在工厂中使用其他材料的优势。除了这些特性，FeFET还具有抗磁性和高抗辐射性。

该公司表示，其铁电非易失性存储器将用作物联网应用中的微控制器的片上存储器，这些微控制器用于从消费类产品到汽车和航空等整个行业领域。

他们指出，现有的非易失性存储器闪存实现起来很复杂，并且预计不会扩展到最先进的过程。相比之下，FMC的存储技术直接源自标准CMOS技术，并且在不占用许多额外掩模的情况下具有区域高效性。

该公司之前曾表示，我其非易失性存储技术以快1，000倍的速度和千分之一的功耗的特性，满足行业当前和未来需求，同时大大降低了制造成本。

FMC与德累斯顿的Globalfoundries合作，生产其早期的存储阵列和原型。公司的制造工艺通常采用40nm CMOS。Pourkeramati说。他进一步指出，FMC现在也在与亚洲多个晶圆代工合作，但拒绝透露公司名称。Pourkeramati说，亚洲的一家晶圆代工厂对提供FeFET作为嵌入式存储器选项的可能性特别感兴趣。“我们可以使用AI，CPU，GPU和移动应用处理器。”

FMC计划采用分层的知识产权方法推向市场。这将包括过程IP，设备IP和设计IP。

该路线图将于2023年首次面向消费类应用在28nm平面CMOS上使用FeFET存储器，随后是物联网和工业应用，然后是汽车应用。

Pourkeramati说，他对那些对FeFET技术的潜在影响有明显兴趣的投资者的战略性质感到满意。MVentures是性能材料公司默克（Merck）的风险投资部门。SK Hynix是存储器组件的领先供应商，TEL Ventures是东京电子有限公司的风险投资部门，东京电子有限公司是最大的半导体制造设备供应商之一。

延伸阅读：FeFET将改变下一代存储格局？

在所熟知的材料之中，铁电栅场效应晶体管（Ferroelectric gate field-effect transistors， FeFETs）做新一代闪存是很有前途的。

新一代铁电存储器的发展势头正在形成，这将改变下一代存储格局。

通常，铁电体与一种存储器类型——铁电存储器ferroelectric RAMs （FRAMs） 有关。20世纪90年代后期，由几家供应商推出的FRAM是低功耗、非易失性设备，但它们也仅限于小众应用，无法在130纳米以上扩展。

FRAM继续生产的同时，业界也在开发另一种类型的铁电存储器。FeFET及其相关技术没有使用传统FRAM使用的材料，而是利用氧化铪（也称为铁电铪氧化物）的铁电特性。（FeFET和逻辑晶体管FinFET不同）。

不过，就研发阶段而论，FeFET本身并不是一个新器件。对于FeFET，其主要原理是在现有的逻辑晶体管上采用基于氧化铪基的High-K（高K）栅电介质+Metal Gate（金属栅）电极叠层技术，然后将栅极绝缘体改性成具有铁电性质。得到的FeFET晶体管具有相同的结构，但是具有可扩展、低功率和非易失性等特性。从理论上讲，应该比当前的嵌入式闪存更好。

FRAM被广泛误解，因为铁电材料不是铁磁性的。FMC公司的Müller解释说：“铁电存储器仅使用电场来写入应用程序，没有电流流过。所有其他新出现的存储器，如电阻式RAM、相变存储器和MRAM都是通过驱动存储器单元的电流来写入的。

FRAM利用铁电晶体的铁电效应实现数据存储。铁电效应是指在铁电晶体上施加一定的电场时，晶体中心原子在电场的作用下运动，并达到一种稳定状态；当电场从晶体移走后，中心原子会保持在原来的位置。这是由于晶体的中间层是一个高能阶，中心原子在没有获得外部能量时不能越过高能阶到达另一稳定位置，因此FRAM保持数据不需要电压，也不需要像DRAM一样周期性刷新。由于铁电效应是铁电晶体所固有的一种偏振极化特性，与电磁作用无关，所以FRAM存储器的内容不会受到外界条件（诸如磁场因素）的影响，能够同普通ROM存储器一样使用，具有非易失性的存储特性和无限的耐用性，非常适合各种嵌入式芯片应用。

通常，FRAM由基于锆钛酸铅（PZT）的薄层铁电薄膜组成。Cypress说，PZT中的原子在电场中改变极性，从而形成功率高效的二进制开关。

然而，FRAM有一些问题。穆勒说：“经典的FRAM从材料的角度来看是异乎寻常的。由于只有平面电容器可以使用，传统的铁电薄膜不可扩展，FRAM还没有超出130纳米技术节点。这阻止了传统FRAM被广泛采用。”

由于FeFET与传统FRAM不同，支持者希望解决这些问题。几年前，这个行业偶然有了一个新的发现，即氧化铪中的铁电性质。研究人员发现，在掺杂氧化铪的过程中，晶相可以稳定。FMC公司称：“在这个晶相中，氧化铪的氧原子可以存在于两个稳定的位置，根据外加电场的极性向上或向下移动。”

氧化铪是一种广为人知的材料。一段时间以来，芯片制造商已经使用氧化铪作为28nm及以上逻辑器件中的高k /金属栅极结构的栅极堆叠材料。对于FeFET，主要是利用铁电铪氧化物的特性，而不是使用特殊材料创建新的器件结构。

例如，在FMC的技术中，最理想的是采用现有的晶体管。然后使用沉积工艺，将硅掺杂的氧化铪材料沉积到晶体管的栅极叠层中，产生铁电性质。FMC的方案也消除了对电容器的需求，使单晶体管存储单元或1T-FeFET技术成为可能。

Müller说：“在FeFET中，永久偶极子形成在本身内栅介质，将铁电晶体管的阈值电压分成两个稳定的状态，因此，二进制状态可以存储在FeFET中，就像在闪存单元中做的一样。”

从理论上讲，该技术是令人信服的。“每个尖端晶体管都有氧化铪。这是门电介质。如果巧妙地做到这一点，并改性氧化铪，实际上可以将逻辑晶体管转换为非易失性晶体管，而这种晶体管在断开电源时会失去一个状态。断电后仍然可以保持状态。”

FeFET仍处于研发阶段，尚未准备好迎接黄金时代。但如果确实有效的话，消费者在下一代的闪存世界中还有另一种选择。3D XPoint、FRAM、MRAM、ReRAM等也在备选之中。
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