针对低功耗应用的非易失性电阻式RAM技术

不久前，Dialog半导体公司与格芯（GLOBALFOUNDRIES）签订了协议，向其授权导电桥式随机存取存储器（Conductive Bridging RAM；CBRAM）技术。CBRAM属于通用的存储器技术，应用范围非常广，从可穿戴设备到智能手机等。其性能优势主要体现在低功耗。

CBRAM技术由Dialog于2020年收购的Adesto Technologies首创并获得专利。有了这项专利许可，格芯将在其22FDX平台上提供这种配置，并在未来几年将其扩展到其他平台。

存储器行业正在经历工业和技术层面的深刻发展。新的技术知识催生了NVM（非易失性存储器）元件在电阻上做了改变，并扩展了功能，以适用于光学和电气设备。CBRAM存储器是通过采用专利金属化技术，在标准CMOS互连金属层之间采用电介质叠层而创建的。CBRAM工艺改变了其存储单元的电阻，提供了更高的可靠性。

CBRAM技术

Dialog的CBRAM技术适用于像所有物联网解决方案一样要求低功耗的应用。应用范围包括从5G到人工智能，这些领域对读/写速度有很高要求，但同时要求降低生产成本。像工业应用这种需要对严苛环境有一定耐受能力的应用也偏爱使用该技术，该技术也可用于汽车行业。

近期，Dialog半导体公司工业应用IC副总裁Raphael Mehrbians在接受EE Times Europe采访时，分析了CBRAM的重要性，谈到了Dialog在收购Adesto之后采取的战略。与格芯的合作证明了该技术得以很好地使用。

与传统的嵌入式NVM不同，CBRAM技术不需要高电压来改变记忆单元状态。“这不仅使它能够集成到标准逻辑中，还意味着进出阵列的数据路径的电压相对较低。为了从存储器中读取数据，将低电压施加到选中的栅极，使用典型的传感技术即可提取记忆单元的电阻。” Mehrbians说。

CBRAM产品的截面展示了其易于在标准CMOS工艺中集成（图片来源：Dialog半导体公司）

该技术的主要电气特性可以总结如下：

CBRAM单元由1个选择的晶体管和1个可编程非易失性电阻组成。

CBRAM是一种电化学单元，它通过原子的电动运动来改变状态。

逻辑1由具有导通时的低电阻单元表示。

逻辑0由具有截止时的高电阻单元表示。

通过施加相反极性的电压脉冲将其编程为1和将其擦除为0。

高可靠性、100K 擦写次数、10年数据存储。

高热稳定性，兼容回流焊

写 @ <3V

读 @ <0.8V

正如Dialog所指出的，该技术的主要优势是功耗和成本。“CBRAM技术的固有特点是低电压和低功耗。对于需要低电压/低功耗NVM的嵌入式系统而言，这是很重要的优势。CBRAM简单的单元结构仅通过增加几道后道工序的掩膜即可方便地插入标准CMOS逻辑中，显著低于传统嵌入式闪存所需的数量。与其他NVM技术相比，后道工序的插入还提供了优越的可扩展性。”Mehrbians说。

CBRAM将于2022年在格芯的22FDX平台上作为嵌入式NVM选项提供投入生产。当电源断开时，像RAM（随机访问存储器）这样的易失性存储器会丢失它们存储的数据，而NVM会在电源断开后保存存储在其中的数据。

“传统嵌入式NVM的挑战包括：扩展到28nm以下的先进工艺节点、传统CMOS的成本显著增加、 以及在访问时间和功耗方面的性能。”Mehrbians说。

图2：CBRAM的工作原理（图片来源：Dialog半导体公司）

他补充说：“该技术适用的应用包括先进MCU、连接性产品和安全性应用。这些通常是更智能的终端设备所要求的，这些设备需要更多的智能（AI），以及安全性和先进通信协议，如NB-IoT。”

Dialog强调了嵌入式NVM与外部存储器相比的优势，主要是因为IO没有外露。在CBRAM中，实际上不可能通过物理分析来检测记忆单元的状态。此外，记忆单元的状态不受磁场和辐射的影响（图1和2）。

通过IP定制，客户可以修改CBRAM单元来优化他们的SoC设计，提高安全性，或者可以对单元进行调整以用于新的应用。

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