Энергонезависимая FRAM память
Оглавление
14 марта 2007, 19:44  

Энергонезависимая FRAM память


Энергонезависимая память RAMTRON

Немного истории

Появлению энергонезависимой памяти FRAM предшествовал ряд открытий. Начало было положено в далеком 1756 году, когда Франц Ульрих Теодор Эпинус - немецкий ученый, принявший российское подданство, открыл полярную электризацию турмалина при нагревании (пироэлектричество). Кристаллы турмалина электролизуются при нагревании, трении, давлении, причем один конец кристалла заряжается положительно, другой — отрицательно. В 1881 году, французские физики братья Жак и Пьер Кюри открыли присутствие пьезоэлектричество в кристаллах (кварц, турмалин, топаз, борацит), а чуть позже электрическое расширение кварца. Температура, при которой исчезает спонтанная поляризация и происходит перестройка кристаллической решетки носит название точки Кюри, переход через точку Кюри означает фазовый переход, а соответствующие фазы обозначаются как полярная (сегнетоэлектрик) и неполярная (параэлектрик). FRAM В 20-х годах прошлого века Дж. Валашек в США, И.В.Курчатов со своими сотрудниками в СССР и Г.Буш в Швейцарии показали, что в некоторых ионных кристаллах электрическая поляризация может возникать в отсутствие внешнего электрического поля. Это физическое явление было обнаружено впервые в кристаллах сегнетовой соли (при температурах от –18 до +24 oС) и назвали его сегнетоэлектричеством. В зарубежной литературе это явление называют ферроэлектричеством (по формальной аналогии с давно известным феноменом ферромагнетизма). В 1945 году Б.М. Вул и И.М. Гольдман открыли еще один сегнетоэлектрик - титанат бария (BaTiO3), в отличии от предыдущих сегнеэлектриков его свойства в точке Кюри меняются не плавно, а скачком. И наконец, переходя к современности, используя все известные свойства сегнеэлектриков и современные технологии в 1993 году компания Ramtron cоздает первое сегнетоэлектрическое ОЗУ пригодное для коммерческого использования.

Принцип работы FRAM

Работа запоминающей ячейки FRAM основана на том, что внешнее электрическое поле перемещает центральный атом сегнетоэлектрического кристалла в одно из двух стабильных положений. 2T/2C Все это сопровождается спонтанной поляризацией, которая характеризуется петлей гистерезиса. Существуют два порога напряжения, при достижении которых можно изменить направление поляризации на противоположное. Если электрическое поле отведено от кристалла, то центральный атом остается в том же положении, определяя состояние памяти. Поэтому, FRAM не нуждается в регенерации, и после отключения питания сохраняет свое содержимое. FRAM-технология совместима со стандартной промышленной технологией КМОП. Сегнетоэлектрическая тонкая пленка размещена над основными КМОП слоями и сжата между двумя электродами. Сама пленка создается на основе сплавов окислов металлов титана, циркония, свинца. Первоначальная архитектура FRAM представляла два транзистора и два конденсатора (2T/2C), что приводило к относительно большим размерам ячейки памяти. Последующие улучшения сегнетоэлектрических материалов и технологии позволили избавиться от необходимости применения опорного конденсатора в каждой ячейки массива сегнетоэлектрической памяти. Новая архитектура (один транзистор и один конденсатор) работает подобно DRAM. Один конденсатор используется в качестве общего опорного для каждого столбца массива памяти, позволяя в два раза уменьшить размер ячейки по сравнению с архитектурой 2T/2C. 1T/1C Кроме этого новая архитектура улучшает влияние кристалла и уменьшает стоимость FRAM-памяти. Кроме этого себестоимость ячеек FRAM памяти снижается за счет уменьшения шага технологичческой сетки. Переход на 0.35мкм технологию позволил снизить потребляемую мощность и увеличить размер матрицы по сравнению с предшествующими поколениями FRAM памяти, выполненных по 0.5 мкм технологии. Ближайшая перспектива совершенствования архитектуры FRAM-памяти - использование архитектуры 1Т/1С, но с размещением сегнетоэлектрического конденсатора над транзистором. Это будет способствовать уменьшению размеру ячеек памяти и переходу на шаг технологической сетки до 0.1мкм. Возможно единственным недостатком этой технологии является ограниченный объем памяти, но нет сомнений, что и он будет преодолен.

Преимущества FRAM и сравнительные характеристики

  • Информация при выключении питания не стирается
  • Длительность циклов записи и чтения одинакова
  • Не требуется цикл стирания заменяемых данных
  • Меньшее энергопотребление
  • Большой ресурс по записи, до 1016
  • Типы корпусов соответствуют стандарту JEDEC
  • Промышленные стандарты назначения выводов
  • Лучшая устойчивость к внешним воздействиям
  • Сравнение с другими видами памяти
    Производитель Наименование Ток хранения Ток актив. Ресурс циклов (R/RW) Время записи байта Время записи массива
    Ramtron FM24C16 10 мкА 150 мкА 1E10 72 мкс 47 мс
    Atmel AT24C16 18 мкА 3 мА 1E6 10 мс 1.3 сек
    ST ST24C16 300 мкА 2 мА 1E6 10 мс 1.3 сек
    Microchip 24AA16 100 мкА 3 мА 1E6 10 мс 1.3 сек
    Xicor X24C16 150 мкА 3 мА 1E5 10 мс 1.3 сек
    сравнительные характеристики FRAM, EEPROM, FLASH
    FRAM с интерфейсом I2C
    Наименование Объем Скорость шины Питание Корпус
    FM24C256 256Kb 1MHz 5V 1.2mA SOP-8
    FM24C64 64Kb 1MHz 5V 1.2mA SOIC-8 DIP-8
    FM24CL64 64Kb 1MHz 2.7-3.6V 400uA SOIC-8 DFN-8
    FM24CL16 16Kb 1MHz 2.7-3.6V 400uA SOIC-8 DFN-8
    FM24C16A 16Kb 1MHz 5V 1.0mA SOIC-8 DIP-8
    FM24CL04 4Kb 1MHz 2.7-3.6V 300uA SOIC-8
    FM24C04A 4Kb 1MHz 5V 1.0mA SOIC-8 DIP-8
    FM24C512 512Kb 1MHz 5V 1.5mA SOP-8
    FRAM с интерфейсом SPI
    Наименование Объем Скорость шины Питание Корпус
    FM25256 256Kb 15MHz 4.0V-5.5V 5mA SOIC-8
    FM25L256 256Kb 25MHz 2.7/3.0-3.6V 6mA SOIC-8 DFN-8
    FM25CL64 64Kb 20MHz 2.7-3.6V 10mA SOIC-8 DFN-8
    FM25640 64Kb 5MHz 5V 3.0mA SOIC-8 DIP-8
    FM25L16 16Kb 18MHz 2.7-3.6V 5.5mA SOIC-8 DFN-8
    FM25C160-GA 16Kb 15MHz 5V 6.5mA SOIC-8
    FM25C160 16Kb 20MHz 5V 8mA SOIC-8 DIP-8
    FM25L04 4Kb 14MHz 2.7V-3.6V 3.0mA SOIC-8 DFN-8
    FM25040A 4Kb 20MHz 5v 8mA SOIC-8 DIP-8
    FM25L512 512Kb 20MHz 3.0-3.6V 12mA TDFN-8
    FRAM с параллельным интерфейсом SPI
    Наименование Объем Скорость шины Питание Корпус
    FM20L08 128Kb x 8 60ns 3.3V +10%, -5% 22mA TSOP-32
    FM1808 32Kb x 8 70ns 5V 25mA SOIC-28, DIP-28
    FM18L08 32Kb x 8 70ns 3.0-3.6V 15mA SOIC-28, DIP-28, TSOP-32
    FM1608 8Kb x 8 120ns 5V 15mA SOIC-28, DIP-28
    FM22L16 256Kb x 16 55ns 2.7-3.6V 18mA 44-pin TSOP-II

    Варианты приложений: Поблочная защита от записи

    применение FRAM

    Варианты приложений: Интерфейс CPU8052 - FRAM 64k

    применение FRAM

    [216] [217] [218] [219] [220] [221] [222] [223] [224] [225]
    ноябрь 2006 г.
    пн вт ср чт пт сб вс
    1 2 3 4 5
    6 7 8 9 10 11 12
    13 14 15 16 17 18 19
    20 21 22 23 24 25 26
    27 28 29 30

    декабрь 2006 г.
    пн вт ср чт пт сб вс
    1 2 3
    4 5 6 7 8 9 10
    11 12 13 14 15 16 17
    18 19 20 21 22 23 24
    25 26 27 28 29 30 31

    январь 2007 г.
    пн вт ср чт пт сб вс
    1 2 3 4 5 6 7
    8 9 10 11 12 13 14
    15 16 17 18 19 20 21
    22 23 24 25 26 27 28
    29 30 31

    февраль 2007 г.
    пн вт ср чт пт сб вс
    1 2 3 4
    5 6 7 8 9 10 11
    12 13 14 15 16 17 18
    19 20 21 22 23 24 25
    26 27 28

    март 2007 г.
    пн вт ср чт пт сб вс
    1 2 3 4
    5 6 7 8 9 10 11
    12 13 14 15 16 17 18
    19 20 21 22 23 24 25
    26 27 28 29 30 31

    апрель 2007 г.
    пн вт ср чт пт сб вс
    1
    2 3 4 5 6 7 8
    9 10 11 12 13 14 15
    16 17 18 19 20 21 22
    23 24 25 26 27 28 29
    30

    май 2007 г.
    пн вт ср чт пт сб вс
    1 2 3 4 5 6
    7 8 9 10 11 12 13
    14 15 16 17 18 19 20
    21 22 23 24 25 26 27
    28 29 30 31

    июнь 2007 г.
    пн вт ср чт пт сб вс
    1 2 3
    4 5 6 7 8 9 10
    11 12 13 14 15 16 17
    18 19 20 21 22 23 24
    25 26 27 28 29 30

    июль 2007 г.
    пн вт ср чт пт сб вс
    1
    2 3 4 5 6 7 8
    9 10 11 12 13 14 15
    16 17 18 19 20 21 22
    23 24 25 26 27 28 29
    30 31


    Page created in 0.05088 seconds