铁电存储器FRAM的FRAM技术

Ramtron的FRAM技术核心是铁电。这就使得FRAM产品既可以进行非易失性数据存储又可以像RAM一样操作。
F-RAM芯片包含一个锆钛酸铅[Pb(Zr,Ti)O3]的薄铁电薄膜，通常被称为PZT（如图1）。PZT 中的Zr/Ti原子在电场中改变极性，从而产生一个二进制开关。与RAM器件不同，F-RAM在电源被关闭或中断时，由于PZT晶体保持极性能保留其数据记忆。这种独特的性质让F-RAM成为一个低功耗、非易失性存储器。
当一个电场被加到铁电晶体时，中心原子顺着电场的方向在晶体里移动，当原子移动时，它通过一个能量壁垒，从而引起电荷击穿。 内部电路感应到电荷击穿并设置记忆体。移去电场后中心原子保持不动，记忆体的状态也得以保存。FRAM 记忆体不需要定时刷新，掉电后数据立即保存，它速度很快，且不容易写坏。
F-RAM、ROM都属于非易失性存储器，在掉电情况下数据不会丢失。新一代ROM，像EEPROM（可擦可编程只读存储器）和Flash存储器，可以被擦除，并多次重复编程，但它们需要高电压写入且写入速度非常慢。基于ROM技术的存储器读写周期有限（仅为1E5次），使它们不适合高耐性工业应用。
F-RAM比一般串口EEPROM器件有超过10,000倍的耐性，低于3,000倍的功耗和将近500倍的写入速度（图 2）。 F-RAM结合了RAM和ROM的优势，与传统的非易失存储器相比，具有高速、低功耗、长寿命的特点。
FRAM存储器技术和标准的CMOS制造工艺相兼容。铁电薄膜被放于CMOS base layers之上，并置于两电极之间，使用金属互连并钝化后完成铁电制造过程。
Ramtron 的FRAM 记忆体技术从开始到现在已经相当成熟。 最初FRAM 记忆体采用二晶体管/ 二电容器的( 2T/2C) 结构，导致元件体积相对较大。 最近发展的铁电材料和制造工艺不再需要在铁电存储器每一单元内配置标准电容器。 Ramtron 新的单晶体管/ 单电容器结构记忆体可以像DRAM一样进行操作，它使用单电容器为存储器阵列的每一列提供参考。与现有的2T/2C结构相比，它有效地把内存单元所需要面积减少一半。新的设计极大的改进了die leverage并且降低了FRAM存储器产品的生产成本。
Ramtron公司现采用0.35微米制造工艺，相对于现有的0.5微米的制造工艺而言，这极大地降低芯片功耗，提高了成本效率。
这些令人振奋的发展使FRAM在人们日常生活的各个领域找到了应用的途径。从办公复印机、高档服务器到汽车安全气囊和娱乐设备， FRAM 使一系列产品的性能得到改进并在全世界范围内得到广泛的应用。