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拓扑与电路
★ 4.0
基于HZO的铁电存储器在不完全极化状态下的混合恢复策略
Hybrid Recovery Strategy for the Imprint Effect in HZO-based FeRAM Under Incomplete Polarization State
| 作者 | Chenyu Wang · Jiajie Yu · Shuming Guo · Xingcheng Jin · Minghao Zhao · Hongbo Li |
| 期刊 | IEEE Electron Device Letters |
| 出版日期 | 2025年8月 |
| 技术分类 | 拓扑与电路 |
| 相关度评分 | ★★★★ 4.0 / 5.0 |
| 关键词 | HZO基铁电随机存储器 不完全极化 印记效应 混合恢复策略 保留性能恢复 |
语言:
中文摘要
基于 HZO 的铁电随机存取存储器(FeRAM)在高速、低功耗应用中常处于不完全极化状态下工作。在此情况下,不完全极化会加剧由印记效应导致的器件退化。本研究提出了一种由高压单极脉冲和低压双极循环组成的混合恢复脉冲序列,以恢复 HZO 器件的保持性能。在脉冲驱动下,实现了氧空位的均匀再分布,且不增加击穿风险。对三维沟槽铁电电容器(3D - trench FeCAPs)的实验表明,通过混合恢复策略,剩余极化恢复率达 92.4%,优于传统双极循环。在 128 Kb 2T2C FeRAM 阵列中的验证显示,经过$2.5\times 10^{4}$个循环后,记忆窗口恢复效率达 92%,晶圆级测试证实了其性能稳定。该混合策略可有效恢复不完全极化状态下的印记效应,为人工智能和大数据应用中的高速 FeRAM 提供了可扩展的解决方案。
English Abstract
HZO-based FeRAM will often operate under an incomplete polarization state in the high-speed and low-power applications. Under such circumstance, incomplete polarization will exacerbate device degradation caused by the imprint effect. In this work, a hybrid recovery pulse sequence consisting of high-voltage unipolar pulses and low-voltage bipolar cycles is proposed to restore the retention performance of HZO devices. Under the drive of pulses, a uniform redistribution of oxygen vacancies was achieved without increasing the risk of breakdown. Experiments on 3D-trench FeCAPs demonstrate 92.4% recovery of remnant polarization through hybrid recovery strategy, outperforming conventional bipolar cycles. Validation in 128 Kb 2T2C FeRAM arrays achieves 92% memory window recovery efficiency after 2.5 10^4 cycles, with wafer-level testing confirming the stable performance. The hybrid strategy achieves effective recovery of the imprint effect under incomplete polarization state, providing a scalable solution for high-speed FeRAM in artificial intelligence and big data applications.
S
SunView 深度解读
从阳光电源的业务视角来看,这项基于HZO材料的铁电存储器(FeRAM)恢复技术虽然聚焦于存储器领域,但其底层技术原理对我们的核心产品具有重要参考价值。
在光伏逆变器和储能系统中,控制芯片需要在高速、低功耗场景下频繁进行数据读写和状态存储。该论文提出的混合恢复策略解决了不完全极化状态下的印记效应退化问题,这与我们储能系统BMS(电池管理系统)和逆变器DSP控制器面临的挑战高度相关。当前我们的系统在频繁充放电循环中,嵌入式存储器同样面临可靠性衰减问题,该技术通过高压单极脉冲与低压双极周期的组合,实现了92.4%的极化恢复率,为提升控制系统的长期稳定性提供了新思路。
从技术成熟度评估,该方案已在128Kb存储阵列和晶圆级验证中展现稳定性,经历2.5×10⁴次循环后仍保持92%的存储窗口,表明其已接近工程化应用阶段。对于阳光电源而言,潜在应用场景包括:储能系统的实时状态记录、逆变器的故障日志存储、以及氢能系统的运行参数缓存等需要高可靠非易失性存储的领域。
技术挑战在于如何将FeRAM技术整合到现有功率电子平台,以及在高温、高电磁干扰环境下的适配性验证。机遇则在于,随着我们向智能化、数字化新能源解决方案演进,对边缘计算和本地数据处理能力要求提升,高速低功耗的FeRAM技术可能成为下一代智能逆变器和储能控制器的关键使能技术,特别是在AI驱动的能源管理系统中具有广阔应用前景。