基于标准CMOS工艺的低功耗高速1T存储器

A High Speed 1T-Memory Based on Standard CMOS Process With Low Power Consumption

查看原文 · IEEE Xplore DOI: 10.1109/EDL.2025.11096578

作者	Hang Xu · Jianbin Guo · Peng Liao · Yanghao Wang · Dong Zou · Yafen Yang
期刊	IEEE Electron Device Letters
出版日期	2025年7月
技术分类	储能系统技术
技术标签	储能系统
相关度评分	★★★★ 4.0 / 5.0
关键词	1T存储器带带隧穿热载流子注入低功耗高速

语言:

中文摘要

本研究提出了一种嵌入隧穿场效应晶体管（TFET）的新型单晶体管（1T）存储器，该存储器可通过带间隧穿（BTBT）进行编程。传统浮栅器件主要依靠热载流子注入（HCI）来工作。用带间隧穿取代热载流子注入后，所需的工作电压、工作时间和泄漏电流均显著降低。仿真和实验结果均表明，该存储器的保留时间可达1秒，与标准动态随机存取存储器（DRAM）相当，且几乎无静态功耗。此外，该器件的最终编程速度可小于5纳秒，耐久性超过 <inline-formula xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" xmlns:xlink="http://www.w3.org/1999/xlink"> <tex-math notation="LaTeX">$\gt {1}\times {10} ^{{9}}$ </tex-math></inline-formula> 次循环。这些进展使所提出的1T存储器有望成为未来高速、低功耗、可靠存储应用的候选方案。

English Abstract

This study presents a novel 1T-memory with an embedding TFET, which enables programming via band-to-band tunneling (BTBT). Conventional floating gate devices rely mainly on hot carrier injection (HCI) to work. By replacing HCI with BTBT, the required operating voltage, operating time, and leakage current are significantly reduced. Both simulation and experimental results demonstrate 1 s retention time comparable to standard DRAM with nearly no static power consumption. Furthermore, the device can achieve an ultimate programming speed of less than 5 ns and 1 10 ^9 cycles endurance. These advancements position the proposed 1T-Memory as a promising candidate for future high-speed, low-power, reliable memory applications.

SunView 深度解读

从阳光电源的业务视角来看，这项基于带间隧穿（BTBT）机制的新型1T存储器技术具有显著的战略价值。该技术通过替代传统热载流子注入方式，实现了低电压、低功耗和高速运行的突破，这与我们光伏逆变器和储能系统对控制芯片的核心需求高度契合。

在光伏逆变器领域，MPPT算法、实时功率调节和电网并网控制需要处理大量瞬态数据。该存储器5纳秒以下的编程速度可显著提升控制响应速度，增强系统对光照波动的适应能力。更重要的是，其近零静态功耗特性能够降低控制系统自身能耗，这对提升逆变器整体转换效率（目前我们旗舰产品已达99%以上）具有边际改善价值。

在储能系统应用中，电池管理系统（BMS）需要持续监测数千个电芯的状态数据。该技术1秒的数据保持时间满足DRAM级别的刷新需求，同时10^9次的擦写寿命远超储能系统20-25年生命周期内的数据更新需求，可靠性优势明显。低功耗特性还能延长备用电源的待机时间，提升系统安全性。

然而，技术挑战不容忽视。论文基于标准CMOS工艺，但TFET结构的量产一致性、温度稳定性（我们产品需适应-40°C至70°C工况）以及与现有供应链的兼容性需要深入验证。此外，1秒的数据保持时间虽可比DRAM，但对于需要长期数据存储的应用场景仍需配合非易失性存储方案。