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綜合新聞

微電子所在新型存儲器及硬件安全芯片領域取得突破性進展

稿件來源:重點實驗室 楊建國 張康瑋 發布時間:2020-06-22

  近日微電子所在新型存儲器及硬件安全芯片研究領域取得重要進展。劉明院士科研團隊兩篇研究論文成功入選2020年第40屆超大規模集成電路研討會(Symposium on VLSI)。 

  在硬件安全芯片領域,劉明院士/呂杭炳研究員團隊展示了一種利用電荷俘獲鰭式晶體管(Charge Trapping FinFETCT-FinFET)器件短期閾值電壓恢復特征的真隨機數發生器(TRNG)芯片(圖1)。研究人員創新地設計了一種時間-頻率轉換電路,將CT-FinFET閾值電壓的弛豫時間轉變為高速真隨機數據流。該TRNG-10~85范圍,對幅度高達600mV和頻率高達1.5G Hz的功率噪聲表現出極大的抗攻擊能力。論文展示的TRNG芯片通過了NIST 800-22NIST 800-90B所有的隨機性測試項,是一種非常有潛力面向先進工藝節點的硬件安全解決方案。該項工作被組委會邀請參加今年VLSI Demo Session的展示。 

  上述研究成果以題為“Robust True Random Number Generator Using Stochastic Short-Term Recovery of Charge Trapping FinFET for Advanced Hardware Security”的論文入選2020 VLSI Technology。微電子所楊建國副研究員和丁慶婷博士為共同第一作者,呂杭炳研究員和劉明院士為通訊作者。  

  在新型存儲器方面,劉明院士/呂杭炳研究員團隊與復旦大學薛曉勇副教授合作首次提出了基于PMOS選擇器的1T2R 結構RRAM單元,并采用分層位線和三態單元存儲技術,使漏電流降低了90%以上。設計了電流精確補償限流電路和自適應寫驅動電路,大幅度提高了陣列的可靠性,同時開發了基于1T2R 自身陣列特點的高速電流型讀取電路,實現了極端條件下的高速讀取。論文展示了28nm1.5Mb RRAM測試芯片,將嵌入式NVM 存儲密度記錄提高了40%,達到14.8 Mb / mm2(圖2)。 

  上述研究成果以題為“A 28nm 1.5Mb Embedded 1T2R RRAM with 14.8 Mb/mm2 Using Sneaking Current Suppression and Compensation Techniques”的論文入選2020 VLSI Circuit。微電子所楊建國副研究員為第一作者,呂杭炳研究員和復旦大學薛曉勇副教授為通訊作者。  

  

     劉明院士團隊在RRAM方向的研究工作始于2005年,在基礎物理、器件結構、電路設計等方向進行了系統深入的研究。研究團隊于2015年開始先后與國內主要代工廠中芯國際、華力微電子及上海集成電路研發中心合作開發嵌入式RRAM的量產技術,在中芯國際28nm工藝平臺、華力40nm工藝平臺上開發了成套RRAM單元結構與集成技術,為在先進工藝節點上設計新一代低功耗、高性能SOC芯片提供了重要的技術平臺,相關成果已經開始和終端企業合作推進產業化。在RRAM高密度三維集成方面,劉明院士團隊提出了可與3D NAND相媲美的垂直三維集成架構,在國際上率先成功研制了4層(2015 IEDM)與8層(2017 IEDMRRAM三維堆疊陣列,相關研究工作被國際同行列為近五十年來RRAM發展歷史中重要事件之一。 

  相關工作得到國家自然基金委、科技部重點研發計劃、中國科學院B類先導專項等項目的支持。 

  背景介紹: 

  VLSIISSCC(國際固態電路會議)、IEDM(國際電子器件會議)并稱微電子技術領域的奧林匹克盛會VLSI是超大規模集成電路和半導體器件領域里最頂尖的國際會議之一,是展現IC技術最新成果的重要窗口。據組委會介紹,今年VLSI收到了創紀錄數量的投稿,而論文錄用率創歷史新低。器件與工藝方向,微電子所作為大陸唯一論文入選單位;電路設計方向,大陸也僅有兩篇論文入選(另外一篇為浙江大學與德克薩斯大學奧斯汀分校合作論文),這也是微電子所電路工作的首次入選。 

  相關鏈接:https://vlsisymposium.org  

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