意法半導(dǎo)體將在VLSI 2021 技術(shù)和電路研討會(huì)上發(fā)表三篇論文，兩篇關(guān)于最大的汽車嵌入式相變存儲(chǔ)器 （PCM），一篇關(guān)于由堆疊 LC 振蕩器制成的新型片上 DC-DC 轉(zhuǎn)換器，形狀像八號(hào)。 因此，我們與一些作者坐下來(lái)，以更好地了解 VLSI 2021 選擇他們的工作的原因以及他們的研究對(duì)行業(yè)的影響。事實(shí)上，這些貢獻(xiàn)的獨(dú)特之處在于它們將焦點(diǎn)放在了 FD-SOI 上。例如，只有 FD-SOI 基板才有可能發(fā)表關(guān)于新 PCM 的兩篇論文。同樣，ST 正在使用 FD-SOI 來(lái)縮小新的片上 DC-DC 轉(zhuǎn)換器。雖然許多設(shè)備受益于 FinFET 技術(shù)，但這些發(fā)現(xiàn)表明 FD-SOI 在今天仍然發(fā)揮著重要作用。因此，讓我們進(jìn)一步探討這些進(jìn)展。

VLSI 2021 電路與技術(shù)：相變存儲(chǔ)器

當(dāng)今最大的嵌入式汽車級(jí) PCM

Fabio Disegni 將展示容量為 16 MB 的新型 28 納米嵌入式 PCM。由于汽車行業(yè)對(duì)可靠性的嚴(yán)格要求，為了冗余，每個(gè)邏輯位使用兩個(gè)存儲(chǔ)單元。因此，理論上可以通過(guò)每比特僅使用一個(gè)單元來(lái)進(jìn)一步增加容量。無(wú)論如何，這項(xiàng)創(chuàng)新具有很高的象征意義，因?yàn)?ST 現(xiàn)在在嵌入式非易失性存儲(chǔ)器中提供的單元尺寸僅為 0.019 μm 2。以前，工程師必須使用分立的內(nèi)存模塊才能獲得這樣的密度。此外，該論文詳細(xì)介紹了 ST 已經(jīng)合格并正在抽樣的內(nèi)存技術(shù)。簡(jiǎn)而言之，工程師可以期待商業(yè)設(shè)備在一年內(nèi)使用這項(xiàng)技術(shù)。

Fabio 的論文將成為 VLSI 2021 電路的一部分，解釋了工程師對(duì)新存儲(chǔ)器的期望。ST在 10 ns 處測(cè)量了其隨機(jī)訪問(wèn)時(shí)間，這與之前的模型相當(dāng)。然而，鑒于容量非常優(yōu)越，我們正在研究 166 Gbit/s 的理論讀取吞吐量。該白皮書還介紹了一種用于更新的無(wú)線內(nèi)存配置，可將容量增加到 24 MB。因此，設(shè)計(jì)人員可以根據(jù)他們的應(yīng)用在冗余或增加容量之間切換。因此，開發(fā)人員可以獲得更高密度的嵌入式相變存儲(chǔ)器和更靈活的架構(gòu)。

當(dāng)今最先進(jìn)的汽車級(jí) PCM

由 SSTI 分隔的四個(gè)位線

ST 的首席工程師 Olivier Weber 將在 VLSI 2021 技術(shù)大會(huì)上發(fā)表一篇論文，解釋我們?nèi)绾卧O(shè)法在 28 nm 創(chuàng)建新的 16 MB 嵌入式 PCM 模塊。因此，他的演講是一個(gè)補(bǔ)充說(shuō)明，深入探討了隔離負(fù)責(zé)加熱硫族化合物的雙極結(jié)晶體管 （BJT） 的創(chuàng)新。實(shí)際上，要寫入 PCM 單元，系統(tǒng)會(huì)向 BJT 施加電壓，BJT 會(huì)加熱化合物以改變其狀態(tài)。非晶態(tài)具有高電阻并表示邏輯 0。多晶相具有高導(dǎo)電性并表示邏輯 1。從一個(gè)狀態(tài)移動(dòng)到另一個(gè)狀態(tài)只需向 BJT 發(fā)送適當(dāng)?shù)碾妷杭纯?。因此，隔離它是最重要的。

在離散模塊中，制造商通過(guò)稱為超淺溝槽隔離 （SSTI） 的工藝隔離 BJT。Olivier 的論文是一項(xiàng)突破，因?yàn)樗故玖?ST 如何在業(yè)界首次將這一過(guò)程應(yīng)用于嵌入式 PCM。為了實(shí)現(xiàn)這一點(diǎn)，我們正在使用 FD-SOI 襯底的掩埋氧化物在位線之間創(chuàng)建隔離墻，從而防止位線到位線的泄漏。此外，ST 論文表明，可以使用相同的工藝將嵌入式單元從今天的 0.019 μm 2縮小到0.015 μm 2。因此，該技術(shù)具有高度可擴(kuò)展性，并應(yīng)進(jìn)一步幫助相變存儲(chǔ)器模塊民主化。

VLSI 2021 技術(shù)：片上 DC-DC 轉(zhuǎn)換器

ST 的射頻模擬設(shè)計(jì)師 Mathieu Coustans 最終將在 VLSI 2021 Technology 上與蘇黎世聯(lián)邦理工學(xué)院合作發(fā)表另一篇論文，其中介紹了一種由垂直堆疊的變壓器制成的 DC-DC 轉(zhuǎn)換器，形狀像數(shù)字 8。盡管轉(zhuǎn)換器具有嵌入式特性，但它提供了令人感興趣的效率和廣泛的工作電壓范圍（從 0.8 V 到 3 V）。ST仍在努力在商業(yè)設(shè)備中實(shí)施該技術(shù)。因此，現(xiàn)在談?wù)摯笠?guī)模生產(chǎn)還為時(shí)過(guò)早。然而，當(dāng)使用 FD-SOI 晶圓時(shí)，該論文在 22 nm 處顯示出可喜的結(jié)果。事實(shí)上，該研究目前表明在 0.2 W/mm《sup》2《/sup》 時(shí)的峰值效率為 78.1%。

ST 和蘇黎世聯(lián)邦理工學(xué)院通過(guò)堆疊兩個(gè) D 類 LC 振蕩器實(shí)現(xiàn)了這一性能水平，這些振蕩器隨后進(jìn)行了電和磁耦合。該設(shè)計(jì)在不需要輸出電容器的情況下大大降低了紋波，并且它的磁場(chǎng)更受控制（只有 58 dBm/μV，而傳統(tǒng)環(huán)路變壓器為 85 dBm/μV），從而降低了 EMI。原因是無(wú)源器件相互耦合，而不是電路的其余部分。該架構(gòu)還可以實(shí)現(xiàn)更小的柵極電容，這部分解釋了功率密度的增加。因此，即使轉(zhuǎn)換器的片上尺寸可能稍大一些，它也有助于使用更小的封裝。

審核編輯：郭婷