ذاكرة الوصول العشوائي الكهروإجهادية

📅 آخر تحديث: ١٨ يوليو ٢٠٢٦
✍️ نُشر في: ١٨ يوليو ٢٠٢٦
📷 يحتوي على 4 صور
الموسوعة الحرة
فيرام من رامترون
مكثف FRAM الفيروكهربائي

ذاكرة الوصول العشوائي الفيروكهربائية ( FeRAM أو F-RAM أو FRAM ) هي ذاكرة وصول عشوائي مشابهة في تركيبها لذاكرة الوصول العشوائي الديناميكية (DRAM)، ولكنها تستخدم طبقة فيروكهربائية بدلاً من طبقة عازلة لتحقيق خاصية عدم التطاير. [ 1 ] [ 2 ] تُعد FeRAM تقنية بديلة لذاكرة الوصول العشوائي غير المتطايرة، وتوفر نفس وظائف ذاكرة الفلاش . [ 3 ] تحتوي شريحة FeRAM على طبقة رقيقة من مادة فيروكهربائية ، غالباً ما تكون زركونات تيتانات الرصاص ، والمعروفة اختصاراً بـ PZT. [ 4 ] تتغير قطبية الذرات في طبقة PZT عند تعرضها لمجال كهربائي، مما ينتج عنه مفتاح ثنائي موفر للطاقة. ومع ذلك، فإن أهم ما يميز PZT هو عدم تأثره بانقطاع التيار الكهربائي أو التداخل المغناطيسي، مما يجعل FeRAM ذاكرة غير متطايرة موثوقة . [ 5 ]

تشمل مزايا ذاكرة FeRAM مقارنةً بذاكرة الفلاش: انخفاض استهلاك الطاقة، وسرعات كتابة أعلى [ 6 ] ، وعمر افتراضي أطول بكثير للقراءة والكتابة (حوالي 10^ 10 إلى 10^ 15 دورة). [ 7 ] [ 8 ] تتميز ذاكرة FeRAM بفترة احتفاظ بالبيانات لأكثر من 10 سنوات عند درجة حرارة +85  درجة مئوية (وعقود عند درجات حرارة أقل). [ 9 ] [ 10 ] [ 11 ] أما عيوبها الرئيسية فتتمثل في انخفاض كثافة التخزين مقارنةً بذاكرة الفلاش، ومحدودية سعة التخزين، وارتفاع التكلفة. ومثل ذاكرة DRAM، فإن عملية القراءة في ذاكرة FeRAM تتلف البيانات، مما يستلزم استخدام بنية كتابة بعد القراءة. [ 1 ] [ 2 ]

تاريخ

تم اقتراح ذاكرة الوصول العشوائي الفيروكهربائية من قبل طالب الدراسات العليا في معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا دودلي ألين باك في أطروحته للماجستير بعنوان " المواد الفيروكهربائية لتخزين المعلومات الرقمية والتحويل"، والتي نُشرت في عام 1952. [ 12 ]

في عام 1955، أجرت مختبرات بيل للهواتف تجارب على ذاكرة البلورات الفيروكهربائية. [ 13 ] بعد طرح رقائق ذاكرة الوصول العشوائي الديناميكية ( DRAM ) المصنوعة من أشباه الموصلات المعدنية المؤكسدة (MOS) في أوائل سبعينيات القرن العشرين، [ 14 ] بدأ تطوير ذاكرة FeRAM في أواخر ثمانينيات القرن العشرين. وفي عام 1991، أُجريت أعمال في مختبر الدفع النفاث التابع لوكالة ناسا (JPL) لتحسين طرق القراءة، بما في ذلك طريقة جديدة للقراءة غير المدمرة باستخدام نبضات من الأشعة فوق البنفسجية. [ 15 ]

بدأ تسويق تقنية FeRAM في منتصف التسعينيات. ففي عام ١٩٩٤، استخدمت شركة سيجا لألعاب الفيديو رقائق FeRAM لتخزين ملفات حفظ الألعاب في لعبة Sonic the Hedgehog 3 ، التي بيع منها ملايين النسخ في ذلك العام. [ ١٦ ] وفي عام ١٩٩٦، طرحت شركة سامسونج للإلكترونيات رقاقة FeRAM بسعة ٤ ميجابايت مصنعة باستخدام منطق NMOS . [ ١٧ ] وفي عام ١٩٩٨، قامت شركة هيونداي للإلكترونيات (التي تُعرف الآن باسم SK Hynix ) بتسويق تقنية FeRAM أيضًا. [ ١٨ ] يُعدّ أول منتج تجاري معروف يستخدم تقنية FeRAM هو بطاقة ذاكرة PlayStation 2 من سوني (بسعة ٨ ميجابايت) ، والتي صدرت عام ٢٠٠٠. [ ١٩ ] احتوت وحدة التحكم الدقيقة (MCU) الخاصة ببطاقة الذاكرة ، والتي صنعتها شركة توشيبا، على ذاكرة FeRAM مدمجة بسعة ٣٢ كيلوبايت (٤ كيلوبايت ) مصنعة باستخدام عملية CMOS التكميلية (CMOS) بدقة ٥٠٠ نانومتر . [ ١٧ ]   

في عام 1999، بدأت شركة فوجيتسو بإنتاج ذاكرات FeRAM المستقلة، بالإضافة إلى رقائق متخصصة (مثل رقائق البطاقات الذكية ) مزودة بذاكرات FeRAM مدمجة لشركة رامترون. [ 20 ] وفي عام 2010، تحولت رامترون إلى استخدام شركتي تكساس إنسترومنتس وآي بي إم.

في الفترة 2024-2025، ركزت أبحاث ذاكرة الوصول العشوائي الكهروإجهادية على المواد القائمة على أكسيد الهافنيوم (HfO₂) لتحقيق التوافق مع تقنية CMOS، وقابلية التوسع إلى أقل من 10  نانومتر، والتكامل في العقد المتقدمة (22-28  نانومتر). وقد تجاوز عدد دورات القراءة والكتابة 10¹² دورة، مع انخفاض متطلبات الطاقة.

قدمت النماذج الأولية مصفوفات 9-16 ميجابايت مع قدرة تحمل 10¹² وقراءة/كتابة 5-7 نانوثانية.

البائعون

رامترون هي شركة لتصميم وتصنيع أشباه الموصلات . إحدى الشركات المرخصة الرئيسية لها هي فوجيتسو ، التي تدير أحد أكبر خطوط إنتاج مصانع أشباه الموصلات بتقنية FeRAM. في عام 2012، استحوذت شركة سايبرس سيميكوندكتور على رامترون . [ 21 ]

تم الإبلاغ عن مشاريع بحثية متعلقة بـ FeRAM في شركات Samsung و Matsushita و Oki و Toshiba و Infineon و Hynix و Symetrix وجامعة كامبريدج وجامعة تورنتو ومركز الإلكترونيات الدقيقة بين الجامعات (IMEC، بلجيكا ).

وصف

بنية خلية FeRAM

تتكون ذاكرة الوصول العشوائي الديناميكية التقليدية من شبكة من المكثفات الصغيرة وأسلاكها وترانزستورات الإشارة المرتبطة بها . تتكون كل وحدة تخزين، وهي خلية ، من مكثف واحد وترانزستور واحد، وهو ما يسمى بجهاز "1T-1C". [ 22 ]

يُشابه تصميم خلية التخزين 1T-1C في ذاكرة الوصول العشوائي الحديدية (FeRAM) تصميم خلية التخزين في ذاكرة الوصول العشوائي الديناميكية (DRAM)، حيث يتضمن كلا النوعين مكثفًا واحدًا وترانزستور وصول واحد. [ 23 ] [ 24 ] في مكثف خلية DRAM، يُستخدم عازل خطي، بينما في مكثف خلية FeRAM، يتضمن التركيب العازل مادة كهروإجهادية ، عادةً زركونات تيتانات الرصاص (PZT). [ 22 ]

تتميز المواد الفيروكهربائية بعلاقة غير خطية بين المجال الكهربائي المطبق والشحنة المخزنة ظاهريًا. [ 25 ] وتحديدًا، تتخذ الخاصية الفيروكهربائية شكل حلقة تخلف مغناطيسي ، تشبه إلى حد كبير حلقة التخلف المغناطيسي للمواد المغناطيسية الحديدية . [ 26 ] ويكون ثابت العزل الكهربائي للمواد الفيروكهربائية عادةً أعلى بكثير من ثابت العزل الكهربائي للمواد العازلة الخطية، وذلك بسبب تأثيرات ثنائيات الأقطاب الكهربائية شبه الدائمة المتكونة في البنية البلورية للمادة الفيروكهربائية. فعند تطبيق مجال كهربائي خارجي على مادة عازلة، تميل ثنائيات الأقطاب إلى الاصطفاف مع اتجاه المجال، نتيجةً لتغيرات طفيفة في مواقع الذرات وتوزيعات الشحنة الإلكترونية في البنية البلورية. [ 26 ] وبعد إزالة الشحنة، تحتفظ ثنائيات الأقطاب بحالة استقطابها. يتم تخزين القيم الثنائية "0" و "1" كواحدة من استقطابين كهربائيين محتملين في كل خلية تخزين بيانات [ 27 ] 2021 2027 حالة وآفاق صناعة ذاكرة الوصول العشوائي الكهروإجهادية العالمية والإقليمية - تقارير السوق العالمية .

من حيث التشغيل، تُشبه ذاكرة الوصول العشوائي الفيروكهربائية (FeRAM) ذاكرة الوصول العشوائي الديناميكية (DRAM). تتم عملية الكتابة بتطبيق مجال كهربائي عبر الطبقة الفيروكهربائية عن طريق شحن الصفائح على جانبيها، مما يُجبر الذرات الداخلية على اتخاذ وضعية "أعلى" أو "أسفل" (بحسب قطبية الشحنة)، وبالتالي تخزين القيمة "1" أو "0". (مقدمة إلى ذاكرة الوصول العشوائي الديناميكية - مقالات تقنية) . عملية القراءة مشابهة أيضًا لذاكرة الوصول العشوائي الفيروكهربائية (FRAM). (ذاكرة الوصول العشوائي الفيروكهربائية: تشغيل تقنية FRAM  » ملاحظات إلكترونية) . يُجبر الترانزستور الخلية على اتخاذ حالة معينة، ولتكن "0". إذا كانت الخلية تحمل القيمة "0" بالفعل، فلن يحدث شيء في خطوط الإخراج. [ 1 ] إذا كانت الخلية تحمل القيمة "1"، فإن إعادة توجيه الذرات في الطبقة ستؤدي إلى نبضة تيار قصيرة في الإخراج حيث تدفع الإلكترونات خارج المعدن على الجانب "السفلي". (ذاكرة الوصول العشوائي الفيروكهربائية: تشغيل تقنية FRAM  » ملاحظات إلكترونية ). وجود هذه النبضة يعني أن الخلية كانت تحمل القيمة "1". بما أن هذه العملية تستبدل بيانات الخلية، فإن قراءة ذاكرة FeRAM عملية مدمرة، وتتطلب إعادة كتابة بيانات الخلية. [ 1 ] [ 28 ]

بشكل عام، يشبه عمل ذاكرة FeRAM عمل ذاكرة النواة الفريتية ، وهي إحدى الأشكال الرئيسية لذاكرة الحاسوب في ستينيات القرن الماضي (تكنولوجيا ذاكرة الحاسوب: من حلقات الفريت إلى FRAM) . ومع ذلك، بالمقارنة مع ذاكرة النواة، تتطلب ذاكرة FeRAM طاقة أقل بكثير لعكس حالة القطبية، وتنجز ذلك بسرعة أكبر بكثير.

الميزات والخصائص

كثافة

يُعدّ كثافة المكونات المستخدمة في تصنيع نظام الذاكرة العامل الرئيسي المحدد لتكلفة هذا النظام. فالمكونات الأصغر حجمًا والأقل عددًا تسمح بتعبئة عدد أكبر من الخلايا على شريحة واحدة، مما يعني بدوره إمكانية إنتاج كمية أكبر دفعة واحدة من رقاقة سيليكون واحدة. [ 2 ] وهذا يُحسّن الإنتاجية، المرتبطة ارتباطًا مباشرًا بالتكلفة. [ 29 ]

يُعدّ الحد الأدنى لعملية التصغير هذه نقطة مقارنة مهمة. عمومًا، ستكون التقنية التي تتصغير إلى أصغر حجم للخلية هي الأقل تكلفة لكل بت. من حيث التصميم، تتشابه تقنيتا FeRAM وDRAM، ويمكن بناؤهما عمومًا على خطوط إنتاج متشابهة وبأحجام مماثلة. [ 30 ] [ 2 ] في كلتا الحالتين، يبدو أن الحد الأدنى مُحدد بكمية الشحنة اللازمة لتشغيل مُضخّمات الاستشعار. بالنسبة لتقنية DRAM، يبدو أن هذه مشكلة عند حوالي 55  نانومتر، حيث تكون الشحنة المُخزّنة في المكثف صغيرة جدًا بحيث لا يمكن اكتشافها. [ 31 ]

من القيود الإضافية على الحجم أن المواد تميل إلى فقدان خاصية الاستقطاب الكهربائي عندما تصبح صغيرة جدًا. [ 32 ] [ 33 ] (يرتبط هذا التأثير بـ "مجال إزالة الاستقطاب" للمادة الكهروإجهادية). وتجري حاليًا أبحاث لمعالجة مشكلة تثبيت المواد الكهروإجهادية؛ ومن بين هذه الطرق، على سبيل المثال، استخدام المواد الممتزة الجزيئية. [ 32 ]

استهلاك الطاقة

تكمن الميزة الرئيسية لذاكرة FeRAM مقارنةً بذاكرة DRAM في ما يحدث بين دورات القراءة والكتابة. [ 34 ] في ذاكرة DRAM، تتسرب الشحنة المترسبة على الصفائح المعدنية عبر الطبقة العازلة وترانزستور التحكم، وتتلاشى. ولكي تتمكن ذاكرة DRAM من تخزين البيانات لفترة طويلة، يجب قراءة كل خلية دوريًا ثم إعادة كتابتها، وهي عملية تُعرف بالتحديث . يجب تحديث كل خلية عدة مرات في الثانية (عادةً 16 مرة في الثانية [ 35 ] )، وهذا يتطلب إمدادًا مستمرًا بالطاقة. في المقابل، لا تتطلب ذاكرة FeRAM الطاقة إلا عند قراءة أو كتابة الخلية. يمكن لذاكرة FeRAM خفض استهلاك الطاقة وزيادة الأداء في الأنظمة القائمة على وحدات التحكم الدقيقة (MCU) .

نوع آخر من أنواع الذاكرة غير المتطايرة هو ذاكرة الفلاش ، ومثل ذاكرة FeRAM، لا تتطلب عملية تحديث. [ 26 ] تعمل ذاكرة الفلاش عن طريق دفع الإلكترونات عبر حاجز عازل عالي الجودة حيث "تستقر" على أحد طرفي الترانزستور . تتطلب هذه العملية فولتيات عالية، يتم توليدها في مضخة شحن بمرور الوقت. هذا يعني أنه من المتوقع أن تكون ذاكرة FeRAM أقل استهلاكًا للطاقة من ذاكرة الفلاش، على الأقل عند الكتابة، لأن طاقة الكتابة في FeRAM أعلى بقليل فقط من طاقة القراءة. (FRAM - ذاكرة IC الذكية من شركة Texas Instruments) . بالنسبة للأجهزة التي تُستخدم للقراءة بشكل أساسي، قد يكون الفرق طفيفًا، ولكن بالنسبة للأجهزة ذات عمليات القراءة والكتابة المتوازنة، من المتوقع أن يكون الفرق أكبر بكثير. [ 34 ]

مصداقية

تضمن ذاكرة الوصول العشوائي المغناطيسية (F-RAM) موثوقية البيانات حتى في بيئات ذات مجالات مغناطيسية عالية، مقارنةً بذاكرة الوصول العشوائي المغناطيسية (MRAM) . تتميز أجهزة F-RAM من شركة Cypress Semiconductor [ 36 ] بمناعتها ضد المجالات المغناطيسية القوية، ولا تُظهر أي أعطال حتى عند أقصى شدة للمجال المغناطيسي المتاحة (3700 غاوس للإدخال الأفقي و2000 غاوس للإدخال الرأسي). FRAM هي ذاكرة ذكية متكاملة من شركة Texas Instruments . إضافةً إلى ذلك، تسمح أجهزة F-RAM بإعادة الكتابة بنمط بيانات مختلف بعد التعرض للمجالات المغناطيسية. [ 29 ]

سرعة

تُحدَّد سرعة ذاكرة الوصول العشوائي الديناميكية (DRAM) بمعدل تفريغ الشحنة المخزنة في الخلايا (للقراءة) أو تخزينها (للكتابة). [ 34 ] وبشكل عام، يتحدد ذلك بقدرة ترانزستورات التحكم، وسعة خطوط نقل الطاقة إلى الخلايا، والحرارة الناتجة عن هذه الطاقة. [ 27 ]

تعتمد ذاكرة FeRAM على الحركة الفيزيائية للذرات استجابةً لحقل خارجي، وهي حركة فائقة السرعة، بمتوسط ​​1 نانوثانية تقريبًا. [ 34 ] نظريًا، هذا يعني أن FeRAM قد تكون أسرع بكثير من DRAM. مع ذلك، نظرًا لضرورة تدفق الطاقة إلى الخلية للقراءة والكتابة، [ 37 ] فمن المرجح أن تكون التأخيرات الكهربائية وتأخيرات التبديل مماثلة لـ DRAM بشكل عام. يبدو من المعقول افتراض أن FeRAM تتطلب شحنة أقل من DRAM، لأن DRAM تحتاج إلى الاحتفاظ بالشحنة، بينما تتم الكتابة إلى FeRAM قبل نفاذ الشحنة. [ 29 ] مع ذلك، يوجد تأخير في الكتابة لأن الشحنة يجب أن تمر عبر ترانزستور التحكم، مما يحد من التيار إلى حد ما .

بالمقارنة مع ذاكرة الفلاش، فإن المزايا أكثر وضوحًا. [ 24 ] في حين أن سرعة عملية القراءة متقاربة، فإن مضخة الشحن المستخدمة للكتابة تتطلب وقتًا طويلًا لتكوين التيار، وهي عملية لا تحتاجها ذاكرة FeRAM. [ 30 ] عادةً ما تحتاج ذاكرة الفلاش إلى جزء من الألف من الثانية أو أكثر لإتمام عملية الكتابة، بينما قد تُكمل ذاكرة FeRAM الحالية عملية الكتابة في أقل من 150 نانوثانية. [ 38 ]

من جهة أخرى، تعاني ذاكرة FeRAM من مشاكل تتعلق بالموثوقية، بما في ذلك البصمة والإجهاد. [ 2 ] [ 39 ] البصمة هي حالة الاستقطاب المفضلة الناتجة عن عمليات الكتابة السابقة، والإجهاد هو زيادة الحد الأدنى لجهد الكتابة بسبب فقدان الاستقطاب بعد دورات كتابة مكثفة. [ 24 ]

لا تزال السرعة النظرية لذاكرة FeRAM غير واضحة تمامًا.  إذ تبلغ أزمنة قراءة الأجهزة الحالية المصنعة بتقنية 350 نانومتر حوالي 50-60 نانوثانية. ورغم بطئها مقارنةً بذاكرة DRAM الحديثة، التي تصل أزمنة قراءتها إلى حوالي 20 نانوثانية، فإن  ذاكرة DRAM الشائعة المصنعة بتقنية 350 نانومتر تعمل بزمن قراءة يبلغ حوالي 35 نانوثانية [ 40 ] ، لذا يبدو أن سرعة FeRAM مماثلة عند استخدام نفس تقنية التصنيع.

مقاييس إضافية

ذاكرة الوصول العشوائي الكهروإجهاديةذاكرة الوصول العشوائي المغناطيسية المقاومةذاكرة الوصول العشوائي غير المتطايرة (nvSRAM)
تقنيةالعنصر الأساسي للتخزين هو مكثف كهروإجهادي. يمكن استقطاب المكثف لأعلى أو لأسفل بتطبيق مجال كهربائي [ 41 ].يشبه هذا النوع من الذاكرة ذاكرة الوصول العشوائي الكهروإجهادية، لكن الذرات تصطف في اتجاه قوة مغناطيسية خارجية . ويُستخدم هذا التأثير لتخزين البيانات.يحتوي على عناصر غير متطايرة بالإضافة إلى ذاكرة SRAM عالية السرعة
الاحتفاظ بالبيانات [ 42 ]10-160 سنة [ 43 ] [ 8 ]20 سنة20 سنة
تَحمُّل10 10 إلى 10 15 [ 8 ] [ 44 ]10 8 [ 45 ]غير محدود
السرعة (الأفضل)55 نانوثانية35 نانوثانية15-45 نانوثانية

التطبيقات

  • تُستخدم ذاكرة FeRAM في أجهزة تسجيل البيانات المحمولة/القابلة للزرع، حيث تستهلك طاقة أقل [ 46 ] مقارنةً بأنواع الذاكرة غير المتطايرة الأخرى مثل EEPROM.
  • بفضل كفاءة استهلاك الطاقة وقدرتها على الاحتفاظ بالبيانات بشكل موثوق، تُعد Feram خيارًا مثاليًا لأجهزة إنترنت الأشياء مثل الإلكترونيات القابلة للارتداء وأجهزة الاستشعار والمحركات..
  • تُستخدم تقنية FeRAM في الأجهزة القابلة للارتداء، والعدادات الذكية، وأجهزة المراقبة الطبية..
  • تُبشر تقنية FRAM بمستقبل واعد في صناعة السيارات، ومن أهم مزاياها قدرتها على الكتابة السريعة. شركة إنفينون ترحب بأجهزة جديدة ضمن أسطول ذاكرة الوصول العشوائي الفيروكهربائية للسيارات - أخبار .
  • غالباً ما يتم دمجها في علامات RFID لتوفير كتابة سريعة، واستهلاك منخفض للطاقة، وعمر افتراضي طويل، مما يتيح تحديثات بيانات آمنة ومتكررة لتطبيقات مثل تتبع سلسلة التوريد، والتحكم في الوصول، والبطاقات الذكية. أسباب اختيار RFID المدمجة مع FeRAM | RAMXEED .

سوق

لا تزال ذاكرة الوصول العشوائي الفيروكهربائية (FeRAM) تشكل جزءًا صغيرًا نسبيًا من سوق أشباه الموصلات الإجمالي لشركة رامترون . في عام 2005، بلغت مبيعات أشباه الموصلات العالمية 235 مليار دولار أمريكي (وفقًا لمجموعة غارتنر )، حيث بلغت حصة سوق ذاكرة الفلاش 18.6 مليار دولار أمريكي (وفقًا لشركة آي سي إنسايتس). [ 47 ] وبلغت المبيعات السنوية لشركة رامترون، التي ربما تكون أكبر مورد لذاكرة FeRAM، 32.7 مليون دولار أمريكي في عام 2005. وتدعم المبيعات الأكبر بكثير لذاكرة الفلاش مقارنةً بذاكرة NVRAM البديلة جهودًا بحثية وتطويرية أكبر بكثير. تُنتج ذاكرة الفلاش باستخدام خطوط أشباه موصلات بعرض 30  نانومتر في شركة سامسونج (2007)، بينما تُنتج ذاكرة FeRAM بخطوط عرض 350  نانومتر في شركة فوجيتسو و130  نانومتر في شركة تكساس إنسترومنتس (2007). مقدمة عن ذاكرة FRAM (ذاكرة الوصول العشوائي الفيروكهربائية) بما في ذلك تاريخها . تستطيع خلايا ذاكرة الفلاش تخزين عدة بتات لكل خلية (حاليًا 4 بتات في أجهزة NAND ذات الكثافة الأعلى)، ومن المتوقع أن يرتفع عدد البتات لكل خلية فلاش إلى 8 بتات نتيجةً للابتكارات في تصميم خلايا الفلاش. دليل ذاكرة NAND الفلاشية: مقارنة بين SLC وMLC وTLC وQLC . ونتيجةً لذلك، فإن كثافة البتات في ذاكرة الفلاش أعلى بكثير من كثافة البتات في ذاكرة FeRAM، وبالتالي فإن تكلفة البت الواحد في ذاكرة الفلاش أقل بكثير من تكلفة البت الواحد في ذاكرة FeRAM. [ 37 ]

يمكن زيادة كثافة مصفوفات FeRAM من خلال تحسينات في تقنية تصنيع FeRAM وبنية الخلايا، مثل تطوير هياكل مكثفات رأسية (على غرار DRAM) لتقليل مساحة الخلية. مع ذلك، قد يؤدي تصغير حجم الخلية إلى ضعف إشارة البيانات لدرجة يصعب معها اكتشافها. [ 37 ] في عام 2005، أعلنت شركة رامترون عن مبيعات كبيرة لمنتجات FeRAM في قطاعات متنوعة، تشمل (على سبيل المثال لا الحصر) عدادات الكهرباء ، [ 48 ] وقطاع السيارات (مثل الصناديق السوداء ، والوسائد الهوائية الذكية )، وآلات الأعمال (مثل الطابعات، ووحدات تحكم أقراص RAID )، وأجهزة القياس، والمعدات الطبية، ووحدات التحكم الدقيقة الصناعية، وعلامات تعريف الترددات الراديوية . وقد تسعى أنواع NVRAM الناشئة الأخرى، مثل MRAM، إلى دخول أسواق متخصصة مماثلة منافسةً FeRAM. [ 49 ]

أثبتت شركة تكساس إنسترومنتس إمكانية دمج خلايا FeRAM باستخدام خطوتين إضافيتين للتغطية [ 50 ] أثناء تصنيع أشباه الموصلات بتقنية CMOS التقليدية. تتطلب ذاكرة الفلاش عادةً تسع طبقات تغطية. وهذا يُتيح، على سبيل المثال، دمج FeRAM في وحدات التحكم الدقيقة، حيث تُسهم عملية مُبسطة في خفض التكاليف. مع ذلك، فإن المواد المستخدمة في تصنيع FeRAM غير شائعة الاستخدام في تصنيع الدوائر المتكاملة بتقنية CMOS. فكل من طبقة PZT الكهروإجهادية والمعادن النبيلة المستخدمة في الأقطاب الكهربائية تُثير مشكلات تتعلق بتوافق عملية CMOS والتلوث. وقد قامت شركة تكساس إنسترومنتس بدمج جزء من ذاكرة FRAM في وحدات التحكم الدقيقة MSP430 ضمن سلسلة FRAM الجديدة. [ 51 ]

الجدول الزمني للقدرة الاستيعابية

اعتبارًا من عام 2021، كان مختلف البائعين يبيعون رقائق لا تتجاوز سعتها التخزينية (كثافتها) 16 ميجابايت. [ 52 ]

انظر أيضاً

مراجع

  1. 1 2 3 4 رابي، كارين م.؛ داوبر، ماثيو؛ ليشتنشتايغر، سيلين؛ آن، تشارلز هـ.؛ تريسكون، جان مارك (2007)، "الفيزياء الحديثة للمواد الكهروإجهادية: خلفية أساسية"، فيزياء المواد الكهروإجهادية: منظور حديث ، برلين، هايدلبرغ: سبرينغر، ص 1-30 ، doi : 10.1007/978-3-540-34591-6_1 ، ISBN  978-3-540-34591-6
  2. 1 2 3 4 5 سيلفا، خوسيه بي بي؛ الكالا، روبن. أفسي، الويغار E.؛ باريت، نيك؛ بيجون لور، لورا؛ بورغ، ماتياس؛ بيون، سيونج يونج؛ تشانغ، سو تشي؛ تشيونغ، سانغ ووك؛ تشوي، دوك هيون؛ كوينوس، جان؛ ديشباندي، فيريش؛ ديمولاس، أثناسيوس؛ دوبورديو، كاثرين. فينا ، إجناسي (2023/08/01). "خريطة الطريق بشأن المواد والأجهزة المعتمدة على الهافنيا والزركونيا الكهروضوئية" . مواد APL . 11 (8) 089201. بيب كود : 2023APLM...11h9201S . دوى : 10.1063/5.0148068 . hdl : 10261/341290 . ISSN 2166-532X . 
  3. ^ الكالا، ر. ماتيرانو، م. لومينزو، PD؛ غرينوييه، L.؛ فرانسوا، ت.؛ كوينوس، J.؛ فاكسلير، ن.؛ كاراباس، C .؛ تشيفاليز، S .؛ أندريو، F.؛ ميكولاجيك، T .؛ شرودر ، يو (2022). "المكثفات المعتمدة على مركب HfO 2 الكهروحراري المتكاملة من BEOL لـ FeRAM: استقراء أداء الموثوقية لظروف الاستخدام" . مجلة IEEE لجمعية الأجهزة الإلكترونية . 10 : 907– 912. بيب كود : 2022IJEDS..10..907A . دوى : 10.1109/JEDS.2022.3198138 . ردمك 2168-6734 . 
  4. ↑ ميكولاجيك، توماس؛ سليسايزيك، ستيفان؛ بارك، مين هيوك؛ شرودر، أوفه (10 مايو 2018). "أكسيد الهافنيوم الفيروكهربائي لذاكرة الوصول العشوائي الفيروكهربائية وترانزستورات تأثير المجال الفيروكهربائية" . نشرة جمعية أبحاث المواد . 43 (5): 340-346 . رمز Bibcode : 2018MRSBu..43..340M . doi : 10.1557/mrs.2018.92 . ISSN 0883-7694 . 
  5. ↑ "تقنية FRAM" . شركة Cypress لأشباه الموصلات.
  6. ↑ "FeTRAM: الذاكرة غير المتطايرة تستهلك طاقة أقل بنسبة 99%" . 29 سبتمبر 2011.
  7. ↑ "ذاكرة FRAM سعة 4 ميجابت (512 كيلوبايت × 8) MB85R4001A" (ملف PDF) . ورقة بيانات شركة فوجيتسو لأشباه الموصلات . شركة فوجيتسو لأشباه الموصلات. 2013. DS501-00005-3v0-E.
  8. 1 2 3 "ورقة بيانات CY15B116QI" . شركة Cypress Semiconductors. صفحة 19. 
  9. ↑Mueller, Stefan; Muller, Johannes; Schroeder, Uwe; Mikolajick, Thomas (29 August 2012). "Reliability Characteristics of Ferroelectric Si:HfO2 Thin Films for Memory Applications". IEEE Transactions on Device and Materials Reliability. 13 (1): 93–97. doi:10.1109/TDMR.2012.2216269. ISSN 1530-4388.
  10. ↑Lin, Yu-De; Yeh, Po-Chun; Tang, Ying-Tsan; Su, Jian-Wei; Yang, Hsin-Yun; Chen, Yu-Hao; Lin, Chih-Pin; Yeh, Po-Shao; Chen, Jui-Chin; Tzeng, Pei-Jer; Lee, Min-Hung; Hou, Tuo-Hung; Sheu, Shyh-Shyuan; Lo, Wei-Chung; Wu, Chih-I (2021-12-11). "Improving Edge Dead Domain and Endurance in Scaled HfZrOx FeRAM". 2021 IEEE International Electron Devices Meeting (IEDM). IEEE. pp. 6.4.1–6.4.4. doi:10.1109/IEDM19574.2021.9720692. ISBN 978-1-6654-2572-8.
  11. ↑Grenouillet, L.; Barbot, J.; Laguerre, J.; Martin, S.; Carabasse, C.; Louro, M.; Bedjaoui, M.; Minoret, S.; Kerdilès, S.; Boixaderas, C.; Magis, T.; Jahan, C.; Andrieu, F.; Coignus, J. (15 May 2023). "Reliability assessment of hafnia-based ferroelectric devices and arrays for memory and AI applications (Invited)". 2023 IEEE International Reliability Physics Symposium (IRPS). IEEE. pp. 1–8. doi:10.1109/IRPS48203.2023.10118099. ISBN 978-1-6654-5672-2.
  12. ↑Buck, Dudley A. (June 1952). Ferroelectrics for Digital Information Storage and Switching (Technical report). MIT. hdl:1721.3/40244. R-212.
  13. ↑Ridenour, Louis N. (June 1955). "Computer Memories". Scientific American. 192 (6): 92. Bibcode:1955SciAm.192f..92R. doi:10.1038/scientificamerican0655-92. Archived from the original on 2016-08-22. Retrieved 2016-08-22.
  14. ↑"1970: Semiconductors compete with magnetic cores". Computer History Museum. Retrieved 19 June 2019.
  15. ↑ ثاكور س، ثاكور أ.ب. (يونيو 1995). "ذاكرة كهروإجهادية ذات معالجة ضوئية وقراءة غير مدمرة". مجلة البصريات التطبيقية . 34 (17): 3136-44 . Bibcode : 1995ApOpt..34.3136T . doi : 10.1364/AO.34.003136 . hdl : 2014/33494 . PMID 21052469 . 
  16. ↑ "تتلاقى ذاكرة الوصول العشوائي الفيروكهربائية غير المتطايرة مع ألعاب الفيديو" . EDN . المجلد 39، العدد 5-8 . 1994. ص 14. في أكبر استخدام حتى الآن لذاكرة الوصول العشوائي الفيروكهربائية غير المتطايرة (FRAMs)، قامت شركة سيجا، صانعة ألعاب الفيديو، بشحن عدة ملايين من نسخ لعبتها الجديدة، "سونيك القنفذ 3"، والتي تتضمن ذاكرة FRAMs من شركة رامترون الدولية لحفظ اللعبة بين الجلسات.   
  17. 1 2 سكوت، جيه إف (2003). "المواد النانوية الكهروإجهادية" . في: تساكالاكوس، توماس؛ أوفيدكو، إيليا أ.؛ فاسوديفان، أسوري ك. (محررون). الهياكل النانوية: التركيب، والخواص الوظيفية، والتطبيق . سبرينغر. الصفحات 583-600 (584-585، 597). ISBN  978-94-007-1019-1.
  18. ↑ "التاريخ: التسعينيات" . إس كيه هاينكس . مؤرشف من الأصل في 5 فبراير 2021. تم الاطلاع عليه في 6 يوليو 2019 .
  19. ↑ سكوت، جيه إف (2003). "المواد النانوية الكهروإجهادية" . في: تساكالاكوس، توماس؛ أوفيدكو، إيليا أ.؛ فاسوديفان، أسوري ك. (محررون). الهياكل النانوية: التركيب، والخواص الوظيفية، والتطبيقات . دوردريخت: سبرينغر هولندا. ص 584-600 . doi : 10.1007/978-94-007-1019-1_34 . ISBN  978-94-007-1019-1.
  20. ↑ "حالة وآفاق صناعة مضخمات الطاقة الكهروإجهادية العالمية والإقليمية 2021-2027 - تقرير سوقي احترافي - تقارير السوق العالمية" . www.marketreportsworld.com . تاريخ الاطلاع: 19 ديسمبر 2025 .
  21. ↑ "شركة سايبرس سيميكوندكتور تُكمل عملية الاستحواذ على شركة رامترون" . صحيفة دنفر بيزنس جورنال. 21 نوفمبر 2012. مؤرشف من الأصل بتاريخ 30 نوفمبر 2012.
  22. 1 2 ماك آدامز، إتش بي؛ أكيلين، آر؛ بليك، تي؛ دو، إكس-إتش؛ إلياسون، جيه؛ فونغ، جيه؛ كراوس، دبليو إف؛ ليو، دي؛ مادان، إس؛ مويس، تي؛ ناتاراجان، إس؛ تشيان، إن؛ تشيو، واي؛ ريماك، كيه إيه؛ رودريغيز، جيه. (30 أبريل 2024). "ذاكرة وصول عشوائي مدمجة بسعة 64 ميغابت باستخدام عملية منطقية 5LM Cu/FSG بتقنية 130 نانومتر". مجلة IEEE للدوائر المتكاملة . 39 (4): 667-677 . doi : 10.1109/JSSC.2004.825241 . ISSN 0018-9200 . 
  23. ↑ سكوت، جيمس ف.؛ باز دي أراوجو، كارلوس أ. (15 ديسمبر 1989). "الذاكرة الفيروكهربائية" . مجلة ساينس . 246 (4936): 1400-1405 . رمز Bibcode : 1989Sci...246.1400S . doi : 10.1126/science.246.4936.1400 . PMID 17755995 . 
  24. 1 2 3 يانغ، وانوانغ؛ يو، تشينشي؛ لي، هولين؛ فان، منغكي؛ سونغ، شوجين؛ ما، هايلي؛ تشو، تشنغ؛ تشانغ، بينجينج؛ هوانغ، بنغ؛ ليو، فاي؛ ليو، شياو يان؛ كانغ ، جينفينج (16 نوفمبر 2022). "الكهرباء الحديدية للمواد المعتمدة على أكسيد الهافنيوم: الوضع الحالي والآفاق المستقبلية من الآليات الفيزيائية إلى تطبيقات الأجهزة" . مجلة أشباه الموصلات . 44 (5) 053101. دوى : 10.1088/1674-4926/44/5/053101 . ردمك 1674-4926 . 
  25. ↑ شكوراتوف، سيرجي إي. (2019). مولدات المواد الكهروإجهادية المتفجرة . وورلد ساينتيفيك. doi : 10.1142/10958 . ISBN 978-981-323-893-0تم الاطلاع عليه بتاريخ 2025-08-07 .
  26. بانيرجي، ورتام؛ كاشير، علي رضا؛ كامبا، ستانيسلاف (2022). "أكسيد الهافنيوم (HfO2) - أكسيد متعدد الوظائف: مراجعة لآفاق وتحديات أكسيد الهافنيوم في التبديل المقاوم والذاكرة الكهروإجهادية" . سمول . 18 ( 23 ) 2107575. Bibcode : 2022Small..1807575B . doi : 10.1002/smll.202107575 . ISSN 1613-6829 . PMID 35510954 .  
  27. 1 2 هوانغ، تشول سيونغ (2015). "آفاق أجهزة ذاكرة أشباه الموصلات: من نظام الذاكرة إلى المواد" . مواد إلكترونية متقدمة . 1 (6) 1400056. doi : 10.1002/aelm.201400056 . ISSN 2199-160X . 
  28. ↑ وانغ، دونغ؛ هاو، شينغلان؛ دخيل، إبراهيم؛ تيان، بوبو؛ دوان، تشونغانغ (2024-09-01). "المواد الكهروإجهادية لتطبيقات الحوسبة المستوحاة من علم الأعصاب" . البحوث الأساسية . 4 (5): 1272-1291 . Bibcode : 2024FunRe...4.1272W . doi : 10.1016/j.fmre.2023.04.013 . ISSN 2667-3258 . PMC 11489484. PMID 39431127 .   
  29. 1 2 3 نيشي، يوشيو؛ ماغياري-كوبي، بلانكا (15-06-2019). التطورات في تكنولوجيا الذاكرة والتخزين غير المتطايرة . دار وود هيد للنشر. ISBN 978-0-08-102585-7.
  30. 1 2 شرودر، أوفه؛ بارك، مين هيوك؛ ميكولاجيك، توماس؛ هوانغ، تشول سيونغ (30 مارس 2022). "أساسيات وتطبيقات أكسيد الهافنيوم الفيروكهربائي" . مجلة Nature Reviews Materials . 7 (8): 653-669 . doi : 10.1038/s41578-022-00431-2 . ISSN 2058-8437 . 
  31. ↑ سانجر، ك. ل.؛ أندريكاكوس، ب. س.؛ أثافال، س. د.؛ بانيكي، ج. د.؛ كابرال، س.؛ كوستريني، ج.؛ كويتنياك، ك. ت.؛ لايبويتز، ر. ب.؛ ليان، ج. ج.؛ ليمب، ي.؛ نيومير، د. أ.؛ وايز، م. ل. (2000-12-01). "الأقطاب الكهربائية والحواجز لذاكرة الوصول العشوائي الديناميكية (DRAM) وذاكرة الوصول العشوائي الفيرامية (FRAM): المعالجة والتكامل والأساسيات". مكتبة وقائع مؤتمرات جمعية أبحاث المواد (MRS) الإلكترونية . 655 (1): 240-250 . doi : 10.1557/PROC-655-CC2.1.1 . ISSN 1946-4274 . 
  32. 1 2 سبانير، جيه إي؛ كولباك، إيه إم؛ أوربان، جيه جيه؛ غرينبيرغ، آي؛ أويانغ، إل؛ يون، دبليو إس؛ راب، إيه إم ؛ بارك، إتش. (2006). "التحول الطوري الفيروكهربائي في أسلاك نانوية أحادية البلورة من BaTiO3 " ( ملف PDF) . رسائل نانو . 6 (4): 735-739 . Bibcode : 2006NanoL...6..735S . doi : 10.1021/nl052538e . PMID 16608274 . 
  33. ↑ جونكيرا، ج.؛ غوز، ب. (2003). "السماكة الحرجة للكهرباء الحديدية في أغشية البيروفسكايت الرقيقة للغاية". مجلة نيتشر . 422 (6931): 506-509 . Bibcode : 2003Natur.422..506J . doi : 10.1038/nature01501 . PMID 12673246 . 
  34. 1 2 3 4 إيشيتا، ت.؛ تامورا، ت.؛ أريموتو، ي. (2014-01-01)، "14 - أجهزة ذاكرة الوصول العشوائي الفيروكهربائية (FRAM)" ، في نيشي، يوشيو (محرر)، التطورات في تكنولوجيا الذاكرة والتخزين غير المتطايرة ، وودهيد للنشر، ص 434-454 ، doi : 10.1533/9780857098092.3.434 ، ISBN  978-0-85709-803-0تم الاطلاع عليه بتاريخ 25 أغسطس 2025
  35. ↑ "TN-47-16: تصميم ذاكرة DDR2 عالية الكثافة" (ملف PDF) . مؤرشف من الأصل (ملف PDF) في 20 سبتمبر 2006.
  36. ↑ "FRAM - مناعة المجال المغناطيسي" . شركة Cypress Semiconductors.
  37. 1 2 3 تشين، يانينغ؛ وانغ، سينلين؛ ليو، فانغ؛ وو، بو؛ دينغ، يونغفنغ؛ تاو، ران؛ وو، يونغيو؛ غاو، داوي (2025-01-05). "مبدأ العمل والتصميم الهيكلي وتطوير المواد لترانزستورات تأثير المجال الكهروإجهادية وذاكرة الوصول العشوائي" . مجلة السبائك والمركبات . 1010 178077. doi : 10.1016/j.jallcom.2024.178077 . ISSN 0925-8388 . 
  38. ↑ لوكاتيللي، نيكولاس؛ هيريرا دييز، ليزا؛ ميكولاجيك، توماس (2020-01-01)، "الفصل 4 - الذاكرة المغناطيسية والكهربائية الحديدية" ، في سبيغا، سابينا؛ سيباستيان، أبو؛ كيرليوز، داميان؛ راجندران، بيبين (محررون)، أجهزة الميمريستور للحوسبة المستوحاة من الدماغ ، سلسلة وودهيد للنشر في المواد الإلكترونية والبصرية، وودهيد للنشر، الصفحات 97-134 ، ISBN  978-0-08-102782-0تم الاطلاع عليه بتاريخ 25 أغسطس 2025
  39. ↑ بارك، مين هيوك؛ لي، يونغ هوان؛ كيم، هان جون؛ كيم، يو جين؛ مون، تايهوان؛ كيم، كيوم دو؛ مولر، يوهانس؛ كيرش، ألفريد؛ شرودر، أوفه؛ ميكولاجيك، توماس؛ هوانغ، تشول سيونغ (2015). "الخاصية الفيروكهربائية والمضادة للفيروكهربائية للأغشية الرقيقة المطعمة القائمة على أكسيد الهافنيوم" . المواد المتقدمة . 27 (11): 1811-1831 . Bibcode : 2015AdM....27.1811P . doi : 10.1002/adma.201404531 . ISSN 1521-4095 . PMID 25677113 .  
  40. ↑ لي، دونغ جاي؛ سيوك، يونغ سيك؛ تشوي، دو تشان؛ لي، جاي هيونغ؛ كيم، يونغ راي؛ كيم، هيون سو؛ جون، دونغ سو؛ كوون، أوه هيون (1 يونيو 1992). "ذاكرة وصول عشوائي ديناميكية (DRAM) بسعة 64 ميغابت وزمن استجابة 35 نانوثانية باستخدام مصدر طاقة مُعزز مدمج". ملخص الأوراق التقنية لندوة 1992 حول دوائر VLSI . الصفحات 64-65 . doi : 10.1109/VLSIC.1992.229238 . ISBN  978-0-7803-0701-8. S2CID 62372447 – عبر IEEE Xplore. 
  41. ↑ "موجز تقنية F-RAM™" . شركة Cypress Semiconductors. يونيو 2016. 001-88042 Rev. *B. مؤرشف من الأصل بتاريخ 11 يناير 2019.
  42. ↑ بوندورانت، ديفيد (يونيو 2020). "ذاكرة الوصول العشوائي غير المتطايرة لإنترنت الأشياء (IoT)" (ملف PDF) . قسم بايكس بيك التابع لمعهد مهندسي الكهرباء والإلكترونيات.
  43. ↑ "أوراق بيانات FRAM" . شركة Cypress لأشباه الموصلات.
  44. ↑ "FRAM" . شركة Cypress Semiconductors.
  45. ↑ وونغ، ويليام ج. (21 مارس 2018). "إطلاق العنان لذاكرة الوصول العشوائي المغناطيسية كذاكرة دائمة" . التصميم الإلكتروني.
  46. ↑ "مقارنة الطاقة بين ذاكرة الوصول العشوائي الثابتة (FRAM) وذاكرة القراءة فقط القابلة للمسح كهربائياً (EEPROM)" . شركة Cypress Semiconductors.
  47. ↑ admin-ectnews (2005-12-09). "تقنية NAND تدفع إيرادات أشباه الموصلات إلى مستوى تاريخي قدره 235 مليار دولار" . TechNewsWorld . تم الاطلاع عليه بتاريخ 2025-08-07 .
  48. ↑ "دليل المستخدم: عداد ائتماني أحادي الطور، أحادي المعدل" . شركة أمبي أوتوميشن المحدودة. ذاكرة الوصول العشوائي المرنة (FRAM) مضمونة لمدة لا تقل عن 10,000,000,000 دورة كتابة.
  49. ↑ "الخارطة الدولية للأجهزة والأنظمة (IRDS™) إصدار 2023 - IEEE IRDS™" . irds.ieee.org . تاريخ الاسترجاع: 29-08-2025 .
  50. ↑ EETimes (2002-11-07). "شركة TI تدعم ذاكرة FRAM المدمجة لتصميمات 90 نانومتر" . EE Times . تم الاطلاع عليه بتاريخ 2025-08-07 .
  51. ↑ "ذاكرة FRAM المدمجة منخفضة الطاقة للغاية" . شركة تكساس إنسترومنتس.
  52. ↑ شركة إنفينون تكنولوجيز المساهمة. "ذاكرة الوصول العشوائي الفيروكهربائية (F-RAM) - إنفينون تكنولوجيز" . www.infineon.com . تاريخ الاسترجاع: 18 ديسمبر 2021 .
رقائق الدوائر المتكاملة
  • "1.1 نظرة عامة على وحدات التحكم الدقيقة MSP430". دليل تطوير وحدات التحكم الدقيقة MSP430™ (ملف PDF) . شركة تكساس إنسترومنتس. مايو 2021. SLAU840A. توفر عائلة وحدات التحكم الدقيقة MSP430 ذات 16 بت حلولًا اقتصادية للعديد من التطبيقات. ... يوجد حاليًا سلسلتان رئيسيتان تعتمدان على نوع الذاكرة غير المتطايرة (NVM): عائلات Flash وعائلات FRAM. تستهلك وحدات التحكم الدقيقة FRAM طاقة أقل وتجمع بين خصائص Flash وRAM. ... تشمل سلسلة FRAM طرازات MSP430FR2xx وMSP430FR4xx وMSP430FR5xx وMSP430FR6xx.