意法半導體將在VLSI 2021 技術(shù)和電路研討會上發(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。 因此，我們與一些作者坐下來，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行業(yè)的影響。事實上，這些貢獻的獨特之處在于它們將焦點放在了 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，讓我們進一步探討這些進展。

VLSI 2021 電路與技術(shù)：相變存儲器

當今最大的嵌入式汽車級 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)對可靠性的嚴格要求，為了冗余，每個邏輯位使用兩個存儲單元。因此，理論上可以通過每比特僅使用一個單元來進一步增加容量。無論如何，這項創(chuàng)新具有很高的象征意義，因為 ST 現(xiàn)在在嵌入式非易失性存儲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，該論文詳細介紹了 ST 已經(jīng)合格并正在抽樣的內(nèi)存技術(shù)。簡而言之，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，解釋了工程師對新存儲器的期望。ST在 10 ns 處測量了其隨機訪問時間，這與之前的模型相當。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線內(nèi)存配置，可將容量增加到 24 MB。因此，設(shè)計人員可以根據(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器和更靈活的架構(gòu)。

當今最先進的汽車級 PCM

由 SSTI 分隔的四個位線

ST 的首席工程師 Olivier Weber 將在 VLSI 2021 技術(shù)大會上發(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，他的演講是一個補充說明，深入探討了隔離負責加熱硫族化合物的雙極結(jié)晶體管 （BJT） 的創(chuàng)新。實際上，要寫入 PCM 單元，系統(tǒng)會向 BJT 施加電壓，BJT 會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。多晶相具有高導電性并表示邏輯 1。從一個狀態(tài)移動到另一個狀態(tài)只需向 BJT 發(fā)送適當?shù)碾妷杭纯伞Ｒ虼?，隔離它是最重要的。

在離散模塊中，制造商通過稱為超淺溝槽隔離 （SSTI） 的工藝隔離 BJT。Olivier 的論文是一項突破，因為它展示了 ST 如何在業(yè)界首次將這一過程應(yīng)用于嵌入式 PCM。為了實現(xiàn)這一點，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)具有高度可擴展性，并應(yīng)進一步幫助相變存儲器模塊民主化。

VLSI 2021 技術(shù)：片上 DC-DC 轉(zhuǎn)換器

ST 的射頻模擬設(shè)計師 Mathieu Coustans 最終將在 VLSI 2021 Technology 上與蘇黎世聯(lián)邦理工學院合作發(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)備中實施該技術(shù)。因此，現(xiàn)在談?wù)摯笠?guī)模生產(chǎn)還為時過早。然而，當使用 FD-SOI 晶圓時，該論文在 22 nm 處顯示出可喜的結(jié)果。事實上，該研究目前表明在 0.2 W/mm《sup》2《/sup》 時的峰值效率為 78.1%。

ST 和蘇黎世聯(lián)邦理工學院通過堆疊兩個 D 類 LC 振蕩器實現(xiàn)了這一性能水平，這些振蕩器隨后進行了電和磁耦合。該設(shè)計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