近日微電子所在新型存儲器及硬件安全芯片研究領(lǐng)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(guī)模集成電路研討會（Symposium on VLSI）。
在硬件安全芯片領(lǐng)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 FinFET，CT-FinFET）器件短期閾值電壓恢復特征的真隨機數(shù)發(fā)生器（TRNG）芯片（圖1）。研究人員創(chuàng)新地設(shè)計了一種時間-頻率轉(zhuǎn)換電路，將CT-FinFET閾值電壓的弛豫時間轉(zhuǎn)變?yōu)楦咚僬骐S機數(shù)據(jù)流。該TRNG在-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(xiàn)出極大的抗攻擊能力。論文展示的TRNG芯片通過了NIST 800-22和NIST 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(jié)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(jié)構(gòu)RRAM單元，并采用分層位線和三態(tài)單元存儲技術(shù)，使漏電流降低了90%以上。設(shè)計了電流精確補償限流電路和自適應寫驅(qū)動電路，大幅度提高了陣列的可靠性，同時開發(fā)了基于1T2R 自身陣列特點的高速電流型讀取電路，實現(xiàn)了極端條件下的高速讀取。論文展示了28nm的1.5Mb 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(chǔ)物理、器件結(jié)構(gòu)、電路設(shè)計等方向進行了系統(tǒng)深入的研究。研究團隊于2015年開始先后與國內(nèi)主要代工廠中芯國際、華力微電子合作開發(fā)嵌入式RRAM的量產(chǎn)技術(shù)，在中芯國際28nm工藝平臺、華力40nm工藝平臺上開發(fā)了成套RRAM單元結(jié)構(gòu)與集成技術(shù)，為在先進工藝節(jié)點上設(shè)計新一代低功耗、高性能SOC芯片提供了重要的技術(shù)平臺，相關(guān)成果已經(jīng)開始和終端企業(yè)合作推進產(chǎn)業(yè)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(gòu)，在國際上率先成功研制了4層（2015年 IEDM）與8層（2017年 IEDM）RRAM三維堆疊陣列，相關(guān)研究工作被國際同行列為近五十年來RRAM發(fā)展歷史中重要事件之一。
相關(guān)工作得到國家自然基金委、科技部重點研發(fā)計劃、中國科學院B類先導專項等項目的支持。
背景介紹：
VLSI與ISSCC（國際固態(tài)電路會議）、IEDM（國際電子器件會議）并稱微電子技術(shù)領(lǐng)域的“奧林匹克盛會”，VLSI是超大規(guī)模集成電路和半導體器件領(lǐng)域里最頂尖的國際會議之一，是展現(xiàn)IC技術(shù)最新成果的重要窗口。據(jù)組委會介紹，今年VLSI收到了創(chuàng)紀錄數(shù)量的投稿，而論文錄用率創(chuàng)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(shè)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。
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