topへ
更加了解FeRAM
更加了解FeRAM

更加了解FeRAM

2026.9.30

可保证在125℃下保持数据10年的高可靠性FeRAM：支撑“RAMXEED ULTIMATE”的技术


市场对能够兼顾高温环境下长期数据保持和频繁写入的存储器需求不断增长。为满足这一需求，RAMXEED（锐芯达）的铁电存储器（FeRAM）也在持续发展。

高温环境下也能可靠保存数据的存储器

FeRAM是一种非易失性存储器，即使断电也能够保持数据。此外，它还兼具高速写入、低功耗以及极高的重写耐久性，能够同时实现“频繁写入”与“可靠保存”，这是FeRAM的一大优势。

自1999年富士通率先在全球实现FeRAM量产以来，FeRAM业务及负责研发、制造和销售的技术人员与业务团队一直传承并发展至今。如今的RAMXEED（锐芯达）承袭了这一技术积累，基于25年以上积累的技术与经验，持续提供FeRAM产品。累计出货量已超过44亿颗，产品已在60多个国家得到采用，并作为支撑社会基础设施的高可靠性存储器广泛应用于全球各地。

此前，FeRAM主要应用于电表、水表和办公设备等领域，这些设备通常要求在常规环境温度范围（-40℃～85℃）内正常工作。然而近年来，在工厂设备、车载设备等应用场景中，对产品在更加严苛环境下工作的需求迅速增长。尤其是在发动机周边、设备内部等高温环境中，长期保持数据已成为一项重要要求。为满足这一需求，RAMXEED（锐芯达）开发了能够在125℃环境下长期保持数据的FeRAM。

支撑数据保持性能的两项关键技术

这款耐高温FeRAM通过材料技术与电路设计技术的协同开发得以实现。

首先是对FeRAM核心部件——铁电体电容器的改进[1]。FeRAM利用极化状态保持“0”和“1”的数据（图1）。铁电体电容器采用由上下电极夹住铁电材料的结构（图2），通过向电极施加电压，使铁电材料发生极化，从而存储数据。在此次开发中，我们通过优化铁电材料的薄膜沉积条件，提高了材料品质，同时改进了电极与铁电材料之间的界面结构。特别是通过优化界面处的薄膜层，抑制元素之间的相互扩散，从而实现了能够长期稳定维持极化状态的结构。

图1　向铁电材料写入(a)“0”和(b)“1”后的极化状态

图2　铁电体电容器的截面结构

另一项重要技术是铁电体SPICE模型的构建。RAMXEED（锐芯达）基于实际测量数据，自主开发了能够高精度再现铁电材料极化行为的模型。该模型不仅考虑了极化特性，还考虑了数据的离散性，因此在电路设计阶段即可验证，即使在125℃环境下经过10年，仍能确保足够的工作裕量。
通过对材料与设计进行一体化优化，实现了长期可靠性。

经验证的高温可靠性

我们对开发出的FeRAM在-45℃至125℃的宽温范围内进行了评估（※）。
在写入“0”和“1”后，采用低于实际工作电压（1.8 V）的电压（1.65 V）进行读取。即使在这一严苛的测试条件下，整个温度范围内仍具有足够的读取裕量（图3）。原有产品的读取裕量会随着温度变化呈下降趋势，而改进后的产品受温度影响较小，表现出更加稳定的读取特性。
※ 产品保证的工作温度范围为-40℃～125℃。

图3　在不同温度下测量的初始状态下“0”和“1”的数据分布

图4　150℃、1000小时加热后，(a)同一信息读取（SS）与(b)反转信息读取（OS）时“0”和“1”的数据分布

此外，我们还针对FeRAM特有的“印记效应（Imprint）”进行了评估。所谓印记效应，是指在长时间保持同一极化状态后，再将其改写为相反状态时，数据变得难以读取的现象。在150℃、1000小时的高温保持试验（约相当于10年）中，我们分别评估了两种读取特性：一种是在保持“0”或“1”后，再写入相同信息并进行读取的“同一信息读取（SS：Same State）”；另一种是在写入与原保持信息相反的数据后进行读取的“反转信息读取（OS：Opposite State）”。结果表明，改进后的产品即使在OS读取条件下，也能保持足够的读取裕量（图4）。

“125℃下保证10年数据保持”的价值

在非易失性存储器领域，“支持125℃”或“数据保持10年”等表述较为常见，但其中很多数值实际上是基于实际使用环境设定的任务剖面（Mission Profile）计算得出的。换言之，这类数值往往是在产品不会持续处于125℃环境这一前提下推算得到的。

与此不同，RAMXEED（锐芯达）的FeRAM在产品规格中明确保证，即使持续处于125℃环境下，也能够保持数据10年。这一保证并非依赖特定任务剖面的前提条件，而是基于更接近实际使用环境的条件进行评估后得出的结果。因此，无论是车载应用，还是工业设备、基础设施等应用领域，都可以将这一规格作为系统设计时可靠的依据。

适用于高温、频繁写入应用的理想解决方案

RAMXEED（锐芯达）已将该FeRAM产品化，并以“RAMXEED ULTIMATE”品牌推出[2]。这些产品能够兼顾高温环境下的长期数据保持与频繁写入需求，有望应用于更加广泛的领域。

总结

RAMXEED（锐芯达）的FeRAM拥有超过25年的量产实绩，是一款经过长期市场验证的高可靠性存储器。
此次开发的“RAMXEED ULTIMATE”在继承FeRAM原有优势的基础上，进一步实现了即使在125℃环境下持续10年，也能够保证数据保持的高可靠性。这一性能得益于铁电体电容器的材料开发技术与基于实际测量数据的SPICE建模技术相结合的研发能力。
未来，RAMXEED（锐芯达）将继续通过高可靠性非易失性存储器，为各个领域的系统设计提供支持。

参考文献

—

作者
惠下　隆
RAMXEED株式会社
工学博士、高级专家