瑞薩開發90奈米單電晶體MONOS快閃記憶體技術，提升汽車控制系統智慧 ...

先進半導體解決方案之頂尖供應商瑞薩電子(TSE：6723)宣佈開發90奈米(nm)單電晶體MONOS  (1T-MONOS)快閃記憶體技術，可結合各種製程如CMOS與雙極CMOS DMOS (BiCDMOS)，並提供高程式/抹除(P/E)耐受性及低重寫耗電量。瑞薩預期此全新快閃記憶體電路技術，將能使快閃記憶體加入至汽車類比裝置，並具備更高的效能與可靠性。此優異的電路技術在業界首創於高溫175°C接面溫度(Tj)下達成一億次以上的P/E耐受度，同時提供極低的重寫耗電量，僅有0.07 mJ/8 KB (毫焦耳，即千分之一焦耳)，達到低耗電功能。

近年來，市場除了要求汽車提升燃油效率之外，也希望汽車能提供更寬敞的車內空間與舒適感，因此每部汽車所使用的電子控制單元(ECU)亦隨之增加。隨著汽車控制系統愈趨精密且控制功能愈趨複雜，讓ECU更輕、更具能源效率及尺寸更小已成為重要的議題。尤其散熱器、水幫浦、汽車空調系統等裝置使用許多小型馬達，因此產生了整合ECU及機電元件一體化的需求。

由於目前尚無法在不改變基本製程的情況下，將快閃記憶體加入至小型馬達裡那些控制高電壓(HV)驅動器的汽車類比與電力元件中，因此通常藉由整合eFUSE (註4)技術或利用外部EEPROM晶片，因應記憶體儲存調校資料，以最佳化類比電路效能的需求。此全新開發的快閃記憶體技術可抑制額外的製程成本，同時以簡單的方式將快閃記憶體加入汽車類比與電力元件中。這表示用於連接感測器與馬達的類比電路，將可採用混合微控制器(MCU)邏輯與以此新技術為基礎的快閃記憶體。如此將可能大幅減少馬達控制系統所使用的晶片數量，同時有助於縮小尺寸、減輕重量並提升電源效率。此全新技術將協助促進ECU整合及機電元件一體化，並有助於實現高燃油效率的汽車，不僅燃油效率更高，車內空間也更寬敞舒適。

        另外，此全新快閃記憶體技術可達超過一億次P/E週期，因此非常適合實際應用，例如利用高頻率取樣進行自動校準或記錄狀態。如此將可為汽車控制帶來更高的精確性，並有助於提升燃油經濟性。

新開發快閃記憶體技術的主要特色：

(1)記憶體架構開發結合FN隧道以提供P/E運作與高可靠性

僅需較少追加遮罩層即可混合製程的單電晶體記憶體單元，必須在讀取運作階段將正電壓施加於記憶體單元選擇閘極。同時，需要較薄的電荷設陷薄膜，才能在P/E運作時達到高能源效率的Fowler-Nordheim (FN)隧道。上述兩者在典型汽車應用的高溫情況下皆容易導致可靠性降低。為解決此問題，瑞薩結合單電晶體快閃記憶體技術與新開發的陣列架構技術，在讀取作業時無需提供正電壓，故可避免可靠性在高溫時降低，確保汽車產品最重視的品質。另外，新開發的單電晶體快閃記憶體技術可降低P/E運作的耗電量。

(2)開發可在P/E運作期間弱化電場的技術

由於汽車類比元件效能持續提升，單晶片與MCU趨向整合，應用範圍從類比電路調校擴展到自動裝配或資料記錄等功能，因此市場預期快閃記憶體應具備更高的P/E耐受性，此需求將持續增加。新開發的自適應坡度脈衝控制(ASPC)技術可產生更滑順的重寫脈衝，以弱化會導致記憶體單元特性劣化的電場，將P/E耐受度大幅提升至一億次以上。

(3)能源效率P/E電流技術的開發

新開發的技術在套用重寫脈衝時使用ASPC，並在套用脈衝時監測電流值，同時自動切換為最佳化的時脈頻率。如此可將P/E運作時的電流消耗量降低至僅98 μA (微安培，即百萬分之一安培)，換算成重寫耗電量為0.07 mJ/8 KB。

(4)有助於降低環保汽車系統的耗電量

當汽車的怠速熄火系統使引擎停止運轉時，新開發的怠速程式抹除管理單元(IPEMU)功能可讓快閃記憶體自行控制重寫動作。如此可使負責啟動快閃記憶體控制功能的CPU與SRAM停止運作，藉此降低怠速狀態時99%的耗電量。

        藉由採用上述技術，瑞薩已開發128 KB快閃記憶體原型，採用90奈米1T-MONOS快閃記憶體，成功達成業界首創超過一億次的P/E耐受度，以及98μA的超低重寫電流。此重寫電流比過去的紀錄減少兩個數量級，因此可達到僅0.07 mJ/8 KB的重寫耗電量。輕鬆將快閃記憶體加入至採用各種製程的元件中的能力，加上低耗電量，預期將可擴大物聯網可能的應用範圍。瑞薩於2016年1月31至2月4日在舊金山舉辦的國際固態電路研討會(ISSCC)中發表上述技術，發表日期為2月2日。