Le projet européen 3εFERRO consiste à concevoir et développer de nouvelles mémoires ferroélectriques non-volatiles, dont on peut changer d'état par l'application d'un simple champ électrique, et directement intégrés dans des circuits logiques de type CMOS (donc compatibles avec la filière technologique silicium). De telles mémoires doivent permettre le développement de nouveaux dispositifs et de réduire drastiquement la consommation électrique du traitement et stockage de l'information.
L'Internet des Objets (IoT), connaît une croissance rapide et nécessite une gestion intelligente, rapide et économe en énergie des données, bien au-delà des capacités actuelles de stockage et de traitement.
Alors que le transfert de données entre l'unité centrale (UCT) et une mémoire adjacente non volatile intégrée (eNVM – Embedded Non-Volatile Memory) est l'approche simple généralement utilisée, des approches plus efficaces sont recherchées permettant une gestion optimisée et séquencée de l'alimentation électrique : pouvant remplacer par exemple les mémoires eFlash des microcontrôleurs, des éléments de mémoire peuvent être intégrés dans circuits logiques CMOS pour stocker localement les données et rendre les circuits logiques non volatils. De nouvelles eNVM plus robustes et plus rapides, avec une consommation électrique plus faible et une endurance élevée peuvent ainsi permettre d'implanter une logique flexible dans les architectures de type LiM (Logic-in-memory) tout en améliorant l'efficacité énergétique du traitement de l'information.
Les mémoires ferroélectriques (FeRAM) ont l'endurance la plus élevée parmi toutes les mémoires NVM avec une faible énergie de transition par bit et une faible consommation énergétique globale. Cependant, les mémoires actuelles, à base de pérovskite, présentent de nombreux problèmes de taille, de compatibilité avec la filière silicium et de coût.
Le projet 3εFERRO a pour objectif de développer une technologie FeRAM compétitive et polyvalente pour construire des mémoires eNVM à base de HfO2, matériau récemment découvert comme étant ferroélectrique. Ce composé présente l'avantage de permettre d'atteindre une miniaturisation compatible avec les dernières technologies CMOS.
De plus, le HfO2 ferroélectrique pourrait être intégré dans des grilles de transistors CMOS pour des cellules mémoire de type FeFET 1T (Ferroelectric-gate Field-effect-transistors) à lecture non destructive. Cela ouvre la possibilité de réaliser de nouveaux composants LiM fortement intégrés, pouvant améliorer significativement l'efficacité énergétique des unités de traitement et de stockage de l'information.
Collaboration :
- Commissariat à l’Énergie Atomique et aux Énergies Alternatives
- STMicroelectronics
- NaMLab gGmbH
- National Institute of Materials Physics
- École Polytechnique Fédérale de Lausanne
- École Centrale de Lyon
- National Centre of Scientific Research « Demokritos »
- Forschungszentrum Jülich
Contact CEA : Nick Barrett (SPEC/LENSIS).
The H202-ICT European project 3εFERRO
The objective of the European 3εFERRO project is to design and develop new non-volatile ferroelectric memories, which state can be changed by applying a simple electric field, and directly integrated into CMOS logic circuits, and thus compatible with the silicon technology. Such memories must allow the development of new devices and to drastically reduce the power consumption of information storage and processing.
The rapidly growing Internet of Things (IoT) requires intelligent, fast and energy efficient handling of data beyond current storage and processing capabilities.
While data transfer between a Central Processing Unit (CPU) and an embedded non-volatile memory (eNVM) is the usual design, new approaches are required to take advantage of smart power gating methods. Memory elements could be embedded in an advanced CMOS platform and distributed close to the logic circuits to locally store information and make logic circuits non-volatile. New, more robust eNVM with higher speeds, lower power and high endurance would then replace eFlash in micro-controller units, allowing flexible logic in memory (LiM) designs, which will improve energy efficiency in information processing.
Ferroelectric memories (FeRAMs) have the highest endurance among all NVM candidates, low energy per bit transfer and low global power consumption. However, current perovskite-based memories have serious scaling, Si-compatibility and cost problems.
3εFERRO will use HfO2 based materials, recently discovered as ferroelectric, to develop a competitive and versatile FeRAM technology for eNVM solutions. HfO2 is Si-compatible and allows the scaling of CMOS advanced technologies.
Moreover, ferroelectric HfO2 could be integrated into CMOS transistor gates for 1T FeFET (Ferroelectric-gate Field-effect-transistors) memory cells with non-destructive read. This opens the possibility of realizing new, fine grained LiM designs to significantly improve energy efficiency of processing and storage units.
Collaboration :
- Commissariat à l’Énergie Atomique et aux Énergies Alternatives
- STMicroelectronics
- NaMLab gGmbH
- National Institute of Materials Physics
- École Polytechnique Fédérale de Lausanne
- École Centrale de Lyon
- National Centre of Scientific Research « Demokritos »
- Forschungszentrum Jülich
Contact CEA : Nick Barrett (SPEC/LENSIS).