鐵電存儲器（Ferroelectric Random Access Memory，被稱為FRAM或FeRAM）利用鐵電晶體材料的電壓-電儲流關系具有滯后回路的特點來存儲數據。并且鐵電材料的極化特性使其能夠在沒有電源的情況下保持數據。
其技術特點包括：
1. 讀寫速度快：FRAM的讀寫速度接近SRAM，顯著快于NAND閃存。
2. 壽命長：FRAM的寫入壽命非常高，適合頻繁讀寫的應用。
3. 功耗低：FRAM在讀寫過程中消耗的能量非常低。
4. 可靠性高：FRAM在高溫、高壓等極端環境下表現穩定。
鐵電存儲器（FeRAM）市場目前的主要參與企業包括英飛凌（收購賽普拉斯半導體）、富士通、德州儀器、IBM等，這些公司為智能電表、汽車系統、可穿戴設備和物聯網設備等應用提供多種鐵電存儲器產品。
富士通擁有適用于汽車和工業應用的高速鐵電存儲器產品。德州儀器提供基于FeRAM的微控制器，用于物聯網設備和可穿戴設備。IBM為服務器應用提供鐵電存儲器技術，而英飛凌則專注于為汽車和工業控制系統提供鐵電存儲器解決方案。
這些公司利用鐵電存儲器技術提供具有快速讀寫速度、低功耗、高耐久性和非易失性的產品。
鐵電存儲器市場可以分為三種類型：串行存儲器、并行存儲器和其他類型。
串行存儲器允許更快的數據傳輸速度，并行存儲器則能實現同時讀寫操作。其他類型，如非易失性鐵電存儲器，具有耐用性和低功耗。這些不同類型的存儲器適用于各行各業的應用。這些應用中，以汽車電子領域收入增長最快，因為隨著對連接和自動駕駛車輛的需求日益增加，這些車輛需要高速、非易失性存儲解決方案，鐵電存儲器就是可選方案之一。
鐵電存儲器的發展時間線還挺長的，簡單來說，1920年就有科學家提出了鐵電材料概念，羅歇爾鹽是早期鐵電材料之一。1952年，麻省理工學院的碩士生在論文中首次提出以鐵電電容作為數據存儲元件的概念。1991年，美國Ramtron公司（已被賽普拉斯收購）開始生產2T/2C結構的低位FRAM產品，2年后開發出第一個4K比特位的FRAM產品，1996年，日立公司研制出256k比特位FRAM并于同年12月上市，2011年，HfO2基鐵電存儲器因其與標準CMOS工藝的兼容性和尺寸微縮的優勢，逐漸成為研究熱點。此后中國科學院微電子研究所劉明院士的科研團隊在HfO2基鐵電存儲器研究領域取得突破性進展，提出了一種基于Hf0.5Z0.5rO2（HZO）材料的鐵電二極管（Fe-diode），并實現了三維集成。然后是HZO作為第二代鐵電存儲器，解決了PZT的局限性，適合高性能和高密度的存儲應用。
接下來看一看FRAM近年的發展動態：
2020年11月，博世創投完成了對鐵電存儲器公司FMC的2000萬美元的B輪投資。FMC是開發用于嵌入式和獨立存儲器的全新超低功耗和高性能的存儲器技術，兼容標準的CMOS工藝。
同年，英飛凌收購賽普拉斯半導體，自此FeRAM也成為英飛凌公司應用于車用電子的存儲器之一。2022年11月，英飛凌發布16Mb EXCELON? LP鐵電隨機存取存儲器（F-RAM），是一款低功耗、高耐久性的非易失性存儲器，適用于需要頻繁或快速寫操作的應用。該產品具有151年的數據保留時間和幾乎無限的讀寫周期（1015次）。
2023年12月，美光在IEEE IEDM會議上披露其32Gb 3D NVDRAM（非易失性 DRAM）研發成果。NVDRAM內存基于鐵電性原理，可在擁有類似NAND閃存的非易失性的同時獲得接近DRAM的高耐久和低延遲。該新型內存采用雙層3D堆疊，32Gb的容量密度創下了鐵電性存儲器的新紀錄。美光已基于 LPDDR5 規范對 NVDRAM 樣品進行了測試，認為其適合AI負載,但量產時間未知。
2023年12月，山東大學信息科學與工程學院陳杰智教授課題組在新型鉿基鐵電薄膜高密度集成工藝領域取得突破性進展。
該工作原創性提出了臭氧界面氧化的鐵電存儲器低溫工藝技術，在ALD中沉積HZO之前采用臭氧作為前驅體氧化TiN電極表面，從而在HZO與TiN之間形成TiO2界面層。研究表明，TiO2界面層在低溫RTA工藝過程中可提供更多的拉伸應力用以促進鐵電相形成。通過優化工藝時間，課題組可以在低至300℃的退火溫度下制備強鐵電性薄膜，并在保持13.3μC/cm2兩倍剩余極化強度的同時實現超過108場循環次數的高耐久性。相比傳統方法，這種界面氧化工藝比傳統插層結構更簡單有效，為新型鉿基鐵電材料的三維集成應用提供了一種有效可行的低溫工藝策略。
2024年3月，中國科學院金屬研究所的研究團隊在鐵電隧道結存儲器研發中取得新進展，提出利用緩沖層定量調控薄膜應變，延遲鐵電薄膜晶格弛豫從而增強鐵電極化強度的策略。
寫在最后
寫鐵電，不單單是為了寫鐵電，是為了關注新型存儲器的動態。
當前，隨著物聯網、人工智能和智能設備等新興技術的快速發展，對高性能存儲器的需求不斷增加。鐵電存儲器憑借其獨特的技術優勢，成為滿足這些需求的理想選擇。然而，鐵電存儲器市場的動態受到多種因素的影響，包括技術進步、市場需求、競爭態勢和政策環境等。
展望未來，隨著新型鐵電材料、三維堆疊技術等新技術的應用，鐵電存儲器的性能和應用范圍將進一步提升。8月28日，2024年全球閃存峰會即將召開，歡迎大家來南京，了解新型存儲器的動態和趨勢。未來，我們將密切關注存儲新器件的創新與突破。
