瑞薩電子推出40納米工藝MCU

如今，嵌入式系統在汽車電子系統中的運用越來越廣泛，其結構也日趨復雜，而消費者對于電子系統的性能要求也在日益增長，車主們希望其有更快的反饋速率，更簡便的操控，以及更強的穩定性。為了適應需求，瑞薩電子推出一款能夠滿足大規模電路并容納大量內置程序的微控制器。

快速存取 高耐溫性

高性能微控制器必須要擁有大容量的內部閃存以存儲復雜的控制算法和應用代碼。瑞薩電子的新款微控制器產品主要將對芯片的片上閃存進行擴展。

一塊高性能微控制芯片不僅要擁有大容量的片上閃存，還需要高速的讀存取速率，這樣CPU才能快速的獲取存儲的數字信息，并最大限度地提高程序的執行效率。若閃存讀取速度緩慢，那么整個邏輯電路就會發生木桶短板效應，發揮不了系統最大的性能。CPU的時鐘周期如果被浪費用來等待閃存讀取，那么整個系統的執行效率顯然會降低。改進應用程序性能和簡化系統設計對于獲得最快的閃存讀存取速度至關重要。

下圖為瑞薩電子MCU發展時間-閃存讀取速度圖：可以看到，到2010年，瑞薩MCU芯片大小為40納米，響應頻率大大超過100MHz（紅色虛線）。而傳統MCU芯片供應商（藍色實線）產品的閃存讀取頻率仍低于40MHz，很大程度上限制了芯片的性能發揮。

圖1：MCU和內置閃存的工作頻率變化歷史

高可靠、低消耗

新型微控制器芯片內部閃存記憶模塊采用瑞薩自主研發MONOS（金屬氧化氮氧化硅）電池單元技術。閃存單元以硅作為基座，每個晶體管上覆蓋3層物質，分別為：氧化物-氮化物-氧化物，頂部帶有金屬控制柵極。通過改變晶體管的閥值電壓進行數據存儲，晶體管的導電特性就是正向電壓導電,負向電壓電阻很大,導電記為1，斷路為0，而導電與斷路的信息由氮化物層捕獲。

傳統的MCU芯片中采用浮動柵技術，見圖2。

圖2：MONOS技術與浮動柵技術對比

瑞薩電子的MONOS技術與浮動柵技術相比，具備更優異的可擴展性。具體來說，當柵氧化層產生漏泄時，幾乎所有存儲在浮柵上的電荷都穿到硅主板上。而對于MONOS技術，只有靠近漏泄處的一部分電荷穿過，極大部分的電荷都能被保住。據此，MONOS技術不僅提高了數據的可靠性，縮小存儲單元縱向與橫向的尺寸也變得更為方便，可以說這是適用于需要滿足高集成、高可靠性要求的車載高端MCU應用的技術。

這項MONOS閃存技術非常適合用于汽車和其它需要高度集成化和高可靠性的應用中，這款產品已經經過了數百萬小時的試驗，目前尚未出現差錯。

圖3：分裂柵結構的存儲單元

對于瑞薩電子來說，MONOS技術本身作為智能卡（IC卡）用存儲器已有超過20年以上的生產實績。以此為基礎，瑞薩電子針對內置閃存MCU對MONOS技術進行改良和開發，將其集成于MCU上。這就是被稱為“分裂柵”，具有柵結構的MONOS技術。所謂分裂柵，就是指柵極分為兩個（柵極分離），閃存中的分裂柵結構就是指一個柵為存儲單元選擇用柵、另外一個柵用于數據存儲。

在分裂柵結構中，選擇用柵會被設定為“正常關閉”狀態，存儲用柵會被設定為“正常開啟”狀態。正常關閉狀態是指柵處于OV時為關閉狀態，正常開啟狀態是指柵處于0V時為開啟狀態。分裂柵結構中選擇用柵的通道長度較短，而且使用與邏輯同樣薄的柵氧化層，因此與原來的柵結構相比，實現了高速、低功耗工作的閃存單元。