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基于 RRAM 交叉阵列的神经形态脑接口，用于高通量实时脉冲分类
实时尖峰分类和处理对于闭环脑机接口和神经假体至关重要。具有数百个电极的高密度多电极阵列的最新发展使得能够同时记录来自大量神经元的尖峰。然而，高通道数对实时尖峰分类硬件的数据传输带宽和计算复杂性提出了严格的要求。因此，有必要开发一种专门的实时硬件，该硬件可以在高吞吐量下动态分类神经尖峰，同时消耗最少的功率。在这里，我们介绍了一种实时、低延迟尖峰分类处理器，它利用高密度 CuO x 电阻交叉开关以大规模并行方式实现内存尖峰分类。我们开发了一种与 CMOS BEOL 集成兼容的制造工艺。我们广泛描述了 CuO x 存储设备的开关特性和统计变化。为了使用交叉开关阵列实现尖峰分类，我们开发了一种基于模板匹配的尖峰分类算法，该算法可以直接映射到 RRAM 交叉开关上。通过使用合成和体内细胞外脉冲记录，我们通过实验证明了高准确度的节能脉冲分类。与基于 FPGA 和微控制器的其他硬件实现相比，我们的神经形态接口在实时脉冲分类的面积（减少约 1000 倍面积）、功率（减少约 200 倍功率）和延迟（对 100 个通道进行分类的延迟为 4.8μs）方面均有显著改进。
基于 RRAM Crossbar 的神经形态脑接口...
摘要 — 实时尖峰分类和处理对于闭环脑机接口和神经假体至关重要。具有数百个电极的高密度多电极阵列的最新发展使得能够同时记录来自大量神经元的尖峰。然而，高通道数对实时尖峰分类硬件的数据传输带宽和计算复杂性提出了严格的要求。因此，有必要开发一种专门的实时硬件，该硬件可以在高吞吐量下动态地对神经尖峰进行分类，同时消耗最少的功率。在这里，我们介绍了一种实时、低延迟的尖峰分类处理器，它利用高密度 CuO x 电阻交叉开关以大规模并行方式实现内存尖峰分类。我们开发了一种与 CMOS BEOL 集成兼容的制造工艺。我们广泛描述了 CuO x 存储设备的开关特性和统计变化。为了使用交叉开关阵列实现尖峰分类，我们开发了一种基于模板匹配的尖峰分类算法，该算法可以直接映射到 RRAM 交叉开关上。通过使用合成和体内细胞外脉冲记录，我们通过实验证明了高准确度的节能脉冲分类。与基于 FPGA 和微控制器的其他硬件实现相比，我们的神经形态接口在实时脉冲分类的面积（减少约 1000 倍面积）、功率（减少约 200 倍功率）和延迟（对 100 个通道进行分类的延迟为 4.8μs）方面均有显著改善。
2021 年 IRPS 会议论文集
• Tut6 - 计算陆地宇宙射线位移损伤 - Melanie Raine - CEA • Tut7 - 对 MOL/BEOL TDDB 可靠性的理解和挑战 - Andrew Kim - Intel • Tut8 - GaN 可靠性 - Enrico Zanoni - 帕多瓦大学 • Tut9 - 非硅半导体上的高 K 电介质 - Chadwin Young - 德克萨斯大学 - 达拉斯分校 • Tut10 - 先进的 3D 闪存架构 - Hang Ting Lue - Macronix • Tut11 - 磁共振技术 - Mark Anders - NIST • Tut12 - DRAM 可靠性概述 - Hokyung Park - SK hynix • Tut13 - Si 器件中的热载流子退化 - 从实验观察到精确的物理建模 - Stanislav Tyaginov - IMEC • Tut14 - 先进互连的金属可靠性 - Olalla Varela - IMEC • Tut15 - 汽车 - Andreas Aal – 大众汽车（与 IEW 合作）/ Oliver Aubel - Globafoundries • Tut16 - 4H SiC 金属氧化物半导体场效应晶体管中的可靠性和性能限制缺陷 - Patrick Lenahan - 宾夕法尼亚州立大学 • Tut17 - CMOS 低温电子学的应用和特性 - Pragya Shrestha - NIST • Tut18 - 电子设计自动化 (EDA) 解决方案，用于 CMOS 和 HV 技术中的闩锁验证 - Michael Khazhinsky - Silicon Labs（与 IEW 合作） • Tut19 - EOS、ESD、瞬态、AMR、EIPD、稳健性、老化 - 所有这些部分都属于同一个难题吗？ - Hans Kunz - 德州仪器（与 IEW 合作） • Tut20 - 探索 ESD 和
目录
n e w，h i s t o r i c，一个变换包装时代已经与高曼斯·曼斯·曼斯·梅斯·纳格·埃纳·埃里克·埃里斯·c t r o n i c s一起。t h i的转换是由于许多原因，包括从节点到节点的晶体管速度放慢速度，从而导致计算性能放缓，以及芯片大小的增加，以及将晶体管数量增加到500亿以上，其成本增加。晶体管速度的放缓正在推动新的非传统互补金属氧化物半导体（CMOS）设备的发展。但是，对更快的计算速度的需求比晶体管需要更多。包装或互连成为许多应用程序（例如人工智能（AI），云计算，虚拟现实（VR），5G和MM-WAVE通信，物联网（IoT）和自动驾驶汽车）的战略性，增值和差异化。相应地，行业的重点开始从晶体管缩放缩放到片上的系统（SOC），再到系统缩放和集成，再到包装式包装（SOP）。这是一种历史性的转变。第二个历史里程碑与包装或互连开发有关。虽然晶圆的后端（Beol）包装一直低于1µm，但包装铸造厂总是会使d pa ck Age s w it the h it ht h it更大得多 - 尤其是10-20µm。的原因是使用层压板或堆积有机包装技术，使用低温和软有机复合核心，以及在它们的顶部使用聚合物重新分布层（RDL）层以形成高密度互连。这些包裹提供了最大的好处：大型有机
2017 IRPS 会议论文集 - Squarespace
• 基本 FEOL 可靠性：栅极电介质中缺陷的产生会导致电介质击穿和器件性能下降 - Kenji Okada，TowerJazz 松下半导体 • 复合半导体可靠性 101 - Bill Roesch，Qorvo • 互连可靠性基础知识 - Zsolt Tokei，IMEC • VLSI 设计方法和可靠性设计验证 - Michael Zaslavsky 和 Tim Turner，可靠性模拟组 • 电迁移 101 - Cathy Christiansen，Global Foundries • NAND 闪存可靠性 - Hanmant Belgal 和 Ivan Kalastirsky，英特尔 • 芯片封装相互作用 (CPI) 及其对可靠性的影响 - CS Premachandran，Global Foundries • 故障分析的挑战 - 汽车和超越摩尔定律 - Ulrike Ganesh，博世 • 1.NBTI 在半导体领域的最新进展HKMG p-MOSFET 和 2。现代 FINFET、ETSOI 和全栅极 III-V 晶体管中自热的新兴挑战：从晶体管到平板电脑的视角 - Souvik Mahapatra（孟买印度理工学院）和 Muhammad Ashraf Alam（普渡大学） • 汽车转型 - 从应用到半导体技术的成本、上市时间、可靠性和安全性驱动的设计优化 - Andreas Aal，大众汽车公司 • AlGaN /GaN 功率器件可靠性 - Peter Moens，安森美半导体 • 可靠性工程的系统遥测 - Rob Kwasnick，英特尔 • 高级 MOL 和 BEOL 可靠性 - Shou Chung Lee，台积电 • 汽车功能安全简介 - 历史、趋势和与可靠性的关系 - Karl Greb，NVIDIA • 相变存储器：从基础技术到系统方面和新应用 - Haris Pozidis，IBM • 系统可靠性 - Geny Gao，博士 • 先进封装和 3D 可靠性 - C. Raman Kothandaraman，IBM • 兼顾基于知识和基于标准的资格 - Bob Knoell，汽车电子委员会和 NXP • 自旋转矩 MRAM - Daniel C. Worledge，IBM • 现场容错、自我修复、检测和恢复技术的考虑因素 - Arijit Biswas，英特尔
2017 年 IRPS 会议论文集 - Squarespace
• 基本 FEOL 可靠性：栅极电介质中缺陷的产生会导致电介质击穿和器件性能下降 - Kenji Okada，TowerJazz 松下半导体 • 复合半导体可靠性 101 - Bill Roesch，Qorvo • 互连可靠性基础知识 - Zsolt Tokei，IMEC • VLSI 设计方法和可靠性设计验证 - Michael Zaslavsky 和 Tim Turner，可靠性模拟组 • 电迁移 101 - Cathy Christiansen，Global Foundries • NAND 闪存可靠性 - Hanmant Belgal 和 Ivan Kalastirsky，英特尔 • 芯片封装相互作用 (CPI) 及其对可靠性的影响 - CS Premachandran，Global Foundries • 故障分析的挑战 - 汽车和超越摩尔定律 - Ulrike Ganesh，博世 • 1. HKMG p-MOSFET 中 NBTI 的最新进展以及 2.现代 FINFET、ETSOI 和全栅极环绕 III-V 晶体管中自热的新挑战：从晶体管到平板电脑的视角 - Souvik Mahapatra（印度理工学院，孟买）和 Muhammad Ashraf Alam（普渡大学）• 汽车转型 - 从应用到半导体技术的成本、上市时间、可靠性和安全性驱动的设计优化 - Andreas Aal，大众汽车集团 • AlGaN/GaN 功率器件可靠性 - Peter Moens，安森美半导体 • 可靠性工程的系统遥测 - Rob Kwasnick，英特尔 • 高级 MOL 和 BEOL 可靠性 - Shou Chung Lee，台积电 • 汽车功能安全简介 - 历史、趋势和与可靠性的关系 - Karl Greb，NVIDIA • 相变存储器：从基础技术到系统方面和新应用 - Haris Pozidis，IBM • 系统可靠性 - Geny Gao，博士 • 先进封装和 3D 可靠性 - C. Raman Kothandaraman，IBM • 兼顾基于知识和基于标准的资格 - Bob Knoell，汽车电子委员会和 NXP • 自旋转矩 MRAM - Daniel C. Worledge，IBM • 现场容错、自我修复、检测和恢复技术的考虑因素 - Arijit Biswas，英特尔
使用原子层沉积制造的氧化二晶型晶体管
在过去的几十年中，互补的金属 - 氧化物 - 氧化 - 氧化核（CMOS）技术一直是现代综合电路发展的推动力。增强栅极静电控制以提高对短通道效应（SCE）的免疫力（尤其是在积极缩放晶体管技术的发展中）的关键策略。这包括开发高等效氧化物厚度（EOT）缩放的高κ /金属门技术，以及超薄体，鳍和堆叠的纳米片通道晶体管；在3 nm技术节点1之外，半导体工业（遵循FIN场效应晶体管技术）目前正在采用堆叠的纳米表晶体管。要进一步扩展长度尺寸并保持良好的驱动电流，至关重要的是抑制SCE。可以使用增加数量的薄堆积通道来实现这一目标。然而，常规半导体晶体管的性能迅速降低到硅的3 nm厚度低于3 nm的厚度，而INGAAS的性能降低了10 nm。二维（2D）半导体是一种替代通道材料，与传统的半导管相比，单层厚度和单层厚度较高，在单层厚度上具有更高的迁移率。但是，2D材料缺乏高品质的大区域CMOS兼容生长技术。也很难在其范德华表面形成介电。此外，这些材料很难浓缩，并且在Schottky金属/半导体触点处引起的高接触分析。特别是原子层氧化物半导体，尤其是无定形im-gallium-Zinc氧化物（Igzo） - 用于平面晶体管（TFTS）中的半导体通道材料（用于平面式式施用应用程序12）。但是，尽管是高批量制造的成熟技术，但氧化物半导体很少被视为用于缩放高性能晶体管的Channel材料。这是由于它们的低电荷载流子迁移率约为10 cm 2 v -1 s –1，并且在质量生产中使用时，它们通常需要多达几十纳米的通道厚度13。然而，对于单一三维（3D）整合应用14-21的CMOS后端（BEOL）中氧化物半导体晶体管的使用引起了兴趣。
国家疟疾消除战略计划2022-2026
摘要：我们将在AI硬件加速器的高速内存解决方案上介绍最近的进展。在这里，将类似TPU的数字收缩器阵列结构用于案例研究。重点放在全球缓冲区大容量（数十个MB）的创新上。全局缓冲液持有中间激活数据以及推理/训练期间的重量数据，因此，快速和低功率写入/阅读操作都需要足够的耐力和要求的保留率较小。为了满足此类需求，获得基于细胞的EDRAM，铁电记忆和STT/SOT-MRAM是引人入胜的候选者，并且在领先逻辑之上的单片3D Beol集成提供了许多前景。Bio：Shimeng Yu目前是佐治亚理工学院电气和计算机工程副教授。他获得了学士学位2009年北京大学微电子学位，M.S. 学位和博士学位。斯坦福大学分别于2011年和2013年获得电气工程学位。 从2013年到2018年，他是亚利桑那州立大学的助理教授。 YU教授的研究兴趣是用于节能计算系统的半导体设备和集成电路。 他的研究专业知识是针对深度学习加速器，内存计算，3D集成和硬件安全等应用的新兴的非易失性记忆。 他正在为IEEE电子设备字母（EDL）提供编辑。 他是IEEE的高级成员。2009年北京大学微电子学位，M.S.学位和博士学位。斯坦福大学分别于2011年和2013年获得电气工程学位。从2013年到2018年，他是亚利桑那州立大学的助理教授。YU教授的研究兴趣是用于节能计算系统的半导体设备和集成电路。 他的研究专业知识是针对深度学习加速器，内存计算，3D集成和硬件安全等应用的新兴的非易失性记忆。 他正在为IEEE电子设备字母（EDL）提供编辑。 他是IEEE的高级成员。YU教授的研究兴趣是用于节能计算系统的半导体设备和集成电路。他的研究专业知识是针对深度学习加速器，内存计算，3D集成和硬件安全等应用的新兴的非易失性记忆。他正在为IEEE电子设备字母（EDL）提供编辑。他是IEEE的高级成员。Among Prof. Yu's honors, he was a recipient of NSF Faculty Early CAREER Award in 2016, IEEE Electron Devices Society (EDS) Early Career Award in 2017, ACM Special Interests Group on Design Automation (SIGDA) Outstanding New Faculty Award in 2018, Semiconductor Research Corporation (SRC) Young Faculty Award in 2019, IEEE Circuits and Systems Society (CASS) Distinguished讲师和IEEE电子设备协会（EDS）杰出讲师等。Prof. Yu has served on many premier conferences as technical program committee member, including IEEE International Electron Devices Meeting (IEDM), IEEE Symposium on VLSI Technology and Circuits, IEEE International Reliability Physics Symposium (IRPS), ACM/IEEE Design Automation Conference (DAC), ACM/IEEE Design, Automation & Test in Europe (DATE), ACM/IEEE International Conference on计算机辅助设计（ICCAD）等。
钱奥立弗教授
Chyan 教授的研究项目享有国际声誉，成功探索了关键的基础界面科学，极大地促进了微电子制造和功能纳米结构设计的发展。Chyan 教授在麻省理工学院获得材料化学博士学位。自 1992 年以来，Chyan 建立了界面电化学和材料研究实验室，在那里他领导一个跨学科研究团队，研究大量与半导体处理和先进微电子制造相关的基础和应用研究项目。对于前端处理，对各种湿法清洗溶液中的金属和有机污染进行了检测和监控，以实现超净硅表面。探索 2D TMD 材料上的新型湿法清洗化学，以促进高产量纳米电子制造。关于后端处理，Chyan 博士发明了一种超薄、可直接镀覆的钌基铜扩散阻挡层/衬里，用于高级互连应用。重要的界面现象包括铜 ECD 回填、铜扩散、铜 CMP 后清洗和铜/钌双金属腐蚀，都在积极研究之中。开发了新颖的光谱计量法来表征图案化超低 k 纳米结构上的痕量蚀刻后残留物。对 ULK ILD 界面的化学、结构和键合改性的新见解促进了等离子蚀刻和蚀刻后清洁技术的开发，从而最大限度地减少了低 k 电介质损伤。当前的 BEOL/MEOL 研究工作集中在优化界面化学控制以促进使用 Ru 和 Mo 制造纳米互连。在 IC 封装领域，Chyan 博士的团队开发了一种新颖的 Cu 选择性钝化涂层，可消除热应力下 Cu 引线键合封装中氯化物引起的腐蚀缺陷。正在积极探索将这种 Cu 选择性涂层技术应用于先进的 2D/3D IC 封装。用于先进 IC 封装的高密度 Cu 互连的新型制造技术也在积极探索中。 Chyan 博士的研究项目得到了半导体研究公司 (Semiconductor Research Corporation) 和工业合作伙伴的支持，其中包括英特尔、德州仪器 (TI)、TEL、NXP/Freescale、Lam Research、联发科、L-3 Communications、ATMI、JSR-micro 和 REC Inc. 工业合作研究活动亮点：• 在材料化学和界面特性方面拥有 30 多年的研究经验