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CMOS-compatible ultra-low-power non-volatile memory and its application to sensor node chip

Research Project

Project/Area Number 19K11889
Research Category

Grant-in-Aid for Scientific Research (C)

Allocation TypeMulti-year Fund
Section一般
Review Section Basic Section 60040:Computer system-related
Research InstitutionRitsumeikan University

Principal Investigator

Ochi Hiroyuki  立命館大学, 情報理工学部, 教授 (40264957)

Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) 今川 隆司  明治大学, 理工学部, 助教 (90771395)
Project Period (FY) 2019-04-01 – 2022-03-31
Project Status Completed (Fiscal Year 2021)
Budget Amount *help
¥4,420,000 (Direct Cost: ¥3,400,000、Indirect Cost: ¥1,020,000)
Fiscal Year 2021: ¥1,820,000 (Direct Cost: ¥1,400,000、Indirect Cost: ¥420,000)
Fiscal Year 2020: ¥1,690,000 (Direct Cost: ¥1,300,000、Indirect Cost: ¥390,000)
Fiscal Year 2019: ¥910,000 (Direct Cost: ¥700,000、Indirect Cost: ¥210,000)
KeywordsプログラマブルROM / メタルフリンジキャパシタ / フローティングゲート / マイクロエナジーハーベスティング / 電源自給型センサノードチップ / Self-poweredなセンサノードチップ
Outline of Research at the Start

本研究では、超小型太陽電池でも動作できる低消費電力性を備え、かつ特殊な製造工程を用いない通常の廉価な集積回路の製造工程で実現可能な不揮発性メモリ素子(研究代表者らが考案したフラッシュメモリと類似の原理のメモリ素子)を用い、センサノード等で電源遮断時のデータ保持などに使用できるプログラマブルROMを実現する。更にこれを用いて、エネルギーを自給自足して半永久的に動作し続ける廉価なセンサノードの構成方式を提案する。

Outline of Final Research Achievements

We studied a non-volatile memory element consisting of a FiCC and a MOS transistor. Here, FiCC is an on-chip capacitor compatible with standard CMOS technology. From the measurement results of the threshold voltage shift, we showed that a retention time of 13 days or more can be obtained by using the dual-rail readout scheme. We proposed a PDC oscillator circuit for the charge pump circuit required for our memory element. Using our memory cell, we devised an FPGA with high area efficiency. We also proposed a non-volatile D flip-flop using our memory cell.

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

電源切断中もデータの保持が可能な不揮発性メモリは、近年、稼働中のシステムの電源を遮断することで低消費エネルギー化を図るために必要なデータ退避媒体として重要性が高まっている。しかし、既存の不揮発性メモリは製造の際に特殊な工程が必要であり、コストの増大が課題であった。本研究課題で扱ったFiCCを用いた不揮発性メモリは標準CMOS製造工程で製造可能であり、消費電流も小さく、不揮発性メモリの可能性を広げると期待される。

Report

(4 results)
  • 2021 Annual Research Report   Final Research Report ( PDF )
  • 2020 Research-status Report
  • 2019 Research-status Report
  • Research Products

    (6 results)

All 2022 2021 2019

All Presentation (6 results) (of which Int'l Joint Research: 2 results)

  • [Presentation] Zero-standby-power Nonvolatile Standard Cell Memory Using FiCC for IoT Processors with Intermittent Operations2022

    • Author(s)
      Yuki Abe, Kazutoshi Kobayashi, Jun Shiomi, Hiroyuki Ochi
    • Organizer
      IEEE Symposium on Low-Power and High-Speed Chips and Systems (COOL Chips 25)
    • Related Report
      2021 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Nonvolatile SRAM Using Fishbone-in-Cage Capacitor in a 180 nm Standard CMOS Process for Zero-standby and Instant-powerup Embedded Memory on IoT2021

    • Author(s)
      Takaki Urabe, Hiroyuki Ochi, and Kazutoshi Kobayashi
    • Organizer
      IEEE Symposium on Low-Power and High-Speed Chips and Systems (COOL Chips 24)
    • Related Report
      2021 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] 間欠動作を行うIoT向けプロセッサに適したFiCCを用いた不揮発スタンダードセルメモリの実測評価2021

    • Author(s)
      阿部佑貴, 小林和淑, 塩見準, 越智裕之
    • Organizer
      情報処理学会DAシンポジウム2021, pp.3-8
    • Related Report
      2021 Annual Research Report
  • [Presentation] 太陽電池混載チップでのCMOS互換回路による電源電圧変動に頑強な温度センサの測定2021

    • Author(s)
      室原脩人, 坂野達也, 木村知也, 今川隆司, 越智裕之
    • Organizer
      信学技報, vol. 120, no. 400, VLD2020-74, pp. 32-37
    • Related Report
      2020 Research-status Report
  • [Presentation] FiCCを用いたCMOS互換な不揮発性メモリ素子の閾値電圧特性の測定ならびに読み出し方式検討2019

    • Author(s)
      田中 一平, 宮川 尚之, 木村 知也, 今川 隆司, 越智 裕之
    • Organizer
      情報処理学会DAシンポジウム2019
    • Related Report
      2019 Research-status Report
  • [Presentation] FiCCを用いたCMOS互換な不揮発性メモリ実現に向けた素子特性測定2019

    • Author(s)
      田中 一平, 宮川 尚之, 木村 知也, 今川 隆司, 越智 裕之
    • Organizer
      電子情報通信学会VLSI設計技術研究会
    • Related Report
      2019 Research-status Report

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Published: 2019-04-18   Modified: 2023-01-30  

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