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FRAM ICカード技術

コードNO0242
発刊日1999年4月
編集委員
高須 秀視 ローム(株)半導体研究開発本部 取締役本部長
宅間 俊則 ローム(株)LSIテクノロジーセンター 主席技術員
価 格本体28,000円+税
体 裁A4判上製 218頁
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FRAM ICカード技術 次世代ICカードシステムの主流:超低消費電力を実現する「FRAM ICカード」の全貌とアプリケーションを初めて集大成!

主要構成

序 章 進化するFRAM−半導体技術のイノベーション
第1章 強誘電体メモリデバイス技術の概要
第2章 超低電圧・低電力技術とアプリケーション
第3章 ICカード/TAGシステム
第4章 ICカード/TAG技術
第5章 ICカード/TAGアプリケーション
第6章 将来システム−Reconfigurable

【発刊にあたって】

 強誘電体メモリは、その優れた特性から理想のメモリとして注目されていますが、単に標準メモリとしての利用だけでなく、CMOSプロセスとの適合性の良さから混載用に最適であるという面が重要視されてきています。 強誘電体薄膜のIn Process Degradationも今日ではいろいろな対策が打たれ、大きな問題は解決されてきており、多層配線にも対応ができるようになってきました。 また、PZTでは550℃で十分に結晶化がなされるようになり、Temperature Budget的にも微細CMOSに十分展開可能となっています。 もちろん高温RetentionやImprintといったデバイスの信頼度も実用レベルに達しており、各種応用が広がっていくものと期待されています。
 その中にあって最も注目を集めているのが、非接触ICカードへの利用です。 現在、ICカードチップ向けメモリにはE2PROMが使用されているため、データの書き換え時間は10msec、書き込み電圧が12Vと制限されています。しかしこの問題は、強誘電体メモリを使うとそれぞれ100nsecと2〜5Vに改善されます。 ICカードのように今まで伸び悩んでいた分野もLowPower化が実現し、非接触という大きな特長が加わり、加速的にいろいろな分野への応用が考えられ、大きな市場が期待されるようになっています。 このような状況下で、この分野にフォーカスした本を企画させて戴きました。 読者としては、接触/非接触ICカードあるいはTAG、およびそのシステムに関わる電子系技術者を対象としていますので、あまり物性的になり過ぎないようにしました。
 ストーリーの展開は、先ず、強誘電体メモリとはどういうものかを概説し、次に回路設計面からの低電力化、低電力メモリとしてのFRAM、さらにそれを混載したときの特長、および携帯機器への応用に触れました。 その後ICカードシステム全般に関する技術へと展開し、システムのハード、ソフトだけでなく、電送技術や暗号・認証技術等も充述しています。 次にカード部分について詳細に解説を加えてから、種々考えられているアプリケーションへの展開を示しました。 最後に将来像として、FRAMがReconfigurable Deviceへつながることを示し、この技術を利用すると種々のシステムがソフト的に変化するだけでなく、ハード自身が変化できること、さらにはニューロデバイスへの可能性について述べています。 これらを通して、FRAMが半導体の世界を大きく変えていくとともに、社会生活をも変化させていくことをアピールしたいと思っております。
 本書を出することによって、非接触ICカードシステムの発展に些少なりとも貢献し、またこの分野にご興味をお持ちの読者の方々に少しでも役に立てれば幸いです。
 最後になりましたが、本書の出版にあたりお忙しい中ご執筆いただきました皆様にはこの場をお借りして感謝申し上げます。
編集委員 高須 秀視/宅間 俊則

内容目次

序章 進化するFRAM−半導体技術のイノベーション<高須 秀視>
  1. 概要
  2. 強誘電体メモリの特長
  3. プロセス上の問題点
  4. 強誘電体プロセスの適合性
  5. 非破壊読み出し強誘電体メモリ
  6. 強誘電体メモリ混載応用
  7. 新デバイスアーキテクチャー
  8. 不揮発性ロジック
  9. まとめ

第1章 強誘電体メモリデバイス技術の概要

第1節 不揮発性メモリ<林 秀紀>
  1. EPROM
  2. EEPROM
  3. Flash Memory
  4. バッテリバックアップSRAM
  5. FRAM
    5.1 FRAMの動作原理
    5.2 FRAMの特長
    5.3 FRAMの応用
    5.4 FRAMの課題
第2節 FRAM<多田 佳広>
  1. 強誘電体材料とメモリデバイスヘの応用
  2. 強誘電体メモリのプロセス技術
  3. ゾルーゲル法によるPZT薄膜成膜技術
  4. メモリセルの高集積化
  5. 強誘電体メモリの基本動作
    5.1 データ書き込み
    5.2 データ読み出し
    5.3 2T/2C方式の動作
  6. 強誘電体メモリの信頼性
  7. 強誘電体メモリ製品紹介
    7.1 16Kbitシリアル製品(BR24CF16F)
    7.2 256Kbitパラレル製品(BR63F256F)
第3節 FFRAM<中村 孝>
  1. MFS FET
  2. MFS FETの問題点
  3. MFIS FET
  4. MFMIS FET(FFRAMセル)
  5. MFMIS FETの作成
    5.1 電極材料の見直し
    5.2 強誘電体材料の見直し
  6. FFRAM実用化に向けて
    6.1 プロセスデグラデーション
    6.2 逆バイアスリテンション
    6.3 データディスターフ
  7. FFRAMの応用例
  8. 今後の課題

第2章 超低電圧・低電力技術とアプリケーション

第1節 低電圧設計技術とそのメモリ<西村 清>
  1. 低消費電力ニーズ
  2. 省電力化設計
    2.1 省電力デバイス技術対応の検討
    2.2 省電力回路技術対応の検討
  3. 素子数削減による省電力化技術
    3.1 パストタンジスタ論理
    3.2 強誘電体パスロシック
  4. まとめ
第2節 FeRAM混載技術<吾妻 正道>
  1. SBT系キャパシタ材料
    1.1 材料設計技術
    1.2 SBT系キャパシタの低電圧特性
  2. SBT高集積FeRAM技術
    2.1 高集積化への技術課題
  3. システムLSIへの応用
  4. まとめ
第3節 携帯電話への応用<南 洋一郎>
  1. FRAMの特徴と利点
    1.1 FRAMの特徴
    1.2 FRAMの利点
  2. 携帯電話への応用
    2.1 携帯電話の構成
    2.2 SIMカードヘの応用
    2.3 低消費電力のメリットと応用
    2.4 書き込み時間が短いメリットと応用
  3. 携帯電話の将来像
第4節 マルチメディア端末への応用<里中 孝美>
  1. 強誘電体メモリによるマルチメディア端末
  2. 不揮発性メモリの固体記録の現状
  3. 画像圧縮方式と固体画像記録
    3.1 画像圧縮方式
    3.2 デジタルカメラの固体記録
    3.3 シリコンムービの固体記録
  4. オーディオ符号圧縮と暗号固体記録
    4.1 オーディオ圧縮符号方式
    4.2 シリコンオーディオと暗号固体記録
  5. 将来の家庭用マルチメディア機器の固体記録

第3章 ICカード/TAGシステム

第1節 システム(1)ハードウェア<大山 満澄>
  1. システム構成
  2. カード
  3. リーダ/ライタ
  4. 周辺機器
  5. 供給電源
第2節 システム(2):ソフトウェア<山岡 敬章>
  1. ICカードとソフトウェア
  2. ICカードの普及に向けて
  3. LANがもたらすものは
  4. 他システムとの共存・協調
  5. “ICカードシステム”が“ICカードアプリケーション”に
  6. アプリケーション構築に役立てる知識とは
第3節 伝送技術<大山 満澄>
  1. 伝送方式の種類
  2. 無線周波数帯
    2.1 周波数帯の選択
    2.2 近接型・近傍型の周波数選択
  3. 通信方式
  4. 変調方式
  5. 変調符号
  6. 通信速度
  7. システムの混在と干渉
    7.1 幅輳制御
  8. 電波利用における人体の防護指針
    8.1 電波防護指針
    8.2 TAGシステムと電波防護指針との関わり
第4節 通信安全性と暗号・認証技術<松井 充>
  1. 現代暗号とICカード
  2. ネットワーク型暗号の考え方
  3. 秘密鍵暗号
    3.1 秘密鍵暗号の原理
    3.2 ストリーム暗号とブロック暗号
    3.3 ブロック暗号の例
    3.4 ブロック暗号の利用モード
    3.5 ブロック暗号の応用−ユーザ認証とメッセージ認証
    3.6 ICカードにおける秘密鍵暗号の利用
    3.7 秘密鍵暗号の安全性
    3.8 秘密鍵暗号の解読法
  4. 公開鍵暗号
    4.1 公開鍵暗号の原理
    4.2 RSA暗号
    4.3 ディジタル署名
    4.4 認証局と証明書
    4.5 ハッシュ関数
    4.6 RSA暗号とICカード
    4.7 楕円曲線暗号
    4.8 楕円曲線暗号とRSA暗号の比較
    4.9 楕円曲線暗号とICカード
    4.10 楕円曲線暗号の安全性と今後

第4章 ICカード/TAG技術

第1節 ICチップ<徳光 伸一>
  1. ICカードの概要
    1.1 ICカードの特長
    1.2 ICカードの分類
    1.3 ICカードシステムの動作
  2. ICチップの構成と動作
    2.1 ICチップの構成
    2.2 ICチップの動作
  3. ICチップの重要な機能
    3.1 電力途絶時のメモリ保護
    3.2 セキュリティ
  4. ICチップの課題−高機能化と低消費電力化
    4.1 低消費電力アーキテクチャー
    4.2 高機能アーキテクチャー
  5. まとめ
第2節 アッセンブリ技術<高橋 恒松>
  1. ICカードに要求される諸機能
  2. ICカードの形状・寸法
    2.1 IS0標準カード
    2.2 薄型ICカード
  3. ICカード用素材
  4. ICモジュールの構成
    4.1 IC実装設計の考え方
    4.2 接触型ICモジュール
    4.3 非接触型ICモジュール
    4.4 アンテナの種類と実装方法
  5. ICカード構成技術
    5.1 接触型ICカード
    5.2 非接触型ICカード
    5.3 コンビネーション型ICカード
  6. IC力一ドの製造工程
    6.1 印刷工程
    6.2 カード加工工程
  7. 今後の課題
第3節 カード表示印刷技術<渡部 晴夫>
  1. カード表示の必要性
  2. カード印刷技術の紹介
    2.1 オフセット印刷
    2.2 昇華型熱転写方式
    2.3 透明・白濁型感熱リライト方式
    2.4 ロイコ系発色・消色型感熱リライト方式
    2.5 磁性体金属粉付着方式
  3. 非接触ICカードヘの印刷の課題
  4. 機器構成と印刷処理
    4.1 カード発行処理
    4.2 カード書き換え処理
  5. カード印刷方法の今後
第4節 非接触ICカード用アンテナコイル技術<山内 毅>
  1. 非接触ICカード用アンテナコイルの役割
  2. 非接触ICカード用アンテナコイルの種類
  3. 非接触ICカード用テンテナコイルの製造方法
  4. 埋込巻線コイル技術を利用した“インレット(=Inlet)製造方式”
  5. 非接触ICカード用アンテナコイルの設計方法
  6. 非接触ICカード用アンテナコ才ルの品質評価
    6.1 アンテナコイル単品での品質評価
    6.2 カード化後の品質評価
    6.3 カード化時点でのアンテナコイル留意点
  7. 今後の展開・展望
第5節 ISOカード規格<宅間 俊則>
  1. IS0組織
  2. IS0リスト
  3. IS0に対応したJISリストとICカード物理的特性規格
  4. IS0規格の充足度と今後の期待

第5章 ICカード/TAGアプリケーション

第1節 ICカード<宇津 剛/佐藤 直司>
  1. ICカードとは何か
    1.1 なぜICカードか
    1.2 カードの種類
    1.3 ICカード仕様
    1.4 カードの構造
    1.5 標準化動向
  2. 今後の動向と課題
    2.1 応用システムの運用開始
    2.2 ネットワーク社会での利用
    2.3 非接触型カードの応用
    2.4 今後の課題
第2節 無線TAG<宇津 剛/佐藤 直司>
  1. 無線TAGとは何か
    1.1 いろいろなデータキャリア
    1.2 無線TAGの特長
  2. 基本構成と応用分野
  3. 応用システム
    3.1 仕訳の自動化
    3.2 食堂精算システム
    3.3 アミューズメントなどの多機能利用券
    3.4 レンタル商品の履歴管理
  4. 課題と展望

第6章 将来システムReconfigurable

第1節 Reconfigurableシステムとは<宮崎 敏明>
  1. プログラマブル・デバイス
    1.1 Configurable論理
    1.2 不揮発性Reconfigurable論理
    1.3 揮発性Reconfigurable論理
    1.4 Reconfigurableスイッチ
    1.5 Virtual論理
  2. Reconfigurableシステムの分類
    2.1 アタッチド・プロセッサ
    2.2 コプロセッサ
    2.3 専用マシン
  3. アプリケーション
    3.1 画像および信号処理
    3.2 高速データ処理および制御
    3.3 ラピッドプロトタイピングおよびエミュレーション
  4. 具体例
  5. 新しいアイデア
    5.1 Dynamic Reconfiguration
    5.2 進化型ハードウェア
  6. 今後の課題
    6.1 キラー・アプリケーションの模索
    6.2 アプリケーション開発環境
    6.3 Dynamic Reconfiguration
第2節 Reconfigurable LSI<北原 愼二>
  1. Reconigurable LSIとは
  2. プログラマブルデバイスの誕生
  3. 次世代のプログラマブルデバイス:Reconfigurable LSI
  4. FRAMプロセスによる最適なReconfigurable LSI
第3節ニューロデバイスヘの応用<石原 宏>
  1. 強誘電体シナプス回路
  2. パルス周波数変調型ニューロン回路
  3. ニューロン回路の作理


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執筆者一覧(敬称略・執筆順、所属・肩書き等は発刊当時のものです)
 
■ 編集委員
高須 秀視ローム(株)半導体研究開発本部 取締役本部長
宅間 俊則ローム(株)LSIテクノロジーセンター 主席技術員
 
■ 執筆陣
高須 秀視ローム(株)半導体研究開発本部 取締役本部長
林 秀紀ローム(株)先端研究開発本部 高信頼性プロジェクト課長
多田 佳広ローム(株)MEMORYLSI商品開発部 EEPG係長
中村 孝ローム(株)半導体デバイス研究開発部 技術主査
西村 清ローム(株)デザインシステム開発部デザイン支援課 主席技術員
吾妻 正道松下電子工業(株)技術本部電子総合研究所機能LSI研究部 主席技師
南 洋一郎日本電気(株)モバイルコミュニケーション事業部デジタル通信開発部 技術マネージャー
里中 孝美松下電子工業(株)技術本部電子総合研究所機能LSI研究部 技師
大山 満澄(株)東芝 小向工場電波応用技術部 技術第3担当グループ長
山岡 敬章(株)エスパーム 代表取締役
松井 充三菱電機(株)情報技術総合研究所 主席研究員
徳光 伸一松下電子工業(株)技術本部電子総合研究所機能LSI研究部 第3研究室
高橋 恒松日本情報印刷(株)研究開発室 取締役室長
渡部 晴夫日本信号(株)宇都宮事業所技術部 CLC担当課長
山内 毅日特エンジニアリング(株)ICカード推進事業部マーケティンググルーブ
宅間 俊則ローム(株)LSIテクノロジーセンター 主席技術員
宇津 剛(株)東芝データ・キャリア 事業推進部参事
佐藤 直司(株)東芝データ・キャリア 事業推進部主務
宮崎 敏明日本電信電話(株)未来ねっと研究所 主幹研究員
北原 愼二ローム(株)LSIテクノロジーセンター ASIC商品開発部AP6G課長
石原 宏東京工業大学 フロンテイア創造共同研究センター 教授


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