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ReRAM 是什么?

2017-10-12 14:17:37

ReRAM是一種難以掌握的技術,但對晶圓廠的生產來說,它卻是一種相對比較簡單直接的工藝。ReRAM 和 STT-MRAM 都只需要少量幾個掩模步驟,并且可在晶圓廠中所謂的生產線后道工序(BEOL)制造生成。而且 STT-MRAM 和 ReRAM 都構建在芯片的金屬層的觸點或通孔之上。

制造 ReRAM 是一回事,但要使其工作又是另一回事。一般來說,ReRAM 有兩種主要類型——氧空缺(oxygen-vacancy)ReRAM 和 CBRAM。氧空缺 ReRAM 也被稱為基于氧化物的 ReRAM(oxide-based ReRAM),簡稱 OxRAM。

OxRAM 和 CBRAM 都是二端器件——由一個頂部電極和一個底部電極組成。在兩個電極之間是開關介質。

                                                            
                                                                          圖 1:Filamentary ReRAM 技術,來自 Crossbar

在 OxRAM 中,兩個電極之間夾著一種金屬氧化物材料。當將正電壓施加到頂部電極上時,在兩個電極之間會形成導電細絲。這些細絲由離子原子組成。
當將負電壓施加到底部電極上時,這些導電細絲會斷裂。從而在效果上實現了 ReRAM 在高低電阻之間的切換。在內存中,電阻的變化就表示成 0 和 1。

                                                                 

                                                                            圖 2:工作中的 ReRAM,來自 Adesto
 
和 OxRAM 類似,CBRAM 也是通過構建和摧毀細絲來創造電阻狀態。但 CBRAM 是將銅或銀金屬注入到硅中,從而在兩個電極之間形成導電橋或細絲。
 
其他也有一些人在研究非細絲的方法。與形成細絲不同,這種技術是使用自整流技術來形成開關效應。有的人將這種技術歸類為 OxRAM。
 
不管怎樣,ReRAM 技術都很艱難。Lam Research 副總裁 Thorsten Lill 表示:“如果能開發出來,ReRAM 確實能帶來讀/寫延遲方面的改善,但它卻有可靠性方面的限制。它的單元開關幾萬次之后性質就會改變。這似乎與構建細絲的物理化學效應有關。我們對此知之甚少。”
 
DRAM 和閃存處理的是電子。而 OxRAM 和CBRAM 則涉及控制離子原子形成細絲的復雜過程。電子更輕,而原子更重。
 
“ReRAM 在紙面上看起來很簡單,但實際情況卻并非如此。”Applied 的 Ping 說,“當你讓離子在材料之中移動時,不只會形成電流,而且還有響應它的電場。其互擴散、溫度行為和電行為全都要一起考慮。這必然涉及到處理很多自然參數。所以非常復雜。”
 
Ping 繼續說:“比如,當你向任何一種 ReRAM 輸入一個電脈沖時,都會出現 RC 相互作用。根據 RC 相互作用的不同,局部產生的熱也有所不同而且不會保持不變。如果這有所不同,那氧的擴散速度也會不同。這是一個困境。一方面,電子可能太輕了。然后會導致很高的噪聲。另一方面,原子又太重了。這不是簡單用電就能解決的。”

本文關鍵詞:ReRAM   MRAM

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