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阻變存儲器盼突破

2017-10-31 14:49:03

阻變存儲器(RRAM)是一種新型的非揮發性存儲器,其優點在于消耗電力較NAND低,且寫入資訊速度比NAND快閃存儲器快了1萬倍。
   
阻變存儲器作為最重要的下一代新型存儲器,近十幾年來受到世界的重點關注。阻變存儲器具有結構簡單、高速、低功耗和易于三維集成等優點。存儲單元結構為上電極和下電極之間的電阻變化層。根據電阻變化層的材料,阻變存儲器可分為氧化物阻變存儲器和導電橋接存儲器。前者研究較為廣泛,國際上已有數家公司展示了原型產品。
   
事實上,阻變存儲器(RRAM)、磁變存儲器(MRAM)與相變存儲器(PRAM)等技術并非近年來的產物,早在1990年代,就有廠商開始投入研發,而促使新世代存儲器發展在近年來露出曙光的原因,正是進入高速運算時代,存儲器技術演進速度出現跟不上系統效能演進速度所導致。
   
1995年摩托羅拉公司演示了第一個MRAM芯片,并生產出了1MB的芯片原型。
   
2007年,磁記錄產業巨頭IBM公司和TDK公司合作開發新一代MRAM,使用了一種稱為自旋扭矩轉換(spin-torque-transfer,STT)的新型技術,利用放大了的隧道效應(tunneleffect),使得磁致電阻的變化達到了1倍左右。TDK于2014年首次展出了自旋轉移力矩磁變存儲器的原型,容量為8Mb,讀寫速度是當時NOR的7倍多(342MB/sVS48MB/s)。
   
Everspin是目前唯一一家出售此類產品的公司,去年開始可以提供密度高達256Mb的磁變存儲器樣品。
   
2000年以來,美光、Intel、ST都致力于相變存儲器的研發,美光于2012年宣布1Gb和512Mb的相變內存的首次量產,但是可能替代閃存的大容量相變存儲器由于各種技術原因,目前尚未問世。
   
2013年,松下發布了世界上第一個用于嵌入式應用的阻變存儲器。它集成了一個180nm的阻變存儲器器件和一個8位控制器。
   
2015年初,Crossbar(美國)宣布其阻變存儲器開始進入商業化階段,初期準備面向嵌入式市場,同時正加速進行容量更大的下一代阻變存儲器研發,預計于2017年面世。目前Crossbar阻變存儲器已經制備了40nm產品并已經向2xnm邁進,實現更高密度和更緊密集成的的器件。
   
美光和索尼也在開展阻變存儲器的聯合研發。從2007年起,每年半導體鄰域的幾個重要國際會議(如IEDM和VLSI)均會報道最新的研發進展。2014年美光公布了27nm基于CMOS工藝制造的單顆容量16Gb阻變存儲器原型,但目前距離量產仍有較大距離。大規模量產的最大挑戰是實現較好的均勻性,提高產品良率和可靠性。另外,多位存儲的要求對電阻變化層的材料也提出了嚴峻的考驗。大規模提高阻變存儲器容量,需要材料和結構的進一步優化和創新。
 
本文關鍵詞:阻變存儲器(RRAM)

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