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1、讓內(nèi)存擁有記憶力!——下一代存儲器技術(shù)解析(圖)進(jìn)入論壇討論>>??2010-02-05來源:數(shù)動連線整理轉(zhuǎn)載請注明出處電腦報(http://www.shudoo.com)??2010年第05期D版責(zé)編:陳揚(yáng)軼特約作者:八戒目前的RAM主要分為三類:靜態(tài)RAM、動態(tài)RAM和閃存,各自都有優(yōu)缺點,例如閃存是唯一能夠在不通電的情況下進(jìn)行數(shù)據(jù)保存的存儲器,但是速度卻很慢。一直以來電路設(shè)計師們正在尋求一個能夠集成多種存儲器類型到同一個芯片上的技術(shù),雖然會增加復(fù)雜性和成本,但是卻有可能獲得最佳的性能。,從2000年的130nm到現(xiàn)在的45nm,今年內(nèi)內(nèi)存制程將能達(dá)到32nm,而在明年更有望達(dá)到22
2、nm。目前,新的技術(shù)和制程已經(jīng)可以制造更小、更快、節(jié)能和非易失性的存儲器了,特別是RRAM技術(shù)的出現(xiàn)讓大家看到了存儲器新的希望……RRAM,會記憶的內(nèi)存?RRAM也稱ReRAM,全稱ResistiveRAM,中文譯為電阻記憶體、記憶電阻(簡稱憶阻)。RRAM是一種具有記憶功能的非線性電阻,使用強(qiáng)相關(guān)電子類的材料(如NiO、PCMO等),這類型的材料可通過電流的變化控制阻值的變化,即是對材料施壓電壓脈沖后,材料的電阻阻值會發(fā)生劇烈改變,使材料成為高阻值;反之,若從另一個方向施加電壓脈沖則會使材料轉(zhuǎn)變成低阻值,運(yùn)用阻值高、低的兩種狀態(tài)來儲存位資料。如果將憶阻的高阻值和低阻值分別定義為1和0,
3、就可以通過二進(jìn)制的方式來存儲數(shù)據(jù)。image001.jpg(49.46KB)2010-2-311:21RRAM的實現(xiàn)斷電存儲的技術(shù)原理值得一提的是,每次電壓被切斷時,整個電阻就會被凍結(jié);但當(dāng)電壓重新接通時,系統(tǒng)仍能“記得”之前停在哪里,從相同的電阻狀態(tài)中“蘇醒”。該器件像可變電阻那樣工作,可以“記住”通過改變兩端電壓而改變的通過電流大小。因此該器件可以用作存儲組件,當(dāng)電流流向某個方向時“接通”,當(dāng)電流流向相反方向時“關(guān)斷”。電子工程師識別憶阻性電路組件的方法是通過器件的電壓-電流關(guān)系。電阻代表了電壓與電流的關(guān)系,憶阻器代表了磁通量與電荷的關(guān)系。隨著時間的推移,累加磁通量就會形成電壓、電荷
4、就會形成電流。因此與磁通量和電荷相關(guān)的器件(比如憶阻器)將隨著時間的流逝而與電壓和電流相關(guān),就像可變電阻那樣,根據(jù)上面流過的電流大小和方向改變它的阻值。image002.jpg(40.23KB)2010-2-311:21RRAM判斷“開”與“關(guān)”是通過檢測電極的阻性每個憶阻器有一個底部的導(dǎo)線與器件的一邊接觸,一個頂部的導(dǎo)線與另一邊接觸。憶阻器是一個由兩個金屬電極夾著的氧化鈦層構(gòu)成的雙端,雙層交叉開關(guān)結(jié)構(gòu)的半導(dǎo)體。其中一層氧化鈦摻雜了氧空位,成為一個半導(dǎo)體;相鄰的一層不摻雜任何東西,讓其保持絕緣體的自然屬性,通過檢測交叉開關(guān)兩端電極的阻性,就能判斷RRAM的“開”或者“關(guān)”狀態(tài)。根據(jù)不同材
5、料結(jié)構(gòu),RRAM的存儲機(jī)理有多種解釋.根據(jù)體效應(yīng)和電極限制效應(yīng)將阻變機(jī)理分成兩大類,其中體效應(yīng)是指發(fā)生在體內(nèi)的電阻轉(zhuǎn)變現(xiàn)象,而電極限制效應(yīng)是指在電極與薄膜材料的界面處由表面態(tài)導(dǎo)致電阻轉(zhuǎn)變的機(jī)理。由于RRAM是一種全新的存儲技術(shù),此前氧化物材料中電致電阻轉(zhuǎn)變的物理機(jī)制不清楚,一直是制約RRAM存儲實用化的主要障礙。目前,關(guān)于RRAM物理機(jī)制的研究已取得了較快進(jìn)展。比如惠普公司在幾年前就已經(jīng)嘗試將憶阻器用來創(chuàng)建全新存儲器。不過,惠普無法找到可靠的材料作為RRAM的夾層,盡管公司嘗試各種非易失性存儲器材料做了好幾年的試驗?;萜赵糜袡C(jī)分子作為存儲組件,但有機(jī)材料對高溫的敏感性迫使惠普開始在無機(jī)
6、領(lǐng)域?qū)ふ曳€(wěn)定的非易失性材料。后來惠普使用了相對穩(wěn)定的無機(jī)材料如二氧化鈦,才真正找到了利用阻性隨機(jī)訪問存儲器超越閃存和其它替代性存儲器技術(shù)的正確方法。image003.jpg(78.39KB)2010-2-311:21憶阻器排列成的電路圖像惠普公司采用奈米壓印微影制程技術(shù),已經(jīng)完美地實現(xiàn)了一種制造超高密度正交金屬線的縱橫式陣列─縱橫式交換器的制造方法。原子力顯微鏡下的一個有17個憶阻器排列成一排簡單電路的圖像。速度更快,容量更大除了獨特的“記憶”功能之外,RRAM被業(yè)界看好是還因為兩大原因。第一原因是存儲器功能性增強(qiáng):這些改進(jìn)之處包括更短的隨機(jī)訪存時間、更快的讀寫速度,以及直接寫入、位粒度
7、和高耐讀寫能力。RRAM擁有幾乎與DRAM相同的高速訪問時間,以及超過105次涂寫次數(shù)和非破壞性讀取等特性。整合今天的閃存和快速動態(tài)隨機(jī)訪問存儲器(DRAM)的部分特性,RRAM技術(shù)將存儲器的功能提升到一個新的水平,最終不僅可以取代閃存,還能替代DRAM的部分用處,如常用操作碼保存和高性能磁盤緩存。image004.jpg(46.02KB)2010-2-311:21RRAM的內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖,集成程度非常高存儲單元小和制造工藝可以升級是讓