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阻變存儲�
閱讀�11555時間�2011-08-30 15:57:00

  阻變�存儲�(resistive random access memory,RRAM)是以材料�電阻在外加電場作用下可在高阻�(tài)和低阻態(tài)之間實現(xiàn)可逆轉(zhuǎn)換為基礎(chǔ)的一類前瞻性下一代非揮發(fā)存儲�.它具有在32nm節(jié)點及以下取代�(xiàn)有主流Flash存儲器的潛力,成為目前新型存儲器的一個重要研究方��

歷史

  早在 1967 �, Simmons � Verderber 就研究了Au/ SiO/ Al �(jié)�(gòu)的電阻轉(zhuǎn)變行�。由于受實驗手段和需求的影響,直到 2000 �,美國休斯頓大�(xué)(University of Houston)� Ignatiev 研究小組報道了PrxCa12xMnO3 ( PCMO) 氧化物薄膜電阻轉(zhuǎn)換特性后,人們才開始投入大量的精力和財力� RRAM進行研究。報道的具有電阻�(zhuǎn)變效�(yīng)的材料種類繁�,到底采用哪種工藝制備的何種材料能夠得到實際應(yīng)用還沒有定論;�(xiàn)階段的研究主要集中在電阻�(zhuǎn)變機制的探討和單管性能的提升上。到目前為止,除Spansion公司� 2005 年的 IEDM 上公開發(fā)布的 64kb測試芯片�,還沒有關(guān)� RRAM 量產(chǎn)的消�,RRAM的集成技�(shù)也是其實用化的基�(chǔ)�

�(jié)�(gòu)

  �1是RRAM器件典型的“三明治�(MIM)�(jié)�(gòu)示意�,其上下電極之間是能夠�(fā)生電阻轉(zhuǎn)變的阻變層材�。在外加偏壓的作用下,器件的電阻會在高低阻�(tài)之間�(fā)生轉(zhuǎn)�,從而實�(xiàn)�0”和�1”的存儲。與傳統(tǒng)浮柵型Flash的電荷存儲機制不一�,RRAM是非電荷存儲機制,因此可以解決Flash中因隧穿氧化層變薄而造成的電荷泄漏問�,具有更好的可縮小��

阻變存儲器的結(jié)構(gòu)

制備工藝

  RRAM 的制備工藝簡� ,有利于保證器件的成品率和降低成本。RRAM 中最�(guān)鍵的是阻變層的制� ,采用不同工藝制備的器件所獲得的性能也不相同。目� ,阻變層薄膜的制備技�(shù)主要有濺�(Sp ut tering) � 化學(xué)氣相淀�(CVD) � 脈沖激光沉�(PLD) � 電子束蒸�(fā)� 原子層淀�(ALD) � 溶膠2凝膠�。對于不同的材料體系,�(yīng)根據(jù)材料的特性以及反�(yīng)前驅(qū)物的狀�(tài),選擇不同的制備工藝。同� ,對材料進行�(shè)計和剪裁 ,包括摻雜改�� 引入納米晶顆�,以及界面特性改� (如在 H2 中退�) ,也可以使器件的性能得到提高�

陣列的測�

  � RRAM 存儲� ,必須建立一套行之有效的測試方法 ,才能夠正確地評估其性能 ,并實�(xiàn)商業(yè)�(yīng)�。RRAM 交叉陣列的操作電壓配置一般有兩種方法:1/ 2 V � 1/ 3 V � ,如圖 4 所�。在 1/ 2V 方法� ,選中單元的字線電壓為 V ,位線電壓� 0 ,其余的字線和位線電壓都為 1/ 2 V ,這樣 ,選中單元上面的電壓為 V ,選中單元所在的行和列上其他單元的電壓為 1/ 2 V ,其余的單元電壓都� 0 ,總的電流� I (V) + ( m + n - 2) I (V/ 2) 。在 1/ 3 V 方法� ,選中單元的字線電壓為 V DD ,位線電壓� 0 ,其余字線電壓均為1/ 3 V ,其余的位線電壓均�2/ 3 V ,這樣 ,選中單元上面的電壓為 V ,未選中單元上的電壓為 1/3 V �21/ 3 V ,總的電流� I(V) + ( m - 1) ( n - 1)I (V/ 3) 。需要指出的� ,由于器件本身對電壓的敏感程度不一� ,采用 1/ 2 V � 1/ 3 V 方法對編程效率和讀裕度( read margin)會有一定程度的影響�

阻變存儲器陣列的測試

展望

  作為下一代非揮發(fā)性存儲器的有力競爭� ,國際上對 RRAM 存儲器的研究工作如火如荼。相比傳�(tǒng)� Flash 存儲�,RRAM 作為一種采用非電荷存儲機制的存儲器� 32 nm 工藝節(jié)點以下將有很大的�(fā)展空�。具有電阻轉(zhuǎn)變效�(yīng)的材料很� ,但是具體的電阻轉(zhuǎn)變機制還不是很清� ,深入研究電阻�(zhuǎn)變機制能� RRAM 器件的設(shè)計提供理論指�(dǎo)。高密度是存儲器追求的一個重要性能 ,如何實現(xiàn)高密度的集成也是科研工作者和工程師需要一起解決的問題。RRAM �3D 集成是實�(xiàn)高密度的一個重要手� ,但由此帶來的�(yīng)力問題也�(yīng)得到全面的考慮。在 1D1R �(jié)�(gòu)中追求整流二極管高電流密度的同時 ,如何降低 RRAM 器件的電流密�、開�(fā)低功耗的 RRAM 器件 ,也是一個重要的研究方向�

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