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ReRAM 是什么?

2017-10-12 14:17:37

ReRAM是一种难以掌握的技术,但对晶圆厂的生产来说,它却是一种相对比较简单直接的工艺。ReRAM 和 STT-MRAM 都只需要少量几个掩模步骤,并且可在晶圆厂中所谓的生产线后道工序(BEOL)制造生成。而且 STT-MRAM 和 ReRAM 都构建在芯片的金属层的触点或通孔之上。

制造 ReRAM 是一回事,但要使其工作又是另一回事。一般来说,ReRAM 有两种主要类型——氧空缺(oxygen-vacancy)ReRAM 和 CBRAM。氧空缺 ReRAM 也被称为基于氧化物的 ReRAM(oxide-based ReRAM),简称 OxRAM。

OxRAM 和 CBRAM 都是二端器件——由一个顶部电极和一个底部电极组成。在两个电极之间是开关介质。

                                                            
                                                                          图 1:Filamentary ReRAM 技术,来自 Crossbar

在 OxRAM 中,两个电极之间夹着一种金属氧化物材料。当将正电压施加到顶部电极上时,在两个电极之间会形成导电细丝。这些细丝由离子原子组成。
当将负电压施加到底部电极上时,这些导电细丝会断裂。从而在效果上实现了 ReRAM 在高低电阻之间的切换。在内存中,电阻的变化就表示成 0 和 1。

                                                                 

                                                                            图 2:工作中的 ReRAM,来自 Adesto
 
和 OxRAM 类似,CBRAM 也是通过构建和摧毁细丝来创造电阻状态。但 CBRAM 是将铜或银金属注入到硅中,从而在两个电极之间形成导电桥或细丝。
 
其他也有一些人在研究非细丝的方法。与形成细丝不同,这种技术是使用自整流技术来形成开关效应。有的人将这种技术归类为 OxRAM。
 
不管怎样,ReRAM 技术都很艰难。Lam Research 副总裁 Thorsten Lill 表示:“如果能开发出来,ReRAM 确实能带来读/写延迟方面的改善,但它却有可靠性方面的限制。它的单元开关几万次之后性质就会改变。这似乎与构建细丝的物理化学效应有关。我们对此知之甚少。”
 
DRAM 和闪存处理的是电子。而 OxRAM 和CBRAM 则涉及控制离子原子形成细丝的复杂过程。电子更轻,而原子更重。
 
“ReRAM 在纸面上看起来很简单,但实际情况却并非如此。”Applied 的 Ping 说,“当你让离子在材料之中移动时,不只会形成电流,而且还有响应它的电场。其互扩散、温度行为和电行为全都要一起考虑。这必然涉及到处理很多自然参数。所以非常复杂。”
 
Ping 继续说:“比如,当你向任何一种 ReRAM 输入一个电脉冲时,都会出现 RC 相互作用。根据 RC 相互作用的不同,局部产生的热也有所不同而且不会保持不变。如果这有所不同,那氧的扩散速度也会不同。这是一个困境。一方面,电子可能太轻了。然后会导致很高的噪声。另一方面,原子又太重了。这不是简单用电就能解决的。”

本文关键词:ReRAM   MRAM

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