新型存儲(chǔ)器摩拳擦掌
2017-09-07 15:29:03
客戶對于現(xiàn)有信息存儲(chǔ)產(chǎn)品的性能有了更高要求，研發(fā)人員迫切需要在存儲(chǔ)材料和技術(shù)方面取得突破。在這些需求的驅(qū)動(dòng)下，相繼出現(xiàn)了一些新型非易失存儲(chǔ)器，如磁存儲(chǔ)器(MRAM)、鐵電存儲(chǔ)器(FRAM)、阻變存儲(chǔ)器(RRAM)、相變存儲(chǔ)器(PRAM)。雖然說這些是新型存儲(chǔ)器，但從某個(gè)角度看，這些存儲(chǔ)器已經(jīng)存在有一段日子了。
(1)鐵電存儲(chǔ)器(FRAM)
鐵電存儲(chǔ)器是一種掉電后信息不丟失的非易失存儲(chǔ)器，具有高密度、高速、低功耗和抗輻射等優(yōu)點(diǎn)。其核心基礎(chǔ)是鐵電晶體材料，采用鐵電效應(yīng)作為其電荷存儲(chǔ)機(jī)制，同時(shí)具備隨機(jī)存取存儲(chǔ)器(RAM)和非易失性存儲(chǔ)產(chǎn)品的特性。其結(jié)構(gòu)圖如下圖所示。FRAM的工作原理是利用金屬-鐵電-半導(dǎo)體場效應(yīng)晶體管結(jié)構(gòu)，鐵電薄膜用來替代MOS管中的柵極氧化硅層，鐵電薄膜保持著兩個(gè)穩(wěn)定的極化狀態(tài)，分別表示“1”和“0”。
圖一 FRAM結(jié)構(gòu)剖面圖
(2)磁性存儲(chǔ)器( MRAM)
MRAM是利用材料的磁場隨磁場的作用而改變的原理所制成。利用磁存儲(chǔ)單元磁性隧道結(jié)(MTJ)的隧穿磁電阻效應(yīng)來進(jìn)行存儲(chǔ)。
如下圖二所示，MTJ有三層，最上層為自由層，中間是隧道結(jié)，下面是固定層。自由層的磁場極化方向是可以改變的，而固定層的磁場方向固定不變。當(dāng)自由層與固定層的磁場平行時(shí)，存儲(chǔ)單元呈現(xiàn)低阻態(tài);當(dāng)磁場方向相反時(shí)，存儲(chǔ)單元呈現(xiàn)高阻態(tài)。MRAM通過檢測存儲(chǔ)單元電阻的高低，來判斷所存數(shù)據(jù)是0還是1。
圖二 MJT結(jié)構(gòu)示意圖
(3)相變存儲(chǔ)器(PRAM)
PRAM的存儲(chǔ)原理是利用某些薄膜合金的結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)相變存儲(chǔ)0和1的信息。通常這些合金具有兩種穩(wěn)定狀態(tài)：具有低電阻的多晶狀態(tài)和具有高電阻的無定形狀態(tài)。PRAM應(yīng)用硫系玻璃材料，利用硫族材料的電致相變特性，其在晶體和非晶體狀態(tài)呈現(xiàn)不同的電阻特性。當(dāng)被加熱時(shí)呈晶體狀，為1狀態(tài);當(dāng)冷卻為非晶體時(shí)，為0狀態(tài)。通過改變流過該晶體的電流就可以實(shí)現(xiàn)這兩種狀態(tài)的轉(zhuǎn)換。
(4)阻變式存儲(chǔ)器(RRAM)
RRAM的原理是通過特定的薄膜材料的電阻值在不同電壓下呈現(xiàn)的電阻值不同來區(qū)分0和1的值。RRAM的存儲(chǔ)單元具有簡單的金屬/阻變存儲(chǔ)層/金屬(MIM)三明治結(jié)構(gòu)如圖三示。
圖三RRAM器件結(jié)構(gòu)圖
