프로그래머블 메탈라이제이션 셀

Programmable metallization cell
컴퓨터 메모리 및 데이터 스토리지 유형
일반
휘발성
들이받다
이력
비휘발성
ROM
NVRAM
초기 NVRAM
아날로그 녹음
옵티컬
개발 중
이력

프로그래머블 메탈라이제이션 셀(PMC)은 애리조나 주립대학에서 개발된 비휘발성 컴퓨터 메모리입니다.PMC는 널리 사용되는 플래시 메모리를 대체하기 위해 개발된 기술로, 더 긴 수명, 더 낮은 전력 및 더 나은 메모리 밀도를 제공합니다.2004년에 이 테크놀로지를 라이센스 취득한 Infineon Technologies는 이 테크놀로지를 CBRAM이라고 부릅니다.[1]CBRAM은 2011년에 Adesto Technologies의 등록상표가 되었습니다.NEC는 '나노브릿지'라는 변종을, 소니는 '전기메모리'라고 부른다.

묘사

PMC는 애리조나 주립대학에서 개발된 2단자 저항 메모리 기술입니다.PMC는 산화환원 반응에 의존하여 전도성 [2]필라멘트를 형성하고 용해하는 전기화학적 금속화 메모리입니다.디바이스 상태는 2개의 단자의 저항에 의해 결정됩니다.단자 사이에 필라멘트가 있으면 저저항 상태(LRS)가 발생하고 필라멘트가 없으면 고저항 상태(HRS)가 됩니다.PMC 장치는 2개의 고체 금속 전극으로 구성되어 있으며, 하나는 비교적 불활성(텅스텐 또는 니켈)이고, 다른 하나는 전기화학적으로 활성(예를 들어 은 또는 구리)이며,[3] 그 사이에 고체 전해질의 얇은 막이 있다.

디바이스 조작

PMC의 저항 상태는 셀의 두 단자 사이에 금속 전도성 필라멘트가 형성(프로그래밍)되거나 용해(소거)됨으로써 제어됩니다.형성된 필라멘트는 프랙탈 나무와 같은 구조입니다.

필라멘트 형성

PMC는 저저항 상태(LRS)로 이행하기 위해 금속 전도성 필라멘트의 형성에 의존합니다.필라멘트는 음극 접점(관성 금속)을 접지하는 동안 양극 접점(활성 금속)에 양의 전압 바이어스(V)를 적용하여 생성됩니다.양의 바이어스는 활성 금속(M)을 산화시킵니다.

M → M+ + e−

가해진 바이어스는 두 금속 접점 사이에 전계를 생성합니다.이온화된(산화) 금속 이온은 전기장을 따라 음극 접점을 향해 이동합니다.음극 접점에서는 금속 이온이 감소합니다.

M+ + e− → M

활성 금속이 음극에 퇴적되면 양극과 퇴적물 사이의 전계가 증가한다.성장하는 필라멘트와 양극 사이의 국소 전기장(E)의 진화는 다음과 단순하게 관련될 수 있다.

여기서 d는 양극과 성장하는 필라멘트의 상단 사이의 거리입니다.필라멘트는 몇 나노초 [4]안에 양극에 연결되도록 성장할 것입니다.전압이 제거될 때까지 금속 이온은 필라멘트에서 계속 감소하여 시간이 지남에 따라 전도성 필라멘트를 넓히고 연결부의 저항을 감소시킵니다.전압이 제거되면 전도성 필라멘트가 그대로 남아 장치가 LRS에 남게 됩니다.

전도성 필라멘트는 연속성이 아니라 전착 섬 또는 나노 결정의 [5]사슬일 수 있습니다.이는 낮은 프로그래밍 전류(1μA 미만)에서 우세할 가능성이 높으며, 높은 프로그래밍 전류는 대부분 금속 도체로 이어집니다.

필라멘트 용해

PMC는 부전압 바이어스를 양극에 인가함으로써 고저항 상태(HRS)로 "소거"할 수 있습니다.전도성 필라멘트를 만드는 데 사용되는 산화환원 과정은 역전되고 금속 이온은 반전된 전기장을 따라 이동하여 양극 접점에서 감소합니다.필라멘트가 제거되면 PMC는 접점 사이의 여러 MΩ ~ GΩ의 높은 저항을 갖는 병렬 플레이트 캐패시터와 유사합니다.

디바이스 읽기

셀 전체에 소량의 전압을 인가함으로써 개별 PMC를 읽을 수 있습니다.인가된 읽기 전압이 프로그래밍 및 소거 전압 임계값보다 작으면 바이어스의 방향은 유의하지 않습니다.

테크놀로지 비교

CBRAM과 금속산화물 ReRAM 비교

CBRAM은 CBRAM 금속 이온이 두 전극 사이의 물질에서 쉽게 용해된다는 점에서 금속 산화물 ReRAM과 다른 반면, 금속 산화물의 경우 전극 사이의 물질은 유전 파괴와 유사한 국소 손상을 일으키는 높은 전계를 필요로 하며 전도 결함의 흔적("필라멘트")을 생성합니다.따라서 CBRAM의 경우 하나의 전극이 용해 이온을 제공해야 하며, 금속 산화물 RRAM의 경우 국부 손상을 발생시키기 위해 일회성 "형성" 단계가 필요합니다.

CBRAM 대 NAND 플래시

사용 중인 솔리드 스테이트 비휘발성 메모리의 주요 형태는 플래시 메모리입니다.이 메모리는 이전에 하드 드라이브가 담당했던 대부분의 역할에서 사용되고 있습니다.하지만 플래시에 문제가 있어 이를 대체할 제품을 내놓기 위한 노력이 많았다.

플래시는 기본적으로 수정된 트랜지스터인 플로팅 게이트 개념을 기반으로 합니다.기존의 플래시 트랜지스터에는 소스, 드레인 및 게이트의 세 가지 연결부가 있습니다.게이트는 트랜지스터의 필수 구성 요소로, 소스와 드레인 사이의 저항을 제어하여 스위치 역할을 합니다.플로팅 게이트 트랜지스터에서 게이트는 전자를 트랩하는 층에 부착되어 장시간 켜져 있거나 꺼진 상태로 있습니다.플로팅 게이트는 이미터 콜렉터 회선에 대량의 전류를 흘려 다시 쓸 수 있습니다.

플래시의 주요 단점은 이 큰 전류이며, 여러 가지 이유가 있습니다.우선, 전류의 각 적용은 물리적으로 셀을 열화시켜 최종적으로 셀을 쓸 수 없게 합니다.일반적으로 쓰기 주기는 10에서6 10 사이이며5, 지속적인 쓰기가 일반적이지 않은 역할로 플래시 애플리케이션을 제한합니다.또한 전류는 충전 펌프라고 하는 시스템을 사용하여 외부 회로를 생성해야 합니다.펌프는 꽤 긴 충전 과정을 필요로 하므로 쓰기 속도가 읽기 속도보다 훨씬 느립니다. 또한 펌프는 훨씬 더 많은 전력을 필요로 합니다.따라서 플래시는 기존 RAM이나 하드 드라이브보다 훨씬 더 많은 "비대칭" 시스템입니다.

플래시의 또 다른 문제는 플로팅 게이트에서 누출이 발생하여 전하가 천천히 방출된다는 것입니다.이것은 강력한 서라운드 인슐레이터를 사용하여 대응하지만, 이러한 인슐레이터는 유용하게 사용하기 위해서는 특정 물리 사이즈가 필요하며, 또한 특정 물리 레이아웃이 필요합니다.이는 몇 가지 새로운 제조 기술을 도입해야 했던 일반적인 CMOS 레이아웃과는 다릅니다.플래시의 크기가 급격히 축소됨에 따라 전하 누출이 점점 더 문제가 되고, 이로 인해 플래시의 종말이 예측되었습니다.그러나 막대한 시장 투자로 인해 무어의 법칙을 초과하는 속도로 플래시 개발이 진행되었고, 2007년 후반에는 30nm 공정을 사용하는 반도체 제조 공장이 온라인으로 전환되었습니다.

플래시와 달리 PMC는 비교적 낮은 전력과 고속으로 글을 씁니다.속도는 가해지는 전력과 반비례하므로(어느 지점에 기계적 한계가 있음), 성능을 [6]조정할 수 있습니다.

이론적으로 PMC는 플래시보다 훨씬 작은 크기로 확장할 수 있으며 이론적으로는 몇 개의 이온 폭만큼 작습니다.구리 이온은 약 [7]0.75앙스트롬이기 때문에 나노미터 정도의 선폭은 가능할 것으로 보입니다.PMC는 [6]플래시보다 레이아웃이 단순하다고 홍보되었습니다.

역사

PMC 기술은 1990년대 [8][9][10][11][12][13][14]애리조나 주립대 전기공학과 마이클 코지키 교수가 개발했다.초기 실험용 PMC 시스템은 은 도프 게르마늄 셀레나이드 안경을 기반으로 했습니다.작업은 은 도프된 황화 게르마늄 전해액과 구리 도프된 황화 게르마늄 전해액으로 [4]전환되었습니다.은도프 게르마늄 셀레나이드 소자의 높은 저항성 때문에 새로운 관심이 일고 있습니다.구리 도프된 이산화실리콘 유리 PMC는 CMOS 제조 프로세스와 호환됩니다.

1996년 PMC 기술을 상용화하기 위해 Axon Technologies가 설립되었습니다.마이크론 테크놀로지는 2002년에 [15]PMC와의 협력을 발표했습니다.인피니온은 2004년에 [16]뒤를 이었다.PMC 테크놀로지는 [6]2007년까지 Adesto Technologies에 라이선스를 취득했습니다.infineon은 메모리 사업을 Kimonda사에 분사하고, 그 회사는 Adesto Technologies에 매각했습니다.DARPA 보조금은 2010년에 추가 연구를 [17]위해 수여되었다.

2011년 Adesto Technologies는 프랑스 Altis Semiconductor와 제휴하여 [18]CBRAM 개발 및 제조를 실시했습니다.2013년 Adesto는 EEPROM을 [19]대체하기 위해 1메가비트 부품을 홍보한 샘플 CBRAM 제품을 선보였습니다.

NEC는 유전체 재료로서 CuS 또는 탄탈펜톡시드를 사용하여2 소위 나노브리지 기술을 개발했습니다.이에 따라 구리(IC의 구리 금속화에 적합)는 구리와 루테늄 [20][21][22][23]전극 사이의 단락을 만들거나 끊는 CuS 또는25 TaO를 통해2 구리를 이동시킨다.

이런 유형의 메모리는 기본적으로 방사선이 방출되기 때문에 우주 응용 프로그램이 주로 사용됩니다.

「 」를 참조해 주세요.

레퍼런스

  1. ^ Adesto Technologies 상표
  2. ^ Valov, Ilia; Waser, Rainer; Jameson, John; Kozicki, Michael (June 2011). "Electrochemical metallization memories-fundamentals, applications, prospects". Nanotechnology. 22 (25): 254003. Bibcode:2011Nanot..22y4003V. doi:10.1088/0957-4484/22/25/254003. PMID 21572191.
  3. ^ Michael N. Kozicki, Chakravarthy Gopalan, Murali Balakrishnan, Mira Park, and Maria Mitkova (August 20, 2004). "Non-Volatile Memory Based on Solid Electrolytes" (PDF). Non-Volatile Memory Technology Symposium. IEEE: 10–17. doi:10.1109/NVMT.2004.1380792. ISBN 0-7803-8726-0. S2CID 2884270. Retrieved April 13, 2017.{{cite journal}}: CS1 maint: 작성자 파라미터 사용(링크)
  4. ^ a b M.N. Kozicki, M. Balakrishnan, C. Gopalan, C. Ratnakumar and M. Mitkova (November 2005). "Programmable metallization cell memory based on Ag-Ge-S and Cu-Ge-S solid electrolytes". Non-Volatile Memory Technology Symposium. IEEE: 83–89. doi:10.1109/NVMT.2005.1541405. ISBN 0-7803-9408-9. S2CID 45696302.{{cite journal}}: CS1 maint: 작성자 파라미터 사용(링크)
  5. ^ Muralikrishnan Balakrishnan, Sarath Chandran Puthen Thermadam, Maria Mitkova and Michael N. Kozicki (November 2006). "A Low Power Non-Volatile Memory Element Based on Copper in Deposited Silicon Oxide". Non-Volatile Memory Technology Symposium. IEEE: 111–115. doi:10.1109/NVMT.2006.378887. ISBN 0-7803-9738-X. S2CID 27573769.{{cite journal}}: CS1 maint: 작성자 파라미터 사용(링크)
  6. ^ a b c Madrigal, Alexis (October 26, 2007). "Terabyte Thumb Drives Made Possible by Nanotech Memory". Wired. Archived from the original on May 11, 2008. Retrieved April 13, 2017.
  7. ^ "Ion Sizes of Common Elements". Archived from the original on 2007-11-07., Co와 비교
  8. ^ 미국 특허 5,761,115
  9. ^ 미국 특허 6,418,049
  10. ^ 미국 특허 6,487,106
  11. ^ 미국 특허 7,132,675
  12. ^ 미국 특허 7,372,065
  13. ^ 미국 특허 7,728,322
  14. ^ B. Swaroop, W. C. West, G. Martinez, Michael N. Kozicki and L.A. Akers (May 1998). "Programmable current mode Hebbian learning neural network using programmable metallization cell". International Symposium on Circuits and Systems. IEEE. 3: 33–36. doi:10.1109/ISCAS.1998.703888. ISBN 0-7803-4455-3. S2CID 61167613.{{cite journal}}: CS1 maint: 작성자 파라미터 사용(링크)
  15. ^ "Micron Technology Licenses Axon's Programmable Metallization Cell Technology". Press release. January 18, 2002.
  16. ^ 액손 테크놀로지스Infineon, 프로그램 가능한 메탈라이제이션 셀 비휘발성 메모리 테크놀로지의 새로운 라이선스 계약자로 발표
  17. ^ "Adesto Technologies Wins DARPA Award to Develop Sub-Threshold Non-Volatile, Embedded CBRAM Memory". Press release. Adesto. November 29, 2010. Retrieved April 13, 2017.
  18. ^ Altis et Adesto Technologies annoncent un partenariate sur les technologies Mémoires CBRAM avancées - Business Wire - 2011년 6월 27일 발행 - 2014년 3월 28일 Wayback Machine에서 아카이브 완료 2014년 3월 31일
  19. ^ "Adesto's CBRAM targets 70 billion dollar market". Nanalyze. July 30, 2013. Retrieved April 13, 2017.
  20. ^ Sakamoto, Toshitsugu; Banno, Naoki; Iguchi, Noriyuki; Kawaura, Hisao; Sunamura, Hiroshi; Fujieda, Shinji; Terabe, Kazuya; Hasegawa, Tsuyoshi; Aono, Masakazu (2007). "A Ta2O5 solid-electrolyte switch with improved reliability": 38–39. doi:10.1109/VLSIT.2007.4339718. S2CID 38195904. {{cite journal}}:Cite저널을 요구한다 journal=(도움말)
  21. ^ "NEC: Nanobridge could build programmable ICs". Retrieved 2020-10-22.
  22. ^ "Low-power FPGA based on NanoBridge®technology" (PDF). Retrieved 2020-10-22.
  23. ^ 미국 특허 US20130181180

외부 링크