RRAM

Материал из Википедии — свободной энциклопедии
Перейти к навигации Перейти к поиску
Типы компьютерной памяти
Энергозависимая
Современные распространённые типы
DRAM (в том числе DDR SDRAM)
SRAM
Перспективные
T-RAM
Z-RAM
TTRAM
Устаревшие типы
Память на линиях задержки
Запоминающая электростатическая трубка[en]
Запоминающая ЭЛТ
Энергонезависимая

Резистивная память с произвольным доступом (RRAM, ReRAM, Resistive random-access memory) — энергонезависимая память, разрабатываемая несколькими компаниями. Уже имеются патентованные версии ReRAM[1][2][3][4][5][6][7]. Технология имеет некоторое сходство с CBRAM и PRAM.

В феврале 2012 Rambus купила (поглотила) компанию производителя ReRAM под названием Unity Semiconductor за 35 миллионов долларов[значимость факта?][8].

Принцип работы[править | править код]

Основная идея состоит в том, что диэлектрики, которые в нормальном состоянии имеют очень высокое сопротивление, после приложения достаточно высокого напряжения могут сформировать внутри себя проводящие нити низкого сопротивления, и по сути превратиться из диэлектрика в проводник. Эти проводящие нити могут образовываться с помощью разных механизмов. С помощью приложения соответствующих уровней напряжения проводящие нити могут быть как разрушены (и материал снова станет диэлектриком), так и сформированы снова (и материал опять станет проводником)[9].

Есть несколько эффектов переключения состояний. Первый из них требует одну полярность напряжения для операций переключения с низкого на высокий уровень сопротивления (операция сброса бита), и противоположную полярность для операций переключения с высокого на низкий уровень сопротивления (операция установки бита). Эти эффекты называются эффектами биполярного переключения. Напротив, есть также эффекты однополярного переключения, когда обе операции (и сброса, и установки бита) требуют одной и той же полярности, но разной величины напряжения.

Другой метод классификации — по типу проводящего участка. Некоторые эффекты при переключении формируют несколько тонких нитей, причём только некоторые из них находятся в проводящем состоянии. Другие эффекты переключения формируют гомогенные (однородные) зоны вместо нитей. Причём в обоих случаях области проводимости могут формироваться как на протяжении всего расстояния между электродами, так и концентрироваться вблизи электрода[10].

То есть материал по сути является управляемым постоянным резистором с двумя или более переключаемыми уровнями сопротивления. Чтение информации происходит с помощью приложения к одному концу резистора некоторого низкого напряжения и измерения уровня напряжения на другом конце. В случае с двумя уровнями сопротивления резистор можно рассматривать как управляемую перемычку — при логической 1 на входе на выходе либо 1 (напряжение, достаточное для распознавания как логическая единица, например, более 3 вольт) либо 0 (напряжение, недостаточное для распознавания как логическая единица, например, менее 2,5 вольт).

Ячейки памяти могут быть соединены с линиями данных в кристалле тремя способами: напрямую, через диоды и через транзисторы.

Ячейки памяти собираются в классическую матрицу со строками и столбцами (и слоями, для многослойной памяти), при этом управление каждой конкретной ячейкой идет с помощью приложения напряжения к определённому столбцу и определённой строке, в точке пересечения которых и лежит целевая ячейка. Так как не все ячейки обладают максимальным сопротивлением (некоторые из них переключены в проводящее состояние, некоторые нет — это же память), эта конфигурация подвержена большим токам утечки, которые протекают через соседние (не выбранные) ячейки, находящиеся в проводящем состоянии, что сильно затрудняет оценку сопротивления выбранной ячейки, поэтому скорость чтения будет относительно мала. Для улучшения ситуации могут быть добавлены дополнительные выбирающие элементы, но они потребуют дополнительного напряжения и мощности. Например диоды, включенные последовательно с ячейками, могут значительно минимизировать токи утечек за счет в несколько раз увеличенного смещения паразитных путей утечки относительно целевой (например прямое смещение кремниевого диода равно 0,6 вольт, а смещение самого короткого паразитного пути в двумерной и трёхмерной матрицах состоит из трёх таких диодов, и составит 1,8 вольт. Если напряжение чтения установить в пределах от 0,8 до 1,5 вольт — чтение ячейки пройдет успешно и без помех), причём диоды могут быть встроены в основу ячейки памяти (ячейка из кремния, подключена к металлическим линиям строк и столбцов, в точке соединения металла и кремния может быть создан диод), не отнимая под себя дополнительного места в кристалле. В конце концов каждая ячейка может быть снабжена транзистором (в идеале МОП-транзистором), что полностью исключит паразитные токи утечки, позволив легко и быстро выбирать конкретную ячейку и без помех читать её состояние, что только увеличит скорость чтения памяти, но транзисторы потребуют для себя дополнительного места в кристалле и дополнительных управляющих линий.

Для памяти с произвольным доступом с топологией матрицы предпочтительнее транзисторы, но диоды могут открыть путь к наложению нескольких слоев памяти друг на друга, что позволит получить трёхмерную сверхплотную упаковку из множества слоев (с адресом вида x, y, z), и соответственно сверхъёмкие модули памяти, что идеально для устройств хранения. Переключающий механизм (селектор строк, столбцов и слоев) может быть многомерным и многоканальным, и работать с несколькими слоями одновременно и независимо.

Пути улучшения резистивной памяти[править | править код]

Сотрудники Калифорнийского университета в Риверсайде (США) предложили в 2013 году использовать вместо диодов в качестве селектора самоорганизующиеся наноостровки оксида цинка[11][12].

Исследователи из МФТИ разрабатывают технологии создания многослойных ReRAM-массивов (по аналогии с 3D NAND)[13].

Примечания[править | править код]

  1. U.S. Patent 6 531 371
  2. U.S. Patent 7 292 469
  3. U.S. Patent 6 867 996
  4. U.S. Patent 7 157 750
  5. U.S. Patent 7 067 865
  6. U.S. Patent 6 946 702
  7. U.S. Patent 6 870 755
  8. Mellor, Chris (7 February 2012), Rambus drops $35m for Unity Semiconductor, <http://www.channelregister.co.uk/2012/02/07/rambus_unity_semiconductor/>  Архивная копия от 28 октября 2012 на Wayback Machine
  9. D. Lee et al., «Resistance switching of copper doped MoOx films for nonvolatile memory applications», Appl. Phys. Lett. 90, 122104 (2007) doi:10.1063/1.2715002
  10. Advanced Engineering Materials - Wiley Online Library. Дата обращения: 12 марта 2013. Архивировано из оригинала 11 апреля 2013 года.
  11. Jing Qi et al., "Multimode Resistive Switching in Single ZnO Nanoisland System", Scientific Reports, 3, 2405 (2013). Архивировано из оригинала 1 сентября 2013 года.
  12. UCR Today: Advancing Resistive Memory to Improve Portable Electronics. Архивировано из оригинала 1 сентября 2013 года.
  13. М. Абаев. Чтобы флешка была быстрее. Наука и жизнь (29 мая 2017). Дата обращения: 2 августа 2017. Архивировано 3 августа 2017 года.

Ссылки[править | править код]