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電阻式記憶體
閱讀�5602�(shí)間:2010-12-14 00:29:06

  電阻記憶�Resistive random-access memory,縮寫為 RRAM 或ReRAM),是一種新型的非揮�(fā)性記憶體。類似的技�(shù)還有CBRAM�相變化記憶體,目前許多公司都正在�(fā)展這種技�(shù)。因其具有讀寫速度�、結(jié)�(gòu)�(jiǎn)單、單元面積小、密度高等特�(diǎn),近年來(lái)得到越來(lái)越多研究�(tuán)體的�(guān)�,研究的材料也越加廣��

�(jiǎn)�

  �1999年起,非揮發(fā)性記憶體的市�(chǎng)需求就有突破性的成長(zhǎng),因?yàn)榻鼛啄觋懤m(xù)出現(xiàn)如隨身碟、數(shù)位相�(jī)�(chǔ)存卡、手�(jī)記憶體等相當(dāng)廣泛的應(yīng)�,創(chuàng)造出其他技�(shù)�(wú)法涵蓋的全新市場(chǎng)。目前主流的非揮�(fā)性記憶產(chǎn)品為快閃記憶�,但是現(xiàn)有的快閃記憶體元件架�(gòu)�65nm技�(shù)世代以後,將逐漸面臨物理極限的挑�(zhàn),因而有「奈米晶粒之非揮�(fā)性記憶體」技�(shù)的開�(fā)??扉W記憶體也面臨諸多特性上的限制,例如操作速度太慢和操作周期不�(zhǎng)等等。因此更有潛力的記憶體技�(shù)需要被�(jìn)一步開�(fā),以滿足未來(lái)更廣大的記憶需求�

  電阻式記憶體技�(shù)正是非揮�(fā)性記憶體新技�(shù)�(dāng)中相�(dāng)有潛力的新興技�(shù),近年來(lái)也受到國(guó)際半�(dǎo)體大廠和主要研究單位的關(guān)�。其原因在於電阻式記憶體的元件結(jié)�(gòu)相當(dāng)�(jiǎn)�;同�(shí)所采用的材料并不特�,許多的半導(dǎo)體廠均有�(xiàn)成的制程能力;另外電阻式記憶體元件所需制程溫度不高,因此相�(dāng)容易與相�(guān)元件或電路制程相整合。工研院電光所奈米電子技�(shù)組在3年前便積極投入研�(fā)電阻式記憶體,最近獲得相�(dāng)大的技�(shù)突破�

�(jié)�(gòu)

  電阻式記憶體的主要結(jié)�(gòu)相當(dāng)�(jiǎn)單,和一般電容器�(jié)�(gòu)極為相似,目前主要均是采用MIM(metal-insulator-metal)結(jié)�(gòu),如圖一所�。此�(jié)�(gòu)在半�(dǎo)體後段制程的整合困難度并不高,和電晶體元件(MOS)整合非常容�,所以相�(dāng)適合使用電晶體元件來(lái)操作記憶單元(memory cell)。此�,電阻式記憶體記憶單元的制程溫度并不高,因此與相�(guān)電路或其他元件容易整合在單一晶片�,也提高此技�(shù)的應(yīng)用價(jià)��

電阻式記憶體的結(jié)構(gòu)

特點(diǎn)

  電阻式記憶體具有讀寫速度�、結(jié)�(gòu)�(jiǎn)�、單元面積小、密度高、低電壓�(qū)�(dòng)、低能�、高操作周期和非揮發(fā)性等特點(diǎn)�

操作步驟

  電阻式記憶體的操作主要可分為三�(gè)步驟,分別為forming、set及reset�

  Forming步驟

  Forming步驟是元件一開始剛制作完成時(shí)只需�(jīng)�(guò)一次的步驟,主要是施加一偏壓於元件上,使元件的氧化物層產(chǎn)生soft breakdown,目的在使元件的漏電流增�,如此元件才能開始有電阻式記憶體特�。有些氧化物層其�(shí)不需要forming即可具備電阻式記憶體特性,這樣端看氧化物本身的性質(zhì)以及制程條件而定�

  Set步驟

  Set步驟為元件由高電阻態(tài)�(zhuǎn)�?yōu)榈碗娮钁B(tài)的步�,當(dāng)施加偏壓超過(guò)某一臨界電壓�(shí),元件將�(huì)由高電阻�(tài)�(zhuǎn)往低電阻態(tài),此�(shí)通常需要限制流�(guò)元件的電流大小(current compliance)以免元件燒毀�

  Reset步驟

  Reset步驟為元件由低電阻態(tài)�(zhuǎn)�?yōu)楦唠娮钁B(tài)的步�,當(dāng)施加偏壓超過(guò)某一臨界電壓�(shí),元件將�(huì)由低電阻�(tài)�(zhuǎn)往高電阻態(tài),此�(shí)不需要限制流�(guò)元件的電流大�,讓元件能完整重置回高電阻態(tài)。不�(guò)通常元件在set步驟研發(fā)人員所�(shè)定的限電流是多少,那麼在reset步驟�(shí)流經(jīng)元件的電流,也會(huì)和set步驟所�(shè)定的限電流大小相�(dāng)�

  另外,電阻式元件有分為單極性元件(unipolar)及雙極性元件(bipolar�,所謂單極性元件亦即元件的set及reset步驟都需在同一極性的偏壓下操�,而雙極性元件則是元件的set及reset步驟可在不同極性的偏壓下操作。根�(jù)我們的研究�(fā)�(xiàn),元件是否為單極性或雙極性特�,與所采用的電極材料相�(guān);相同的氧化層材料如果使用不同的電極材料,便可由單極性元件變成雙極性元�、或由雙極性元件變成單極性元件�

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