阻變存儲(chǔ)器作為最重要的下一代新型存儲(chǔ)器，近十幾年來受到世界的重點(diǎn)關(guān)注。阻變存儲(chǔ)器具有結(jié)構(gòu)簡單、高速、低功耗和易于三維集成等優(yōu)點(diǎn)。存儲(chǔ)單元結(jié)構(gòu)為上電極和下電極之間的電阻變化層。根據(jù)電阻變化層的材料，阻變存儲(chǔ)器可分為氧化物阻變存儲(chǔ)器和導(dǎo)電橋接存儲(chǔ)器。前者研究較為廣泛，國際上已有數(shù)家公司展示了原型產(chǎn)品。

   
事實(shí)上，阻變存儲(chǔ)器（RRAM）、磁變存儲(chǔ)器（MRAM）與相變存儲(chǔ)器（PRAM）等技術(shù)并非近年來的產(chǎn)物，早在1990年代，就有廠商開始投入研發(fā)，而促使新世代存儲(chǔ)器發(fā)展在近年來露出曙光的原因，正是進(jìn)入高速運(yùn)算時(shí)代，存儲(chǔ)器技術(shù)演進(jìn)速度出現(xiàn)跟不上系統(tǒng)效能演進(jìn)速度所導(dǎo)致。

   
1995年摩托羅拉公司演示了第一個(gè)MRAM芯片，并生產(chǎn)出了1MB的芯片原型。

   
2007年，磁記錄產(chǎn)業(yè)巨頭IBM公司和TDK公司合作開發(fā)新一代MRAM，使用了一種稱為自旋扭矩轉(zhuǎn)換（spin-torque-transfer，STT）的新型技術(shù)，利用放大了的隧道效應(yīng)（tunneleffect），使得磁致電阻的變化達(dá)到了1倍左右。TDK于2014年首次展出了自旋轉(zhuǎn)移力矩磁變存儲(chǔ)器的原型，容量為8Mb，讀寫速度是當(dāng)時(shí)NOR的7倍多（342MB/sVS48MB/s）。

   
Everspin是目前唯一一家出售此類產(chǎn)品的公司，去年開始可以提供密度高達(dá)256Mb的磁變存儲(chǔ)器樣品。

   
2000年以來，美光、Intel、ST都致力于相變存儲(chǔ)器的研發(fā)，美光于2012年宣布1Gb和512Mb的相變內(nèi)存的首次量產(chǎn)，但是可能替代閃存的大容量相變存儲(chǔ)器由于各種技術(shù)原因，目前尚未問世。

   
2013年，松下發(fā)布了世界上第一個(gè)用于嵌入式應(yīng)用的阻變存儲(chǔ)器。它集成了一個(gè)180nm的阻變存儲(chǔ)器器件和一個(gè)8位控制器。

   
2015年初，Crossbar（美國）宣布其阻變存儲(chǔ)器開始進(jìn)入商業(yè)化階段，初期準(zhǔn)備面向嵌入式市場，同時(shí)正加速進(jìn)行容量更大的下一代阻變存儲(chǔ)器研發(fā)，預(yù)計(jì)于2017年面世。目前Crossbar阻變存儲(chǔ)器已經(jīng)制備了40nm產(chǎn)品并已經(jīng)向2xnm邁進(jìn)，實(shí)現(xiàn)更高密度和更緊密集成的的器件。

   
美光和索尼也在開展阻變存儲(chǔ)器的聯(lián)合研發(fā)。從2007年起，每年半導(dǎo)體鄰域的幾個(gè)重要國際會(huì)議（如IEDM和VLSI）均會(huì)報(bào)道最新的研發(fā)進(jìn)展。2014年美光公布了27nm基于CMOS工藝制造的單顆容量16Gb阻變存儲(chǔ)器原型，但目前距離量產(chǎn)仍有較大距離。大規(guī)模量產(chǎn)的最大挑戰(zhàn)是實(shí)現(xiàn)較好的均勻性，提高產(chǎn)品良率和可靠性。另外，多位存儲(chǔ)的要求對(duì)電阻變化層的材料也提出了嚴(yán)峻的考驗(yàn)。大規(guī)模提高阻變存儲(chǔ)器容量，需要材料和結(jié)構(gòu)的進(jìn)一步優(yōu)化和創(chuàng)新。

 

本文關(guān)鍵詞：阻變存儲(chǔ)器（RRAM）

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