Programlanabilir metalizasyon hücresi - Programmable metallization cell

Programlanabilir metalizasyon hücresi veya PMC , bir olan uçucu olmayan bilgisayar belleği geliştirilen Arizona Devlet Üniversitesi . PMC, yaygın olarak kullanılan flash belleğin yerini almak için geliştirilmiş bir teknoloji olup, daha uzun ömür, daha düşük güç ve daha iyi bellek yoğunluğunun bir kombinasyonunu sağlar. Teknolojiyi 2004 yılında lisanslayan Infineon Technologies , onu iletken köprüleme RAM veya CBRAM olarak adlandırıyor . CBRAM , 2011 yılında Adesto Technologies'in tescilli ticari markası haline geldi . NEC'in "Nanobridge" adlı bir çeşidi vardır ve Sony , kendi sürümüne "elektrolitik bellek" adını verir .

Açıklama

PMC, Arizona Eyalet Üniversitesi'nde geliştirilen iki terminalli dirençli bellek teknolojisidir . PMC, iletken bir filaman oluşturmak ve çözmek için redoks reaksiyonlarına dayanan bir elektrokimyasal metalizasyon hafızasıdır . Cihazın durumu, iki terminal arasındaki dirençle belirlenir. Terminaller arasında bir filamentin varlığı düşük bir direnç durumu (LRS) üretirken, bir filamentin olmaması yüksek direnç durumuna (HRS) neden olur. Bir PMC cihazı, biri nispeten atıl (örneğin, tungsten veya nikel ) diğeri elektrokimyasal olarak aktif (örneğin gümüş veya bakır ) olmak üzere iki katı metal elektrottan oluşur ve aralarında ince bir katı elektrolit filmi bulunur .

Cihaz operasyonu

Bir PMC'nin direnç durumu, hücrenin iki terminali arasında metalik bir iletken filamanın oluşumu (programlanması) veya çözülmesi (silinmesi) ile kontrol edilir. Biçimlendirilmiş bir filaman, fraktal ağaç benzeri bir yapıdır.

Filament oluşumu

PMC, düşük direnç durumuna (LRS) geçmek için metalik bir iletken filaman oluşumuna dayanır. Filament pozitif uygulanarak oluşturulur voltaj sapması ( V için) anot ise kontak (aktif metal) topraklama katot (metal tesirsiz) temas. Pozitif sapma , aktif metali (M) okside eder:

M → M ⁺ + e ^-

Uygulanan önyargı , iki metal kontak arasında bir elektrik alanı oluşturur . İyonize (oksitlenmiş) metal iyonları elektrik alanı boyunca katot kontağına doğru hareket eder. Katot temasında metal iyonları azalır :

M ⁺ + e ^- → M

Aktif metal katot üzerinde biriktikçe, anot ve tortu arasındaki elektrik alanı artar. Büyüyen filaman ve anot arasındaki yerel elektrik alanının ( E ) evrimi basit bir şekilde aşağıdakilerle ilişkilendirilebilir:

{\ displaystyle E = - {\ frac {V} {d}}}

burada d , anot ile büyüyen filamanın tepesi arasındaki mesafedir. Filament, birkaç nanosaniye içinde anoda bağlanmak için büyüyecektir. Gerilim giderilene kadar filamanda metal iyonları azalmaya devam edecek, iletken filamenti genişletecek ve zamanla bağlantının direncini azaltacaktır. Voltaj kaldırıldığında, iletken filaman kalacaktır ve cihazı bir LRS'de bırakacaktır.

İletken filaman sürekli olmayabilir, ancak bir elektro birikinti adaları veya nanokristaller zinciri olabilir. Bu muhtemelen düşük programlama akımlarında (1 μ A'dan az ) geçerliyken, daha yüksek programlama akımı çoğunlukla metalik bir iletkene yol açacaktır.

Filament çözünmesi

Bir PMC, anoda negatif voltaj önyargısı uygulanarak yüksek direnç durumuna (HRS) "silinebilir". İletken filamenti oluşturmak için kullanılan redoks işlemi tersine çevrilir ve metal iyonları anot temasında azaltmak için ters çevrilmiş elektrik alanı boyunca hareket eder. Uzaklaştırıldı filament ile PMC plaka paralel benzerdir kondansatör çok yüksek bir direnç ile M Q için G Q kontaklar arasında.

Cihaz okundu

Hücre boyunca küçük bir voltaj uygulanarak tek bir PMC okunabilir. Uygulanan okuma voltajı hem programlama hem de silme voltajı eşiğinden daha düşük olduğu sürece, önyargının yönü önemli değildir.

Teknoloji karşılaştırması

CBRAM ve metal oksit ReRAM

CBRAM, metal oksit ReRAM'den farklıdır, çünkü CBRAM için metal iyonları iki elektrot arasındaki malzemede kolayca çözülür, metal oksitler için ise elektrotlar arasındaki malzeme, dielektrik bozulmasına benzer yerel hasara neden olarak yüksek bir elektrik alanı gerektirir ve bir iz oluşturur. iletken kusurların (bazen "filament" olarak adlandırılır). Bu nedenle, CBRAM için, bir elektrot çözünen iyonları sağlamalıdır, metal oksit RRAM için ise, yerel hasarı oluşturmak için bir kerelik bir "şekillendirme" adımı gereklidir.

CBRAM ve NAND Flash

Kullanımda olan katı hal geçici olmayan belleğin birincil biçimi, önceden sabit diskler tarafından doldurulan çoğu rolde kullanım bulan flash bellektir . Bununla birlikte, Flash'ın, onu değiştirecek ürünleri sunmaya yönelik birçok çabaya yol açan sorunları vardır.

Flash , esasen değiştirilmiş bir transistör olan kayan kapı konseptine dayanmaktadır . Geleneksel flaş transistörlerinin üç bağlantısı vardır: kaynak, tahliye ve geçit. Geçit, transistörün temel bileşenidir, kaynak ve drenaj arasındaki direnci kontrol eder ve böylece bir anahtar görevi görür. İçinde kayan kapı transistörü , kapı trans elektronlar, ayrılan bunun açık (ya da kapalı) uzun bir süre için bir tabakaya bağlanmıştır. Yüzer kapı, yayıcı-toplayıcı devresinden büyük bir akım geçirilerek yeniden yazılabilir.

Flaşın birincil dezavantajı bu büyük akımdır ve birkaç nedenden ötürü. Birincisi, akımın her bir uygulaması hücreyi fiziksel olarak bozar, öyle ki hücre sonunda tahriş edilemez hale gelir. 10 mertebesinde yazma döngüleri ⁵ 10 için ⁶ sabit yazma yaygın olmadığı rollere flaş uygulamalarını, tipiktir. Akım ayrıca, şarj pompası olarak bilinen bir sistemi kullanarak üretmek için harici bir devre gerektirir . Pompa, yazmanın okumaktan çok daha yavaş olması için oldukça uzun bir şarj işlemi gerektirir; pompa ayrıca çok daha fazla güç gerektirir. Dolayısıyla Flash, geleneksel RAM veya sabit sürücülerden çok daha fazla "asimetrik" bir sistemdir .

Flaşla ilgili diğer bir sorun, yüzer kapının şarjı yavaşça serbest bırakan sızıntıya maruz kalmasıdır. Bu, çevreleyen güçlü izolatörlerin kullanımıyla karşılanır, ancak bunlar yararlı olmak için belirli bir fiziksel boyut gerektirir ve ayrıca , birkaç yeni imalat tekniğinin uygulanmasını gerektiren daha tipik CMOS düzenlerinden farklı olan belirli bir fiziksel düzen gerektirir. . Flaş boyut olarak hızla aşağı doğru ölçeklendiğinde, şarj sızıntısı giderek artan bir sorun haline gelir ve bu da onun ölümüne ilişkin tahminlere yol açar. Bununla birlikte, devasa piyasa yatırımları, Moore Yasasını aşan oranlarda flaş gelişimini sağladı ve 30 nm süreçleri kullanan yarı iletken fabrikasyon tesisleri 2007'nin sonlarında çevrimiçi duruma getirildi.

Flaşın aksine, PMC nispeten düşük güçle ve yüksek hızda yazar. Hız, uygulanan güçle ters orantılıdır (bir noktaya kadar mekanik sınırlar vardır), böylece performans ayarlanabilir.

Teorik olarak PMC, flaştan çok daha küçük boyutlara ölçeklenebilir, teorik olarak birkaç iyon genişliği kadar küçüktür. Bakır iyonları yaklaşık 0.75 angstromdur, bu nedenle nanometre mertebesinde çizgi genişlikleri mümkün görünmektedir. PMC, düzende flash'tan daha basit olarak tanıtıldı.

Tarih

PMC teknolojisi, 1990'larda Arizona Eyalet Üniversitesi'nde elektrik mühendisliği profesörü olan Michael Kozicki tarafından geliştirilmiştir . Erken deneysel PMC sistemleri, gümüş katkılı germanyum selenid camlara dayanıyordu . Çalışma, gümüş katkılı germanyum sülfür elektrolitlerine ve ardından bakır katkılı germanyum sülfür elektrolitlerine döndü. Gümüş katkılı germanyum selenid cihazlarına yüksek, yüksek direnç durumları nedeniyle ilgi yeniden arttı. Bakır katkılı silikon dioksit cam PMC, CMOS üretim süreciyle uyumlu olacaktır .

1996 yılında, PMC teknolojisini ticarileştirmek için Axon Technologies kuruldu. Micron Technology , 2002'de PMC ile çalıştığını duyurdu. Bunu 2004'te Infineon izledi. PMC teknolojisi 2007 yılına kadar Adesto Technologies'e lisanslandı. İnfineon, bellek işini Qimonda şirketine devretmişti ve bu da onu Adesto Technologies'e sattı. Daha fazla araştırma için 2010 yılında bir DARPA hibesi verildi.

2011 yılında, Adesto Technologies, CBRAM'ın geliştirilmesi ve üretimi için Fransız Altis Semiconductor şirketi ile işbirliği yaptı. 2013 yılında Adesto, EEPROM'un yerine 1 megabitlik bir parçanın tanıtıldığı örnek bir CBRAM ürününü tanıttı .

NEC, dielektrik malzeme olarak Cu2S veya tantalumpentoksit kullanarak nanobridge teknolojisini geliştirdi. Bu vesile ile bakır (IC'nin bakır metalizasyonu ile uyumlu), bakırın Cu2S veya Ta2O5 içinden geçerek Bakır ve Ru elektrotları arasında kısa devre yapmasını veya kırmasını sağlar.

Bu tür belleğin baskın kullanımı uzay uygulamalarıdır, çünkü bu bellek türü doğası gereği radyasyon zordur.

Ayrıca bakınız

Statik rasgele erişimli bellek

Languages

In other projects