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1、北京大学学报(自然科学版),第47卷,第3期,2011年5月 ActaScientiarumNaturaliumUniversitatisPekinensis,Vol.47,No.3(May2011)新一代存储技术:阻变存储器†王源贾嵩甘学温北京大学微电子学研究院,教育部微电子器件与电路重点实验室,北京100871;†E-mail:wangyuan@pku.edu.cn摘要阻变存储器具有存储单元结构简单、工作速度快、功耗低、有利于提高集成密度等诸多优点,受到广泛的关注。作者论述了RRAM的基本结构和工作原理,并介绍了三维集成和多值存储等RRAM新型技术。
2、关键词不挥发性存储器;阻变存储器;电阻可逆转换;三维集成;多值存储中图分类号TP333ResistiveRAM:ANovelGenerationMemoryTechnology†WANGYuan,JIASong,GANXuewenKeyLaboratoryofMicroelectronicDevicesandCircuits(MOE),InstituteofMicroelectronics,PekingUniversity,Beijing100871;†E-mail:wangyuan@pku.edu.cnAbstractResistiverandomac
3、cessmemory(RRAM)isextensivelyconcernedbecauseofitsexcellentcharacteristics,namely,simplecellstructure,highspeed,lowpowerandhighdensity.ThebasicstructureandoperationprincipleofRRAMarepresented.ThepromisingRRAMtechnologies,suchas3Dintegrationandmulti-levelstorage,arediscussed.Keywo
4、rdsnonvolatilememory;resistiverandomaccessmemory;resistancereversiblechange;3Dintegration;multi-levelstorage[1−2]过去几十年里集成电路技术得到突飞猛进的息。FeRAM具有自极化特性,当电场去掉后极发展,以集成电路为核心的信息产业已经成为国民化特性仍然保持,因此是一种不挥发性存储。经济的支柱产业。特别是半导体存储器在信息产业MRAM利用磁性材料的2个磁化方向存储二进制的增长中起到关键作用。DRAM,SRAM和Flash信息,利用电流产生磁场改变材
5、料的磁化方向写入[3−5]存储器已经成为信息产业的核心产品。信息,在没有外加磁场时材料的磁化方向保持由消费类产品驱动的存储器市场需要更高密不变,因此也是不挥发性存储。FeRAM和MRAM度、高速度、低功耗、具有不挥发性且价格便宜的由于需要特殊的材料,不易与常规CMOS工艺兼存储器产品。到目前为止,Flash是最成功的高密度容,制作成本也比较高,另外,读出信号微弱,不挥发性存储器。但是随着器件尺寸不断缩小,FeRAM读操作会破坏原来的“1”信号,需要数据再[1]Flash的发展受到限制,一方面它的编程电压不能生,这些问题影响了它们的应用。PRAM利用材按比
6、例减小,另一方面随着器件尺寸减小、隧道氧料在晶态和非晶态的转化,材料在晶态是低电阻,化层减薄,电荷保持性能下降。因此,新的存储技在非晶态是高电阻,用这两种状态实现二进制信息术的研究越来越受到关注,如铁电存储器的存储,也是不挥发性存储。但是实现材料的相变(FeRAM)、磁存储器(MRAM)、相变存储器(PRAM)需要较大的电流,例如对于180nm工艺的器件,编[6]和阻变存储器(RRAM)。FeRAM利用铁电材料在程电流在几百微安到1mA,因此单元中的MOS电场作用下极化方向反转的特性存储二进制信晶体管尺寸不能太小,这样就限制了单元尺寸的缩国家重点基础研究
7、发展计划(2010CB934203)资助收稿日期:2010-07-14;修回日期:2010-10-12;网络出版日期:2011-04-28网络出版地址:http://www.cnki.net/kcms/detail/11.2442.N.20110428.1234.002.html565北京大学学报(自然科学版)第47卷小。RRAM利用材料电阻率的可逆转换实现二进制CMOS集成电路工艺兼容。到目前为止,对材料的电信息的存储。由于可以实现电阻可逆转换的材料非阻转变机制还缺乏深入理解,对电阻转变机制的探[11,17−18]常多,因此便于选择出制备工艺简单且和C
8、MOS讨以及如何提高器件性能仍是研究的热点。工艺兼容的材料。RRAM存储单元结构
