日本中央大學(xué)理工學(xué)部電氣電子信息通信工程專(zhuān)業(yè)的教授竹內健的研究小組與美國Nantero公司共同證實(shí)，使用碳納米管的新型非易失性存儲器“NRAM”具備出色的特性，可滿(mǎn)足從主內存到存儲設備的廣泛用途。通過(guò)采用適合NRAM的寫(xiě)入方法，可實(shí)現存儲元件的高速、低功耗、高可靠性運行。相關(guān)成果的詳細內容已在“2014 Symposia on VLSI Technology and Circuits”（2014年6月9～13日于美國檀香山舉行）上發(fā)表（演講序號：T11-3）。演講題目為“23％ Faster Program and 40％ Energy Reduction of Carbon Nanotube Non-volatile Memory with Over 1011 Endurance”。
NRAM的構造 能夠以20μA以下的電流擦寫(xiě) NRAM是Nantero公司多年以前就開(kāi)始開(kāi)發(fā)的存儲器。利用由大量碳納米管（CNT）形成的薄膜以及夾著(zhù)該薄膜的兩個(gè)金屬電極構成存儲元件。向存儲元件施加電壓時(shí)，處于相互離散狀態(tài)的CNT就會(huì )在靜電引力的作用下接近，憑借分子間作用力接合。與此同時(shí)，電極間的導電路徑會(huì )增加，電阻值下降。即便將電壓返零，CNT間也會(huì )保持強力接合，不會(huì )分離。Nantero將這一現象運用到了非易失性存儲器中。擦寫(xiě)數據時(shí)，施加比寫(xiě)入電壓高的電壓。這時(shí)，CNT接合部就會(huì )產(chǎn)生聲子(晶格振動(dòng)),利用其熱量解除接合。
證實(shí)存在實(shí)現MLC的可能性 可實(shí)現1011次擦寫(xiě) 可擦寫(xiě)次數超過(guò)1011次 NRAM的“萬(wàn)能”存儲器特性以前曾備受期待。但是，由于在寫(xiě)入方法方面一直沒(méi)能針對LSI的實(shí)際使用條件進(jìn)行優(yōu)化，因此其潛力并未充分發(fā)揮出來(lái)。此次開(kāi)發(fā)出了使施加于NRAM存儲單元的電壓分階段增加的新的寫(xiě)入方法，抑制了特性不均的影響，使其能夠穩定擦寫(xiě)。 使用直徑140nm的存儲元件實(shí)施驗證的結果顯示，在20ns的短寫(xiě)入脈沖下，能夠以20μA以下的電流值寫(xiě)入數據。擦寫(xiě)時(shí)電阻值會(huì )發(fā)生100倍以上的變化，因此還有望實(shí)現閃存廣泛使用的MLC（多值存儲）工作。另外，作為可靠性指標的可擦寫(xiě)次數達到了1011次。這一數值相當于閃存的約1000萬(wàn)倍，顯示出了應用于主內存的可能性。 研究小組今后打算將NRAM的存儲元件微細化至直徑10nm的水平，對Gbit級陣列的工作實(shí)施驗證。此次雖然只是瞄準這一目標取得的初期成果，但也顯示出了作為“萬(wàn)能”存儲器的潛力，有望取代主內存使用的DRAM以及存儲設備使用的SSD和HDD。 |
