인스티즈앱 미국 IBM TJ Watson Research Center과 대만의 Macronix International은 데이터를 오버라이드 전류를 기존의 5분의 1로 내린 상 변화 메모리 (PCM) 기술을 개발하고 국제 학회 「VLSI 기술 심포지엄 '에서 6 월 15 날에 그 개요를 발표했습니다 (강연 번호 12.4).
상 변화 메모리 (PCM : Phase Change Memory)는 "칼 코게 나이드 합금」라고 부르는 물질이 두 가지 상태 (상)을 가지고 두 가지 상태 (상)에 전기적으로 마이그레이션 할 수있는 성질을 이용한 메모리닙니다 2 개의 위상은 결정상과 비정질상 에서 결정상은 전기 저항이 낮고, 비정질 상태에서는 전기 저항이 높습니다
상 변화 메모리 (PCM)의 기억 소자 칼 코게 나이드 합금의 상태 (상)을 결정상과 비정질상의 어딘가가 전기 저항 값을 변화
전원을 꺼도 2 개의 상태는 남아 있기 때문에 비 휘발성 메모리입니다 칼 코게 나이드 합금의 기억 소자 및 메모리 셀 선택 소자로 1 개의 메모리 셀을 구성 할 수 있기 때문에 원리 적으로는 DRAM에 가까운 고밀도 메모리를 만들 수 있습니다 또한 상 변화 메모리 (PCM)는 저항 값을 비교적 자유롭게 제어 할 수 있는 특징이 있습니다
이러한 특징에서 PCM은 스토리지 클래스의 대용량 메모리, 뉴로 컴퓨팅 메모리, 비 노이만 형 컴퓨터 용 메모리, IoT (Internet of Things) 용 메모리로서 기대가 걸려 있으며, 연구 개발이 진행되고 있습니다
그러나 PCM으로는 위상 변화, 즉 데이터의 재 작성에 필요한 전류가 높다는 약점이 있습니다 여기에는 주로 두 가지 이유가 있습니다 하나는 전기 저항을 이용한 가열에 의한 온도 변화가 상 변화에 필요한 것 또 하나는 기억 소자에 방열성이 좋은 재료, 즉 금속이나 합금 등을 사용하므로 열이 주위로 빠져나가 효율이 낮아져 버리는 것입니다
특히 문제가 되는 것이 결정상을 비정질 상태로 변화시키는 데이터 재기록 ( '리셋'이라고 부른다) 동작에서 높은 온도를 필요로 하기 때문에 소비 전류가 높아집니다
비정질 영역에 입상 결정을 포함
리셋 동작 소비 전류를 낮추기 위해서는 어떤 수단을 취해야 하는가? IBM과 Macronix의 공동 연구팀은 다음의 2가지 방법을 강연에서 언급했습니다
-하나는 상 변화를 일으키는 영역의 부피를 최대한 줄일 것
-또 하나는 열을 놓치지 않고 보존하는 것
이러한 수단을 제공하기 위해 고안 한 것이, 비정질 영역의 내부에 다수의 입상 결정 (1 개의 입상 결정의 크기는5nm 이하)을 포함하는 구조입니다 입상 결정 사이 (Inter-Granular)에서만 상 변화를 일으킵니다 그러자 상 변화 영역의 부피가 매우 작아 있으며, 전류가 결정 사이에만 집중하기 때문에 열 확산이 억제됩니다 이 방법을 발표자는 "Inter-Granular Switching (IGS)」라고 부르고 있었다
"Inter-Granular Switching (IGS)"의 효과는 지대했습니다 기억 소자의 리셋 전류를 비교하면 온도 950K로 가열하기 위해 필요한 전류 값은 종래 기술에서는 43μA이었던 반면, IGS 기술로는 8.3μA로 크게 감소했습니다 또한 종래 기술에서는 950K에 도달 할 때까지 필요한 시간은 약 15ns, IGS 기술은 약 20ns입니다 지연 시간 5ns의 패널티가 있지만, 전류량은 약 5 분의 1로 감소하고 있습니다
기억 소자를 950K로 가열하기 위해 필요한 전류 값 비교 왼쪽은 IGS 기술, 오른쪽은 종래 기술에 따른 온도 상승 곡선
시작한 입상 결정 구조의 투과 전자 현미경 (TEM) 관찰 상 왼쪽의 사진은 고 저항 (재설정) 상태의 영역 「C」는 고립 된 입상 결정 세트 동작에 들어가면 입상 결정 "C"가 서로 접촉하려고 성장을 시작합니다 그리고 저항이 낮은 경로가 있습니다 오른쪽 사진은 낮은 저항 (세트) 상태의 영역 "A」는 비정질 부분 리셋 동작에 들어가면 2 개의"A"부분 사이에 화살표 방향으로 전류가 흘러 입상 결정 사이의 전도성 영역을 비정질화가 됩니다
IGS 기술로 제작 한 기억 소자의 저항 비 (고 저항 상태와 낮은 저항 상태의 비율)은 약 10 배 ~ 100 배를 확보했습니다 직경이 35nm 두께가 1.5nm의 링 하부 전극으로 평가 한 값입니다 리셋 전류의 필요한 값은 20μA에서 치수를 고려하면 0.2μA / nm로 매우 낮은 값으로 되어 있다고 합니다 종래 기술에서 시작 예에서는 직경 20nm에 4.5μA / nm 값이 단순히 비교하면 20 분의 1 이하로되어있는 것을 알 수 있습니다
리셋 전류와 전기 저항 값 그래프에서 "Reset"이 고 저항 상태 (비정질) "Set"낮은 저항 상태 (결정상)을 의미 합니다
저장 용량 256Mbit의 실리콘 다이를 시작
IBM과 Macronix의 공동 연구팀은 IGS 기술을 도입 한 저장 용량이 256Mbit의 PCM 실리콘 다이 프로토 타입을 선 보였습니다 세트 동작 시간을 평가 한 결과, 80nsec와 비교적 짧은 시간을 보였습니다
256Mbit 실리콘 다이 사진과 세트 동작 시험샘플
시작한 256Mbit의 실리콘 다이에서 데이터 보존 기간을 측정 한 결과, 55 ℃에서 100 년 70 ℃에서 6 년이라는 상당히 긴 추정정시간이 측정 되었습니다 또한 세트 동작과 리셋 동작의 반복에 의한 재기록 사이클 시험을 실시한 결과, 10의 11 제곱 사이클이라는 이것도 꽤 좋은 결과를 얻었습니다
왼쪽의 그래프는 데이터 보존 기간의 측정 결과입니다 추정은 55 ℃에서 100 년이 넘는 기간을 얻을 수있습니다 오른쪽 그래프는 데이터 갱신주기의 측정 결과입니다 10의 11 제곱주기는 상당히 양호한 값을 얻었습니다 또한 불량 발생의 모드는 고 저항 측의 단락 불량 이었습니다
이러한 측정 결과는 연구가 초기 단계임을 고려하면 매우 유망하다고 할 수 있습니다 향후의 개선으로 성능이 더욱 향상 될 것으로 기대 수 있을 것입니다
http://pc.watch.impress.co.jp/docs/news/event/1005771.html