使用碳纳米管的“NRAM”,日美共同证实万能存储器特性

发布时间:2014年06月17日 10:06    发布者:eechina
关键词: NRAM , 存储器
日本中央大学理工学部电气电子信息通信工程专业的教授竹内健的研究小组与美国Nantero公司共同证实,使用碳纳米管的新型非易失性存储器“NRAM”具备出色的特性,可满足从主内存到存储设备的广泛用途。通过采用适合NRAM的写入方法,可实现存储元件的高速、低功耗、高可靠性运行。相关成果的详细内容已在“2014 Symposia on VLSI Technology and Circuits”(2014年6月9~13日于美国檀香山举行)上发表(演讲序号:T11-3)。演讲题目为“23% Faster Program and 40% Energy Reduction of Carbon Nanotube Non-volatile Memory with Over 1011 Endurance”。

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NRAM的构造                                   能够以20μA以下的电流擦写

NRAM是Nantero公司多年以前就开始开发的存储器。利用由大量碳纳米管(CNT)形成的薄膜以及夹着该薄膜的两个金属电极构成存储元件。向存储元件施加电压时,处于相互离散状态的CNT就会在静电引力的作用下接近,凭借分子间作用力接合。与此同时,电极间的导电路径会增加,电阻值下降。即便将电压返零,CNT间也会保持强力接合,不会分离。Nantero将这一现象运用到了非易失性存储器中。擦写数据时,施加比写入电压高的电压。这时,CNT接合部就会产生声子(晶格振动),利用其热量解除接合。

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证实存在实现MLC的可能性                                                 可实现1011次擦写

可擦写次数超过1011次

NRAM的“万能”存储器特性以前曾备受期待。但是,由于在写入方法方面一直没能针对LSI的实际使用条件进行优化,因此其潜力并未充分发挥出来。此次开发出了使施加于NRAM存储单元的电压分阶段增加的新的写入方法,抑制了特性不均的影响,使其能够稳定擦写。

使用直径140nm的存储元件实施验证的结果显示,在20ns的短写入脉冲下,能够以20μA以下的电流值写入数据。擦写时电阻值会发生100倍以上的变化,因此还有望实现闪存广泛使用的MLC(多值存储)工作。另外,作为可靠性指标的可擦写次数达到了1011次。这一数值相当于闪存的约1000万倍,显示出了应用于主内存的可能性。

研究小组今后打算将NRAM的存储元件微细化至直径10nm的水平,对Gbit级阵列的工作实施验证。此次虽然只是瞄准这一目标取得的初期成果,但也显示出了作为“万能”存储器的潜力,有望取代主内存使用的DRAM以及存储设备使用的SSD和HDD。
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