可变电阻式内存(ReRAM)在研发新的、具有更大可扩展性、高容量、高性能和高可靠性存储解决方案的竞赛中被视为最具希望的技术而被普遍看好。

一个典型的ReRAM单元具有一个转换材料,它具有不同的电阻特性,并且被夹在两个金属电极之间。ReRAM的转换效应是基于在电场或者高温的影响下产生的离子运动以及转换材料存储离子分布的能力而实现的,从而引发设备电阻的可度量变化。

Crossbar ReRAM技术易于实现,降低生产成本

有很多不同的方法来实现ReRAM,它们采用不同的转换材料和内存单元组织结构。不同的材料所具有的不同变量可以导致显著的性能差异。ReRAM技术最常见的挑战在于热敏度、与标准CMOS技术和制造工艺的整合、以及每一个ReRAM单元的选择机制。

ReRAM已经成为众多研究和开发的主题,一些公司声称会在未来1-2年实现原型内存芯片。

Crossbar ReRAM技术以非导电非晶硅(a-Si)作为金属丝形成的基质材料。其基于电子场的转换机制使得Crossbar ReRAM单元能够在很大的温度范围内稳定工作。

Crossbar ReRAM的单元结构简单、所采用的材料、工艺步骤和制造机台都是通用的,这使得任何一家半导体代工厂都能够通过授权Crossbar ReRAM技术来开展内存业务,制造存储级内存芯片。

ReRAM内存的性能和比特/尺寸密度取决于内存单元的内联方式。嵌入式低延滞、高速内存可以通过用一个晶体管对每一个内存单元进行单独控制来实现。在1T1R(每1个ReRAM单元有一个晶体管)的阵列组织结构中,内存的总体积由晶体管的体积所决定。高密度存储级内存要求一个密度高得多的内存阵列组织结构来实现成本效益,这就要求能够用一个单一的晶体管来连接成千上万的内存单元。这种1TnR组织结构只有当ReRAM单元具有某种内建的选择机制,可以单独地、或者不指定地选择ReRAM单元时才有可能实现。

Crossbar ReRAM已经在晶圆代工厂生产出可工作的阵列证明了其可制造性。

Crossbar ReRAM I/V曲线(1T1R和1TnR)

与传统的NAND闪存相比,Crossbar ReRAM速度快的多、位元可修改并且只需要更低的电压,使它能够被用于嵌入式和SSD应用。Crossbar ReRAM技术的多面性使得内存单元在1T1R阵列中相联时能够实现非常低延滞的内存读取,或者在交点1TnR阵列中实现最佳的面积效率(4F2单元),这都要归功于Crossbar拥有专利的内建选择特性。

Crossbar ReRAM技术的可制造性已通过在商业代工厂制造的工作阵列所证明。这一工作芯片是将单片CMOS控制器和内存阵列芯片整合在一起。公司目前正在完成这一器件的特性化和优化,并计划将第一个产品向嵌入式SoC市场提供,同时还将继续在先进的制程工艺节点上推进高密度存储级内存阵列的研发。

在当今所存储的所有数据中,有90%是在过去两年内生成的。数据生成及对数据的即刻访问已经成为现代用户体验的一个不可或缺的部分,也将在可见的未来继续推动存储的迅速增长。然而,目前的存储技术,即平面NAND,当进一步缩小光学尺寸,达到物理和工程极限时,遇到了挑战。下一代非易失性记忆体,象Crossbar的ReRAM, 会避免这些限制,提供足够的性能和容量而成为记忆体的新方案。
Michael Yang
高级主要分析师,内存和存储业务 , IHS Technology