日本中央大學(xué)理工學(xué)部電氣電子信息通信工程專業(yè)的教授竹內(nèi)健的研究小組與美國Nantero公司共同證實，使用碳納米管的新型非易失性存儲器“NRAM”具備出色的特性，可滿足從主內(nèi)存到存儲設(shè)備的廣泛用途。通過采用適合NRAM的寫入方法，可實現(xiàn)存儲元件的高速、低功耗、高可靠性運(yùn)行。相關(guān)成果的詳細(xì)內(nèi)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(gòu)造 能夠以20μA以下的電流擦寫 NRAM是Nantero公司多年以前就開始開發(fā)的存儲器。利用由大量碳納米管（CNT）形成的薄膜以及夾著該薄膜的兩個金屬電極構(gòu)成存儲元件。向存儲元件施加電壓時，處于相互離散狀態(tài)的CNT就會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，電極間的導(dǎo)電路徑會增加，電阻值下降。即便將電壓返零，CNT間也會保持強(qiáng)力接合，不會分離。Nantero將這一現(xiàn)象運(yùn)用到了非易失性存儲器中。擦寫數(shù)據(jù)時，施加比寫入電壓高的電壓。這時，CNT接合部就會產(chǎn)生聲子(晶格振動),利用其熱量解除接合。
證實存在實現(xiàn)MLC的可能性 可實現(xiàn)1011次擦寫 可擦寫次數(shù)超過1011次 NRAM的“萬能”存儲器特性以前曾備受期待。但是，由于在寫入方法方面一直沒能針對LSI的實際使用條件進(jìn)行優(yōu)化，因此其潛力并未充分發(fā)揮出來。此次開發(fā)出了使施加于NRAM存儲單元的電壓分階段增加的新的寫入方法，抑制了特性不均的影響，使其能夠穩(wěn)定擦寫。 使用直徑140nm的存儲元件實施驗證的結(jié)果顯示，在20ns的短寫入脈沖下，能夠以20μA以下的電流值寫入數(shù)據(jù)。擦寫時電阻值會發(fā)生100倍以上的變化，因此還有望實現(xiàn)閃存廣泛使用的MLC（多值存儲）工作。另外，作為可靠性指標(biāo)的可擦寫次數(shù)達(dá)到了1011次。這一數(shù)值相當(dāng)于閃存的約1000萬倍，顯示出了應(yīng)用于主內(nèi)存的可能性。 研究小組今后打算將NRAM的存儲元件微細(xì)化至直徑10nm的水平，對Gbit級陣列的工作實施驗證。此次雖然只是瞄準(zhǔn)這一目標(biāo)取得的初期成果，但也顯示出了作為“萬能”存儲器的潛力，有望取代主內(nèi)存使用的DRAM以及存儲設(shè)備使用的SSD和HDD。 |
