Нано-RAM - Википедия - Nano-RAM

Память компьютера типы
Общий
Летучий
баран
Исторический
Энергонезависимая
ПЗУ
NVRAM
Ранняя стадия NVRAM
Магнитный
Оптический
В развитии
Исторический

Нано-RAM проприетарный память компьютера технологии от компании Нантеро. Это тип энергонезависимая память с произвольным доступом исходя из позиции углеродные нанотрубки нанесенный на подложку в виде чипа. Теоретически небольшой размер нанотрубок позволяет сохранять память очень высокой плотности. Нантеро также называет его NRAM.

Технологии

Технология NRAM Nantero первого поколения была основана на трехконтактном полупроводниковый прибор где третий терминал используется для переключения ячейки памяти между состояниями памяти. Технология NRAM второго поколения основана на двухполюсной ячейке памяти. Двухконечная ячейка имеет такие преимущества, как меньший размер ячейки, лучшая масштабируемость до узлов менее 20 нм (см. изготовление полупроводниковых приборов ), а также способность пассивировать ячейка памяти во время изготовления.

В матрице из нетканого материала углеродные нанотрубки (УНТ) скрещенные нанотрубки могут касаться друг друга или немного разделяться в зависимости от их положения. При прикосновении углеродные нанотрубки удерживаются вместе. Силы Ван-дер-Ваальса. Каждая «ячейка» NRAM состоит из взаимосвязанной сети УНТ, расположенных между двумя электродами, как показано на Рисунке 1. Ткань УНТ расположена между двумя металлическими электродами, которая определяется и протравливается фотолитография, и образует ячейку NRAM.

Ткань из углеродных нанотрубок

NRAM действует как резистивный энергонезависимый оперативная память (RAM) и может работать в двух или более резистивных режимах, в зависимости от резистивного состояния CNT-ткани. Когда CNT не контактируют с сопротивление состояние ткани высокое и представляет состояние «выключено» или «0». Когда УНТ приводят в контакт, состояние сопротивления ткани низкое и представляет собой состояние «включено» или «1». NRAM действует как память, потому что два резистивных состояния очень стабильны. В состоянии 0 УНТ (или их часть) не контактируют и остаются в разделенном состоянии из-за жесткости УНТ, что приводит к состоянию измерения высокого сопротивления или низкого тока между верхним и нижним электродами. В состоянии 1 УНТ (или их часть) находятся в контакте и остаются в контакте из-за сил Ван-дер-Ваальса между УНТ, что приводит к состоянию измерения низкого сопротивления или высокого тока между верхним и нижним электродами. Обратите внимание, что другие источники сопротивления, такие как контактное сопротивление между электродом и УНТ, могут быть значительными, и их также необходимо учитывать.

Для переключения NRAM между состояниями между верхним и нижним электродами прикладывается небольшое напряжение, превышающее напряжение чтения. Если NRAM находится в состоянии 0, приложенное напряжение вызовет электростатическое притяжение между CNT, близкими друг к другу, вызывая операцию SET. После снятия приложенного напряжения УНТ остаются в состоянии 1 или с низким сопротивлением из-за физической адгезии (сила Ван-дер-Ваальса) с энергия активации (Eа) примерно 5 эВ. Если ячейка NRAM находится в состоянии 1, приложение напряжения, превышающего напряжение считывания, будет генерировать возбуждение фононов CNT с энергией, достаточной для разделения переходов CNT. Это операция СБРОСА, управляемая фононами. УНТ остаются в выключенном состоянии или в состоянии высокого сопротивления из-за высокой механической жесткости (Модуль для младших 1 ТПа) с энергией активации (Eа) намного больше 5 эВ. На рис. 2 показаны оба состояния отдельной пары УНТ, участвующих в операции переключения. Из-за высокой энергии активации (> 5 эВ), необходимой для переключения между состояниями, переключатель NRAM устойчив к внешним помехам, таким как излучение и Рабочая Температура которые могут стереть или перевернуть обычные воспоминания, такие как DRAM.

Рисунок 2: Точки контакта углеродных нанотрубок

Модули NRAM изготавливаются путем нанесения однородного слоя УНТ на предварительно изготовленный массив драйверов, таких как транзисторы, как показано на рисунке 1. Нижний электрод ячейки NRAM находится в контакте с нижележащим электродом. через (электроника) подключение ячейки к драйверу. Нижний электрод может быть изготовлен как часть нижележащего переходного отверстия или может быть изготовлен одновременно с ячейкой NRAM, когда ячейка определена и протравлена ​​фотолитографически. Прежде чем ячейка будет определена фотолитографически и протравлена, верхний электрод осаждается в виде металлической пленки на слой УНТ, так что верхний металлический электрод формируется и травится во время определения ячейки NRAM. После диэлектрической пассивации и заполнения массива верхний металлический электрод обнажается за счет обратного травления вышележащего диэлектрика с использованием процесса сглаживания, такого как химико-механическое выравнивание. С открытым верхним электродом изготавливается следующий уровень межсоединения металлической проводки, чтобы завершить массив NRAM. На рисунке 3 показан один схемный метод выбора одной ячейки для записи и чтения. Используя межсетевое соединение, NRAM и драйвер (ячейка) формируют массив памяти, аналогичный другим массивам памяти. Отдельную ячейку можно выбрать, приложив соответствующие напряжения к словарной шине (WL), битовой линии (BL) и линии выбора (SL), не нарушая при этом другие ячейки в массиве.

Рисунок 3: CNT-переключатель

Характеристики

NRAM имеет плотность, по крайней мере теоретически, аналогичную плотности DRAM. DRAM включает в себя конденсаторы, которые по сути представляют собой две небольшие металлические пластины с тонким изолятором между ними. NRAM имеет клеммы и электроды примерно того же размера, что и пластины в DRAM, а нанотрубки между ними настолько меньше, что ничего не добавляют к общему размеру. Однако кажется, что существует минимальный размер, при котором может быть построена DRAM, ниже которого на пластинах просто не хватает заряда. NRAM, похоже, ограничивается только литография[нужна цитата ]. Это означает, что NRAM может стать намного плотнее, чем DRAM, возможно, также дешевле. В отличие от DRAM, NRAM не требует питания для "обновления" и сохраняет свою память даже после отключения питания. Таким образом, мощность, необходимая для записи и сохранения состояния памяти устройства, намного ниже, чем у DRAM, которая должна накапливать заряд на пластинах ячеек. Это означает, что NRAM может конкурировать с DRAM с точки зрения стоимости, но также требует меньше энергии и, как результат, быть намного быстрее, потому что производительность записи в значительной степени определяется общей необходимой платой. NRAM теоретически может достичь производительности, аналогичной SRAM, которая быстрее, чем DRAM, но намного менее плотна и, следовательно, намного дороже.

Сравнение с другой энергонезависимой памятью

По сравнению с другими энергонезависимый Технологии оперативной памяти (NVRAM), NRAM имеет несколько преимуществ. В флэш-память, распространенная форма NVRAM, каждая ячейка напоминает МОП-транзистор транзистор с управляющим затвором (CG), модулированным плавающим затвором (FG), вставленным между CG и FG. FG окружен изолирующим диэлектриком, обычно оксидом. Поскольку FG электрически изолирован окружающим диэлектриком, любые электроны, помещенные на FG, будут захвачены на FG, который экранирует CG от канала транзистора и изменяет пороговое напряжение (VT) транзистора. Путем записи и управления количеством заряда, помещенного на FG, FG управляет состоянием проводимости устройства MOSFET flash в зависимости от VT выбранной ячейки. Ток, протекающий через канал MOSFET, измеряется для определения состояния ячейки, образующей бинарный код где состояние 1 (протекание тока) при приложении соответствующего напряжения CG и состояние 0 (отсутствие тока) при подаче напряжения CG.

После записи в изолятор захватывает электроны на FG, фиксируя его в состоянии 0. Однако, чтобы изменить этот бит, изолятор должен быть «перезаряжен», чтобы стереть любой заряд, уже сохраненный в нем. Для этого требуется более высокое напряжение, около 10 вольт, намного больше, чем может обеспечить батарея. Системы Flash включают "зарядный насос "который медленно наращивает мощность и высвобождает ее при более высоком напряжении. Этот процесс не только медленный, но и приводит к ухудшению изоляторов. По этой причине флэш-память имеет ограниченное количество операций записи, прежде чем устройство перестанет работать эффективно.

Чтение и запись NRAM являются «низкоэнергетическими» по сравнению с флэш-памятью (или DRAM, если на то пошло, из-за «обновления»), что означает, что NRAM может иметь более длительный срок службы батареи. Кроме того, он может быть намного быстрее писать, чем любой другой, что означает, что его можно использовать для замены обоих. Современные телефоны включают флэш-память для хранения телефонных номеров, DRAM для более высокой производительности, рабочую память, потому что флэш-память слишком медленная, и некоторое количество SRAM для еще более высокой производительности. Некоторая NRAM может быть помещена на CPU, чтобы действовать как Кэш процессора, и многое другое в других микросхемах, заменяющих как DRAM, так и флэш-память.

NRAM - одна из множества новых систем памяти, многие из которых утверждают, чтоуниверсальный "так же, как NRAM - заменяя все, от флэш-памяти до DRAM и SRAM.

Альтернативная память готова к использованию сегнетоэлектрическое RAM (FRAM или FeRAM). FeRAM добавляет небольшое количество сегнетоэлектрического материала в ячейку DRAM. Состояние поля в материале кодирует бит в неразрушающем формате. FeRAM имеет преимущества NRAM, хотя минимально возможный размер ячейки намного больше, чем для NRAM. FeRAM используется в приложениях, где ограниченное количество операций записи на флеш-память является проблемой. Операции чтения FeRAM являются деструктивными, после чего требуется операция восстановления записи.

Другие, более спекулятивные системы памяти включают: магниторезистивная память с произвольным доступом (MRAM) и память с фазовым переходом (PRAM). MRAM основан на сетке магнитные туннельные переходы. MRAM считывает память, используя туннельное магнитосопротивление эффект, позволяющий читать память неразрушающим образом и с очень малой мощностью. Ранняя MRAM использовала индуцированную полем запись,[1] достигли предела по размеру, что сделало его намного больше, чем у флеш-устройств. Однако новые методы MRAM могут преодолеть ограничение размера, чтобы сделать MRAM конкурентоспособным даже с флэш-памятью. Техники Переключение с тепловой поддержкой (ТАС),[2] разработан Крокус Технологии, и Крутящий момент передачи вращения на котором Крокус, Hynix, IBM, и другие компании работали в 2009 году.[3]

PRAM основан на технологии, аналогичной технологии записываемых CD или DVD, с использованием материала с фазовым переходом, который изменяет свои магнитные или электрические свойства, а не оптические. Сам материал PRAM масштабируется, но требует большего источника тока.

История

Nantero, Inc.
Частный
ПромышленностьПолупроводники, нанотехнологии
Основан2001
Штаб-квартира
Уоберн, Массачусетс
,
нас
ТоварыНано-RAM
Интернет сайтwww.nantero.com

Nantero была основана в 2001 году, ее штаб-квартира находится в г. Уоберн, Массачусетс. Из-за огромных инвестиций во флэш заводы по производству полупроводников, на рынке нет альтернативной памяти, заменяющей флеш-память, несмотря на прогнозы еще в 2003 году о скорой скорости и плотности NRAM.[4][5]

В 2005 году NRAM была продвинута как универсальная память, и Нантеро предсказал, что он будет запущен в производство к концу 2006 года.[6]В августе 2008 г. Локхид Мартин приобрела эксклюзивную лицензию на использование интеллектуальной собственности Nantero в правительстве.[7]

К началу 2009 года у Nantero было 30 патентов в США и 47 сотрудников, но она все еще находилась на стадии разработки.[8] В мае 2009 года радиационно-стойкая версия NRAM была испытана на СТС-125 миссия США Космический шатл Атлантида.[9]

Компания хранила молчание до очередного раунда финансирования и сотрудничества с бельгийским исследовательским центром. imec было объявлено в ноябре 2012 года.[10][11]В ноябре 2012 года в раунде серии D. Нантеро собрал более 42 миллионов долларов.[12]Включены инвесторы Charles River Ventures, Дрейпер Фишер Юрветсон, Globespan Capital Partners, Stata Venture Partners и Harris & Harris Group В мае 2013 года Nantero завершила серию D за счет инвестиций Schlumberger.[13]EE Times назвал Nantero одним из «10 лучших стартапов 2013 года».[14]

31 августа 2016 г. Два полупроводниковых предприятия Fujitsu лицензируют технологию Nantero NRAM с совместной разработкой Nantero-Fujitsu для производства чипов в 2018 году. У них будет в несколько тысяч раз быстрее перезапись и во много тысяч раз больше циклов перезаписи, чем у встроенной флэш-памяти.[15]

Смотрите также

Рекомендации

  1. ^ https://www.everspin.com/file/214/download
  2. ^ Появление практичной MRAM «Архивная копия» (PDF). Архивировано из оригинал (PDF) на 2011-04-27. Получено 2009-07-20.CS1 maint: заархивированная копия как заголовок (связь)
  3. ^ Марк Лапедус (18 июня 2009 г.). «Tower инвестирует в Crocus, подсказывает сделку с литейным заводом MRAM». EE Times. Получено 10 июля, 2013.
  4. ^ «В компьютерной памяти нового типа используется углерод, а не кремний». Экономист. 8 мая 2003 г.. Получено 10 июля, 2013.
  5. ^ Джон Лейден (13 мая 2003 г.). «О сверхбыстрой углеродной памяти: нанотрубка». Реестр. Получено 20 июля, 2013.
  6. ^ «Нанотрубка« Универсальная память »- включение компьютеров». Музей науки Текущий научно-технический центр. Архивировано из оригинал 4 февраля 2005 г.. Получено 14 июля, 2013.
  7. ^ Лапедус, Марк (13 августа 2008 г.). «Lockheed покупает правительственную единицу Нантеро». Получено 20 августа, 2013.
  8. ^ Эфраин Вискароласага (22 января 2009 г.). «Полупроводники Nantero имеют высокий рейтинг патентной мощности». Масса высоких технологий. Получено 10 июля, 2013.
  9. ^ «Lockheed Martin тестирует устройства памяти на основе углеродных нанотрубок во время полета шаттла НАСА». пресс-релиз. 18 ноября 2009 г.. Получено 14 июля, 2013.
  10. ^ «Nantero и imec сотрудничают в разработке памяти на основе углеродных нанотрубок». AZOM: материалы от А до Я. 1 ноября 2012 г.. Получено 20 августа, 2013.
  11. ^ Меллоу, Крис (6 ноября 2012 г.). Фирма, занимающаяся памятью на основе нанотрубок, убивающая вспышки, объединилась с бельгийцами, чтобы попытаться снова: на 3 года позже, и подсчет - но теперь движется еще быстрее'". Реестр. Получено 10 июля, 2013.
  12. ^ Ресенде, Патрисия (28 ноября 2012 г.). «Nantero получает 10 миллионов долларов, чтобы перевести продукт в коммерческую эксплуатацию». Масса высоких технологий. Получено 10 июля, 2013.
  13. ^ «Nantero обеспечивает второе закрытие серии D; компания привлекает крупных стратегических инвесторов». 29 мая, 2013. Получено 20 августа, 2013.
  14. ^ Кларк, Питер (21 декабря 2012 г.). «10 лучших стартапов, на которые стоит обратить внимание в 2013 году». EE Times. Получено 10 июля, 2013.
  15. ^ Меллор, Крис (31 августа 2016 г.). «Глубоко внутри энергонезависимой технологии RAM Nantero из углеродных нанотрубок». Реестр.

внешняя ссылка