Non-volatile Memory, ReRAM에 대한 요약

ReRAM(Resistive Random Access Memory)

  일부기능으로 인해 범용 메모리의 또다른 후보로 지목된다.

    (1) 소형화에 대한 우수한 잠재력(Cell 크기가 4F^2, F는 line width),

    (2) DRAM을 대체할 Main memory로써의 가능성,

    (3) 3D Memory로의 Natural integration

 

  ReRAM Cell은 일반적으로 두 전도성 금속 사이에 위치한 절연 또는 반도체 물질층을 가진 Device 로 구성된다. 이 구조를 MIM(Metal Indulator-Metal)이라고 한다. MIM의 중간 Layer은 메모리 정보의 저장으로 사용되고, 상단 Layer와 하단 Layer는 전극으로 사용된다.

 

  MIM의 중간 Layer는 저항 변화 효과를 겪는 자연적인 특성 때문에 일반적으로 산화물로 만들어진다. 특히 금속 산화물은 관련 작업에서 가장 많이 연구된 합금이다. 반면에 연구된 전극 층의 재료는 매우 다양하다. 그 범위는 최대 복합 합금까지 사용될 수 있는 순수한 요소에서 시작하여 일부 산화물까지 가능하기 때문이다.

 

  ReRAM Cell을 통해 메모리 작업을 수행하려면 전극(상단, 하단 layer) 중 하나에 전류를 가해야 한다. PCRAM에서 발생하는 것과 마찬가지로 전류의 강도는 실행할 Operation을 결정하는 Key이다.

  Read : 작은 강도의 전류가 인가되며, 이 전류는 절연체 층의 상태를 변경하지 않도록 충분히 작아야 한다. 이 전류로 재료 저항을 얻을 수 있으므로 값을 저장할 수있다.

  Write(SET) : Cell에서 판독하는 데 사용되는 것보다 더 큰 강도를 가진 전류가 인가된다. 이 전류는 절연체 층 저항을 저저항 상태(LRS)로 전환하기위해 충분히 강해야 한다.

  Write(RESET) : 이 경우 절연체 층 저항을 고저항 상태(HRS)로 전환하려면 저항이 증가할 정도로 전류가 충분히 강해야 한다.

  금속 산화물 ReRAM에 대해 분석해야 하는 또 다른 중요한 측면은 스위치 모드(Switch Mode)와 관련이 있다.  이것들은 단극(Unipolar)과 양극(Bipolar)이라고 불리는 두 가지 일반적인 모드로 나눌 수 있다. Figure 6는 스위치 모드에 따라 쓰기 작업이 수행되는 방식을 나타낸다. 단극 스위칭은 스위칭 방향이 인가 전압의 진폭에만 의존하며 극성에 의존하지 않음을 의미한다. 따라서 두 쓰기 작업은 동일한 극성에서 발생할 수 있다. 반면에 양극 스위칭은 스위칭 방향이 인가 전압의 극성에 따라 달라지는 것을 의미하며, 이는 SET operation이 하나의 극성에서만 발생 할 수 있음을 의미하며, RESET operation은 반드시 역 극성에서만 발생해야 한다는 것을 의미한다.

 

 ReRAM이 주로 미래 기억으로 활용될 수 있는 후보임에도 불구하고 해결해야 할 몇 가지 문제가 있다. 이전 NVM에서 보았듯이, 쓰기 작업의 높은 지연 시간과 에너지 소비량과 낮은 재료 내구성은 ReRAM 셀에서 볼 수 있는 문제이다. ReRAM에 사용되는 재료의 신뢰성과 유지보수에 대한 연구는 미래에 필수적이다. 상용 ReRAM 사용을 채택해야 하는 주요 문제 중 하나는 스위칭 메커니즘에 대한 철저한 이해가 없다는 것이다. 스위칭 상태의 영향은 (작은 Device 때문에) 찾기가 어렵고 무작위적인 성질이다. 또한 쓰기 내구성 문제는 ReRAM을 대규모 메모리로 사용하기 위한 장기적인 과제 중 하나이다.