바카라 커뮤니티 [Nakabachi Ryoji 회장] (이하 "AIST")NanoElectronics Research Division 3D Integrated Systems Research Group 인 Feng Wei와 Emerging Devices Research Group의 개발자 인 Shima Hisashi는 국립 대학 기업 인 Tsukuba 대학 (Nagata Kyosuke 회장)의 회원 인 Omori Kenji 부교수와 협력하여 광범위한 전류 범위에 걸쳐 소음을 측정하는 방법을 개발했습니다비 휘발성 메모리바카라 양방 변경 메모리 (RERAM)의 동작 100 나노 프 (NA)의 초 저전력 소비에서 작동 할 때 명확 해졌습니다
바카라 양방 변화 메모리에서, 산화물 층에 포함 된 산소 결함 (산소 결핍)는 재료의 전기 바카라 양방에 중대한 영향을 미쳤으며 메모리의 전력 소비를 줄이는 데 중요한 역할을 할 것으로 예상되었지만이 방법의 특정 동작은 명확하지 않았습니다 이번에는 전류가 필라멘트와 같은 상태로 흐를 때 바카라 양방 상태가 낮습니다필라멘트 모드) 및 금속/산화물 인터페이스에서 바카라 양방 변화가 발생하는 작동 모드 (인터페이스 모드)의 두 가지 모드로 작동하는 동일한 구조의 바카라 양방 변경 메모리를 성공적으로 만들었습니다 또한 장치를 통해 흐르는 전류의 분포를 시각화ElectroBeam 흡수 전류 (EBAC) 측정및 현재소음 측정| 초저 전류 소비에서 작동 할 때이 바카라 양방 변화 메모리의 거동을 조사하는 데 사용되었으며 산소 공석과 전기 특성 사이의 상관 관계가 명확 해졌습니다
이 결과는 산소 공석을 정확하게 제어함으로써 더 낮은 전력 소비와 비 휘발성 기억의 높은 신뢰성이 예상 될 수 있음을 시사합니다환경 발전 (에너지 수확)의 사용을 확장하는 데 기여할 것으로 예상됩니다 인공 지능 장치 이 기술에 대한 자세한 내용은 Academic Journal과학 보고서의 온라인 버전에 게시되었습니다 2016 년 12 월 21 일 (영국의 현지 시간)
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| 이번에 개발 된 바카라 양방 변경 메모리 |
IoT (Internet of Things) 사회가 도착함에 따라 삶의 질과 편의성을 향상시키기 위해 가정 기기 및 자동차와 같은 친숙한 것들에 정보가 활용되는 상황이 증가하고 있습니다 반면에 정보 처리 및 통신에 필요한 전기의 양이 폭발 할 것이라는 우려가 있습니다 기존의 녹음 매체보다 전력을 덜 소비하는 비 휘발성 기억의 경우조차도 IoT 사회의 지속 가능한 개발을 개발하기 위해 그 어느 때보 다 전력 소비를 줄여야합니다
바카라 양방기 변경 메모리는 전원 공급 장치가 없어도 정보를 저장할 수 있으며 전력 소비와 관련하여 예상됩니다 이미 실질적으로 사용되었지만 응용 분야를 확대하기 위해 추가 소형화 (더 높은 통합) 및 더 낮은 전력 소비는 어려운 문제입니다 산화물의 산소 공석은 전이 금속 산화물을 사용하여 바카라 양방 변화 메모리의 작동에 관여하며, 산소 공석은 전자 현미경을 사용하여 조성 및 화학 결합 상태를 분석함으로써 이들의 운동을 검사했다 그러나 전자 현미경을 사용할 때는 관찰을 위해 샘플을 처리해야하며 예를 들어 메모리 작동을 반복하면서 소량의 산소 공석의 영향을 조사하기가 어려웠습니다 또한, 바카라 양방성 가변 메모리의 초 저전력 소비를 촉진하고 메모리 작동의 신뢰성과 가공 프로세스의 최적화를 초래하기 위해서는 전기 특성에 대한 산소 공석의 영향을 정확하게 감지하기 위해 측정 방법을 개발해야했습니다
AIST는 전압 중심의 비 휘발성 제로 전류 메모리 기술을 목표로 바카라 양방 변화 기억의 연구 개발에서 연구 개발을 촉진하고 있습니다 지금까지, 우리는 바카라 양방 변화 변화 기억의 고속 쓰기를위한 기본 기술을 개발하기 위해 노력하고 있으며, 전이 금속 산화물 (2007 년 2 월 21 일, Nedo Press)을위한 스퍼터링 필름 증착 공정의 개발을 수행하고 있으며, 전이 금속 산화물에서 만든 초고속 전력 소비와 고속도로 작동을 결합한 비 휘발성 바카라 양방성 변화 메모리를 개발했습니다 (AIST : 초 전력 소비와 고속 작동을 결합한 비 휘발성 가변) 내가 해냈어 또한 트랜지스터의 소음 특성을 이해함으로써 쓰쿠바 대학교는 넓은 주파수 대역 (2013 년 6 월 7 일 Tsukuba Press 대학에서 발표)에 대한 소음을 측정하는 기술을 개발했습니다
이번에는 소음 측정 기술이 비 휘발성 메모리에 적용되었습니다 산화물 물질에서 산소 공석의 양은 물질의 바카라 양방 값에 상당한 영향을 미칩니다 또한, 산화물에서 양으로 하전되는 산소 공석은 전자를 포획 및 배출하는 특성을 갖는다 이 현상은 전류에서 약한 노이즈로 반영 될 것으로 예상되기 때문에, 우리는 전류에 포함 된 노이즈를 정확하게 측정함으로써, 재료의 산소 공석 상태를 알 수 있다고 생각했다 또한, 이러한 노이즈를 측정하는 것 외에도, 비 휘발성 기억의 초저 전류 소비 작동은 전자 빔 흡수 전류 (EBAC) 관찰을 결합한 평가 방법을 사용하여 세부적으로 검사하여 장치를 통해 흐르는 전류의 분포를 시각화 할 수 있었다
이번에는 이산화 실리콘 (SIO211780_118032/tin/sio2작은 전극을 형성하기 위해 미세하게 제작되고, 산화물 (HFOx), 티타늄 (Ti) 및 주석이도 1에 도시 된 바와 같이 형성되었다 1은 바카라 양방성 메모리 요소를 제조합니다 이 제조 방법의 장점은 주석의 두께 방향이 전극 길이의 한 쪽이므로 전극 영역과 장치 크기의 극도로 소형화를 쉽게 달성 할 수 있다는 것입니다 필름 두께는 필름 증착 시간을 제어함으로써 조정될 수 있으며, 10nm 이하의 두께 일 수있다 또한, 미세한 구조의 측벽에 메모리 요소가 형성되는 현재 처리 기술은 실리콘 기판에 수직 인 방향으로 메모리 요소를 쌓아서 기록 밀도를 증가시키는 3 차원 통합 기술로 이어진다
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| 그림 1 : 이번에 사용 된 바카라 양방 변경 메모리 구조 |
| 소형화와 같은 노력을함으로써 우리는 기존의 작동과 저전력 소비를 모두 나타내는 메모리 구조를 성공적으로 만들었습니다 또한, EBAC 측정 및 현재 노이즈 측정은 동일한 구조를 가진 샘플에서 수행 될 수 있습니다 실제 전극은 적층 구조를 가지고 있지만이 그림에서 단순화 된 형태로 표시됩니다 |
이 바카라 양방 변화 메모리는 기존의 바카라 양방 변화 메모리 (이하 "기존 조작"이라고 함)와 동등한 약 100 마이크로 앰퍼 (μa)의 전류에서 작동 할뿐만 아니라 100 나노 앰퍼 (NA) 이하의 초소형 소비로 작동하여 3 개의 순서가 작게 작동하여 (이하 전력 공급 조작으로 지칭)
저전력 소비 작동의 메커니즘을 명확히하기 위해 EBAC 측정 및 현재 노이즈 측정을 수행했습니다 이 두 측정은 요소를 처리하지 않고 비파괴 적으로 이루어질 수 있습니다 예를 들어, 높은 바카라 양방 상태에서 메모리 요소의 특성을 평가 한 후, 낮은 바카라 양방 상태에서 동일한 요소의 특성을 평가할 수 있으며, 또한 저전력 소비 작동과 동일한 요소와 저전력 소비 작동을 비교할 수 있습니다 먼저, 저전력 소비 작업을 기존 작업과 기존의 작동과 비교할 때, 기존의 작동에서 Bright spots가 EBAC 이미지에 나타나고 로컬 전류 경로가 형성되는 것으로 확인되었다 (필라멘트 모드) (그림 2) 한편, 저전력 소비 작동의 경우 메모리 요소 부분에서 EBAC 이미지의 대비는 거의 균일했으며 전류는 전체 메모리 요소 (인터페이스 모드)를 통해 흐르고있었습니다
이전에는 전이 금속 산화물 재료의 유형에 따라 메모리 작업이 필라멘트 모드 또는 인터페이스 모드인지 여부를 조사했지만 이번에는 동일한 요소에서 두 가지 유형의 메모리 작업이 공존하는 데 성공했습니다 동일한 생산 장치에서도 산소 공석과 같은 동일한 미세한 상태를 제조하는 것은 매우 어렵습니다 그러나 이러한 두 가지 유형의 메모리 작업을 동일한 요소를 사용하여 검사 할 수 있다면 인터페이스 모드와 필라멘트 모드 간의 신뢰할만한 비교가 이루어질 수 있습니다
또한, 전류 노이즈는 기존 및 저전력 소비 작업의 바카라 양방성 및 고해상도 상태에 대해 측정되었습니다 노이즈는 1 kHz에서 1MHz까지의 전류의 고속 샘플링에 의해 측정되었고, 시간 및 주파수 도메인 모두에서 분석 하였다 (도 2) 노이즈의 원천 인 전자 캡처 및 방출이 낮 으면 강도는 주파수 제곱에 반비례합니다1/f2노이즈나타납니다 전자 포획 및 방출이 증가함에 따라 1/F2소음에서1/f 노이즈로 변경됩니다 이 측정에서는 바카라 양방력이 낮은 상태에서는 1/f2소음이 지배적이 될 것으로 밝혀졌습니다 소음에 기여하는 산소 공석의 수는 바카라 양방 조건에서 높은 바카라 양방 조건에서 제한되어 있기 때문입니다 1/f2소음이 관찰되었다고 생각됩니다 반대로, 저전력 소비 작동에서도 충분히 많은 산소 공석이 여전히 바카라 양방 상태의 전기적 특성에 영향을 미치므로 전기 전도도에 기여하는 산소 공석을 감소시키는 것이 바카라 양방성 상태의 전류 값을 줄이기 위해 내성 변화 메모리의 전력 소비를 더욱 줄이는 데 필수적인 것으로 나타났습니다
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| 그림 2 : 그림 1의 빨간색 프레임으로 둘러싸인 부분의 바카라 양방 변경 메모리 구조에서 관찰 된 EBAC 이미지 및 노이즈 측정의 분석 결과 |
| 가변 바카라 양방 메모리 구조에서 수행되는 초기화 조건 조건을 변경하여 기존의 작동 및 저전력 소비 작업을 선택할 수 있습니다 그림에서, 산소 공석은 흰색 원에 표시되며, 빨간 곡선 화살표는 전자 포획 및 방출 과정을 개략적으로 보여줍니다 정규화 된 전력 밀도는 주파수 의존성 (전력 스펙트럼 밀도)으로 변환 된 고속 샘플링 전류 값의 시간 의존성입니다 상이한 바카라 양방 상태, 공정 조건 또는 전압 조건 사이의 노이즈 강도를 비교하기 위해 전력 스펙트럼은 현재 값의 제곱으로 정규화되고 [1/hz]로 변환된다 |
현재 AIST는 신뢰할 수있는 메모리 시스템을위한 바카라 양방 변화 메모리에 대한 애플리케이션 연구를 사용하고 있으며 바카라 양방 변화 메모리 기술을 활용하고 있습니다두뇌 유형 추론에 대한 아날로그 변수 바카라 양방 요소를 개발하고 있습니다 연구 개발은 모두 산소 공석의 위치와 확산을 정확하게 제어해야하므로 이번에 개발 된 기술은 이러한 연구 개발을 크게 가속화 할 것입니다 또한 환경 발전, 전기 저장 및 센서 및 통신 기술과 함께 초고전 전력 소비 메모리는 1 조 센서 사회의 실현에 필수적이며 바카라 양방 변화 메모리 (사회 50)의 실현에 기여할 것입니다