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新興非揮發性記憶體之變異感知電路設計技術

為了解決ro新世代代儲的問題，作者許世玄 這樣論述：

消費性電子產品的發展以多功能、高效能、長待機時間及輕薄短小為主要趨勢，其產品中所需之記憶體未來亦朝向大容量、高讀寫速度、低功率消耗及高使用壽命邁進。長期以來，記憶體從SRAM、DRAM等揮發性記憶體為主的技術、慢慢朝向以Flash、PCM、MRAM、FeRAM及ReRAM等非揮性記憶體來取代揮發性記憶體或同時共存之技術。非揮發性記憶體具有無電力狀態時，資料仍可保存之特性，因而讓消費性產品具有零待機功率消耗與快速開機等優勢。目前非揮發性記憶體主流以Flash記憶體為主流。然而Flash資料讀寫的時間長(約us~ms)，限制產品操作速度; 而其讀寫次數(endurance)只有約105次，限制產

品之使用壽命。面對Flash所將面臨的技術瓶頸，許多國內外大廠與研究機構均紛紛投入相變化記憶體(PCM)、磁性記憶體(MRAM)、鐵電記憶體(FeRAM)及電阻式記憶體(ReRAM)等下世代記憶體的開發，期望找出同時具有高讀寫速度、高讀寫次數，低電流寫入，低功率消耗之非揮發性記憶體以應用於未來的消費性產品需求。而本論文即是探討下世代記憶體中的PCM及RRAM，並分別討論其特性、面臨到的問題瓶頸、改善方法與Macro電路設計。首先，本論文將提出目前記憶體的趨勢與需求，其次將針對PCM之特性予以分析討論，由於PCM主要特性是以內部晶格型態來儲存記憶體狀態。當晶格為結晶態(crystalline)時

，為低阻態; 反之，當晶格為非晶態(amorphous)時，為高阻態。由於晶格型態是使用熱能來改變，因此PCM將使用電壓或電流流經元件以產生改變晶格型態所需之熱能。也因此將有電壓寫入與電流寫入二種方法與寫入電路。然而在記憶體Macro中，較長位元線(large number cells per bit-line)容易因為RC delay關係，造成寫入能量不足而導致元件無法轉態，降低記憶體可靠度。本篇文章將採用電流式寫入電路，並提出一自動偵測並補償較長位元線(large number cells per bit-line)所造成寫入能量不足之方法與電路，以提升其記憶體可靠度。接著本論文將提出速度

及耐熱度都比PCM要佳的ReRAM。ReRAM是以氧空缺造成filament形成或斷裂，來決定低阻態或高阻態。但因filament本身的鍵結，會有不同的變異，導致寫入之成功率下降，本論文提出寫入驗證電路，在寫入時予以進行驗證是否寫入成功，以提高記憶體可靠度。論文最後將討論PCM 與ReRAM各自的優勢與缺點，並將提出未來ReRAM繼續發展之工作與未來之挑戰，以期ReRAM能應用於未來輕、薄、快速、待機時間長之新世代產品。