從1999年起,非揮發(fā)性記憶體的市場需求就有突破性的成長,因為近幾年陸續(xù)出現如隨身碟、數位相機儲存卡、手機記憶體等相當廣泛的應用,創(chuàng)造出其他技術無法涵蓋的全新市場。目前主流的非揮發(fā)性記憶產品為快閃記憶體,但是現有的快閃記憶體元件架構在65nm技術世代以後,將逐漸面臨物理極限的挑戰(zhàn),因而有「奈米晶粒之非揮發(fā)性記憶體」技術的開發(fā)。快閃記憶體也面臨諸多特性上的限制,例如操作速度太慢和操作周期不長等等。因此更有潛力的記憶體技術需要被進一步開發(fā),以滿足未來更廣大的記憶需求。
電阻式記憶體技術正是非揮發(fā)性記憶體新技術當中相當有潛力的新興技術,近年來也受到國際半導體大廠和主要研究單位的關注。其原因在於電阻式記憶體的元件結構相當簡單;同時所采用的材料并不特殊,許多的半導體廠均有現成的制程能力;另外電阻式記憶體元件所需制程溫度不高,因此相當容易與相關元件或電路制程相整合。工研院電光所奈米電子技術組在3年前便積極投入研發(fā)電阻式記憶體,最近獲得相當大的技術突破。
電阻式記憶體的主要結構相當簡單,和一般電容器結構極為相似,目前主要均是采用MIM(metal-insulator-metal)結構,如圖一所示。此結構在半導體後段制程的整合困難度并不高,和電晶體元件(MOS)整合非常容易,所以相當適合使用電晶體元件來操作記憶單元(memory cell)。此外,電阻式記憶體記憶單元的制程溫度并不高,因此與相關電路或其他元件容易整合在單一晶片上,也提高此技術的應用價值。
電阻式記憶體的操作主要可分為三個步驟,分別為forming、set及reset。
Forming步驟