
从1999年起,非挥发性记忆体的市场需求就有突破性的成长,因为近几年陆续出现如随身碟、数位相机储存卡、手机记忆体等相当广泛的应用,创造出其他技术无法涵盖的全新市场。目前主流的非挥发性记忆产品为快闪记忆体,但是现有的快闪记忆体元件架构在65nm技术世代以後,将逐渐面临物理极限的挑战,因而有「奈米晶粒之非挥发性记忆体」技术的开发。快闪记忆体也面临诸多特性上的限制,例如操作速度太慢和操作周期不长等等。因此更有潜力的记忆体技术需要被进一步开发,以满足未来更广大的记忆需求。
电阻式记忆体技术正是非挥发性记忆体新技术当中相当有潜力的新兴技术,近年来也受到国际半导体大厂和主要研究单位的关注。其原因在於电阻式记忆体的元件结构相当简单;同时所采用的材料并不特殊,许多的半导体厂均有现成的制程能力;另外电阻式记忆体元件所需制程温度不高,因此相当容易与相关元件或电路制程相整合。工研院电光所奈米电子技术组在3年前便积极投入研发电阻式记忆体,最近获得相当大的技术突破。
电阻式记忆体的主要结构相当简单,和一般电容器结构极为相似,目前主要均是采用MIM(metal-insulator-metal)结构,如图一所示。此结构在半导体後段制程的整合困难度并不高,和电晶体元件(MOS)整合非常容易,所以相当适合使用电晶体元件来操作记忆单元(memory cell)。此外,电阻式记忆体记忆单元的制程温度并不高,因此与相关电路或其他元件容易整合在单一晶片上,也提高此技术的应用价值。
电阻式记忆体的操作主要可分为三个步骤,分别为forming、set及reset。
Forming步骤