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SONY開發的4Mbit ReRAM芯片的照片

“希望能在2～3年內確立Gbit級ReRAM（可變電阻式存儲器）的量產技術”（索尼消費者產品＆元件集團半導體業務本部半導體技術開發部門元件技術部統括部長長島直樹）。

SONY開始全面出擊半導體存儲用新型存儲器的開發。這種新型存儲器就是性能遠遠高於NAND閃存的ReRAM。此次，索尼試制出了0.18μm工藝的4Mbit產品，並確認了所有bit的動作。試制芯片的寫入速度為216MB/秒，讀取速度為2.3GB/秒，均為NAND閃存的10倍（圖1）。

此前ReRAM的開發“僅限於小規模陣列的動作驗證”（索尼核心元件開發本部存儲器業務開發部門固體存儲器開發部統括部長林和彥）。從芯片級別的層面證實能夠超過現有存儲器，這還是首次。

SONY今後計劃將存儲容量提高至Gbit級，“首先將瞄準能夠發揮ReRAM高速性的用途”（長島）。除了取代便攜終端用NOR閃存和NAND閃存外，還將用於縮短NAND閃存與DRAM之間的性能差的緩存等用途。將來計劃取代大容量NAND閃存。

改進驗證方法

SONY的ReRAM採用導電性橋接型材料作為存儲元件。在夾住存儲元件的電極間施加電壓後，CuTe層的Cu離子會滲透到相鄰的GdOx層，電極之間以電氣方式連接。存儲元件會隨之產生電阻變化，以此來保存數據。打開和關閉開關所需的時間只有數ns。

另外，此次通過改進電路技術，進一步提高了寫入和讀取性能。其詳情已在2011年2月舉辦的半導體電路技術國際會議“International Solid-State Circuits Conference（ISSCC）2011”上公佈。

寫入方面，改進了用來確認是否正確寫入數據的驗證（Verify）方法。以前，寫入和驗證分別利用不同的電壓脈衝，而且驗證時的讀取電流較小，因此寫入速度有限。此次，可同時利用寫入時的電壓脈衝進行驗證，從而解決了上述問題。

該方法能以74ns寫入16B的存儲單元，寫入速度為216MB/秒。今後，通過改進元件設計等，如果能將目前約為100μA的寫入電流值降至50μA以下，預計寫入所需的電壓脈衝數可減半。而且，通過將並列寫入的存儲單元數增至4倍，估計寫入速度可提高至1GB/秒以上。

讀取方面，此次將單元陣列分為兩部分，這兩部分隔著讀出放大器（Sense Amplifier）對稱配置。通過並列運行多個讀出放大器來進行高速讀取。能以56ns讀取128B的存儲單元，讀取速度為2.3GB/秒。今後，將在芯片內設置4個獨立動作的區域，如果採取依次訪問這些區域的方式，預計讀取速度可提高至8GB/秒。

驗證可達到10nm工藝的微細化

ReRAM除寫入和讀取性能以外的其他特性也都在NAND閃存之上。擦寫次數為106次，“今後可輕鬆實現108次”（林）。數據保存時間方面，在55℃環境下可保存10年。

SONY已經開始著手評測ReRAM的量產性（圖2）。在200mm晶圓上集成此次的芯片，實現了67％的成品率。另外，關於各芯片上的存儲元件的電阻比，已經確認餘量最小的元件也可獲得將近10的值。該公司打算今後進一步擴大餘量，將容量增至Gbit級。

SONY計劃從最初量產ReRAM時開始，就採用接近最尖端工藝的微細加工技術。為此，“已經確認10nm工藝存儲元件能夠正常動作”（長島）。量產業務將委託給外部企業