成果報告書詳細
管理番号20120000000849
タイトル*平成23年度中間年報 高速不揮発メモリ機能技術開発 不揮発アーキテクチャの研究開発
公開日2012/7/11
報告書年度2011 - 2011
委託先名国立大学法人東京大学
プロジェクト番号P10002
部署名電子・材料・ナノテクノロジー部
和文要約和文要約等以下本編抜粋:
1. 研究開発の内容及び成果等
携帯電話やスマートフォン等の高機能携帯機器、電子ブックなどの普及が急速に進んできている。これらの機器はバッテリによる駆動が主であり、搭載される部品には低消費電力であることの必要性が高い。特に搭載される半導体メモリの消費電力の低減が要求されており、高速に動作すると共に電源を切ってもデータが保持される不揮発メモリを搭載したシステムの開発が望まれている。本研究開発では高速不揮発性メモリを用いて、現状のメモリアーキテクチャの消費電力に対して、実質上1/10以下に削減する不揮発アーキテクチャに関する構成事例を提示することを、目標とする。
平成23年度はESL(CAD)ツールを用いて、平成22年度に開発したメモリシステム開発プラットフォーム上に、メモリ等のデバイスの機能モデルから成る仮想デモシステムを構築した。また、高速不揮発性メモリの書き換え回数を50倍増加する、ターンバック書き込み方式を開発し、50ナノメートルサイズの高速不揮発性メモリ素子を用いて、有効性を実証した。提案手法はシステム性能の劣化なしに信頼性を向上することができる。
英文要約Title: Research of high-speed non-volatile memory architecture (FY2010-FY2012) FY2011 Annual Report

In this project, we have proposed verify-programming method to enhance ReRAM’s endurance and minimize the access time by adaptively optimizing both pulse voltage and width. The transition metal binary oxide such as HfO2 resistive RAM is the promising candidate for the sub-20nm nonvolatile memory owing to low switching current, high scalability, process compatibility with CMOS / DRAM / Flash technologies, simple structure and high speed switching property. ReRAM can switch between high resistance state (HRS) and low resistance state (LRS) within 5-20ns by forming and disrupting a conductive filament. Reset is to change from LRS to HRS and set is vice versa. ReRAM requires a verify-programming that precisely controls the resistance because the variations of HRS and LRS resistance are large. So far, the high voltage set after reset (HVAR) method and the ramping-up voltage method are proposed for recovering worn LRS and HRS, respectively. This project clarified that the conventional method using the high voltage pulse damages the memory device and degrades the endurance. We also investigated the verify-programming method to enhance ReRAM’s endurance and minimize the access time by adaptively optimizing both pulse voltage and width. The verify-programming method that only monotonically increases the pulse voltage or width cannot achieve sufficient cell endurance and access time. This project proposed a combination of turnback pulse voltage and width method which achieves 50-times higher endurance and the shortest access time at the same time.
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