미래소자에 대한 연구 PCRAM(Phase-Change Random Access Memory)

소개글

미래소자에 대한 연구 PCRAM(Phase-Change Random Access Memory)에 대한 보고서 자료입니다.

목차

1. PCRAM 등장배경
-기존 대표적 메모리의 종류
(1) 휘발성메모리:
(2) 비휘발성 메모리:
- 상변화 메모리의 등장(PCM, PRAM, PCRAM 등)
2. PCRAM(phase-change memory) 이란 무엇인가?
(1) PCRAM의 기본원리
(2) PCRAM의 구조
(3)PCRAM의 동작원리
(4) Pcram의 재료
(5)공정
3. PRAM의 장/단점 및 문제해결방안
1) PRAM의 장점
2) PRAM의 단점
4. 각 기업별 앞으로의 PRAM 기술 개발 동향
1) Ovonyx사
2) Intel사
3) ETRI
4) 삼성 사
5) Kanazawa 대학과 Hitachi사
6) STMMicroelectronics사
7) 전체적인 PRAM 기술전망
5. 결론
※ 참고문헌

본문내용

하기 위해서 PRAM 구조에서 데이터 저장을 위해 상변화에 필요한 열을 공급하여 상변화 물질을 비정질 또는 결정질 상태로 만드는 역할을 하는 Pore, 또는 Contact의 크기를 가능한 최소화시켜야 한다. 특히 전극형 소자에서는 전기적 스위칭 동작을 하기 위해 실제 상변화를 일으키는 영역이 상변화 물질과 전극이 직접 접촉하는 부분으로 국한되기 때문에 전극 접촉 면적의 최소화로 상변화 되는 영역을 줄여서 소자 동작에 필요한 전력을 최소화시킬 수 있으며 또한 이러한 전극의 최소화로 SET/RESET 동작 및 읽기 동작에 소요되는 시간도 역시 감소시킬 수 있고, 소자 간의 열적 간섭을 줄여서 소자에 대한 신뢰성을 향상시킬 수 있다.
그러나, Photolithography를 이용하는 기존 반도체 공정을 사용하여 PRAM 소자의 전극을 만들 경우 저전력 PRAM 소자를 구현하기 위한 전극 크기 감소에 한계가 있으므로 Photolithography의 한계를 극복하여 전극 접촉 면적을 최소화시키기 위해 많은 국내외 PRAM 연구 그룹들은 다양한 방법을 시도하고 있다.
각 소자에서 새롭게 제안된 핵심 아이디어는 ‘저항을 높이는 방법’과 ‘Contact size를 줄이는 방법’으로 분류할 수 있다. ‘저항을 높이는 방법’으로는 Heater층과 GST층 사이에 저항이 높은 Contact layer를 넣어서 국부적으로 발열이 집중되도록 접촉 저항을 증가시킨 방법과 GST 내부에 질소를 Doping시켜 GST의 저항을 증가시킨 방법 등이 있다.
4. 각 기업별 앞으로의 PRAM 기술 개발 동향
1) Ovonyx사
- 오보닉스사는 모회사인 ECD-Ovonics 사의 1960년 발표한 상변화 메모리의 원천특허의 라이선스 양도 받아 PRAM 개발에 주력하고 있는 회사이다. 하지만 자신들이 직접 메모리를 만들 수 있는 시설이 부족하기 때문에 IBM, NANOchip사등 메이저급 반도체 회사들과 제휴를 통해 실적을 쌓고 있다.
2) Intel사
- 오보닉스 사에 투자를 하고 PRAM 공동연구를 발표하였으며, 오보닉스사의 PRAM 관련 기술을 양도 받았다. 2003년 인텔사의 S.Lai는, PRAM은 고속, 저전력, low cost 및 비휘발성의 특성을 모두 겸비한 차세데 통합형 메모리로서 탁월한 특성을 보유하고 있다고 보고하고 있다.
3) ETRI
- ETRI 에서는 신규 상변화 재료 채용을 통한 리셋 전류 감소 및 셋 동작속도 향상에 대한 연구결과를 보고하고 있다.
4) 삼성 사
- 삼성은 고집적화를 거듭하여 2005년 VLSI에서 256Mbit까지 집적도를 상향시켰다고 보고하고 있다. 삼성은 고집적화에 가장 큰 걸림돌인 리셋 전류 감소를 위해 콘택 크기를 감소시키고, GST-confined 구조를 도입 하고 있다.
5) Kanazawa 대학과 Hitachi사
- Kanazawa 대학은 일본 내에서 가장 오랫동안 PRAM 관련 연구를 수행한 기관으로, 상변화 재료 선택 및 전기적 특성 검증 증에 대한 다양한 노하우를 보유하고 있다. 최근에는 Multi-bit 구현을 위한 메모리 어레이 설계 기술에 대해서도 활발한 연구를 진행하고 있다.
한편 기업으로는 Hitachi사가 2003년 IEDM에서 발열전극으로 기존 TiN 대신 텅스텐을 도입함으로서 리셋 전류를 감소시킬 수 있다고 보고하고 있다. 또한 2005년 IEDM에서는 GST 상변화 재료에 산소를 도핑함으로써 리셋 전류 0.1mA 및 동작 전압 1.5V 조건에서 동작하는 PRAM 개발 결과를 발표할 예정이다.
6) STMMicroelectronics사
- 2000년 12월, CD-ROM에 이용되고 있던 상변화 기술이 메모리에 응용될수 있다는 판단으로, 오보닉스사로부터 기술 라이선스를 획득하고, 공동으로 연구 개발을 착수하였다. 그 후 2004년 신규 소자 구조를 도입함으로써 리셋 전류 600A, cycling 특성 및 110C/10년 data retention 특성을 확보하였다.
7) 전체적인 PRAM 기술전망
- 대표적인 기존 메모리로는 SRAM 및 플래시가 있다. SRAM은 휘발성 및 가격 문제, 플래시 메모리는 ramdom access(기억 장치에서 자료를 읽거나 쓸 때 기억 장소에 관계없이 동일한 접근 시간이 걸리는 접근 방식 즉 기억 장치에 저장된 자료를 차례대로 접근하지 않고 거의 동일한 시간 내에 임의의 장소를 찾아 접근할 수 있는 방식이다)가 불가능 하기 때문에 이들은 각각 제한적인 용도로만 사용되어 왔다.
최근에는 두 개의 서로 다른 칩을 함께 패키징하는 기술을 통하여 위의 단점을 보완하고 있다. 하지만 SRAM과 플래시 메모리의 장점만을 융합한 PRAM이 보다 기술 개선에 힘쓴다면 시장을 단번에 석권 할 수 있는 것으로 판단된다.
5. 결론
- PRAM의 상용화를 위해서는 신뢰성 확보 등의 과제가 아직 남아있다. 시장성 확보를 위해서는 기가비트 수준의 집적도를 달성할 수 있는 기술이 개발되어야 하고, 또한 칩당 mA 수준의 리셋 전류 획득하여만 한다. 이는 새로운 재료 개발과 소자 구조의 고안 등에서 찾을 수 있을 것으로 기대된다. 또한 향후에는 multi-bit 구현을 위해, 메모리의 자료를 그 위치로써 알아볼수 있게끔 항목을 배열하는 설계 기술 및 새로운 개념의 메모리 셀의 착안 등에 대한 연구들이 더욱 활성화될 것으로 기대된다.
※ 참고문헌
- 한국과학기술정보연구원, 2005. 12. 상변화 메모리 기술
- 주간기술동향 통권 1303호, 2007. 7. 4. 전극형 상변화 메모리 (PRAM) 기술
- 전자통신동향분석, 제20권, 제1호, 2005. 2. “유비쿼터스용 유니 버설 메모리 기술(MRAM, FeRAM, PRAM)”
- 전자공학회지 제32권, 제2호, 2005. 2. “ PRAM 기술의 개요 및 개발 동향”
- 과학기술부, 2003 . 8, “상변화 메모리 소자설계용 요소기술 개발에 관한 연구”
- 전자통신동향분석, 제20권, 제1호, 2005. 2. “PRAM 기술전망”
- 나노 위클리 184호, 2006. 5. 10. “상변화 메모리 기술”
- http://www.dt.co.kr/

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