Célula de memoria (informática)

En 1957, Frosch y Derick lograron fabricar los primeros transistores de efecto de campo de dióxido de silicio en Bell Labs, los primeros transistores en los que el drenador y la fuente estaban adyacentes en la superficie. ^{[ 12 ]} Posteriormente, un equipo demostró un MOSFET funcional en Bell Labs en 1960. ^{[ 13 ] [ 14 ]} La invención del MOSFET permitió el uso práctico de transistores de metal-óxido-semiconductor (MOS) como elementos de almacenamiento de celdas de memoria, una función que anteriormente desempeñaban los núcleos magnéticos .

Las primeras celdas de memoria modernas se introdujeron en 1964, cuando John Schmidt diseñó la primera memoria de acceso aleatorio estática (SRAM) MOS ( PMOS ) de canal p de 64 bits . ^{[ 15 ] [ 16 ]}

La SRAM suele tener celdas de seis transistores , mientras que la DRAM (memoria de acceso aleatorio dinámico) suele tener celdas de un solo transistor. ^{[ 17 ] [ 15 ]} En 1965, la calculadora electrónica Toscal BC-1411 de Toshiba utilizó una forma de DRAM bipolar capacitiva, que almacenaba datos de 180 bits en celdas de memoria discretas, compuestas por transistores bipolares de germanio y condensadores. ^{[ 18 ] [ 19 ]} La tecnología MOS es la base de la DRAM moderna. En 1966, Robert H. Dennard, del Centro de Investigación Thomas J. Watson de IBM, trabajaba en la memoria MOS. Al examinar las características de la tecnología MOS, descubrió que era capaz de construir condensadores y que almacenar una carga o ninguna carga en el condensador MOS podía representar el 1 y el 0 de un bit, mientras que el transistor MOS podía controlar la escritura de la carga en el condensador. Esto condujo al desarrollo de una celda de memoria DRAM de un solo transistor. ^{[ 20 ]} En 1967, Dennard presentó una patente para una celda de memoria DRAM de un solo transistor, basada en tecnología MOS. ^{[ 21 ]}

La primera SRAM bipolar comercial de 64 bits fue lanzada por Intel en 1969 con el Schottky TTL 3101. Un año después, lanzó el primer chip de circuito integrado DRAM, el Intel 1103 , basado en tecnología MOS. Para 1972, batió récords anteriores en ventas de memoria de semiconductores . ^{[ 22 ]} Los chips DRAM a principios de la década de 1970 tenían celdas de tres transistores, antes de que las celdas de un solo transistor se convirtieran en estándar a partir de mediados de la década de 1970. ^{[ 17 ] [ 15 ]}

La memoria CMOS fue comercializada por RCA , que lanzó un chip de memoria SRAM CMOS de 288 bits en 1968. ^{[ 23 ]} Inicialmente, la memoria CMOS era más lenta que la memoria NMOS , que era más utilizada por las computadoras en la década de 1970. ^{[ 24 ]} En 1978, Hitachi introdujo el proceso CMOS de doble pozo, con su  chip de memoria HM6147 (SRAM de 4 kb), fabricado con un proceso de 3 μm . El chip HM6147 pudo igualar el rendimiento del chip de memoria NMOS más rápido de la época, mientras que el HM6147 también consumía mucha menos energía. Con un rendimiento comparable y un consumo de energía mucho menor, el proceso CMOS de doble pozo acabó superando al NMOS como el proceso de fabricación de semiconductores más común para la memoria de computadora en la década de 1980. ^{[ 24 ]}

Los dos tipos más comunes de celdas de memoria DRAM desde la década de 1980 han sido las celdas de condensador de trinchera y las celdas de condensador apilado. ^{[ 25 ]} Las celdas de condensador de trinchera consisten en agujeros (trincheras) hechos en un sustrato de silicio, cuyas paredes laterales se utilizan como celda de memoria, mientras que las celdas de condensador apilado son la forma más antigua de memoria tridimensional (memoria 3D), donde las celdas de memoria se apilan verticalmente en una estructura de celda tridimensional. ^{[ 26 ]} Ambas debutaron en 1984, cuando Hitachi introdujo la memoria de condensador de trinchera y Fujitsu introdujo la memoria de condensador apilado. ^{[ 25 ]}

El MOSFET de puerta flotante (FGMOS) fue inventado por Dawon Kahng y Simon Sze en los Laboratorios Bell en 1967. ^{[ 27 ]} Propusieron el concepto de celdas de memoria de puerta flotante, utilizando transistores FGMOS, que podrían usarse para producir ROM reprogramable (memoria de solo lectura). ^{[ 28 ]} Las celdas de memoria de puerta flotante se convirtieron posteriormente en la base de las tecnologías de memoria no volátil (NVM), incluyendo EPROM (ROM programable borrable), EEPROM (ROM programable borrable eléctricamente) y memoria flash . ^{[ 29 ]}

La memoria flash fue inventada por Fujio Masuoka en Toshiba en 1980. ^{[ 30 ] [ 31 ]} Masuoka y sus colegas presentaron la invención de la memoria flash NOR en 1984, ^{[ 32 ]} y luego la memoria flash NAND en 1987. ^{[ 33 ]} La memoria flash de celda multinivel (MLC) fue introducida por NEC , que demostró celdas de cuatro niveles en un chip flash de 64 Mb que almacenaba 2 bits por celda en 1996. ^{[ 25 ]} La memoria 3D V-NAND , donde las celdas de memoria flash se apilan verticalmente utilizando la tecnología de memoria flash de trampa de carga 3D (CTP), fue anunciada por primera vez por Toshiba en 2007, ^{[ 34 ]} y fabricada comercialmente por primera vez por Samsung Electronics en 2013. ^{[ 35 ] [ 36 ]} 

El flip-flop tiene diversas implementaciones; su elemento de almacenamiento suele ser un pestillo compuesto por un bucle de compuertas NAND o NOR, con compuertas adicionales para la sincronización. Su valor siempre está disponible para su lectura como salida y permanece almacenado hasta que se modifica mediante el proceso de activación o desactivación. Los flip-flops se implementan típicamente con MOSFETs ; también se han implementado con transistores bipolares .

Las celdas de memoria de puerta flotante , basadas en MOSFET de puerta flotante , se utilizan para la mayoría de las tecnologías de memoria no volátil (NVM), incluidas EPROM , EEPROM y memoria flash . ^{[ 29 ]} Según R. Bez y A. Pirovano:

Una celda de memoria de puerta flotante es básicamente un transistor MOS con una puerta completamente rodeada por un dieléctrico (Fig. 1.2), la puerta flotante (FG), y controlada eléctricamente por una puerta de control (CG) acoplada capacitivamente. Al estar aislada eléctricamente, la FG actúa como electrodo de almacenamiento para el dispositivo de la celda. La carga inyectada en la FG se mantiene allí, lo que permite la modulación de la tensión umbral "aparente" (es decir, VT vista desde la CG) del transistor de la celda. ^{[ 29 ]}