Hispanopedia WikiLa celda de metalización programable , o PMC , es una memoria de computadora no volátil desarrollada en la Universidad Estatal de Arizona . PMC, una tecnología desarrollada para reemplazar la memoria flash ampliamente utilizada , proporciona una combinación de mayor vida útil, menor consumo de energía y mejor densidad de memoria. Infineon Technologies , que obtuvo la licencia de la tecnología en 2004, se refiere a ella como RAM de puente conductivo , o CBRAM . CBRAM se convirtió en una marca registrada de Adesto Technologies en 2011. [ 1 ] NEC tiene una variante llamada "Nanobridge" y Sony llama a su versión "memoria electrolítica".
Descripción
PMC es una tecnología de memoria resistiva de dos terminales desarrollada en la Universidad Estatal de Arizona . PMC es una memoria de metalización electroquímica que se basa en reacciones redox para formar y disolver un filamento conductor. [ 2 ] El estado del dispositivo está determinado por la resistencia entre los dos terminales. La existencia de un filamento entre los terminales produce un estado de baja resistencia (LRS), mientras que la ausencia de un filamento resulta en un estado de alta resistencia (HRS). Un dispositivo PMC está compuesto por dos electrodos de metal sólido, uno relativamente inerte (por ejemplo, tungsteno o níquel ) y el otro electroquímicamente activo (por ejemplo, plata o cobre ), con una fina película de electrolito sólido entre ellos. [ 3 ]
Funcionamiento del dispositivo
El estado de resistencia de una celda fotomultiplicadora (PMC) se controla mediante la formación (programación) o disolución (eliminación) de un filamento conductor metálico entre los dos terminales de la celda. Un filamento formado tiene una estructura fractal similar a un árbol .
Formación de filamentos
Los PMC dependen de la formación de un filamento conductor metálico para pasar a un estado de baja resistencia (LRS). El filamento se crea aplicando una tensión positiva ( V ) al contacto del ánodo (metal activo) mientras se conecta a tierra el contacto del cátodo (metal inerte). La tensión positiva oxida el metal activo (M):
- M → M + + e −
La polarización aplicada genera un campo eléctrico entre los dos contactos metálicos. Los iones metálicos ionizados (oxidados) migran a lo largo del campo eléctrico hacia el contacto del cátodo. En el contacto del cátodo, los iones metálicos se reducen :
- M + + e − → M
A medida que el metal activo se deposita en el cátodo, el campo eléctrico aumenta entre el ánodo y el depósito. La evolución del campo eléctrico local ( E ) entre el filamento en crecimiento y el ánodo se puede relacionar de forma simplificada con lo siguiente:
donde d es la distancia entre el ánodo y la parte superior del filamento en crecimiento. El filamento crecerá hasta conectarse al ánodo en pocos nanosegundos. [ 4 ] Los iones metálicos continuarán reduciéndose en el filamento hasta que se elimine el voltaje, ensanchando el filamento conductor y disminuyendo la resistencia de la conexión con el tiempo. Una vez eliminado el voltaje, el filamento conductor permanecerá, dejando el dispositivo en un estado de baja resistencia (LRS).
El filamento conductor puede no ser continuo, sino una cadena de islas de electrodeposición o nanocristales. [ 5 ] Es probable que esto prevalezca con corrientes de programación bajas (menos de 1 μ A ), mientras que una corriente de programación más alta dará lugar a un conductor mayoritariamente metálico.
Disolución del filamento
Un PMC puede "borrarse" y convertirse en un estado de alta resistencia (HRS) aplicando una tensión negativa al ánodo. El proceso redox que crea el filamento conductor se invierte y los iones metálicos migran a lo largo del campo eléctrico invertido para reducirse en el contacto del ánodo. Una vez eliminado el filamento, el PMC se comporta como un condensador de placas paralelas con una alta resistencia de varios MΩ a GΩ entre los contactos.
Lectura del dispositivo
Se puede leer una celda PMC individual aplicando un pequeño voltaje a través de ella. Siempre que el voltaje de lectura aplicado sea inferior al umbral de voltaje de programación y de borrado, la dirección de la polarización no es relevante.
Comparación de tecnologías
CBRAM frente a ReRAM de óxido metálico
La memoria CBRAM se diferencia de la ReRAM de óxido metálico en que, en la CBRAM, los iones metálicos se disuelven fácilmente en el material entre los dos electrodos, mientras que en el caso de los óxidos metálicos, el material entre los electrodos requiere un campo eléctrico intenso que provoca un daño local similar a la ruptura dieléctrica , generando una serie de defectos conductores (a veces denominados "filamentos"). Por lo tanto, en la CBRAM, un electrodo debe proporcionar los iones que se disuelven, mientras que en la ReRAM de óxido metálico se requiere un único paso de "formación" para generar el daño local.
Memoria flash CBRAM frente a memoria flash NAND
La principal forma de memoria no volátil de estado sólido en uso es la memoria flash , que se utiliza en la mayoría de las funciones que antes desempeñaban los discos duros . Sin embargo, la memoria flash presenta problemas que han motivado numerosos esfuerzos para introducir productos que la reemplacen.
La memoria flash se basa en el concepto de puerta flotante , esencialmente un transistor modificado. Los transistores flash convencionales tienen tres conexiones: fuente, drenador y puerta. La puerta es el componente esencial del transistor, ya que controla la resistencia entre la fuente y el drenador, actuando así como un interruptor. En el transistor de puerta flotante , la puerta está conectada a una capa que atrapa electrones, manteniéndola encendida (o apagada) durante periodos prolongados. La puerta flotante se puede reprogramar haciendo pasar una corriente elevada a través del circuito emisor-colector.
Esta gran corriente es el principal inconveniente de la memoria flash, y por varias razones. En primer lugar, cada aplicación de la corriente degrada físicamente la celda, de modo que eventualmente se vuelve inutilizable. Los ciclos de escritura típicos son del orden de 10⁵ a 10⁶ , lo que limita las aplicaciones de la memoria flash a funciones donde la escritura constante no es común. La corriente también requiere un circuito externo para generarse, mediante un sistema conocido como bomba de carga . La bomba requiere un proceso de carga bastante largo, por lo que la escritura es mucho más lenta que la lectura; además, la bomba requiere mucha más energía. Por lo tanto, la memoria flash es un sistema "asimétrico", mucho más que la RAM convencional o los discos duros.
Otro problema de la memoria flash es que la puerta flotante sufre fugas que liberan lentamente la carga. Esto se contrarresta mediante el uso de aislantes circundantes potentes, pero estos requieren un tamaño físico determinado para ser útiles y también una disposición física específica , diferente de las disposiciones CMOS más típicas , que requirieron la introducción de varias técnicas de fabricación nuevas. A medida que la memoria flash se reduce rápidamente de tamaño, la fuga de carga se convierte cada vez más en un problema, lo que llevó a predicciones de su desaparición. Sin embargo, la enorme inversión del mercado impulsó el desarrollo de la memoria flash a ritmos superiores a la Ley de Moore , y las plantas de fabricación de semiconductores que utilizaban procesos de 30 nm entraron en funcionamiento a finales de 2007.
A diferencia de la memoria flash, la memoria PMC escribe con una potencia relativamente baja y a alta velocidad. La velocidad es inversamente proporcional a la potencia aplicada (hasta cierto punto, existen límites mecánicos), por lo que el rendimiento puede ajustarse. [ 6 ]
En teoría, la PMC puede escalarse a tamaños mucho menores que la memoria flash, teóricamente tan pequeños como unos pocos anchos de ion. Los iones de cobre miden aproximadamente 0,75 angstroms, [ 7 ] por lo que parecen posibles anchos de línea del orden de nanómetros. La PMC se promocionó por su diseño más sencillo que la memoria flash. [ 6 ]
Historia
La tecnología PMC fue desarrollada por Michael Kozicki, profesor de ingeniería eléctrica en la Universidad Estatal de Arizona en la década de 1990. [ 8 ] [ 9 ] [ 10 ] [ 11 ] [ 12 ] [ 13 ] [ 14 ] Los primeros sistemas experimentales de PMC se basaron en vidrios de seleniuro de germanio dopados con plata . El trabajo se centró en electrolitos de sulfuro de germanio dopados con plata y luego en electrolitos de sulfuro de germanio dopados con cobre. [ 4 ] Ha habido un renovado interés en los dispositivos de seleniuro de germanio dopados con plata debido a su estado de alta resistencia. El PMC de vidrio de dióxido de silicio dopado con cobre sería compatible con el proceso de fabricación CMOS .
En 1996, se fundó Axon Technologies para comercializar la tecnología PMC. Micron Technology anunció su colaboración con PMC en 2002. [ 15 ] Infineon hizo lo propio en 2004. [ 16 ] La tecnología PMC fue licenciada a Adesto Technologies en 2007. [ 6 ] Infineon había escindido su negocio de memorias a su empresa Qimonda , que a su vez lo vendió a Adesto Technologies. En 2010 se otorgó una subvención de DARPA para continuar la investigación. [ 17 ]
En 2011, Adesto Technologies se alió con la empresa francesa Altis Semiconductor para el desarrollo y la fabricación de CBRAM. [ 18 ] En 2013, Adesto presentó un producto CBRAM de muestra en el que se promocionó un componente de 1 megabit para reemplazar a la EEPROM . [ 19 ]
NEC desarrolló la denominada tecnología de nanopuente, utilizando Cu₂S o pentóxido de tantalio como material dieléctrico. En este caso , el cobre (compatible con la metalización de cobre del circuito integrado) migra a través del Cu₂S o Ta₂O₅, creando o eliminando cortocircuitos entre los electrodos de cobre y rutenio. [ 20 ] [ 21 ] [ 22 ] [ 23 ]
El uso predominante de este tipo de memoria son las aplicaciones espaciales, ya que este tipo de memoria es intrínsecamente resistente a la radiación.
Véase también
Referencias
- ↑ "Marcas comerciales de Adesto Technologies" . Archivado del original el 18 de noviembre de 2019. Consultado el 30 de julio de 2015 .
- ↑ Valov, Ilia; Waser, Rainer; Jameson, John; Kozicki, Michael (junio de 2011). "Memorias de metalización electroquímica: fundamentos, aplicaciones, perspectivas" . Nanotechnology . 22 ( 25) 254003. Bibcode : 2011Nanot..22y4003V . doi : 10.1088/0957-4484/22/25/254003 . PMID 21572191. S2CID 250920840 .
- ↑ Michael N. Kozicki; Chakravarthy Gopalan; Murali Balakrishnan; Mira Park; Maria Mitkova (20 de agosto de 2004). "Memoria no volátil basada en electrolitos sólidos" (PDF) . Actas. Conferencia IEEE de Bioinformática de Sistemas Computacionales de 2004. IEEE. págs. 10-17 . doi : 10.1109/NVMT.2004.1380792 . ISBN 0-7803-8726-0. S2CID 2884270 . Archivado del original (PDF) el 11 de julio de 2016 . Recuperado el 13 de abril de 2017 .
- 1 2 M.N. Kozicki; M. Balakrishnan; C. Gopalan; C. Ratnakumar; M. Mitkova (noviembre de 2005). "Memoria de celda de metalización programable basada en electrolitos sólidos de Ag-Ge-S y Cu-Ge-S". Simposio sobre tecnología de memoria no volátil 2005. IEEE. págs. 83–89 . doi : 10.1109/NVMT.2005.1541405 . ISBN 0-7803-9408-9. S2CID 45696302 .
- ↑ Muralikrishnan Balakrishnan; Sarath Chandran Puthen Thermadam; Maria Mitkova; Michael N. Kozicki (noviembre de 2006). "Un elemento de memoria no volátil de baja potencia basado en cobre en óxido de silicio depositado". 7.º Simposio Anual de Tecnología de Memoria No Volátil de 2006. IEEE. págs. 111-115 . doi : 10.1109/NVMT.2006.378887 . ISBN 0-7803-9738-X. S2CID 27573769 .
- 1 2 3 Madrigal, Alexis (26 de octubre de 2007). "Memorias USB de terabytes posibles gracias a la nanotecnología" . Wired . Archivado del original el 11 de mayo de 2008. Recuperado el 13 de abril de 2017 .
- ↑ "Tamaños de iones de elementos comunes" . Archivado del original el 7 de noviembre de 2007., comparar con Co
- ↑ "Estructura de celda de metalización programable y método para su fabricación" .
- ↑ "Estructura de metalización agregada subsuperficial programable y método para su fabricación" .
- ↑ "Dispositivos microelectrónicos programables y método para su fabricación y programación" .
- ↑ "Estructura de celda de memoria conductora programable y método para la misma" .
- ↑ Patente estadounidense 7,372,065
- ↑ "Estructuras de celdas de metalización programables que incluyen un electrolito de óxido, dispositivos que incluyen la estructura y el método para formar las mismas" .
- ↑ B. Swaroop; WC West; G. Martinez; Michael N. Kozicki; LA Akers (mayo de 1998). "Red neuronal de aprendizaje hebbiano programable en modo de corriente mediante celda de metalización programable". ISCAS '98. Actas del Simposio Internacional IEEE de Circuitos y Sistemas de 1998 (Cat. No. 98CH36187) . Vol. 3. IEEE. págs. 33–36 . doi : 10.1109/ISCAS.1998.703888 . ISBN 0-7803-4455-3. S2CID 61167613 .
- ↑ "Micron Technology obtiene la licencia de la tecnología de celdas de metalización programable de Axon". Comunicado de prensa . 18 de enero de 2002.
- ↑ "Axon Technologies Corp. anuncia a Infineon como nuevo licenciatario de la tecnología de memoria no volátil de celda de metalización programable" . Diseño y reutilización .
- ↑ "Adesto Technologies gana el premio DARPA para desarrollar una memoria CBRAM integrada, no volátil y de umbral inferior" . Comunicado de prensa . Adesto. 29 de noviembre de 2010. Consultado el 13 de abril de 2017 .
- ^ Altis et Adesto Technologies annoncent un partenariat sur les technologies Mémoires CBRAM avancées – Business Wire – publicado el 27 de junio de 2011 - consultado el 28 de marzo de 2014 Archivado el 31 de marzo de 2014 en Wayback Machine .
- ↑ "Adesto's CBRAM apunta a un mercado de 70 mil millones de dólares" . Nanalyze . 30 de julio de 2013. Consultado el 13 de abril de 2017 .
- ^ Sakamoto, Toshitsugu; Banno, Naoki; Iguchi, Noriyuki; Kawaura, Hisao; Sunamura, Hiroshi; Fujieda, Shinji; Terabe, Kazuya; Hasegawa, Tsuyoshi; Aono, Masakazu (2007). "Un interruptor de electrolito sólido Ta 2 O 5 con confiabilidad mejorada": 38– 39. doi : 10.1109/VLSIT.2007.4339718 . S2CID 38195904 .
{{cite journal}}: Para citar una revista se requiere|journal=( ayuda ) - ↑ "NEC: Nanobridge podría construir circuitos integrados programables" . 23 de febrero de 2004. Consultado el 22 de octubre de 2020 .
- ↑ "FPGA de bajo consumo basada en la tecnología NanoBridge®" (PDF) . Consultado el 22 de octubre de 2020 .
- ↑ "Dispositivo semiconductor" .
Enlaces externos
- Corporación de Tecnologías Axon
- Michael N. Kozicki
- Tecnologías Adesto
- Memoria de computadora
- Memoria no volátil
