強誘電体浮遊ゲートメモリ

強誘電体浮遊ゲートメモリ (FFRAM) に関する概要

強誘電体浮遊ゲートメモリ（Ferroelectric Floating Gate Random Access Memory）、略してFFRAMは、強誘電体を利用したメモリ技術の一種です。これは、強誘電体の特性を生かしながら、データの記録と読み出しの両方において高い効率を追求することを目的としています。FFRAMは、一般にFeRAM（強誘電体メモリ）とも関連しており、その基本的な構造と動作原理について理解することが重要です。

メモリセルの構造と動作原理

FFRAMは、MFS-FET（Metal-Ferroelectric-Semiconductor Field-Effect Transistor）およびMFMIS-FET（Metal-Ferroelectric-Metal-Insulator-Semiconductor Field-Effect Transistor）といったトランジスタ型のメモリセルで構成されています。これにより、強誘電体の物理的特性を活用し、データの保存を実現しています。

メモリセルの中心には、強誘電体で構成されたゲート絶縁膜があります。この膜の特性によって、メモリセルにおける電流の流れが変化し、結果としてデータが0か1かを判断できるようになります。具体的には、ワード線、ビット線、ソースプレートに電圧が印加されることで、強誘電体ゲート絶縁膜が特定の方向に分極され、この分極状態が記録されます。

この一連のプロセスにより、メモリセルはワード線に電圧が印加されていない状態でも、選択的にONまたはOFFの状態を保持します。これが実現するのは、強誘電体の残留分極のおかげであり、これは抵抗の変化を伴います。つまり、ドレインとソースの間に電圧をかけると、ゲート絶縁膜の分極状態に応じて流れる電流が変わるため、データの取扱が可能になるのです。

非破壊読み出しの特性

FFRAMの大きな特長は、読み出し時に強誘電体の分極状態が変化しない「非破壊読み出し（NDRO）」が可能である点です。この特性により、データを読み出す際にメモリセルの内容を損なうことなく、情報を再利用できるのです。また、FFRAMの構造は比較的シンプルであり、このこともメモリ技術の発展に寄与する要因の一つです。

課題と実用化の展望

しかしながら、FFRAMにおいては、実用化に向けた課題も存在します。特に、メモリセルの微細化が進む中で、ゲート絶縁膜の界面部分で発生するリーク電流が増加するという問題があります。このリーク電流は電気的な読み出しや書き込みの効率を低下させるため、実用化にはさらなる技術的な改良が必要となっています。

多くの研究者がこの技術に取り組んでおり、様々な新しいアプローチが模索されています。将来的には、強誘電体浮遊ゲートメモリが実用化されることによって、より高速で省エネなメモリ技術が実現することが期待されます。

参考文献

• - 塩嵜, 忠、阿部, 東彦、武田, 英次 ほか編『強誘電体薄膜メモリ』サイエンスフォーラム、1999年6月。

もう一度検索