抵抗変化型メモリ

ReRAM（抵抗変化型メモリ）

ReRAM（resistive random access memory）は、電圧を加えることによって電気抵抗が変化する性質を持つ半導体メモリーの一種です。この技術は、抵抗変化型メモリとも呼ばれることがあり、特にシャープの商標として知られています。

特徴と利点

ReRAMの特筆すべき特徴は、その電気的特性です。以下にその主な利点を示します。

1. 低消費電力
- ReRAMは電圧でデータの書き込みが行われるため、必要とする電流は非常に小さく、これによって消費電力を低減できます。

2. 高密度化
- ReRAMは単純な構造を持っているため、セルの面積を約6F²（ここでFは配線の径で、数十nm程度）に小さくできます。これにより高密度化が可能となり、コスト削減にも寄与します。

3. 多値化の容易さ
- 電気抵抗の変化率が数十倍に達するため、1つのセルに複数の情報を持たせることが容易です。

4. 高速な読み出し時間
- 読み出し速度は約10ナノ秒であり、このスピードはDRAMと同程度です。

これらの特性から、ReRAMは次世代のメモリーとして期待されています。

原理

ReRAMの動作原理は、主に2つの抵抗変化メカニズムに基づいています。「電界誘起巨大抵抗変化」として知られるこの現象は、主に金属酸化物と電極の界面での抵抗変化と、金属酸化物内の導電経路の抵抗変化の2つに大別されます。

• - バイポーラ型（界面型）: 印加する電圧の向きに依存する性質を持ち、ペロブスカイト構造の金属酸化物が多く用いられます。
• - ノンポーラ型（電導経路型）: 印加電圧の絶対値に依存し、2元系金属酸化物に見られます。

ReRAMデバイスの各セルは、電界効果トランジスタ（FET）とCMR膜が直列に接続された構造を持っています。データはまずワード線に電圧を印加してセルを選択し、その後書込み線とビット線間に電圧を加えることで抵抗値を変化させて書き込まれます。これにより、1つのトランジスタと抵抗からなる1T1Rのシンプルな構造が実現され、高密度化が図られています。

歴史

ReRAMの研究は1997年に始まり、十倉好紀らのチームがPr0.7Ca0.3MnO3（PCMO）を用いた実験で電界誘起巨大抵抗変化を発表しました。当時は製造コストが高く、温度条件の厳しさから実用化には至りませんでした。しかし、1994年にはフィリップス研究所が室温での電気抵抗変化に成功しました。2000年以降、IBMやヒューストン大学による研究発表も相次ぎ、実用化に向けた動きが加速しました。特に、2002年にはシャープがPCMO薄膜を使用した64ビットReRAMデバイスを発表しました。

その後、サムスン電子や富士通など他の企業も参入し、2011年にはパナソニックが世界初の量産化を実現。2012年にはエルピーダメモリがより小型化された64Mビットのメモリセルの動作を確認しました。

ReRAMはもはや新技術ではなく、実用と研究が進む中で、NAND型フラッシュメモリに替わる新たなメモリーとしての地位を確立しつつあります。

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