非易失性存储器FeRAM、MRAM和OUM

EC公司的联合研究小组计划采用0.25mm磁性隧道结与0.18mm工艺相结合的方式，希望在2005年实现256Mb MRAM的量产。Infineon和IBM公司也在2003年6月联合宣布，他们开发出的高速128Kb MRAM采用0.18mm工艺制作，为目前业界工艺尺寸最小的MRAM产品，有望从2005年开始逐步取代现有的存储器，并获得广泛应用。

　　相变存储器(OUM)

　　奥弗辛斯基(Stanford Ovshinsky)在1968年发表了第一篇关于非晶体相变的论文，创立了非晶体半导体学。一年以后，他首次描述了基于相变理论的存储器：材料由非晶体状态变成晶体，再变回非晶体的过程中，其非晶体和晶体状态呈现不同的反光特性和电阻特性，因此可以利用非晶态和晶态分别代表“0”和“1”来存储数据。后来，人们将这一学说称为奥弗辛斯基电子效应。相变存储器是基于奥弗辛斯基效应的元件，因此被命名为奥弗辛斯基电效应统一存储器(OUM)，如图2所示。从理论上来说，OUM的优点在于产品体积较小、成本低、可直接写入(即在写入资料时不需要将原有资料抹除)和制造简单，只需在现有的CMOS工艺上增加2~4次掩膜工序就能制造出来。

　　图2 OUM存储单元结构示意图

　　OUM是世界头号半导体芯片厂商Intel公司推崇的下一代非易失性、大容量存储技术。Intel和该项技术的发明厂商Ovonyx 公司一起，正在进行技术完善和可制造性方面的研发工作。Intel公司在2001年7月就发布了0.18mm工艺的4Mb OUM测试芯片，该技术通过在一种硫化物上生成高低两种不同的阻抗来存储数据。2003年VLSI会议上，Samsung公司也报道研制成功以Ge2Sb2Te5(GST)为存储介质，采用0.25mm工艺制备的小容量OUM，工作电压在1.1V，进行了1.8x109 读写循环，在1.58x109循环后没有出现疲劳现象。

　　不过OUM的读写速度和次数不如FeRAM和MRAM，同时如何稳定维持其驱动温度也是一个技术难题。2003年7月，Intel负责非易失性存储器等技术开发的S.K.Lai还指出OUM的另一个问题：OUM的存储单元虽小，但需要的外围电路面积较大，因此芯片面积反而是OUM的一个头疼问题。同时从目前来看，OUM的生产成本比Intel预想的要高得多，也成为阻碍其发展的瓶颈之一。

　　结 语

　　FeRAM、MRAM和OUM这三种存储器与传统的半导体存储器相比有许多突出的优点，其应用前景十分诱人。近年来，人们对它们的研究己取得了可喜的进展，尤其是FeRAM己实现了初步的商业应用。但它们要在实际应用上取得进一步重大突破，还有大量的研究工作要做。同时存储技术的发展是没有止境的，但是追求更高密度、更大带宽、更低功耗、更短延迟时间、更低成本和更高可靠性的目标永远不会改变。