प्रतिरोधक रैंडम-एक्सेस मेमोरी

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See also: इलेक्ट्रोकेमिकल रैंडम-एक्सेस मेमोरी
कंप्यूटर मेमोरी और डेटा स्टोरेज प्रकार
सामान्य
वाष्पशील
रैम
ऐतिहासिक
गैर-वाष्पशील
रोम
NVRAM
प्रारंभिक-चरण NVRAM
एनालॉग रिकॉर्डिंग
ऑप्टिकल
विकास में
ऐतिहासिक

प्रतिरोधक रैंडम एक्सेस मेमोरी (रेरैम या RRAM) एक प्रकार की गैर-वाष्पशील (एनवी) रैंडम-एक्सेस मेमोरी (रैम) कंप्यूटर मेमोरी है जो अचालक ठोस-अवस्था सामग्री में प्रतिरोध को बदलकर काम करती है, जिसे अधिकांश मेमिस्टर के रूप में संदर्भित किया जाता है।

रेरैम में कंडक्टिव-ब्रिजिंग रैम (सीबीआरएएम) और फेज़-चेंज मेमोरी (पीसीएम) जैसी कुछ समानताएँ हैं। सीबीआरएएम में एक इलेक्ट्रोड सम्मिलित है जो आयन प्रदान करता है जो इलेक्ट्रोलाइट सामग्री में आसानी से घुल जाता है, जबकि पीसीएम में अनाकार-से-क्रिस्टलीय या क्रिस्टलीय-से-अनाकार चरण परिवर्तनों को प्रभावित करने के लिए पर्याप्त जूल ताप उत्पन्न करना सम्मिलित है। इसके विपरीत, रेरैम में एक पतली ऑक्साइड परत में दोष उत्पन्न करना सम्मिलित है, जिसे ऑक्सीजन रिक्तियों (ऑक्साइड बॉन्ड स्थानों जहां ऑक्सीजन को हटा दिया गया है) के रूप में जाना जाता है, जो बाद में विद्युत क्षेत्र के अनुसार चार्ज और बहाव कर सकता है। ऑक्साइड में ऑक्सीजन आयनों और रिक्तियों की गति अर्धचालक में इलेक्ट्रॉनों और छिद्रों की गति के अनुरूप होगी।

चूँकि रेरैम को प्रारंभ में फ्लैश मेमोरी के लिए एक प्रतिस्थापन विधि के रूप में देखा गया था, रेरैम की लागत और प्रदर्शन लाभ कंपनियों के लिए प्रतिस्थापन के साथ आगे बढ़ने के लिए पर्याप्त नहीं हैं। स्पष्टतः, रेरैम के लिए सामग्री की विस्तृत श्रृंखला का उपयोग किया जा सकता है। चूँकि, यह खोज[1] कि लोकप्रिय हाई-κ गेट डाइइलेक्ट्रिक HfO2 को लो-वोल्टेज रेरैम के रूप में उपयोग किया जा सकता है, ने शोधकर्ताओं को और अधिक संभावनाओं की जांच करने के लिए प्रोत्साहित किया है।

आरआरएएम यूरोपीय संघ के सदस्यों सहित कुछ देशों में जापानी इलेक्ट्रॉनिक घटक निर्माता तीव्र निगम का पंजीकृत ट्रेडमार्क नाम है।[2]

ऊर्जा-कुशल चिप जिसे न्यूरोआरएएम कहा जाता है, छोटे उपकरणों पर बड़े पैमाने पर एआई एल्गोरिदम चलाने के लिए पुराने डिजाइन दोष को ठीक करता है, कम से कम केवल कुछ मिलियन बिट तंत्रिका स्थिति की आवश्यकता वाले अनुप्रयोगों के लिए व्यर्थ डिजिटल कंप्यूटर के समान शुद्धता तक पहुंचता है। जैसा कि न्यूरोआरएएम एनालॉग विधि है, यह उसी एनालॉग शोर की समस्या से ग्रस्त है जो अन्य एनालॉग अर्धचालक को प्लेग करती है। जबकि यह बाधा है, उपयोगी कार्य करने के लिए कई न्यूरल प्रोसेसर को बिट-परफेक्ट अवस्था स्टोरेज की आवश्यकता होती है।[3]


इतिहास

2000 के दशक के प्रारंभ में, कई कंपनियों द्वारा रेरैम का विकास किया जा रहा था, जिनमें से कुछ ने इस विधि के विभिन्न कार्यान्वयन का दावा करते हुए पेटेंट आवेदन प्रस्तुत किए।[4][5][6] रेरैम ने प्रारंभिक रूप से सीमित KB-क्षमता पैमाने पर व्यावसायीकरण में प्रवेश किया है।[citation needed]

फरवरी 2012 में, रैमबस ने 35 मिलियन डॉलर में यूनिटी सेमीकंडक्टर नामक रेरैम कंपनी खरीदी।[7] पैनासोनिक ने मई 2012 में टैंटलम ऑक्साइड 1T1R (1 ट्रांजिस्टर - 1 रेसिस्टर) मेमोरी सेल आर्किटेक्चर पर आधारित रेरैम मूल्यांकन किट प्रस्तुत किया था।[8]

2013 में, क्रॉसबार (कंप्यूटर हार्डवेयर निर्माता) ने डाक टिकट के आकार के बारे में चिप के रूप में रेरैम प्रोटोटाइप प्रस्तुत किया जो 1 टीबी डेटा स्टोर कर सकता था। अगस्त 2013 में, कंपनी ने दावा किया कि उनके रेरैम चिप्स का बड़े पैमाने पर उत्पादन 2015 के लिए निर्धारित किया गया था।[9] मेमोरी संरचना (Ag/a-Si/Si) सिल्वर-आधारित सीबीरैम के समान है।

इसके अतिरिक्त 2013 में, हेवलेट पैकर्ड ने एक मेमिस्टर-आधारित रेरैम वेफर (इलेक्ट्रॉनिक्स) का प्रदर्शन किया, और भविष्यवाणी की कि प्रौद्योगिकी पर आधारित 100 TB SSDs NAND फ्लैश क्षमताओं के विकास को रोकने के लिए 2020 में उपलब्ध 1.5 PB क्षमता के साथ उपलब्ध हो सकते हैं।[10]

रेरैम के विभिन्न रूपों का प्रकाशित भिन्न-भिन्न अचालक पदार्थों के आधार पर किया गया है, जो कि पर्कोव्साइट्स से संक्रमण धातु ऑक्साइड से चाकोजेनाइड्स तक फैले हुए हैं। सिलिकॉन डाइऑक्साइड को मई 1966 की शुरुआत में प्रतिरोधी स्विचिंग प्रदर्शित करने के लिए दिखाया गया था,[11] और वर्तमान में इसका पुनरीक्षण किया गया है।[12][13]

1963 और 1964 में, नेब्रास्का-लिंकन विश्वविद्यालय के सदस्यों द्वारा पहली बार पतली-फिल्म प्रतिरोधी मेमोरी सरणी प्रस्तावित की गई थी।[14][15] 1967 में जेजी सीमन्स द्वारा इस नई पतली-फिल्म प्रतिरोधक स्मृति पर और काम की सूचना दी गई थी।[16][17] 1970 में, परमाणु ऊर्जा अनुसंधान प्रतिष्ठान और लीड्स विश्वविद्यालय के सदस्यों ने तंत्र को सैद्धांतिक रूप से समझाने का प्रयास किया।[18]: 1180  मई 1997 में, फ्लोरिडा विश्वविद्यालय और हनीवेल के शोध दल ने इलेक्ट्रॉन साइक्लोट्रॉन अनुनाद प्लाज्मा एचिंग का उपयोग करके मैग्नेटो-प्रतिरोधक रैंडम एक्सेस मेमोरी के लिए निर्माण विधि की सूचना दी।[19]

लियोन चुआ ने तर्क दिया कि रेरैम सहित सभी दो-टर्मिनल गैर-वाष्पशील मेमोरी उपकरणों को यादगार माना जाना चाहिए।[20] एचपी लैब्स के स्टेन विलियम्स ने भी तर्क दिया कि रेरैम यादगार था।[21] चूंकि, अन्य लोगों ने इस शब्दावली को चुनौती दी और किसी भी भौतिक रूप से प्राप्य उपकरण के लिए यादगार सिद्धांत की प्रयोज्यता प्रश्न के लिए खुली है।[22][23][24] क्या रेडॉक्स-आधारित प्रतिरोधी स्विचिंग तत्व (रेरैम) वर्तमान मेमरिस्टर सिद्धांत द्वारा कवर किए गए हैं, जो विवादित है।[25]

सिलिकॉन ऑक्साइड प्रतिरोध स्विचिंग का रोचक स्थिति प्रस्तुत करता है। आंतरिक स्विचिंग के दो अलग-अलग विधियों की सूचना दी गई है - सतह-आधारित, जिसमें प्रवाहकीय सिलिकॉन तंतु उजागर किनारों पर उत्पन्न होते हैं (जो आंतरिक-छिद्रों के आतंरिक-या बाहरी-मेसा संरचनाओं की सतह पर हो सकते हैं), और बल्क स्विचिंग, जिसमें ऑक्सीजन रिक्ति तंतु ऑक्साइड के थोक के भीतर उत्पन्न होते हैं। पूर्व मोड हवा में तंतुओं के ऑक्सीकरण से ग्रस्त है, जिससे स्विचिंग को सक्षम करने के लिए हर्मेटिक सीलिंग की आवश्यकता होती है। बाद वाले को सीलिंग की आवश्यकता नहीं है। 2014 में राइस यूनिवर्सिटी के शोधकर्ताओं ने सिलिकॉन फिलामेंट-आधारित उपकरण की घोषणा की, जिसमें झरझरा सिलिकॉन डाइऑक्साइड डाइइलेक्ट्रिक का उपयोग किया गया था, जिसमें कोई बाहरी किनारा संरचना नहीं थी - बल्कि, तंतु छिद्रों के भीतर आंतरिक किनारों पर बने थे। उपकरणों को कमरे के तापमान पर निर्मित किया जा सकता है और इसमें सब-2V फॉर्मिंग वोल्टेज, उच्च ऑन-ऑफ अनुपात, कम विद्युत की खपत, प्रति सेल नौ-बिट क्षमता, उच्च स्विचिंग गति और अच्छा धीरज होता है। हवा में उनकी अक्षमता के साथ समस्याओं को उपकरणों की हेमेटिक सीलिंग से दूर किया जा सकता है।[26] 2012 से यूसीएल (यूनिवर्सिटी कॉलेज लंदन) में शोधकर्ताओं द्वारा अग्रणी[13] सिलिकॉन ऑक्साइड में बल्क स्विचिंग, नैनोसेकंड प्रवृत्ति में 1V स्विचिंग समय के आसपास कम इलेक्ट्रोफॉर्मिंग वोल्टेज (2.5V) स्विचिंग वोल्टेज प्रदान करता है और 10,000,000 से अधिक चक्र बिना उपकरण विफलता के सभी परिवेश स्थितियों में प्रदान करता है।[27]

गठन

File:I-V of filamentary RRAM.png
फिलामेंट बनाना: क्रॉसबार द्वारा 50 एनएम × 50 एनएम रेरैम सेल shows[clarify][dead link] फिलामेंट बनने का उदाहरण जब करंट अचानक निश्चित वोल्टेज से आगे बढ़ जाता है। फिलामेंट के गठन के बाद भगोड़ा टूटने को रोकने के लिए ट्रांजिस्टर का उपयोग अधिकांश करंट को सीमित करने के लिए किया जाता है।

मूल विचार यह है कि अचालक, जो सामान्य रूप से इन्सुलेट होता है, को पर्याप्त उच्च वोल्टेज के आवेदन के बाद गठित फिलामेंट या चालन पथ के माध्यम से संचालित करने के लिए बनाया जा सकता है।[28] रिक्ति या धातु दोष प्रवासन सहित विभिन्न तंत्रों से चालन पथ उत्पन्न हो सकता है। बार जब फिलामेंट बन जाता है, तो इसे दूसरे वोल्टेज द्वारा रीसेट किया जा सकता है (टूट जाता है, जिसके परिणामस्वरूप उच्च प्रतिरोध होता है) या सेट (फिर से बनता है, जिसके परिणामस्वरूप कम प्रतिरोध होता है)। फिलामेंट के अतिरिक्त कई वर्तमान पथ संभवतः सम्मिलित हैं।[29] अचालक में इन वर्तमान पथों की उपस्थिति को प्रवाहकीय परमाणु बल माइक्रोस्कोपी के माध्यम से प्रदर्शित किया जा सकता है।[28][30][31][32]

कम-प्रतिरोध पथ या तो स्थानीयकृत (फिलामेंटरी) या सजातीय हो सकता है। दोनों प्रभाव या तो इलेक्ट्रोड के बीच की पूरी दूरी पर या केवल इलेक्ट्रोड के निकट हो सकते हैं। कम-प्रतिरोध राज्य की क्षेत्र निर्भरता को मापकर फिलामेंटरी और समरूप स्विचिंग प्रभाव को अलग किया जा सकता है।[33] कुछ शर्तों के अनुसार, बनाने की प्रक्रिया को बायपास किया जा सकता है।[34] यह अपेक्षा की जाती है कि इन परिस्थितियों में, इन्सुलेट ऑक्साइड परतों की तुलना में प्रारंभिक वर्तमान पहले से ही काफी अधिक है।

सीबीआरएएम सेलों को सामान्यतः बनाने की आवश्यकता नहीं होती है यदि क्यू आयन पहले से ही इलेक्ट्रोलाइट में उपस्थित हैं, पहले से ही डिज़ाइन किए गए फोटो-प्रसार या एनीलिंग प्रक्रिया द्वारा संचालित किए गए हैं; ऐसी सेल आसानी से अपनी प्रारंभिक अवस्था में भी लौट सकती हैं।[35] प्रारंभ में इलेक्ट्रोलाइट में ऐसे Cu की अनुपस्थिति में, वोल्टेज अभी भी सीधे इलेक्ट्रोलाइट पर प्रायुक्त होगा, और बनने की प्रबल संभावना होगी।[36]


ऑपरेशन शैलियाँ

रैंडम-एक्सेस प्रकार की यादों के लिए, 1T1R (ट्रांजिस्टर, अवरोधक) आर्किटेक्चर को प्राथमिकता दी जाती है क्योंकि ट्रांजिस्टर वर्तमान को उन सेलों से अलग करता है जो उन सेलों से चुनी जाती हैं जो नहीं हैं। दूसरी ओर, क्रॉस-पॉइंट आर्किटेक्चर अधिक कॉम्पैक्ट है और मेमोरी परतों को खड़ी करने में सक्षम हो सकता है, आदर्श रूप से बड़े पैमाने पर भंडारण उपकरणों के लिए अनुकूल है। चूंकि, किसी भी ट्रांजिस्टर की अनुपस्थिति में, चयनकर्ता उपकरण द्वारा अलगाव प्रदान किया जाना चाहिए, जैसे डायोड, मेमोरी तत्व के साथ श्रृंखला में या स्वयं मेमोरी तत्व द्वारा। यदि चयनकर्ता के लिए ऑन/ऑफ अनुपात पर्याप्त नहीं है, तो इस प्रकार की आइसोलेशन क्षमताएं ट्रांजिस्टर के उपयोग से कम हैं, इस आर्किटेक्चर में बहुत बड़ी सरणियों को संचालित करने की क्षमता को सीमित करती हैं। पतली फिल्म आधारित थ्रेशोल्ड स्विच द्विध्रुवी और एकध्रुवीय रेरैम के लिए चयनकर्ता के रूप में काम कर सकता है। थ्रेसहोल्ड स्विच-आधारित चयनकर्ता को 64 एमबी सरणी के लिए प्रदर्शित किया गया था।[37] क्रॉस-पॉइंट आर्किटेक्चर के लिए बीओओएल संगत दो टर्मिनल चयनकर्ताओं की आवश्यकता होती है जैसे द्विध्रुवी रेरैम के लिए पंच-थ्रू डायोड[38] या एकध्रुवीय रेरैम के लिए पिन डायोड।[39]

ध्रुवीयता या तो बाइनरी या यूनरी हो सकती है। उच्च से निम्न स्विचिंग (सेट ऑपरेशन) की तुलना में निम्न से उच्च प्रतिरोध (रीसेट ऑपरेशन) पर स्विच करने पर द्विध्रुवी प्रभाव ध्रुवीयता को उलटने का कारण बनता है। एकध्रुवीय स्विचिंग ध्रुवीयता को अप्रभावित छोड़ देता है, किन्तु विभिन्न वोल्टेज का उपयोग करता है।

प्रतिरोधी मेमोरी सेलों के लिए सामग्री प्रणाली

एकाधिक अकार्बनिक और कार्बनिक सामग्री प्रणालियां थर्मल या आयनिक प्रतिरोधी स्विचिंग प्रभाव प्रदर्शित करती हैं। इन्हें निम्नलिखित श्रेणियों में बांटा जा सकता है:[33]

  • चरण-परिवर्तन चाकोजेनाइड्स जैसे Ge
    2    Sb
    2    Te
    5     या AgInSbTe
  • बाइनरी ट्रांजिशन मेटल ऑक्साइड जैसे NiO या TiO
    2
  • पेरोव्स्काइट जैसे Sr(Zr)TiO
    3    [40] या पीसीएमओ
  • ठोस-अवस्था इलेक्ट्रोलाइट्स जैसे जीईएस, जीएसई, SiO
    x     या Cu
    2    S
  • कार्बनिक आवेश स्थानांतरण जटिल जैसे CuTCNQ
  • जैविक दाता-स्वीकर्ता प्रणाली जैसे अल एआईडीसीएन
  • दो आयामी (स्तरित) इन्सुलेट सामग्री जैसे हेक्सागोनल बोरॉन नाइट्राइड[41][42]

पेरोसाइट पर आधारित आररैम

ABO3-प्रकार की अकार्बनिक पेरोसाइट सामग्री जैसे BaTiO3, SrRuO3, SrZrO3, और SrTiO3 ने अपने उल्लेखनीय प्रतिरोध स्विचिंग प्रभावों और फेरोइलेक्ट्रिक, डाइइलेक्ट्रिक, और अर्धचालक भौतिक विशेषताओं जैसी विभिन्न कार्यात्मकताओं के कारण मेमिस्टर में स्टोरेज मीडिया के रूप में व्यापक शोध रुचि को आकर्षित किया है।[43] चूंकि, क्रांतिक प्रकृति और निर्माण प्रक्रिया की उच्च लागत इन ABO3 प्रकार के अकार्बनिक पेरोसाइट सामग्री के व्यापक अनुप्रयोगों को मेमिस्टर के लिए सीमित करती है। वर्तमान में, ABX3-प्रकार के लीड ट्राइहैलाइड पेरोसाइट्स ने ऑप्टोइलेक्ट्रोनिक उपकरणों जैसे फोटोवोल्टिक, फोटोडेटेक्टर और प्रकाश उत्सर्जक डायोड (एलईडी) में उपयोग करने के लिए व्यापक अनुसंधान रुचि प्राप्त की है।[44] इन संरचनाओं में, A एक मोनोवैलेंट कार्बनिक या अकार्बनिक (MA:CH3NH3+, FA: CH(NH2)2+, Cs+, Rb+) B एक द्विसंयोजी धातु धनायन (Pb2+, Sn2+) है और X एक हलाइड आयन (Cl, Br, I) हैं। A धनायन घन इकाई के आठ कोनों पर रहता है और B cation 3D पेरोसाइट संरचना बनाने के लिए ऑक्टाहेड्रल क्लस्टर [BX6]4 के केंद्र में स्थित है। अलग-अलग ए-साइट उद्धरणों के अनुसार, इन संरचनाओं को कार्बनिक-अकार्बनिक संकर पेरोसाइट्स और सभी-अकार्बनिक पेरोसाइट्स में वर्गीकृत किया जा सकता है।[45] इसके अतिरिक्त, इस प्रकार के पर्कोसाइट को कम लागत पर समाधान-संसाधित विधियों द्वारा आसानी से प्राप्त किया जा सकता है। [16] फिर भी, कार्बनिक उद्धरणों को सम्मिलित करने के कारण, यह सामान्यतः पाया गया कि मिथाइलमोनियम (MA) और फॉर्ममिडिनियम (FA) लीड ट्राइहलाइड पेरोसाइट्स की आंतरिक तापीय अस्थिरता वास्तव में हाइब्रिड पेरोसाइट-आधारित इलेक्ट्रॉनिक उपकरणों के विकास के लिए अड़चन थी।[46] इसलिए, इस मुद्दे को हल करने के लिए, कार्बनिक धनायनों को अन्य आयनों जैसे सीज़ियम (Cs) धनायनों द्वारा प्रतिस्थापित किया जाना चाहिए। रोचक बात यह है कि सीज़ियम / सीज़ियम संकरण सौर सेलों की कुछ रिपोर्टें हैं जो हमें सभी अकार्बनिक पेरोसाइट-आधारित इलेक्ट्रॉनिक उपकरणों की बेहतर स्थिरता के लिए कई नए सुराग देती हैं। अधिक से अधिक प्रकाशन प्रदर्शित करते हैं कि अकार्बनिक Cs cation- आधारित सभी-अकार्बनिक पेरोसाइट्स 100 ° C से ऊपर संरचनात्मक और ऊष्मीय रूप से स्थिर हो सकते हैं, जबकि हाइब्रिड पेरोसाइट्स 85 ° C से ऊपर आयोडाइड का नेतृत्व करने के लिए थर्मल रूप से नीचा दिखाते हैं।[47] इसलिए, यह निहित किया गया है कि कम लागत वाली प्रक्रिया का उपयोग करके स्थिर और अत्यधिक कुशल प्रतिरोधी स्विचिंग मेमोरी उपकरणों के निर्माण के लिए सभी अकार्बनिक पेरोसाइट्स उत्कृष्ट अपेक्षावार हो सकते हैं। CsPb3 पेरोव्स्काइट्स को ध्यान में रखते हुए सामान्यतः समाधान विधि द्वारा तैयार किया जाता है, बिंदु दोष जैसे कि रिक्तियां, अंतरालीय और एंटीसाइट्स क्रिस्टल में संभव हैं। ये दोष बहाव-वर्चस्व प्रतिरोधी स्विचिंग मेमोरी के दोष के लिए आवश्यक हैं। इस प्रकार, इन CsPbX3 पेरोव्स्काइट्स में मेमोरी उपकरणेस में एप्लिकेशन की काफी संभावनाएं हैं।[48] इस तथ्य को देखते हुए कि हलाइड पेरोसाइट-आधारित आरआरएएम में प्रतिरोध स्विचिंग रिक्तियों के माध्यम से हलाइड परमाणुओं के प्रवास के कारण होता है, आरआरएएम के भीतर रिक्ति की प्रवासन विशेषताएं आरआरएएम की प्रमुख विशेषताओं को निर्धारित करने वाली सबसे महत्वपूर्ण सामग्री गुणों में से हैं। चूंकि, इसके महत्व के अतिरिक्त, आरआरएएम में हलाइड रिक्ति की सक्रियता ऊर्जा बिल्कुल भी गंभीर अध्ययन विषय नहीं रही है। स्पष्टतः, हलाइड पेरोसाइट-आधारित आरआरएएम में अपेक्षित हलाइड रिक्ति का छोटा सक्रियण अवरोध इस आरआरएएम को कम वोल्टेज पर और इस प्रकार कम विद्युत की खपत मोड में संचालित करने की अनुमति देने में केंद्रीय भूमिका निभाता है।[49]


प्रदर्शन

2007 में आईईडीएम सम्मेलन में पत्रों ने पहली बार सुझाव दिया कि प्रोग्रामिंग प्रदर्शन, प्रतिधारण या सहनशक्ति का त्याग किए रेरैम फेज-चेंज मेमोरी या एमआरएएम की तुलना में कम प्रोग्रामिंग धाराओं को प्रदर्शित करता है।[50] कुछ सामान्य रूप से उद्धृत रेरैम सिस्टम का वर्णन नीचे किया गया है।

जीबी-स्केल रेरैम

2013 में सैनडिस्क द्वारा 32 जीबी 24nm रेरैम प्रकाशित किया गया था, जिसमें गैर-ट्रांजिस्टर एक्सेस उपकरण और धातु ऑक्साइड आरआरएएम संरचना के अतिरिक्त कई विवरण सम्मिलित नहीं थे।[51]

2014 में माइक्रोन और सोनी द्वारा 16 Gb 27nm रेरैम (वास्तव में सीबीरैम) प्रकाशित किया गया था। एक बिट के लिए 1T1R संरचना के बजाय, शीर्ष भागों (इलेक्ट्रोलाइट, कॉपर जलाशय, और शीर्ष इलेक्ट्रोड) को साझा करते समय दो बिट्स को दो ट्रांजिस्टर और निचले इलेक्ट्रोड के बीच विभाजित किया गया था।[52]


HfO2 आधारित रेरैम

आईईडीएम 2008 में, आईटीआरआई द्वारा Ti बफर लेयर के साथ HfO2 का उपयोग करते हुए पहली उच्च-प्रदर्शन वाली रेरैम विधि का प्रदर्शन किया गया था, जिसमें 10 ns से कम स्विचिंग समय और 30μA से कम करंट दिखाया गया था। आईईडीएम 2010 में, आईटीआरआई ने फिर से स्पीड रिकॉर्ड तोड़ दिया, <0.3 ns स्विचिंग समय दिखाते हुए, साथ ही 100% तक उपज और 10 अरब चक्रों तक धीरज की अनुमति देने के लिए प्रक्रिया और संचालन में सुधार भी दिखाया।[53] आईएमईसी ने वीएलएसआई प्रौद्योगिकी और परिपथ पर 2012 संगोष्ठी में अपने रेराम कार्यक्रम के अपडेट प्रस्तुत किए, जिसमें 500 एनए ऑपरेटिंग वर्तमान के साथ एक समाधान भी सम्मिलित है।[54]

आईटीआरआई ने 2008 में अपने पहले प्रकाशन के बाद से Ti/HfO2 प्रणाली पर ध्यान केंद्रित किया था। आईटीआरआई का पेटेंट 8362454 तब से टीएसएमसी को बेच दिया गया है;[55] पूर्व लाइसेंसधारियों की संख्या अज्ञात है। दूसरी ओर, आईएमईसी ने मुख्य रूप से Hf/HfO2 पर ध्यान केंद्रित किया था।[56] विनबॉन्ड ने HfO2-आधारित रेरैम को आगे बढ़ाने और व्यावसायीकरण करने की दिशा में वर्तमान में काम किया था।[57]

चीनी समूह ने अब तक का सबसे बड़ा 1T1R RRAM प्रस्तुत किया, जो कि 130nm प्रक्रिया पर 64 एमबी की चिप है।[58] 10 मिलियन चक्र प्राप्त किए गए, साथ ही साथ 75 डिग्री सेल्सियस पर 10 वर्ष की अतिरिक्त अवधारण भी की गई।

पैनासोनिक

पैनासोनिक ने आईईडीएम 2008 में अपने TaOx-आधारित रेरैम का प्रकाशित किया था।[59] TaOx परत के साथ इंटरफ़ेस करने के लिए Pt या Ir जैसे उच्च कार्य फ़ंक्शन धातु की एक महत्वपूर्ण आवश्यकता थी। O सामग्री के परिवर्तन से प्रतिरोध परिवर्तन के साथ-साथ शोट्की बैरियर परिवर्तन भी होता है। अभी वर्तमान में,एक Ta2O5/TaOx परत प्रायुक्त की गई थी जिसे अभी भी Ta2O5 के साथ इंटरफ़ेस करने के लिए उच्च कार्य फ़ंक्शन धातु की आवश्यकता होती है।[60] यह प्रणाली उच्च धीरज प्रदर्शन (ट्रिलियन चक्र) से जुड़ी हुई है,[61] किन्तु उत्पाद 100K चक्रों पर निर्दिष्ट किया गया हैं।[62] ~100 एनएम जितना बड़ा फिलामेंट व्यास देखा गया है।[63] Panasonic ने Fujitsu के साथ 4Mb भाग प्रस्तुत किया,[64] और UMC के साथ 40 एनएम एम्बेडेड मेमोरी विकसित कर रहा है।[65]

एचपी मेमिस्टर

30 अप्रैल 2008 को, एचपी ने घोषणा की कि उन्होंने मेमिस्टर की खोज की थी, जिसे मूल रूप से 1971 में चुआ द्वारा लापता चौथे मौलिक परिपथ तत्व के रूप में देखा गया था। 8 जुलाई को उन्होंने घोषणा की कि वे अपने मेमिस्टर का उपयोग करके रेरैम का प्रोटोटाइप बनाना प्रारंभ करेंगे।[66] एचपी ने सबसे पहले TiOx का उपयोग करके अपने मेमिस्टर का प्रदर्शन किया,[67] किन्तु बाद में संभवतः बेहतर स्थिरता के कारण,[68] TaOx में स्थानांतरित हो गया।[69] TaOx- आधारित उपकरण में पैनासोनिक के रेरैम के साथ कुछ सामग्री समानता है, किन्तु ऑपरेशन विशेषताएँ भिन्न हैं। Hf/HfOx प्रणाली का इसी प्रकार अध्ययन किया गया था।[70]

वर्तमान प्रौद्योगिकियां

एडस्टो टेक्नोलॉजीज सीबीआरएएम ऑक्सीजन रिक्तियों के अतिरिक्त इलेक्ट्रोड धातु से उत्पन्न तंतुओं पर आधारित है। मूल सामग्री प्रणाली Ag/GeS2 थी[71] किन्तु अंततः ZrTe/Al2O3 में स्थानांतरित हो गया।[72] चांदी की तुलना में टेल्यूरियम फिलामेंट ने उत्तम स्थिरता प्राप्त की। एडस्टो ने इंटरनेट-ऑफ-थिंग्स (आईओटी) अनुप्रयोगों के लिए अल्ट्रालो पावर मेमोरी को लक्षित किया है। एडेस्टो ने एल्टिस फाउंड्री में निर्मित उत्पादों को प्रस्तुत किया है[73] और टावरजैज /पैनासोनिक के साथ 45 एनएम फाउंड्री समझौता किया।[73]


वीबिट नैनो

वीबिट नैनो, CEA-Leti के साथ काम कर रहा है, जो ReRAM तकनीक को आगे बढ़ाने के लिए यूरोप के सबसे बड़े नैनो टेक्नोलॉजी अनुसंधान संस्थानों में से एक है। नवंबर, 2017 की शुरुआत में, कंपनी ने 40 nm SiOx ReRAM सेल में विनिर्माण क्षमता का प्रदर्शन किया है,[74] इसके बाद 2018 में[75] और 2020 में असतत घटकों का प्रदर्शन किया गया है।[76] जुलाई 2021 में, कंपनी ने अपने पहले एम्बेडेड ReRAM मॉड्यूल को टैप आउट किया।[77] सितंबर 2021 में, वीबिट ने लेटी के साथ मिलकर 300 मिमी वेफर्स पर 28 एनएम एफडीएसओआई प्रक्रिया का उपयोग करके 1 एमबी रेराम सरणी का परीक्षण और विशेषता तैयार किया था।[78]

क्रॉसबार

क्रॉसबार (कंप्यूटर हार्डवेयर निर्माता) डायोड + रीरैम प्राप्त करने के लिए थ्रेसहोल्ड स्विचिंग सिस्टम के साथ असंगत सी में एजी फिलामेंट प्रायुक्त करता है।[79][80] उनकी प्रणाली में 1T1R या 1TNR आर्किटेक्चर में ट्रांजिस्टर का उपयोग सम्मिलित है। क्रॉसबार ने 2017 में 40 एनएम प्रक्रिया पर एसएमआईसी में नमूनों का उत्पादन प्रारंभ किया।[81] Ag फिलामेंट व्यास की कल्पना दसियों नैनोमीटर के पैमाने पर की गई है।[82]


प्रोग्राम करने योग्य धातुकरण सेल

Main article: प्रोग्राम करने योग्य धातुकरण सेल

इंफिनियोन टेक्नोलॉजीज इसे प्रवाहकीय-ब्रिजिंग रैम (सीबीरैम) कहती है, एनईसी का नैनोब्रिज नामक संस्करण है और सोनी उनके संस्करण को इलेक्ट्रोलाइटिक मेमोरी कहता है। नए शोध से पता चलता है कि सीबीआरएएम 3डी प्रिंटेड हो सकता है।[83][84]

क्वांटम डॉट प्रतिरोधक मेमोरी उपकरण

क्वांटम डॉट आधारित गैर-वाष्पशील प्रतिरोधी मेमोरी उपकरण जिसकी स्विचिंग गति 10 एनएस और 10 000 का ऑन/ऑफ अनुपात है। उपकरण ने 100 000 स्विचिंग चक्रों के लिए उत्कृष्ट सहनशक्ति विशेषताओं को दिखाया। अवधारण परीक्षणों ने अच्छी स्थिरता दिखाई और उपकरण पुनरुत्पादित हैं। बैरियर के रूप में AlOx के साथ क्वांटम डॉट्स में चार्ज ट्रैपिंग के आधार पर मेमोरी ऑपरेटिंग प्रक्रिया प्रस्तावित है। यह क्रियाविधि खुला और बंद अवस्थाओं में समाई मान में चिह्नित भिन्नता द्वारा समर्थित है।[85]


रेरैम टेस्ट बोर्ड

  • पैनासोनिक AM13L-STK2 : MN101LR05D 8-बिट MCU मूल्यांकन के लिए बिल्ट इन रेरैम के साथ, USB 2.0 कनेक्टर

भविष्य के अनुप्रयोग

PRAM की तुलना में, रेरैम तेज़ टाइमस्केल (स्विचिंग समय 10 ns से कम हो सकता है) पर संचालित होता है, जबकि MRAM की तुलना में, इसमें सरल, छोटी सेल संरचना (8F² MIM स्टैक से कम) होती है। यूनिट सेल आकार को 4F² (F सुविधा आयाम है) तक कम करने के लिए क्रॉसबार मेमोरी संरचना के लिए ऊर्ध्वाधर 1D1R (डायोड, प्रतिरोधक स्विचिंग उपकरण) एकीकरण का उपयोग किया जा सकता है।[86] फ्लैश मेमोरी और रेसट्रैक मेमोरी की तुलना में, कम वोल्टेज पर्याप्त होता है, और इसलिए इसका उपयोग कम-शक्ति वाले अनुप्रयोगों में किया जा सकता है।

आईटीआरआई ​​ने दिखाया है कि रेरैम 30 एनएम से नीचे स्केलेबल है।[87] ऑक्साइड-आधारित रेरैम के लिए ऑक्सीजन परमाणुओं की गति महत्वपूर्ण घटना है;[88] अध्ययन ने संकेत दिया कि ऑक्सीजन की गति 2 एनएम के रूप में छोटे क्षेत्रों में हो सकती है।[89] ऐसा माना जाता है कि यदि कोई फिलामेंट उत्तरदायी है, तो यह सेल आकार के साथ सीधे स्केलिंग प्रदर्शित नहीं करेगा।[90] इसके अतिरिक्त, वर्तमान अनुपालन सीमा (उदाहरण के लिए, बाहरी अवरोधक द्वारा निर्धारित) फिलामेंट की वर्तमान-वहन क्षमता को परिभाषित कर सकती है।[91]

रेरैम की क्षमता को साकार करने में महत्वपूर्ण बाधा चुपके पथ की समस्या है जो बड़े निष्क्रिय सरणियों में होती है। 2010 में, स्नीक-पाथ वर्तमान हस्तक्षेप के संभावित समाधान के रूप में पूरक प्रतिरोधक स्विचिंग (सीआरएस) के प्रारंभ की गई थी।[92] सीआरएस दृष्टिकोण में, सूचना भंडारण राज्य उच्च और निम्न-प्रतिरोध राज्यों (एचआरएस/एलआरएस और एलआरएस/एचआरएस) के जोड़े हैं ताकि समग्र प्रतिरोध हमेशा उच्च हो, जिससे बड़े निष्क्रिय क्रॉसबार सरणी की अनुमति मिलती है।

प्रारंभिक सीआरएस समाधान के लिए दोष वर्तमान माप के आधार पर पारंपरिक विनाशकारी रीडआउट के कारण सहनशक्ति को बदलने की आवश्यकता है। क्षमता माप के आधार पर गैर-विनाशकारी रीडआउट के लिए नया दृष्टिकोण संभावित रूप से भौतिक सहनशक्ति और विद्युत की खपत दोनों के लिए आवश्यकताओं को कम करता है।[93] चुपके पथ समस्या से बचने के लिए एलआरएस में गैर-रैखिकता उत्पन्न करने के लिए द्वि-परत संरचना का उपयोग किया जाता है।[94] एलआरएस में मजबूत अरेखीय चालन प्रदर्शित करने वाली एकल-परत उपकरण की सूचना मिली थी।[95] एचआरएस और स्थिरता में सुधार के लिए द्विध्रुवी रेरैम के लिए और द्वि-परत संरचना प्रस्तुत की गई थी।[96] चुपके वर्तमान समस्या का अन्य समाधान चयनित सेलों पर सेट का उपयोग करते हुए, सेलों की पूरी पंक्ति में समानांतर में रीड और रीसेट ऑपरेशन करना है।[97] इस स्थिति में, 3D-रेरैम 1TNR सरणी के लिए, उपर्युक्त ट्रांजिस्टर के ऊपर स्थित N रेरैम सेलों के स्तंभ के साथ, एचआरएस की केवल आंतरिक गैर-रैखिकता पर्याप्त रूप से बड़ी होनी चाहिए, क्योंकि ऊर्ध्वाधर स्तरों की संख्या N (जैसे। , N = 8–32) सीमित है, और यह कम-वर्तमान रेरैम सिस्टम के लिए संभव दिखाया गया है।[98]

रेरैम और अन्य गैर-वाष्पशील रैंडम एक्सेस मेमोरी जैसे मैग्नेटोरेसिस्टिव रैंडम-एक्सेस मेमोरी और फेज़-चेंज मेमोरी के साथ डिज़ाइन किए गए 2D और 3D कैश की मॉडलिंग डेस्टिनी[99] टूल का उपयोग करके की जा सकती है।

आर्टिफिशियल इंटेलिजेंस अनुप्रयोगों में प्रस्तावित भूमिका

आर्टिफिशियल इंटेलिजेंस में कई सुधारों के लिए आवश्यक बढ़ती कम्प्यूटेशनल मांगों ने कई लोगों को यह अनुमान लगाने के लिए प्रेरित किया है कि आर्टिफिशियल इंटेलिजेंस और यंत्र अधिगम एप्लिकेशन चलाने के लिए रेरैम कार्यान्वयन अत्यंत उपयोगी हार्डवेयर हो सकता है।[100]

स्टैनफोर्ड यूनिवर्सिटी हैवेल के स्कूल ऑफ इंजीनियरिंग के शोधकर्ताओं ने आरआरएएम बनाया है जो मेमोरी के भीतर ही एआई प्रोसेसिंग करता है, जिससे कंप्यूट और मेमोरी यूनिट के बीच अलगाव समाप्त हो जाता है। यह अत्याधुनिक से दोगुना ऊर्जा कुशल है।[101]


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