상 변화 메모리 (PCM)의 기억 소자. 칼 코게 나이드 합금의 상태 (상)을 결정상과 비정질상의 어딘가가 전기 저항 값을 변화

전원을 꺼도 2 개의 상태는 남아 있기 때문에 비 휘발성 메모리입니다. 칼 코게 나이드 합금의 기억 소자 및 메모리 셀 선택 소자로 1 개의 메모리 셀을 구성 할 수 있기 때문에 원리 적으로는 DRAM에 가까운 고밀도 메모리를 만들 수 있습니다. 또한 상 변화 메모리 (PCM)는 저항 값을 비교적 자유롭게 제어 할 수 있는 특징이 있습니다.

　이러한 특징에서 PCM은 스토리지 클래스의 대용량 메모리, 뉴로 컴퓨팅 메모리, 비 노이만 형 컴퓨터 용 메모리, IoT (Internet of Things) 용 메모리로서 기대가 걸려 있으며, 연구 개발이 진행되고 있습니다.

　그러나 PCM으로는 위상 변화, 즉 데이터의 재 작성에 필요한 전류가 높다는 약점이 있습니다. 여기에는 주로 두 가지 이유가 있습니다. 하나는 전기 저항을 이용한 가열에 의한 온도 변화가 상 변화에 필요한 것. 또 하나는 기억 소자에 방열성이 좋은 재료, 즉 금속이나 합금 등을 사용하므로 열이 주위로 빠져나가 효율이 낮아져 버리는 것입니다.

　특히 문제가 되는 것이 결정상을 비정질 상태로 변화시키는 데이터 재기록 ( '리셋'이라고 부른다) 동작에서 높은 온도를 필요로 하기 때문에 소비 전류가 높아집니다.

비정질 영역에 입상 결정을 포함

리셋 동작 소비 전류를 낮추기 위해서는 어떤 수단을 취해야 하는가? IBM과 Macronix의 공동 연구팀은 다음의 2 가지 방법을 강연에서 언급했습니다.

-하나는 상 변화를 일으키는 영역의 부피를 최대한 줄일 것.

-또 하나는 열을 놓치지 않고 보존하는 것.

이러한 수단을 제공하기 위해 고안 한 것이, 비정질 영역의 내부에 다수의 입상 결정 (1 개의 입상 결정의 크기는 5nm 이하)을 포함하는 구조입니다. 입상 결정 사이 (Inter-Granular)에서만 상 변화를 일으킵니다. 그러자 상 변화 영역의 부피가 매우 작아 있으며, 전류가 결정 사이에만 집중하기 때문에 열 확산이 억제됩니다. 이 방법을 발표자는 "Inter-Granular Switching (IGS)」라고 ​​부르고 있었다.

　"Inter-Granular Switching (IGS)"의 효과는 지대했습니다. 기억 소자의 리셋 전류를 비교하면 온도 950K로 가열하기 위해 필요한 전류 값은 종래 기술에서는 43μA이었던 반면, IGS 기술로는 8.3μA로 크게 감소했습니다. 또한 종래 기술에서는 950K에 도달 할 때까지 필요한 시간은 약 15ns, IGS 기술은 약 20ns입니다. 지연 시간 5ns의 패널티가 있지만, 전류량은 약 5 분의 1로 감소하고 있습니다.