| Статистика |
Онлайн всего: 1 Гостей: 1 Пользователей: 0 |
|
Конспект по курсу КП-2011 на тему ИС нанопамяти
Введение
Развитие памяти, пожалуй, - бесконечный процесс, целью которого является увеличение частоты работы, уменьшение времени доступа, а, в некоторых случаях, и увеличение устойчивости к воздействиям извне, например, радиации. В настоящий момент требования к памяти не изменились, но к перечисленным добавились новые, удовлетворить которые намного сложнее, чем это было ранее. Среди них одним из важнейших является энергонезависимость и возможность встраивать память огромного объема в процессоры. Движение в этом направлении начато уже достаточно давно, и его результатом стало появление таких перспективных технологий, как флэш-память, FeRAM.
Глоссарий
КМОП (К-МОП; комплементарная логика на транзисторах металл-оксид-полупроводник; КМДП[1]; англ. CMOS, Complementary-symmetry/metal-oxide semiconductor) — технология построения электронных схем. В технологии КМОП используются полевые транзисторы с изолированным затвором с каналами разной проводимости. Отличительной особенностью схем КМОП по сравнению с биполярными технологиями (ТТЛ, ЭСЛ и др.) является очень малое энергопотребление в статическом режиме (в большинстве случаев можно считать, что энергия потребляется только во время переключения состояний).
Ячейка памяти — минимальный адресуемый элемент запоминающего устройства ЭВМ.
Виды памяти
FeRAM - (Ferroelectric RAM - сегнетоэлектрическая оперативная память) — оперативная память, по своему устройству схожая с DRAM, но использующая слой сегнетоэлектрика вместо диэлектрического слоя для обеспечения энергонезависимости. FeRAM — одна из растущего числа альтернативных технологий энергонезависимой памяти, предлагающая ту же самую функциональность, что и флеш-память. Среди преимуществ FeRAM перед флэш-памятью называют низкое энергопотребление, более быструю запись информации и существенно увеличенное максимальное число (превышающее 1014 для устройств, рассчитанных на 3.3 В) циклов перезаписи. К недостаткам FeRAM относят: гораздо более низкую плотность размещения информации, чем у флеш-устройств, ограниченную емкость накопителей и более высокую стоимость.
Рисунок 1. Структура FeRAM-ячейки.
Ячейка памяти, разработанная для FeRAM, состоит из одного конденсатора и одного транзистора. В конденсаторе FeRAM-ячейки применяется диэлектрическая структура, включающая в себя сегнетоэлектрик, обычно его роль играет пьезокерамика цирконат-титанат свинца (PZT).
Сегнетоэлектрик обладает нелинейной связью между применяемым электрическим полем и хранимым зарядом. В частности, сегнетоэлектрическая характеристика имеет вид петли гистерезиса, который очень схож с в общих чертах с петлей гистерезиса ферромагнитных материалов. Диэлектрическая константа сегнетоэлектрика как правило значительно выше, чем у линейного диэлектрика, вследствие эффекта полупостоянных электрических диполей, формируемых в кристаллической структуре сегнетоэлектрического материала. Когда внешнее электрическое поле проникает через диэлектрик, диполи выравниваются по направлению прикладываемого поля, приводя к небольшим смещениям позиций атомов и смещениям прохождения электрического заряда в кристаллической структуре. После удаления заряда, диполи сохраняют свое состояние поляризации. Обычно двоичные «0» и «1» хранятся в виде одной из двух возможных электрических поляризаций в каждой ячейке хранения данных. Например, под «1» понимается отрицательный остаток поляризации «-Pr», а под «0» — позитивный остаток поляризации «+Pr».
В ячейке FeRAM запись происходит путем проникновения поля через сегнетоэлектрический слой при заряжании электродов, принуждая атомы внутри принимать ориентацию вверх или вниз (в зависимости от полярности заряда), за счет чего запоминается «1» или «0».
Для чтения информации транзистор переводит ячейку в особое состояние, сообщая «0». Если ячейка уже содержит «0», то на линиях вывода ничего не произойдет. Если ячейка содержит «1», то переориентация атомов в прослойке приведет к короткому импульсу на выходе, так как они вытолкнут электроны из металла на «нижней» стороне. Наличие этого импульса будет означать, что ячейка хранит «1». Так как процесс перезаписывает содержимое ячейки, то чтение из FeRAM — деструктивный процесс, и требует регенерации данных в ячейке в случае их изменения в ходе считывания.
FeTRAM - (ferroelectric transistor random access memory - сегнетоэлектрическая транзисторная оперативная память) – это перспективный вид памяти, созданной на основе транзисторов из кремниевых нанопроводников в совокупности с сегнетоэлектрическим (ферроэлектрическим) полимером, который способен менять свою полярность под воздействием магнитного поля. Соответственно, состояние такого транзистора в данной памяти будет считываться, и приниматься как логический "0" или "1".
Исследователи из университета Пардью (Purdue University) применили для запоминания информации органический сегнетоэлектрический полимер (PVDF-TrFE). Он способен переключать свою поляризацию при приложении внешнего электрического поля. Два направления поляризации, соответственно, отражают хранение 0 или 1. Добавив к такому полимеру традиционные полупроводники и подложку, а также кремниевые нанопровода, авторы изобретения получили ячейку энергонезависимой памяти. Её назвали FeTRAM (ferroelectric transistor random access memory, то есть «сегнетоэлектрическая транзисторная оперативная память»).
Рисунок 2. Структура FeTRAM-ячейки.
Наименование новинки не случайно напоминает один из типов памяти, уже присутствующий на рынке, — FeRAM (сегнетоэлектрическая оперативная память). У обеих технологий много общего, в частности, использование сегнетоэлектрика для хранения информации. Но есть и принципиальное отличие. В экспериментальной памяти биты хранятся в транзисторе на основе сегнетоэлектрического материала, а в FeRAM подобный материал образует конденсатор. Отсюда следует важное преимущество FeTRAM: в ней процесс считывания – не деструктивный, то есть не разрушает состояние ячейки. В то время как в элементе FeRAM считывание требует регенерации данных.
Новая технология FeTRAM совместима с производством микросхем CMOS и обладает большим потенциалом, чтобы заменить традиционные варианты памяти.
Racetrack memory – (Трековая память) – это новый тип памяти, которая основана на передвижении магнитных доменов нановолокну под действием магнитного поля.
Трековая память состоит из магнитного нановолокна U-формы и двух магнитных головок для считывания и записи данных. Информация хранится в доменах, которые перемещаются по нановолокну под действием магнитного поля. Из подобных U-структур можно штамповать высокоёмкие модули памяти. Похожие принципы хранения данных предлагали инженеры ещё 60-70-х гг прошлого века, но только с переходом на наноуровень стало возможным качественно улучшить характеристики.
Рисунок 3. Структура трековой памяти.
Благодаря этой технологии вполне реальной становится возможность создать дешёвую энергонезависимую память, которая будет на порядки превосходить существующую по плотности и скорости работы. |
| Категория: Рефераты (курсы КП, ПК, ИТ и Сети) | Добавил: avt88 (05.01.2012)
|
| Просмотров: 982
| Рейтинг: 0.0/0 |
Добавлять комментарии могут только зарегистрированные пользователи. [ Регистрация | Вход ] |
|
