埃米内存技术悄然登场！

前进中的PRAM

相变内存在商业潜力上可能仅次于MRAM；包括Elpida内存公司、英特尔、飞利浦、三星和意法半导体在内的多家电子巨头已经向PRAM技术投入了研发资金。

与可烧录DVD一样，非挥发性相变内存的单元会从非晶态转化到晶体状态。DVD使用激光器来加热材料，以便它在非晶态和晶体状态之间进行切换，并读出由此导致的反射率变化。在芯片中，这项工作由电流来完成：透过加热一个由掺杂硫族化合物组成的薄膜，该电流可以使储存单元在阻性非晶态(或称为复位状态)和导性晶体状态(或称为置位状态)这两种状态下进行切换。

PRAM通常使用掺杂了碲化锑或碲化锗的硫族化合物来制造。单元的状态透过测量电阻的变化以电子方式读出。英特尔、意法半导体和Elpida公司已经在研究用于非挥发性内存的相变材料，所有这些公司都从Ovonyx公司得到了技术使用执照。Ovonyx公司使用碲化锑和碲化锗组成的硫族化合物合金作为相变材料。

迄今为止，相对于FRAM和MRAM，PRAM的良率和可靠性还比较低，但藉由三星、英特尔和飞利浦针对该问题而拟定的庞大研发预算可能可以找到解决方案。三星电子公司已经展示了一种可以提高可靠性的‘差分’PRAM架构，它采用一个晶体单元和一个非晶单元的组合来表示1位。德国的英飞凌技术公司已经展出了实验性的有机PRAM，而台湾的旺宏电子(Macronix)公司也展出了PRAM和相关的磁阻RAM(RRAM)。

在FRAM、MRAM和PRAM之后，组件特征尺寸将向埃米级发展。在这个领域的候选技术包括从纳米线制造出的晶体管信道、带自我生长(grown-in-place)的纳米管晶体管信道的内存、纳米级微机电系统(MEMS)和基于单分子(埃米级)晶体管单元的内存。

具有超小纳米级特性(如以2纳米宽的纳米线数组作为晶体管信道)的预模式化晶圆已经问市。哈佛大学教授Charles Lieber最近展示了一种预模式化芯片，并解释了他的技术如何可以避免硅晶发展蓝图中的尺寸微缩问题。

不同于不断微缩的硅晶设计尺寸来实现更高速度的方法，Lieber相信，一个更好的策略是让设计尺寸保持不变，而透过设计更好的纳米线(用于实现晶圆的预模式化)来增加速度。

曾从事纳米管研究的Lieber教授现在是硅晶纳米线的支持者。除具有纳米管的电子迁移能力之外，硅晶纳米线在高温和低温条件下都可以进行处理而且不需要昂贵的单硅晶基底。Lieber展示了采用纳米线的环形振荡器，它比目前的整合有机半导体快20倍，并有希望提升到CMOS的速度，而且是在便宜的塑料基板上。

图A为纳米晶体内存单元在透射电子显微镜(TEM)下的横截面，当经过放大和能量过滤后，可以看到一个直径为4.2nm的纳米晶体嵌入在硅晶氧化层中(图B)；图C为在扫描电子显微镜(SEM)下显示的沈积纳米晶体。

另一个潜在的突破是使用纳米管作为晶体管通道。Case Western大学教授Massood Tabib-Azar展示了在硅芯片上如何在由平板微影方法产生的电极之间生长碳纳米管的方法。这种纳米管可以在晶圆上自行校准，并在生长过程中自行焊接，因此可以用平板微影方法制造纳米级无信道晶体管，然后使用化学气相沈积方法生长出微小的纳米管通道。这种基于纳米管的晶圆可以执行在标准的CMOS生产在线，Tabib-Azar说。

IBM公司和许多其它单位先前便已经对纳米管和纳米线晶体管进行了实验研究，结果显示它们的电子迁移能力甚至比最先进的硅晶晶体管设计还要高得多。IBM还展示了只有10个原子宽度的纳米管晶体管，比目前的硅晶晶体管小500倍。

遗憾的是，由于没有简单方法可以把电极连接到直径为15埃米的纳米管上，IBM只能使用原子力显微镜一次一个地测试它们。不过，研究者们相信，借助新的技术来预先模式化晶圆或生长纳米管，产业有可能利用纳米管或纳米线把传统的硅晶发展蓝图扩展到埃米级水平。如果哈佛大学的Lieber教授是正确的，透过不断开发出电子迁移能力更高的纳米线和纳米管，硅晶发展蓝图甚至不必无止尽地微缩其尺寸而能进一步的扩展。

IBM也展示了采用MEMS的内存，它透过改变纳米级机械状态来储存位。例如，IBM开发了一种在1平方英吋上储存一万亿位数据的Tb内存原型。这种被称为Millipede的非挥发性内存准确地把一个涂覆了聚合体薄膜的硅晶基底移动到1024路平行启动、直径为20纳米、采用硅晶蚀刻技术制造的读取头下。它透过加热读取头进而熔解其下聚合物的方式来标记其位。

从事Millipede计划研究的诺贝尔奖得主Gerd Beinnig预测，IBM的纳米级机械内存方法可以使数据储存密度再提高一千倍，进而在未来的十年内产生15GB的芯片。

在更小的尺寸级，一些实验室正研究使用单独原子形成埃米级晶体管单元的分子内存。例如，新兴的ZettaCore公司专注于开发由北卡罗莱纳州立大学教授Jonathan Lindsey发明的分子内存。

Lindsey最近证明分子内存具有比DRAM高几个量级的电荷保持时间(分钟vs毫秒)，单独分子可以承受硅晶制造过程的极限温度(400摄氏度)，而且分子内存可以承受多达万亿次的读写周期。