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» 2019年07月02日 11時30分 公開

福田昭のストレージ通信(153) 半導体メモリの技術動向を総ざらい(14):次々世代の不揮発性メモリ技術「カーボンナノチューブメモリ(NRAM)」 (1/2)

次世代メモリの有力候補入りを目指す、カーボンナノチューブメモリ(NRAM:Nanotube RAM)について解説する。NRAMの記憶原理と、NRAMの基本技術を所有するNanteroの開発動向を紹介しよう。

[福田昭,EE Times Japan]

PCM、MRAM、ReRAMの次を狙う不揮発性メモリ技術

 2018年8月に米国シリコンバレーで開催された、フラッシュメモリとその応用製品に関する世界最大のイベント「フラッシュメモリサミット(FMS:Flash Memory Summit)」でMKW Venture Consulting, LLCでアナリストをつとめるMark Webb氏が、「Annual Update on Emerging Memories」のタイトルで講演した半導体メモリ技術に関する分析を、シリーズでご紹介している。

 なお講演の内容だけでは説明が不十分なところがあるので、本シリーズでは読者の理解を助けるために、講演の内容を適宜、補足している。あらかじめご了承されたい。

 前々回前回は、次世代メモリの3大有力候補の1つ、抵抗変化メモリ(ReRAM)をご説明した。今回からは、将来の有力候補入りを目指す、2つの次世代不揮発性メモリ技術をご紹介する。1つ(今回)は「カーボンナノチューブメモリ(NRAM:Nanotube RAM)」、もう1つ(次回)は「強誘電体メモリ(FeRAM:Ferroelectric RAM)」である。

カーボンナノチューブメモリ(NRAM)の記憶原理

 カーボンナノチューブメモリ(NRAM)の記憶原理は、複雑ではない。記憶素子は、数多くのカーボンナノチューブを含んだ層(カーボンナノチューブ層、CNT層)を、2枚の電極層で挟んだ構造である。カーボンナノチューブは、直径が0.4nm〜2nm、長さが数マイクロメートルの中空円筒状(チューブ状)に炭素(カーボン)原子が接続した構造の材料で、半導体あるいは金属としての性質を備える。つまり、導電体である。

 データの書き込み動作では、記憶素子の電極に適切な電圧パルスを加えることによって、CNT層のカーボンナノチューブ同士の接続を制御する。隣接するカーボンナノチューブ同士が接触して電極間に電流経路を形成すると、記憶素子の電気抵抗が下がる。これが「低抵抗状態(LRS)」である。また電圧パルスの印加によって隣接するカーボンナノチューブ同士が離れ、電極間の電流経路が消失すると、記憶素子の電気抵抗が上がる。これが「高抵抗状態(HRS)」である。データの読み出し動作では、低い電圧パルスを記憶素子に加えて電流値を検出し、抵抗状態を判別する。

 データ書き込みの原理は単純だが、実際にこのような制御がうまくいくとは限らない。NRAMの基本技術は、技術開発ベンチャーのNantero(ナンテロ)が所有しており、独自のノウハウがあるものとみられる。

カーボンナノチューブメモリ(NRAM)の概要。出典:MKW Venture Consulting, LLC(クリックで拡大)
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