[PRAM] PRAM의 동작원리

PRAM이란?

PRAM은 phase-change RAM으로, 기본적인 원리는 결정 부분을 heater로 녹여서 amorphous하게 만들면 저항이 높아지는데, 이 경우를 RESET state라고 부르고 DATA "1"로 처리한다. 평상시 저항이 작은 상태는 SET State라고 한다.

 

 

 

 

Data Write 방식

Current pulse의 크기와 시간을 조절하면 반복적으로 Set 상태와 Reset 상태를 만들수 있음.

 

 

• Reset Write : 상변화 물질을 빠르게 비정질로 녹이고, Quenching 해야하기에 높은 전류를 짧게 준다. (수십 ns)
• Set Write : 상변화 물질의 결정화를 위한 annealing을 해야 하므로 적당한 전류를 길게 준다. (수백 ns)

 

 

왼쪽 그래프가 reset write를 위해선 비정질화 해야하니, 쎈 전류를 짧게 주는 형태를 나타내고, 또 set write는 상대적으로 약한 전류를 길게 주는 것으로 나타내져 있는 것을 확인할 수 있다.

오른쪽 그래프를 보면, 그래서 set write는 pulse가 비교적 높아야지 fail이 줄어들고 정상작동할 수 있는것을 볼 수 있다.

 

여기서 알 수 있는 사실은, 소자의 전류는 Reset 동작이 결정하고 전류 구동 시간은 Set 동작이 결정한다.

 

 

 

 

PRAM의 해결해야할 문제

결국엔 반도체 소자들은 고집적, 저비용이 되어야 한다. 그래야 쓸모가 있다.

그러기 위해서 PRAM이 어떻게 해결해 나가야 하는지 살펴보자.

 

1) 셀 면적 감소

      i) Technology Scailing

      ii) 메모리 소자 기술 개선 (Reset write 요구 전류 크기 감소 -> 소자가 작아질 수 있음)

      iii) 선택소자 기술 개선 (write 전류 흘러주는 선택 소자 크기 감소)

      iv) 셀 아키텍처 개선 (3단 소자인 transistor -> 2단 소자인 Diode, OTS...)

 

 

2) 유효 셀 면적 감소

실제로 셀을 줄이는 것은 아니지만 알고리즘, 구조 등으로 셀 면적이 감소한 것과 같은 효과를 주는 방법들

      i) 3Dimensional Cell Stacking

      ii) MLC ,TLC 등 멀티 bit 저장 알고리즘