相变存储器发展
二十世纪五十年代至六十年代,Dr. Stanford Ovshinsky开始研究无定形物质的性质。无定形物质是一类没有表现出确定、有序的结晶结构的物质。1968年,他发现某些玻璃在变相时存在可逆的电阻系数变化。1969年,他又发现激光在光学存储介质中的反射率会发生响应的变化。1970年,他与他的妻子Dr. Iris Ovshinsky共同建立的能量转换装置(ECD)公司,发布了他们与Intel的Gordon Moore合作的结果。1970年9月28日在Electronics发布的这一篇文章描述了世界上第一个256位半导体相变存储器。
近30年后,能量转换装置(ECD)公司与Micron Technology前副主席Tyler Lowery建立了新的子公司Ovonyx。在2000年2月,Intel与Ovonyx发表了合作与许可协议,此份协议是现代PCM研究与发展的开端。2000年12月,STMicroelectronics(ST)也与Ovonyx开始合作。至2003年,以上三家公司将力量集中,避免重复进行基础的、竞争的研究与发展,避免重复进行延伸领域的研究,以加快此项技术的进展。2005年,ST与Intel发表了它们建立新的闪存公司的意图,新公司名为Numonyx。
在1970年第一份产品问世以后的几年中,半导体制作工艺有了很大的进展,这促进了半导体相变存储器的发展。同时期,相变材料也愈加完善以满足在可重复写入的CD与DVD中的大量使用。Intel开发的相变存储器使用了硫属化物(Chalcogenides),这类材料包含元素周期表中的氧/硫族元素。Numonyx的相变存储器使用一种含锗、锑、碲的合成材料(Ge2Sb2Te5),多被称为GST。现今大多数公司在研究和发展相变存储器时都都使用GST或近似的相关合成材料。今天,大部分DVD-RAM都是使用与Numonyx相变存储器使用的相同的材料。
相变存储器工作原理
相变硫属化物在由无定形相转向结晶相时会表现出可逆的相变现象。在无定形相,材料是高度无序的状态,不存在结晶体的网格结构。在此种状态下,材料具有高阻抗和高反射率。相反地,在结晶相,材料具有规律的晶体结构,具有低阻抗和低反射率。相变存储器属性
一位可变
如同RAM或EEPROM,PCM可变的最小单元是一位。闪存技术在改变储存的信息时要求有一步单独的擦除步骤。而在一位可变的存储器中存储的信息在改变时无需单独的擦除步骤,可直接由1变为0或由0变为1。
非易失性
相变存储器如NOR闪存与NAND闪存一样是非易失性的存储器。RAM需要稳定的供电来维持信号,如电池支持。DRAM也有称为软错误的缺点,由微粒或外界辐射导致的随机位损坏。早期Intel进行的兆比特PCM存储阵列能够保存大量数据,该实验结果表明PCM具有良好的非易失性。
读取速度
如同RAM和NOR闪存,PCM技术具有随机存储速度快的特点。这使得存储器中的代码可以直接执行,无需中间拷贝到RAM。PCM读取反应时间与最小单元一比特的NOR闪存相当,而它的的带宽可以媲美DRAM。相对的,NAND闪存因随机存储时间长达几十微秒,无法完成代码的直接执行。
写入/擦除速度
PCM能够达到如同NAND的写入速度,但是PCM的反应时间更短,且无需单独的擦除步骤。NOR闪存具有稳定的写入速度,但是擦除时间较长。PCM同RAM一样无需单独擦除步骤,但是写入速度(带宽和反应时间)不及RAM。随着PCM技术的不断发展,存储单元缩减,PCM将不断被完善。