本文对现在几种比较有竞争力和开展潜力的新式非易失性存储器做了一个简略的介绍。
铁电存储器(FeRAM)
铁电存储器是一种在断电时不会丢掉内容的非易失存储器，具有高速、高密度、低功耗和抗辐射等长处。 当时使用于存储器的铁电材料首要有钙钛矿结构系列，包含PbZr1-xTixO3，SrBi2Ti2O9和Bi4-xLaxTi3O12等。铁电存储器的存储原理是依据铁电材料的高介电常数和铁电极化特性，按作业形式能够分为破坏性读出(DRO)和非破坏性读出(NDRO)。DRO形式是运用铁电薄膜的电容效应，以铁电薄膜电容代替惯例的存储电荷的电容，运用铁电薄膜的极化回转来完成数据的写入与读取。
铁电随机存取存储器(FeRAM)便是依据DRO作业形式。这种破坏性的读出后需从头写入数据，所以FeRAM在信息读取进程中伴跟着很多的擦除/重写的操作。跟着不断地极化回转，此类FeRAM会发生疲惫失效等牢靠性问题。现在，市场上的铁电存储器全部都是选用这种作业形式。NDRO形式存储器以铁电薄膜来代替MOSFET中的栅极二氧化硅层，经过栅极极化状况(±Pr)完成对来自源—漏电流的调制，使它显着增大或减小，依据源—漏电流的相对巨细即可读出所存储的信息，而无需使栅极的极化状况回转，因而它的读出方法对错破坏性的。依据NDRO作业形式的铁电场效应晶体管(FFET)是一种比较抱负的存储方法。但迄今为止，这种铁电存储器尚处于实验室研讨阶段，还不能到达有用程度。
Ramtron公司是最早成功制作出FeRAM的厂商。该公司刚推出高集成度的FM31系列器材，这些产品集成最新的FeRAM存储器，能够用于轿车电子、消费电子、通讯、工业操控、外表和计算机等范畴。Toshiba公司与Infineon公司2003年合作开宣布存储容量到达32Mb的FeRAM，该FeRAM选用单管单电容(1T1C)的单元结构和0.2mm工艺制作，存取时间为50ns，循环周期为75ns，作业电压为3.0V或2.5V。
Matsushita公司也在2003年7月宣告推出国际上榜首款选用0.18mm工艺大批量制作的FeRAM嵌入式体系芯片(SOC)。该公司新开发的这种产品整合了多种新颖的技能，包含选用了共同的无氢损单元和堆叠结构，将存储单元的尺度减为本来的非常之一;选用了厚度小于10nm(SrBi2Ti2O9)的超微铁电电容，然后大幅减小了裸片的尺度，具有低功耗，作业电压仅为1.1V。2003年头，Symetrix公司向Oki公司授权运用NDRO FeRAM技能，后者选用0.25mm工艺出产NDRO FeRAM。NDRO FeRAM是依据Symetrix称为Trinion单元的新式技能，可是该公司没有宣布详细的细节。
FeRAM已成为存储器宗族中最有开展潜力的新成员之一。可是，FeRAM的批评者指出，当到达某个数量的读周期之后FeRAM单元将失掉耐久性，并且由阵列尺度约束带来的FeRAM成品率问题以及进一步进步存储密度和牢靠性等问题依然亟待解决。
磁性随机存储器(MRAM)
从原理上讲，MRAM的规划对错常诱人的，它经过操控铁磁体中的电子旋转方历来到达改动读取电流巨细的意图，然后使其具有二进制数据存储才能。理论上来说，铁磁体是永久不会失效的，因而它的写入次数也是无限的。在MRAM开展初期所运用的磁阻元件是被称为巨磁阻(GMR)的结构，此结构由上下两层磁性材料，中心夹着一层非磁性材料的金属层所组成。因为GMR元件需较大电流成为无法打破的难点，因而无法到达高密度存储器的要求。与GMR不同的另一种结构是磁性地道结 (MTJ)，如图1所示。MTJ与GMR元件的最大差异是离隔两层磁性材料的是绝缘层而非金属层。MTJ元件是由磁场调制上下两层磁性层的磁化方向成为平行或反平行来树立两个安稳状况，在反平行状况时经过此元件的电子会遭到比较大的搅扰，因而反映出较高的阻值;而在平行状况时电子遭到的搅扰较小得到相对低的阻值。MTJ元件经过内部金属导线所发生的磁场强度来改动不同的阻值状况，并以此记载“0”与“1”的信号。
图1 MTJ元件结构示意图
MRAM当时面对的首要技能应战便是磁致电阻过分弱小，两个状况之间的电阻只要30%~40%的差异，读写进程要识别出这种差异的话，还有必定的难度。不过，NVE公司于2003年11月宣告，其工程师研制成功迄今为止最高的自旋穿隧结磁阻(SDT)。该公司选用共同材料，室温下在两个安稳状况之间使穿隧磁阻改动超越70%。NVE已向包含Motorola公司在内的几家努力商用化MRAM的公司授权运用其MRAM知识产权。
IBM、Motorola和Infineon等公司的MRAM样品已纷繁出炉，估计2004-2005年MRAM的商用产品将连续面市。2002年6月Motorola公司演示了榜首片1Mb的MRAM芯片，据悉2003年10月该公司向其他公司推出了选用0.18mm工艺的4Mb MRAM样片。Toshiba和NEC公司的联合研讨小组方案选用0.25mm磁性地道结与0.18mm工艺相结合的方法，期望在2005年完成256Mb MRAM的量产。Infineon和IBM公司也在2003年6月联合宣告，他们开宣布的高速128Kb MRAM选用0.18mm工艺制作，为现在业界工艺尺度最小的MRAM产品，有望从2005年开端逐渐代替现有的存储器，并获得广泛使用。
相变存储器(OUM)
奥弗辛斯基(Stanford Ovshinsky)在1968年宣布了榜首篇关于非晶体相变的论文，创立了非晶体半导体学。一年今后，他初次描绘了依据相变理论的存储器：材料由非晶体状况变成晶体，再变回非晶体的进程中，其非晶体和晶体状况呈现不同的反光特性和电阻特性，因而能够运用非晶态和晶态别离代表“0”和“1”来存储数据。后来，人们将这一学说称为奥弗辛斯基电子效应。相变存储器是依据奥弗辛斯基效应的元件，因而被命名为奥弗辛斯基电效应一致存储器(OUM)，如图2所示。从理论上来说，OUM的长处在于产品体积较小、本钱低、可直接写入(即在写入材料时不需求将原有材料抹除)和制作简略，只需在现有的CMOS工艺上添加2~4次掩膜工序就能制作出来。
图2 OUM存储单元结构示意图
OUM是国际头号半导体芯片厂商Intel公司推重的下一代非易失性、大容量存储技能。Intel和该项技能的创造厂商Ovonyx 公司一同，正在进行技能完善和可制作性方面的研制作业。Intel公司在2001年7月就发布了0.18mm工艺的4Mb OUM测验芯片，该技能经过在一种硫化物上生成凹凸两种不同的阻抗来存储数据。2003年VLSI会议上，Samsung公司也报导研制成功以Ge2Sb2Te5(GST)为存储介质，选用0.25mm工艺制备的小容量OUM，作业电压在1.1V，进行了1.8×109 读写循环，在1.58×109循环后没有呈现疲惫现象。
不过OUM的读写速度和次数不如FeRAM和MRAM，一起怎么安稳保持其驱动温度也是一个技能难题。2003年7月，Intel担任非易失性存储器等技能开发的S.K.Lai还指出OUM的另一个问题：OUM的存储单元虽小，但需求的外围电路面积较大，因而芯片面积反而是OUM的一个头疼问题。一起从现在来看，OUM的出产本钱比Intel料想的要高得多，也成为阻止其开展的瓶颈之一。
结 语
FeRAM、MRAM和OUM这三种存储器与传统的半导体存储器比较有许多杰出的长处，其使用远景非常诱人。近年来，人们对它们的研讨己获得了可喜的开展，尤其是FeRAM己完成了开始的商业使用。但它们要在实践使用上获得进一步重大打破，还有很多的研讨作业要做。一起存储技能的开展是没有止境的，可是寻求更高密度、更大带宽、更低功耗、更短延迟时间、更低本钱和更高牢靠性的方针永久不会改动。
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