ナノスケール不揮発性メモリによるビッグデータストレージシステムの開発

• Project/Area Number: 25820147
• Research Category: Grant-in-Aid for Young Scientists (B)
• Allocation Type: Multi-year Fund
• Research Field: Electron device/Electronic equipment
• Research Institution: Chuo University
• Principal Investigator: 上口 光 中央大学, 公私立大学の部局等, 助教 (30536925)
• Project Period (FY): 2013-04-01 – 2014-03-31
• Project Status: Discontinued (Fiscal Year 2013)
• Budget Amount: ¥4,420,000 (Direct Cost: ¥3,400,000、Indirect Cost: ¥1,020,000); Fiscal Year 2015: ¥650,000 (Direct Cost: ¥500,000、Indirect Cost: ¥150,000); Fiscal Year 2014: ¥780,000 (Direct Cost: ¥600,000、Indirect Cost: ¥180,000); Fiscal Year 2013: ¥2,990,000 (Direct Cost: ¥2,300,000、Indirect Cost: ¥690,000)
• Keywords: ストレージ / 不揮発性メモリ / 超格子構造 / メモリ回路

Research Abstract

NAND型フラッシュメモリを超える、次世代のナノスケール抵抗変化メモリの研究開発を行った。本研究課題では、次世代ナノスケール抵抗変化メモリである、超格子構造の相変化メモリデバイスに着目して研究を遂行した。
まず、メモリの動作メカニズム解明のために、超格子構造相変化メモリデバイスの測定を行い、スイッチングで消費するエネルギー、動作速度などを評価し、従来比で1/10の消費電流、数10nsオーダーのスイッチング速度を示した。また、デバイスの構造変化時に流れる電流波形を観測することにより、超格子相変化メモリデバイスの構造変化がどのようにして発現するのか、ということを詳細に調査した。
更なるメモリ密度向上に向けて、多値動作に関する検討も行った。測定により、多値動作は可能であり、また、二段階パルスを与えることにより、より高精度な抵抗値制御が可能であることを示した。これらの成果をまとめて、国際会議、論文誌などで発表した。
また、次世代ナノスケール抵抗変化メモリに適した周辺回路開発も併せて行った。提案した書込み、読出し回路を用いることにより、供給電圧や温度変化に対してロバストな不揮発メモリが実現できることを示した。これらの成果も、主要国際会議や雑誌論文誌などで発表した。
本年度の研究成果により、本研究の最終目標である、従来デバイス比で2桁以上の性能向上、消費エネルギー1/100、10倍以上の寿命を実現する、ナノスケール抵抗変化メモリのフィージビリティを示し、量子、結晶工学、計算機・ネットワークアーキテクチャの学問分野の発展に寄与した。

Research Products

• [Journal Article] A temperature tracking read reference current and write voltage generator for multi-level phase change memories (2014)
  • Author(s): K. Johguchi, T. Egami, K. Miyaji and K. Takeuchi
  • Journal Title: IEICE Transactions on Electronics Volume: E97-C, No. 4 Pages: 342-350
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] NAND phase change memory with block-erase architecture and pass-transistor design requirements for write and disturbance (2014)
  • Author(s): K. Johguchi, K. Yoshioka and K. Takeuchi
  • Journal Title: IEICE Transactions on Electronics Volume: E97-C, No. 4 Pages: 351-359
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Investigation of multi-level-cell and SET operations on super-lattice phase change memories (2014)
  • Author(s): T. Egami, K. Johguchi, S. Yamazaki and K. Takeuchi
  • Journal Title: Japanese Journal of Applied Physics (JJAP) Volume: 53 Issue: 4S Pages: 04ED02-04ED02
  • DOI: 10.7567/jjap.53.04ed02
  • Peer Reviewed
• [Presentation] 半導体不揮発メモリを用いた次世代SSDの研究開発 (2014)
  • Author(s): 上口 光
  • Organizer: 電子情報通信学会 集積回路研究会
  • Place of Presentation: 京都大学、京都市
  • Invited
• [Presentation] Investigation of multi-level-cell operation with 2-step SET pulse and SET operation on super-lattice phase change memories (2013)
  • Author(s): T. Egami, K. Johguchi, S. Yamazaki and K. Takeuchi
  • Organizer: International Conference on Solid State Devices and Materials
  • Place of Presentation: Fukuoka, Japan
• [Presentation] Write voltage and read reference current generator for MLC-PCM considering with temperature characteristics (2013)
  • Author(s): K. Johguchi, T. Egami, K. Miyaji and K. Takeuchi
  • Organizer: Phase Change Oriented Science (PCOS)
  • Place of Presentation: Sendai, Japan
• [Presentation] Low-power super-lattice phase-change memory without melting and write-pulse down slope (2013)
  • Author(s): K. Johguchi, K. Yoshioka and K. Takeuchi
  • Organizer: Phase Change Oriented Science (PCOS)
  • Place of Presentation: Sendai, Japan