เทคโนโลยีมาแรงในอนาคต: หน่วยความจำเปลี่ยนเฟส (Phase Change Memory)

เทคโนโลยีมาแรงในอนาคต: หน่วยความจำเปลี่ยนเฟส (Phase Change Memory)

ผศ.ดร.จีรนุช เสงี่ยมศักดิ์

ในสังคมโลกยุคปัจจุบันเทคโนโลยีการสื่อสารข้อมูล(Communication technology) นับว่ามีบทบาทและความสำคัญในการอำนวยความสะดวก และตอบสนองความต้องการของมนุษย์ในชีวิตประจำวันเป็นอย่างมาก จึงทำให้มีความพยายามเป็นอย่างมากในการพัฒนาเทคโนโลยีการสื่อสารข้อมูลดังกล่าวให้มีประสิทธิภาพเพิ่มมากขึ้น และเมื่อเทคโนโลยีการสื่อสารข้อมูลมีความเจริญมากขึ้นเพียงใด เทคโนโลยีที่ต้องมีการพัฒนาควบคู่ไปด้วยนั้นก็คือ เทคโนโลยีทางด้านการบันทึกข้อมูล (Data storage technology)

เทคโนโลยีการบันทึกข้อมูลที่เป็นที่นิยมใช้ในการเก็บข้อมูลในระบบคอมพิวเตอร์ในปัจจุบันนั้นก็คือ เทคโนโลยีฮาร์ดดิสก์ไดร์ฟ (Hard Disk Drive,HDD) ซึ่งการพัฒนาเทคโนโลยีการบันทึกข้อมูลในปัจจุบันจะมุ่งเน้นความสำคัญมากในเรื่องการเพิ่มความจุของข้อมูล, การลดขนาดของอุปกรณ์,การเพิ่มความน่าเชื่อถือในการบันทึกข้อมูล, การอ่านและบันทึกข้อมูลที่เร็ว และใช้พลังงานน้อย เทคโนโลยีฮาร์ดดิสก์ไดร์ฟก็มุ่งเน้นการพัฒนาในเรื่องดังกล่าวด้วยเช่นกัน แต่ยิ่งเทคโนโลยีฮาร์สดิสก์ไดร์ฟมีการพัฒนาเพื่อเพิ่มความจุในการบันทึกข้อมูลและพร้อมทั้งลดขนาดของอุปกรณ์ในการบันทึกข้อมูลให้มากขึ้นเท่าใดปัญหาในเรื่องของอุปกรณ์เชิงกลก็เป็นปัญหาตามมาในเรื่องของความร้อนของมอเตอร์ที่ใช้ในเคลื่อนที่ของอุปกรณ์ที่ใช้ในการบันทึกและอ่านข้อมูล ซึ่งแนวทางการแก้ไขปัญหาก็คือการระบายความร้อนออกให้เร็วที่สุด ดังนั้นฮาร์ดดิสก์ไดร์ฟจึงจำเป็นต้องมีอุปกรณ์ที่ช่วยในการการระบายความร้อนที่มีประสิทธิภาพมากขึ้นประกอบกับต้องมีขนาดที่เล็กลงให้มากที่สุด แต่อย่างไรก็ตามอุปกรณ์เชิงกลดังกล่าวก็ไม่สามารถที่จะพัฒนาเพื่อตอบสนองความต้องการดังกล่าวได้ ดังนั้นอุปกรณ์เชิงกลจึงเป็นปัจจัยหลักที่เป็นอุปสรรคในการพัฒนาเทคโนโลยีฮาร์ดดิสก์ไดร์ฟให้มีขนาดของอุปกรณ์ที่เล็กลงได้อีกในอนาคต ด้วยเหตุนี้จึงมีการศึกษาและพัฒนาเพื่อค้นหาอุปกรณ์การบันทึกข้อมูลตัวใหม่ที่ดีกว่าและเหมาะสมกว่าเทคโนโลยีฮาร์ดดิสก์ไดร์ฟ ซึ่งอุปกรณ์ดังกล่าวนั้นก็คือ โซลิดสเตทไดร์ฟ (Solid State Drive,SSD)

โซลิดสเตทไดร์ฟ (Solid State Drive,SSD) เป็นเทคโนโลยีการบันทึกข้อมูลชนิดหนึ่งที่ได้รับการคาดหวังว่าจะเป็นเทคโนโลยีการบันทึกข้อมูลในอนาคตที่จะสามารถมาแทนที่เทคโนโลยีฮาร์ดดิสก์ไดร์ฟได้ โดยมีข้อได้เปรียบหลักที่ดีกว่าเทคโนโลยีฮาร์ดดิสก์ไดร์ฟ ดังนี้

รูปที่ 1. ตัวอย่างของ HDD และ SSD[5]

ข้อดีของโซลิดสเตทไดร์ฟ

- การเข้าถึงข้อมูลเร็วกว่าฮาร์ดดิสก์ เพราะโซลิดสเตทไดร์ฟเป็นชิปเก็บข้อมูล ซึ่งการเข้าถึงข้อมูลอาศัยหลักการทางไฟฟ้า ซึ่งไม่มีส่วนของการเคลื่อนที่เชิงกลที่ต้องเสียเวลาระยะหนึ่งในการเริ่มการทำงานของมอเตอร์เพื่อหมุนหาข้อมูล

- พลังงานที่ใช้ในการทำงานน้อยกว่าฮาร์ดดิสก์

- ไม่มีเสียงของอุปกรณ์เชิงกล(มอเตอร์)ในขณะทำงาน

- ขนาดเล็ก และน้ำหนักเบากว่าฮาร์ดดิสก์

ข้อเสียของโซลิดสเตทไดร์ฟ

- ราคาต่อบิตยังสูงกว่าฮาร์ดดิสก์

- ความจุยังมีการพัฒนายังไม่เท่าฮาร์ดดิสก์

- มีความอ่อนไหวต่อเรื่องการคายประจุไฟฟ้าสถิต (Electrostatic discharge,ESD)

อย่างไรก็ตามในปัจจุบันนี้ฮาร์ดดิสก์ไดร์ฟก็ยังพัฒนายังไม่ถึงจุดสิ้นสุดพร้อมทั้งยังได้มีการนำเทคโนโลยีโซลิดสเตทไดร์ฟมาประยุกต์ร่วมกับเทคโนโลยีฮาร์ดดิสก์ไดร์ฟเพื่อเพิ่มประสิทธิภาพให้ดีขึ้น เทคโนโลยีดังกล่าวนี้มีชื่อว่า "ไฮบริดจ์เทคโนโลยี (Hybrid technology)" ปัจจุบันนี้อุตสาหกรรมทางด้านฮาร์ดดิสก์ไดร์ฟมีความสนใจและยอมลงทุนเพื่อที่พยายามพัฒนาเทคโนโลยีทางด้านโซลิดสเตทไดร์ฟเป็นอย่างมาก ซึ่งเห็นได้จากงานวิจัยเทคโนโลยีโซลิดสเตทไดร์ฟที่ได้รับเงินลงทุนและการร่วมมือจากภาคอุตสาหกรรมฮาร์ดดิสก์ไดร์ฟที่เผยแพร่ออกมามากมาย

บอกกล่าวเล่าความ เกี่ยวกับเทคโนโลยีด้านการบันทึกข้อมูล

ลองมาดูภาพรวมของโซลิดสเตทไดร์ฟ ซึ่งเป็นเทคโนโลยีที่หวังว่าจะสามารถมาแทนที่ฮาร์ดดิสก์ไดร์ฟได้ จากนั้นก็จะกล่าวถึงการพัฒนาของหน่วยความจำแบบเปลี่ยนเฟส ซึ่งมีคุณสมบัติที่โดดเด่นและมีความคาดหวังว่าอาจจะเป็นองค์ประกอบสำคัญที่ใช้ในการบันทึกข้อมูลของโซลิดสเตทไดร์ฟ และอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์อื่นๆได้ในอนาคต

โซลิดสสเตทไดร์ฟ (Solid State Drive,SSD)

โซลิดสเตทไดร์ฟ (Solid State Drive,SSD) เป็นอุปกรณ์การบันทึกข้อมูลชนิดหนึ่งที่อาศัยคุณลักษณะทางกายภาพเฉพาะตัวของวัสดุในการเก็บรักษาข้อมูล โดยคุณลักษณะทางกายภาพเฉพาะตัวของวัสดุนั้นอาจจะเป็นคุณลักษณะทางด้านโครงสร้าง (Structural), ด้านอุณหพลศาสตร์ (Thermodynamic), หรือด้านแม่เหล็กไฟฟ้า (Electromagnetic) และอื่นๆ เป็นต้น

โซลิดสเตทไดร์ฟอาจจะแบ่งออกได้เป็น 2 ประเภทตามลักษณะเทคโนโลยีที่ใช้ในการเก็บบันทึกข้อมูลคือ โซลิดสเตทไดร์ฟโดยอาศัยพื้นฐานของหน่วยความจำแบบลบเลือน (Volatile memory) และโซลิดสเตทไดร์ฟโดยอาศัยพื้นฐานของหน่วยความจำแบบไม่ลบเลือน (Non- volatile memory)

1. โซลิดสเตทไดร์ฟโดยอาศัยพื้นฐานของหน่วยความจำแบบลบเลือน

โซลิดสเตทไดร์ฟชนิดนี้โดยส่วนมากจะใช้ในการสำรองข้อมูลจากหน่วยความจำหลัก(Random access memory,RAM) ของระบบคอมพิวเตอร์ที่ใหญ่ๆ หรือระบบคอมพิวเตอร์ที่มีข้อมูลที่มีความสำคัญมากๆ โดยมีส่วนประกอบหลักที่สำคัญ 2 ส่วน ดังนี้

- ส่วนแคช (Cache): ส่วนนี้เป็นส่วนที่ใช้ในการบันทึกข้อมูลโดยอาศัยหน่วยความจำแบบลบเลือนซึ่งอาจจะเป็น หน่วยความจำแบบไดนามิกส์ (Dynamic random access memory, DRAM) หรือ หน่วยความจำแบบสแตติก (Static random access memory, SRAM) เป็นต้น

- ส่วนเก็บพลังงาน (Energy storage): ส่วนนี้เป็นส่วนที่ใช้ในการจ่ายพลังงานแก่ส่วนแคชเพื่อใช้ในการเก็บข้อมูลหรือในกรณีที่พลังงานในการเก็บข้อมูลมีค่าลดต่ำลง(ในกรณีที่ใช้ DRAM)

2. โซลิดสเตทไดร์ฟโดยอาศัยพื้นฐานของหน่วยความจำแบบไม่ลบเลือน

โซลิดสเตทไดร์ฟชนิดนี้มีส่วนประกอบหลักที่สำคัญ 2 ส่วน ดังนี้

- ส่วนชิปหน่วยความจำ(Storage chip): ส่วนนี้เป็นส่วนที่ทำหน้าที่ให้เก็บบันทึกข้อมูลโดยใช้หน่วยความจำแบบไม่ลบเลือน ซึ่งปัจจุบันนิยมใช้หน่วยความจำแบบแบบแฟลชชนิดแนนด์ (NAND Flash memory)

- ส่วนชิปคอนโทรลเลอร์ (Controller chip): ส่วนนี้เป็นส่วนที่ใช้ในการควบคุมการโอนถ่ายข้อมูล และความคุมการทำงานทั้งหมดของโซลิดสเตทไดร์ฟ

โซลิดสเตทไดร์ฟชนิดนี้มีความเหมาะสมและเริ่มเป็นที่นิยมอย่างแพร่หลายในการนำมาประยุกต์ใช้กับอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์แบบพกพา และคอมพิวเตอร์ในส่วนการบันทึกข้อมูลในลำดับขั้นที่สอง(Secondary storage) ด้วยเหตุที่ว่าโซลิดสเตทไดร์ฟชนิดนี้ใช้การเก็บบันทึกข้อมูลโดยใช้หน่วยความจำแบบไม่ลบเลือน, มีขนาดเล็ก, เบา, และประกอบกับไม่ต้องอาศัยอุปกรณ์เชิงกลเพื่อมาช่วยในการเก็บบันทึกข้อมูล

ในระบบคอมพิวเตอร์ปัจจุบันนี้อุปกรณ์ที่นิยมใช้เป็นส่วนการบันทึกข้อมูลในลำดับขั้นที่สองก็คือ ฮาร์ดดิสก์ไดร์ฟ ซึ่งปัจจุบันมีกลุ่มนักวิจัย และภาคอุตสาหกรรมที่เกี่ยวข้องมีการพัฒนากันอย่างมากเพื่อเพิ่มประสิทธิภาพทางด้านการเพิ่มความจุในการบันทึกข้อมูล พร้อมทั้งมุ่งเน้นเพื่อลดขนาดของอุปกรณ์ให้เล็กลงแต่ก็ต้องประสบกับปัญหาหลักที่สำคัญในเรื่องของอุปกรณ์เชิงกล ซึ่งเป็นอุปสรรค์หลักที่มีผลต่อการพัฒนาเทคโนโลยีฮาร์ดดิสก์ไดร์ฟจนอาจถึงขั้นสิ้นสุดการพัฒนาลงได้ในอนาคตข้างหน้า และเทคโนโลยีโซลิดสเตทไดร์ฟซึ่งเป็นเทคโนโลยีที่มีข้อได้เปรียบและเหมาะสมกว่าเทคโนโลยีฮาร์ดดิสก์ไดร์ฟในหลายๆด้าน ดังนั้นเทคโนโลยีในอนาคตที่น่าจะมีแนวโน้มจะสามารถมาแทนที่เทคโนโลยีฮาร์ดดิสก์ไดร์ฟได้ก็อาจจะเป็นโซลิดสเตทไดร์ฟ

ผลการเปรียบเทียบข้อดีและข้อเสียระหว่างโซลิดสเตทไดร์ฟกับฮาร์ดดิสก์ไดร์ฟ

ข้อดีของโซลิดสเตทไดร์ฟ

1. สามารถเข้าถึงข้อมูลได้เร็วกว่าฮาร์ดดิสก์ไดร์ฟเพราะไม่ใช้ส่วนอุปกรณ์เชิงกลเพื่อช่วยในการเข้าถึงข้อมูล จึงไม่เสียเวลาในการทำให้อุปกรณ์เชิงกลในส่วนของการเริ่มต้นดำเนินการ

2. อ่านและบันทึกข้อมูลได้เร็วกว่าฮาร์ดดิสก์ไดร์ฟ เพราะสามารถเข้าถึงข้อมูลได้เร็วกว่า

3. สามารถดำเนินงานได้อย่างมีประสิทธิภาพที่ระดับอุณหภูมิที่สูงกว่าฮาร์ดดิสก์ไดร์ฟ โดยฮาร์ดดิสก์ไดร์ฟจะดำเนินงานได้อย่างมีประสิทธิภาพในช่วงอุณหภูมิประมาณ 5-55 ⁰C แต่โซลิดสเตทไดร์ฟสามารถดำเนินงานได้อย่างประสิทธิภาพได้สูงถึงระดับอุณหภูมิประมาณ 70 ⁰C

4. ไม่มีเสียงดังรบกวนของอุปกรณ์เชิงกลในขณะดำเนินการ

5. มีขนาดที่เล็ก และน้ำหนักที่เบากว่าฮาร์ดดิสก์ไดร์ฟ เมื่อพิจารณาที่ความจุของข้อมูลเท่ากัน เพราะส่วนประกอบหลักของโซลิดสเตทไดร์ฟเป็นชิปเก็บข้อมูล

6. สามารถทนต่อแรงสั่นสะเทือน และมีความน่าเชื่อถือในการเก็บรักษาข้อมูลที่สูงกว่าฮาร์ดดิสก์ไดร์ฟ เพราะใช้ชิปในการเก็บข้อมูล ส่วนฮาร์ดดิสก์ไดร์ฟใช้จานแม่เหล็กในการเก็บข้อมูลที่มีความอ่อนไหวต่อแรงกระทบกระเทือน

7. ใช้พลังงานในการดำเนินการที่ต่ำกว่าฮาร์ดดิสก์ไดร์ฟ

8. กระบวนการผลิตโซลิดสเตทไดร์ฟใช้พื้นฐานของกระบวนสร้างมอสเฟส(MOSFET) ซึ่งมีแนวโน้มที่สามารถพัฒนาให้มีขนาดที่เล็กลงและมีความจุที่เพิ่มขึ้นได้ต่อไปในอนาคตเมื่อเทียบกับฮาร์ดดิสก์ไดร์ฟเพราะปัญหาทางด้านอุปกรณ์เชิงกลของฮาร์ดดิสก์ไดร์ฟ

ข้อเสียของโซลิดสเตไดร์ฟ

1. ราคาของโซลิดสเตทไดร์ฟต่อจิกะไบท์ยังมีราคาแพงกว่าฮาร์ดดิสก์ไดร์ฟมาก เช่นในต้นปี 2010 ราคาของโซลิดสเตทต่อจิกะไบท์มีราคาเท่ากับ US$2 ส่วนฮาร์ดดิสก์ไดร์ฟมีราคาเพียง US$0.1 (สำหรับขนาด 3.5 นิ้ว)

2. ขนาดความจุข้อมูลสูงสุดของโซลิดสเตทไดร์ฟในปัจจุบันก็ยังไม่พัฒนาเท่ากับฮาร์ดดิสก์ไดร์ฟ

3. โซลิดสเตทไดร์ฟมีจำนวนรอบในการบันทึกข้อมูลได้น้อยเมื่อเทียบกับฮาร์ดดิสก์ไดร์ฟ ซึ่งโซลิดสเตทไดร์ฟที่มีการบันทึกข้อมูลแบบระดับเดียว (Single level cell) ต่อ1เซล สามารถบันทึกข้อมูลได้ประมาณ 100,000 ครั้ง และโซลิดสเตทไดร์ฟที่มีการบันทึกข้อมูลแบบหลายระดับ(Multiple level cell) ต่อ 1 เซล สามารถบันทึกข้อมูลได้ประมาณ 1,000 ครั้ง ส่วนฮาร์ดดิสก์ไดร์ฟสามารถบันทึกข้อมูลได้ถึง 1-5 ล้านครั้ง

จากข้อเปรียบเทียบระหว่างโซลิดสเตทไดร์ฟกับฮาร์ดดิสก์ไดร์ฟที่กล่าวไว้ข้างต้นจะพบว่าต่างก็มีข้อได้เปรียบและเสียเปรียบแตกต่างกัน ด้วยเหตุผลนี้จึงมีการนำเทคโนโลยีโซลิดสเตทไดร์ฟมาประยุกต์ร่วมกับเทคโนโลยีฮาร์ดดิสก์ไดร์ฟเพื่อเพิ่มประสิทธิภาพของฮาร์ดดิสก์ไดร์ฟให้ดีขึ้น ซึ่งเทคโนโลยีนี้มีชื่อเรียกว่า "ไฮบริดจ์เทคโนโลยี (Hybrid technology)"

รูปที่ 2. แสดงการเปรียบเทียบระหว่างโซลิดสเตทไดร์ฟกับฮาร์ดดิสก์ไดร์ฟที่ขนาด 2.5 นิ้วเท่ากัน (โซลิดสเตทไดร์ฟใช้เทคโนโลยีของหน่วยความจำแบบไม่ลบเลือนแบบแฟลชชนิดแนนด์)[6]

ไฮบริดจ์เทคโนโลยี (Hybrid technology) เป็นเทคโนโลยีที่มีการพัฒนาเพื่อเพิ่มความเร็วในการโอนถ่ายข้อมูลให้เร็วขึ้น โดยลักษณะการบันทึกข้อมูลก็ยังใช้จานแม่เหล็กของฮาร์ดดิสก์ไดร์ฟเป็นการบันทึกข้อมูลหลักเหมือนฮาร์ดดิสก์ไดร์ฟแบบเดิม แต่มีการพัฒนานำโซลิดสเตทไดร์ฟมาประยุกต์ใช้เป็นตัวพักข้อมูล (Buffer) ไว้ก่อนที่จะโอนถ่ายข้อมูล ซึ่งทำให้มอเตอร์ที่บังคับจานแม่เหล็กไม่ต้องหมุนด้วยความเร็วที่สูงมากขึ้นแต่สามารถโอนถ่ายข้อมูลได้เร็ว ทำให้ประสิทธิภาพในการดำเนินงานเพิ่มมากขึ้น

ในปัจจุบันโซลิดสเตทไดร์ฟนอกจากจะเป็นเทคโนโลยีการบันทึกข้อมูลที่ถูกคาดหวังว่าจะผลิตเป็นหน่วยความจำลำดับขั้นที่สองของระบบคอมพิวเตอร์แทนฮาร์ดดิสก์ไดร์ฟแล้ว พื้นฐานจากเทคโนโลยีดังกล่าวในส่วนของการบันทึกข้อมูล ยังสามารถนำมาประยุกต์ใช้ในการบันทึกข้อมูลของอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์แบบพกพาต่างๆมากมาย โดยสังเกตได้จากสินค้าหลายๆอย่างที่ได้รับความนิยม และมีแนวโน้มที่มีความต้องการต่อผู้บริโภคเพิ่มมากขึ้นในทุกๆปี เช่น เครื่องเล่น MP3, กล้องดิจิตอล, โทรศัพท์เคลื่อนที่ และคอมพิวเตอร์แบบพกพา (PDA) และอื่นๆ เป็นต้น ดังนั้นจึงเป็นเหตุผลทำให้ภาคอุตสาหกรรมฮาร์ดดิสก์ไดร์ฟ และภาคอุตสาหกรรมอิเล็กทรอนิกส์ต่างๆ ต่างให้ความสนใจและตื่นตัวในการเร่งพัฒนาเทคโนโลยีการบันทึกข้อมูลเป็นอย่างมาก

โดยในช่วงประมาณสี่ถึงห้าปีที่ผ่านมา เทคโนโลยีการบันทึกข้อมูลที่ภาคอุตสาหกรรมมีการแข่งขันและเร่งพัฒนาเพื่อนำไปสู่เป้าหมายทางเชิงการค้ากันอย่างมาก ก็คือ หน่วยความจำแบบแฟลช (Flash memory) โดยเป้าหมายของการแข่งขันกันในเชิงการค้าจะมุ่งเน้นการพัฒนาทางด้านการเพิ่มประสิทธิภาพในการบันทึกข้อมูล, การเพิ่มความจุในการเก็บข้อมูล, การลดราคาต้นทุน, และพร้อมทั้งลดขนาดของอุปกรณ์ให้เล็กลง จากแผนการสรุปภาพรวมของ ITRS[1] ได้สรุปว่าในปัจจุบันหน่วยความจำแบบแฟลช สามารถพัฒนาได้ขนาดเล็กที่สุดต่อ 1 หน่วยเซลมีขนาดประมาณ 5-10F² (F:minimum feature size) แล้วก็ตาม แต่อย่างไรก็ตามความต้องการในการพัฒนาดังกล่าวก็ยังมีต้องการการพัฒนาให้มีขนาดที่เล็กลงไปเรื่อยๆ ซึ่งถ้ามองแนวโน้มในการพัฒนาของหน่วยความจำแบบแฟลชต่อไปในอนาคต อาจจะต้องถึงจุดอิ่มตัวเพราะข้อจำกัดทางด้านโครงสร้างของการเก็บรักษาข้อมูลในชั้นของโฟลติ้งเกท (floating gate) ซึ่งมีผู้เกี่ยวข้องเห็นตรงกันว่าหน่วยความจำแบบแฟลชอีกไม่เกิน 5 ปี หลังจากบริษัท IM Flash Technology(IMFT) ได้ประกาศหน่วยความจำแบบแฟลชชนิดแนนด์ (NAND flash memory) ที่ใช้เทคโนโลยีการผลิต 25 nm เมื่อเดือนกุมภาพันธ์ ค.ศ. 2010 ที่ผ่านมา โดยได้ออกมายอมรับว่าการลดขนาดของเทคโนโลยีการผลิตลงไปกว่านี้อีกนั้นอาจทำได้ยาก เนื่องจากจะต้องประสบกับปัญหาเรื่องความผิดพลาดของข้อมูลจากการถูกรบกวนของสัญญาณ (bit error) และเสถียรภาพในการทำงาน [2]

รูปที่ 3. แสดงโครงสร้างของหน่วยความจำแบบแฟลช[4]

ฮาร์ดดิสก์ไดร์ฟที่เป็นอุปกรณ์การบันทึกข้อมูลที่นิยมกัน ในปัจจุบัน สามารถพัฒนาในด้านของความจุข้อมูลสามารถพัฒนาได้ถึงประมาณ 500 Gb/in²และจะสามารถพัฒนาต่อไปได้เพียงถึงระดับประมาณ 10 Tb/in² (ประมาณ ค.ศ. 2020) ต่อจากนั้นก็อาจจะไม่สามารถที่จะพัฒนาต่อไปได้ เนื่องจากปัญหาทางด้านอุปกรณ์เชิงกลที่ได้กล่าวไว้ในตอนต้น ส่วนทางด้านเทคโนโลยีหน่วยความจำแบบแฟลชคาดการณ์ว่า น่าจะหยุดการพัฒนาก่อนปีค.ศ. 2020[3] ซึ่งก็เป็นอุปสรรคอย่างมากต่อความก้าวหน้าทางด้านเทคโนโลยีทางด้านการสื่อสารข้อมูล ดังนั้นสิ่งที่จะมาแก้ปัญหาดังกล่าวได้นั้นคือต้องเร่งการพัฒนาเพื่อมองหาเทคโนโลยีทางด้านหน่วยความจำตัวใหม่ที่มีความเหมาะสมและมีประสิทธิภาพพอที่จะสามารถมาทดแทนเทคโนโลยีเดิมได้สำเร็จในอนาคต

โดยคุณลักษณะที่ต้องการของหน่วยความจำที่มีประสิทธิภาพโดยทั่วไปต้องการความจุที่สูง, การอ่านเขียนข้อมูลเร็ว, ใช้พลังงานในการดำเนินงานที่ต่ำ, เป็นหน่วยความจำแบบไม่ลบเลือน, การผลิตสามารถทำได้ง่ายโดยใช้พื้นฐานของกระบวนการผลิต CMOS, มีความเชื่อถือในการเก็บรักษาข้อมูล (reliability), ใช้ต้นทุนในการผลิตที่ต่ำ และอื่นๆ จากตารางที่ 1. เป็นการสรุปและเปรียบเทียบคุณลักษณะของเทคโนโลยีของหน่วยความจำชนิดต่างๆ ซึ่งจะพบว่า DRAM มีข้อได้เปรียบในด้านมีความจุข้อมูลที่สูง, อ่านเขียนข้อมูลเร็ว, และมีความน่าเชื่อถือในการบันทึกข้อมูล แต่มีข้อเสียทางด้านเป็นหน่วยความจำแบบลบเลือน ส่วนถ้าพิจารณาหน่วยความจำแบบแฟลช ถึงแม้จะเป็นหน่วยความจำแบบไม่ลบเลือน และมีประสิทธิภาพทางด้านความจุข้อมูลจะมีเกณฑ์เป็นที่น่าพอใจ แต่ก็มีข้อบกพร่องทางด้านความเร็วในการอ่านเขียนข้อมูลที่ช้า และมีความน่าเชื่อถือในการบันทึกข้อมูลที่ต่ำ

ปัจจุบันมีกลุ่มนักวิจัยและภาคอุตสาหกรรมที่เกี่ยวข้องมากมายได้พยายามคิดค้นเพื่อหาหน่วยความจำที่มีความเหมาะสมที่สุดที่จะเป็นหน่วยความจำแห่งอนาคตจำนวนมากมาย ซึ่งมีเทคโนโลยีที่น่าสนใจและมีความคาดหวังอาจจะเป็นหน่วยความจำแห่งอนาคตได้ ถ้าพิจารณาจากความสามารถในการสร้างได้จริงประกอบกับความสามารถในการนำมาใช้งานได้จริงในทางปฏิบัติจะมี 3 ชนิด คือ หน่วยความจำแบบเปลี่ยนเฟส (Phase change random access memory,PCRAM), หน่วยความจำแบบแมกเนโตรีซิลทีฟ(Magnetoresistive random access memory,MRAM) และหน่วยความจำแบบเฟอโรอิเล็กตริก(Ferroelectric random access memory,FeRAM)

ตารางที่ 1. แสดงการเปรียบเทียบประสิทธิภาพของเทคโนโลยีหน่วยความจำชนิดต่างๆ [3]

Device Type	HDD	DRAM	NAND Flash	FeRAM	MRAM	PCRAM
Matunity	Product	Product	Product	Product	Product	Product
Present Density	400Gb/in²	8Gb/chip	64 Gb/chip	128 Mb/chip	32 Mb/chip	512 Mb/chip
Cell Size (SLC)	(2/3)F²	6F²	4F²	6F²	20F²	5F²
Nonvolatile	Yes	No	Yes	Yes	Yes	Yes
MLC Capability	No	No	4 bit/cell	No	2 bit/cell	4 bit/cell
Program Energy/bit	N.A.	2 pJ	10 nJ	2 pJ	120 pJ	100 pJ
Access Time(W/R)	9.5/8.5 ms	10/10 ns	200/25 us	50/75 ns	12/12 ns	100/20 ns
CMOS Compatibility	Bad	Good	Yes, but high V	Yes, but high V	Yes	Good
Endurance/Retention	N.A.	10¹⁶/64 ms	10⁵/10yr	10¹⁵/10yr	10¹⁶/10yr	10⁵/10yr

เมื่อทำการเปรียบเที่ยวคุณลักษณะของหน่วยความจำทั้ง 3 ชนิดข้างต้น จากตารางที่ 1. ถึงแม้ว่า FeRAM และ MRAM จะมีประสิทธิภาพที่เหนือกว่า PCRAM ทางด้านความเร็วในการดำเนินการ, มีความน่าเชื่อถือในการบันทึกข้อมูลสูงกว่า และก็ยังเป็นหน่วยความจำแบบไม่ลบเลือน แต่ถ้ามองคุณลักษณะที่มีความเหมาะสมที่จะเป็นหน่วยความจำในด้านเชิงการค้า PCRAM มีความเหมาะสมมากกว่า เนื่องจากมีกระบวนการในการผลิตไม่ซับซ้อนสามารถผลิตได้กับเทคโนโลยีแบบซีมอส (CMOS), มีขนาดที่เล็กกว่า และที่สำคัญยังสามารถพัฒนาในลักษณะการบันทึกข้อมูลได้มากกว่า 1 ระดับได้ ดังนั้นจึงเป็นเหตุผลให้ PCRAM เป็นหน่วยความจำที่มีความน่าสนใจและถูกคาดหวังว่าจะเป็นหน่วยความจำแบบไม่ลบเลือนแห่งอนาคต

หน่วยความจำแบบเปลี่ยนเฟส (Phase change random accessmemory, PCRAM)

เราจะมาทำความรู้จักหน่วยความจำแบบเปลี่ยนเฟส หรืออาจเรียกชื่อต่างๆว่า OUM, PRAM, PCM และ PCRAM ขึ้นอยู่กับบริษัทหรือกลุ่มวิจัยจะนำมาเรียก (สำหรับในที่นี้ขอเรียกว่า PCRAM นะคะ) เทคโนโลยีดังกล่าวได้รับความสนใจอย่างมากในปัจจุบัน เพราะมีข้อดีเหนือกว่าเทคโนโลยีแบบแฟลช (Flash) หลายอย่างจากที่ได้กล่าวมาข้างต้น PCRAM เป็นเทคโนโลยีที่ทำงานโดยอาศัยคุณลักษณะเฉพาะตัวของวัสดุเปลี่ยนเฟสที่สามารถเปลี่ยนเฟสกลับไปกลับมาระหว่างเฟสของวัสดุที่มีความเป็นระเบียบกับความไม่เป็นระเบียบของโครงสร้างได้ ซึ่งวัสดุกลุ่มนี้มีชื่อว่า “สารในกลุ่มชาลโคจีไนด์ (Chalcogenide)”

1. วัสดุเปลี่ยนเฟส (Phase change material)

มีวัสดุจำนวนมากที่สามารถเปลี่ยนเฟสกลับไปกลับมาได้ระหว่างสถานะสองสถานะ ยกตัวอย่างเช่นวัสดุในกลุ่มของโลหะออกไซด์ต่างๆ ไม่ว่าจะเป็นนิกเกิล ออกไชด์ (Nickel oxide) [7], แทนทาลัม ออกไซด์ (Tantalum oxide) [8] หรือจะเป็นวัสดุในกลุ่มสารกึ่งตัวนำก็สามารถเปลี่ยนเฟสได้ อาทิเช่น amorphous silicon [9], metal-semiconductor-metal structure [10] เป็นต้น นอกจากวัสดุทั้ง 2 กลุ่มข้างต้นแล้ว ยังมีวัสดุอีกกลุ่มหนึ่งที่สามารถเปลี่ยนเฟสได้เช่นกันและกำลังได้รับความสนใจอยู่ในขณะนี้คือวัสดุในกลุ่มชาลโคจีไนด์ (Chalcogenide) [11, 12]

สารในกลุ่มชาลโคจีไนด์ถูกค้นพบและนำออกมาเผยแพร่เป็นครั้งในปี ค.ศ.1968 โดย S.R. Ovshinsky ชาลโคจีไนด์เป็นโลหะผสมที่เกิดจากการรวมกันของธาตุในหมู่ที่ 6 ของตารางธาตุแบบเพอริออดิก (periodic) ตั้งแต่ 1 ธาตุขึ้นไป ซึ่งมีคุณลักษณะพิเศษเฉพาะตัวที่สามารถเปลี่ยนเฟสกลับไปกลับมาระหว่างโครงสร้างของวัสดุที่มีความเป็นระเบียบกับความไม่เป็นระเบียบได้ วัสดุในกลุ่มชาลโคจีไนด์เป็นวัสดุที่ได้รับความนิยมในการนำไปใช้งานมากที่สุดโดยเฉพาะการนำไปสร้างเป็นอุปกรณ์เก็บข้อมูลสารสนเทศแบบแสง ซึ่งการเปลี่ยนเฟสของสารสามารถควบคุมได้จากขนาดและช่วงเวลาในการให้ความร้อนที่ได้จากเลเซอร์ ผลที่ได้จะทำให้ค่าการสะท้อนของแสงมีค่าแตกต่างกันไป ซึ่งสารในกลุ่มชาลโคจีไนด์นั้นสามารถแยกย่อยออกไปได้อีกหลายกลุ่ม ตามจำนวนของสารที่นำมาร่วมกันเป็นสารประกอบ เช่นสารประกอบที่เกิดจากการร่วมกันของธาตุ 2 ธาตุ, 3 ธาตุ หรือ 4 ธาตุ ดังแสดงในตารางที่ 2.

ตารางที่ 2. ตัวอย่างสารประกอบชาลโคจีไนด์ที่เกิดจากการรวมกันของธาตุในหมู่ที่ 6 (ชาลโคเจน)

Binary	Ternary	Quaternary
GaSb InSb InSe Sb₂Te₃ GeTe	Ge₂Sb₂Te₅ InSbTe GaSeTe SnSb₂Te₄ InSbGe	AgInSbTe (GeSn)SbTe GeSb(SeTe) Te₈₁Ge₁₅Sb₂S₂

2. หลักการทำงานของเซลล์เปลี่ยนเฟส

หลักการทำงานของเซลล์หน่วยความจำแบบเปลี่ยนเฟสจะอาศัยคุณสมบัติการเปลี่ยนเฟสระหว่างโครงสร้างที่แบบอสัณฐาน (Amorphous) ที่มีค่าความต้านทานสูงระดับเมกกะโอห์ม กับโครงสร้างแบบผลึก (Crystalline) ที่มีค่าความต้านทานต่ำระดับกิโลโอห์ม ของสารในกลุ่มชาลโคจีไนด์ ซึ่งการเปลี่ยนเฟสของสารนั้นจะอาศัยความร้อนที่ได้รับจากแสงเลเซอร์ในกรณีที่เป็นอุปกรณ์เก็บข้อมูลแบบแสง (Optical memory) หรือความร้อนที่ได้รับจากการใส่(bias)กระแสในกรณีที่เป็นอุปกรณ์เก็บข้อมูลแบบโซลิตสเตท ความร้อนที่ได้รับในปริมาณที่แตกต่างกันจะทำให้โครงสร้างของสารมีคุณสมบัติแตกต่างกันไป เช่นโครงสร้างที่เป็นแบบอสัณฐาน(amorphous) จะมีโครงสร้างที่ไร้ระเบียบมีค่าความต้านทานสูงและมีสัมประสิทธิ์การสะท้อนแสงที่ต่ำ ลักษณะโครงสร้างดังกล่าวสามารถกระทำให้เกิดขึ้นกับสารเปลี่ยนเฟสได้โดยการยิงแสงเลเซอร์หรือว่าใส่กระแสด้วยขนาดแอมพริจูดที่สูงภายในช่วงเวลาสั้นๆ ดังแสดงในรูปที่ 4. (ด้านบน) ซึ่งการที่ชั้นสารเปลี่ยนเฟสได้รับพลังงานความร้อนในปริมาณที่สูงมากกว่าจุดหลอมเหลว( T_m) ของสาร จะทำให้ชั้นสารเปลี่ยนเฟสเกิดการหลอมเหลว แต่เมื่อหยุดให้พลังงานแก่เซลล์เก็บข้อมูลจะทำให้สารเปลี่ยนเฟสเกิดการเย็นตัวอย่างฉับพลันจากสถานะที่เป็นของเหลวเปลี่ยนมาเป็นของแข็ง ซึ่งปรากฏการณ์ดังกล่าวนี้จะทำให้โครงสร้างภายในของสารเปลี่ยนเฟสมีการจัดเรียงตัวกันอย่างกระจัดกระจายไร้ระเบียบ ทั้งนี้เพราะเวลาที่จะใช้ในการจัดเรียงตัวของอะตอมภายในชั้นสารมีไม่เพียงพอ เพราะสารถูกทำให้เย็นตัวอย่างฉับพลัน ในทางตรงกันข้ามเมื่อเราให้พลังงานความร้อนแก้โครงสร้างของสารที่เป็นแบบอสัณฐาน ด้วยพลังงานความร้อนที่อยู่ในช่วงอุณหภูมิที่มากกว่าอุณหภูมิในการก่อตัวเป็นผลึก(T_c) แต่น้อยกว่าอุณหภูมิจุดหลอมเหลว(T_m) ในช่วงเวลาที่มากพอสำหรับการจัดเรียงตัวของอะตอมภายในชั้นสารเปลี่ยนเฟส สารก็จะเปลี่ยนจากโครงสร้างที่ไม่เป็นระเบียบมาเป็นโครงสร้างที่มีระเบียบได้อีกครั้งหนึ่งดังแสดงในรูปที่ 4. (ด้านล่าง) ซึ่งปรากฏการณ์ดังกล่าวสามารถกระทำให้เกิดขึ้นสลับกันไปมาได้โดยควบคุมผ่านขนาดและช่วงเวลาในการให้พลังงาน ดังแสดงไว้ในรูปที่ 4 โดยการบันทึกข้อมูล คือ การทำให้วัสดุชั้นสารเปลี่ยนเฟสเกิดเปลี่ยนเฟสจากโครางสร้างแบบผลึกเป็นโครงสร้างแบบอสัณฐานจะใช้เวลาประมาณ 50 - 100 ns ส่วนการลบข้อมูล คือ การทำให้วัสดุชั้นสารเปลี่ยนเฟสเกิดการเปลี่ยนเฟสจากโครางสร้างแบบอสัณฐานเป็นโครงสร้างแบบผลึกจะใช้เวลาประมาณ 100 - 500 ns [13]

รูปที่ 4. หลักการทำงานของ PCRAM

3. คุณสมบัติทางไฟฟ้าของหน่วยความจำแบบเปลี่ยนเฟสได้

คุณสมบัติทางไฟฟ้าของหน่วยความจำแบบเปลี่ยนเฟสสามารถแสดงได้ดังรูปที่ 5. ในขณะที่เซลล์มีโครงสร้างเป็นแบบผลึกอยู่นั้น เมื่อทำการใส่แรงดันให้เพิ่มขึ้นไปเรื่อยๆ ความสามารถในการนำกระแสจะมีค่าเพิ่มขึ้นตามไปด้วยในลักษณะของเชิงเส้น แต่ถ้าเซลล์มีโครงสร้างเป็นแบบอสัณฐาน ความสามารถในการนำกระแส จะมีลักษณะที่แตกต่างกัน โดยแบ่งออกเป็น 2 ช่วงคือ ช่วงปิด (off) และช่วงเปิด (on) โดยจะมีค่าแรงดันค่าหนึ่งเป็นตัวกำหนดช่วงของการทำงานซึ่งเรียกว่า “แรงดันขีดเริ่ม” (V_th) กล่าวคือ เมื่อทำการใส่แรงดันตกคร่อมเซลล์โดยเพิ่มค่าขึ้นไปเรื่อยๆ หากระดับแรงดันยังมีค่าน้อยกว่า V_th กระแสจะไหลผ่านเซลล์ได้น้อยมาก แต่เมื่อทำการไปใส่แรงดันให้มีค่าเพิ่มขึ้นโดยมีค่าตั้งแต่ V_th เป็นต้นไปเซลล์จะสามารถนำกระแสได้ดีขึ้นโดยเพิ่มขึ้นในลักษณะเชิงเส้นเหมือนดังเช่นโครงสร้างแบบผลึก ซึ่งลักษณะทางไฟฟ้าดังกล่าวนี้เราสามารถนำมาใช้ในการแยกแยะสถานะของสารได้ โดยทำการอ่านกระแสที่ไหลผ่านเซลล์นะระดับแรงดันที่ต่ำกว่าแรงดัน V_th (เพราะเป็นระดับที่สารซึ่งอยู่ในลักษณะโครงสร้างที่เป็นอสัณฐานยังไม่มีการเปลี่ยนเฟสกลับไปเป็นผลึก) ถ้าหากสารอยู่ในสถานะผลึกค่ากระแสที่อ่านได้จะมีค่าประมาณ 50-100 µA (ซึ่งในการอ่านแต่ละครั้งจะใช้เวลาประมาณ 50ns) แต่ในขณะที่สารอยู่ในสถานะอสัณฐานค่ากระแสที่อ่านได้จะมีค่าต่ำมาก หรืออาจจะประมาณว่าไม่มีกระแสไหลผ่านเซลล์เลยก็ได้ โดยความต้านทานที่อ่านได้ในสถานะอสัณฐานจะมีค่าประมาณ 1 ส่วนความต้านทานในสถานะผลึกจะมีค่าประมาณ 1

สำหรับรูปที่ 6. เป็นกราฟที่แสดงความสัมพันธ์ระหว่างกระแสกับความต้านทาน ซึ่งถ้าสังเกตจากกราฟจะพบว่าสามารถแบ่งออกได้เป็น 3 ช่วงตามแกน X คือช่วง 0-50µA, 50-500 µA และ 500-700 µA ซึ่งถ้าหากทำการใส่กระแสที่อยู่ในช่วง 0-50µA จะไม่สามารถทำให้สารมีการเปลี่ยนเฟสได้เพราะกระแสมีค่าต่ำมาก แต่ถ้าทำการไบแอสกระแสเพิ่มขึ้นมาอีกโดยให้อยู่ในช่วง 50-500 µA ความต้านทานของสารในสถานะอสัณฐานจะมีค่าลดลงไปเรื่อยๆ จนเข้าใกล้ความต้านทานในสถานะผลึกที่กระแส 500 µA และเมื่อทำการไบแอสกระแสเพิ่มขึ้นไปอีกจะพบว่าความต้านทานของสารทั้งสองสถานะมีค่าเพิ่มขึ้นไปเรื่อยๆ จนเข้าใกล้ความต้านทานในสถานะผลึกที่กระแส 700 µA ผลที่ได้จากตรงนี้ทำให้เราทราบว่าในการเปลี่ยนสถานะของสารเปลี่ยนเฟสนั้นสามารถควบคุมได้โดยใช้ระดับของกระแส ซึ่งไม่มีความจำเป็นที่จะต้องทำให้สารกลับไปเป็นสถานะเริ่มต้นก่อน (Erase) สามารถเขียนทับลงไปได้เลยซึ่งนี้ก็เป็นข้อเด่นของหน่วยความจำเปลี่ยนเฟสอีกข้อหนึ่ง

รูปที่ 5. ความสัมพันธ์ระหว่างกระแสกับแรงดันของหน่วยความจำเปลี่ยนเฟส[14]

รูปที่ 6. คุณลักษณะในการโปรแกรมหน่วยความจำเปลี่ยนเฟส[14]

4. สถาปัตยกรรมในส่วนอุปกรณ์บันทึกข้อมูลของหน่วยความจำแบบเปลี่ยนเฟส

รูปที่ 7. เป็นการแสดงสถาปัตยกรรมในส่วนอุปกรณ์บันทึกข้อมูลของ PCRAM โดยใน 1 เซล ของหน่วยความจำแบบเปลี่ยนเฟสจะประกอบด้วยตัวควบคุมการจ่ายพลังงาน 1 ตัวและตัวต้านทานเปลี่ยนค่าได้ ซึ่งตัวต้านทานเปลี่ยนค่าได้ก็คือ ชั้นสารวัสดุเปลี่ยนเฟสที่มีคุณลักษณะเฉพาะตัวในการเปลี่ยนเฟสกลับไปกลับมาได้ระหว่าสถานะผลึก (Crystalline State) ที่มีค่าความต้านทานทางไฟฟ้าต่ำ กับสถานะอสัณฐาน (Amorphous State) ที่มีค่าความต้านทางทางไฟฟ้าสูง โดยการเปลี่ยนเฟสของวัสดุเปลี่ยนเฟสจะขึ้นอยู่กับขนาดของพลังงานและช่วงเวลาในการให้พลังงานจากแหล่งจ่าย ซึ่งช่วงเวลาของพลังงานที่จะจ่ายให้กับเซลหน่วยความจำนั้นจะถูกควบคุมโดยตัวควบคุม ซึ่งอาจจะเป็นไบโพลาทรานซิสเตอร์(BJT), มอสทรานซิสเตอร์(MOSFET) หรือ ไดโอด(Diode) ซึ่งถ้าพิจารณาในเรื่องการพัฒนาทางด้านการเพิ่มความจุของหน่วยความจำ ตัวควบคุมนี้ก็เป็นตัวปัญหาหนึ่งต่อการพัฒนา ซึ่งเป็นเรื่องที่ยากที่จะทำให้มีขนาดที่เล็กลงเพื่อให้สามารถทนต่อกระแสไฟฟ้าที่ใช้ในการบันทึกข้อมูลของหน่วยความจำแบบเปลี่ยนเฟส ดังนั้นการลดกระแสในการบันทึกข้อมูลให้มีค่าต่ำลงจึงเป็นสิ่งที่สำคัญมาก

รูปที่ 7. สถาปัตยกรรมในส่วนอุปกรณ์บันทึกข้อมูลของหน่วยความจำแบบเปลี่ยนเฟส

5. ข้อจำกัดของหน่วยความจำแบบเปลี่ยนเฟส

จากที่ได้กล่าวไว้ก่อนหน้านี้ว่า PCRAM น่าจะเป็นเทคโนโลยีโซลิดสเตทไดร์ฟที่เหมาะสมที่สุดที่อาจจะมาแทนที่เทคโนโลยีฮาร์ดดิสก์ไดร์ฟได้ แต่อย่างไรก็ตาม PCRAM ก็ยังมีข้อจำกัดในเรื่องของการใช้พลังงานในการบันทึกข้อมูลที่มีค่าสูง ผลของการกระจายตัวของพลังงานหน่วยความจำแบบเปลี่ยนเฟสโครงสร้างแนวตั้งในช่วงการบันทึกข้อมูลที่แสดงดังรูปที่ 8. พบว่าจากพลังงานที่ใช้ในการสร้างความร้อนที่ใส่เข้าไปให้ต่อเซลล์เก็บข้อมูลของ PCRAM 1 เซลล์ 100% ส่วนที่ใช้ในการทำให้วัสดุเปลี่ยนเฟสเกิดการเปลี่ยนเฟสหรือบันทึกข้อมูลจริงจะถูกใช้พลังงานเพียง 0.1-0.2 % ดังตำแหน่งของ q₁ ส่วนพลังงานที่เหลือเกิดการสูญเสียไปกับส่วนประกอบรอบข้างของวัสดุเปลี่ยนเฟส [15] ปัญหาดังกล่าวเป็นอุปสรรคอย่างมากในการพัฒนาทางด้านการพัฒนาทางด้านเพิ่มปริมาณความจุของข้อมูล ดังนั้นจึงมีกลุ่มนักวิจัยที่เกี่ยวข้องพยายามหาวิธีการพัฒนาเพื่อแก้ปัญหาดังกล่าว

รูปที่ 8. (a) แสดงการกระจายความร้อนของ PCRAM, (b) ความร้อนที่ใช้ในแต่ละส่วนของ PCRAM[15]

6. การพัฒนาของหน่วยความจำแบบเปลี่ยนเฟส

ด้วยอุปสรรค์ที่กล่าวมาข้างต้นเป็นแรงผลัดดันให้ กลุ่มนักวิจัยและภาคอุตสาหกรรมต่างๆ ที่เกี่ยวข้อง หาแนวทางในการพัฒนาเพื่อแก้ไขอุปสรรค์ดังกล่าว แนวทางการพัฒนาสามารถแบบออกเป็น 2 แนวทาง คือ การพัฒนาทางด้านชั้นสารวัสดุ และ การพัฒนาทางด้านโครงสร้าง

6.1. การพัฒนาทางด้านชั้นสารวัสดุของหน่วยความจำเปลี่ยนเฟส

หน่วยความจำแบบเปลี่ยนเฟสเป็นหน่วยความจำที่อาศัยการบันทึกข้อมูลจากคุณลักษณะเฉพาะตัวของวัสดุเปลี่ยนเฟส ดังนั้นการพัฒนาและปรับปรุงคุณสมบัติของวัสดุเปลี่ยนเฟสเพื่อหาวัสดุเปลี่ยนเฟสตัวใหม่ที่มีประสิทธิภาพในการบันทึกข้อมูลให้เพิ่มมากขึ้นจึงเป็นสิ่งที่มีความสำคัญมาก ในปัจจุบันวัสดุเปลี่ยนเฟสที่เป็นที่ยอมรับว่าเหมาะสมที่สุดที่นำมาใช้ผลิตเป็นอุปกรณ์ในการเก็บข้อมูล ก็คือ วัสดุเปลี่ยนเฟสที่อยู่บนเส้นของสารประกอบที่อยู่ระหว่าง GeTe และ Sb₂Te₃ ในแผนภาพสามเหลี่ยมของระบบวัสดุเปลี่ยนเฟส Ge-Sb-Te (GST) ดังรูปที่ 9. โดยทั่วไปวัสดุเปลี่ยนเฟสที่เป็นที่นิยมที่สุดและถูกอ้างถึงมากที่สุด คือ GST 225 หรือ Ge₂Sb₂Te₅ [16-24] ทั้งนี้เพราะ Ge₂Sb₂Te₅เป็นวัสดุที่มีเสถียรของเฟสสูง และสามารถเปลี่ยนเฟสได้เร็ว แต่อย่างไรก็ตามวัสดุเปลี่ยนเฟสที่เหมาะสมในการสร้างเป็นอุปกรณ์การเก็บข้อมูลที่ดียังต้องการคุณสมบัติอีกหลายด้านยกตัวอย่างเช่น ใช้พลังงานในการบันทึกข้อมูล (programming energy) ที่ต่ำ, ความสามารถในการเปลี่ยนเฟสกลับเฟสจากโครงสร้างแบบอสัณฐานมาเป็นโครงสร้างแบบผลึก (crystallization seed) ได้เร็ว และอื่นๆ เป็นต้น

รูปที่ 9. แผนภาพสามเหลี่ยมของระบบวัสดุเปลี่ยนเฟส Ge-Sb-Te(GST)[22]

ดังเหตุผลดังกล่าวข้างต้นจึงมีนักวิจัยหลายกลุ่มได้ทำการปรับปรุงคุณสมบัติของสารเปลี่ยนเฟสโดยการเจือสารอื่นๆเข้าไป จากการทบทวนงานวิจับพบว่าได้มีการทำการปรับปรุงคุณสมบัติของสารเปลี่ยนเฟสโดยการนำธาตุไนโตรเจนเข้าไปเจือในฟิล์มบางของสารประกอบ GST (nitrogen-doped GST, N-GST) ได้สำเร็จ[18] โดยจุดประสงค์ของการเจือธาตุไนโตรเจนเข้าไปใน GST นั้นเพื่อเพิ่มค่าสภาพความต้านทางทางไฟฟ้าของวัสดุ (resistivity) ให้มีค่าสูง ส่งผลให้วัสดุเปลี่ยนเฟส N-GST สามารถสร้างความร้อนได้เพิ่มมากขึ้น และผลที่ตามมาก็คือสามารถลดพลังงานในการบันทึกข้อมูลได้น้อยลง และยิ่งไปกว่านั้น N-GST ยังสามารถเพิ่มค่าความคงทนในการเก็บข้อมูล (endurance) อีกด้วย นอกจาก N-GST แล้วก็ยังมีการเจือสารหรือการผสมสารชนิดอื่นๆลงไปใน GST เพื่อมุ่นเน้นในการลดพลังงานในการบันทึกข้อมูลให้ลดต่ำลง ยกตัวอย่างเช่น มีการเจือธาตุออกซิเจนเข้าไปในสารประกอบ GST[26] ,มีการผสมสาร SiO_x [25] ,SiN_x , SiC , C [27] เข้าไปในสารประกอบ GST และอื่นๆ เป็นต้น

จากที่ได้กล่าวมาเป็นการเพิ่มคุณสมบัติของสารประกอบ GST พบว่ายังมีวัสดุเปลี่ยนเฟสชนิดอื่นที่ได้ถูกอ้างถึงว่าสามารถใช้ทำหน่วยความจำแบบเปลี่ยนเฟสได้ โดยแต่ละวัสดุมีความคุณสมบัติที่ดีแตกต่างกันไป ดังนี้ สารประกอบของ SbTe ที่ถูกเจือสารอื่นลงไป (doped-SbTe) ซึ่งสารเจือนั้นอาจจะเป็นธาตุ Ge, In, Ag, Ga, หรือมากกว่าหนึ่งธาตุก็ได้ [28,29] (ในปัจจุบัน doped-SbTe นั้นก็เป็นสารประกอบที่นำมาประยุกต์ใช้งานเป็นวัสดุที่ใช้ในการบันทึกข้อมูลใน DVD-RW) พบว่า doped-SbTe สามารถแสดงคุณสมบัติที่ดีในด้านของการเพิ่มความเร็วในการกลับเฟสจากโครงสร้างแบบ อสัณฐานเป็นโครงสร้างแบบผลึก และมีความสามารถเพิ่มระยะเวลาในการเก็บข้อมูลให้มีความถูกต้อง (data retention) ได้มากขึ้น นอกจากนี้ยังมีสารประกอบที่ไม่ใช่สารประกอบกลุ่มชาลโคจีไนด์ (non-chalcogenide alloy ) ที่ถูกนำเสนอว่าวมีคุณสมบัติที่ดีลักษณะที่คล้ายกับ doped-SbTe นั้นก็คือ สารประกอบ GeSb ที่ถูกเจือสารอื่นลงไป (doped-GeSb)[30]

การพัฒนาทางด้านชั้นสารของวัสดุสิ่งที่มีส่วนช่วยในการเพิ่มประสิทธิภาพในการบันทึกข้อมูลของวัสดุเปลี่ยนเฟสที่ไม่อาจที่จะมองข้ามไปได้นั้นก็คือวัสดุชั้นสารรอบของของวัสดุเปลี่ยนเฟส ซึ่งต้องคำนึงถึงเหมาะสมต่อคุณสมบัติที่ช่วยเพิ่มความสามารถในการบันทึกข้อมูล, ความสามารถในการเชื่อมติดกันได้จริงของชั้นสารและไม่ส่งผลกระทบต่อคุณสมบัติของชั้นสารวัสดุเปลี่ยนเฟส ในการออกแบบหน่วยความจำเปลี่ยนเฟสโครงสร้างแนวตั้งแบบ mushroom ซึ่งยกตัวอย่างเช่น ส่วนที่สำคัญที่ช่วยในการเปลี่ยนเฟสของวัสดุเปลี่ยนเฟสก็คือส่วนของชั้นสารช่วยสารความร้อนหรือฮีตเตอร์ (heater) ที่แสดงดังรูป 10(a). โดยสารที่ถูกเลือกใช้นั้นเป็น ไททาเนียมไนไตรด์ (Titanium nitride,TiN) [17,18,21,24,31] และ ไททาเนียมทังสเตน (Titanium tungsten,TiW)[32] ซึ่งสารดังกล่าวมีคุณสมบัติที่ช่วยสามารถกักเก็บความร้อนได้ดี และมีความต้านทานทางไฟฟ้าที่ต่ำ(ลดการเกิดพลังงานการสูญเสีย) เป็นต้น ซึ่งหน่วยความจำเปลี่ยนเฟสจะมีประสิทธิภาพแค่ไหน ก็แล้วแต่การออกแบบการเลือกใช้ชั้นสารให้เหมาะสมที่สุดตามเหตุผลที่ได้กล่าวไว้ข้างต้น

6.2. การพัฒนาทางด้านโครงสร้างของหน่วยความจำเปลี่ยนเฟส

ในปัจจุบันได้มีงานวิจัยมากมากที่มีการพัฒนาและปรับปรุงเพื่อลดพลังงานในการบันทึก (programming energy) ของข้อมูลโดยการหาความเหมาะสมทางด้านโครงสร้างของหน่วยความจำแบบเปลี่ยนเฟส โดยจุดประสงค์หลักในการปรับปรุงจะมุ่งเน้นเพื่อเพิ่มความสามารถในการสร้างความร้อนภายในตัวของวัสดุเปลี่ยนเฟสเอง(Joule heating) ซึ่งสิ่งนี้เป็นประเด็นสำคัญมากของการปรับปรุงเพื่อลดพลังงานในการบันทึกข้อมูล โดยแนวทางในการพัฒนาสามารถแบ่งออกตามภาพรวมได้ 2 แนวทาง คือ 1. การเพิ่มการสร้างความร้อนในตำแหน่งที่บันทึกข้อมูล และ 2. การเลือกใช้ชั้นสารรอบข้างตำแหน่งที่บันทึกข้อมูล ไม่ว่าจะเป็นชนิดของชั้นสาร, ขนาดต่างๆ, รูปร่างโครงสร้างของชั้นสาร และอื่นๆ ต้องมีความเหมาะสม เพื่อลดความร้อนที่สูญเสียไปกับชั้นสารรอบข้างตำแหน่งที่บันทึกข้อมูลให้มีค่าน้อยที่สุด โครงสร้างของหน่วยความจำแบบเปลี่ยนเฟสสามารถแบบออกได้เป็น 2 ลักษณะดังนี้ คือ โครงสร้างแนวตั้งแบบ (Vertical structure) ดังรูปที่ 10. และ โครงสร้างแบบแนวนอน (Lateral structure) ดังรูปที่ 14.

รูปที่ 10. แสดงโครงสร้างภาคตัดขวางของหน่วยความจำแบบเปลี่ยนเฟสโครงสร้างแนวตั้ง

(a) โครงสร้างแบบ mushroom (b)โครงสร้างแบบ pore-like

จากรูปที่ 10(a). แสดงหน่วยความจำแบบเปลี่ยนเฟสโครงสร้างแนวตั้งแบบ mushroom หรือ lance-like โดยองค์ประกอบของโครงสร้างจะประกอบด้วยชั้นของฮีตเตอร์ที่ถูกวางซ้อนด้วยชั้นสารวัสดุเปลี่ยนเฟส ซึ่งบริเวณที่ชั้นฮีตเตอร์เชื่อมต่อกับชั้นสารวัสดุเปลี่ยนเฟสจะเป็นตัวกำหนดขนาดของตำแหน่งที่ใช้บันทึกข้อมูล และบริเวณรอบข้างก็จะถูกล้อมรอบด้วยชั้นสารที่มีคุณสมบัติที่มีค่าความนำไฟฟ้า(electrical conductivity)ที่ต่ำ และค่าความนำทางความร้อน (thermal conductivity) ที่ต่ำ จากปัญหาหลักในด้านของการใช้พลังงานในการบันทึกข้อมูลที่สูงของหน่วยความจำเปลี่ยนเฟสที่ได้กล่าวไว้ข้างต้น ดังนั้นจึงมีการพัฒนาโดยการลดขนาดของฮีตเตอร์ที่สัมผัสกับชั้นวัสดุเปลี่ยนเฟสเพื่อลดขนาดของบริเวณที่ใช้บันทึกข้อมูลให้เล็กลง ซึ่งส่งผลให้พลังงานที่ใช้ในการบันทึกข้อมูลที่จำเป็นมีปริมาณที่น้อยลง STMicroelectronics ได้เผยแพร่บทความนำเสนอโครงสร้างที่สามารถลดขนาดของฮีตเตอร์ที่สัมผัสกับชั้นวัสดุเปลี่ยนเฟสเป็นสำเร็จ โดยใช้ชื่อของโครงสร้างนั้นว่าโครงสร้าง µ-trench [24] ดังรูปที่ 11. นอกจากนี้ Samsung ได้เผยแพร่บทความนำเสนอโครงสร้างแบบ ring cell [23, 33, 34] ดังรูปที่ 12. เป็นการลดบริเวณการสัมผัสของฮีตเตอร์กับวัสดุชั้นสารเปลี่ยนเฟสโดยการใช้ฮีตเตอร์ที่มีลักษณะเป็นทรงกระบอกกลวง

รูปที่ 11. หน่วยความจำแบบเปลี่ยนเฟสโครงสร้าง µ-trench[43]

รูปที่ 12. ภาพตัดขวางของหน่วยความจำเปลี่ยนเฟสโครงสร้างแบบ ring cell

จากข้างต้นเป็นการเพิ่มประสิทธิภาพของการลดพลังงานในการบันทึกข้อมูลโดยการลดขนาดของหน้าสัมผัสของฮีตเตอร์กับวัสดุสารเปลี่ยนเฟส นอกจากนี้ยังมีงานวิจัยที่นำเสนอแนวคิดการกำหนดพื้นที่ของการบันทึกข้อมูล และพร้อมกับการเพิ่มการสร้างความร้อนตรงตำแหน่งเปลี่ยนเฟสโดยการแทรกชั้นสารที่มีคุณสมบัติที่สามารถกักเก็บความร้อนได้ดี และมีความต้านทางทางไฟฟ้าที่ต่ำ ซึ่งสารดังกล่าวที่นำเสนอในบทความคือ ไททาเนียมไนไตรด์ (Titanium nitride,TiN) [37,38] และ ไททาเนียมไดออกไซด์ (Titanium dioxide, TiO2) [39] ดังรูปที่ 13.

รูปที่ 13. หน่วยความจำแบบเปลี่ยนเฟสโครงสร้างแนวตั้ง

(a)โครงสร้างแบบCCTMI (b)โครงสร้างแบบ CCTMOI

จากรูปที่ 10(b). แสดงหน่วยความจำแบบเปลี่ยนเฟสโครงสร้างแนวตั้งแบบ pore-like [35,36] ส่วนประกอบของโครงสร้างจะมีลักษณะคล้ายกับหน่วยความจำแบบเปลี่ยนเฟสโครงสร้างแบบ mushroom แต่แตกต่างกันในส่วนของชั้นฮีตเตอร์ที่ถูกแทนที่วัสดุเปลี่ยนเฟส ด้วยแนวคิดที่ต้องการลดพลังงานที่ใช้ในการบันทึกข้อมูลโดยการลดพลังงานที่เกิดการสูญเสียในส่วนของชั้นของฮีตเตอร์ และพร้อมกับแสดงจุดเด่นในด้านการกำหนดพื้นที่ที่ใช้ในการบันทึกข้อมูล

จากหน่วยความจำแบบเปลี่ยนเฟสโครงสร้างแนวตั้งที่ได้กล่าวมาข้างต้น ลักษณะขนาดของโครงสร้าง และแนวทางการลดพลังงานการบันทึกข้อมูลนั้นมีความขึ้นตรงกับขนาดที่เล็กที่สุดที่สามารถสร้างได้ (feature size,F) ในเทคโนโลยีของการฉายด้วยแสง (lithography technology) ดังนั้นเพื่อตอบโจทย์ถึงความต้องการทางด้านการเพิ่มความจุของหน่วยความจำพร้อมทั้งต้องลดขนาดของอุปกรณ์ให้เล็กลง จึงเป็นแนวคิดให้กลุ่มนักวิจัยที่เกี่ยวข้องหาแนวทางการพัฒนาหน่วยความจำแบบเปลี่ยนเฟสที่ไม่ต้องขึ้นต้องต่ออุปสรรคที่กล่าวไว้ข้างต้นได้ ด้วยเหตุผลดังกล่าวจึงเป็นที่มาของการพัฒนามาเป็นหน่วยความจำแบบเปลี่ยนเฟสโครงสร้างแบบแนวนอน(Lateral phase change memory)

การนำเสนอในบทความของหน่วยความจำแบบเปลี่ยนเฟสโครงสร้างแบบแนวนอน มีการเผยแพร่ใน 3 ลักษณะ ดังนี้ 1) หน่วยความแบบเปลี่ยนเฟสโครงสร้างแบบ lateral, 2) หน่วยความจำแบบเปลี่ยนเฟสแบบ line cell และ3) หน่วยความจำเปลี่ยนเฟสโครงสร้างแบบ bridge

จากรูปที่ 14(a). แสดงหน่วยความจำแบบเปลี่ยนเฟสโครงสร้างแบบ Lateral [40,41] เป็นโครงสร้างลักษณะแรกที่ถูกเผยแพร่โดย P. Haring Bolivar และคณะ ใน ค.ศ. 2004 [40] โดยใช้สารประกอบ Ge₂Sb₂Te₅ เป็นชั้นสารวัสดุเปลี่ยนเฟส โดยได้นำเสนอลักษณะเด่นของโครงสร้างว่าสามารถมีการใช้พลังงานการบันทึกข้อมูลได้น้อยกว่าหน่วยความจำแบบเปลี่ยนเฟสโครงสร้างแนวตั้ง และกระบวนการสร้างสามารถทำได้ง่าย

รูปที่ 14. แสดงภาพตัดขวางหน่วยความจำแบบเปลี่ยนเฟสโครงสร้างแนวนอน

(a)โครงสร้างแบบ lateral (b)โครงสร้างแบบ line cell และ(c)โครงสร้างแบบ bridge cell

จากรูปที่ 14(b) แสดงหน่วยความจำแบบเปลี่ยนโครงสร้างแนวนอนแบบ line cell ซึ่งถูกนำเสนอโดย Philips Inc. [22] โดยชั้นสารวัสดุเปลี่ยนเฟสที่ใช้เป็นสาร doped-SbTe โดยเสนอจุดเด่นทางด้านการลดพลังงานงานในการบันทึกข้อมูล พร้อมกลับการเพิ่มความเร็วในการกลับเฟสจากโครงสร้างแบบอสัณฐานกลับเป็นโครงสร้างแบบผลึก

และจากรูปที่ 14(c) เป็นหน่วยความจำเปลี่ยนเฟสโครงสร้างแนวนอนแบบ bridge cell ที่ถูกนำเสนอโดย IBM [30] โดยเสนอถึงความสามารถของสารประกอบ doped-GeSb ที่ใช้เป็นชั้นสารวัสดุเปลี่ยนเฟสที่สามารถสร้างความหนาของชั้นสารให้เล็กได้ขึ้นระดับ 1.1nm [42] ซึ่งเป็นผลให้การใช้พลังงานในการบันทึกข้อมูลได้น้อยลง

จากที่ได้กล่าวมาทั้งหมดข้างต้นเป็นการพัฒนาของหน่วยความจำแบบเปลี่ยนเฟส และถ้าเปรียบเทียบกันถึงประสิทธิภาพทางด้านการใช้พลังงานที่จำเป็นในการบันทึกข้อมูล และด้านขนาดที่เป็นสิ่งที่ชี้ให้เห็นแนวโน้มการเพิ่มปริมาณความสามารถในการจุของข้อมูล ซึ่งเป็นสิ่งที่มีความต้องการมากทางด้านเชิงการค้า ดังนั้นหน่วยความจำเปลี่ยนเฟสโครงสร้างแนวนอนซึ่งเป็นหน่วยความจำเปลี่ยนเฟสที่มีลักษณะความได้เปรียบทางด้านโครงสร้าง จึงเป็นโครงสร้างที่น่าสนใจทางด้านการพัฒนาเพื่อสร้างเป็นอุปกรณ์การบันทึกข้อมูลที่มีประสิทธิภาพแห่งอนาคตเป็นอย่างมาก แต่อย่างไรก็ตามหน่วยความจำเปลี่ยนเฟสโครงสร้างแนวนอนก็ยังสามารถพัฒนาเพื่อเพิ่มประสิทธิภาพเพิ่มได้อีกถ้าสามารถหาความเหมาะสมที่สุดทางด้านโครงสร้าง, ทางด้านวัสดุ, ช่วงเวลาและลดปริมาณของการจ่ายพลังงานในการบันทึกข้อมูล และอื่นๆ เป็นต้น

การพัฒนาเทคโนโลยีหน่วยความจำแบบเปลี่ยนเฟสนั้นมุ่งเน้นเพื่อเพิ่มประสิทธิภาพในด้านการลดพลังงานในช่วงการบันทึกข้อมูลของหน่วยความจำแบบเปลี่ยนเฟสให้มีค่าต่ำลง เป็นพื้นฐานที่สำคัญมากต่อการพัฒนาในภาคอุสาหกรรมอุปกรณ์การบันทึกข้อมูลในประเทศไทย เนื่องจากเทคโนโลยีหน่วยความจำแบบเปลี่ยนเฟสนี้ถูกคาดหวังเป็นอย่างมากที่มีแนวโน้มที่จะมีประสิทธิภาพและเหมาะสมที่จะมาแทนที่เทคโนโลยีของฮาร์ดดิสก์ไดร์ฟได้ในอนาคต ตามที่ได้กล่าวไปแล้วข้างต้น

เอกสารอ้างอิง

[1]	International Technology Roadmap for Semiconductor (ITRS), 2007 edition Access on 1 Feb 2010
[2]	www.c4zone.com, Access on 4^th Feb 2010
[3]	M. H. Kryder and C. S. Kim, “After Hard Drives-What Comes Next?,” IEEE Transactions on Magnetics, vol. 45, p. 3406, 2009.
[4]	www.lsi.t.u-tokyo.ac.jp/Takeuchi_Taiwan-Japan_SemiconductorTech.pdf, Access on 1^st Feb 2010
[5]	en.wikipedia.org/wiki/File:Open_HDD_and_SSD.JPG, Access on 4^th Feb 2010
[6]	www.samsung.com/global/business/semiconductor/products/flash/Products_FlashSSD.htm, Access on 1^st Feb 2010
[7]	J. F. Gibbons and W. E. Beadle, “Switching properties of thin NiO films,” Solid State Electron., vol. 7, p. 785, 1964.
[8]	F. Argall, “Switching phenomena in titanium oxide films,” Solid State Electron., vol. 11, p. 535-, 1968.
[9]	J. Haijto, A. J. Snell, J. Hu, A. J. Holmes, A. E. Owen, M. J. Rose, and R. A. G. Gibson, “Metal-semiconductor transition in electroformed chromium/amorphous silicon/vanadium thin film structures,” Phil. Mag. B, vol. 69, no. 2, p. 237, 1994.
[10]	J. G. Simmons and A. El-Badry, “Theory of switching phenomena in metal-semiconductor-n-p silicon devices,” Solid State Electron., vol.20, no. 12, p. 954, 1977.
[11]	A. E. Owen and J. M. Robertson, “Electronic conduction and switching in chalcogenide glasses,” IEEE Trans. Electron Devices, vol. ED–20, p. 105, 1973.
[12]	S. R. Ovshinsky, “Reversible electrical switching phenomena in disordered structures,” Phys. Rev. Lett., vol. 21, no. 20, p. 1450, 1968.
[13]	Fei Wang; Xiaolong Wu;,”Non-volatile Memory Devices Based on Chalcogenide Materials,”Information Technology: New Generations, 2009. ITNG ‘09. Sixth International Conference on, vol., no., p. 5, 2009.
[14]	A. L. Lacaita, “Phase change memories: State-of-the-art, challenges and perspectives,” Solid-State Electronics, vol. 50, pp. 24-31, Jan 2006.
[15]	S. J. Hudgens, “The future of phase-change semiconductor memory devices,” Journal of Non-Crystalline Solids, vol. 354, p. 2748, 2008.
[16]	Y.N. Hwang et al., “Full Integration and Reliability Evaluation of Phase-change RAM Based on 0.24um-CMOS Technologies,” Symp. On VLSI Tech. Dig., p.173, 2003.
[17]	Y. H. Ha etal., “An Edge Contact Type Cell for Phase Change RAM Featureing Very Low Power Consumption,” Symp. On VLSI Tech. Dig., p.175, 2003.
[18]	H.Horii et al., “A Novel Cell Technology Using N-dope GeSbTe Films for Phase Change RAM,” Symp. On VLSI Tech. Dig., p.177, 2003.
[19]	Y.N. Hwang et al., “Writing Current Reduction for High-density Phase-change RAM,” Tech. Dig. –Int. Electron Devices Meet., p. 37.1.1, 2003.
[20]	N. Takaura et al., “A GeSbTe Phase-Change Memory Cell Featuring a Tungsten Heater Electrode for Low-Power, Highly Stable, and Short-Read-Cycle Operations,” Tech. Dig. –Int. Electron Devices Meet., p. 37.2.1, 2003.
[21]	S.J. Ahn et al., “Highly Manufacturable High Density Phase Change Memory of 64Mb and Beyond,” Tech.Dig.-Int. Electron Devices Meet., p.13, 2004.
[22]	M.H.R. Lankhorst et al., “Low-cost and nanoscale non-volatile memory concept for future silicon chips,” Nature Materials, vol. 4, p. 347, 2005.
[23]	J.H. Oh et al., “Full Integration of Highly Manufacturable 512Mb PRAM based on 90nm Technology,” Tech. Dig. –Int. Electron Devices Meet., p. 11, 2006.
[24]	F. Pellizzer et al., “A 90nm Phase Change Memory Technology for Stand-Alone Non-Volatile Memory Applications,” Symp. On VLSI Tech. Dig., p. 122, 2006.
[25]	T.Y. Lee et al., “Formation of the ultra small programming volume of phase change random access memory by phase segregation of Ge2Sb2Te5-SiO2 mixed layer,” Proc. MRS,H5.10, 2006.
[26]	N. Matsuzaki et al., “Oxygen-doped GeSbTe Phase-change Memory Cells Featuring 1.5-V/100-µA Standard 0.13-µm CMOS Operations,” Tech. Dig. –Int. Electron Devices Meet., p. 738, 2005.
[27]	W. Czubatyj et al., “Current Reduction in Ovonic Memory Devices,” Proc. E\PCOS, 2006.
[28]	H.J. Borg et al., “Phase-change media for high-mumerical-aperture and blue-wavelength recording,” Jpn J. Appl. Phys., Part 1 40, p. 1592, 2001.
[29]	M.H.R. Lankhorst et al., “Prospects of Doped Sb–Te Phase-Change Materials for High-Speed Recording,” Jpn J. Appl. Phys., Part 1 42, p. 863, 2003.
[30]	Y. C. Chen et al., “Ultra-Thin Phase-Change Bridge Memory Device Using GeSb,” Tech. Dig. –Int. Electron Devices Meet., p. 11, 2006.
[31]	T. Nirschl et al., “Write Strategies for 2 and 4-bit Multi-Level Phase-Change Memory,” Tech. Dig. –Int. Electron Devices Meet., p. 461, 2007
[32]	L.P. Shi et al., “Thermal analysis of nonvolatile and non rotation phase change memory cell,” Mat. Res. Soc. Symp. Proc., vol. 803, HH1.8.1, 2004.
[22]	S.J. Ahn et al., “Highly Reliable 50nm Contact Cell Technology for 256Mb PRAM,” Symp. On VLSI Tech. Dig., p. 98, 2005.
[34]	Y.J. Song et al., “Highly Reliable 256Mb PRAM with Advanced Ring Contact Technology and Novel Encapsulating Technology,” Symp. On VLSI Tech. Dig., p. 118, 2006.
[35]	S.L. Cho et al., “Highly Scalable On-axis Confined Cell Structure for High Density PRAM beyond 256Mb,” Symp. On VLSI Tech. Dig., p. 69, 2005.
[36]	M. Breitwisch et al., “Novel Lithography-Independent Pore Phase Change Memory,” Symp. On VLSI Tech. Dig., p. 100, 2007.
[37]	S. Harnsoongnoen, C. Sa-ngiamsakand A. Siritaratiwat “Confined-Chalcogenide Phase-Change memory with Thin Metal Interlayer for Low Reset Current by Finite Element Modeling” Solid State Phenomena. Vol. 152-153, p. 399, 2009.
[38]	S. Harnsoongnoen, C. Sa-ngiamsakand A. Siritaratiwat “Confined-Chalcogenide Phase-Change memory with Thin Metal Interlayer for Low Reset Current by Finite Element Modeling” Moscow International Symposium on Magnetism (MISM2008) , June 20-25, 2008, Moscow, Russia.
[39]	S. Harnsoongnoen and C. Sa-ngiamsak“Confined-Chalcogenide Phase-Change memory with Thin Metal Oxide Interlayer for Low Reset Current Operation” Electrical Engineering/Electronics, Computer, Telecommunications and Information Technology (ECTI-CON 2009), 6 – 9 May 2009, Pattaya, Thailand.
[40]	P.Haring Bolivar et al., “Lateral design for phase change random access memory cells with low-current consumption,” Proc. E\PCOS, 2006.
[41]	F. Merget, et al., “Lateral phase change random access memory cell design for low power operation,” Microsystem Technologies-Micro-and Nanosystems-Information Storage and Processing Systems, vol. 13, p. 169, 2007.
[42]	Alejandro Schorott et al., “Phase-Change Memory Development Status,” Proc. VLSI-TSA, 2007.
[43]	F. Pellizzer et al., “ uTrench phase-change memory cell for embedded and stand-alone non-volatile memory applications,” Proc. ESSDERC, p. 313, 2005.

ประวัติผู้เขียน

จีรนุช เสงี่ยมศักดิ์ สำเร็จการศึกษาระดับปริญญาตรี สาขาวิศวกรรมไฟฟ้า จากมหาวิทยาลัยขอนแก่น ปริญญาโท จาก University of Manchester, ENGLAND ปริญญาเอก จาก University of Manchester Institute of Science and Technology (UMIST), ENGLAND ปัจจุบันดำรงตำแหน่งผู้ช่วยศาสตราจารย์ประจำคณะวิศวกรรมศาสตร์ สาขาวิศวกรรมไฟฟ้า มหาวิทยาลัยขอนแก่น

Back to E-magazine List

ECTI Association
99 M.18 Paholyothin Rd., Klong Luang, Pathumthani 12120, THAILAND
E-mail: ecti.secretary@gmail.com
Find us on: