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/in2 และจะสามารถพัฒนาต่อไปได้เพียงถึงระดับประมาณ 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( Tm) ของสาร จะทำให้ชั้นสารเปลี่ยนเฟสเกิดการหลอมเหลว แต่เมื่อหยุดให้พลังงานแก่เซลล์เก็บข้อมูลจะทำให้สารเปลี่ยนเฟสเกิดการเย็นตัวอย่างฉับพลันจากสถานะที่เป็นของเหลวเปลี่ยนมาเป็นของแข็ง ซึ่งปรากฏการณ์ดังกล่าวนี้จะทำให้โครงสร้างภายในของสารเปลี่ยนเฟสมีการจัดเรียงตัวกันอย่างกระจัดกระจายไร้ระเบียบ ทั้งนี้เพราะเวลาที่จะใช้ในการจัดเรียงตัวของอะตอมภายในชั้นสารมีไม่เพียงพอ เพราะสารถูกทำให้เย็นตัวอย่างฉับพลัน ในทางตรงกันข้ามเมื่อเราให้พลังงานความร้อนแก้โครงสร้างของสารที่เป็นแบบอสัณฐาน ด้วยพลังงานความร้อนที่อยู่ในช่วงอุณหภูมิที่มากกว่าอุณหภูมิในการก่อตัวเป็นผลึก(Tc) แต่น้อยกว่าอุณหภูมิจุดหลอมเหลว(Tm) 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” (Vth) กล่าวคือ เมื่อทำการใส่แรงดันตกคร่อมเซลล์โดยเพิ่มค่าขึ้นไปเรื่อยๆ หากระดับแรงดันยังมีค่าน้อยกว่า Vth กระแสจะไหลผ่านเซลล์ได้น้อยมาก แต่เมื่อทำการไปใส่แรงดันให้มีค่าเพิ่มขึ้นโดยมีค่าตั้งแต่ Vth เป็นต้นไปเซลล์จะสามารถนำกระแสได้ดีขึ้นโดยเพิ่มขึ้นในลักษณะเชิงเส้นเหมือนดังเช่นโครงสร้างแบบผลึก ซึ่งลักษณะทางไฟฟ้าดังกล่าวนี้เราสามารถนำมาใช้ในการแยกแยะสถานะของสารได้ โดยทำการอ่านกระแสที่ไหลผ่านเซลล์นะระดับแรงดันที่ต่ำกว่าแรงดัน Vth (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 Ge2Sb2Te5 เป็นวัสดุที่มีเสถียรของเฟสสูง 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 SiOx [25] ,SiNx , 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]
|
|
|
[3]
|
M. H. Kryder and C. S. Kim, “After Hard Drives-What Comes Next?,” IEEE Transactions on Magnetics, vol. 45, p. 3406, 2009.
|
|
[4]
|
|
|
[5]
|
en.wikipedia.org/wiki/File:Open_HDD_and_SSD.JPG, Access on 4th Feb 2010
|
|
[6]
|
www.samsung.com/global/business/semiconductor/products/flash/Products_FlashSSD.htm, Access on 1st 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]
|
|
|
[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 |
