Quick Search: Journal  Author  Title/Abstract  Vol./Year 

Jpn. J. Appl. Phys. 48 (2009) 080001 (14 pages)  |Next Article|  |Table of Contents|
|Full Text PDF: FREE (1209K)|

Invited Review Paper

Electrical Phase-Change Memory: Fundamentals and State of the Art

Motoyasu Terao, Takahiro Morikawa, and Takeo Ohta1

Central Research Laboratory, Hitachi Ltd., 1-280 Higashi-Koigakubo, Kokubunji, Tokyo 185-8601, Japan
1Ovonic Phase-Change Institute, 1349 Takabatake-cho, Nara 630-8301, Japan

(Received November 7, 2008; accepted March 11, 2009; published online August 20, 2009)

Phase-change random access memory (PRAM) technology is reviewed. PRAM uses the phase change between the amorphous state and the crystalline state caused by Joule heating as its memory mechanism. A change in electrical resistance owing to a phase change is detected by a small electric current. The merits of this approach are that the resistance change is more than one order of magnitude, and its simple structure decreases the number of steps in the manufacturing process. Suppression of reset current for the change from the low-resistance crystalline state to the amorphous state and an improvement in durability against set-reset cycles and high-temperature operation will ultimately be achieved.

URL: http://jjap.jsap.jp/link?JJAP/48/080001/
DOI: 10.1143/JJAP.48.080001


|Full Text PDF: FREE (1209K)|  Citation:

References | Citing Articles (16)

  1. S. R. Ovshinsky: Phys. Rev. Lett. 21 (1968) 1450[APS].
  2. E. J. Evans, J. H. Helbers, and S. R. Ovshinsky: J. Non-Cryst. Solids 2 (1970) 334[CrossRef].
  3. J. Feinleib, J. deNeufville, S. C. Moss, and S. R. Ovshinsky: Appl. Phys. Lett. 18 (1971) 254[AIP Scitation].
  4. M. Terao, H. Yamamoto, S. Asai, and E. Maruyama: Proc. 3rd Conf. Solid State Devices, Tokyo, 1971, Oyo Buturi 41 (1971) Suppl. p. 68.
  5. S. Lai and T. Lowery: IEDM Tech. Dig., 2001, p. 803.
  6. M. Gill, T. Lowrey, and J. Park: Proc. ISSCC, 2002, p. 158.
  7. N. Takaura, M. Terao, K. Kurotsuchi, T. Yamauchi, O. Tonomura, Y. Hanaoka, R. Takemura, K. Osada, T. Kawahara, and H. Matsuoka: IEDM Tech. Dig. 2003, p. 897.
  8. T. Kobayashi: Japan Laid-open Patent, Showa 61-89889 (1986).
  9. T. Iino, M. Kobayashi, and T. Kobayashi: Ext. Abstr. (33rd Autum Meet., 1986); Japan Society of Applied Physics, 29a-ZE-2, p. 216 [in Japanese].
  10. T. Iino, T. Ishioka, A. Ohnishi, and T. Kobayashi: Ext. Abstr. (48th Spring Meet., 1987); Japan Society of Applied Physics, 18p-ZP-7, p. 734 [in Japanese].
  11. I. Doi, K. Nishimura, K. Itagaki, I. Morimoto, K. Mori, and S. Tajima: Ext. Abstr. (Spring Meet., 1987); Japan Society of Applied Physics, 18p-ZP-4, p. 733 [in Japanese].
  12. N. Yamada, E. Ohno, N. Akahira, K. Nishiuchi, K. Nagata, and M. Takao: Proc. Int. Symp. Optical Memory (ISOM) 1987, Jpn. J. Appl. Phys. 26 (1987) Suppl. 26-4, p. 61[JSAP].
  13. T. Ohta, M. Uchida, K. Yoshioka, K. Inoue, T. Akiyama, S. Furukawa, K. Kotera, and S. Nakamura: Proc. SPIE 1078 (1989) 27[AIP Scitation].
  14. V. S. Zemskov: Handbook of Semiconductor Solid-Solutions, transl. E. Endo (Japan–Soviet Press, Wakayama, 1981) p. 129 [in Japanese].
  15. B. J. Kuh, Y. H. Ha, J. H. Yi, J. H. Park, S. L. Cho, H. B. Ko, D. H. Park, H. Horii, S. O. Park, H. S. Kim, J.-B. Park, U.-I. Chung, and J. T. Moon: Proc. European Symp. Phase-Change and Ovonic Science (E*PCOS), 2005, p. 13.
  16. J. Feng, Z. F. Zhang, B. C. Cai, Y. Y. Lin, T. A. Tang, and B. Chen: J. Appl. Phys. 101 (2007) 074502[AIP Scitation].
  17. H. Horii, J. H. Yi, J. H. Park, Y. H. Ha, I. G. Baek, S. O. Park, Y. N. Hwang, S. H. Lee, Y. T. Kim, K. H. Lee, U-In Chung, and J. T. Moon: Symp. VLSI Technology Dig. Tech. Pap., 2003, p. 177.
  18. N. Matsuzaki, K. Kurotsuchi, Y. Matsui, O. Tonomura, N. Yamamoto, Y. Fujisaki, N. Kitai, R. Takemura, K. Osada, S. Hanzawa, H. Moriya, T. Iwasaki, T. Kawahara, N. Takaura, M. Terao, M. Matsuoka, and M. Moniwa: IEDM Tech. Dig., 2005, p. 757.
  19. M. Lankhorst, R. A. M. Wolters, L. Van Pieterson, W. S. M. Ketelaars, J. T. van Hulle, F. C. van den Heuvel, J. P. van Zijl, and J. H. J. Roosen: Proc. MRS, 2003 Fall Meet., Symp. HH, HH2.2, 2003.
  20. S. O. Ryu, S. M. Yoon, K. J. Choi, N. Y. Lee, Y. S. Park, S. Y. Lee, B. G. Yu, J. B. Park, and W. C. Shin: J. Electrochem. Soc. 153 (2006) G234.
  21. D. Tio Castro, L. Goux, G. A. M. Hurkx, K. Attenborough, R. Delhougne, J. Lisoni, F. J. Jedema, M. A. A. Zandt, R. A. M. Wolters, D. J. Gravesteijn, M. A. Verheijen, M. Kaiser, R. G. R. Weemaes, and D. J. Wouters: IEDM Tech. Dig., 2007, p. 315.
  22. H. Iwasaki, M. Harigaya, O. Nonoyama, Y. Kageyama, M. Takahashi, K. Yamada, H. Deguchi, and Y. Ide: Jpn. J. Appl. Phys. 32 (1993) 5241[JSAP].
  23. Y. Nishi, H. Kandou, and M. Terao: Jpn. J. Appl. Phys. 41 (2002) 631[JSAP].
  24. Y. C. Chen, C. T. Rettner, S. Raoux, G. W. Burr, S. H. Chen, R. M. Shelby, M. Salinga, W. P. Risk, T. D. Happ, G. M. McClelland, M. Breitwisch, A. Schrott, J. B. Philipp, M. H. Lee, R. Cheek, T. Nirschl, M. Lamorey, C. F. Chen, E. Joseph, S. Zaidi, B. Yee, H. L. Lung, R. Bergmann, and C. Lam: IEDM Tech. Dig., 2007, p. 777.
  25. T. Morikawa, K. Kurotsuchi, M. Kinoshita, N. Matsuzaki, Y. Matsui, Y. Fujisaki, S. Hanzawa, A. Kotabe, M. Terao, H. Moriya, T. Iwasaki, M. Matsuoka, F. Nitta, M. Moniwa, T. Koga, and N. Takaura: IEDM Tech. Dig., 2007, p. 307.
  26. N. Kh. Abrikosov and G. T. Danilova-Dobryakova: Izv. Akad. Auk. SSSR Neorg. Mater. 1 (1965) 204 [in Russian].
  27. Y. N. Narisov, M. I. Zargarova, and M. M. Akperov: Dokl. AzSSR 24 (1968) 28 [in Russian].
  28. Y. J. Song, K. C. Ryoo, Y. N. Hwang, C. W. Jeong, D. W. Lim, S. S. Park, J. I. Kim, J. H. Kim, S. Y. Lee, J. H. Kong, S. J. Ahn, S. H. Lee, J. H. Park, J. H. Oh, J. S. Kim, J. M. Shin, J. H. Park, Y. Fai, G. H. Koh, G. T. Jeong, R. H. Kim, H. S. Lim, I. S. Park, H. S. Jeong, and K. Kim: Symp. VLSI Technology Dig. Tech. Pap., 2006, p. 100.
  29. Y. H. Ha, J. H. Horii, J. H. Park, S. H. Joo, S. O. Park, U-In Chung, and J. T. Moon: Symp. VLSI Technology Dig. Tech. Pap., 2003, p. 175.
  30. Y. Matsui, K. Kurotsuchi, O. Tonomura, T. Morikawa, K. Kinoshita, Y. Fujisaki, N. Matsuzaki, S. Hanzawa, M. Terao, N. Takaura, H. Moriya, T. Iwasaki, M. Moniwa, and T. Koga: IEDM Tech. Dig., 2006, p. 767.
  31. F. Pellizer, A. Pirovano, F. Ottogalli, M. Magistretti, M. Scaravaggi, P. Zuliani, M. Tosi, A. Benvenuti, P. Besana, S. Cadeo, T. Marangon, R. Morandi, R. Piva, A. Spandre, R. Zonca, A. Modelli, E. Varesti, T. Lowery, A. Lattica, G. Casagrande, P. Cappelleti, and R. Bez: Symp. VLSI Technology Dig. Tech. Pap., 2004, p. 18.
  32. I. Friedrich, V. Weidenhof, W. Njoroge, P. Franz, and M. Wuttig: J. Appl. Phys. 87 (2000) 4130[AIP Scitation].
  33. T. Nonaka, G. Ohbayashi, Y. Toriumi, Y. Mori, and H. Hashimoto: Proc. Symp. Phase-Change Optical Information Technology (PCOS), 1998, p. 63.
  34. T. Nonaka, G. Ohbayashi, Y. Toriumi, Y. Mori, and H. Hashimoto: Thin Solid Films 370 (2000) 258[CrossRef].
  35. A. V. Kolobov, P. Fons, A. I. Frenkel, A. L. Ankudinov, J. Tominaga, and T. Uruga: Nat. Mater. 3 (2004) 703.
  36. T. Matsunaga, R. Kojima, and N. Yamada: Proc. Symp. Phase-Change Optical Information Technology (PCOS), 2007, p. 15.
  37. S. Kohara, K. Kato, S. Kimura, H. Tanaka, T. Usuki, K. Suzuya, H. Tanaka, Y. Morimoto, T. Matsunaga, N. Yamada, Y. Tanaka, H. Suematsu, and M. Tanaka: Appl. Phys. Lett. 89 (2006) 201910[AIP Scitation].
  38. A. Pirovano, A. L. Lacaita, A. Benvenuti, and R. Bez: IEEE Trans. Electron. Devices 51 (2004) 452[CrossRef].
  39. M. A. Paesler, D. A. Baker, G. Lucovsky, A. E. Edwards, and P. C. Taylor: J. Phys. Chem. Solids 68 (2007) 873[CrossRef].
  40. J. H. Oh, J. H. Park, Y. S. Lim, H. S. Lim, Y. T. Oh, J. S. Kim, J. M. Shin, J. H. Park, Y. J. Song, K. C. Ryoo, D. W. Lim, S. S. Park, J. I. Kim, J. H. Kim, J. Yu, F. Yeung, C. W. Jeong, J. H. Kong, D. H. Kang, G. H. Koh, G. T. Jeong, H. S. Jeong, and K. Kim: IEDM Tech. Dig., 2006, p. 49.
  41. M. Kastner, D. Adler, and H. Fritzsche: Phys. Rev. Lett. 37 (1976) 1504[APS].
  42. D. Adler and E. J. Yoffa: Phys. Rev. Lett. 36 (1976) 1197[APS].
  43. T. Shimizu: Amorphous Handotai (Amorphous Semiconductors) (Baifukan, Tokyo, 1995) Chap. 8, p. 168 [in Japanese].
  44. N. E. Cusack: The Physics of Structurally Disordered Matter, ed. D. F. Brewer (University of Sussex Press, London), Japanese translation: H. Endo and M. Yao (Yoshioka Shoten, Kyoto, 1994) p. 391.
  45. D. D. Thornburg: J. Electron. Mater. 2 (1973) 3.
  46. D. Adler, H. K. Henisch, and N. Mott: Rev. Mod. Phys. 50 (1978) 209[APS].
  47. D. Adler, M. S. Shur, M. Silver, and S. R. Ovshinsky: J. Appl. Phys. 51 (1980) 3289[AIP Scitation].
  48. K. Tanaka: Phys. Rev. B 39 (1989) 1270[APS].
  49. S. S. K. Titus, R. Chatterjee, S. Asokan, and A. Kumar: Phys. Rev. B 48 (1993) 14650[APS].
  50. R. A. Narayanan, S. Asokan, and K. Kumar: Phys. Rev. B 63 (2001) 92203[APS].
  51. S. Asokan: J. Optoelectron. Adv. Mater. 3 (2001) 753.
  52. S. Kasap, J. A. Rowlands, S. D. Baranovskii, and K. Tanioka: J. Appl. Phys. 96 (2004) 2037[AIP Scitation].
  53. D. Yu, S. Brittman, J. S. Lee, A. L. Fork, and H. Park: Nano Lett. 8 (2008) 3429[CrossRef].
  54. S. Hanzawa, N. Kitai, K. Osada, A. Kotabe, Y. Matsui, N. Matsuzaki, N. Takaura, M. Moniwa, and T. Kawahara: Proc. ISSCC, 2006, p. 474.
  55. S. Lai and T. Lowery: IEDM Tech. Dig., 2001, p. 803.
  56. B. Gleixner, A. Pirovano, J. Sarkar, F. Ottogalli, E. Tortorelli, M. Tosi, and R. Bez: Proc. IRPS, 2007, p. 542.
  57. T. Nirschl, J. B. Philipp, T. D. Happ, G. W. Burr, B. Rajendran, M.-H. Lee, A. Schrott, M. Yang, M. Breitwisch, C.-F. Chen, E. Joseph, M. Lamorey, R. Cheek, S. H. Chen, S. Zaidi, S. Raoux, Y. C. Chen, Y. Zhu, R. Bergmann, H. L. Lung, and C. Lam: IEDM Tech. Dig., 2007, p. 463.
  58. D. H. Kang, J. H. Lee, J. H. Kong, D. Ha, J. Yu, C. Y. Um, J. H. Park, F. Yeung, J. H. Kim, W. I. Park, Y. J. Jeon, M. K. Lee, J. H. Park, Y. J. Song, J. H. Oh, G. T. Jeong, and H. S. Jeong: Symp. VLSI Technology Dig. Tech. Pap. 2008, p. 98.
  59. F. Bedeschi, R. Fackenthal, C. Resta, E. M. Donze1, M. Jagasivamani, E. Buda, F. Pellizzer, D. Chow, A. Cabrini, G. M. A. Calvi, R. Faravelli, A. Fantini, G. Torelli, D. Mills, R. Gastaldi1, and G. Casagrande: Proc. ISSCC, 2008, p. 428.
  60. K. Kim and S. J. Ahn: Proc. IRPS, 2005, p. 157.
  61. S. Lai: IEDM Tech. Dig., 2003, p. 255.
  62. K. Kim and G. Koh: Ext. Abstr. Advanced Devices and Process, Tokyo, 2003, p. 21.
  63. S. L. Cho, J. H. Yi, Y. H. Ha, B. J. Kuh, C. M. Lee, J. H. Park, S. D. Nam, H. Horii, B. O. Cho, K. C. Ryoo, S. O. Park, H. S. Kim, U-In. Chung, J. T. Moon, and B. I. Ryu: Symp. VLSI Technology Dig. Tech. Pap., 2005, p. 96.
|TOP|  |Next Article|  |Table of Contents| |JJAP Home|
Copyright © 2013 The Japan Society of Applied Physics
Contact Information