知識力

❒ 電阻的單位
電阻(Resistor)的單位為「歐姆(Ohm)」，是阻礙電子流動的元件，通常使用電阻較大的金屬或陶瓷(金屬氧化物)製作，在積體電路(IC)內，電阻是用來產生「阻抗」的元件，阻抗會阻止電子在金屬導線中跑得太快，一般是將積體電路中微小的銅導線連接一段電阻較大的金屬或陶瓷(金屬氧化物)薄膜來產生阻抗。科學家發現，某些絕緣材料的電阻值會因為外加電壓大小不同而改變，電阻式隨機存取記憶體(RRAM)利用電壓大小來寫入資料，利用電阻大小來讀取資料，因此稱為「電阻式(Resistive)」。

❒ 電阻式隨機存取記憶體(RRAM)的構造
電阻式隨機存取記憶體(RRAM)的構造如＜圖一＞所示，直接在矽晶圓上使用化學氣相沉積法(CVD)成長一層「金屬電極」，再使用濺鍍法成長一層特別的「絕緣材料」，例如：氧化鉿(HfO₂)，最後再使用化學氣相沉積法(CVD)成長一層「金屬電極」，並且使用光罩、曝光、顯影、蝕刻將金屬電極蝕刻成金屬導線，金屬導線必須分布在每一個位元(bit)，用來存取每一個位元(bit)的資料。
➤高阻態(HRS：High Resistance State)：絕緣材料電阻值高。
➤低阻態(LRS：Low Resistance State)：絕緣材料電阻值低。
➤重置(Reset)：絕緣材料由低阻態(LRS)轉變為高阻態(HRS)，如＜圖一(a)＞所示。
➤設定(Set)：絕緣材料由高阻態(HRS)轉變為低阻態(LRS)，如＜圖一(b)＞所示。

圖一 　電阻式隨機存取記憶體(RRAM)的構造示意圖。

❒ 電阻式隨機存取記憶體(RRAM)的工作原理
上層電極與下層電極之間夾著一層特別的絕緣材料，絕緣材料的電阻值會因為外加電壓大小不同而改變，寫入資料與讀取資料的原理如＜圖二＞所示：
➤寫入資料0：施加正電壓使絕緣材料由高阻態(HRS)轉變為低阻態(LRS)，如＜圖二(a)＞所示。
➤寫入資料1：施加負電壓使絕緣材料由低阻態(LRS)轉變為高阻態(HRS)，如＜圖二(b)＞所示。
➤讀取資料0：量測絕緣材料的電阻較小(電壓較小)，如＜圖二(c)＞所示。
➤讀取資料1：量測絕緣材料的電阻較大(電壓較大)，如＜圖二(d)＞所示。

圖二 　電阻式隨機存取記憶體(RRAM)的工作原理示意圖。

❒ 電阻式隨機存取記憶體(RRAM)的優缺點
➤優點
1.屬於「非揮發性記憶體(NVM)」，電源關閉後資料仍然可以保存。
2.不像快取記憶體(Flash ROM)需要高電壓強迫電子注入浮動閘極，所以耗電量較低。
3.不像硬碟機(HDD)需要使用旋轉馬達與讀取頭，所以很省電、耐撞擊、不跳針。
➤缺點
1.必須使用特別的絕緣材料，發展較晚，製程不夠成熟，良率較低。
2.許多專利由國外公司掌握，如果支付專利費用，則生產成本較高，售價也較高。
 

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