快閃記憶體仍如日中天，智慧手機(jī)消費(fèi)型設(shè)備，例如平板電腦和智慧手機(jī)，強(qiáng)勁地推動(dòng)了快閃記憶體及整個(gè)半導(dǎo)體市場(chǎng)。未來幾年，平板電腦的市佔(zhàn)率將不斷增加，目前最常見的快閃記憶體類型是 NAND，一位市場(chǎng)分析師預(yù)測(cè)：2011 至 2015 年之間， NAND的市場(chǎng)複合年增長率將達(dá)到 7%。
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| 三星已發(fā)表PCM產(chǎn)品 |
技術(shù)方面，記憶體密度因採用 25nm 及以下製程技術(shù)，讓製造商能進(jìn)一步擴(kuò)大優(yōu)勢(shì)。領(lǐng)先的 NAND 快閃記憶體製造商開始用 20-30nm 範(fàn)圍的技術(shù)生產(chǎn) 64Gb記憶體，並加速使用創(chuàng)新的記憶體架構(gòu)和結(jié)構(gòu)，以滿足高密度需求。例如SanDisk 和 Toshiba 今年早些在ISSCC（國際固態(tài)電路會(huì)議）發(fā)表的一篇論文，詳細(xì)介紹了採用 19nm 3 位元/單元技術(shù)的 128Gb 的 NAND 快閃記憶體設(shè)備。
Flash的替換技術(shù)
儘管短中期內(nèi)快閃記憶體繼續(xù)縮小，但長期來看在獨(dú)立和嵌入式應(yīng)用中，仍然有可能替換的持續(xù)需求。競(jìng)爭(zhēng)者包括半導(dǎo)體公司、研究機(jī)構(gòu)和大學(xué)目前正在研究的30 多種不同的非揮發(fā)性記憶體技術(shù)，一些技術(shù)已有小批量出貨。四種領(lǐng)先的技術(shù)提供了多方面勝過快閃記憶體的優(yōu)勢(shì)，如讀/寫速度快 100倍、可寫次數(shù)明顯更高，它們是相變記憶體（PCM或PRAM）、鐵電隨機(jī)存取記憶體（FRAM 或 FeRAM）、磁阻隨機(jī)存取記憶體（MRAM）以及電阻型隨機(jī)存取器（RRAM 或 ReRAM），簡(jiǎn)介如下：
1. PCM
PCM 利用硫系玻璃的特性，能夠在四種不同狀態(tài)之間切換：結(jié)晶、非晶和兩種部分結(jié)晶狀態(tài)。切換是可能的，因?yàn)殡娏魍ㄟ^玻璃時(shí)產(chǎn)生的熱量會(huì)改變物質(zhì)的狀態(tài)。由於 PCM可以產(chǎn)生多達(dá)四種狀態(tài)，所以儲(chǔ)存容量能增倍，每個(gè)單元提供兩位元。不同狀態(tài)的電阻係數(shù)大相徑庭，例如，高電阻非晶狀態(tài)可以代表一個(gè)二進(jìn)位“0”，低電阻結(jié)晶狀態(tài)可以代表“1”。
PCM 的主要缺點(diǎn)是高溫靈敏性。它也會(huì)隨著使用而退化，但速度比快閃記憶體慢得多，快閃記憶體有大約 5000 次寫入的額定值，而 PCM 則有大約 1 億次。 PCM 可以提供高性能，尤其是在那些寫入密集的應(yīng)用中，因?yàn)樗那袚Q速度快，單個(gè)位元更改無需先擦除塊，且目前能夠縮小到 40nm。
美光科技和三星電子目前正在爭(zhēng)相生產(chǎn)首個(gè) 1Gb 的 PCM元件，三星電子目前已做出一個(gè)手機(jī)的非快閃記憶體相容的512 Mbit 的PRAM。
2. FRAM
FRAM 的結(jié)構(gòu)與 DRAM 相似。 DRAM 包括 一個(gè)電介質(zhì)存取電晶體和一個(gè)基於電容器的儲(chǔ)存節(jié)點(diǎn)，而 FRAM 使用鋯鈦酸鉛 (PZT) 之類的。鐵電材料形成鐵電電容器，整合到存取電晶體的柵極體中。鐵電材料的晶體結(jié)構(gòu)可以形成半永久的電偶極子，按外電場(chǎng)的方向自動(dòng)排序，並在電場(chǎng)去除後保持這種極化。這允許讀/寫操作都可以隨機(jī)存取每個(gè)位元，使用每個(gè)單元都可行的兩種可能極化，二進(jìn)位儲(chǔ)存“0”和“1”。
FRAM 功耗更低，寫入性能更快，且寫入次數(shù)遠(yuǎn)非快閃記憶體可比。 缺點(diǎn)包括：較低的儲(chǔ)存密度、儲(chǔ)存容量的限制和較高的成本。
Fujitsu 已發(fā)佈了專為替代工業(yè)、工廠和低功耗應(yīng)用中的快閃記憶體和 SRAM 而設(shè)計(jì)的 FRAM 設(shè)備，而德州儀器(TI)正在逐漸開始提供基於 FRAM 的微控制器。
3. MRAM
MRAM 使用兩個(gè)鐵磁板形成的磁鐵記憶元件，每個(gè)都有磁場(chǎng)，由一個(gè)薄絕緣層隔開。最簡(jiǎn)單的單元結(jié)構(gòu)是旋轉(zhuǎn)閥配置。一塊板是固定極性的永久磁鐵，另一塊板具有可以變化以匹配外部磁場(chǎng)的磁場(chǎng)。位元的儲(chǔ)存方法是兩塊相同極性的板代表“1”，兩塊相反極性的板代表“0”。 這些單元的網(wǎng)格形成記憶體設(shè)備。該技術(shù)不僅有望替代快閃記憶體，還可能替代DRAM 和 SRAM 記憶體。但是，由於外部直流磁場(chǎng)導(dǎo)致長期施加的扭矩所帶來的干擾，MRAM 非常敏感。
從飛思卡爾半導(dǎo)體分離出來的公司 Everspin 預(yù)計(jì)在 2012 年生產(chǎn)數(shù)百萬片MRAM，但市場(chǎng)現(xiàn)在更期待稱作 SST-MRAM（旋轉(zhuǎn)傳輸扭矩 MRAM）的第二代 MRAM 技術(shù)。這項(xiàng)技術(shù)使用隧道阻擋層替換了絕緣層，並使用自旋排列（極化）電子。主要優(yōu)點(diǎn)是減少了寫入所需的電流，使它的速度可與讀取過程相比，並使高密度成為可能；但必須保持旋轉(zhuǎn)的連貫性，且高速操作仍需要使用較高的電流。 目前，該技術(shù)有望用於小於 65nm 的設(shè)備，使用正在研究的新複合結(jié)構(gòu)。
4. RRAM
電阻型 RAM基於電阻元件材料的電子切換（感應(yīng)電流或電壓)，介於兩種穩(wěn)定的電阻狀態(tài)（低/高）。 它通過氧化物絕緣體的突然傳導(dǎo)完成此切換。 RRAM 通過兩個(gè)操作在兩種電阻狀態(tài)之間切換：RESET 從低電阻狀態(tài)恢復(fù)高電阻狀態(tài)；SET 產(chǎn)生相反的轉(zhuǎn)變。
RRAM 可以縮小到 300nm 以下，一項(xiàng)基於氧化物的 RRAM的研究甚至表明 2nm 級(jí)別也可能會(huì)發(fā)生氧運(yùn)動(dòng)。 研究機(jī)構(gòu) IMEC 預(yù)計(jì)，帶層疊結(jié)構(gòu)的 RRAM 設(shè)備能以 11nm 的規(guī)格進(jìn)入市場(chǎng)，“SONOS”快閃記憶體作為在 17-14nm 節(jié)點(diǎn)的中間級(jí)。
RRAM 使用最小的能耗提供亞納秒切換，並提供資料穩(wěn)定性同時(shí)可承受高溫和迴圈磨損。這種穩(wěn)健性為包括汽車和嵌入式應(yīng)用在內(nèi)的市場(chǎng)提供了新機(jī)會(huì)。舉例說，Elpida 已開發(fā)出了 RRAM 原型，目標(biāo)是在 2013 年開始批量生產(chǎn)，使用提供十億位元容量的設(shè)備並基於 30nm 製程。
終點(diǎn)尚未看到…
然而，上述四種技術(shù)均未取得大批量產(chǎn)的突破，目前僅限於小眾市場(chǎng)。快閃記憶體很可能會(huì)進(jìn)一步縮小至少幾代，因此在我們可以說“王者已逝，萬歲…！”之前，還會(huì)有很長一段時(shí)間。
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