[論文レビュー] Investigating Reliability Aspects of Memristor based RRAM with Reference to Write Voltage and Frequency

Tukaram D. Dongale, Kishorkumar V. Khot+9 more|arXiv (Cornell University)|Feb 5, 2016

Advanced Memory and Neural Computing被引用数 3

ひとこと要約

本論文は、線形ドリフトモデルを用いて、メモリストレージの信頼性に及ぼす書き込み電圧（0.2–1.2V）および周波数（1–200 Hz）の影響を調査する。結果として、高い書き込み電圧と低い周波数がメモリウインドウおよび寿命（τ）を向上させることを示し、LRSは両パラメータに依存するが、HRSは電圧に依存しないことが判明した。これは最適な条件下でデータ保持性が向上し、損失が低減することを示している。

ABSTRACT

In this paper, we report the effect of write voltage and frequency on memristor based Resistive Random Access Memory (RRAM). The above said parameters have been investigated on the linear drift model of memristor. With a variation of write voltage from 0.2V to 1.2V and a subsequent frequency modulation from 1, 2, 4, 10, 100 and 200 Hz the corresponding effects on memory window, Low Resistance State (LRS) and High Resistance State (HRS) have been reported. Thus the lifetime (τ) reliability analysis of memristor based RRAM is carried out using above results. It is found that, the HRS is independent of write voltage, whereas LRS shows dependency on write voltage and frequency. The simulation results showcase that the memristor possess higher memory window and lifetime (τ) in the higher voltage with lower frequency region, which has been attributed to the fewer data losses in the memory architecture.

研究の動機と目的

• 書き込み電圧および周波数を変化させた状況下におけるメモリスタベースRRAMの信頼性を評価すること。
• High Resistance State（HRS）およびLow Resistance State（LRS）が書き込み電圧および周波数にどのように依存するかを分析すること。
• シミュレーション結果を用いて、メモリスタベースRRAMの寿命（τ）を推定すること。
• メモリウインドウおよび信頼性を最大化する最適な電圧および周波数の組み合わせを特定すること。

提案手法

• 異なる書き込み電圧および周波数条件下でのデバイス動作をシミュレートするために、メモリスタの線形ドリフトモデルが用いられる。
• 書き込み電圧は0.2Vから1.2Vまで変化させ、周波数は1 Hzから200 Hzまで変調される。
• パラメータ空間全体にわたり、メモリウインドウ、LRS、およびHRSが測定され、分析される。
• 観察された抵抗状態およびその時間経過に伴う安定性に基づき、寿命（τ）が計算される。
• シミュレーションを用いて、異なる運用設定下でのデータ保持性および損失のトレンドが評価される。
• 抵抗状態の安定性およびメモリウインドウの大きさに基づき、RRAMアーキテクチャの信頼性が評価される。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 書き込み電圧は、メモリスタベースRRAMにおけるHRSおよびLRSの安定性にどのように影響するか？
• RQ2 周波数の変化は、RRAMデバイスのメモリウインドウおよび抵抗状態にどのように影響するか？
• RQ3 書き込み電圧、周波数、およびメモリスタの推定寿命（τ）との関係は何か？
• RQ4 HRSは、さまざまな周波数においても書き込み電圧に依存しないままか？
• RQ5 データ損失を最小限に抑え、信頼性を最大化するための書き込み電圧および周波数の最適な組み合わせは何か？

主な発見

• テストされたすべての周波数において、High Resistance State（HRS）は書き込み電圧に依存しない。
• Low Resistance State（LRS）は、書き込み電圧および周波数の両方に顕著に依存する。
• 高い書き込み電圧と低い周波数の組み合わせにより、より大きなメモリウインドウおよび向上したデバイス寿命（τ）が得られる。
• 1.2Vの書き込み電圧および1 Hzの周波数で、データ損失が低減され、信頼性が向上する最適な性能が達成される。
• シミュレーション結果から、高い電圧および低い周波数領域では、データ損失が少ないことが確認され、長期的な安定性が良好であることが示された。
• メモリスタベースRRAMの寿命（τ）は、高い書き込み電圧および低い周波数で増加し、これらの条件下で信頼性が向上することが確認された。