不揮発性メモリ用逆抵抗変化型相変化材料の開発

摘要

現在コンピュータに用いられているメモリは、情報処理を担うメインメモリと情報の記憶を行うストレージに大分される。メインメモリにはDRAMをはじめとした揮発性メモリ、ストレージにはSSDなどの不揮発性メモリやHDDが用いられている。一方で、メインメモリとストレージの間には処理速度の大きな隔たりがあり、ストレージの遅さがボトルネックとなりコンピュータ全体の処理速度の低下を招いている。最近では、このボトルネックを解消する新しいメモリとしてストレージクラスメモリ(SCM)が提案されている。SCMはOptaneメモリという製品名で 2017年にIntel社によって実用化され、そのメモリ層には相変化材料(PCM)が用いられている。PCMはアモルファス相(高抵抗)と結晶相(低抵抗)との間で大きな抵抗差を示すため、この特性を利用して情報を不揮発に記憶することが可能である。データの書換は電気パルスを印加した際に生じるジュール熱により相変化を誘起して行う。SCMはSSDよりも高速な動作、DRAMよりも大きな記憶容量を実現可能であるが、動作エネルギーが大きいという課題がある。その主な原因は、PCMの結晶相が低抵抗でジュール発熱し難く、アモルファス化動作のエネルギーが大きくなってしまう点にある。その課題克服に向け、低動作エネルギーを実現するPCMの研究開発が現在も盛hに行われている。