共鳴トンネリングを�W(w┌ng)��する新不ｧ発性RAMで英ベンチャーが最優秀賞を�p賞
フラッシュメモリの国際会議であるFlash Memory Summit 2023において、Most Innovative Flash Memory startup�靆腓悩罵ソ┥泙魃儿颪離好拭璽肇▲奪�Quinas Technologyが�p賞した（図1）。この新型メモリは量子��学的な井戸型ポテンシャルの共鳴トンネル現��(j┫)を�W(w┌ng)��して電荷を出し入れする��(sh┫)式のデバイス。Quinasは英ランカスター�j(lu┛)学の発��を��業化する企業。
図1 Flash Memory Summit 2023においてMost Innovative Flash Memory Startup�靆腓虜罵ソ┥泙��p賞したQuinasのCEO兼共同創業�vであるJames Ashforth-Pook��（左）とCSO（最高科学責任�v）兼ランカスター�j(lu┛)学教�bのManas Hayne��（��） 出�Z：Quinas Technology
Quinas社は、この新型共鳴トンネリングメモリをULTRARAMと�}んでおり、DRAM以�屬瞭匹濬颪�時間の�]さと、フラッシュ並みの不ｧ発性（1000�Q以�屬諒欸e期間）を兼ね�△┐討い襪箸い�(参考�@料1)。これからの不ｧ発性RAMとして期待は�j(lu┛)きい。DRAMよりも高�]というのは、リフレッシュ時間が不要であることから来ている。
Quinasという社�@は、量子��学（Quantum mechanics）のQuと、InAs（インジウムひ素）の化合�馮焼���を合わせた�]語から来ている。デバイス構�]（図2）がスーパーラティス（��格子）のように複数の化合�馮焼���を�_ね合わせているため、InAsだけではないが、Si�屬縫丱奪侫〜悗鯑�れながら複数の化合�馮焼���を使う。
図2 シリコン基���屬砲い�つかのバッファ層を経てトランジスタ層、量子井戸2つ、浮�^ゲート、バリア、�U御ゲートという構�]をしている 出�Z：Advanced Electronic Materials
基本的な原理はランカスター�j(lu┛)学�駘�学�陲�Manas Hayne教�bが発��した。二つの量子��学的な井戸型ポテンシャルを作り、量子井戸内�陲糧瑤喩瑤咾離┘優襯�ー��位が二つの井戸で同じレベルになったとき（共鳴した時）、トンネル現��(j┫)で電子が�‘阿垢襦�エネルギー��位が揃っていなければ電子はトンネリングできない。ここでは、��来のフラッシュメモリと違って、電子の行き来に関して劣化することはない。電子がホットエレクトロンのような高いエネルギーで行き来する�lではないからだ。
デバイス構�]は、フローティングゲートに電荷（電子）を出し入れする構�]になっている（参考�@料2）。�┣祝譴離丱螢△播纏劼鯤弔弦�めている。動作原理は図3左のように、ゲート電圧がゼロの時にチャネル電子と、二つの井戸型ポテンシャル内の量子��学的なエネルギー��位が互いにずれているため共鳴が��こらず、トンネリングしない。また、量子井戸QW1のエネルギー��位よりもQW2の電子のエネルギー��位の��(sh┫)が高いため、QW1からQW2へもトンネルできない。
図3 共鳴トンネリングの動作原理 書き込み、消去とも共鳴トンネリングを使う 出�Z：Advanced Electronic Materials
しかし、�U御ゲートにバイアス電圧を加えると図3の��のようになり、チャンネルの電子が量子井戸QW1と同じレベルのエネルギーを�eつと、チャンネル電子がトンネリングしてQW1、さらに�uの量子井戸QW2のエネルギー��位へ�‘阿掘�浮�^ゲートにチャージされる。この�壻�で書き込みできる。ゲートバイアスをセロに戻しても浮�^ゲートに電荷が溜まったまま、チャンネル�笋砲鰐瓩蕕困肪濱僂気譴襦�
消去する場合には、�U御ゲートに逆バイアス電圧を加える（参考�@料3）。浮�^ゲートの電子のエネルギーと量子井戸QW2のエネルギー��位が揃うようにバイアス電圧を�屬欧襪氾纏劼�QW2�笋��‘阿掘�QW1のエネルギー��位が低いためQW2からQW1へ�‘阿掘△気蕕縫肇鵐優螢鵐阿靴謄船礇鵐優詁發��‘阿垢襦�このようにして浮�^ゲートから電子はチャンネル�笋��‘阿気譟�浮�^ゲートには電荷が消滅しデータを消すことができる。
この新型メモリはDRAMとフラッシュの良さをそれぞれ�eつようになるが、コスト的にはシリコン以外の化合�馮焼���を使うため、それほど期待できないかもしれない。ただ、DRAMは��筒型のメモリセルを�j(lu┛)きなアスペクト比で構成しており、NANDフラッシュはセルを100層以�屬砲眥_ね合わせる構�]になっており、デバイス構�]の複雑さは�cけられない。DRAMとNANDフラッシュの複雑な構�]からみると、このULTRARAMは単純にも見える。
いつこのメモリをどのようなビジネスで進めていくのか、IPベンダーかファブレスメモリか、など、セミコンポータルはQuinas社に問い合わせているが、返��があり次��、情報を提供する。
参考�@料
1. "ULTRARAM Start-up Wins Best of Show Memory Technology Award at World’s Largest Memeory Event in Silicon Valley", Quinas Technology News Release 2023/08/10）
2. "ULTRARAM: A Low-Energy, High-Endurance Compound-Semiconductor Memory on Silicon", Research Article, Advanced Electronic Materials (2022/08)
3. Neale, R., "A Very Revealing ULTRARAM Update" The Memory Guy Blog, (2023/03/01)
