خلية الذاكرة (الحوسبة)

في عام 1957، تمكن فروتش وديريك من تصنيع أول ترانزستورات تأثير المجال المصنوعة من ثاني أكسيد السيليكون في مختبرات بيل، وهي أول ترانزستورات يكون فيها المصرف والمصدر متجاورين على السطح. ^{[ 12 ]} وفي وقت لاحق، عرض فريقٌ نموذجًا عمليًا لترانزستور MOSFET في مختبرات بيل عام 1960. ^{[ 13 ] [ 14 ]} وقد مكّن اختراع ترانزستور MOSFET من الاستخدام العملي لترانزستورات أشباه الموصلات المعدنية المؤكسدة (MOS) كعناصر تخزين في خلايا الذاكرة، وهي وظيفة كانت تؤديها سابقًا النوى المغناطيسية .

تم تقديم أولى خلايا الذاكرة الحديثة في عام 1964، عندما صمم جون شميدت أول ذاكرة وصول عشوائي ثابتة (SRAM) من نوع MOS ذي قناة p ( PMOS ) بسعة 64 بت. ^{[ 15 ] [ 16 ]}

تتكون ذاكرة الوصول العشوائي الثابتة (SRAM) عادةً من ستة ترانزستورات ، بينما تتكون ذاكرة الوصول العشوائي الديناميكية ( DRAM ) عادةً من ترانزستور واحد. ^{[ 17 ] [ 15 ]} في عام 1965، استخدمت آلة حاسبة Toscal BC-1411 الإلكترونية من توشيبا نوعًا من ذاكرة الوصول العشوائي الديناميكية ثنائية القطب السعوية، حيث خزنت بيانات بطول 180 بت على خلايا ذاكرة منفصلة، ​​تتكون من ترانزستورات ثنائية القطب من الجرمانيوم ومكثفات. ^{[ 18 ] [ 19 ]} تُعد تقنية MOS أساس ذاكرة الوصول العشوائي الديناميكية الحديثة. في عام 1966، كان روبرت هـ. دينارد يعمل في مركز أبحاث توماس ج. واتسون التابع لشركة IBM على ذاكرة MOS. أثناء دراسته لخصائص تقنية MOS، وجد أنها قادرة على تصنيع المكثفات ، وأن تخزين شحنة أو عدم وجود شحنة على مكثف MOS يمكن أن يمثل 1 و0 للبت، بينما يمكن لترانزستور MOS التحكم في كتابة الشحنة على المكثف. أدى ذلك إلى تطويره لخلية ذاكرة DRAM أحادية الترانزستور. ^{[ 20 ]} في عام 1967، قدم دينارد طلب براءة اختراع لخلية ذاكرة DRAM أحادية الترانزستور، تعتمد على تقنية MOS. ^{[ 21 ]}

أصدرت شركة إنتل أول ذاكرة SRAM ثنائية القطبية تجارية بسعة 64 بت في عام 1969، وهي شريحة 3101 Schottky TTL . وبعد عام، أصدرت أول شريحة دارة متكاملة DRAM ، وهي Intel 1103 ، القائمة على تقنية MOS. وبحلول عام 1972، حطمت إنتل الأرقام القياسية السابقة في مبيعات ذاكرة أشباه الموصلات . ^{[ 22 ]} كانت شرائح DRAM في أوائل السبعينيات تحتوي على خلايا ثلاثية الترانزستور، قبل أن تصبح الخلايا أحادية الترانزستور هي المعيار منذ منتصف السبعينيات. ^{[ 17 ] [ 15 ]}

بدأت شركة RCA بتسويق ذاكرة CMOS ، حيث أطلقت شريحة ذاكرة SRAM بتقنية CMOS بسعة 288 بت في عام 1968. ^{[ 23 ]} كانت ذاكرة CMOS في البداية أبطأ من ذاكرة NMOS ، التي كانت أكثر استخدامًا في أجهزة الكمبيوتر خلال سبعينيات القرن العشرين. ^{[ 24 ]} في عام 1978، قدمت شركة هيتاشي تقنية CMOS ثنائية البئر، مع  شريحة الذاكرة HM6147 (ذاكرة SRAM بسعة 4 كيلوبت)، المصنعة بتقنية 3 ميكرومتر . استطاعت شريحة HM6147 أن تضاهي أداء أسرع شريحة ذاكرة NMOS في ذلك الوقت، مع استهلاكها طاقة أقل بكثير. بفضل الأداء المماثل واستهلاك الطاقة الأقل بكثير، تفوقت تقنية CMOS ثنائية البئر في النهاية على تقنية NMOS لتصبح عملية تصنيع أشباه الموصلات الأكثر شيوعًا لذاكرة الكمبيوتر في ثمانينيات القرن العشرين. ^{[ 24 ]}

كان النوعان الأكثر شيوعًا من خلايا ذاكرة DRAM منذ ثمانينيات القرن الماضي هما خلايا المكثفات الخندقية وخلايا المكثفات المكدسة. ^{[ 25 ]} في خلايا المكثفات الخندقية، تُصنع ثقوب (خنادق) في ركيزة من السيليكون، وتُستخدم جدرانها الجانبية كخلايا ذاكرة، بينما تُعد خلايا المكثفات المكدسة الشكل الأقدم للذاكرة ثلاثية الأبعاد، حيث تُكدس خلايا الذاكرة عموديًا في بنية ثلاثية الأبعاد. ^{[ 26 ]} ظهر كلا النوعين لأول مرة عام 1984، عندما قدمت شركة هيتاشي ذاكرة المكثفات الخندقية، وقدمت شركة فوجيتسو ذاكرة المكثفات المكدسة. ^{[ 25 ]}

اخترع داوون كانغ وسيمون سزي ترانزستور MOSFET ذو البوابة العائمة (FGMOS) في مختبرات بيل عام 1967. ^{[ 27 ]} وقد اقترحا مفهوم خلايا الذاكرة ذات البوابة العائمة، باستخدام ترانزستورات FGMOS، والتي يمكن استخدامها لإنتاج ذاكرة قراءة فقط قابلة لإعادة البرمجة (ROM). ^{[ 28 ]} أصبحت خلايا الذاكرة ذات البوابة العائمة فيما بعد أساسًا لتقنيات الذاكرة غير المتطايرة (NVM)، بما في ذلك ذاكرة القراءة فقط القابلة للمسح والبرمجة ( EPROM )، وذاكرة القراءة فقط القابلة للمسح والبرمجة كهربائيًا ( EEPROM )، وذاكرة الفلاش . ^{[ 29 ]}

اخترع فوجيو ماسوكا ذاكرة الفلاش في شركة توشيبا عام 1980. ^{[ 30 ] [ 31 ]} وقدّم ماسوكا وزملاؤه اختراع ذاكرة فلاش NOR عام 1984، ^{[ 32 ]} ثم ذاكرة فلاش NAND عام 1987. ^{[ 33 ]} وقدّمت شركة NEC ذاكرة فلاش متعددة المستويات (MLC) ، حيث عرضت خلايا رباعية المستويات في شريحة فلاش بسعة 64 ميغابت، تخزن كل منها 2 بت، عام 1996. ^{[ 25 ]} وأعلنت توشيبا لأول مرة عن ذاكرة 3D V-NAND ، حيث تُكدّس خلايا ذاكرة الفلاش عموديًا باستخدام تقنية ذاكرة الفلاش ثلاثية الأبعاد ذات مصيدة الشحنة (CTP)، ^{[ 34 ]} وبدأت سامسونج للإلكترونيات بتصنيعها تجاريًا لأول مرة عام 2013. ^{[ 35 ] [ 36 ]} 

للقلاب العديد من التطبيقات المختلفة، وعنصر التخزين فيه عادةً ما يكون عبارة عن دارة مزلاج تتكون من حلقة بوابة NAND أو حلقة بوابة NOR مع بوابات إضافية تُستخدم لتوفير إشارة التوقيت. وتكون قيمته متاحة دائمًا للقراءة كخرج. وتبقى القيمة مخزنة حتى يتم تغييرها من خلال عملية الضبط أو إعادة الضبط. تُصنع القلابات عادةً باستخدام ترانزستورات MOSFET ، كما تم تصنيعها أيضًا باستخدام ترانزستورات ثنائية القطب .

تُستخدم خلايا الذاكرة ذات البوابة العائمة ، القائمة على ترانزستورات MOSFET ذات البوابة العائمة ، في معظم تقنيات الذاكرة غير المتطايرة (NVM)، بما في ذلك ذاكرة EPROM و EEPROM وذاكرة الفلاش . ^{[ 29 ]} وفقًا لـ ر. بيز وأ. بيروفانو:

تتكون خلية الذاكرة ذات البوابة العائمة أساسًا من ترانزستور MOS ذي بوابة محاطة بالكامل بمادة عازلة (الشكل 1.2)، تُسمى البوابة العائمة (FG)، ويتم التحكم بها كهربائيًا بواسطة بوابة تحكم مقترنة سعويًا (CG). وبفضل عزلها الكهربائي، تعمل البوابة العائمة كقطب تخزين للخلية. وتُحفظ الشحنة المحقونة فيها، مما يسمح بتعديل جهد العتبة الظاهري (أي VT كما تراه بوابة التحكم) لترانزستور الخلية. ^{[ 29 ]}