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Der Aufbau einer PRAM Speicherzelle ist ähnlich einer DRAM Speicherzelle. PRAMe besteht aus einem Auswahltransistor und dem resisitiven Phase-Change-Element, in dem die Informationsspeicherung stattfindet. Die meisten Speicherzellen sind - wie beim DRAM - in einer Matrix angeordnet.

Das resistive Speicherelement besteht aus einer metallischen Top-Elektrode, einer metallischen Bottom-Elektrode und dazwischen dem Phasenwechselmaterial.

Der Wechsel in den RESET state erfolgt durch eine Amorphisierung eines Teils des Phasenwechselmaterials. Dazu wird das Material durch einen Strompuls höherer Strömestärke ( mehrere hundert Mikroampere) geringerer Dauer (z.B. 50 Nanosekunden) aufgeheizt. Nach dem Ende des Pulses wird sich das Material sehr schnell abkühlen - so schnell, dass es in amorphen Zustand verbleibt und nicht kristallisiert. Um diesen Strompuls effektiv zu generieren kann eine Nichtlinearität in der Strom-Spannungskurve von amorphen Chalkogeniden genutzt werden: an sich ist dieser Zustand durch einen hohen Widerstand geprägt. Übersteigt die angelegte Spannung jedoch eine Schwellspannung, so wird das Material wieder gut leitend ('dynamic on state').

Der Wechsel zurück in den kristallinen SET state wird durch einen längeren Strompuls (z.B. 100 Nanosekunden) geringerer Stromstärke (mehrere zehn bis wenige hundert Mikroampere) bewirkt. Dadurch wird das amorphe Material über die Kristallisationstemperatur (siehe Glas) erhitzt und so lange auf dieser Temperatur gehalten, daß Keimbildung einsetzt und Kristallisation stattfindet.

Zum Auslesen der Information wird über dem resistiven Element eine Spannung angelegt, die eine so geringe Stromstärke bewirkt, dass die Temperatur im Material nicht die für einen Phasenwechsel notwendige Höhe erreicht. Je nach Zustand fließt dabei ein anderer Strom, was zum Auslesen genutzt wird.

Samsung betont vor allem die hohe Geschwindigkeit von PRAM, denn Daten können geschrieben werden, ohne dass zuvor angesammelte Daten gelöscht werden müssen. Damit sei PRAM effektiv rund 30-mal schneller als normaler Flash-Speicher. Zudem soll PRAM im Vergleich mit Flash-Speicher eine rund zehnmal längere Lebensdauer besitzen.
Dabei seien die Speicherzellen mit einer Fläche von 0,0467 Quadratmikrometern nur halb so groß wie bei NOR-Flash, so Samsung.

Auch die Herstellung soll einfacher sein, die Zahl der notwendigen Prozessschritte sei um 20 Prozent geringer. Das Unternehmen nutzt nach eigenen Angaben vertikale Dioden in einer dreidimensionalen Transistor-Struktur, wie sie Samsung auch zur DRAM-Herstellung nutzt. Da sich die Zellen untereinander nicht stören, soll die Speichertechnik fast beliebig skalierbar sein.

Geschichte von PRAM:

Schon in den 1920er Jahren wird die Änderung der elektrischen Leitfähigkeit durch eine Strukturänderung an einem Chalkogenid (MoS2) entdeckt (Waterman 1923 [1]). In den 1950er Jahren erforschte man die halbleitenden Eigenschaften kristalliner und amorpher Chalkogenide. Reversibel phasenwechselnde Materialien wurden mit ihren elektrischen und dann auch optischen Eigenschaften in den 1960er Jahren untersucht (Ovshinsky 1968. Zu der Zeit wurde auch bereits die Konstruktion eines nichtvolatilen Speichers für Elektronikanwendungen auf der Basis dieses Prinzips vorgeschlagen.

Dann wurde die Phase-Change-Technologie jedoch zunächst in Bezug auf ihre optischen Anwendung weiterentwickelt und kommerziell nutzbar gemacht: für wiederbeschreibbare CDs (erstes Produkt 1990, Matsushita) und DVDs. Erst als im Zuge dieser Entwicklungen Materialien entdeckt wurden, die bezüglich Schreibzeiten und -strömen in interessante Regionen kamen, bekam auch die Phase-Change-RAM-Entwicklung Fahrt.

Anfang 2006 stellt Samsung als Speicherchip-Weltmarktführer einen 256 Megabit-Prototyp und Mitte 2006 einen 512-Megabit-Prototyp als Ersatz für Flash Chips vor. Die Serienfertigung wird für das Jahr 2008 angekündigt.

Ausblick und Zukunft von PRAM:

Samsung hat im September 2006 funktionsfähigen Prototypen eines "Phase-change Random Access Memory"-Moduls (PRAM) gefertigt. Geht es nach Samsung, wird PRAM innerhalb von zehn Jahren NOR-Flash ersetzen. Der Prototyp hat eine Speicherkapazität von 512 MBit. Es wird erwartet, dass PRAM vor allem im Handy-Bereich/USB Sticks, mp3 Playern und anderen mobilen Endgeräten zum Einsatz kommen wird. Entsprechende Geräte sollen von der höheren Geschwindigkeit spürbar profitieren.