STT的PSC技術(shù)推進(jìn)STT-MRAM容量的大幅度提升
2018-05-22 14:29:06
在過去十年里，內(nèi)存基本上占據(jù)了數(shù)據(jù)存儲和系統(tǒng)技術(shù)，但是在性能，功率及使用壽命上內(nèi)存也面臨著比較嚴(yán)肅的問題，而且內(nèi)存并不能隨著容量的增加而不斷的縮小工藝尺寸，導(dǎo)致廠商不得采用大尺寸的3D制造。而MRAM技術(shù)卻是啟動行業(yè)內(nèi)對新的發(fā)展新的啟發(fā)，行業(yè)內(nèi)開始有廠商在嘗試為靜態(tài)RAM (SRAM)以及DRAM創(chuàng)建可行的替代方案。
MRAM是一種屬于非易失性存儲器技術(shù)，通過磁存儲元件存儲數(shù)據(jù)。這些元件是兩個鐵磁板或電極，它們可以維持一個磁場，并且由非磁性材料分開……其中一個板塊的磁化強(qiáng)度是固定的(也就是一個“參考層”)……第二個板塊通常被稱為自由層，它的磁化方向可以由一個較小的磁場改變。
磁RAM，或稱MRAM，已經(jīng)投入生產(chǎn)了10年，主要用于嵌入式系統(tǒng)。通常，出于電力或耐久性的原因，閃存無法介入這一領(lǐng)域。其供應(yīng)商，如Everspin和Spin Transfer Technologies(以下簡稱STT)，一直致力于提高M(jìn)RAM的密度、性能和耐久性。
與閃存相比，MRAM有一些很大的優(yōu)勢，包括:
•低成本制造
•制造工藝在28nm以下，不像閃存。
•功耗更低，甚至比閃存低數(shù)百倍。
•字節(jié)可尋址，如DRAM，不像閃存。
進(jìn)動自旋流(PSC，PRECESSIONAL SPIN CURRENT)的物理實現(xiàn)是在垂直磁性隧道結(jié)(pMTJ)上的三層薄層。
這些薄的、獲得了專利的層對pMTJ的作用有四點:
•減少寫入單元所需的電流。
•在讀取時提高單元的數(shù)據(jù)保留度約10000x，減少讀取干擾問題。
•由于寫入電流減少，PSC增加了100x到1000x的耐久度。
•同時，隨著特征尺寸的縮小，單元行為提高。
存儲器技術(shù)要求的不只有記憶容量與密度，使用壽命與容錯能力等數(shù)據(jù)也很重要，GlobalFoundries與Everspin Technologies合作，對已上市的256Mb容量pSTT－MRAM進(jìn)行測試，可在攝氏100度環(huán)境下保存數(shù)據(jù)10年以上，重復(fù)讀寫1億次也沒有明顯劣化問題，顯示pSTT－MRAM技術(shù)已達(dá)成熟階段。
但以目前的容量而言，
STT－MRAM容量仍小，離取代一般存儲器還有一段路要走，另一種比較可行的應(yīng)用，是把STT－MRAM嵌入其他系統(tǒng)芯片，目前已有SRAM嵌入邏輯芯片的技術(shù)，而STT－MRAM記憶密度比SRAM更高，有助于提高邏輯芯片內(nèi)的記憶容量。
接下來STT－MRAM的商業(yè)發(fā)展，將先從大容量產(chǎn)品開始，抑或在嵌入式系統(tǒng)市場上普及，，主要用于汽車、地理和其他困難環(huán)境的嵌入式應(yīng)用。在一個日益移動化的世界，MRAM的廣泛應(yīng)用將是一個很好的結(jié)果。
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