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STT-MRAM存在的兩個弊端

2020-01-14 09:46:16

隨著自旋轉(zhuǎn)移矩效應(yīng)的發(fā)現(xiàn)以及材料和結(jié)構(gòu)的優(yōu)化,基于自旋轉(zhuǎn)移矩效應(yīng)的STT-MRAM器件應(yīng)運(yùn)而生。自從自旋轉(zhuǎn)移矩效應(yīng)被證實(shí)以來,一方面研究人員通過大量的努力嘗試降低磁化反轉(zhuǎn)的臨界電流,增加熱穩(wěn)定性;另一方面Sony、Hitachi、Renesas、Crocus、Toshiba、Samsung、Hynix、IBM等多家公司也在積極研發(fā)STT-MRAM。
 
早期的磁隧道結(jié)采用面內(nèi)磁各向異性(In-Plane Magnetic Anisotropy)。它存在如下兩個弊端:
 
1)隨著工藝減小,熱穩(wěn)定性惡化。采用面內(nèi)磁各向異性磁隧道結(jié)的存儲壽命取決于熱穩(wěn)定性勢壘和磁各向異性場,面內(nèi)磁各向異性的來源是薄膜平面較大的長寬比。
 
隨著工藝尺寸的微縮(<50nm),這種薄膜的邊際效應(yīng)加劇,會產(chǎn)生顯著的磁渦旋態(tài),難以保持較高的熱穩(wěn)定性勢壘,甚至穩(wěn)定的磁化也無法存在,這將限制MRAM的存儲密度;
 
其次面內(nèi)磁各向異性的磁隧道結(jié)降低了自旋轉(zhuǎn)移矩的翻轉(zhuǎn)效率
 
因此,對于相同的熱穩(wěn)定性勢壘,垂直磁各向異性能夠使磁隧道結(jié)的臨界翻轉(zhuǎn)電流比面內(nèi)磁各向異性的更低,相應(yīng)地,自旋轉(zhuǎn)移矩的翻轉(zhuǎn)效率更高。鑒于上述優(yōu)勢,研究人員也一直致力于采用垂直磁各向異性的磁隧道結(jié)結(jié)構(gòu)建高密度、低功耗的pSTT-MRAM。
 
 
圖1(a)垂直磁各向異性的磁隧道結(jié);(b)沿面內(nèi)和垂直方向的磁化曲線,證明易磁化軸沿垂直方向。
 
目前最新的低功耗、大容量的MRAM器件均采用垂直磁各向異性磁隧道結(jié),比如Everspin已推出的256Mb STT-MRAM商用產(chǎn)品以及展示的1Gb演示器件采用的就是垂直磁各向異性磁隧道結(jié)。

下列是部分everspin  STT-MRMA
Density Org. Part Number Voltage Speed Temp Rating Package Pack/Ship
1Gb 128Mb x8 EMD4E001G08G1-150CAS1 -- 667MHz Commercial 78-BGA Tray
1Gb 128Mb x8 EMD4E001G08G1-150CAS1 -- 667MHz Commercial 78-BGA Tape & Reel
1Gb 64Mb x16 EMD4E001G16G2-150CAS1 -- 667MHz Commercial 96-BGA Tray
1Gb 64Mb x16 EMD4E001G16G2-150CAS1R -- 667MHz Commercial 96-BGA Tape & Reel
256Mb 16Mb x 16 EMD3D256M16G2-150CBS1T 1.5v +/- 0.075v 1333 0-85 BGA Tray
256Mb 16Mb x 16 EMD3D256M16G2-150CBS1R 1.5v +/- 0.075v 1333 0-85 BGA Tape and Reel
256Mb 16Mb x 16 EMD3D256M16G2-150CBS2T 1.5v +/- 0.075v 1333 0-85 BGA Tray
256Mb 32Mb x 8 EMD3D256M08G1-187CBS2T 1.5v +/- 0.075v 1066 0-85 BGA Tray

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英尚微電子中國區(qū)指定的授權(quán)代理:VTI、NETSOL、JSC濟(jì)州半導(dǎo)體(EMLSI)、Everspin 、IPSILOG、LYONTEK、ISSI、CYPRESS、ISOCOME、PARAGON、SINOCHIP、UNIIC; 著名半導(dǎo)體品牌的專業(yè)分銷商  如:RAMTROM、ETRON、FUJITSU、LYONTEK、WILLSEMI。
 

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