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新一代STT-MRAM容量提高到Gb

2017-02-15 14:33:03

      被視為次世代存儲器技術之一的自旋力矩傳輸存儲器(STT-MRAM),在2016年12月舉行的國際電子零組件會議(International Electron Devices Meeting;IEDM)中公開了許多突破性研究成果,最引人注目的是推出了容量超過1Gb的產品,以及將STT-MRAM嵌入CMOS邏輯芯片的技術實證。
      MRAM算是次世代非揮發性存儲器科技中呈現較早的一種,它的記憶單元以磁隧結(MTJ)組成,由于占用體積比較大與耗電量高,最大容量約16Mb,只適用于某些特殊需求;MTJ水平排列的iSTT-MRAM雖然成功縮小體積,但是記憶密度還是偏低,最大容量僅為256Mb。
      直到較新的pSTT-MRAM的出現,MTJ改用垂直排列,才進一步擴展了記憶密度,東芝(Toshiba)與韓國存儲器大廠SK海力士(SK Hynix)從2011年起合作,到2016年成功推出目前容量最大的STT-MRAM,記憶容量達到4Gb,雖然詳細數據還沒有發布,不過報導推測記憶密度與DRAM相當。
     不過,存儲器技術要求的可不只是記憶容量與密度,使用壽命與容錯能力等數據也非常重要,GlobalFoundries與Everspin Technologies合作,對已上市的256Mb容量pSTT-MRAM進行試驗,可在攝氏100攝氏度的環境下保存數據10年以上,重復讀寫1億次后也沒有明顯劣化問題,顯示pSTT-MRAM技術已達成熟階段。
     但對目前的容量來說,STT-MRAM容量仍不夠大,離取代一般存儲器還有一段距離,另一種可行性辦法是把STT-MRAM嵌入其他系統芯片,目前已有SRAM嵌入邏輯芯片的例子,而STT-MRAM記憶密度比SRAM更高,更有助于提高邏輯芯片內的記憶容量。
     在IDEM 2016中,關于STT-MRAM嵌入系統芯片的應用,一個是高通(Qualcomm)與應用材料(Applied Materials)的合作,制作1Gb大容量的嵌入測試,另一個則是三星電子(Samsung Electronics)的28納米制程8Mb容量嵌入STT-MRAM的研發。
     高通的發表中指出非常有意思的 一點,就是在嵌入式設計中,由于重復讀寫次數減少,在同樣的可靠性要求下,一般RAM須達到10的15次方次讀寫,STT-MRAM只需保證10的10~12次方次讀寫,就可滿足需求。
而三星的28納米加工技術是目前最精密的STT-MRAM制程,為了能在CMOS邏輯芯片中加入STT-MRAM,由于有部分程序與CMOS邏輯電路制程重疊,只要增加3道光罩就可以有效嵌入STT-MRAM,就有可能低成本制出內嵌STT-MRAM的邏輯芯片。
     接下來STT-MRAM的商業發展,將先從大容量產品開端,亦或在嵌入式系統市場上普及,有待持續觀察。

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