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新數據寫入技術使MRAM變得更可行

上網時間 : 2006年02月24日

來自於兩家旋轉力矩轉移－磁性隨機記憶體(STT-MRAM)開發商的消息指出即將增加MRAM被選為‘通用記憶體’的機率。‘通用記憶體’是指下一代平台，能夠滿足各種不同應用的需求，並取代我們今日所使用的DRAM、SRAM和快閃記憶體元件。

Sony公司對外宣佈成為首家已經通過實驗室作業驗証的STT-MRAM開發商。而瑞薩科技(Renesas)為了在該技術基礎上開發實際的記憶體單元，也已經與致力於研究旋轉力矩的Grandis公司結盟。

MRAM具有讀寫速度快、耐久和非揮發等優點。但是傳統的MRAM功耗極大，而且被證明難以微縮，這些難題削弱了它可能成為通用記憶體的競爭力。而早在上世紀90年代中期就作為理論提出的STT-MRAM，為解決這些問題提供了更多可能性。

典型的MRAM單元由一個電晶體和一個磁性穿隧結點(MTJ)組成，後者包括一個固定方向的磁化層和一個自由磁層，兩個層面由穿隧閘極相互隔離。MRAM透過改變自由層的磁化方向寫入數據。

迄今為止，大多數的MRAM開發都是基於磁場的數據寫入技術，即透過加入磁場來改變自由層的磁化方向。這種方法寫入速度很快，但是卻非常耗能。

STT-MRAM對透過穿隧磁阻(TMR)元件的電子旋轉方向進行極化，以改變自由磁層的磁化方向，因而實現數據寫入。由於不使用外部磁場，旋轉力矩型MRAM比傳統的MRAM消耗更少的能量，而且更易微縮。在其它方面，它的構成與傳統MRAM相同。

Sony公司的研究人員利用4層金屬，以180奈米CMOS製程建構了一種4kb大小的記憶體單元，其中的MTJ由經過最佳化的CoFeB材料構成。Sony在傳統MRAM的開發中也使用了CoFeB。

研究人員證實了這種實驗元件的數據寫入速度為2ns，電路模擬顯示了相同的讀取速度。切換自由層磁化方向所需要的電流為200mA，相當於傳統MRAM所需能量的1/30。

“模擬顯示，憑藉材料特性的改進，這種記憶體的密度可以提高到甚至是超越DRAM的水準，特別是還能降低寫入功耗。”Sony公司固態記憶體研究實驗室新型記憶體技術二組的資深經理Hiroshi Kano表示，“隨著材料的進一步改進，我們相信MRAM的密度可望超越DRAM。”Kano介紹，該小組的目的就是在今後兩年內成立一個可實際應用的原型，以針對該技術進行評估。

另一方面，瑞薩和Grandis公司打算在65奈米節點聯合開發STT-MRAM。就像Sony公司一樣，瑞薩一直在開發傳統MRAM。但是由於相信STT比標準技術更可行，瑞薩接受了Grandis公司關於聯合開發STT-MRAM的邀請。

瑞薩打算在3～5年內利用MRAM開發微控制器和SoC，以取代嵌入式DRAM和SRAM，這個時間表將使該公司領先於其它競爭者。但該公司表示，它不打算將MRAM用於商用記憶體。

“多年來，Grandis公司一直在STT技術領域居於領先地位。我們是第一家把STT整合在MRAM記憶體單元架構中的公司。”Grandis的總裁兼CEO William Almon在宣佈與瑞薩的夥伴關係時表示。

“Grandis公司的技術在調整電子自旋方向上非常出色。具體的調整效率取決於薄膜結構。如果調整效率低，那麼記憶體就會需要更大的功率。”瑞薩公司先進元件開發部經理 Tsuyoshi Koga說。

“如果傳統的MRAM進行微縮，它便需要較大的磁場；但是如果STT-MRAM進行微縮，它則要求較小的電流。”Koga補充說，“所以，旋轉力矩元件的微縮是可以預期的，而且這意味著成本的下降。”

作者：原好子

posted by C.H. Chen @ 8:47 PM