新一代STT-MRAM容量提高到Gb

      被視為次世代存儲器技術(shù)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(chǎn)品，以及將STT－MRAM嵌入CMOS邏輯芯片的技術(shù)實證。
      MRAM算是次世代非揮發(fā)性存儲器科技中呈現(xiàn)較早的一種，它的記憶單元以磁隧結(jié)（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(xiàn)，MTJ改用垂直排列，才進(jìn)一步擴(kuò)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(dá)到4Gb，雖然詳細(xì)數(shù)據(jù)還沒有發(fā)布，不過報導(dǎo)推測記憶密度與DRAM相當(dāng)。
     不過，存儲器技術(shù)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(shù)據(jù)也非常重要，GlobalFoundries與Everspin Technologies合作，對已上市的256Mb容量pSTT－MRAM進(jìn)行試驗，可在攝氏100攝氏度的環(huán)境下保存數(shù)據(jù)10年以上，重復(fù)讀寫1億次后也沒有明顯劣化問題，顯示pSTT－MRAM技術(shù)已達(dá)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(tǒng)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(nèi)的記憶容量。
     在IDEM 2016中，關(guān)于STT－MRAM嵌入系統(tǒng)芯片的應(yīng)用，一個是高通（Qualcomm）與應(yīng)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(fā)。
     高通的發(fā)表中指出非常有意思的 一點，就是在嵌入式設(shè)計中，由于重復(fù)讀寫次數(shù)減少，在同樣的可靠性要求下，一般RAM須達(dá)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(shù)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(nèi)嵌STT－MRAM的邏輯芯片。
     接下來STT－MRAM的商業(yè)發(fā)展，將先從大容量產(chǎn)品開端，亦或在嵌入式系統(tǒng)市場上普及，有待持續(xù)觀察。

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