STT-MRAM存儲技術詳解

目前，市場上的幾乎所有產品都使用一種或組合使用若干種基于電荷存儲的易失性存儲器DRAM和SRAM，以及非易失性存儲器NOR和NAND閃存。這些存儲器具有明顯的優勢，以至于在過去30年間一直都占居市場主導地位。但因為系統永遠都在追求更快、更小、更可靠、更便宜的存儲器，在未來五到十年間會產生激烈競爭，所以上述存儲器的不足之處，也給其未來的發展增添了阻礙。

目前有新的突破性技術以挑戰者姿態進入市場，特別是諸如電阻式RAM(RRAM)和相變RAM(PCRAM)等非易失性存儲器(NVM)，它們能夠提供低功耗、高性能、以及無限的使用壽命。磁RAM(MRAM)也是這些新興技術之一。值得一提的是，MRAM并不是剛剛面市的，早在25年以前，就已經首次亮相。目前MRAM可用于各種不同的特殊應用。

然而自旋轉移力矩(STT)MRAM非常適合許多主流應用，特別是作為存儲技術，因為STT-MRAM既擁有DRAM和SRAM的高性能，又具有閃存的低功耗和低成本，且其可采用10nm工藝制造;另外，還可沿用現有的CMOS制造技術和工藝。因它是非易失性的，所以當電源掉電或徹底關閉時，STT-MRAM將能無限期地保存數據。

不同于萬眾矚目的新秀RRAM，MRAM作為存儲器件的基本物理原理已廣為人知。

就MRAM來說，其存儲單元由一個磁隧道結(MTJ)構成，多年來。MTJ一直被廣泛用作硬盤驅動器的讀出頭。早期的MRAM器件利用平面內MTJ(iMTJ)，其中磁矩(具有幅度和方向的向量)平行于襯底的硅表面(圖1)。

 

                                      
                                                                                        圖1：內嵌式MTJ框圖。

現在有了另一種、更優化的MTJ版本——垂直MTJ(pMTJ)，其磁矩垂直于硅襯底表面(圖2)。

 

                                                         
                                                                                       圖2：垂直MTJ圖。

雖然基于iMTJ的STT-MRAM用90nm以下工藝節點實現還不甚成熟，且在200mm晶圓也無成本競爭力，但基于pMTJ的STT-MRAM在可制造性方面表現出極大優勢，可延伸至10nm以下工藝實現。在成本方面，它有望與諸如DRAM等其它存儲器技術一較高下。在未來幾年，由于STT-MRAM的這種可擴展性，它將在低和中密度應用中替代DRAM和閃存。

本文 關鍵詞：STT-MRAM  DRAM   SRAM

相關文章：國產MCU的挑戰

---