非易失性MRAM關鍵特性-MR2A16A

經過超過八年的 研發，Everspin MR2A16A是第一款4Mbit MRAM商業裝置。該器件採用256K x 16位配置（圖1），並具有非同步設計，帶有標準的晶片，寫入和輸出使能引腳。Everspin代理宇芯電子為使用者提供專業的產品技術支援及服務。
 

 
這種設計具有系統靈活性並防止了匯流排爭用。單獨的位元組使能引腳還提供了靈活的資料匯流排控制，其中資料可以以8位或16位的形式寫入和讀取。
 
它使用0.18微米工藝技術以及專有的MRAM工藝技術製造而成，以建立位單元。兩種技術形成了五層互連。
 
該器件採用3.3V電源供電，對稱高速讀取/寫入訪問時間為35ns。它還提供了完全靜態的操作。採用44引腳TSOP II型封裝，在行業標準中心電源和接地 引腳內配置。可以在其應用中使用相同SRAM配置的現有硬體中使用它。
 
該器件具有觸發位單元，其中包含一個電晶體和一個磁隧道結（MTJ）。在MRAM位單元的核心處，MTJ置於兩個磁性層之間，每個磁性層具有相關的極性。頂層被稱為自由層，因為它具有翻轉極性的自由度，而底層被稱為固定層，因為它具有鎖定的極性。

 

透過MTJ的自由層的極性確定位是否被程式設計為“ 0”或“ 1”狀態。兩個磁性層上對齊的極性會導致透過MTJ疊層的電阻較低（上面的圖2）。
 
另一方面，兩層相反的極性會導致透過MTJ疊層的高電阻（下圖3）。透過MTJ堆疊的低阻和高阻決定位是讀為“ 0”還是“ 1”。

 

在程式設計期間，自由層的極性切換到兩個方向之一。極性透過MTJ頂部和底部的垂直方向上的銅互連設定。
 
垂直互連線上的電流產生一個磁場，該磁場使自由層的極性朝相反的方向切換（下圖4）。
 
生產MRAM作為可靠儲存器的一個主要缺點是其高位干擾率。對目標位進行程式設計時，可能會無意中對非目標位中的自由層進行程式設計。

 

 
在 中，每次翻轉位狀態時，都會建立翻轉位單元以使磁矩沿相同方向旋轉。寫線1和寫線2上的電流脈衝錯亂地旋轉極性而不會干擾與目標位相同的行或列上的位。
 
為了進一步防止非目標位受到干擾，銅互連線在銅的三個側面上都被覆了一層覆層。該包層將磁場強度引導並聚焦到目標位單元。這將使用較低的電流對目標位進行程式設計，然後將相鄰位與通常會引起干擾的磁場隔離。
 
在MR2A16A上進行了一次位耐久迴圈研究，以確定該裝置的耐久極限以及重複使用記憶體對軟錯誤率（SER）的負面影響。該器件在4MHz（250ns）和90°C下執行。
 
迴圈應力，功能測試和SER資料收集是在最差的電壓和溫度工作條件下進行的。研究中的裝置可以承受58萬億（5.8E13）個週期而不會發生故障-因此，MR2A16A具有無限的寫迴圈能力。同時，正在進行研究以收集用於位單元的寫迴圈的所有可能的經驗資料。

MR2A16A.pdf