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非易失性MRAM关键特性-MR2A16A

2020-9-15 14:20:31  89 存储器 MRAM everspin
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经过超过八年的MRAM研发,Everspin MR2A16A是第一款4Mbit MRAM商业设备。该器件采用256K x 16位配置(图1),并具有异步设计,带有标准的芯片,写入和输出使能引脚。Everspin代理宇芯电子为用户提供专业的产品技术支持及服务。



这种设计具有系统灵活性并防止了总线争用。单独的字节使能引脚还提供了灵活的数据总线控制,其中数据可以以8位或16位的形式写入和读取。

它使用0.18微米工艺技术以及专有的MRAM工艺技术制造而成,以创建位单元。两种技术形成了五层互连。

该器件采用3.3V电源供电,对称高速读取/写入访问时间为35ns。它还提供了完全静态的操作。采用44引脚TSOP II型封装,在行业标准中心电源和接地sram引脚内配置。可以在其应用中使用相同SRAM配置的现有硬件中使用它。

该器件具有触发位单元,其中包含一个晶体管和一个磁隧道结(MTJ)。在MRAM位单元的核心处,MTJ置于两个磁性层之间,每个磁性层具有相关的极性。顶层被称为自由层,因为它具有翻转极性的自由度,而底层被称为固定层,因为它具有锁定的极性。


图2 MTJ上极性对齐会导致低电阻


通过MTJ的自由层的极性确定位是否被编程为“ 0”或“ 1”状态。两个磁性层上对齐的极性会导致通过MTJ叠层的电阻较低(上面的图2)。

另一方面,两层相反的极性会导致通过MTJ叠层的高电阻(下图3)。通过MTJ堆栈的低阻和高阻决定位是读为“ 0”还是“ 1”。


图3 MTJ极性相反会导致高电阻


在编程期间,自由层的极性切换到两个方向之一。极性通过MTJ顶部和底部的垂直方向上的铜互连设置。

垂直互连线上的电流产生一个磁场,该磁场使自由层的极性朝相反的方向切换(下图4)。

生产MRAM作为可靠存储器的一个主要缺点是其高位干扰率。对目标位进行编程时,可能会无意中对非目标位中的自由层进行编程。


图4 垂直互连上的电流会产生一个使极性朝相反方向切换的磁场

在MR2A16A中,每次翻转位状态时,都会创建翻转位单元以使磁矩沿相同方向旋转。写线1和写线2上的电流脉冲错乱地旋转极性而不会干扰与目标位相同的行或列上的位。

为了进一步防止非目标位受到干扰,铜互连线在铜的三个侧面上都被覆了一层覆层。该包层将磁场强度引导并聚焦到目标位单元。这将使用较低的电流对目标位进行编程,然后将相邻位与通常会引起干扰的磁场隔离。

在MR2A16A上进行了一次位耐久循环研究,以确定该设备的耐久极限以及重复使用内存对软错误率(SER)的负面影响。该器件在4MHz(250ns)和90°C下运行。

循环应力,功能测试和SER数据收集是在最差的电压和温度工作条件下进行的。研究中的设备可以承受58万亿(5.8E13)个周期而不会发生故障-因此,MR2A16A具有无限的写循环能力。同时,正在进行研究以收集用于位单元的写循环的所有可能的经验数据。

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