English
version
Задать вопрос

Новости

20 июня 2019

Imec представила готовое к производству решение для устройств Spin-Orbit Torque MRAM с переключением без магнитного поля

20 июня 2019 годаImec, ведущий мировой научно-исследовательский и инновационный центр в области наноэлектроники и цифровых технологий, на проходившем в Японии 9-14 июня 2019 года Симпозиуме по СБИС технологиям и схемам провел демонстрацию переключения без магнитного поля устройств магниторезистивной оперативной памяти, осуществляющих запись данных с помощью спин-орбитального вращательного момента (spin-orbit torque MRAM, SOT-MRAM), что доказало возможность отказа от внешнего магнитного поля во время операции записи данных. Данный подход готов к внедрению в производственный процесс, он не приводит к ухудшению надежности и суб-наносекундной скорости записи устройств SOT-MRAM. Эта новая концепция переключения без магнитного поля открывает возможности для дальнейшего развития технологий магниторезистивной оперативной памяти (MRAM-технологий), энергонезависимых логических устройств и приложений с использованием памяти (таких как энергонезависимые схемы-защелки и триггеры).

На Симпозиуме по СБИС технологиям и схемам, проходившем в 2018 году, специалисты imec продемонстрировали возможность изготовления современных устройств SOT-MRAM на 300-мм пластинах с использованием КМОП-совместимых техпроцессов. Данные устройства SOT-MRAM представляют собой класс энергонезависимой памяти, который за счет высокой долговечности и субнаносекундной скорости переключения может потенциально заменить СОЗУ (SRAM) быстрой памяти кэша уровня L1/L2. Запись в элементы памяти выполняется путем подачи тока в плоскости слоя SOT, который примыкает к магнитному туннельному переходу (magnetic tunnel junction, MTJ). Во время операции записи требуется небольшое магнитное поле в плоскости, чтобы нарушить симметрию и обеспечить детерминированное переключение намагниченности. В современных устройствах это достигается путем применения внешнего магнитного поля, и именно это считается основным препятствием к практическому применению подобных устройств.

Полученный с помощью ПЭМ вид сбоку в разрезе секции SOT - переключение без поля - MTJ с кобальтовой магнитной жесткой маской (MHM)

Рисунок 1 — Полученный с помощью ПЭМ вид сбоку в разрезе секции SOT — переключение без поля — MTJ с кобальтовой магнитной жесткой маской (MHM)

Специалисты imec предложили надежную концепцию переключения «без полей», заключающуюся во внедрении ферромагнетика в жесткую маску, используемую для формирования слоя SOT. С помощью этого ферромагнетика на свободном слое магнитного туннельного перехода индуцируется небольшое однородное плоское поле.

Кривые RV, демонстрирующие переключение без поля: (а) при большом приложенном плоском поле и (b) при нулевом внешнем поле

Рисунок 2 — Кривые RV, демонстрирующие переключение без поля: (а) при большом приложенном плоском поле и (b) при нулевом внешнем поле

С показателями скорости записи меньше 300 пикосекунд и практически неограниченной долговечности (до 1011 циклов) — измерения проводились на множестве устройств на 300-миллиметровой пластине — данный подход доказал свою надёжность, при этом сохраняется первоначальная суб-наносекундная скорость записи, характерная для устройств SOT-MRAM.

«Основным преимуществом интегрированного решения imec по сравнению с другими предлагаемыми решениями является возможность раздельно оптимизировать свойства магнитного туннельного перехода и условия переключения без магнитного поля, — поясняет Гури Санкар Кар (Gouri Sankar Kar), директор программы в imec. — Подобное «разъединение» делает наше решение по переключению без использования поля «дружественным» к процессу производства, что является главным условием массового изготовления устройств SOT-MRAM».

«Это подтверждает потенциал применения устройств SOT-MRAM в качестве замены СОЗУ на низкоуровневых кэшах, — добавляет Гури Санкар Кар. — Более того, новая концепция переключения без поля может потенциально быть применена к другим технологиям на основе MRAM, таким как запись данных с помощью переноса спинового момента (spin-transfer torque MRAM, STT-MRAM) и магнитная анизотропия с управляемым напряжением ( voltage-controlled magnetic anisotropy, VCMA), а также открывает двери для других энергонезависимых элементов логики и приложений памяти, таких как энергонезависимые триггеры и схемы-защелки».

Дальнейшая работа в этом направлении будет сосредоточена на снижении энергопотребления устройств SOT-MRAM путем уменьшения тока переключения.

Оригинал этой статьи

Теги
Мы в соцсетях