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Das Konzept ist herstellungsfreundlich und beeinträchtigt nicht die Zuverlässigkeit und die Schreibleistung der SOT-MRAM-Geräte.

Das neue feldfreie Schaltkonzept eröffnet Möglichkeiten für die Weiterentwicklung von MRAM-basierten Technologien und nichtflüchtigen Logik- und Speicheranwendungen (wie nichtflüchtigen Latch-Schaltungen und Flip-Flops).

Imec zeigt die Möglichkeit, moderne SOT-MRAM-Geräte auf 300-mm-Wafern mit CMOS-kompatiblen Prozessen herzustellen.

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Diese SOT-MRAM-Geräte sind eine Klasse von nichtflüchtigen Speichern, die dank einer hohen Lebensdauer und einer Schaltgeschwindigkeit unter ns schnelle L1 / L2-SRAM-Cache-Speicher ersetzen können.

Das Schreiben der Speicherelemente erfolgt durch Injizieren eines Stroms in der Ebene in eine SOT-Schicht, die an einen magnetischen Tunnelübergang (MTJ) angrenzt.

Während des Schreibvorgangs ist ein kleines Magnetfeld in der Ebene erforderlich, um die Symmetrie zu unterbrechen und ein deterministisches Umschalten der Magnetisierung sicherzustellen. In heutigen Geräten geschieht dies durch Anlegen eines externen Magnetfeldes, was als große Hürde für den praktischen Einsatz dieser Geräte angesehen wird.

Imec schlägt ein zuverlässiges "feldfreies" Schaltkonzept vor, bei dem ein Ferromagnet in die Hartmaske eingebettet wird, mit der die SOT-Schicht geformt wird.

Mit diesem Ferromagneten wird ein kleines homogenes Feld in der Ebene auf der freien Schicht des magnetischen Tunnelübergangs induziert.

„Ein wesentlicher Vorteil der integrierten Lösung von imec im Vergleich zu anderen vorgeschlagenen Lösungen ist die Möglichkeit, die Eigenschaften des magnetischen Tunnelübergangs und die Bedingungen des feldfreien Schaltens separat zu optimieren“, erklärt Gouri Sankar Kar, Programmdirektor bei imec. "Diese 'Entkopplung' macht unsere feldfreie Schaltlösung zu einem fertigungsfreundlichen Konzept, das eine wichtige Voraussetzung für die Massenproduktion von SOT-MRAM-Geräten ist."

Mit Schreibgeschwindigkeiten unter 300ps und unbegrenzter Lebensdauer (bis zu 1011 Zyklen) - gemessen an mehreren Geräten auf einem 300-mm-Wafer - hat sich der Ansatz als zuverlässig erwiesen, während das ursprüngliche Sub-ns-Schreiben der SOT-MRAM-Geräte erhalten bleibt.

„Dies bestätigt das Potenzial der SOT-MRAM-Geräte, SRAM bei Low-Level-Caches zu ersetzen“, fügt Gouri Sankar Kar hinzu. „Darüber hinaus kann das neue feldfreie Schaltkonzept möglicherweise auf andere MRAM-basierte Technologien wie den Spin-Transfer-Torque-MRAM (STT-MRAM) und die spannungsgesteuerte magnetische Anisotropie (VCMA) angewendet werden und öffnet Türen für andere nichtflüchtige Substanzen Logik- und Speicheranwendungen wie nichtflüchtige Flip-Flops und nichtflüchtige Latch-Schaltungen. “