IBM携手TDK拟将MRAM密度提高20倍

2007-11-20 08:37:24来源: 电子工程专辑

IBM公司与TDK开始了一项研发合作,目的在于实现高密度磁RAM(MRAM)。这个为期4年的项目旨在采用自旋动量转移(spin-momentum transfer)技术将MRAM的密度提高20倍。自旋动量转移是一种写入机制,据说比现有MRAM采用的磁场写入方式功耗更低,占用的位单元(bit cell)也更小。

“过去几年,我们在隧道结MRAM方面已取得一些研究突破,但我们还没有任何设计把它应用于商业芯片。”IBM T.J. Watson研究中心负责考察非易失性存储器的高级经理Bill Gallagher说,“我们认为采用自旋动量转移技术可以降低存储器对功耗的要求,缩小位单元,并将存储器的寿命延长至无限。”

自旋动量技术利用自旋电子的磁性来改变MRAM位单元的磁性。通过把一股自旋极化的写入电流贯穿进位单元的磁层,来实现该单元的0到1(或1到0)的转变。

该技术比现有MRAM功耗更低,所用的位单元也更小。目前所采用的磁隧道结MRAM位单元包含一个晶体管和两个磁层:一个定向磁层和一个由隧道势垒层隔离开的自由磁层。通常,数据写入是通过改变自由层的磁化方向实现的,即让电流流过两根位线(bit line),以便在正确的位单元上产生磁场。数据读取则通过感应电阻的变化来实现。

由于自旋动量转移MRAM是通过使一股自旋极化的电子流贯穿自由层来实现数据写入,因此电流无需通过位线。但数据读取仍然通过感应电阻的变化实现。

IBM在早前曾与英飞凌共同创立合资公司Altis,研究基于旧写入方法的MRAM,但如今Altis已被瑞士AES公司收购,他们的合作目标仍未达到。之后,IBM又与从英飞凌剥离出来的奇梦达以及台湾旺宏电子合作开发相变RAM(PRAM)。PRAM也是英特尔看好的一种技术。

“当然,现在还有PRAM以及其它存储技术,但我们认为MRAM同时具备了很多优秀的特性,所以最终必将成为主流技术。”Gallagher指出。

从磁隧道结(MTJ)技术产生伊始,IBM就一直是该领域的先驱,而TDK也由于曾在其硬盘磁头中采用隧道结,从而获得了很多关于MTJ设计与可制造性方面的经验。将这些MTJ技术经验用于MRAM可能会成为TDK在非易失性存储器进军硬盘市场时的一大助力。

设计宏图

“TDK在制造可靠性方面的经验将大大有助于我们达到设计目标。”Gallagher表示。这些经验包括将IBM现有的16Mb MRAM设计工艺从180nm缩小到65nm,从而提高存储密度,以及设计更小的位单元(因为新技术中的位单元无需再负担磁编程开销)。工艺节点的缩小有望将MRAM密度提高9倍,从16kb提高到144kb。从9倍到20倍这一步则要靠缩小位单元的尺寸来实现,而这正是TDK的技术派上用场的时候。

该研究将在T.J. Watson研究中心、IBM Almaden研究中心、位于Burlington的IBM ASIC设计中心,以及位于加利福尼亚Milpitas的TDK研发分部进行。


图:第二代IBM Almaden多层喷射沉积系统中包含等离子氧化源,具备金属掩膜功能。该系统用于磁隧道结结构工程。

关键字:自旋  隧道  感应  电流

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