非易失性MRAM關(guān)鍵特性，它的功能特色是什么

經(jīng)過(guò)超過(guò)八年的MRAM研發(fā)，Everspin MR2A16A是第一款4Mbit MRAM商業(yè)設(shè)備。該器件采用256K x 16位配置（圖1），并具有異步設(shè)計(jì)，帶有標(biāo)準(zhǔn)的芯片，寫入和輸出使能引腳。Everspin代理宇芯電子為用戶提供專業(yè)的產(chǎn)品技術(shù)支持及服務(wù)。

這種設(shè)計(jì)具有系統(tǒng)靈活性并防止了總線爭(zhēng)用。單獨(dú)的字節(jié)使能引腳還提供了靈活的數(shù)據(jù)總線控制，其中數(shù)據(jù)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(shù)以及專有的MRAM工藝技術(shù)制造而成，以創(chuàng)建位單元。兩種技術(shù)形成了五層互連。該器件采用3.3V電源供電，對(duì)稱高速讀取/寫入訪問(wèn)時(shí)間為35ns。它還提供了完全靜態(tài)的操作。采用44引腳TSOP II型封裝，在行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)中心電源和接地sram引腳內(nèi)配置?？梢栽谄鋺?yīng)用中使用相同SRAM配置的現(xiàn)有硬件中使用它。

該器件具有觸發(fā)位單元，其中包含一個(gè)晶體管和一個(gè)磁隧道結(jié)（MTJ）。在MRAM位單元的核心處，MTJ置于兩個(gè)磁性層之間，每個(gè)磁性層具有相關(guān)的極性。頂層被稱為自由層，因?yàn)樗哂蟹D(zhuǎn)極性的自由度，而底層被稱為固定層，因?yàn)樗哂墟i定的極性。

圖2 MTJ上極性對(duì)齊會(huì)導(dǎo)致低電阻

通過(guò)MTJ的自由層的極性確定位是否被編程為“ 0”或“ 1”狀態(tài)。兩個(gè)磁性層上對(duì)齊的極性會(huì)導(dǎo)致通過(guò)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(huì)導(dǎo)致通過(guò)MTJ疊層的高電阻（下圖3）。通過(guò)MTJ堆棧的低阻和高阻決定位是讀為“ 0”還是“ 1”。

圖3 MTJ極性相反會(huì)導(dǎo)致高電阻

在編程期間，自由層的極性切換到兩個(gè)方向之一。極性通過(guò)MTJ頂部和底部的垂直方向上的銅互連設(shè)置。垂直互連線上的電流產(chǎn)生一個(gè)磁場(chǎng)，該磁場(chǎng)使自由層的極性朝相反的方向切換（下圖4）。生產(chǎn)MRAM作為可靠存儲(chǔ)器的一個(gè)主要缺點(diǎn)是其高位干擾率。對(duì)目標(biāo)位進(jìn)行編程時(shí)，可能會(huì)無(wú)意中對(duì)非目標(biāo)位中的自由層進(jìn)行編程。

圖4 垂直互連上的電流會(huì)產(chǎn)生一個(gè)使極性朝相反方向切換的磁場(chǎng)

在MR2A16A中，每次翻轉(zhuǎn)位狀態(tài)時(shí)，都會(huì)創(chuàng)建翻轉(zhuǎn)位單元以使磁矩沿相同方向旋轉(zhuǎn)。寫線1和寫線2上的電流脈沖錯(cuò)亂地旋轉(zhuǎn)極性而不會(huì)干擾與目標(biāo)位相同的行或列上的位。為了進(jìn)一步防止非目標(biāo)位受到干擾，銅互連線在銅的三個(gè)側(cè)面上都被覆了一層覆層。該包層將磁場(chǎng)強(qiáng)度引導(dǎo)并聚焦到目標(biāo)位單元。這將使用較低的電流對(duì)目標(biāo)位進(jìn)行編程，然后將相鄰位與通常會(huì)引起干擾的磁場(chǎng)隔離。

在MR2A16A上進(jìn)行了一次位耐久循環(huán)研究，以確定該設(shè)備的耐久極限以及重復(fù)使用內(nèi)存對(duì)軟錯(cuò)誤率（SER）的負(fù)面影響。該器件在4MHz（250ns）和90°C下運(yùn)行。

循環(huán)應(yīng)力，功能測(cè)試和SER數(shù)據(jù)收集是在最差的電壓和溫度工作條件下進(jìn)行的。研究中的設(shè)備可以承受58萬(wàn)億（5.8E13）個(gè)周期而不會(huì)發(fā)生故障-因此，MR2A16A具有無(wú)限的寫循環(huán)能力。同時(shí)，正在進(jìn)行研究以收集用于位單元的寫循環(huán)的所有可能的經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)。

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