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IBM與TDK聯手開發密度可提升20倍的MRAM

上網時間: 2007年10月09日     打印版  Bookmark and Share  字型大小:  

關鍵字:spin-momentum transfer  MRAM  MTJ 

IBM公司正與日本TDK公司展開一項合作研發計劃,共同打造一款高密度磁性隨機存取記憶體(MRAM)。該計劃為期4年,目標在於透過自旋動量轉移(spin-momentum transfer)技術,將MRAM的密度提高20倍。自旋動量轉移是一種寫入機制,據稱可比現有MRAM所採用的磁場資料寫入方式功耗更低,使用的位元單元也更小。

“過去幾年來,我們在穿隧結(tunnel-junction)MRAM的研究已取得一些突破性的進展,但我們的設計卻還未能投入商用化應用,”IBM公司T.J. Watson研究中心負責非揮發性記憶體研發的資深經理Bill Gallagher說,“我們認為採用自旋動量轉移技術可以降低記憶體對功耗的要求、縮小位元單元,並使記憶體的壽命延長至無限。”

自旋動量技術利用自旋電子的磁性來改變MRAM位元單元的磁性,並將自旋極化寫入電流傳遞到位元單元的磁化層中,而使得該單元可在0到1或1到0之間轉變。

該技術所消耗的功率比現有的MRAM更低,所用的位元單元也更小。目前我們所採用的磁穿隧結(MTJ)MRAM的位元單元包含一個電晶體和兩個磁化層:一個定向磁化層和一個由隧道保護層隔離的自由磁化層。通常,資料的寫入是經由改變自由層的磁化方向而實現的,即讓電流流過兩根位元線,以在相應的位元單元上產生一個磁場。而資料的讀取則是透過感應電阻的變化來實現。

由於自旋動量轉移式的MRAM係透過自旋極化的電子流經過自由層以寫入資料,因此電流就不需經過位元線,但讀取資料時仍然必須經由感應電阻的變化來實現。

IBM先前曾與英飛凌公司共同合資成立Altis公司,聯手開發基於舊式寫入方法的MRAM,但雙方的合作在尚未實現目標前就宣告終止。之後,IBM又與英飛凌獨立而出的奇夢達(Qimonda)公司,以及台灣旺宏電子(Macronix)合作,共同開發相變隨機存取記憶體(PRAM)。PRAM也是英代爾公司相當看好並主力研究的一種技術。

“當然,新一代的記憶體技術中還包括相變記憶體等其他技術,但我們認為MRAM由於同時具備了多種優秀的特性,所以最終將成為主流技術,”Gallagher說。

IBM公司從磁穿隧結技術一開始就一直作為該領域的先驅,而TDK也由於其硬碟磁頭產品採用了MTJ技術,而獲得許多有關MTJ設計與可製造性方面的經驗。將這些MTJ技術經驗用於MRAM中可能會成為TDK在非揮發性記憶體進軍硬碟市場時的一大助力。

圖說:第二代的IBM Almaden多層濺鍍系統包含電漿氧化源與金屬光罩製造功能,可用於建構磁穿隧結結構工程。
圖說:第二代的IBM Almaden多層濺鍍系統包含電漿氧化源與金屬光罩製造功能,可用於建構磁穿隧結結構工程。

設計目標

Gallagher表示:“TDK在製造方面的可靠性經驗將大力協助我們達到設計目標,”這些目標包括將IBM現有的16Mb MRAM設計製程從180nm微縮到65nm而提高其密度,以及設計更小的位元單元,以便使新技術中的位元單元無需再負擔磁編程開銷。製程的微縮可望使MRAM的密度提升9倍,從16kb提高到144kb。此外,從9倍到20倍這一步則要靠縮小位元單元的尺寸來實現,而這也就是TDK的技術可大顯身手之際。

該研究將在IBM的T.J. Watson研究中心、IBM在加州的Almaden研究中心、位於維吉尼亞州Burlington的IBM ASIC設計中心,以及位於加州Milpitas的TDK研發機構進行。

作者:羅克鈴




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