TAS-MRAM

硬碟

基本介紹

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MRAM

中央處理器HDDSSD互補金屬氧化物半導體CMOS電晶體SRAMDRAMCMOS電路Flash可變電阻式存儲器

工作原理

TAS技術

法國Spintec實驗室提出的TAS-MRAM器件結構，在鐵磁層上加入反鐵磁層，形成交換偏置作用。寫入時，首先在磁隧道結通入電流，將器件加熱至反鐵磁層的轉變溫度之上，同時施加寫入磁場，然後將器件冷卻，在交換偏置的作用下，自由層的磁化被翻轉並穩定在與外加磁場相同的方向。這種寫入方式只需要一個外加磁場，能夠解決半選干擾問題，功耗和可靠性都有所改善。

研究過程

法國研究機構SPINTEC與開發MRAM技術的CrocusTechnology共同開發出了將熱輔助切換（ThermallyAssistedSwitching：TAS）用於垂直磁化方式MTJ元件的STT-MRAM技術。並在2011年10月31日於美國亞利桑那（Arizona）州斯科茨戴爾（Scottsdale）開幕的磁技術國際會議“56thMMM”的首日進行了發布。

TAS技術是一項邊用加熱器對MTJ元件存儲層進行加熱，邊寫入數據的技術。對存儲層進行加熱後，矯頑力會下降，從而可輕鬆寫入數據。介質在存儲層中冷卻後，矯頑力會再次提高，數據穩定性也會隨之提高。TAS技術基本上是一項與硬碟（HDD）熱輔助存儲相同的技術。

MRAM需要TAS技術的原因是，兼顧低開關電流和高穩定性是推進定標（Scaling）所必需的。此次SPINTEC等採用了Sy(Pt/Co)/CoFeB/MgO/CoFeB/(Pd/Co)構成的垂直磁化方式MTJ元件，工作原理採用STT（自旋注入式磁化反轉）方式。MTJ元件的工作溫度範圍為－30℃～+85℃，不過寫入時由於利用TAS技術，因此會加熱至175℃。

據介紹，此次通過採用TAS技術，可以將熱穩定性指標Δ提高至73，同時將切換時的電流密度（JC）降至4.6×106。SPINTEC等自信地表示，“通過組合使用STT方式和TAS，對於20nm以下工藝的MRAM，也可以實現業界最出色的Δ/JC”。不過，MR比目前只有10～20%。SPINTEC等表示，“今後將進行改進，以把MR比提高至100%左右”。

固有缺陷

磁場寫入方式存在著3個固有缺陷:

（1）需要毫安級的寫入電流，功耗較高;

（2）隨著工藝尺寸的減小，寫入電流將急劇增大，難以在納米級磁隧道結中推廣套用;

（3）需要較長的載流金屬線產生磁場，電路設計複雜度較高。這些缺點限制了MRAM的套用前景，因此，以純電學方式完成磁化翻轉，成為當時MRAM研究人員追求的重要目標。