90 nm CMOS 기술 기반의 완전 기능성 64 Mb DDR3 ST-MRAM

스핀 토크 자기 저항 랜덤 액세스 메모리(ST-MRAM)는 데이터 저장 장치 및 시스템에서 비휘발성 버퍼로 사용될 때 특히 다양한 애플리케이션의 성능을 향상시킬 수 있는 빠르고 고밀도 비휘발성 메모리로 큰 가능성을 가지고 있습니다. 이를 위해 우리는 90 nm CMOS 기술로 구축된 완전 기능성 64 Mb DDR3 ST-MRAM을 개발했습니다. 메모리는 1.6 GigaTransfers/s(DDR3-1600)를 유지할 수 있는 8 뱅크 구성으로 조직되어 있습니다. 우리는 800 MHz에서 10^5 사이클 이상에서 0의 실패로 전체 64 Mb에 대해 March6N 패턴과 같은 표준 메모리 테스트를 실행했습니다. 0°C에서 70°C까지의 온도 범위에서도 성능에 유의미한 변화 없이 완전 기능이 검증되었습니다. 비트는 MgO 터널 장벽과 평면 자화가 있는 CoFeB 기반 합금으로 이루어진 자자유층을 가진 자기 터널 접합(MTJ)입니다. 그러나 수직 표면 이방성이 향상되어 수직 이방성이 50% 이상 감소했습니다. 64 Mb 성능을 가능하게 하기 위해 우리는 낮은 스위칭 전압(V sw), 높은 파괴 전압(V bd) 및 긴밀한 분포를 가진 우수한 스위칭 신뢰성을 갖춘 MTJ 스택을 개발했습니다. ST 스위칭 분포는 σ ≈ 10%이며, 우리는 단일 가우시안 분포와 우수한 일치를 발견했습니다. 최적화된 소재에 대해 V sw/V bd ≈ 0.3이며, V sw와 V bd 사이의 간격은 ≈ 25σ입니다. 자화 반전(E b)에 대한 에너지 장벽은 시간 의존적 강제력 및 높은 온도를 사용하여 반전을 가속화하여 특성화되었습니다. 평균 E b는 약 70kbT로 나타났습니다.