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引用: 张 HC、马 XY、蒋 CP、尹 JL、吕 S、鲁 SY、商 XT、曼 BW、张 C、李 DD、李 SH、陈 WJ、刘 HX、王 GF、曹 KH、ZH
磁性随机存取存储器 (MRAM) 作为一种新兴的非挥发性存储器，具有读写速度快、耐久性高、存储时间长、功耗低等特点，几年前就引起了台积电、三星、格罗方德等大型半导体代工厂的极大兴趣 [1−5]。一方面，MRAM 的高性能特性使其成为 28nm CMOS 技术节点以下嵌入式闪存 (e-flash) 的重要替代解决方案，而 e-flash 存在严重的经济障碍，阻碍了其进一步微缩 [6]。另一方面，MRAM 的目标是成为静态随机存取存储器 (SRAM) 等工作存储器的替代品，以解决先进 CMOS 节点中可能出现的严重漏电问题 [7,8]。然而，由于速度限制和耐久性问题，很难取代L1或L2缓存SRAM，尤其是对于两端自旋转移矩（STT）MRAM [ 9 − 11 ] 。因此，需要进一步探索下一代MRAM器件。
航天级高性能串行持久性 SRAM 存储器
SRAM 闪存 EEPROM MRAM 非易失性 − √ √ √ 写入性能 √ − − √ 读取性能 √ − − √ 耐久性 √ − − √ 功率 − − − √ MRAM 是一种真正的随机存取存储器；允许在内存中随机进行读取和写入。MRAM 非常适合必须存储和检索数据而不会产生较大延迟损失的应用程序。它提供低延迟、低功耗、无限耐久性和可扩展的非易失性存储器技术。ASx016A04 具有串行外设接口 (SPI)。SPI 是一种同步接口，它使用单独的数据和时钟线路来帮助保持主机和从机的完美同步。时钟告诉接收器何时对数据线上的位进行采样。这可以是时钟信号的上升沿（从低到高）或下降沿（从高到低）或两个沿；有关更多详细信息，请参阅本数据表中的指令序列。当接收器检测到正确的边沿时，它可以锁存数据。 ASx016A04 采用小尺寸 8 焊盘 WSON 和 8 引脚 SOIC 封装。这些封装与类似的低功耗易失性和非易失性产品兼容。ASx016A04 已在 -40°C 至 125°C 的工作温度范围内进行了测试，并在 125°C 下进行了 48 小时老化测试。
太空级并行持久性 SRAM 存储器
非易失性 − √ √ √ 写入性能 √ − − √ 读取性能 √ − − √ 耐久性 √ − − √ 功率 − − − √ MRAM 是一种真正的随机存取存储器；允许在内存中随机进行读取和写入。MRAM 非常适合必须存储和检索数据而不会产生较大延迟的应用程序。它提供低延迟、低功耗、无限耐久性、高性能和可扩展的内存技术。AS30xxB16 采用小尺寸 48 球 FBGA（10 毫米 x 10 毫米）封装，支持 16Mb、32Mb 和 32Mb 密度。此封装与类似的低功耗易失性和非易失性产品兼容。AS30xxB16 提供工业扩展（-40°C 至 125°C）工作温度范围。每个单元在发送给客户之前都要经过 48 小时的老化。
四路串行持久性 SRAM 存储器
SRAM 闪存 EEPROM MRAM 非易失性 − √ √ √ 写入性能 √ − − √ 读取性能 √ − − √ 耐久性 √ − − √ 功率 − − − √ MRAM 是一种真正的随机存取存储器；允许在内存中随机进行读取和写入。MRAM 非常适合必须存储和检索数据而不会产生较大延迟损失的应用程序。它提供低延迟、低功耗、无限耐久性和可扩展的非易失性存储器技术。 ASxxxx208 具有串行外设接口 (SPI)。SPI 是一种同步接口，它使用单独的数据和时钟线路来帮助保持主机和从机的完美同步。时钟告诉接收器何时对数据线上的位进行采样。这可以是时钟信号的上升沿（从低到高）或下降沿（从高到低）或两个沿；有关更多详细信息，请参阅本数据表中的指令序列。当接收器检测到正确的边沿时，它可以锁存数据。 ASxxxx208 用双 CS# 连接两个四通道 SPI 设备，提供 8 位 I/O 数据路径。每个设备都可以使用自己的寄存器组进行配置和独立操作，由单独的 CS# 进行管理。ASxxxx208 采用 96 球 FBGA 封装。该封装具有单独的球，用于 CS1#、CLK1# 和 INT1（双四通道 SPI 设备 1）以及 CS2#、CLK2# 和 INT2（双四通道 SPI 设备 2）。该封装与类似的低功耗易失性和非易失性产品兼容。
双旋转磁性隧道接线设备的微磁建模
自旋转移扭矩磁盘磁盘随机访问存储器（STT-MRAM）已成为一种有希望的非挥发记忆技术，与闪存相比，可提供可扩展性，高耐力和更快的操作[1，2]。它与SRAM竞争的能力有可能彻底改变未来信息存储。MRAM电池的核心是由COFEB磁参考层（RL），MGO隧道屏障（TB）和COFEB游离磁性层（FL）组成的磁性隧道连接（MTJ）。具有垂直磁化的FL和RL（PMTJ）的设备可实现大量的足迹，并为高密度MRAM溶液打开了路径。一直在不断努力提高STT-MRAM设备的切换性能，目的是实现子纳秒（子NS）切换时间。虽然自旋 - 轨道扭矩（SOT）设备显示了子NS开关性能，但与STT设备的两端结构相比，从技术的角度来看，它们的三端设备结构并不理想[3]。在PMTJ设备中掺入钼（MO）已显示出胜过常规TA的PMTJ，而TA则用垂直磁各向异性（PMA），热耐受性和开关性能作为COFEB电极的缓冲/帽/帽[4]。双磁隧道连接（DMTJ），具有额外RL和第二个TB的MTJ，已被研究为常规MTJ设备的有效替代方案，最多两倍的开关效率提高了开关效率[5，6]。但是，结构导致TMR值较低，到期
超快速、高可靠性的 SOT-MRAM
摘要 — 本文讨论了一种新的 MRAM 技术，其写入方案依赖于自旋轨道力矩 (SOT)。与自旋转移力矩 (STT) MRAM 相比，它提供了非常快速的切换、准无限的耐久性，并通过解决“读取干扰”问题提高了可靠性，这要归功于独立的读写路径。这些特性允许在系统内存层次结构的所有级别引入 SOT，并解决 STT-MRAM 无法轻松实现的应用程序。我们介绍了这项新兴技术和完整的设计框架，允许在任何抽象级别（从设备到系统）设计和模拟混合 CMOS/SOT 复杂电路。获得的结果非常有希望，表明该技术可以降低电路的功耗，而不会明显影响性能。
外部磁场对 STT-MRAM 的影响
根据常见的外部磁场强度，我们在下面显示，一旦芯片安装在印刷电路板 (PCB) 上或插入其工作环境中，STT-MRAM 的磁抗扰度足以满足大多数用途。这一说法得到了 60 年使用磁性硬盘驱动器 (HDD) 的经验支持，其中包括 20 年使用包含磁隧道结的读取器的 HDD、20 多年在汽车行业中用作位置编码器的磁场传感器以及 15 多年使用 MRAM。主要是在处理芯片期间需要小心谨慎，以避免将芯片暴露在过高的磁场中。MRAM 将数据位存储在磁隧道结 (MTJ) 中。它们由两个由氧化物隧道屏障隔开的磁性层组成。其中一个磁性层称为自由层（或存储层），具有可切换的磁化，
用于节能自旋轨道的范德华材料......
图 1：MRAM 示意图。(a) STT-MRAM 单元，(b) 和 (c) 具有电流诱导平面外和平面内自旋极化的 SOT-MRAM 单元。(b) 和 (c) 仅显示了 SOC 层顶面附近的自旋极化。
航天级并行持久性 SRAM 存储器
非易失性 − √ √ √ 写入性能 √ − − √ 读取性能 √ − − √ 耐久性 √ − − √ 功率 − − − √ MRAM 是一种真正的随机存取存储器；允许在内存中随机进行读取和写入。MRAM 非常适合必须存储和检索数据而不会产生较大延迟的应用程序。它提供低延迟、低功耗、高耐久性、高性能和可扩展的内存技术。AS3xxx332 采用小尺寸（15mm x 17mm）142 球 BGA 封装。在 1、2、4Gb 密度下，该设备使用一个芯片选择 E#。在此配置中，形成一个 1、2、4Gb 的连续地址空间。在 8Gb 配置中，该封装有两个 4 个芯片组，每个芯片组可单独选择，但不能同时选择。每个芯片组可使用 E1# 和 E2# 选择。在 8Gb 配置中，不得同时选择 E1# 和 E2#，因为两个组共享相同的 I/O 引脚。AS3xxx332 提供工业扩展（-40°C 至 125°C）工作温度范围：这是以结温测量的。
MNEMOSYNE - 带串行接口的磁性非易失性随机存取存储器
程序存储器是太空应用的关键组件。它们永久存储在微控制器上执行的程序或现场可编程门阵列 (FPGA) 的配置数据。它们在可靠性、容错性和抗辐射性方面具有最严格的要求。欧盟资助的 MNEMOSYNE 项目旨在展示新一代具有串行接口的抗辐射高密度非易失性程序存储器。该技术将基于最先进的商用嵌入式磁性 RAM，采用 22 nm FD-SOI 工艺。如果成功，该项目将推出第一款密度高于 64 Mb 的抗辐射非易失性程序存储器，用于太空应用。存储器是太空应用的关键组件。它们可分为三种类型：大容量、高速缓存和程序存储器。后者永久存储可作为 MCU 启动存储器或 FPGA 配置非易失性存储器 (NVM) 执行的程序。在太空应用中，程序存储器是需要最高可靠性、零错误容忍度和最高辐射强度的存储器，因为它与系统上电直接相关。另一方面，随着系统性能要求的提高，集成电路（IC）越来越密集。最近的太空程序存储器需要更高的速度和密度。例如，欧洲辐射硬化 FPGA BRAVE NG-Medium 至少需要 13Mb 的配置。下一代 NG-large 和 NG-Ultra 将需要 128Mb 和高达 512Mb 的高速、低引脚数配置存储器。目前，对于这种关键存储器，没有可用的欧洲辐射硬化存储器组件。MNEMOSYNE 项目旨在基于最先进和成熟的欧洲商用 22 nm FDSOI 磁性 RAM (MRAM) 技术开发（设计和原型）新一代具有串行接口的辐射硬化高密度 NVM。得益于 FDSOI 半导体结构，该工艺自然提供了良好的辐射耐受性。此外，MRAM 技术天然具有 SEU 免疫力。关键创新包括：• 第一个密度高于 1Mb 的欧洲 RHBD（抗辐射设计）空间 NVM；• 第一个密度高于 16Mb 的全球 RHBD 空间 NVM；• 第一个采用低于 65nm 工艺的欧洲嵌入式 RHBD 高性能空间 NVM IP 核；• 第一个用于空间应用的新一代自旋转移力矩 (STT) MRAM；• 第一个在 22nm FDSOI 上应用于数字和模拟 IP 的 RHBD，用于缓解 TID 和 SEE；高密度 MRAM 的开发将重塑航天工业及其他领域的整个存储器芯片市场。