将磁性结构集成到标准CMOS工艺飞思卡尔让MRAM更上一层楼

本文作者:admin       点击: 2006-11-13 00:00
前言:

一般而言,闪存的工作原理是借助将浮动多晶硅(浮动栅)覆盖在栅氧化物上,来保存位于其上的电荷。此时闪存位单元的编程需要一个高电压场,才能将电子的速度提高到足够快,以便电子能够克服硅物质和浮动栅之间的氧化物的能量障碍,使电子能够穿过氧化物,给浮动栅充电,而浮动栅又会改变位单元晶体管的电压阈值。

令人头疼的是,电子反复通过氧化物会导致氧化物的逐渐消耗。这将影响到存储介质本身的读写寿命,闪存在经过1万~100万个写入周期后,就不能再使用。随着连续写操作,有些闪存最快可在10天内损耗殆尽!因此在20世纪90年代早期,一种新兴的非易失性存储概念开始成形──MRAM(磁阻随机存取存储器)。MRAM却能忍受无限数量的写入周期,因为它没有充电或放电过程;且在编程过程中,磁极是旋转的,不会产生破坏,也不会降低运行性能。飞思卡尔对MRAM的投入甚早,并以独特编程方法加以改进,已然在该领域占得一席之地。
  
MRAM综合性能评比佳

飞思卡尔半导体MARM技术总监Saied Tehrani表示,MRAM是惟一具备所有主要优良属性的存储器:速度、非易失性、无限持久性。然而,对于偏好一种或两种特殊属性的应用而言,牺牲其它属性而保持这部分优良属性的存储器就具备了优势。“时间将告诉我们:MRAM能够覆盖整个存储器市场的多大份额”,Tehrani说。他为我们总结了MRAM的属性,并将其与其它生产存储器技术进行了比较。

Tehrani认为目前的情况是:不同类型的存储器适合不同的应用/产品。在可预知的将来,这种情况还会继续。这些界限的消除取决于成本、性能、容量等因素。然而,随着技术的成熟,MRAM占据的市场空间有望增加。他指出,“我们的MRAM芯片可以直接取代电池供电的SRAM,以及在各种消费和企业机器中使用的非易失性SRAM。由于不需要电池来保持非易失性,因此MRAM更简单、更便宜、更可靠。在联网和数据存储中,MRAM得到了大量应用,其独特属性具备功能和性能优势”。

为此,自开发出MRAM技术后,飞思卡尔已建立了由50名技术人员和设计人员组成的开发团队专力发展。该技术的主要目标之一是,将MRAM作为灵活的嵌入式存储器集成到设备中,在逻辑设备中实现增强功能。Tehrani表示,与其它非易失性存储器技术相比,MRAM更容易集成到现有逻辑工艺中,因为它位于较高的金属层,不会影响底层晶体管。

结语

MRAM花了很多年时间才进入市场,因为对于一种全新的存储器技术而言,技术和业务环境的融合是极其困难的。想当初SOI MOSFET也是花了大约20年时间(从1980年-2000年)才推出第一个高级CMOS。“我们面临的挑战则更加严峻。因为我们开发的新技术,必须将磁性结构集成到标准CMOS工艺中”,Tehrani直言不讳。首要问题是控制纳米磁性组件的属性,这些组件用于信息存储,并与底层CMOS结构集成。这是一个极其严峻的挑战,因为数百万个磁性组件必须在板卡的商用温度范围内保持相同的运行性能。除了让它们保持功能和可靠性以外,还必须以具有竞争力的成本实现高性能,让该技术在市场上具有强大的生命力。”

MRAM提高了可靠性和速度,还实现了新功能。从消费者角度来看,它意味着更可靠、更快速的网络,更可靠、更便宜的家庭或办公室设备,它还能实现设备的一些新功能,在家庭和其它地方使用。随着MRAM技术的成熟,其成本将逐渐降低,容量也会增加。经过这个发展过程后,它既可以作为独立部件,也可以作为嵌入到其它芯片中的存储器,用于各种不同应用,进入更多市场领域。随着成本的降低,MRAM技术将不断寻找进入其它市场的途径。