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目標利基市場的商用MRAM

利用磁性電阻的非揮發性磁性隨機存取記憶體（MRAM）終將進入行動，美國的Freescale半導體公司成為業界第一家量產MRAM的公司（圖1）。其容量是4Mbits。從現有產品的規格和開發的狀況來判斷，MRAM的目標將會是在利基市場。以有效地無限次數的讀取／重寫和在高溫下操作的能力，開發新的非揮發性記憶體的應用將是無庸置疑的。MRAM是擁有這些特性的唯一選擇。


一個特別有用的應用是取代低速和中速的靜態RAM（SRAM）。接下來是取代一起用在各種設備上小容量的Flash記憶體和SRAM。網路、保全設備、儲存、玩具和印表機等產品的製造商對此應用最感興趣。

下一個應用將會是汽車，其高溫操作是必然的。例如，在引擎控制器IC上所含的記憶體。 Freescale半導體在目前已致力於使下一顆晶片擴大操作溫度範圍。4-Mbit的晶片最主要是設計來給消費性電子產品，其操作溫度範圍是介於0∼70℃，但該公司計劃開發車用的晶片，操作溫度範圍是介於-40∼+85℃。


仍些許落後


現在MRAM仍未真正達到最初在2000年開始研發時的目標：結合DRAM的成本與SRAM速度的終極性非揮發性記憶體。它將需要相當的技術提升來使其成為「終極記憶體」，而且它也很困難只靠一點小改進而來取代龐大的快閃記憶體和DRAM市場。

事實上MRAM所面臨主要的障礙是由於很難將它的製程縮短。當這第一個產品，這唯一的4-Mbit，如果微製造很困難，它也確實上很難與NAND快閃記憶體（已達到8-Gbit）或DRAM（一般達到512-Mbit）的成本、容量或其他主要的規格相對抗。

MRAM的製程很難縮短的原因是由於要寫入到記憶體單元的電流會提高。電流流過鄰近於隧道式磁阻（TMR）儲存資訊裝置的線路，產生一個電場而改變該裝置的磁場方位，只要這方式持續使用，問題將無法避免。

自旋注入磁化逆轉基本上是可以解決此問題的關鍵技術，因為它使僅僅藉由加電流到TMR裝置而造成扭轉磁化成為可能。在2005年底Sony已利用此技術到一個8-kbit記憶體陣列的原型，但其商業化的計劃仍不明朗。


位元良率問題



Freescale半導體能夠領先競爭者量產MRAM的主因是它採用新的寫入架構，來解決低位元良率的問題（圖2）。此方法是在2003年由美國Motorola公司所提出的雙態觸變的方案。



更具體地，其電流流過兩條互相垂直，鄰近於目標記憶體單元的線路，會慢慢地增加寫入的資料。只是磁場在這製造過程中沒有改變，磁化就不會逆轉。照慣例，設定給MRAM的最大寫入電流基本上被省略，使位元良率得到最主要的提升。



這雙態觸變的方法並沒有提高操作速度困難的問題，因為在寫入過程，電流流經兩垂直的線路在幾毫微秒內必須改變很多次。一個日本半導體製造商MRAM的工程師表示，「只要雙態觸變的方法被使用，將很難降低讀出／寫入的週期到10ns。」實際上，對Freescale半導體的4-Mbit晶片而言其讀出／寫入的週期是35ns，這意味著操作頻率會低於30MHz。而欲將週期降至10ns以下或許需要新的寫入設計。■



作者 Motoyuki Ooishi、Chikashi Horikir

posted by C.H. Chen @ 2:26 AM