Imec开发出提高MRAM写入速度的新方法

Imec提出了一种用于电压控制磁各向异性（VCMA）磁随机存储器（MRAM）的确定性写入方案，从而避免了在写入之前预先读取设备的需求。

这显着改善了存储器的写入占空比，从而实现了纳秒级的写入速度。作为第二个改进，Imec展示了一种针对无外部场的VCMA切换操作的可制造解决方案。

两项创新都解决了VCMA MRAM的基本写操作挑战，增加了未来高性能低功耗存储器应用的可行性。

最新引入的电压控制MRAM操作，以降低自旋转矩MRAM（STT-MRAM）器件的功耗，这是一类非易失性，高密度，高速存储器。

借助于电流（垂直注入到磁性隧道结中）来执行STT-MRAM存储单元的写入操作时，VCMA MRAM的写入操作使用电场，这能大大降低了能耗。

从平行切换到反平行状态需要两个基本组件：一个电场（穿过隧道势垒）以消除能量势垒，另外一个则是外部平面内磁场实际的VCMA切换。

Imec现在已经解决了两个基本的操作难题，到目前为止，这两个难题分别限制了VCMA MRAM的写入速度和可制造性。

慢速写入操作与VCMA MRAM器件的单极性性质有关：从并行状态转换为反并行（P-AP）状态与从反并行状态转换为并行（AP）状态需要相同极性的写入脉冲-P）状态。

因此，在写入之前需要对存储单元进行“预读取”以了解其状态，这会大大减慢写入操作的速度。 Imec引入了一种独特的确定性VCMA写入概念，该概念避免了预读的需要：通过在能垒中产生偏移，为A-AP和AP-P转换引入了不同的阈值电压。该偏移量是通过在VCMA堆栈设计中实现小的（例如5mT）偏移磁场（Bz，eff）来实现的。

作为第二个改进，imec在磁性隧道结的顶部嵌入了一个磁性硬掩模。这消除了VCMA切换期间对外部磁场的需求，从而改善了设备的可制造性，而不会降低其性能。

这些设备均使用了imec300毫米设备制造的，证明了它们与CMOS技术的兼容性。

演示了可靠的1.1GHz（或纳秒级速度）无外部磁场的VCMA开关，其写入能量仅为20fJ。实现了246％的高隧道磁阻和超高耐久性。

Imec项目总监Gouri Sankar Kar：“这些改进使VCMA MRAM的性能超越了STT-MRAM的操作，使这些器件成为高性能，低功耗和高密度存储器应用的理想之选。从而满足高级计算需求或模拟计算，内存中的应用程序。”