在存儲(chǔ)技術(shù)快速演進(jìn)的今天，一種名為STT-MRAM（自旋轉(zhuǎn)移矩磁阻隨機(jī)存取存儲(chǔ)器）的新型非易失存儲(chǔ)器，正逐步走入產(chǎn)業(yè)視野。它不僅繼承了MRAM的高速讀寫(xiě)能力與非易失特性，更通過(guò)“自旋電流”技術(shù)實(shí)現(xiàn)了信息寫(xiě)入方式的突破，被視為第二代MRAM技術(shù)的代表。

stt-marm存儲(chǔ)芯片的結(jié)構(gòu)原理
stt-marm的存儲(chǔ)核心是一個(gè)被稱為MTJ（磁性隧道結(jié)）的微觀結(jié)構(gòu)。它由兩層不同厚度的鐵磁材料，以及夾在中間、僅幾納米厚的非磁性隔離層構(gòu)成。寫(xiě)入時(shí)，通過(guò)控制自旋極化電流的方向，改變其中一層磁性材料的磁化方向，從而實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)“0”或“1”的狀態(tài)。這種寫(xiě)入機(jī)制解決了傳統(tǒng)MRAM在容量擴(kuò)展時(shí)遇到的功耗與干擾問(wèn)題。

stt-marm存儲(chǔ)芯片的的特性
②高存儲(chǔ)密度：stt-marm在單位芯片面積上可實(shí)現(xiàn)更多數(shù)據(jù)位的存儲(chǔ)，利于集成度的提升。
③高速隨機(jī)存取：讀寫(xiě)速度接近SRAM，滿足高性能計(jì)算對(duì)存儲(chǔ)響應(yīng)速度的要求。
④接近零的靜態(tài)功耗：在待機(jī)狀態(tài)下幾乎不耗電，對(duì)物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備等低功耗場(chǎng)景極為友好。
⑤低寫(xiě)入錯(cuò)誤率：stt-marm的自旋電流控制技術(shù)提高了數(shù)據(jù)寫(xiě)入的準(zhǔn)確性與可靠性。

stt-marm存儲(chǔ)芯片的開(kāi)發(fā)關(guān)鍵步驟
①材料堆疊工程：確定每一層材料的晶體結(jié)構(gòu)、成分與厚度，并優(yōu)化磁各向異性、磁飽和強(qiáng)度與隧道磁阻等關(guān)鍵參數(shù)。
②電子態(tài)模擬：在原子尺度上進(jìn)行材料特性的“基態(tài)”模擬，預(yù)測(cè)其在實(shí)際工作狀態(tài)下的表現(xiàn)。
③MTJ結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與工藝整合：將材料特性與物理結(jié)構(gòu)結(jié)合，控制制造過(guò)程中可能出現(xiàn)的磁性耦合效應(yīng)。
④器件建模與電路集成：將物理參數(shù)轉(zhuǎn)化為可用于電路設(shè)計(jì)的緊湊模型，以便與存取晶體管、讀寫(xiě)電路等進(jìn)行SPICE仿真與系統(tǒng)集成。

與當(dāng)前主流的嵌入式閃存相比，stt-marm在多個(gè)維度上展現(xiàn)出顯著優(yōu)勢(shì)：
①耐久性：可承受更多次數(shù)的讀寫(xiě)操作，使用壽命更長(zhǎng)。
②數(shù)據(jù)保存能力：斷電后數(shù)據(jù)保存時(shí)間遠(yuǎn)超一般閃存。
③讀寫(xiě)性能：讀寫(xiě)延遲大幅降低，尤其適合高頻應(yīng)用。
④總體成本：隨著制程成熟與規(guī)模化生產(chǎn)，其在復(fù)雜系統(tǒng)中的綜合成本逐漸具備競(jìng)爭(zhēng)力。

橫向?qū)Ρ绕渌滦痛鎯?chǔ)器，如相變存儲(chǔ)器（PRAM），stt-marm的表現(xiàn)同樣搶眼。其讀取時(shí)間可低至2納秒，寫(xiě)入時(shí)間約為20納秒，均優(yōu)于PRAM，同時(shí)在循環(huán)壽命方面也表現(xiàn)更佳。英尚微代理各種高性能marm內(nèi)存芯片，如需了解更多，搜索英尚微電子網(wǎng)頁(yè)。

審核編輯 黃宇