案例&資訊
緩存應用程序ST-MRAM流程和性能演示
來源：宇芯有限公司 日期：2020-01-08 09:46:13
英特爾顯示了2MB ST-MRAM陣列的L4緩存級應用程序性能和可靠性。這要求在工業(yè)操作溫度范圍內具有高密度，高帶寬和高耐久性。表I中所顯示STT-MRAM的L4高速緩存應用程序所需的規(guī)范。
表I.L4緩存應用程序中STT-MRAM的目標規(guī)范。
要替換SRAM或eDRAM，需要大于256GB/秒的帶寬和大于10Mb/mm2的陣列密度。如圖1所示的密度要求限制了位單元的間距和訪問晶體管的尺寸，因此限制了STT寫入可用的最大的電流，因此將數(shù)據(jù)保留的時間在110°C的最高工作溫度下限制為“1秒”。
圖1.與eNVM應用程序相比，L4緩存所需的位單元間距的要更小。
另一方面要求1e12個周期的寫入耐久度會限制最大寫入電流，以確保耐久度保持在ECC可校正的范圍內。為了實現(xiàn)小于100dpm的可接受的ECC可校正的1Gb陣列誤碼率（BER）（1Gb陣列失敗概率為1e-4），所需的固定和隨機寫入錯誤率（WER）錯誤如圖2所示。兩種不同的體系結構，具有三重糾錯（TEC）的128b字節(jié)和具有雙重糾錯（DEC）的512b字節(jié)。對于1e12寫事件，隨機BER需要為1e-8至1e-10。
55nmMTJ需要可靠的堆棧優(yōu)化和反應離子蝕刻（RIE）工藝。發(fā)現(xiàn)有缺陷的故障時會降低電阻和TMR的短路模式（硬性短路和軟性短路）。融合了時間=0時的失敗位?？山邮艿腤ER電平和較短的寫入脈沖需要使MTJ過驅動，受可用驅動電流和耐久性考慮因素的限制，如下列圖3所示。
圖3.寫入電流分布受可用驅動電流和耐用性要求的限制，以及讀取干擾的要求。
最小電流是讀取干擾所需的電流，隨著溫度的降低而提高，因此讀取干擾選定在測量溫度為95℃下，可以通過1e7讀取完整的字節(jié)來獲取。圖14中顯示了NVM應用程序和經(jīng)過優(yōu)化的L4高速緩存設備（具有10ns寫脈沖）縮放的MTJ的寫錯誤率曲線，如藍色顯示。
WER的關鍵條件是在-10°C，但是隨著溫度的升高，MJT變得更容易寫入，而在更高的溫度下VCC可以降低。由于缺陷的熱激活會導致MgO介電擊穿，因此在105°C下進行了耐久性測試。
關鍵詞：ST-MRAM
表I.L4緩存應用程序中STT-MRAM的目標規(guī)范。
要替換SRAM或eDRAM，需要大于256GB/秒的帶寬和大于10Mb/mm2的陣列密度。如圖1所示的密度要求限制了位單元的間距和訪問晶體管的尺寸，因此限制了STT寫入可用的最大的電流，因此將數(shù)據(jù)保留的時間在110°C的最高工作溫度下限制為“1秒”。
圖1.與eNVM應用程序相比，L4緩存所需的位單元間距的要更小。
另一方面要求1e12個周期的寫入耐久度會限制最大寫入電流，以確保耐久度保持在ECC可校正的范圍內。為了實現(xiàn)小于100dpm的可接受的ECC可校正的1Gb陣列誤碼率（BER）（1Gb陣列失敗概率為1e-4），所需的固定和隨機寫入錯誤率（WER）錯誤如圖2所示。兩種不同的體系結構，具有三重糾錯（TEC）的128b字節(jié)和具有雙重糾錯（DEC）的512b字節(jié)。對于1e12寫事件，隨機BER需要為1e-8至1e-10。
圖2.固定位置失?。ㄌ摼€）和隨機失?。ǚ€(wěn)定）的允許BER的ECC計算與1Gb陣列失敗概率（ECC不可糾正）相比，假定具有三重糾錯（TEC）的128b字節(jié)（藍色）或具有三次錯誤校正的512b字節(jié)雙重錯誤校正（DEC）（橙色）。
55nmMTJ需要可靠的堆棧優(yōu)化和反應離子蝕刻（RIE）工藝。發(fā)現(xiàn)有缺陷的故障時會降低電阻和TMR的短路模式（硬性短路和軟性短路）。融合了時間=0時的失敗位?？山邮艿腤ER電平和較短的寫入脈沖需要使MTJ過驅動，受可用驅動電流和耐久性考慮因素的限制，如下列圖3所示。
圖3.寫入電流分布受可用驅動電流和耐用性要求的限制，以及讀取干擾的要求。
最小電流是讀取干擾所需的電流，隨著溫度的降低而提高，因此讀取干擾選定在測量溫度為95℃下，可以通過1e7讀取完整的字節(jié)來獲取。圖14中顯示了NVM應用程序和經(jīng)過優(yōu)化的L4高速緩存設備（具有10ns寫脈沖）縮放的MTJ的寫錯誤率曲線，如藍色顯示。
圖4.不同設備的寫入錯誤率（WER），以藍色顯示優(yōu)化的L4緩存MTJ。
WER的關鍵條件是在-10°C，但是隨著溫度的升高，MJT變得更容易寫入，而在更高的溫度下VCC可以降低。由于缺陷的熱激活會導致MgO介電擊穿，因此在105°C下進行了耐久性測試。
關鍵詞：ST-MRAM
上一篇文章：預期Nand-flash內存需求市場及價格漲
宇芯有限公司自成立以來，我們專注于代理國內外各大知名品牌的半導體元器件，代理品牌有NETSOL、JSC、everspin、來楊Lyontek、ISSI、CYPRESS等多個品牌總代理資質，主要產(chǎn)品線為sram、mram、psram等其他存儲器芯片，致力于為客戶提供具有競爭優(yōu)勢的產(chǎn)品，是一家專業(yè)提供存儲方案解決商。
宇芯有限公司自成立以來，我們專注于代理國內外各大知名品牌的半導體元器件，代理品牌有NETSOL、JSC、everspin、來楊Lyontek、ISSI、CYPRESS等多個品牌總代理資質，主要產(chǎn)品線為sram、mram、psram等其他存儲器芯片，致力于為客戶提供具有競爭優(yōu)勢的產(chǎn)品，是一家專業(yè)提供存儲方案解決商。
