Приборы MRAM со спин-орбитальным моментом переключаются без поля

На Симпозиуме по технологиям и схемам VLSI в 2019 году исследователи из IMEC продемонстрировали переключение устройств MRAM со спин-орбитальным крутящим моментом (SOT-MRAM) без внешнего магнитного поля во время операции записи. Концепция удобна для производства на 300-мм пластинах с использованием КМОП-совместимых процессов и не ставит под угрозу надежность и производительность записи устройств SOT-MRAM, заявляет IMEC, открывая возможности для разработки будущих технологий на основе MRAM и энергонезависимой логики и памяти.

Благодаря высокой прочности и быстродействию переключения новые устройства SOT-MRAM потенциально могут заменить быструю кэш-память SRAM L1 / L2. Запись элементов памяти выполняется путем подачи тока в плоскости в слой SOT, который находится рядом с магнитным туннельным переходом (MTJ). Во время операции записи требуется небольшое магнитное поле в плоскости, чтобы нарушить симметрию и обеспечить детерминированное переключение намагниченности. В современных устройствах это достигается путем применения внешнего магнитного поля, которое считается основным препятствием для практического использования этих устройств.

Вместо этого концепция переключения IMEC «без полей» заключается во внедрении ферромагнетика в жесткую маску, которая используется для формирования слоя SOT. С помощью этого ферромагнетика на свободном слое магнитного туннельного перехода индуцируется небольшое однородное плоское поле.

«Основным преимуществом интегрированного решения IMEC по сравнению с другими предлагаемыми решениями является возможность отдельно оптимизировать свойства магнитного туннельного перехода и условия бесполевого переключения, - объясняет Гури Санкар Кар (Gouri Sankar Kar), программный директор IMEC. - Это “разъединение“ превращает наше решение для переключения без использования поля в удобную для производства концепцию, которая является основным требованием для массового производства устройств SOT-MRAM».

     

Кривые RV, демонстрирующие переключение без поля:
(а) под большим приложенным полем в плоскости и (б) при нулевом внешнем поле

При скорости записи ниже 300 пс и неограниченной износостойкости (до 1011 циклов), измеренной на нескольких устройствах на 300-мм пластине, был продемонстрирован надежный подход при сохранении первоначальной субнаносекундной записи операций SOT-MRAM.

«Это подтверждает потенциал устройств SOT-MRAM для замены SRAM на низкоуровневых кэшах, - добавил Гури Санкар Кар. - Более того, новая концепция переключения без поля может потенциально применяться к другим технологиям на основе MRAM, таким как перенос спина MRAM (STT-MRAM) и управляемая напряжением магнитная анизотропия (VCMA), и открывает двери для других энергонезависимых приложений логики и памяти, таких как энергонезависимые триггеры и энергонезависимые схемы-защелки». Последующая работа будет сосредоточена на дальнейшем снижении энергопотребления устройств SOT-MRAM путем снижения тока переключения.