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台积电STT-MRAM技术细节(四)

2020.9.28
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王辉

致力于为分析测试行业奉献终身

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图15. 在-40度时,1M循环后写入误码率小于1 ppm。

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图16. 热稳定性势垒Eb控制着数据保持能力的温度敏感度,在150℃(1ppm)下数据保留超过10年。

在基于自旋的STT-MRAM的许多应用中,磁场干扰是一个潜在的问题。该解决方案是在封装上沉积0.3mm厚的磁屏蔽层,如图16所示,实验表明在移动设备的商用无线充电器的磁场强度为3500Oe的情况下,暴露100小时的误码率可以从> 1E6 ppm降低到?1ppm。另外,在650 Oe的磁场下,在125°C下的数据保存时间超过10年。

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图17.对3500 Oe磁场的灵敏度降低了1E6倍。

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结论

22nm ULL 32Mb高密度MRAM具有非常低的功率,高的读取速度,非常高的数据保留能力和耐久性,适用于广泛的应用。单元面积仅为0.0456平方微米,读取速度为10ns,读取功率为0.8mA / MHz / b,在低功耗待机模式(LPSB)下,其在25C时的泄漏电流小于55mA,相当于每比特的漏电流仅为1.7 E-12 A。对于32Mb数据,它具有100K个循环的耐久性,而对于1Mb的数据可以> 1M个循环。它在260°C的IR回流下具有90秒的数据保留能力,在150°C的条件下可保存数据10年以上。产品规格如图18所示,裸片照片如图19所示。

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图18. 22nm MRAM规格汇总表。

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图19. 22nm CMOS工艺中的32Mb高密度MRAM裸片图。

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编者注:图1TEM切片也是模糊的够可以的,有种动作片里打了马赛克的感觉。不过看切片一直都给人一种给少女脱衣服的快感。图1TEM中MRAM位置结构,好像其示意图并不对应。MTJ下方应该还有一个Bottom Via ,然后上方是一个比较厚的上电极再接一个Top via或者M4(如下图所示),而不是像示意图中所描绘的那样。

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