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STT-MRAM是指采用了自旋注入磁化反轉(zhuǎn)（spin transfer torque：STT）數(shù)據(jù)擦寫技術(shù)的磁存儲器（MRAM）。這種存儲器具有非易失性、運行速度快、擦寫次數(shù)無限制等半導(dǎo)體存儲器的理想性能。不過，目前還不具備可與現(xiàn)有存儲器抗衡的成本競爭力。如果今后能夠通過微細化來實現(xiàn)大容量化等，從而提高成本競爭力，就可考慮取代現(xiàn)有存儲器。 STT-MRAM備受期待的應(yīng)用是，通過替代電子設(shè)備的主存儲器及緩存所使用的DRAM及SRAM，使其具備非易失性，以大幅降低功耗。這種存儲器也許會改變“存儲器（硬盤及NAND閃存）為非易失性、更高層級的內(nèi)存（DRAM及SRAM）為易失性”的傳統(tǒng)計算機架構(gòu)。 傳統(tǒng)型MRAM方面，美國飛思卡爾半導(dǎo)體（Freescale Semiconductor）已于2006年開始量產(chǎn)，并使其在工業(yè)設(shè)備上達到實用水平。但這種存儲器存在很難通過微細化來實現(xiàn)大容量化的課題。原因是采用了向數(shù)據(jù)寫入線通入電流并利用在其周圍產(chǎn)生的磁場來進行數(shù)據(jù)擦寫的方式。這種方式因為越實現(xiàn)微細化，數(shù)據(jù)擦寫所需要的電流就會越大，所以無法縮小提供擦寫電流的晶體管的尺寸。這成了實現(xiàn)微細化的瓶頸。 
STT-MRAM的工作原理 而STT-MRAM則利用向名為MTJ（magnetoresistive tunnel junction，磁阻隧道結(jié)）的存儲元件通入的電流來擦寫數(shù)據(jù)。利用了在電子自旋的力矩作用下使MTJ的磁化方向發(fā)生反轉(zhuǎn)的工作原理。這種方式的優(yōu)勢在于微細化程度越高，擦寫所需要的電流越小。因此，容易通過微細化來實現(xiàn)大容量化，有望達到Gbit級存儲容量。不過，這種存儲器也存在需要克服的課題，比如元件的特性偏差會隨著微細化程度的提高而增大。 其實，STT-MRAM已經(jīng)開始實現(xiàn)商用化。飛思卡爾的MRAM部門獨立出來后成立的美國Everspin Technologies就已經(jīng)向市場投放了這種產(chǎn)品。但目前容量只有64Mbit，要擴大市場，需要實現(xiàn)大容量化。 通過讓緩存具有非易失性來降低功耗 目前，STT-MRAM正在朝著兩大用途推進開發(fā)。一個是取代微處理器等混載的緩存。現(xiàn)行緩存使用易失性存儲器（SRAM），將其換成非易失性STT-MRAM之后，可以高頻率切斷電源。這樣便可大幅降低功耗。 在2014年6月9日于美國檀香山開幕的國際會議“2014 Symposia on VLSI Technology and Circuits（以下稱VLSI Symposia）”上，東芝發(fā)布了可實現(xiàn)業(yè)界最高性能緩存的STT-MRAM。據(jù)該公司介紹，通過將SRAM換成STT-MRAM，可使在處理器功耗中占大半的緩存功耗降低約60％。 在VLSI Symposia上，日本超低電壓元器件技術(shù)研究聯(lián)盟（LEAP）也發(fā)布了以取代SRAM為目標的STT-MRAM技術(shù)。STT-MRAM采用適合進行微細化的構(gòu)造，但只靠蝕刻技術(shù)來實現(xiàn)的話，無法避免因MTJ尺寸不均而造成的特性偏差。于是，LEAP新開發(fā)出了能夠在不僅僅依靠蝕刻技術(shù)的情況下讓MTJ實現(xiàn)微細化的工藝技術(shù)。 移動設(shè)備用處理器領(lǐng)域的霸主——美國高通也在大力開發(fā)STT-MRAM技術(shù)。該公司在本屆VLSI Symposia上發(fā)表特邀演講，介紹了面向處理器混載用途的STT-MRAM技術(shù)。 還有望取代DRAM STT-MRAM的另一個開發(fā)方向是DRAM的部分替代用途。為了實現(xiàn)這一用途，東芝、韓國三星電子、SK海力士及美國美光科技等大型存儲器廠商展開了激烈的開發(fā)競爭。 目前東芝正在與SK海力士聯(lián)合開發(fā)用于該用途的STT-MRAM。兩公司打算瞄準SSD的緩存所使用的DRAM的替代用途等，于2015～2016年向市場投放Gbit級STT-MRAM。目前還在考慮用其代替移動設(shè)備用DRAM。 在本屆VLSI Symposia上，三星發(fā)布了用來取代DRAM的STT-MRAM技術(shù)。該公司公開了可使MTJ微細化至15nm以上的技術(shù)。 來源：日經(jīng)技術(shù)在線 |
