STT-MRAM存储器技术结构图

目前有数家芯片制造商,正致力于开发创新出名为STT-MRAM的新一代存储器技术,然而这项技术仍存在其制造和测试等面向存在着诸多挑战.STT-MRAM（又称自旋转移转矩MRAM技术）具有在单一元件中,结合数种常规存储器的特性而获得市场的高度重视.在多年来的发展中发现,STT-MRAM具备了SRAM的速度与快闪存储器的稳定性与耐久性.STT-MRAM是透过电子自旋的磁性特性,在芯片中提供非挥发性储存的功能.

尽管,STT-MRAM这项技术看起来虽然有其优势,却也高度复杂,这就是为什么它的发展历程远比预期的时间还更长.包括三星、台积电、英特尔、GlobalFoundries等,都正在持续开发STT-MRAM技术.尽管如此芯片制造商在其晶圆设备上面临到一些挑战,例如必须改进现有的生产设备,并将其升级到支援28nm或22nm甚至更新的纳米制程.

图一:MRAM结构图

MRAM芯片特性
•MRAM读取/写入周期时间：35ns；
•真正无限次擦除使用；
•业内最长的寿命和数据保存时间----超过20年的非挥发特性；
•单芯片最高容量为16Mb；
•快速、简单接口----16位或8位并行SRAM、40MHz高速串行SPI接口；
•具有成本效益----简单到只有一个晶体管、一个磁性穿隧结(1T-1MTJ)位单元；
•最佳等级的软错误率----远比其它内存优异；
•可取代多种存储器----集闪存、SRAM、EEPROM、nvRAM、以及BBSRAM的功能于一身；
•具备商业级、工业级、扩展级和汽车级的可选温度范围；
•符合RoHS规范：无电池、无铅；
•小封装：TSOP、VGA、DFN.

在生产过程中测试也将发挥关键的作用.STT-MRAM需要新的测试设备,用于测试其磁场状况.除此之外还包括在生产流程中的不同位置,例如晶圆厂中的生产阶段、测试平台、或者后测试等,都需要更为严格的检测流程.

STT-MRAM不止能够高速运行,其特色在于即使电源关闭了也能保留数据,并且功耗也非常低.由于这些特性使得STT-MRAM十分适合应用于嵌入式存储器市场,而包括PC、行动设备等储存装置,也都十分关注STT-MRAM的发展脚步.

即便如此挑战仍然存在.当MRAM芯片在强磁场中运作时,MRAM测试就会产生新的状况.在非磁性的储存设备中,不必担心这一点.然而对于MRAM来说,环境中的磁场就成了一个新的考量因素.通常在操作期间需要利用强磁场来干扰STT-MRAM,这是需要经过验证并加以解决的问题.产业界目前正密切关注STT-MRAM,因为该储存技术已经开始被嵌入式领域的客户用于产品设计阶段的导入.