STT-MRAM Mémoire magnétique non volatile à accès aléatoire

La STT-MRAM (Spin Transfer Torque Magnetic Random Access Memory) est la deuxième génération de MRAM (magnetic random access memory). Son principal avantage réside dans l'utilisation de la technologie du courant de spin pour obtenir une écriture efficace des informations. Le composant central de son unité de stockage est une MTJ (jonction tunnel magnétique) finement conçue, qui consiste en deux couches ferromagnétiques d'épaisseurs différentes prises en sandwich par une couche d'isolation non magnétique de quelques nanomètres d'épaisseur seulement. Cette conception unique fait de la STT-MRAM une mémoire non volatile avancée qui effectue des opérations d'écriture de données en contrôlant précisément le courant de spin.

Principe de fonctionnement de la STT-MRAM

L'unité de stockage est composée d'un transistor, d'une jonction tunnel magnétique (MTJ) et d'une ligne de connexion. La MTJ est empilée par une couche fixe (magnétisme fort), une couche d'isolation non magnétique et une couche libre (magnétisme faible), dans laquelle le moment magnétique de la couche libre est facilement inversé. Le transistor est utilisé comme commutateur de sélection de site, et son drain est connecté à la couche fixe de la MTJ. Lorsque le transistor est activé par la grille, la source, le drain, la MTJ et la ligne de bits forment un circuit fermé.

Lors de l'écriture d'informations, la ligne de bits et la ligne d'information d'écriture supplémentaire génèrent respectivement des champs magnétiques d'écriture semi-sélectifs, et les deux champs magnétiques sont orthogonaux. Ce n'est que lorsque la cellule de stockage est sélectionnée et que la ligne d'information d'écriture supplémentaire est mise sous tension que le moment magnétique de la couche libre est inversé par le double champ magnétique, parallèle ou antiparallèle au moment magnétique de la couche fixe, ce qui entraîne une modification de la résistance de la MTJ, permettant ainsi le stockage de l'information.

Lors de la lecture des informations, un faible courant traverse la cellule de mémoire sélectionnée, générant une différence de potentiel à travers le MTJ, reflétant son état de résistance. En mesurant la différence de potentiel, la direction relative des moments magnétiques de la couche libre et de la couche fixe peut être déterminée de manière non destructive, ce qui permet de lire les informations stockées.

（MRAM process flow after MTJ mode） (flux de processus de la RAM après le mode MTJ)

Caractéristiques de la STT-MRAM

1. En cas de panne de courant inattendue, la mémoire non volatile inhérente à la STT-MRAM permet aux clients de sauvegarder leurs données sans dépendre d'une batterie de secours.
2. La rapidité de lecture/écriture de la STT-MRAM réduit considérablement la latence de lecture/écriture du système, ce qui rend l'exécution des applications sur place plus efficace.STT-MRAM
3. La STT-MRAM présente les caractéristiques d'une grande largeur de bande en lecture-écriture et d'une non-volatilité, et peut jouer les deux fonctions de mémoire et de mémoire de fonctionnement ; aucun délai d'écriture ; peut réaliser la protection automatique de la mise hors tension du système.
4. La mémoire STT-MRAM est un produit national indépendant, dont le premier lot a été expédié.
5. La sécurité des données est considérablement renforcée, ce qui facilite le développement et le déploiement d'applications résistantes aux manipulations.
6. SRAM+FLASH+EEPROM peuvent être remplacés simultanément.

La comparaison entre la STT-MRAM et la mémoire commune est la suivante :

Tableau 1 :

Tableau 2 :

Application

En tant que technologie de rupture, la mémoire flash STT-MRAM redessine progressivement le paysage des performances des produits dans un large éventail de domaines, de l'électronique grand public et des ordinateurs personnels à l'automobile, la médecine, l'armée et l'aérospatiale. Elle ouvre un nouveau chapitre de l'industrie des semi-conducteurs et dynamise le potentiel d'innovation des produits.

Dans l'industrie automobile, la STT-MRAM, avec sa vitesse de lecture supérieure, sa très faible consommation d'énergie et sa haute densité, dépasse de loin l'eFlash et l'eSRAM, et est devenue une force clé dans la promotion de l'intelligence et de la haute performance dans l'automobile. Pour les appareils portables et le marché des téléphones mobiles, la STT-MRAM simplifie la conception en unifiant les sous-systèmes de mémoire grâce à l'élimination des boîtiers multi-puces (MCP), ce qui réduit considérablement la consommation d'énergie du système et prolonge considérablement la durée de vie de la batterie.

Dans le domaine des ordinateurs personnels, la STT-MRAM démontre de fortes capacités de substitution. Qu'il s'agisse de servir de cache à grande vitesse pour la SRAM, de remplacer la mémoire flash comme cache non volatile ou même de remplacer la PSRAM et la DRAM dans l'exécution de programmes à grande vitesse, la STT-MRAM présente des avantages en termes de performances. En outre, dans de nombreuses applications embarquées, la STT-MRAM remplace progressivement la mémoire flash NOR et la mémoire SRAM, s'imposant comme un nouveau choix pour améliorer les performances et la fiabilité du système.