STT-MRAM(스핀전달토크 자기 랜덤 액세스 메모리)은 2세대 MRAM(자기 랜덤 액세스 메모리)입니다. 이 메모리의 핵심 장점은 스핀 전류 기술을 사용하여 효율적인 정보 쓰기를 달성한다는 것입니다. 저장 장치의 핵심 구성 요소는 두께가 다른 두 개의 강자성층이 수 나노미터 두께의 비자성 절연층 사이에 끼워져 있는 정밀하게 설계된 MTJ(자기 터널 접합)입니다. 이 독특한 설계 덕분에 STT-MRAM은 스핀 전류를 정밀하게 제어하여 데이터 쓰기 작업을 수행하는 첨단 비휘발성 메모리로 거듭났습니다.
STT-MRAM의 작동 원리
저장 장치는 트랜지스터, 자기 터널 접합(MTJ) 및 연결 라인으로 구성됩니다. MTJ는 고정층(강한 자성), 비자성 절연층, 자유층(약한 자성)으로 적층되어 있으며, 자유층의 자기 모멘트가 쉽게 반전됩니다. 트랜지스터는 사이트 선택 스위치로 사용되며 드레인은 MTJ 고정 레이어에 연결됩니다. 트랜지스터가 게이트에 의해 활성화되면 소스, 드레인, MTJ 및 비트 라인이 폐쇄 회로를 형성합니다.
정보를 기록할 때 비트 라인과 추가 쓰기 정보 라인은 각각 반선택 쓰기 자기장을 생성하며, 두 자기장은 직교합니다. 저장 셀이 선택되고 추가 쓰기 정보 라인의 전원이 켜진 경우에만 자유 층의 자기 모멘트가 이중 자기장에 의해 역전되어 고정 층의 자기 모멘트와 평행하거나 반평행하여 MTJ 저항이 변경되어 정보 저장을 실현합니다.
정보를 읽을 때 선택한 메모리 셀에 작은 전류가 흐르면서 저항 상태를 반영하는 전위차가 MTJ에 생성됩니다. 전위차를 측정하면 자유층과 고정층의 자기 모멘트의 상대적인 방향을 비파괴적으로 파악하여 저장된 정보를 읽을 수 있습니다.
(MTJ 모드 이후 MRAM 프로세스 흐름)
STT-MRAM 특성
- 예기치 않은 정전이 발생하는 경우 STT-MRAM의 고유한 비휘발성 메모리 기능을 통해 고객은 백업 배터리에 의존하지 않고도 데이터를 안전하게 보호할 수 있습니다.
- STT-MRAM의 빠른 읽기/쓰기 성능은 시스템 읽기/쓰기 지연 시간을 크게 줄여 애플리케이션의 제자리 실행을 더욱 효율적으로 만듭니다.STT-MRAM
- STT-MRAM은 높은 대역폭 읽기-쓰기 및 비휘발성의 특성을 가지고 있으며 메모리와 실행 메모리의 이중 기능을 재생할 수 있습니다. 쓰기 지연 없음; 시스템 전원 끄기 자동 보호를 실현할 수 있습니다.
- STT-MRAM 메모리는 국내 독자 제품으로, 첫 번째 배치 출하입니다.
- 데이터 보안이 대폭 강화되어 변조에 강한 애플리케이션을 더욱 편리하게 개발 및 배포할 수 있습니다.
- SRAM+플래시+EEPROM을 동시에 교체할 수 있습니다.
STT-MRAM과 일반 메모리를 비교하면 다음과 같습니다:
표 1:
| ITEM | STT-MRAM | FRAM | NVSRAM | TOGGLE-MRAM |
| 메모리 유형 | 비휘발성 | 비휘발성 | 비휘발성 | 비휘발성 |
| 쓰기 방법 | 덮어쓰기 | 덮어쓰기 | 덮어쓰기 | 덮어쓰기 |
| 쓰기 주기 | 25ns | 150ns | 25ns | 35ns |
| 읽기/쓰기 횟수 | 1E+13 | 1E+14 | 1E+7 | 1E+13 |
| 데이터의 밀도 | 높음 | 낮음 | 낮음 | 가운데 |
| 보존 시간 | >20세 이상 | 10yrs | 20yrs | >20세 이상 |
표 2:
| ITEM | STT-MRAM | EEPROM | 플래시 | SRAM | FRAM |
| 메모리 유형 | 비휘발성 | 비휘발성 | 비휘발성 | 휘발성 | 비휘발성 |
| 쓰기 방법 | 덮어쓰기 | 지우기+쓰기 | 지우기+쓰기 | 덮어쓰기 | 덮어쓰기 |
| 쓰기 주기 시간 | 25ns | 10μs | 10μs | 5ns | 150ns |
| 읽기/쓰기 주기 | 1E+13 | 1E+6 | 1E+5 | 무제한 | 1E+14 |
| 부스터 회로 | 아니요 | 예 | 예 | 아니요 | 아니요 |
| 데이터 백업 배터리 | 아니요 | 아니요 | 아니요 | 예 | 아니요 |
애플리케이션
파괴적인 기술인 STT-MRAM은 소비자 가전과 개인용 컴퓨터에서 자동차, 의료, 군사, 항공우주에 이르기까지 광범위한 분야에서 제품 성능 환경을 점진적으로 재편하고 있습니다. 반도체 산업의 새로운 장을 예고하며 제품 혁신에 활력을 불어넣고 있습니다.
자동차 산업에서 뛰어난 읽기 속도, 초저전력 소비, 고밀도를 갖춘 STT-MRAM은 eFlash와 eSRAM을 훨씬 능가하며 자동차 인텔리전스와 고성능을 촉진하는 핵심 동력이 되고 있습니다. 휴대용 기기와 휴대폰 시장에서 STT-MRAM은 멀티칩 패키지(MCP)를 제거하여 메모리 서브시스템을 통합함으로써 설계를 간소화하고 시스템 전력 소비를 크게 줄이며 배터리 수명을 크게 연장합니다.
개인용 컴퓨터 영역에서 STT-MRAM은 강력한 대체 기능을 보여줍니다. SRAM의 고속 캐시 역할, 비휘발성 캐시로 플래시 메모리 대체, 심지어 고속 프로그램 실행에서 PSRAM 및 DRAM을 대체하는 등 STT-MRAM은 성능 이점을 보여줍니다. 또한 수많은 임베디드 애플리케이션에서 STT-MRAM은 점차 NOR 플래시와 SRAM을 대체하며 시스템 성능과 신뢰성 향상을 위한 새로운 선택으로 떠오르고 있습니다.
