相比PCRAM、eMVM，MRAM有何優勢

目前市場上和各種不同非易失性挑戰的重新RAM技術，NRAM等各方面的優點，也面臨著不同的挑戰。本文羅列了PCRAM、eMVM、技術，并探討了它們對溫度、無線性能等解決方案在芯格中介紹了高級驅動的Martin Mason解決方案中介紹了MRAM問題技術。于物聯網微控制器、汽車應用、人工智能等對低要求、有要求的應用領域。請見。

雖然 PCRAM、MRAM、ReRAM 和 NRAM 等各種 NVM 技術具有相似的高級特征，但它們的物理渲染卻大相徑庭。這為每個人提供了自己的一系列挑戰和解決方案。

PCRAM的歷史令人擔憂。它最初由三星、美光和 ST 發布，隨后出于可靠性原因從市場上撤下，然后重新推出。

熱量仍然是PCRAM的主要問題。PDF Solutions高級研究員兼參與總監 Tomasz Brozek 表示，雖然內存是熱穩定的并且可以處理高溫應用，但對一個單元進行編程時產生的熱量也可能影響其相鄰單元——所謂的“干擾” 。此外，加熱器尖端的局部加熱會導致附近的一些材料移動，從而導致電池上方出現空隙。

“加熱器的尖端是 600 到 700°C，”布羅澤克說。英特爾顯然通過其 Optane 內存解決了這個問題，用更分布式的加熱器替換單點加熱器來緩解這個問題。

Brozek指出，還有其他問題，涉及復位狀態的穩定性，非晶材料會自發生長一些晶體。這使得它更難用于模擬存儲器。他說 ReRAM 對于這個應用程序來說更穩定。

此外，目前尚不清楚 PCRAM 是否或何時會在 1xnm 范圍內制造。GlobalFoundries嵌入式存儲器高級總監 Martin Mason表示，很難找到一家能夠在 28 納米以下節點上構建 PCRAM 的代工廠。

MRAM的獨特之處在于在數據保留、耐用性和速度之間具有三向關系。您可以選擇其中任何兩個而犧牲第三個?！?MRAM是一種美麗的記憶，”Brozek 說?！埃鬯菥哂泻芎玫目烧{性。有許多旋鈕需要轉動，包括可靠性?！?/p>

因此，Mason 說 GlobalFoundries 正在開發兩個版本的 MRAM——一個更類似于閃存，一個更類似于 SRAM，每個版本都有不同的權衡。

類似閃光的版本更強大，在 MJT 中具有更高的能壘。它在 10 萬個單元上具有很高的耐久性，但這低于SRAM類技術所期望的無限耐久性。它支持五個回流焊循環，可以處理更高的工作溫度。類 SRAM 版本具有更高的耐用性，但數據保留率更低，并且它可以支持比類閃存版本更低的工作溫度。

MRAM 在多個寫入周期后確實存在自我干擾的風險，這使得耐用性成為更大的挑戰。一種稱為自旋軌道轉移 （SOT-MRAM） 的新版本 MRAM 有助于解決這個問題，但這還不是一種經過驗證的生產技術。

Brozek 還指出了蝕刻 MRAM 位單元時的挑戰，隨著時間的推移，MRAM 位單元變得更加圓柱形（而不是錐形）。因為位單元堆棧中有許多層非常不同的材料，“MRAM 不能使用 RIE ［反應離子蝕刻］——它的選擇性太高。你必須改變化學物質才能降低堆棧?！?相反，他們使用中性離子蝕刻，其中離子被加速，然后在濺射到晶圓上之前被中和。很難清潔所有角落，蝕刻材料可能會重新分布到其他地方。隨著時間的推移，這些可能會變成細絲，這使得這是一個必須仔細調整的加工挑戰。

至于溫度穩定性，Mason 表示，格羅方德目前提供 2 級存儲器，他們正在努力實現 1 級?！癕RAM 達到 ［1 級］ 還需要一段時間?！?這適用于所有新穎的 NVM 技術，”Mason 指出。

客戶反復關注的一個問題是外部磁場對 MRAM 內容的影響。某些環境——靠近銷售點機器、感應電機、螺線管、揚聲器中的圓盤磁鐵和類似系統——會造成這種擔憂。從角度來看，Mason 指出，“幾十年來，我們一直在使用磁存儲”，從核心內存到磁盤驅動器?！? 毫米到 1 厘米外，場急劇下降?！?他說，在 125°C 下，格羅方德 MRAM 對 500 Oe 具有 10 年的磁免疫性，一階。封裝中沒有固有的屏蔽，盡管可以以低成本添加。

還有其他問題?！癕RAM 的主要故障機制是其薄 MgO 屏障的磨損，” KLA產品營銷經理 Meng Zhu 說。 “當屏障存在缺陷，例如針孔或材料薄弱點時，結的電阻會隨著時間的推移而逐漸降低，也可能導致電阻突然下降（擊穿）。堆疊界面粗糙度、MgO 厚度均勻性是在 MgO 層中產生針孔/薄弱點的典型原因。在氧化的 MgO 的情況下，沉積的 Mg 層通過熱或等離子體氧化工藝轉化為 MgO，由于 Mg 和 MgO 的晶格參數不同，氧化程度也會導致針孔的產生。盡管直接檢測亞納米 MgO 層中的針孔具有挑戰性，但可以通過確保良好的工藝控制（例如使用光譜橢偏儀的薄膜沉積均勻性和 MgO 化學計量）來降低屏障中出現缺陷的機會。

在線缺陷檢測可以幫助檢測諸如在圖案化步驟期間在 MRAM 柱附近或側面形成的金屬顆粒等可靠性殺手，這些金屬顆?？赡軙S著時間的推移使 MTJ 短路?！芭c所有半導體技術一樣，在線檢測和計量過程控制的最佳實踐可以實現最佳的器件性能和良率，”朱說?！疤岣邫z測靈敏度、采樣和創新數據分析技術可以對潛在可靠性問題的早期發現產生積極影響——這是所有制造商都希望實現的持續改進目標。由于 STT-RAM 的產量仍然相對較低，我們正在與客戶一起學習并推動此類改進?！?/p>

ReRAM有其自身的一系列挑戰，尤其是作為一種新技術。Mason 指出，在 85°C 以上或超過 10，000 次寫入周期時，燈絲可能會斷裂，可能會遇到挑戰。Adesto 對其實施進行了一些更改，稱為“導電橋”存儲器或 CBRAM，以突破這些限制。Adesto 的ReRAM是絲狀的（因此是導電橋）。它發現由銅或焊料電極產生的細絲可以細到一個原子寬。這使得燈絲的電阻很容易受到干擾，因為只需要幾個原子來移動就可以引起變化。

該公司發現，通過從金屬電極切換到半金屬電極，它得到了一個更寬的橋，表現更穩健，解決了 Mason 提到的問題 - 以及焊料問題 - 并在熱穩定性方面提高了一個數量級和數據保留?！癆desto 提供的 ReRAM 產品在與標準閃存設備相同的條件下運行。［它發表的一篇論文］表明，我們的技術可以用于汽車運行條件。材料以及 ［算法］ 在推動耐力改進方面也很重要，”Adesto 工程副總裁兼聯合創始人 Shane Hollmer說。

干擾問題通過在尋址時隔離位單元的選擇器來減輕。Adesto 使用簡單的單晶體管單電阻 （1T1R） 單元，由于額外的晶體管而在一定程度上增加了單元尺寸?！皩τ谔岣呙芏群投询B的新穎選擇器有一些有趣的想法，但我們還沒有使用它們，”Hollmer 說。

盡管 ReRAM 在用作閃存的替代品時沒有 MRAM 所具有的三向權衡關系，但根據 Hollman 的說法，它適用于針對 DRAM 的應用程序——這在今天似乎不是一種常見的應用程序。當談到機器學習的模擬使用時，他們不相信給定的陣列會在 100°C 下保持 10 年，因為每隔幾周或幾個月就會定期更新。如果沒有，他們確實認為定期刷新是一種好習慣。

在實驗的基礎上，Adesto 還研究了將電介質從 Al2O3 更改為 SiO2，以將有時在擦除過程中發生的位單元短路降低到 ECC 可以管理的水平。在另一項實驗中，它著眼于通過使用差分方案來減少隨機編程誤差，其中兩個單元被編程為相反的狀態，然后以差分方式感測電流。

NRAM是迄今為止這些技術中的最新技術。Nantero 的目標是使用 NRAM 的 DRAM 市場，但它并沒有自己制造內存。相反，它正在許可技術。

富士通是第一個公開宣布的被許可人。但正如富士通高級營銷經理 TongSwan Pang 所說，該公司的目標不是 DRAM。相反，它使用 NRAM 作為 NVM 來與閃存競爭。它已經建立了生產線，并正在微調模具尺寸。富士通正試圖在 2020 年底之前完成這項技術，六個月后將推出一款小型、不具侵略性的獨立內存產品，隨后主要用于定制 SoC?！拔覀冮_發的所有內存都將用于嵌入式或利基市場，”Pang 說。

也就是說，目前可用的大部分可靠性數據都來自 Nantero。該公司的首席系統架構師 Bill Gervasi 說，與所有其他技術不同，這種技術沒有移動費用。這意味著它們沒有機會被困或造成損壞，從而可能具有較長的數據保留時間和較高的耐用性?！拔覀円呀洔y試了 1013 個周期，還沒有看到任何磨損?！?/p>

基本技術有一個相當不尋常的證明點：“這是在哈勃維修期間的航天飛機上，”他說，因此它已被證明可以承受太空的嚴酷考驗。Nantero 將數據保留建模為極高，在 300°C 時會出現退化。但根據該公司的計算，這種退化將數據保留期從 12，000 年縮短到 300 年。當然，這些數字必須在一個完整的產品中得到證明，以確認它們是真實的。

其他內存技術正處于評估的早期階段。在一份關于新興內存增長的報告中，Handy 和一位同事描述了其他一些正在探索的技術。MRAM 有一種變體，它利用電場來強制電子自旋。它被稱為磁電 RAM （MeRAM）。有鐵電 RAM （FeRAM），它利用電偶極子來存儲數據。還有聚合物鐵電存儲器 （PFRAM），它設置聚合物的狀態以存儲值。這些對于可靠性評估來說還為時過早，但重要的是要注意今天的主要內存競爭者可能不會仍然是唯一可用的。

至于哪些記憶最有可能成功，好吧，即使是分析師也不愿做出判斷。Objective Analysis 總經理 Jim Handy 的一份報告預測了 DRAM、NAND 閃存、MRAM 和“3D XPoint”——英特爾的 Optane 技術。但是，他指出，“。..。..我們所代表的嵌入式 MRAM 可能會成為 ReRAM，甚至可能成為其他一些新興內存，如果新興內存增長速度更快的話?！?他并沒有宣布 MRAM 是贏家。它是從競爭中活生生的記憶的替身。