相比PCRAM、eMVM，MRAM有何优势

目前市场上和各种不同非易失性挑战的重新RAM技术，NRAM等各方面的优点，也面临着不同的挑战。本文罗列了PCRAM、eMVM、技术，并探讨了它们对温度、无线性能等解决方案在芯格中介绍了高级驱动的Martin Mason解决方案中介绍了MRAM问题技术。于物联网微控制器、汽车应用、人工智能等对低要求、有要求的应用领域。请见。

虽然 PCRAM、MRAM、ReRAM 和 NRAM 等各种 NVM 技术具有相似的高级特征，但它们的物理渲染却大相径庭。这为每个人提供了自己的一系列挑战和解决方案。

PCRAM的历史令人担忧。它最初由三星、美光和 ST 发布，随后出于可靠性原因从市场上撤下，然后重新推出。

热量仍然是PCRAM的主要问题。PDF Solutions高级研究员兼参与总监 Tomasz Brozek 表示，虽然内存是热稳定的并且可以处理高温应用，但对一个单元进行编程时产生的热量也可能影响其相邻单元——所谓的“干扰” 。此外，加热器尖端的局部加热会导致附近的一些材料移动，从而导致电池上方出现空隙。

“加热器的尖端是 600 到 700°C，”布罗泽克说。英特尔显然通过其 Optane 内存解决了这个问题，用更分布式的加热器替换单点加热器来缓解这个问题。

Brozek指出，还有其他问题，涉及复位状态的稳定性，非晶材料会自发生长一些晶体。这使得它更难用于模拟存储器。他说 ReRAM 对于这个应用程序来说更稳定。

此外，目前尚不清楚 PCRAM 是否或何时会在 1xnm 范围内制造。GlobalFoundries嵌入式存储器高级总监 Martin Mason表示，很难找到一家能够在 28 纳米以下节点上构建 PCRAM 的代工厂。

MRAM的独特之处在于在数据保留、耐用性和速度之间具有三向关系。您可以选择其中任何两个而牺牲第三个。“ MRAM是一种美丽的记忆，”Brozek 说。“［它］具有很好的可调性。有许多旋钮需要转动，包括可靠性。”

因此，Mason 说 GlobalFoundries 正在开发两个版本的 MRAM——一个更类似于闪存，一个更类似于 SRAM，每个版本都有不同的权衡。

类似闪光的版本更强大，在 MJT 中具有更高的能垒。它在 10 万个单元上具有很高的耐久性，但这低于SRAM类技术所期望的无限耐久性。它支持五个回流焊循环，可以处理更高的工作温度。类 SRAM 版本具有更高的耐用性，但数据保留率更低，并且它可以支持比类闪存版本更低的工作温度。

MRAM 在多个写入周期后确实存在自我干扰的风险，这使得耐用性成为更大的挑战。一种称为自旋轨道转移 （SOT-MRAM） 的新版本 MRAM 有助于解决这个问题，但这还不是一种经过验证的生产技术。

Brozek 还指出了蚀刻 MRAM 位单元时的挑战，随着时间的推移，MRAM 位单元变得更加圆柱形（而不是锥形）。因为位单元堆栈中有许多层非常不同的材料，“MRAM 不能使用 RIE ［反应离子蚀刻］——它的选择性太高。你必须改变化学物质才能降低堆栈。” 相反，他们使用中性离子蚀刻，其中离子被加速，然后在溅射到晶圆上之前被中和。很难清洁所有角落，蚀刻材料可能会重新分布到其他地方。随着时间的推移，这些可能会变成细丝，这使得这是一个必须仔细调整的加工挑战。

至于温度稳定性，Mason 表示，格罗方德目前提供 2 级存储器，他们正在努力实现 1 级。“MRAM 达到 ［1 级］ 还需要一段时间。” 这适用于所有新颖的 NVM 技术，”Mason 指出。

客户反复关注的一个问题是外部磁场对 MRAM 内容的影响。某些环境——靠近销售点机器、感应电机、螺线管、扬声器中的圆盘磁铁和类似系统——会造成这种担忧。从角度来看，Mason 指出，“几十年来，我们一直在使用磁存储”，从核心内存到磁盘驱动器。“5 毫米到 1 厘米外，场急剧下降。” 他说，在 125°C 下，格罗方德 MRAM 对 500 Oe 具有 10 年的磁免疫性，一阶。封装中没有固有的屏蔽，尽管可以以低成本添加。

还有其他问题。“MRAM 的主要故障机制是其薄 MgO 屏障的磨损，” KLA产品营销经理 Meng Zhu 说。 “当屏障存在缺陷，例如针孔或材料薄弱点时，结的电阻会随着时间的推移而逐渐降低，也可能导致电阻突然下降（击穿）。堆叠界面粗糙度、MgO 厚度均匀性是在 MgO 层中产生针孔/薄弱点的典型原因。在氧化的 MgO 的情况下，沉积的 Mg 层通过热或等离子体氧化工艺转化为 MgO，由于 Mg 和 MgO 的晶格参数不同，氧化程度也会导致针孔的产生。尽管直接检测亚纳米 MgO 层中的针孔具有挑战性，但可以通过确保良好的工艺控制（例如使用光谱椭偏仪的薄膜沉积均匀性和 MgO 化学计量）来降低屏障中出现缺陷的机会。

在线缺陷检测可以帮助检测诸如在图案化步骤期间在 MRAM 柱附近或侧面形成的金属颗粒等可靠性杀手，这些金属颗粒可能会随着时间的推移使 MTJ 短路。“与所有半导体技术一样，在线检测和计量过程控制的最佳实践可以实现最佳的器件性能和良率，”朱说。“提高检测灵敏度、采样和创新数据分析技术可以对潜在可靠性问题的早期发现产生积极影响——这是所有制造商都希望实现的持续改进目标。由于 STT-RAM 的产量仍然相对较低，我们正在与客户一起学习并推动此类改进。”

ReRAM有其自身的一系列挑战，尤其是作为一种新技术。Mason 指出，在 85°C 以上或超过 10，000 次写入周期时，灯丝可能会断裂，可能会遇到挑战。Adesto 对其实施进行了一些更改，称为“导电桥”存储器或 CBRAM，以突破这些限制。Adesto 的ReRAM是丝状的（因此是导电桥）。它发现由铜或焊料电极产生的细丝可以细到一个原子宽。这使得灯丝的电阻很容易受到干扰，因为只需要几个原子来移动就可以引起变化。

该公司发现，通过从金属电极切换到半金属电极，它得到了一个更宽的桥，表现更稳健，解决了 Mason 提到的问题 - 以及焊料问题 - 并在热稳定性方面提高了一个数量级和数据保留。“Adesto 提供的 ReRAM 产品在与标准闪存设备相同的条件下运行。［它发表的一篇论文］表明，我们的技术可以用于汽车运行条件。材料以及 ［算法］ 在推动耐力改进方面也很重要，”Adesto 工程副总裁兼联合创始人 Shane Hollmer说。

干扰问题通过在寻址时隔离位单元的选择器来减轻。Adesto 使用简单的单晶体管单电阻 （1T1R） 单元，由于额外的晶体管而在一定程度上增加了单元尺寸。“对于提高密度和堆叠的新颖选择器有一些有趣的想法，但我们还没有使用它们，”Hollmer 说。

尽管 ReRAM 在用作闪存的替代品时没有 MRAM 所具有的三向权衡关系，但根据 Hollman 的说法，它适用于针对 DRAM 的应用程序——这在今天似乎不是一种常见的应用程序。当谈到机器学习的模拟使用时，他们不相信给定的阵列会在 100°C 下保持 10 年，因为每隔几周或几个月就会定期更新。如果没有，他们确实认为定期刷新是一种好习惯。

在实验的基础上，Adesto 还研究了将电介质从 Al2O3 更改为 SiO2，以将有时在擦除过程中发生的位单元短路降低到 ECC 可以管理的水平。在另一项实验中，它着眼于通过使用差分方案来减少随机编程误差，其中两个单元被编程为相反的状态，然后以差分方式感测电流。

NRAM是迄今为止这些技术中的最新技术。Nantero 的目标是使用 NRAM 的 DRAM 市场，但它并没有自己制造内存。相反，它正在许可技术。

富士通是第一个公开宣布的被许可人。但正如富士通高级营销经理 TongSwan Pang 所说，该公司的目标不是 DRAM。相反，它使用 NRAM 作为 NVM 来与闪存竞争。它已经建立了生产线，并正在微调模具尺寸。富士通正试图在 2020 年底之前完成这项技术，六个月后将推出一款小型、不具侵略性的独立内存产品，随后主要用于定制 SoC。“我们开发的所有内存都将用于嵌入式或利基市场，”Pang 说。

也就是说，目前可用的大部分可靠性数据都来自 Nantero。该公司的首席系统架构师 Bill Gervasi 说，与所有其他技术不同，这种技术没有移动费用。这意味着它们没有机会被困或造成损坏，从而可能具有较长的数据保留时间和较高的耐用性。“我们已经测试了 1013 个周期，还没有看到任何磨损。”

基本技术有一个相当不寻常的证明点：“这是在哈勃维修期间的航天飞机上，”他说，因此它已被证明可以承受太空的严酷考验。Nantero 将数据保留建模为极高，在 300°C 时会出现退化。但根据该公司的计算，这种退化将数据保留期从 12，000 年缩短到 300 年。当然，这些数字必须在一个完整的产品中得到证明，以确认它们是真实的。

其他内存技术正处于评估的早期阶段。在一份关于新兴内存增长的报告中，Handy 和一位同事描述了其他一些正在探索的技术。MRAM 有一种变体，它利用电场来强制电子自旋。它被称为磁电 RAM （MeRAM）。有铁电 RAM （FeRAM），它利用电偶极子来存储数据。还有聚合物铁电存储器 （PFRAM），它设置聚合物的状态以存储值。这些对于可靠性评估来说还为时过早，但重要的是要注意今天的主要内存竞争者可能不会仍然是唯一可用的。

至于哪些记忆最有可能成功，好吧，即使是分析师也不愿做出判断。Objective Analysis 总经理 Jim Handy 的一份报告预测了 DRAM、NAND 闪存、MRAM 和“3D XPoint”——英特尔的 Optane 技术。但是，他指出，“。..。..我们所代表的嵌入式 MRAM 可能会成为 ReRAM，甚至可能成为其他一些新兴内存，如果新兴内存增长速度更快的话。” 他并没有宣布 MRAM 是赢家。它是从竞争中活生生的记忆的替身。