本篇文章由專(zhuān)注于供應(yīng)MRAM,FRAM,SRAM等存儲(chǔ)芯片供應(yīng)商英尚微電子詳細(xì)介紹非易失性MRAM與FRAM之間的區(qū)別。
 
疲勞
 
MRAM技術(shù)使用磁態(tài)進(jìn)行數(shù)據(jù)存儲(chǔ)。在兩種狀態(tài)之間切換磁極化不需要原子的運(yùn)動(dòng)，因此MRAM器件沒(méi)有磨損機(jī)制。FRAM中的位存儲(chǔ)需要響應(yīng)電場(chǎng)，使其固有的電偶極子（在Pb（Zr，Ti）O3的情況下，氧八面體中的Ti4+離子）移動(dòng)。隨著時(shí)間的流逝，電容器中自由電荷的積累和其他離子缺陷將越來(lái)越阻礙偶極子的移動(dòng)，此外與鐵電偶極子的氫鍵鍵合是一種已知的磨損機(jī)制，這就是為什么CMOS中需要關(guān)注H2污染的原因BEOL制造FRAM。
 
保留/相反狀態(tài)保留
FRAM技術(shù)在存儲(chǔ)元件的磁滯行為中具有固有的不對(duì)稱(chēng)性。與頂部電極相比，底部電極具有更高的熱收支，導(dǎo)致鐵電元件的優(yōu)選偶極子定向。隨著時(shí)間的流逝，該優(yōu)選取向最終將變得如此占主導(dǎo)地位，以至于外部編程電壓將不再能夠?qū)⑴紭O子重新取向出優(yōu)選取向。存儲(chǔ)單元被鎖定為首選方向，從而導(dǎo)致存儲(chǔ)位故障。
 
FRAM技術(shù)的另一個(gè)問(wèn)題是響應(yīng)較低的讀取電壓會(huì)降低極化（信號(hào)）。在寫(xiě)入操作期間將完整的電源電壓施加到電容器，但是在讀取操作期間，只有一部分電壓會(huì)施加到鐵電元件，因?yàn)樽x取電壓在寄生電容和鐵電電容之間分配。結(jié)果，在隨后的讀取中，狀態(tài)之間的電壓裕度減小，并最終導(dǎo)致無(wú)法區(qū)分狀態(tài)。
 
高溫?cái)?shù)據(jù)保留
超過(guò)85°C的環(huán)境工作溫度會(huì)加速FRAM的磨損，因?yàn)闀?huì)積聚自由電荷，從而導(dǎo)致烙印。
 
Everspin MRAM在精心設(shè)計(jì)的實(shí)驗(yàn)中得到了證明，可以在125°C的溫度下將數(shù)據(jù)保留長(zhǎng)達(dá)20年。
 
擴(kuò)展溫度
擴(kuò)展溫度的FRAM（工業(yè)和汽車(chē)（AEC-Q1001級(jí)））通常需要使用2T-2FC體系結(jié)構(gòu)。這種架構(gòu)允許自參考讀取，以補(bǔ)償較高工作溫度下的弱化極化（信號(hào)余量）。
 
Everspin MRAM不需要更改其他架構(gòu)即可滿(mǎn)足工業(yè)和汽車(chē)溫度要求。
 
制造業(yè)
Everspin MRAM產(chǎn)品使用標(biāo)準(zhǔn)的商用CMOS制造技術(shù)制造。磁性元件建立在兩個(gè)Cu金屬層之間，通常是最后一個(gè)和倒數(shù)第二個(gè)金屬層。除了在金屬溝槽中添加磁性覆蓋層之外，與標(biāo)準(zhǔn)BEOLCMOS工藝沒(méi)有任何偏差。
 
FRAM產(chǎn)品集成在第一個(gè)BEOL金屬層之前的W插頭上。在FRAM工藝的高溫下（沉積PZT膜需要650℃），W形插頭容易氧化，因此缺陷控制成為一個(gè)挑戰(zhàn)。
 
在返回標(biāo)準(zhǔn)BEOLCMOS處理之前，必須將鐵電電容器封裝在AlOx中，以防止H2擴(kuò)散到其他鐵電元件中。
 
可擴(kuò)展性
在65納米或更小的制造節(jié)點(diǎn)上，將需要3D架構(gòu)來(lái)構(gòu)建鐵電（FRAM）元件。隨著特征尺寸的減小，烙印或鐵電偶極子的非優(yōu)選取向的風(fēng)險(xiǎn)會(huì)增加。Everspin MRAM使用標(biāo)準(zhǔn)的CMOS技術(shù)，具有更大的可擴(kuò)展性，同時(shí)功能尺寸減小，而成本卻不高。
 
比較FRAM和MRAM（MR0A08A與FM28V100，2.7V至3.6V）

 
MRAM好處
源自浮柵技術(shù)的傳統(tǒng)可寫(xiě)非易失性存儲(chǔ)器使用電荷泵在芯片上產(chǎn)生高電壓（10V或更高），以迫使載流子通過(guò)柵極氧化物。因此，存在長(zhǎng)的寫(xiě)入延遲，高的寫(xiě)入功率，并且寫(xiě)入操作實(shí)際上對(duì)存儲(chǔ)單元具有破壞性。浮動(dòng)門(mén)設(shè)備無(wú)法支持超過(guò)10e6次訪(fǎng)問(wèn)的寫(xiě)操作。從一個(gè)角度來(lái)看，使用EEPROM以1個(gè)樣本/秒的速度記錄數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)記錄器將在不到12天的時(shí)間內(nèi)磨損。相比之下，Everspin MRAM產(chǎn)品幾乎提供無(wú)限的耐用性（10e16次訪(fǎng)問(wèn)）。


本文關(guān)鍵詞： MRAM   FRAM

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