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磁存储器之纳米相微晶玻璃基片研究

功能材料 2004年第3期35卷 346-348页

作者：王华张建成顾峰沈悦姜盛瑜刘健敏上海大学材料科学与工程学院上海201800

　利用差热分析(DTA)探讨了不同成核剂含量(ZrO2+P2O5)对β 石英相纳米微晶玻璃制备的影响,采用X射线衍射(XRD)、扫描电镜(SEM)、透射电镜(TEM)等分析了热处理制度控制对获得纳米相微晶玻璃的影响。结果表明:4%(质量分数)ZrO2+2%(质量分... 详细信息

　利用差热分析(DTA)探讨了不同成核剂含量(ZrO2+P2O5)对β 石英相纳米微晶玻璃制备的影响,采用X射线衍射(XRD)、扫描电镜(SEM)、透射电镜(TEM)等分析了热处理制度控制对获得纳米相微晶玻璃的影响。结果表明:4%(质量分数)ZrO2+2%(质量分数)P2O5的复合成核剂含量能促进β 石英相和二硅酸锂的形成,阻止了向β 锂霞石的转变,在一定工艺条件下核化、晶化,可制备出粒径约为35nm、均匀分布的纳米相微晶玻璃,其抗弯强度达247MPa,抗压强度达414MPa,维氏硬度达659MPa,可用作高性能磁存储器基片。

关键词：微晶玻璃纳米相成核剂 β-石英相磁存储器

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磁存储器驱动电路界面平坦化研究

Journal of Semiconductors 2006年第Z1期27卷 358-360页

作者：杜寰赵玉印韩郑生夏洋张志纯中国科学院微电子研究所北京100029 湘潭大学职业技术学院机电与电子工程系湘潭411105

利用原子力显微镜(AFM)和扫描电镜(SEM)对磁存储器(MRAM)驱动电路与存储单元--磁性隧道结(MTJ)的连接界面的表面平坦化进行了研究.原子力显微镜照片表明:磁控溅射沉积的金属铝膜的表面由尺寸约为300nm的颗粒组成,其表面粗糙度约为几十... 详细信息

利用原子力显微镜(AFM)和扫描电镜(SEM)对磁存储器(MRAM)驱动电路与存储单元--磁性隧道结(MTJ)的连接界面的表面平坦化进行了研究.原子力显微镜照片表明:磁控溅射沉积的金属铝膜的表面由尺寸约为300nm的颗粒组成,其表面粗糙度约为几十纳米的量级,用统计平均值(均方根值root mean square,RMS)描述约为10nm;在铝膜的表面沉积一层难溶金属Ti或Ta膜以后,可很好地改善过渡层金属表面的平坦化效果.通过用化学机械平坦化设备(chemical mechanical planarization,CMP)在小压力和低转速的条件下,可使过渡层金属表面的RMS值达到小于1nm的平坦化效果.扫描电镜照片的结果也显示:利用光刻胶平坦化,然后通过调节反应离子刻蚀的条件,使刻蚀的过程中对氧化硅和光刻胶的刻蚀速率相等,去掉光刻胶,达到平坦化整个芯片表面的效果.

关键词：磁存储器平坦化表面粗糙度均方根值

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磁存储器测试系统设计与实现

磁存储器测试系统设计与实现

作者：陈跃夫电子科技大学

学位级别：硕士

近年来,存储器芯片的产值占到了整个集成电路产业产值的三分之一。作为集成电路产业的重要部分,人们一直在寻找新型的高性能存储器。随着研究的进展,一种新型材料的磁性随机存储器走进人们的视野,它可以兼顾存储容量大,工作速度快的需求... 详细信息

近年来,存储器芯片的产值占到了整个集成电路产业产值的三分之一。作为集成电路产业的重要部分,人们一直在寻找新型的高性能存储器。随着研究的进展,一种新型材料的磁性随机存储器走进人们的视野,它可以兼顾存储容量大,工作速度快的需求,理论上可以微缩到先进制程,具有非易失性等特点,因此成为目前新型存储器研究的热点方向。集成电路测试是集成电路整个生产环节中的重要环节,对于成品芯片,需要经过测试合格后才能流入市场;对于正在开发中的芯片,需要经过测试检验是否达到设计指标,通过测试和设计的交互改进芯片直到最终定型。本文针对课题组自主研发的新型磁存储器芯片,设计实现了一套小型化的磁存储器测试系统,目的在于为正在开发中的磁存储器芯片进行测试,验证其功能正确性和参数指标,帮助开发人员寻找芯片存在的问题,帮助芯片开发迭代,以尽早完成芯片开发。本文首先对磁存储器芯片的工作原理、故障模型和测试算法进行分析,并结合课题组针对磁存储器芯片提出的测试要求,确定了测试系统的主要架构。该测试系统包含软件部分和硬件部分。其中软件部分分为上位机和下位机,下位机利用FPGA引脚多、速度快、可重构的特点,作为测试系统的核心控制部分,在上面进行编程实现对磁存储器芯片的时序控制;上位机利用Python编程语言实现,利用其可以调用众多第三方库的特点,设计上位机软件,实现测试系统的自动化和可视化,上位机和下位机通过USB2.0通信芯片通信。硬件部分包含主板和转接板,主板上包括使用到的各类芯片及其外围电路;转接板为磁存储器芯片及其测试座放置的电路板。在完成测试系统设计和实现后,利用该测试系统对磁存储器芯片进行测试,验证芯片的功能的正确性和参数指标是否达标。长远来说,本文的工作对后续的磁存储器测试系统的设计提供了参考意义。

关键词：磁存储器集成电路测试测试系统

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基于STT的磁存储器的可靠性研究及优化

基于STT的磁存储器的可靠性研究及优化

作者：杨博楚杭州电子科技大学

学位级别：硕士

众所周知,当前主流存储器技术存在一些限制,例如SRAM、DRAM虽速度快但具有易失性,闪存虽是非易失性的,但速度慢且续航能力有限,为此需要获得一种可以结合这三种存储器优势的存储器,自旋转移力矩磁性随机存储器(Spin-transfer Torque Mag... 详细信息

众所周知,当前主流存储器技术存在一些限制,例如SRAM、DRAM虽速度快但具有易失性,闪存虽是非易失性的,但速度慢且续航能力有限,为此需要获得一种可以结合这三种存储器优势的存储器,自旋转移力矩磁性随机存储器(Spin-transfer Torque Magnetic Random Access Memory,STT-MRAM)就是一种很好的选择,STTMRAM不仅结合了这三种存储器技术的优势,还具有在人工智能和物联网等新兴技术中的应用潜力。但是在研究STT-MRAM时,发现其器件阵列的写错率(Write Error Rate,WER)曲线出现了“气球”现象,该现象会导致STT-MRAM的写电压设置过大,从而导致器件的可擦写次数性能下降。因此,本文的研究重点在于如何消除气球现象,具体的研究内容如下:(1)使用Monte Carlo模拟法研究了自由层在翻转过程中出现的中间态的稳定性,得出结论:中间态极不稳定,且不稳定的中间态是气球现象出现的原因。通过OOMMF软件验证了自由层中缺陷的位置、数量、大小、写电压脉宽、电流密度、交换强度对自由层翻转的影响,仿真结果表明:1)自由层内部的缺陷是中间态的主要原因,且内部缺陷越多,越有可能出现中间态;2)自由层内部缺陷体积越大,越容易出现中间态;3)当写电压被撤去后,畴壁处所包含缺陷数量越多,中间态持续时间越长、越稳定;4)在某个电流密度区间内,是最容易出现中间态的;5)当交换强度大于某一个值时,可以抵消热稳定因子的升高造成的阻力,从而消除中间态。(2)根据仿真结果设计了实验,通过实验研究了不同直径、不同测试温度、不同写电压脉宽、不同堆栈结构条件下的器件WER曲线和电学、磁学参数,发现解决气球现象的最优解为调整磁隧道结的堆栈结构。器件中磁隧道结的自由层由三层构成:自由层1/间隔层/自由层2。本文提出了改变自由层2中Co、Fe比例和间隔层厚度来消除WER曲线中的气球现象,两种优化方法对应器件阵列的WER width分别从0.36变化到了0.24、从0.36变化到了0.18。在间隔层厚度为t+0.8埃((?))的基础上,提出了将自由层2厚度增厚1(?)来提升器件的热稳定性,器件阵列在100℃下的热稳定因子平均值从52.18增长到了60.84,大于54.1的器件占比为100%。接着又适量增大自由层1中的Co含量使器件的TMR值提高了7%(170～200),进而提高了器件的STT效率,且通过翻转电压的变化率得到的器件的翻转效率最高可达60.9,同时WER width值为0.16,热稳定因子为64.4。最终经过一系列的优化极大地改善了器件阵列的气球现象,且大大增加了器件阵列的数据保持能力、可擦写次数、能量效率。

关键词：自旋转移力矩磁存储器磁隧道结中间态写错率热稳定性

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基于低功耗技术的大容量磁存储器的物理设计

基于低功耗技术的大容量磁存储器的物理设计

作者：王浩电子科技大学

学位级别：硕士

MRAM磁存储器是一种新型的、基于自旋电子器件的存储器,可以通过外加电压使磁化薄膜中磁矩发生转换,从宏观表现出高阻和低阻这两种相差较大的电阻状态来保存数据“1”和“0”。MRAM的优点是非易失性存储器,掉电后数据仍能保持,同时磁存... 详细信息

MRAM磁存储器是一种新型的、基于自旋电子器件的存储器,可以通过外加电压使磁化薄膜中磁矩发生转换,从宏观表现出高阻和低阻这两种相差较大的电阻状态来保存数据“1”和“0”。MRAM的优点是非易失性存储器,掉电后数据仍能保持,同时磁存储器的读写工作时间非常短暂,可到达CPU中缓存的数据存取速度。MRAM的存储密度性能也非常优良,由于器件尺寸较小,它可以达到Flash的存储密度,这些特性有望使MRAM成为一种新型的主流存储器。而低功耗技术是如今集成电路设计中非常热门的一项技术。常见的集成电路低功耗设计方法主要有多阈值电压技术、多电源电压技术、门控时钟技术、门控电源技术等,这些方法基本都是通过降低芯片的工作电压、工作频率或是减少泄漏电流来降低芯片总功耗。本论文源于教研室与企业合作项目中一款LPDDR MRAM芯片的开发。设计基于28nm制程工艺,完成了芯片中控制器模块及接口电路从综合到物理验证的过程。论文主要研究工作如下:首先从磁存储器的研究背景和研究意义入手,分析了它的应用场景和工作原理,然后进一步延伸到了它在国内外的研究现状。LPDDR控制器架构及前端设计部分主要介绍了芯片整体的设计框架以及各主要模块的功能,并详细介绍了DC综合生成网表的过程。芯片物理设计部分详细描述了各阶段的完成过程,对设计结果进行了分析和优化。随后的低功耗设计部分介绍了一些芯片常用的低功耗设计方法并结合本项目重点介绍了两种低功耗技术,分别是改进型多阈值电压技术和门控时钟技术。其中改进型多阈值电压技术在传统低功耗技术的基础上加以改善,得到了更加优化的结果。门控时钟技术通过分析对比不同参数对于时钟结构及功耗的影响来确定最终设计方案。文章最后是对芯片的验证部分,包括了形式验证、物理验证、时序分析等,其中重点是采用AOCV的方法对时序进行了更加准确的分析。

关键词：磁存储器物理设计多阈值电压门控时钟

IBM科学家用12个原子制成世界最小磁存储器

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广西科学院学报 2012年第1期28卷 10-10页

目前的磁盘驱动器需要动用上百万个原子来存储一个比特位。传统磁盘使用铁磁材料进行数据存储，一个比特位内所有原子的自旋方向相同，用同一磁化方向来表示“0”或“1”。然而，铁磁材料在尺寸方面遇到的最大障碍是，当缩小到原子级别... 详细信息

目前的磁盘驱动器需要动用上百万个原子来存储一个比特位。传统磁盘使用铁磁材料进行数据存储，一个比特位内所有原子的自旋方向相同，用同一磁化方向来表示“0”或“1”。然而，铁磁材料在尺寸方面遇到的最大障碍是，当缩小到原子级别时，相邻比特位之间会产生交互作用，一个比特位的磁化会影响到相邻比特位。为克服这一缺陷，IBM的科学家利用扫描隧道显微镜在原子层级对一组12个反铁磁材料原子进行操作，在低温下使其存储了一个比特位的信息，并保持了若干小时。

关键词：磁存储器原子级 IBM 科学家反铁磁材料扫描隧道显微镜磁盘驱动器世界

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单片10亿比特的磁存储器

电视技术 1984年第1期 77-77页

作者：孙力群

日本电器研究一种新的磁存储方式,这种单片存储器的存储量可达到Gbit (10亿比特)的水平,经过试验证明,这种磁存储方式是世界首创。以往的磁泡存储器是利用深红色单结晶膜面有无

关键词：磁存储器磁泡比特单片

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日本产综研发表CNT多值磁存储器理论

光盘技术 2003年第4期 24-24页

行政法人日本产业技术综合研究所(产综研,AIST)纳米科技研究部门纳米结构物理特性理论研究小组的古门聪士等人通过理论计算得出:使用内含铁磁体、磁金属原子的碳纳米管能够实现磁存储器的多值化。该理论是在日浓淡路梦舞台国际会议大厅... 详细信息

行政法人日本产业技术综合研究所(产综研,AIST)纳米科技研究部门纳米结构物理特性理论研究小组的古门聪士等人通过理论计算得出:使用内含铁磁体、磁金属原子的碳纳米管能够实现磁存储器的多值化。该理论是在日浓淡路梦舞台国际会议大厅举办的“第25届富勒烯·纳米管纪念座谈会”的第二天(即2003年7月24日)以《内含铁磁体、磁金属原子的纳米管、铁磁体接合的自旋相关传导(spin-dependent conduction);有关多值化的探讨》为题而发表的。

关键词：日本磁存储器多值化铁磁体磁金属原子碳纳米管

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1Kb自旋转移矩磁随机存储器电路设计

华中科技大学学报（自然科学版） 2024年第3期52卷 20-27页

作者：谭玥杜永乾李桂芳刘诗斌西北工业大学电子信息学院陕西西安710072 西北工业大学深圳研究院广东深圳518057

使用Verilog-A硬件描述语言对自旋转移矩磁随机存储器(STT-MRAM)的基本存储单元磁隧道结(MTJ)器件进行建模,采用Cadence软件对模型进行验证.基于已建立的MTJ模型设计STT-MRAM的读写电路.针对写入延迟过长的问题,对传统写入电路进行改进... 详细信息

使用Verilog-A硬件描述语言对自旋转移矩磁随机存储器(STT-MRAM)的基本存储单元磁隧道结(MTJ)器件进行建模,采用Cadence软件对模型进行验证.基于已建立的MTJ模型设计STT-MRAM的读写电路.针对写入延迟过长的问题,对传统写入电路进行改进,通过增加写入支路上晶体管的数量来增加写入电流及降低基本存储单元(1T1MTJ)结构中晶体管的压降,有效地缩短了磁隧道结翻转过程的开关延迟时间,提高了写入驱动电路的工作速度;读取电路采用改进的三稳态传输结构,降低了电路功耗,提高了读取数据的准确性.最后设计实现了1Kb的STT-MRAM的非易性存储,仿真结果表明所设计的STT-MRAM能够实现数据的存取过程.

关键词：磁存储器非易失性存储器自旋转移矩磁隧道结可靠性读写电路