比較FRAM和MRAM的區別

本篇文章由專注于供應MRAM,FRAM,SRAM等存儲芯片供應商英尚微電子詳細介紹非易失性MRAM與FRAM之間的區別。
 
疲勞
 
MRAM技術使用磁態進行數據存儲。在兩種狀態之間切換磁極化不需要原子的運動，因此MRAM器件沒有磨損機制。FRAM中的位存儲需要響應電場，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。隨著時間的流逝，電容器中自由電荷的積累和其他離子缺陷將越來越阻礙偶極子的移動，此外與鐵電偶極子的氫鍵鍵合是一種已知的磨損機制，這就是為什么CMOS中需要關注H2污染的原因BEOL制造FRAM。
 
保留/相反狀態保留
FRAM技術在存儲元件的磁滯行為中具有固有的不對稱性。與頂部電極相比，底部電極具有更高的熱收支，導致鐵電元件的優選偶極子定向。隨著時間的流逝，該優選取向最終將變得如此占主導地位，以至于外部編程電壓將不再能夠將偶極子重新取向出優選取向。存儲單元被鎖定為首選方向，從而導致存儲位故障。
 
FRAM技術的另一個問題是響應較低的讀取電壓會降低極化（信號）。在寫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，只有一部分電壓會施加到鐵電元件，因為讀取電壓在寄生電容和鐵電電容之間分配。結果，在隨后的讀取中，狀態之間的電壓裕度減小，并最終導致無法區分狀態。
 
高溫數據保留
超過85°C的環境工作溫度會加速FRAM的磨損，因為會積聚自由電荷，從而導致烙印。
 
Everspin MRAM在精心設計的實驗中得到了證明，可以在125°C的溫度下將數據保留長達20年。
 
擴展溫度
擴展溫度的FRAM（工業和汽車（AEC-Q1001級））通常需要使用2T-2FC體系結構。這種架構允許自參考讀取，以補償較高工作溫度下的弱化極化（信號余量）。
 
Everspin MRAM不需要更改其他架構即可滿足工業和汽車溫度要求。
 
制造業
Everspin MRAM產品使用標準的商用CMOS制造技術制造。磁性元件建立在兩個Cu金屬層之間，通常是最后一個和倒數第二個金屬層。除了在金屬溝槽中添加磁性覆蓋層之外，與標準BEOLCMOS工藝沒有任何偏差。
 
FRAM產品集成在第一個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挑戰。
 
在返回標準BEOLCMOS處理之前，必須將鐵電電容器封裝在AlOx中，以防止H2擴散到其他鐵電元件中。
 
可擴展性
在65納米或更小的制造節點上，將需要3D架構來構建鐵電（FRAM）元件。隨著特征尺寸的減小，烙印或鐵電偶極子的非優選取向的風險會增加。Everspin MRAM使用標準的CMOS技術，具有更大的可擴展性，同時功能尺寸減小，而成本卻不高。
 
比較FRAM和MRAM（MR0A08A與FM28V100，2.7V至3.6V）

 
MRAM好處
源自浮柵技術的傳統可寫非易失性存儲器使用電荷泵在芯片上產生高電壓（10V或更高），以迫使載流子通過柵極氧化物。因此，存在長的寫入延遲，高的寫入功率，并且寫入操作實際上對存儲單元具有破壞性。浮動門設備無法支持超過10e6次訪問的寫操作。從一個角度來看，使用EEPROM以1個樣本/秒的速度記錄數據的數據記錄器將在不到12天的時間內磨損。相比之下，Everspin MRAM產品幾乎提供無限的耐用性（10e16次訪問）。


本文關鍵詞： MRAM   FRAM

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