MRAM-Bausteine mit Gbit-Kapaziät

Auf der 52. Magnetism and Magnetic Materials Conference in Tampa, Florida, stellte Toshiba eine voll funktionstüchtige Speicherzelle in MRAM-Technik (magneto-resistives Random Access Memory), einer Halbleitertechnologie der nächsten Generation, vor. Es handelt sich um den ersten senkrechtmagnetisch-anisotropen MTJ-Baustein überhaupt.

Auf der 52. Magnetism and Magnetic Materials Conference in Tampa, Florida, stellte Toshiba eine voll funktionstüchtige Speicherzelle in MRAM-Technik (magneto-resistives Random Access Memory), einer Halbleitertechnologie der nächsten Generation, vor. Es handelt sich um den ersten senkrechtmagnetisch-anisotropen MTJ-Baustein überhaupt.

MRAM ist ein nichtflüchtiger Halbleiter-Speicherbaustein, der schnellen Zugriff und mit seiner geringen Leistungsaufnahme eine längere Lebensdauer garantiert. MRAM kann theoretisch einen hohen Integrationsgrad erreichen, da die Struktur der Speicherzelle relativ einfach aufgebaut ist. Toshiba demonstrierte die Spin-Transfer-Switching- und Perpendicular-Magnetic-Anisotropy-Technologien (PMA) in einer Magnettunnel-Sperrschicht (MTJ), die den wesentlichen Bestandteil der Speicherzelle bildet. Spin Transfer Switching nutzt den Elektronendrall, um die Magnetisierung umzukehren und Daten bei geringer Leistungsaufnahme in den Speicher zu schreiben.

MRAM wird als aussichtsreichste Technologie für die Speicher-ICs der nächsten Generation angesehen. PMA richtet die Magnetisierung in der Magnetschicht senkrecht (aufwärts oder abwärts) anstelle der horizontalen Ausrichtung in anisotropen Lagen auf gleicher Ebene aus. Die Technologie wird zunehmend zur Verbesserung der Speicherkapazität in hochkompakten Festplattenlaufwerken (HDDs) verwendet. Toshiba wendet die Technologie nun erfolgreich bei Halbleiter-Speicherbausteinen an.

Mit der PMA-Datenbeschreibung und dem magnetischen Schalten lässt sich ein sehr geringer Energieverbrauch erzielen. Toshiba überwand auch die Probleme beim Erreichen der hohen Genauigkeit, die für den Schnittstellen-Prozess erforderlich ist. Um eine Miniatur-Speicherzelle auf Basis von PMA zu realisieren, optimierte Toshiba die Materialien und Bauteilstruktur des neuen MRAM.

Der vorgestellte kreisförmige Baustein hat einen Durchmesser von 0,13 μm, die Pulsbreite beim Schreibvorgang beträgt 30 bis 100 ns. Die Magnetisierungs-Schaltstromdichte erreicht 3 000 000 A/cm². Die Entwicklung der neuen MRAM-Technologien wurde teilweise durch Zuschüsse der japanischen New Energy and Industrial Technology Development Organization (NEDO) finanziert. fr