Technologie iPMA Hexa-MTJ 25 nm pour STT-MRAM évolutive de type eFlash

Des chercheurs présenteront la technologie iPMA Hexa-MTJ 25 nm pour une STT-MRAM évolutive de type eFlash

Un schéma de la technologie Hexa-MTJ de type iPMA proposée. Hexa-MTJ réalise un facteur de stabilité thermique élevé et une faible résistance pour la capacité de refusion de la soudure et un cycle d’endurance élevé en développant (i) une barrière MgO à faible RA, (ii) un PMA élevé, iii) une faible dépendance à la température de la magnétisation dans la couche d’enregistrement, et ( iv) couche de référence stable. Crédit : IEEE et Université du Tohoku

Un groupe de recherche a annoncé une nouvelle technologie Hexa de type iPMA dans les jonctions tunnel magnétiques (MTJ) qui ouvre la voie à l’amélioration de l’ultra-basse consommation dans les appareils de périphérie IoT, les mobiles, l’automobile, l’électronique grand public et les applications fonctionnant dans des environnements difficiles, tels que les véhicules autonomes, les robots industriels et les applications spatiales. Fondamentalement, la nouvelle technologie est compatible avec les règles de conception des nœuds semi-conducteurs à oxyde métallique complémentaire (CMOS) de génération X nm.

Le professeur Tetsuo Endoh Group, du Center for Innovative Integrated Electronic Systems de l’Université de Tohoku, présentera la réalisation lors de la réunion internationale IEEE 2022 sur les dispositifs électroniques à San Francisco qui se tiendra du 3 au 7 décembre 2022.

L’IA et le LSI innovants sont indispensables pour réaliser la société 5.0 et la neutralité carbone d’ici 2050. Dans la société 5.0, tous les objets et les humains seront connectés via l’IoT ; les informations nécessaires seront obtenues instantanément à l’aide de l’IA, et ces informations amélioreront la commodité humaine. Cependant, pour atteindre ces objectifs, les données doivent être traitées instantanément à l’aide d’appareils de périphérie, dont la plupart sont alimentés par des batteries.

Afin de ne pas sacrifier le confort de l’utilisateur, une faible consommation d’énergie est essentielle pour les appareils en périphérie. Par conséquent, les chercheurs se sont tournés vers des circuits logiques intégrés à la technologie STT-MRAM (Spin Transfer Torque Magnetoresistive RAM), en raison de sa faible consommation d’énergie et de ses hautes performances.

Deux types de MRAM, l’un pour la SRAM et l’autre pour le remplacement de l’eFlash, ont été développés. Pourtant, des problèmes de mise à l’échelle existent avec les MRAM de type eFlash ; La MRAM de type eFlash nécessite un facteur de stabilité thermique plus élevé car les données doivent être conservées pendant un processus de refusion de soudure à 260 °C. Ce problème est aggravé puisque le facteur de stabilité thermique est proportionnel au volume de la couche d’enregistrement et inversement proportionnel à la température absolue.

Des chercheurs présenteront la technologie iPMA Hexa-MTJ 25 nm pour une STT-MRAM évolutive de type eFlash

Le côté gauche montre la stabilité thermique par rapport à la température pour l’Hexa-MTJ développé dans cette étude et le MTJ à double interface conventionnel. Le côté droit affiche le nombre de cycles d’écriture (endurance) de l’Hexa-MTJ. L’endurance de l’Hexa-MTJ dépasse au moins 1 × 107, ce qui est suffisant pour les applications eFlash. Crédit : IEEE et Université du Tohoku

Deux façons de résoudre ce dilemme ont été proposées : l’anisotropie de forme MTJ et la MTJ multicouche de type iPMA. L’anisotropie de forme MTJ est un candidat prometteur pour atteindre une stabilité thermique élevée à des tailles de jonction inférieures à 20 nm. Cependant, il est confronté à un problème de conception du dispositif, en particulier la sélectivité étroite du diamètre MTJ. Inversement, le MTJ de type iPMA peut obtenir en continu une stabilité thermique élevée sans modifier de manière significative le matériau et le processus de structuration MTJ.

La stabilité thermique élevée dans le MTJ de type iPMA peut être contrôlée en continu en ajustant le nombre d’interfaces CoFeB/MgO et l’épaisseur de la couche libre. Il permet une mise à l’échelle transparente et une capacité de refusion de soudure avec une compatibilité de processus de fin de ligne (BEOL). Le diamètre de MTJ formé dans le processus BEOL doit être fabriqué à moins de 30 nm pour satisfaire la règle de conception du nœud CMOS X nm.

Le groupe du professeur Endoh a développé un Hexa-interface MTJ de type iPMA (Hexa-MTJ) avec les quatre technologies ci-dessous :

  1. Nouvelle technologie MgO de produit à faible résistance (RA)
  2. Une faible dépendance à la température de la couche d’enregistrement
  3. Un procédé de fabrication à faible endommagement
  4. Une couche de référence stable

De plus, la technologie Hexa-MTJ a accompli avec succès ce qui suit :

  1. Plus de vingt ans de caractéristiques de conservation des données
  2. Une capacité de refusion de soudure
  3. L’endurance atteint au moins 1 X 10sept cycles

“Nous sommes les premiers à réaliser ces conditions sévères pour le MTJ 25 nm”, a déclaré le professeur Endoh. “L’Hexa-MTJ de type iPMA 25 nm est une technologie STT-MRAM à grande capacité qui satisfait aux règles de conception BEOL pour les processus de semi-conducteurs CMOS de génération X nm et peut remplacer eFlash pour la logique CMOS de génération X nm.”

Des chercheurs présenteront la technologie iPMA Hexa-MTJ 25 nm pour une STT-MRAM évolutive de type eFlash

Benchmarks MRAM de type eFlash. L’Hexa-MTJ de type iPMA développé fait une percée dans la micronisation MRAM de type eFlash. Cette technologie ouvre la voie à l’amélioration de l’IoT et de l’IA fonctionnant dans des environnements difficiles. Crédit : IEEE et Université du Tohoku

Grâce à la percée du groupe, le champ d’application de STT-MRAM peut désormais être étendu à une logique de pointe, permettant une consommation d’énergie ultra-faible, une excellente évolutivité et une haute fiabilité des processeurs d’application dans un large éventail de domaines, tels que l’IoT, l’IA , et les applications environnementales difficiles.

Plus d’information:
Titre : Hexa-MTJ de type iPMA 25 nm avec capacité de refusion de soudure et endurance > 10sept pour les MRAM de type eFlash. Conférence : IEEE International Electron Device Meeting

Fourni par l’Université du Tohoku

Citation: Technologie iPMA Hexa-MTJ 25 nm pour STT-MRAM évolutive de type eFlash (7 décembre 2022) récupéré le 9 décembre 2022 sur https://techxplore.com/news/2022-12-nm-ipma-hexa-mtj-technology -scalable.html

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