Thintronics Research Center (Research Center, Yuasa Shinji)의 Nozaki Takayuki의 연구팀 인 Toshiba Co, Ltd의 연구 센터의 Impact (프로그램 관리자 : Sahashi Masaji)의 일부로, 연구 센터 (Director : Hori Osamu) 및 Nozaki Takayki의 책임자 (Director : Director) 연구 센터 (Director : Sahashi Masaji)의 Shinji)는 리서치 센터 (Director : Hori Osamu)의 연구팀 (Director : Nakabachi Ryoji), Nakabachi Science and Technology (Director : Nakabachi Ryoji), Nakabachi Ryoji (Director), Director (Director) 및 Director (Director) 및 Director (Director) 및 국립 연구소 (Director : Nakabachi Ryoji)의 연구원 (Director : Hori Osamu)의 연구 개발 팀 (Director : Hori Osamu)의 연구 개발 팀을 발표했습니다 Yuasa Shinji)는 연구 센터 (Director : Yuasa Shinji)가 이끄는 연구팀을 포함하여 연구팀의 개발을 위해 노력해 왔으며, 이는 전압 중심의 비 휘발성 온라인 바카라 메모리로 설립되었습니다전압 토크 MRAM"(주 1)쓰기 오류(주 2)를 줄이는 새로운 작문 방법을 개발했습니다
이 연구 개발 팀은 지금까지 고속 펄스 전압을 사용했습니다자화 반전(주 3)제어 가능온라인 바카라 터널 접합 요소 (MTJ 요소)(주 4)를 개발했습니다 새로운 전압 중심의 온라인 바카라 메모리 인 "전압 토크 MRAM"을 실현하기 위해 노력해 왔습니다 전압 토크 MRAM은 기존의 전류 중심의 온라인 바카라 메모리를 제공합니다 (stt-mram(주 5))와 비교할 때, 구동력이 크게 낮아질 것으로 예상되지만 쓰기 오류율을 줄이는 것은 실제적인 사용에 중요한 문제가되었습니다 이번에는 글쓰기 중에 적용된 펄스 전후에 반대되는 펄스 전압을 적용하여 열 변동으로 인한 쓰기 실패 발생을 억제하는 방법과이를 실현하는 새로운 쓰기 회로를 개발했습니다 이 결과는 프로세서에 대해 달성되었습니다마지막 레벨 캐시(주 6)용량을 증가 시키면 프로세서 성능 및 전력 소비가 줄어 듭니다
이 결과에 대한 자세한 내용은 2016 년 12 월 7 일 미국 샌프란시스코에서 개최 된 International Electron Devices Meeting (IEDM : 12 월 3 일부터 7 일 기간)에서 발표 될 예정입니다이 연구의 결과는 IEDM 2016 기술 다이제스트에도 발표 될 예정이며 2016 년 12 월 3 일 오후 1시 30 분에 예정되어 있습니다
이 결과는 다음 프로그램/연구 개발 주제를 통해 얻었습니다 :
캐비닛 사무소 혁신적인 연구 및 개발 촉진 프로그램 (영향)
프로그램 관리자 : Sahashi Masaji
R & D 프로그램 : 충전없이 오랜 시간 동안 사용할 수있는 궁극적 인 ECO-IT 장치 실현
R & D 문제 : 전압 구동 MRAM의 회로 설계
연구 및 개발 관리자 : Fujita Shinobu (Toshiba Co, Ltd의 연구 센터 연구 책임자)
연구 기간 : 2016-2018
R & D 문제 : 전압 중심 MRAM을위한 새로운 재료 요소 개발
연구 및 개발 관리자 : Nozaki Takayuki (Nozaki Takayuki (국립 고급 산업 과학 및 기술 연구소의 스핀 트로 닉스 리서치 센터, 전압 스핀 트론 연구 센터 리서치 팀 책임자
연구 기간 : 2016-2018
R & D 프로젝트 : 전압 중심 MRAM을위한 프로세스 기술 및 메모리 배열 개발
연구 및 개발 관리자 : Yuasa Shinji (바카라 커뮤니티, Spintronics Research Center 연구 센터 소장
연구 기간 : 2016-2018
이 연구 개발 주제는 전압 중심 MRAM의 실현, 전압 제어를위한 회로 개발, 재료 및 공정 기술 개발을위한 메모리 작동 시연을 위해 노력하고 있습니다
Impact의 "충전없이 장기적으로 사용될 수있는 최고의 에코 IT 장치 달성", 우리는 전압 쓰레기 메모리의 연구 및 개발에 대해 노력하고있다 Toshiba Inc와 AIST는 전압 토크 MRAM의 물리학과이를 실현하는 회로를 기반으로 새로운 전압 중심의 쓰기 방법을 개발했습니다팁 CMOS(주 7)회로 시뮬레이션은 전압 토크 MRAM이 1-2 GBIT (Gigabit) 마지막 수준 캐시의 대용량에 적용 할 수 있음을 보여주었습니다 이러한 연구 및 개발 결과는 궁극적 인 전력 절약 메모리 인 "전압 구동 MRAM"을 실질적으로 사용하는 데 큰 영향을 미칩니다
이러한 결과는 2016 년 12 월 3 일부터 미국 샌프란시스코에서 열릴 International Electron Devices 회의에서 발표 될 예정입니다 우리는 이러한 연구 개발 결과를 촉매제로 사용하여 산업 정부-아카데미아 협력을 통해 실질적인 응용 프로그램으로 이어질 문제를 극복하여 시장 추진에 대한 활동을 더욱 가속화하기를 희망합니다
IT 장비의 전력 소비를 낮추는 것은 사회 생활을 풍성하게하면서 지구 환경을 유지하는 데 매우 중요한 문제가되었습니다 전자 제품 분야에서 정보를 유지하기 위해 전력이 필요하지 않은 "비 휘발성"메모리는이를 가능하게하는 주요 기술로 주목을 받고 있습니다spintronics(주 8)현장에서, 자석의 비 휘발성 특성을 사용하는 비 휘발성 온라인 바카라 기억 "MRAM"의 개발이 수행되고 있으며, 대량, 고속 및 높은 반복성을 만족시킬 수있는 유일한 비 휘발성 메모리가 될 것으로 예상됩니다 그러나 현재 온라인 바카라 기억은 전류를 온라인 바카라 터널 접합 요소 (MTJ 요소)에 공급하여 정보 (자성화 반전)를 작성하는 "전류 구동"이므로, 도전은 반도체 기억보다 쓰기 동안 더 큰 전력을 소비한다는 것입니다 이 문제를 근본적으로 해결하기 위해,이 연구 개발 팀은 제로 대기 전력 소비를 가진 비 휘발성 메모리 MRAM 인 "전압 토크 MRAM"을 개발하기 위해 노력하고 있습니다이 문제는 제로 대기 전력 소비를 가진 비 휘발성 메모리 MRAM입니다
이 연구 및 개발 팀은 지금까지 얇은 금속 자석 필름에 적용된 전압을 도입했으며 자화 할 가능성이있는 방향을 달성 할 수있었습니다 (온라인 바카라 이방성(주 9)) (전압 온라인 바카라 이방성 제어) 와이 기술을 사용한 새로운 자화 반전 제어 방법을 제어하는 기술을 개발하기 위해 노력하고 있습니다 (AIST : 전압 쓰기 유형 비 휘발성 바카라 사이트 주소의 안정적인"전압 쓰기 비 휘발성 메모리의 안정적인 작동 및 쓰기 오류율 평가"참조) 전압 토크 MRAM의 실제 적용에서 특히 중요한 것은 정보 작성 실패 (쓰기 오류율)를 줄이는 방법입니다 위의 언론 발표는 10의 오류율을 보여줍니다 이는 실제 사용 대상입니다-10~ 10-15를 실현하기위한 재료 설계 지침을 제공하고 있으며 현재 Impact 프로그램에 따른 지침에 따라 재료 개발을 진행하고 있습니다
한편,이 연구 개발 팀은 쓰기 중 펄스 전압의 모양을 시뮬레이션하여 재료 특성을 개선하고 쓰기 오류율을 줄이는 방법을 개발했으며이를 달성하도록 회로를 설계했습니다
그림 1은 (a) 기존 방법 및 (b) 전압 쓰기를위한 새로운 방법의 개략도를 보여줍니다 도 1 (a)에서, 전압이 적용되지 않으면, 자화는 낮은 온라인 바카라 에너지가 하향 (또는 위쪽으로)으로 안정적이며, 하나의 정보는 비 전환 적으로 저장된다 양의 전압 펄스가 여기에 적용될 때, 온라인 바카라 이방성은 즉시 0에 도달하여 자화가 회전하기 시작합니다 자화가 초기 상태와 반대 방향에있을 때 펄스 전압이 꺼질 때, 자화는 반대쪽 (또는 하향)의 안정적인 지점으로 역전되고 정보가 작성됩니다 이것은 전압으로 인한 자화 반전 (정보 쓰기)의 기본 작동입니다 여기서, 자화 방향은 자화 반전이 발생하기 전 초기 상태 (시작 상태)의 열 에너지의 영향으로 인해 및 반전 (최종 상태) (열 변동) 후에 최종 상태 (최종 상태)에서 변동한다 이러한 변동이 클수록 정확하게 반전 될 수없는 쓰기 실패 (쓰기 오류율)가 커집니다 다시 말해, 시작 및 종료 상태에서 자화의 열 변동을 억제하는 방법은 쓰기 오류율을 줄이는 데 핵심입니다
이 열 변동을 줄이기 위해, 기본 원리는 열 에너지와 관련하여 자화의 안정성을 증가시키기 위해 높은 온라인 바카라 이방성을 갖는 금속 자석 재료를 사용하는 것입니다 그러나 금속 자석 재료 만 개선하는 데 제한이있었습니다
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| 그림 1 전압 펄스로 인한 자화 반전의 개략도 |
| (a) 펄스 전압을 사용한 기존의 쓰기 방법 검은 색 화살표는 MTJ 요소의 금속 자석 층의 자화 방향을 나타냅니다 펄스 전압의 적용은 온라인 바카라 이방성을 감소시키고, 자화는 아래쪽에서 위쪽으로 반전된다 시작과 끝 상태 사이의 자화 방향은 열 에너지로 인해 연한 청색 영역에서 흔들리고있어 쓰기 고장이 발생합니다 (b) 새로운 작문 방법 쓰기 전후 역 극성 전압을 적용함으로써, 금속 자석 층의 온라인 바카라 이방성이 증가하고 변동이 억제되어 쓰기 오류율이 감소된다 (c) 전압으로 인한 온라인 바카라 이방성의 변화에 대한 개념적 다이어그램 |
이 새로운 방법은이 연구 및 개발 팀이 개발 한이 새로운 방법은 전압을 사용하여 수직 온라인 바카라 이방성을 인식하여 쓰기 오류율을 줄입니다 그림 1 (c)는 전압으로 인한 온라인 바카라 이방성의 변화에 대한 개략도입니다 온라인 바카라 이방성은 정상 전압에 대해 선형으로 변하기 때문에 양의 전압은 온라인 바카라 이방성을 감소시키는 반면, 음의 전압은 반대로 증가합니다 기존의 전압 쓰기에서, 자화 반전은 양의 전압 펄스를 적용함으로써 온라인 바카라 이방성의 감소만을 사용하여 수행되었다 한편,도 1 (b)에 도시 된 바와 같이, 새로운 방법은 시작 및 종단 상태에서 자화의 열 변동을 억제하고 시작 및 종료 상태에서 온라인 바카라 이방성을 증가시키는 음의 전압을 적용하여 쓰기 오류율을 크게 향상시킬 수있다
그러나, 상기 언급 된 효과를 달성하기 위해서, 펄스 폭은 약 1 나노초의 펄스 전압을 정확하게 적용하고 메모리 배열의 각 요소에 약 100 피코 초의 갑작스런 극성 반전을 적용해야한다 기존의 온라인 바카라 메모리 쓰기 회로에서, 펄스 전압 파형의 상승 및 하강 시간은 천천히 변화하고 있으며 (파형 악센트) 전압 극성을 고속으로 전환하기가 어렵 기 때문에 정확한 형상 제어로 고속 펄스 전압을 생성하기가 어렵습니다 따라서, 우리는 극성 역전으로 고속 펄스 전압을 생성 할 수있는 전압 토크 MRAM 전용의 새로운 쓰기 회로를 개발했습니다 그림 2 (a)는 이것의 개념을 보여줍니다 3 개의 고속 펄스 전압은 3 개의 배선 (더미 비트 라인 A, B, C)에 미리 적용됩니다 이들 각 배선에는 쓰기 지침 (트리거 신호)을위한 루프 구조가 있으며, 이전 신호를 수신 한 후 다음 신호가 생성되도록 설계되어, 즉, 순서대로 요소에 연속적으로 적용됩니다 이를 통해 지연 또는 악센트없이 고속에서 쓰기 펄스 전압을 정확하게 제어 할 수 있습니다 그림 2 (a)는 A : 0V, B : 15V 및 C : 0V의 예를 보여 주며, 이는 매우 가파른 상승 (하락) 및 짧은 폭 15V 펄스 전압 (A 및 C는 0V 이외의 값으로 설정할 수 있음)을 가능하게합니다 여기서, 1V 전압이 반대쪽의 비트 라인에 적용되는 경우, 장치에 효과적으로 적용되는 전압 신호는 -1V ⇒ 05V ⇒ -1V가되므로 극성 반전으로 고속 펄스를 정확하게 적용 할 수 있습니다 (그림 2 (b))
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| 그림 2 전압 토크 MRAM 용 쓰기 회로의 개념적 다이어그램 |
| (a) 극성 역전으로 빠른 펄스 전압을 생성하는 회로 고속 펄스 전압은 이전에 주어진 전압으로 설정된 더미 비트 라인으로 전환하여 생성됩니다 (b) 비트 라인쪽에 가해지는 전압과의 상대적 관계로 인해, 극성 반전을 갖는 고속 펄스 전압이 요소에 적용된다 |
또한, 반대 극성 펄스 전압이 적용되는 동안 동시에 읽음으로써 낭비 된 메모리 회로 작동을 제거 할 수 있습니다 이를 통해 "Verife라는 오류 수정 프로세스"를 사용하면 초기 기록 된 정보를 읽고, 정보를 작성할 필요가없는 경우 작성 프로세스를 건너 뛰고, 작성한 후에 기록 된 정보를 다시 확인하고, 쓰기 오류가 발생하면 다시 씁니다 이러한 오류율 감소 기술을 결합함으로써 10-10~ 10-15| 달성 할 수 있습니다
쓰기 오류율을 줄이는 것 외에도,이 연구 및 개발은 전압 토크 MRAM에 대한 고 저항 MTJ 요소로 정보를 쉽게 읽기 위해 MTJ 요소의 저항이 읽기 전압에 대해 변화하는 현상을 활용하는 새로운 읽기 회로를 개발했습니다
30 나노 미터 직경 기상 메모리 장치의 실제 데이터를 기반으로, 고급 CMO의 회로 시뮬레이션에 의해 서면 및 읽기의 오류율이 크게 개선 될 것이며, 전압 및 온라인 바카라 이방성 제어의 효율이 현재 상태보다 약 3 배나 높으면 1 ~ 2 gbit의 최후의 캐시에 적용될 수 있음이 밝혀졌습니다
앞으로, 이번에 얻은 지침을 바탕으로, 우리는 실제 MTJ 장치의 대용량 최후의 캐시 또는 대규모 대용량 기본 메모리에 대한 사양과 고품질 회로 시스템을 설계하는 전압 온라인 바카라 이방성 제어를 입증하는 것을 목표로 할 것입니다