亚纳秒级切换速度的SOT-MRAM

近年来，芯片行业对SOT-MRAM技术的发展越来越感兴趣。SOT-MRAM是一种非易失性存储器，具有适合嵌入式存储器的优良特性，如高性能计算和移动应用中的L3（或以上）缓存存储器。今天，这个角色通常是非常快的易失性静态RAM(SRAM)为了实现，但限制SRAM位密度的缩放限制迫使存储参与者寻找替代方案。
 
此外，当存储器处于非活动状态时，SRAM位单位会产生越来越多的功耗，从而降低设备的整体待机功耗。像MRAM这样的非易失性存储器不仅可以提供更小的位单元，还可以处理待机功耗问题。
 
SOT-MRAM是从更成熟的STT-MRAM演变而来的，因为它具有更多的耐久性和更快的两种二进制条件之间的转换速率，因此具有更好的缓存应用前景。在这两种MRAM类型中，带磁隧道结(MTJ)形成了存储单元的“心脏”。在这个MTJ中，薄介电层夹在铁磁固定层和铁磁随机层之间。存储单元的写入是通过转换随机层（MRAM单元的“存储”层）的磁化来实现的。MTJ的磁阻是通过结来测量的。隧道磁阻(TMR)能高能低，实际上取决于随机层和固定层的磁化方向(即平行(1)或反平行(0)。
 
STT-MRAM和SOT-MRAM之间的关键区别是用于写入过程的电流注入几何结构。在STT-MRAM中，电流垂直注入MTJ，而SOT-MRAM中的电流注入出现在平面上，在相邻的SOT层中——通常是重金属(如钨)。因此，在SOT-MRAM中，读写方式被解耦，显著提高了设备的耐久性和读取稳定性。平面内的电流注入也避免了STT-MRAM控制的开关延迟。2018年，imec率先展示了低至210ps的可靠SOT-MRAM开关，具有较强的耐久性(>5)×1010个开关周期)和300pJ的运行功率。

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