三星预计2020年MRAM达到16nm

MRAM研发的挑战一直都是良率和微缩。良率的提升除了晶圆厂各自在制程上的努力之外，机器设备厂商也出力甚多，这是几家大机器设备厂商先后投入这即将兴起设备市场良性竞争的结果。MRAM相关制程主要有磁性材料的蚀刻与溅镀两种设备，最近新机型的溅镀设备表现令人惊艳，这将有助于晶圆厂MRAM制造良率的提升。
 
微缩的进展来自于材料和制程的进步：MRAM中记忆单元MTJ (Magnetic Tunnel Junction；磁性穿隧结)中磁性材料的PMA (Perpendicular Magnetic Anisotropy；垂直磁各向异性)加大了3倍。用白话来说，磁铁的磁性变强了，因此用较小的磁铁，其磁矩也足以抵抗热扰动，长久保存资料，所以MTJ可以变小。
 
但是目前MRAM微缩的瓶颈不在于MTJ，而是在于晶体管。主要原因是翻转MTJ中磁矩的效率都有待改进－不管是以前用电流产生的磁场来翻转磁矩，或者是目前的STT (Spin Transfer Torque；自旋移转转矩)。翻转磁矩要有足够大的写入电流，晶体管就要够大。但是由于上述PMA的改善，MTJ可以缩小，要翻转它的磁矩所需的电流下降，晶体管可以再微缩，功耗也下降了，写入速度变快。以前MRAM中的资料如果要维持10年，MTJ的直径必须在30nm以上。现在有PMA的长进，三星预计2020年MRAM达到16nm是充分可能的。
 
MRAM如果当成单独(stand-alone)存储器，它只是存储器的一种，而且价格暂时还压不下来，只能在特定利基市场应用。如果应用在嵌入式存储器，它几乎是不可或缺的。
 
MRAM中记忆单元MTJ 由多层的磁性、氧化物、金属等薄膜所构成，这些薄膜有些只有几个分子厚。MTJ的特殊性质PMA 产生记忆单元所需磁矩的物理特性－则是由磁性薄膜与氧化层的界面效应所决定。MTJ的元件表现深受薄膜质量所影响，所以溅镀设备性能的提升将有助于晶圆厂MRAM制造良率的改善。

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关键词：MRAM