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자기 저항 메모리

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목차

1. 개요

자기 저항 메모리(MRAM)는 자기 터널 접합(MTJ)을 이용하여 데이터를 저장하는 비휘발성 메모리 기술이다. MRAM은 비트선, 워드선, MTJ, 그리고 MTJ의 저항 변화를 감지하는 트랜지스터로 구성되며, MTJ의 자화 방향 변화를 통해 데이터를 기록한다. 스핀 전달 토크(STT) 방식을 사용하여 전력 소비를 줄이고 고밀도 집적을 가능하게 한다. MRAM은 DRAM, SRAM, 플래시 메모리에 비해 높은 속도, 낮은 전력 소비, 비휘발성, 높은 내구성을 갖지만, 쓰기 전류, 비트 안정성, 읽기/쓰기 속도, 공정 통합 등의 과제를 해결해야 한다. 다양한 응용 분야에서 활용되며, 항공우주, 군사 시스템, 디지털 카메라, 노트북, 스마트 카드 등에서 사용된다.

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자기 저항 메모리

2. 구조 및 작동 원리

MRAM은 기존의 RAM 칩 기술과 달리 전하나 전류 흐름이 아닌 자성 저장 소자를 사용하여 데이터를 저장한다. 이 소자는 자화될 수 있는 두 개의 강자성체 판으로 구성되며, 얇은 절연층으로 분리된다. 두 판 중 하나는 특정 극성으로 설정된 영구 자석이고, 다른 판의 자화는 메모리를 저장하기 위해 외부 자기장과 일치하도록 변경될 수 있다. 이 구조를 자기 터널 접합(MTJ)이라고 하며, 이는 MRAM 비트를 위한 가장 단순한 구조이다. 메모리 장치는 이러한 "셀"의 그리드로 구성된다.

가장 간단한 읽기 방법은 셀의 전기 저항을 측정하는 것이다. 특정 셀은 (일반적으로) 공급 라인에서 접지까지 셀을 통과하는 전류를 전환하는 관련 트랜지스터에 전원을 공급하여 선택된다. 터널 자기 저항 때문에 셀의 전기 저항은 두 판의 자화 방향에 따라 변경된다. 결과 전류를 측정하여 특정 셀 내부의 저항을 결정할 수 있으며, 이를 통해 기록 가능한 판의 자화 극성을 알 수 있다. 일반적으로 두 판의 자화 정렬이 같으면(낮은 저항 상태) "1"로 간주되고, 정렬이 반평행이면 저항이 더 높아져(높은 저항 상태) "0"으로 간주된다.

MRAM은 MTJ, 셀을 선택하기 위한 비트선과 워드선, 그리고 MTJ의 저항 변화를 읽어내는 트랜지스터로 구성된다. 비트선과 워드선은 MTJ를 사이에 두고 직교하며 뻗어 있으며, 양쪽에 동시에 전류를 흘려 합성 자기장을 유기하여 메모리 셀을 선택할 수 있다.

자계 기록형 MRAM

2. 1. 기록 방식

자기 터널 접합(MTJ)은 MRAM 비트의 가장 기본적인 구성 요소로, 데이터를 저장하는 역할을 한다. MTJ는 얇은 절연층을 사이에 두고 두 개의 강자성체 판으로 구성되어 있으며, 각 판의 자화 방향에 따라 전기 저항이 달라지는 터널 자기 저항 효과를 이용한다.[3]

데이터는 MTJ 내 강자성체 판의 자화 방향을 조절하여 기록된다. 두 판 중 하나는 자화 방향이 고정된 '고정층'이고, 다른 하나는 외부 자기장이나 스핀 주입을 통해 자화 방향을 바꿀 수 있는 '자유층'이다. 두 판의 자화 방향이 같으면(낮은 저항 상태) '1', 반대면(높은 저항 상태) '0'으로 인식한다.

초기 MRAM 설계에서는 각 셀이 직교하는 쓰기 선 사이에 위치하며, 전류를 흘려 전자기 유도를 발생시켜 자유층의 자화를 변경했다. 이 방식은 1960년대 자기 코어 메모리와 유사하다.[4] 그러나 이 방식은 장치가 작아짐에 따라 인접 셀에 영향을 주는 문제와 높은 전류 필요성 때문에 고밀도 MRAM 구현에 어려움이 있었다.

최근에는 이러한 문제점을 해결하기 위해 스핀 주입 자화 반전 방식이 주로 사용된다.

2. 1. 1. 스핀 전달 토크 (STT)

스핀 전달 토크 (STT) 또는 ''스핀 전달 스위칭''은 스핀 정렬된 전자를 사용하여 자성체의 자화 방향을 제어하는 기술이다. 전자가 층으로 유입될 때 스핀을 변경해야 하면, 인접한 층으로 토크가 전달된다. STT는 셀을 기록하는 데 필요한 전류량을 줄여 읽기 프로세스와 거의 동일하게 만든다.

"클래식" MRAM 셀은 쓰기 전류량 때문에 고밀도에서 어려움을 겪지만, STT는 이 문제를 해결한다. STT 지지자들은 이 기술이 65nm 이하의 장치에 사용될 것으로 예상한다.[5] STT의 단점은 스핀 정합성을 유지해야 한다는 것이다. 전반적으로 STT는 기존 또는 토글 MRAM보다 쓰기 전류가 훨씬 적게 필요하다. 연구에 따르면 새로운 복합 구조를 사용하여 STT 전류를 최대 50배까지 줄일 수 있다.[6] 그러나 고속 작동에는 여전히 더 높은 전류가 필요하다.[7]

2. 2. 판독 방식

MRAM의 데이터는 전하나 전류가 아닌 자성 소자를 이용해 저장된다. 이 소자는 자화될 수 있는 두 강자성체 판으로 구성되며, 얇은 절연층으로 분리된다. 이 구조를 자기 터널 접합(MTJ)이라 부르며, MRAM 비트의 가장 기본적인 구조이다.

가장 간단한 판독 방식은 셀의 전기 저항을 측정하는 것이다. 터널 자기 저항 효과로 인해 셀의 전기 저항은 두 판의 자화 방향에 따라 달라진다. 일반적으로 두 판의 자화 정렬이 같으면(낮은 저항) "1", 반대면(높은 저항) "0"으로 판독한다.[3]

읽기 동작 시에는, TMR 효과에 의해 MTJ의 저항 크기가 평행, 반평행일 때(R_L, R_H)로 변화하므로, 이에 대응하는 저항값을 데이터의 0과 1로 한다. DRAM 등의 메모리와 달리 MTJ를 흐르는 전류 크기를 전압 크기로 읽어야 하므로, 참조 셀과 선택 셀에 같은 크기의 전류를 흘려 전압 강하 차이를 차동 증폭 회로(센스 앰프)로 증폭하여 읽는다.

참조 셀의 저항값은 R_L과 R_H 사이의 값을 갖도록 설계된다. R_L과 R_H의 비( = R_H / R_L-1)는 자기 저항비(MR비, MagnetoResistance ratio)라고 불리며, 이 MR비가 클수록 읽기 오류가 적어진다.

이처럼 MRAM은 강자성체 내 전자의 스핀에 의한 자화 상태를 이용하기 때문에 비휘발성이며, 전원이 꺼져도 데이터가 보존된다. 그러나 외부 자기장에 약하다. MTJ 소자는 양 층의 자화 방향 차이로 데이터를 기록하므로, 고정층의 자화가 흐트러지면 정상 판독이 불가능해져 복구할 수 없게 된다(하드 에러[70]).

3. 다른 메모리와의 비교

MRAM은 DRAM, SRAM, 플래시 메모리 등 기존 메모리 기술에 비해 다음과 같은 장점을 가진다.


  • '''집적도''': MRAM은 "1T1MTJ"(트랜지스터 1개와 MTJ 1개) 장치로, 셀 밀도가 커서 DRAM과 비슷한 수준의 집적도를 가진다. 다만, 초기 MRAM은 셀 크기가 180nm 정도로 제한되었으나, STT-MRAM은 20nm 이하의 MTJ가 보고되고 있다.
  • '''소비 전력''': MRAM은 리프레시가 필요 없어 전원이 꺼져도 데이터가 유지되며, 지속적인 전력 소모도 없다. 읽기 전력은 DRAM과 유사하지만, 쓰기 전력은 3~8배 더 높다.[10][11] STT-MRAM은 읽기/쓰기 전력 차이를 줄여 전력 소비를 더욱 낮춘다. 플래시 메모리와 비교하면 읽기 전력은 유사하지만, 쓰기 시에는 차지 펌프를 사용하지 않아 전력 소비가 적고 수명이 길다.
  • '''작동 속도''': MRAM은 전압을 측정하므로 "정착 시간"이 짧다. IBM은 2ns, 독일 Physikalisch-Technische Bundesanstalt 연구팀은 1ns의 액세스 시간을 가진 MRAM을 시연했다.[13][14] 플래시 메모리보다 쓰기 속도가 수천 배 빠르다. 다만, 고밀도 메모리에서는 낮은 전류로 인해 쓰기 시간이 30ns 미만으로 달성되기 어려울 수 있다.[15]
  • '''데이터 보존성''': MRAM은 비휘발성 메모리이지만, 스핀 전달 토크 메모리는 데이터 보존 성능을 높이기 위해 더 높은 쓰기 전류를 필요로 한다.[12] 데이터 보존 시간은 쓰기 전류가 감소함에 따라 기하급수적으로 감소한다.[12]
  • '''내구성''': MRAM의 내구성은 쓰기 전류와 읽기 전류의 영향을 받는다. 읽기 방해 오류율을 낮추기 위해서는 읽기 전류/쓰기 전류 비율을 충분히 낮게 유지해야 하지만, 이는 읽기 속도를 감소시킨다.[18][19] MRAM의 내구성은 얇은 MgO 층의 고장 가능성에 의해 제한될 수 있으며,[20][21] 대개 108 사이클로 제한된다.[22]


설계 매개변수와 유지, 내구성, 속도, 전력 간의 관계
설계 매개변수 수준유지내구성속도전력
높은 쓰기 전류+− (고장)+−
낮은 쓰기 전류−− (읽기 방해)−+
높은 Δ+− (고장)−− (더 높은 전류)
낮은 Δ−− (읽기 방해)++ (더 낮은 전류)


3. 1. 집적도

DRAM은 메모리 소자로서 작은 커패시터를 사용하고, 전류를 전달하는 전선과 이를 제어하는 트랜지스터를 사용하여 "1T1C" 셀이라고 불린다. DRAM은 구성 요소가 매우 간단하여 현재 사용 가능한 가장 고밀도 RAM이며, 따라서 가장 저렴하다.

'''MRAM'''은 하나의 MTJ와 읽기 트랜지스터 하나로 구성된 "1T1MTJ" 장치이며, DRAM과 마찬가지로 셀 밀도는 비교적 크다. 그러나 가장 기본적인 '''MRAM''' 셀은 유도 자장에 의해 셀 크기가 약 180 nm로 제한되는 문제가 있다. 유도 자장을 필요로 하지 않는 STT-MRAM에서는 20 nm 이하의 MTJ가 이미 보고되고 있다.

3. 2. 소비 전력

DRAM은 커패시터에 저장된 전하가 시간이 지남에 따라 소실되어 데이터가 사라지기 때문에, 모든 셀에 대해 초당 여러 번 ''리프레시''를 해야 한다. DRAM 셀의 크기가 작아질수록 리프레시 횟수가 증가하여 전력 소비가 커진다.

반면 MRAM은 리프레시가 필요 없어 전원이 꺼져도 메모리가 유지될 뿐만 아니라, 지속적인 전력 소모도 없다. 이론적으로 읽기 과정은 DRAM보다 더 많은 전력을 필요로 하지만, 실제로는 그 차이가 거의 없다. 쓰기 과정은 접합부에 저장된 기존 필드를 극복하기 위해 더 많은 전력이 필요하며, 읽기 시 필요한 전력의 3~8배에 달한다.[10][11] STT-MRAM은 읽기와 쓰기 간의 전력 요구 사항 차이를 제거하여 전력 소비를 더욱 줄인다.

플래시 메모리는 전원이 제거되어도 메모리를 잃지 않아 영구 저장 장치로 널리 쓰인다. 읽기 시 플래시 메모리와 MRAM의 전력 요구 사항은 매우 유사하다. 그러나 플래시 메모리는 차지 펌프를 사용하여 큰 전압 펄스(약 10V)로 다시 쓰기를 수행하므로 전력을 많이 소비하고 시간이 오래 걸린다. 또한 전류 펄스는 플래시 셀을 물리적으로 손상시켜 쓰기 횟수에 제한이 있다.

반면 MRAM은 쓰기 시 읽기보다 약간 더 많은 전력만 필요하며, 전압 변화가 없어 차지 펌프가 필요 없다. 따라서 MRAM은 더 빠른 작동, 낮은 전력 소비, 무한한 수명을 제공한다.

3. 3. 작동 속도

동적 랜덤 액세스 메모리(DRAM)의 성능은 셀에 저장된 전하를 방전(읽기)하거나 저장(쓰기)하는 속도에 의해 제한된다. MRAM 작동은 전하 또는 전류가 아닌 전압을 측정하는 것을 기반으로 하므로 "정착 시간"이 덜 필요하다. IBM 연구원들은 2 ns 정도의 액세스 시간을 가진 MRAM 장치를 시연했는데, 이는 훨씬 더 새로운 공정으로 제작된 가장 진보된 DRAM보다 약간 더 낫다.[13] 독일 Physikalisch-Technische Bundesanstalt의 한 팀은 1 ns의 정착 시간을 가진 MRAM 장치를 시연했는데, 이는 현재 DRAM의 이론적 한계를 넘어선 것이지만, 이 시연은 단일 셀에서 이루어졌다.[14] 플래시 메모리와 비교했을 때 차이점은 훨씬 더 중요한데, 쓰기 속도는 수천 배나 빠르다. 그러나 이러한 속도 비교는 동등한 전류에 대한 것은 아니다. 고밀도 메모리는 낮은 대기 전력 누설을 위해 제작될 때 특히 전류가 감소된 작은 트랜지스터가 필요하다. 이러한 조건에서는 30 ns 미만의 쓰기 시간이 쉽게 달성되지 않을 수 있다. 특히, 90초 동안 260 °C의 솔더 리플로우 안정성을 충족하기 위해 250 ns 펄스가 필요했다.[15] 이는 쓰기 비트 오류율을 높이는 높은 열적 안정성 요구 사항과 관련이 있다. 더 높은 전류로 인한 고장을 피하려면 더 긴 펄스가 필요하다.

수직 STT MRAM의 경우, 스위칭 시간은 열적 안정성 Δ와 쓰기 전류에 의해 크게 결정된다.[16] 더 큰 Δ(데이터 유지에 더 좋음)는 더 큰 쓰기 전류 또는 더 긴 펄스를 필요로 한다. 높은 속도와 적절한 유지를 결합하려면 충분히 높은 쓰기 전류가 필요하다.

성능 면에서 MRAM과 비슷한 밀도로 쉽게 경쟁할 수 있는 현재 메모리 기술은 정적 랜덤 액세스 메모리(SRAM)이다. SRAM은 전원이 공급되는 동안 두 가지 상태 중 하나를 유지하는 플립플롭(flip-flop (electronics))으로 배열된 일련의 트랜지스터로 구성된다. 트랜지스터는 매우 낮은 전력 요구 사항을 가지므로 스위칭 시간이 매우 짧다. 그러나 SRAM 셀은 일반적으로 4개 또는 6개의 여러 트랜지스터로 구성되므로 밀도가 DRAM보다 훨씬 낮다. 이것은 비용이 많이 들기 때문에 주로 소량의 고성능 메모리, 특히 거의 모든 현대 중앙 처리 장치 설계의 CPU 캐시에 사용된다.

MRAM은 SRAM만큼 빠르지는 않지만, 이 역할에서도 충분히 흥미롭다. 훨씬 더 높은 밀도를 감안할 때, CPU 설계자는 더 작지만 빠른 캐시 대신 더 크지만 약간 느린 캐시를 제공하기 위해 MRAM을 사용할 수 있다. 이 트레이드 오프가 미래에 어떻게 전개될지는 두고 볼 일이다.

3. 4. 데이터 보존성

MRAM은 종종 비휘발성 메모리로 선전된다. 그러나 현재 주류를 이루는 고용량 MRAM인 스핀 전달 토크 메모리는 더 높은 전력 소비, 즉 더 높은 쓰기 전류를 희생하여 향상된 데이터 보존 성능을 제공한다.[12] 특히, 임계 (최소) 쓰기 전류는 열적 안정성 인자 Δ에 정비례한다.[12] 데이터 보존 시간은 exp(Δ)에 비례한다. 따라서 데이터 보존 시간은 쓰기 전류가 감소함에 따라 기하급수적으로 감소한다.[12]

3. 5. 내구성

MRAM의 내구성은 유지 시간 및 속도와 마찬가지로 쓰기 전류뿐만 아니라 읽기 전류의 영향을 받는다. 쓰기 전류가 속도와 유지를 위해 충분히 클 경우, MTJ 고장의 가능성을 고려해야 한다.[17] 읽기 전류/쓰기 전류 비율이 충분히 작지 않으면, 읽기 방해가 더 자주 발생하여, 여러 스위칭 사이클 중 하나에서 읽기 오류가 발생할 수 있다. 읽기 방해 오류율은 다음과 같이 나타낼 수 있다.

:1-\exp\left(-\frac{t_{read}}{\tau \exp(\Delta(1-I_{read}/I_{crit})}\right)

여기서 τ는 완화 시간(1 ns)이고, Icrit는 임계 쓰기 전류이다.[18] 더 높은 내구성을 확보하기 위해서는 충분히 낮은 I_{read}/I_{crit} 가 필요하다. 하지만, 낮은 Iread는 또한 읽기 속도를 감소시킨다.[19]

내구성은 주로 얇은 MgO 층의 고장 가능성에 의해 제한된다.[20][21] MRAM은 충분한 쓰기 전류를 사용함으로써 SRAM과 유사한 성능을 보인다. 그러나, 이러한 쓰기 전류 의존성은 주류 DRAM 및 플래시 메모리와 비교할 때 더 높은 집적도와 경쟁하는 것을 어렵게 만든다. 그럼에도 불구하고, 집적도를 최대화할 필요가 없는 MRAM에 대한 몇 가지 기회가 존재한다. 근본적인 물리학적 관점에서 볼 때, MRAM에 대한 스핀 전달 토크 접근 방식은 유지, 내구성, 속도 및 전력 요구 사항에 의해 형성된 "죽음의 사각형"에 묶여 있다고 할 수 있다.

설계 매개변수와 유지, 내구성, 속도, 전력 간의 관계
설계 매개변수 수준유지내구성속도전력
높은 쓰기 전류+− (고장)+−
낮은 쓰기 전류−− (읽기 방해)−+
높은 Δ+− (고장)−− (더 높은 전류)
낮은 Δ−− (읽기 방해)++ (더 낮은 전류)



전력-속도 간의 상충 관계는 전자 장치에 보편적이지만, 높은 전류에서의 내구성-유지 간의 상충 관계와 낮은 Δ에서의 두 가지 성능 저하는 문제가 된다. MRAM의 내구성은 대개 108 사이클로 제한된다.[22]

4. 응용 분야

MRAM은 높은 집적도, 낮은 소비 전력, 빠른 속도, 비휘발성 등의 장점을 바탕으로 다양한 분야에 응용될 수 있다. 특히 항공우주 및 군사 시스템, 디지털 카메라, 노트북, 스마트 카드, 휴대 전화, 기지국, 개인용 컴퓨터, 배터리 백업 SRAM 대체, 데이터 로깅 특수 메모리 (블랙 박스 솔루션), 미디어 플레이어, 전자책 등과 같이 일종의 메모리가 내장된 사실상 모든 장치에 사용될 수 있다.[71][72]

4. 1. 기존 메모리 대체

MRAM은 다음과 같은 장치나 환경에서 기존 메모리를 대체하여 사용될 수 있다.

플래시 메모리와 EEPROM은 쓰기 사이클 횟수가 제한적이라는 점이 RAM과 같은 역할을 수행하는 데 심각한 문제로 작용한다. 또한, 셀을 쓰기 위해 많은 전력이 필요하여 저전력 노드에서 문제가 된다. 전력은 차지 펌프라는 장치에서 "축적"될 시간이 필요하며, 이로 인해 쓰기 속도가 읽기 속도보다 현저히 느려져 종종 1/1000 정도로 떨어진다. MRAM은 이러한 문제점들을 해결하기 위해 설계되었다.[23]

현재까지 상용화된 MRAM과 유사한 시스템은 강유전체 램(FeRAM)이다.

실리콘 산화물-질화물-산화물-실리콘(SONOS) 메모리와 ReRAM도 새로운 관심을 받고 있다. 3D XPoint도 개발 중이지만 DRAM보다 더 높은 전력 소비를 하는 것으로 알려져 있다.[23]

임베디드 시스템 용도로는, 프리스케일 세미컨덕터가 2006년에 업계 최초로 상용화했다고 발표했다.[71]

프리스케일 세미컨덕터에서 독립한 Everspin Technologies|에버스핀 테크놀로지스영어는 2018년 12월에 1Gbit MRAM 샘플 출하를 시작했다.[72]

4. 2. 특정 응용 분야

MRAM은 다음과 같은 특수한 환경이나 높은 신뢰성이 요구되는 분야에서 활용될 수 있다.

임베디드 용도로는, 프리스케일 세미컨덕터가 2006년에 업계 최초로 상용화했다고 발표[71]하는 등, 각 사가 제품화하고 있다.

프리스케일 세미컨덕터에서 스핀 아웃한 에버스핀 테크놀로지스|Everspin Technologies영어는 2018년 12월에 1Gbit MRAM 샘플 출하를 시작했다.[72]

5. 역사

모토로라(Motorola)에서 제작한 최초의 200mm 1 Mb MRAM 웨이퍼, 2001년

  • 1955년 — 자기 코어 메모리는 MRAM과 동일한 읽기/쓰기 방식을 가졌다.
  • 1984년 — 허니웰(Honeywell)에서 근무하던 Arthur V. Pohm과 James M. Daughton은 최초의 자기저항 메모리 장치를 개발했다.[24][25]
  • 1988년 — 유럽 과학자들(알베르 페르 및 페터 그륀베르크)은 박막 구조에서 "거대 자기저항 효과"를 발견했다.[26]
  • 1989년 — Pohm과 Daughton은 허니웰을 떠나 Nonvolatile Electronics, Inc.(후에 NVE Corp.로 변경)를 설립하여 자신들이 개발한 MRAM 기술을 서브 라이선스했다.[24]
  • 1995년 — 모토로라(Motorola)(나중에 프리스케일 반도체로 변경, 그 후 NXP 반도체로 변경)는 MRAM 개발을 시작했다.
  • 1996년 — 스핀 토크 전달이 제안되었다.[27][28]
  • 1997년 — 소니는 STT RAM의 선구자인 S.P.I.N.O.R.(스핀 편광 주입 비휘발성 직교 읽기/쓰기 RAM)에 대한 최초의 일본 특허 출원을 발표했다.[29]
  • 1998년 — 모토로라는 256Kb MRAM 테스트 칩을 개발했다.[30]
  • 2000년 — IBM과 인피니언은 공동 MRAM 개발 프로그램을 설립했다.
  • 2000년 — 스핀텍 연구소의 최초 스핀 토크 전달 특허.
  • 2002년
  • * NVE는 사이프러스 반도체와의 기술 교환을 발표했다.
  • * 모토로라에 토글 특허가 부여되었다.[31]
  • 2003년 — 180nm 리소그래피 공정으로 제조된 128 kbit MRAM 칩이 출시되었다.
  • 2004년
  • * 6월 — 인피니언은 180nm 리소그래피 공정으로 제조된 16-Mbit 프로토타입을 공개했다.
  • * 9월 — MRAM은 프리스케일의 표준 제품으로 제공되었다.
  • * 10월 — 대만의 MRAM 개발자들은 TSMC에서 1 Mbit 부품을 테이프아웃했다.
  • * 10월 — 마이크론은 MRAM을 포기하고 다른 메모리를 검토했다.
  • * 12월 — TSMC, NEC, 도시바는 새로운 MRAM 셀을 설명했다.
  • * 12월 — 르네사스 테크놀로지는 고성능, 고신뢰성 MRAM 기술을 홍보했다.
  • * 스핀텍 연구소의 열 보조 스위칭(TAS)이 MRAM 접근 방식이라는 첫 번째 관찰.
  • * 크로커스 테크놀로지가 설립되었으며, 이 회사는 2세대 MRAM 개발업체이다.
  • 2005년
  • * 1월 — 사이프러스 반도체는 NVE IP를 사용하여 MRAM을 샘플링했다.
  • * 3월 — 사이프러스가 MRAM 자회사를 매각한다.
  • * 6월 — 허니웰은 150 nm 리소그래피 공정을 사용하는 1-Mbit 내방사선 MRAM에 대한 데이터 시트를 게시했다.
  • * 8월 — MRAM 기록: 메모리 셀이 2 GHz로 작동한다.
  • * 11월 — 르네사스 테크놀로지와 그랜디스는 스핀 토크 전달(STT)을 사용하는 65 nm MRAM 개발에 협력한다.
  • * 11월 — NVE는 암호화 위변조 방지 메모리를 연구하기 위해 SBIR 보조금을 받았다.[32]
  • * 12월 — 소니는 스핀 편광 전류를 터널링 자기저항층을 통해 사용하여 데이터를 쓰는 최초의 실험실 생산 스핀 토크 전달 MRAM인 스핀-RAM을 발표했다. 이 방법은 기존 MRAM보다 전력 소비가 적고 확장성이 뛰어나다. 재료의 추가적인 발전을 통해 이 프로세스는 DRAM에서 가능한 것보다 높은 밀도를 허용해야 한다.
  • * 12월 — 프리스케일 반도체는 산화알루미늄 대신 산화마그네슘을 사용하는 MRAM을 시연하여 절연 터널 장벽을 얇게 하고 쓰기 사이클 동안 비트 저항을 개선하여 필요한 쓰기 전류를 줄였다.
  • * 스핀텍 연구소는 크로커스 테크놀로지에 특허에 대한 독점 라이선스를 부여한다.
  • 2006년
  • * 2월 — 도시바와 NEC는 새로운 "전력 포킹" 설계를 갖춘 16 Mbit MRAM 칩을 발표했다. 이 칩은 200 Mbit/s의 전송 속도와 34 ns의 사이클 시간을 달성하여 모든 MRAM 칩 중 최고의 성능을 보였다. 또한 이 칩은 동급에서 가장 작은 물리적 크기(78.5제곱 밀리미터)와 1.8볼트의 저전압 요구 사항을 자랑한다.[33]
  • * 7월 — 텍사스주 오스틴에서 프리스케일 반도체는 4-Mbit MRAM 칩을 칩당 약 25USD에 판매하기 시작했다.[34][35]
  • 2007년
  • * R&D는 스핀 토크 전달 RAM(SPRAM)으로 이동하고 있다.
  • * 2월 — 도호쿠 대학과 히타치는 스핀 토크 스위칭을 사용하는 2-Mbit 비휘발성 RAM 칩의 프로토타입을 개발했다.[36]
  • * 8월 — "IBM, TDK, 스핀 토크 스위칭에 대한 자기 메모리 연구 파트너십" IBM과 TDK는 MRAM의 비용을 절감하고 성능을 향상시켜 제품을 시장에 출시할 수 있기를 희망한다.[37]
  • * 11월 — 도시바는 수직 자기 이방성 MTJ 장치로 스핀 토크 스위칭을 적용하고 입증했다.[38]
  • * 11월 — NEC는 250 MHz의 작동 속도를 가진 세계에서 가장 빠른 SRAM 호환 MRAM을 개발했다.[39]
  • 2008년
  • * 일본 위성, SpriteSat, Freescale MRAM을 사용하여 SRAM 및 FLASH 구성 요소를 대체한다.[40]
  • * 6월 — 삼성과 하이닉스는 STT-MRAM의 파트너가 된다.[41]
  • * 6월 — 프리스케일은 MRAM 사업부를 새로운 회사인 Everspin으로 분사한다.[42][43]
  • * 8월 — 독일 과학자들은 쓰기 사이클이 1나노초 미만으로, 기본 성능 한계가 허용하는 만큼 빠르게 작동한다고 하는 차세대 MRAM을 개발했다.
  • * 11월 — Everspin은 BGA 패키지, 256 Kb에서 4 Mb까지의 제품군을 발표했다.[44]
  • 2009년
  • * 6월 — 히타치와 도호쿠 대학은 32-Mbit 스핀 토크 RAM(SPRAM)을 시연했다.[45]
  • * 6월 — 크로커스 테크놀로지와 타워 반도체는 크로커스의 MRAM 공정 기술을 타워의 제조 환경으로 포팅하는 계약을 발표했다.[46]
  • * 11월 — Everspin은 SPI MRAM 제품군을 출시하고 첫 번째 임베디드 MRAM 샘플을 출시했다.[47]
  • 2010년
  • * 4월 — Everspin은 16 Mb 밀도를 출시했다.[48][49]
  • * 6월 — 히타치와 도호쿠 대학은 다중 레벨 SPRAM을 발표했다.[50]
  • 2011년
  • * 3월 — 독일 PTB는 500ps 미만(2 Gbit/s) 쓰기 사이클을 발표했다.[51]
  • 2012년
  • * 11월 — 미국 애리조나주 챈들러에서 Everspin은 90 nm 공정에서 64 Mb ST-MRAM을 선보였다.[52][53]
  • * 12월 — 캘리포니아 대학교 로스앤젤레스의 연구팀은 IEEE 국제 전자 장치 회의에서 전압 제어 MRAM을 발표했다.[54]
  • 2013년
  • * 11월 — 버팔로 테크놀로지와 Everspin은 Everspin의 스핀 토크 MRAM(ST-MRAM)을 캐시 메모리로 통합하는 새로운 산업용 SATA III SSD를 발표했다.[55]
  • 2014년
  • * 1월 — 연구자들은 온도와 자기장 변화만 사용하여 코어/쉘 반강자성 나노 입자의 자기적 특성을 제어할 수 있는 능력을 발표했다.[56]
  • * 10월 — Everspin은 GlobalFoundries와 파트너 관계를 맺어 300 mm 웨이퍼에서 ST-MRAM을 생산한다.[57]
  • 2016년
  • * 4월 — 삼성의 반도체 책임자 김기남은 삼성이 "곧 준비될" MRAM 기술을 개발하고 있다고 말했다.[58]
  • * 7월 — IBM과 삼성은 10 ns에서 7.5 마이크로암페어의 스위칭 전류로 11 nm까지 축소할 수 있는 MRAM 장치를 보고했다.[59]
  • * 8월 — Everspin은 업계 최초의 256 Mb ST-MRAM 샘플을 고객에게 출하한다고 발표했다.[60]
  • * 10월 — Avalanche Technology는 소니 반도체 제조와 파트너 관계를 맺어 "다양한 제조 노드"를 기반으로 300 mm 웨이퍼에서 STT-MRAM을 제조한다.[61]
  • * 12월 — Inston과 도시바는 국제 전자 장치 회의에서 전압 제어 MRAM에 대한 결과를 개별적으로 발표했다.[62]
  • 2019년
  • * 1월 — Everspin은 28 nm 1 Gb STT-MRAM 칩 샘플을 출하하기 시작했다.[63]
  • * 3월 — 삼성은 28 nm 공정을 기반으로 하는 최초의 임베디드 STT-MRAM의 상업 생산을 시작했다.[64]
  • * 5월 — Avalanche는 United Microelectronics Corporation과 파트너 관계를 맺어 후자의 28 nm CMOS 제조 공정을 기반으로 하는 임베디드 MRAM을 공동 개발 및 생산한다.[65]
  • 2020년
  • * 12월 — IBM은 14 nm MRAM 노드를 발표했다.[66]
  • 2021년
  • * 5월 — TSMC는 eFLASH를 대체하기 위한 제안으로 12/14 nm 노드에서 eMRAM 기술을 개발하기 위한 로드맵을 공개했다.[67]
  • * 11월 — 대만 반도체 연구소는 SOT-MRAM 장치 개발을 발표했다.[68]

6. 한국의 MRAM 개발 현황

대한민국의 주요 반도체 기업인 삼성전자와 SK하이닉스는 MRAM 기술 개발에 적극적으로 투자하고 있다.[1] 또한, 한국과학기술원(KAIST)과 포항공과대학교(POSTECH)와 같은 대학 및 연구기관에서도 MRAM 관련 연구가 활발하게 진행되고 있다.[2]

참조

[1] 특허 Magnetoresistive memory including thin film storage cells having tapered ends https://patents.goog[...]
[2] 학술지 APPLIED PHYSICS: Toward a Universal Memory
[3] 서적 Data Storage at the Nanoscale: Advances and Applications https://books.google[...] CRC Press 2015-02-09
[4] 학술지 A 4-Mb toggle MRAM based on a novel bit and switching method
[5] 뉴스 Renesas, Grandis to Collaborate on Development of 65 nm MRAM Employing Spin Torque Transfer http://www.physorg.c[...] 2005-12-01
[6] 웹사이트 Lower Switching Current for Spin-Torque Transfer in Magnetic Storage Devices such as Magnetoresistive Random Access Memory (MRAM) http://www.license.u[...] University of Minnesota 2011-08-15
[7] 간행물 Spin-Transfer Torque MRAM (STT-MRAM): Challenges and Prospects 2008-12
[8] 웹사이트 How MRAM Works http://www.nve-spint[...]
[9] 학술지 Materials with perpendicular magnetic anisotropy for magnetic random access memory
[10] 웹사이트 Development of the magnetic tunnel junction MRAM at IBM: From first junctions to a 16-Mb MRAM demonstrator chip http://www.research.[...] IBM 2006-01-24
[11] 웹사이트 On-chip MRAM as a High-Bandwidth, Low-Latency Replacement for DRAM Physical Memories http://www.research.[...] Department of Computer Sciences, University of Texas at Austin 2002-09-27
[12] 웹사이트 Area, Power, and Latency Considerations of STT-MRAM to Substitute for Main Memory https://www.cs.utah.[...]
[13] 간행물 Past, Present and Future of MRAM http://www.thic.org/[...] NIST Magnetic Technology 2003-07-22
[14] 뉴스 Spin flip trick points to fastest RAM yet https://www.newscien[...] 2008-08-13
[15] 문서 L. Thomas et al., S3S 2017
[16] 학술지 Basic principles of STT-MRAM cell operation in memory arrays
[17] 학술지 Electric breakdown in ultra-thin MgO tunnel barrier junctions for spin-transfer torque switching
[18] 서적 2014 International Test Conference
[19] 학술지 An Offset-Tolerant Fast-Random-Read Current-Sampling-Based Sense Amplifier for Small-Cell-Current Nonvolatile Memory 2013-03
[20] 웹사이트 Breakdown-Limited Write Time Windows for STT-MRAM https://www.linkedin[...]
[21] 문서 J. H. Lim et al., "Investigating the Statistical-Physical Nature of MgO Dielectric Breakdown in STT-MRAM at Different Operating Conditions," IEDM 2018.
[22] 웹사이트 StackPath http://www.electroni[...] 2018-03-21
[23] 웹사이트 Lenovo Dishes On 3D XPoint DIMMS, Apache Pass In ThinkSystem SD650 https://www.tomshard[...] 2018-02-26
[24] 웹사이트 James Daughton, Magnetoresistive Random Access Memory (MRAM) https://www.nve.com/[...]
[25] 웹사이트 NASA JPL, MRAM Technology Status https://www.everspin[...]
[26] 웹사이트 GMR: A Giant Leap for IBM Research http://www.research.[...]
[27] 학술지 Emission of spin waves by a magnetic multilayer traversed by a current 1996-10
[28] 학술지 Current-driven excitation of magnetic multilayers 1996-10
[29] 웹사이트 Nonvolatile random access memory device https://patents.goog[...] Japan Patent Office 2023-05-20
[30] Citation Magnetic Random Access Memory Devices 2003-10
[31] 특허 Magnetoresistive random access memory with reduced switching field 2002-06-18
[32] 웹사이트 NSF Award Search: Award#0539675 - SBIR Phase I: Zero-Remanence Tamper-Responsive Cryptokey Memory https://www.nsf.gov/[...]
[33] 보도자료 Toshiba and NEC Develop World's Fastest, Highest Density MRAM http://www.nec.co.jp[...] NEC Corporation 2006-07-10
[34] 보도자료 Freescale Leads Industry in Commercializing MRAM Technology http://media.freesca[...] Freescale Semiconductor 2006-07-10
[35] 뉴스 MRAM debut cues memory transition http://eetimes.com/e[...] EE Times 2006-10-07
[36] 간행물 Prototype 2 Mbit Non-Volatile RAM Chip Employing Spin-Transfer Torque Writing Method http://www.hitachi.c[...] Hitachi Ltd. 2007-02-13
[37] 간행물 IBM and TDK Launch Joint Research & Development Project for Advanced MRAM https://web.archive.[...] IBM 2007-08-22
[38] 간행물 Toshiba develops new MRAM device that opens the way to giga-bits capacity http://www.toshiba.c[...] Toshiba Corporation 2007-11-06
[39] 간행물 NEC Develops World's Fastest SRAM-Compatible MRAM With Operation Speed of 250MHz. http://www.nec.co.jp[...] NEC Corporation 2007-12-01
[40] 웹사이트 Japanese Satellite First to Use Magnetic Memory https://www.scientif[...]
[41] 웹사이트 Samsung, Hynix partner on STT-MRAM https://web.archive.[...] 2008-10-01
[42] 간행물 Freescale launches independent company to accelerate MRAM business http://everspin.com/[...] 2008-06-29
[43] 뉴스 Chip Maker to Announce It Will Spin Off Memory Unit https://www.nytimes.[...] 2008-06-09
[44] 뉴스 Freescale's MRAM spin-off rolls new devices http://eetimes.com/e[...] 2008-11-13
[45] conference 32-mb 2t1r spram with localized bi-directional write driver and ‘1’/‘0’dual-array equalized reference cell https://ieeexplore.i[...] IEEE 2009
[46] 웹사이트 News | Crocus Technology https://web.archive.[...]
[47] 뉴스 MRAM chips go serial in smart meters http://eetimes.com/e[...] 2009-11-16
[48] 뉴스 Everspin MRAM reaches 16 Mbits, looks toward embedded use in SoCs https://archive.toda[...] EDN 2010-04-19
[49] 뉴스 Everspin Launches 16Mbit MRAM, Volume In July http://www.electroni[...] Electronics Weekly 2010-04-20
[50] 웹사이트 "[VLSI] Hitachi, Tohoku Univ Announce Multi-level Cell SPRAM — Tech-On!" http://techon.nikkei[...] Techon.nikkeibp.co.jp 2014-01-09
[51] 간행물 Extremely fast MRAM data storage within reach http://www.ptb.de/en[...] PTB 2011-03-09
[52] 뉴스 Everspin makes ST-MRAM a reality, LSI AIS 2012: Non-volatile memory with DDR3 speeds http://semiaccurate.[...] SemiAccurate.com 2012-11-16
[53] 웹사이트 Everspin press release https://web.archive.[...]
[54] 웹사이트 Voltage-controlled MRAM: Status, challenges and prospects http://www.eetimes.c[...]
[55] 웹사이트 Everspin ST-MRAM Incorporated for Cache Memory Into Buffalo Memory SSD http://www.businessw[...] Business Wire 2014-01-09
[56] 웹사이트 Magnetic nanoparticles breakthrough could help shrink digital storage http://www.gizmag.co[...] Gizmag.com 2014-01-09
[57] 간행물 Everspin and GLOBALFOUNDRIES Partner to Supply Fully Processed 300mm CMOS Wafers with Everspin's ST-MRAM Technology https://web.archive.[...] 2020-08-22
[58] 웹사이트 Cheil Worldwide acquires Founded https://www.koreatim[...] Korea Times 2016-06-27
[59] 웹사이트 Researchers celebrate 20th anniversary of IBM's invention of Spin Torque MRAM by demonstrating scalability for the next decade — IBM Blog Research https://www.ibm.com/[...] 2016-07-11
[60] 웹사이트 Everspin Announces Sampling of Industry's First 256Mb Perpendicular Spin Torque MRAM to Customers http://www.thessdrev[...] 1026-08-05
[61] 웹사이트 Sony revealed as MRAM foundry for Avalanche https://www.eenewsan[...] 2020-08-22
[62] 웹사이트 IEDM: Magnetic RAM debuts as 28nm embedded NVM | EETE Analog https://web.archive.[...] 2017-03-03
[63] 웹사이트 Everspin starts to ship customer samples of its 28nm 1Gb STT-MRAM chips https://www.mram-inf[...] 2019-12-03
[64] 뉴스 Samsung Says It's Shipping 28-nm Embedded MRAM https://www.eetimes.[...]
[65] 웹사이트 UMC and Avalanche Technology Partner for MRAM Development and 28nm Production http://www.avalanche[...] 2020-08-22
[66] 웹사이트 IBM to reveal the world's first 14nm STT-MRAM node https://www.mram-inf[...] 2020-12-17
[67] 웹사이트 TSMC shows its eMRAM technology roadmap https://www.mram-inf[...] 2021-05-16
[68] 웹사이트 Local researchers make advanced MRAM device https://www.taipeiti[...] Taipei Times 2021-11-09
[69] 웹사이트 TOGGLE MRAM: FIRST GENERATION MRAM http://www.everspin.[...] "エバースピン・テクノロジーズ" 2014-10-01
[70] 문서 ハードエラーとは文字通り、破損や寿命などで素子が正常に動作できなくなることを意味する。対して{{仮リンク|ソフトエラー|en|Soft error}}はその時点で記憶していた情報は失われるが、素子の電源を入れ直したり情報を書き込み直したりすれば元通り使用できるようになる
[71] 뉴스 Freescale、MRAMの製品化を実現 https://www.itmedia.[...] ITmedia ニュース 2006-07-11
[72] PDF Press Release 1Gb CS Availability Final.pdf https://www.everspin[...]
[73] 저널 APPLIED PHYSICS: Toward a Universal Memory
[74] 뉴스 GF Debuts 7nm, Embedded MRAM http://www.eetimes.c[...] 2017-04-25
[75] 웹인용 FDSOI to Get Embedded MRAM, Flash Options at 28nm http://www.eetimes.c[...] 2017-04-25


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