Mémoire non volatile qui stocke l'information grâce à la différence de résistance selon l'orientation de l'aimantation d'une jonction tunnel magnétique (MTJ).
Nom japonais: MRAM
« MRAM » apparaît dans 19 questions d'entraînement réparties sur 2 thèmes, dont Mémoires émergentes, SRAM et mémoire flash.
Domaine: Mémoires émergentes
L'élément de stockage est une jonction tunnel magnétique (MTJ) : une couche de référence fixe et une couche libre commutable, toutes deux ferromagnétiques, séparées par une barrière tunnel isolante d'environ 1 nm d'épaisseur. Lorsque les deux aimantations sont parallèles, les électrons traversent facilement par effet tunnel et la résistance est faible ; antiparallèles, elles donnent une résistance élevée. Cette magnétorésistance tunnel (TMR) distingue le 0 du 1. Les barrières en MgO cristallin donnent des taux de TMR de plusieurs centaines de pour cent, bien au-delà des quelques dizaines de pour cent de l'Al2O3 amorphe. La lecture fait passer un faible courant et compare le résultat à une référence ; elle ne perturbe pas l'aimantation, si bien qu'aucune réécriture n'est nécessaire.
Dans la STT-MRAM, le courant d'écriture traverse la MTJ elle-même. Les électrons polarisés en spin par la couche de référence transfèrent leur moment cinétique à la couche libre et la font basculer ; le sens du courant choisit l'état. Contrairement aux premières MRAM, écrites par les champs magnétiques de fils voisins, le courant d'écriture STT diminue avec la surface de la cellule, ce qui rend la miniaturisation possible. La limite est la stabilité thermique : la barrière d'énergie vaut l'anisotropie multipliée par le volume de la couche libre, et son rapport à kT, appelé Δ, doit être d'environ 60 ou plus pour une rétention de dix ans. Augmenter Δ augmente le courant d'écriture : on utilise donc des matériaux à aimantation perpendiculaire pour équilibrer les deux.
Les MTJ sont fabriquées entre les couches d'interconnexion, en fin de ligne (BEOL), une fois les transistors terminés, avec seulement quelques masques supplémentaires. La flash embarquée nécessite au contraire dix masques supplémentaires ou plus pour les grilles flottantes et devient peu réaliste au-delà d'environ 28 nm ou avec des grilles high-k/métal. La MRAM est donc l'un des principaux remplaçants de la flash embarquée dans les microcontrôleurs et les puces automobiles à 22 nm et en dessous. Les difficultés d'intégration consistent notamment à supporter les étapes thermiques du BEOL, d'environ 400 °C, et à structurer des films magnétiques sans redéposition de métal, généralement par gravure par faisceau d'ions.
Par rapport à la flash, la MRAM écrit en quelques nanosecondes à quelques dizaines de nanosecondes sans étape d'effacement et supporte plus de 10¹⁰ cycles, contre quelques milliers à quelques dizaines de milliers pour la NAND. Contrairement à la DRAM et à la SRAM, elle est non volatile. Ses faiblesses sont la densité et la marge de lecture : les cellules sont plus grandes que celles de la NAND et ne peuvent pas être empilées en 3D, si bien que le coût par bit est bien plus élevé, et un rapport de résistance de 2 à 3 donne des marges de lecture plus faibles qu'en DRAM ou en flash. La FeRAM stocke au contraire les données dans la polarisation ferroélectrique, et la mémoire à changement de phase dans la différence de résistance entre état cristallin et état amorphe.
Réponse : A. La différence de résistance selon l'orientation de l'aimantation d'une jonction tunnel magnétique (MTJ)
La MRAM utilise une jonction tunnel magnétique (MTJ), dans laquelle une couche isolante d'environ 1 nm d'épaisseur est prise en sandwich entre deux couches magnétiques. Grâce à l'effet de magnétorésistance tunnel, la résistance est faible lorsque les aimantations sont parallèles et élevée lorsqu'elles sont antiparallèles, ce qui permet de distinguer 0 et 1 ; l'aimantation étant conservée sans alimentation, la mémoire est non volatile. Ses atouts sont une endurance quasi illimitée et une grande rapidité. La différence de résistance entre cristal et amorphe est exploitée par la mémoire à changement de phase, et la charge électrique par la DRAM.
Réponse : C. Une endurance en réécriture très élevée et une écriture rapide
La MRAM mémorisant par l'orientation de l'aimantation, son endurance est bien supérieure à celle de la flash, qui implique une dégradation de l'oxyde (plus de 10¹⁰ cycles), l'écriture est rapide (quelques ns à quelques dizaines de ns) et aucune procédure d'effacement n'est nécessaire. Elle est donc de plus en plus adoptée comme mémoire embarquée de microcontrôleurs et d'équipements automobiles, ou pour les applications enregistrant fréquemment des données. En revanche, ses cellules sont grandes et non empilables, si bien qu'elle reste loin derrière la flash NAND en capacité et en coût par bit.
La MRAM est non volatile : les données sont conservées dans le sens d'aimantation de la couche libre, qui persiste sans alimentation, généralement dix ans ou plus. Elle combine cela avec des écritures rapides et une endurance très élevée.
La MRAM toggle, ou écrite par champ, fait basculer la couche libre grâce aux champs magnétiques créés par le courant dans des fils voisins, ce qui exige davantage de courant à mesure que les cellules rétrécissent. La STT-MRAM fait passer un courant polarisé en spin directement à travers la MTJ, si bien que le courant d'écriture diminue avec la taille de la cellule.
La flash embarquée ajoute de nombreuses étapes de procédé et est difficile à intégrer au-delà d'environ 28 nm ou avec des grilles high-k/métal. La MRAM est fabriquée dans les couches d'interconnexion avec seulement quelques masques supplémentaires et offre des écritures plus rapides et une endurance plus élevée.
La MRAM utilise une jonction tunnel magnétique (MTJ), dans laquelle une couche isolante d'environ 1 nm d'épaisseur est prise en sandwich entre deux couches magnétiques.
Quel est le principe de mémorisation de la MRAM ?La MRAM mémorisant par l'orientation de l'aimantation, son endurance est bien supérieure à celle de la flash, qui implique une dégradation de l'oxyde (plus de 10¹⁰ cycles), l'écriture est rapide (quelques ns à quelques dizaines de ns) et aucune procédure d'effacement n'est nécessaire.
Quel est l'avantage général de la MRAM par rapport à la mém…Cette technologie, annoncée en 2004 séparément par l'AIST au Japon et par IBM, a accru l'écart de résistance entre 0 et 1, permis l'augmentation de capacité des têtes de lecture de HDD et conduit à la mise en pratique de la MRAM.
Quel matériau est largement utilisé comme barrière tunnel d…La MRAM permet d'intégrer la MTJ au milieu des étapes d'interconnexion avec seulement quelques masques supplémentaires ; des fonderies comme TSMC et Samsung proposent ainsi de la MRAM embarquée en 22 nm et en dessous.
Quelle est l'une des raisons pour lesquelles la MRAM suscit…La lecture d'une MRAM fait circuler dans la MTJ un courant inférieur au courant d'écriture et détecte l'état parallèle (faible résistance) ou antiparallèle (forte résistance) par comparaison avec une résistance de référence, sous forme de différence de courant ou de tension.
Comment les données d'une MRAM sont-elles lues ?Jonction tunnel magnétique (MTJ) PCM (mémoire à changement de phase) Taux TMR Mémoire non volatile FeRAM (mémoire ferroélectrique) ReRAM (mémoire résistive) Grille flottante CMOS STT-MRAM 3D XPoint