在2003年vlsi技術研討會上，ibm與英飛凌公司的合作研發團隊發布了磁阻ram(mram)陣列的原型，這標志著mram技術獲得重要的發展動力。該mram聯盟總監a.r. sitaram展示了兩款均采用0.18微米工藝的測試芯片。這是采用0.18微米設計規則和標準邏輯工藝創建的mram原型首次公開亮相。此前，在mram開發方面居于領先地位的摩托羅拉公司曾發布過一款4mb mram。

    不過，mram存儲單元的尺寸能否迅速縮小從而使之具有競爭力依然是個問題。128kb的原型陣列每個存儲單元面積是1.4平方微米，與目前三種主流的存儲器——閃存、sram或者dram相比，這要大得多。

    然而，作為一種非易失性存儲器，ibm與英飛凌的mram據稱具有極優的性能，其存取時間僅為5納秒，寫脈沖也是5納秒。sitaram表示，mram的存儲持久性至少比閃存技術高兩個數量級。但他承認，mram存儲器寫一個單元需要6毫安電流，這仍然偏高。雙方的合作團隊正在研究改善交換層厚度的方法以減小功耗。“如果我們不知道如何改善功耗和單元尺寸，我們就不會開發mram，”sitaram說。

    日立公司的一位經理shinichiro kimura指出，縮小尺寸是個巨大的挑戰。目前為止，已公布的最小mram單元尺寸是0.6平方微米，而kimura認為，mram制造商需要將尺寸縮小到約0.1平方微米才能成功。

    相比之下，六晶體管sram單元在采用90納米工藝時大約是1平方微米。在vlsi研討會上，東芝和sandisk公司公布了一款采用90納秒工藝的nand型閃存單元，其尺寸僅為0.041平方微米。此外，東芝的工程師還介紹了一種采用65納米技術、尺寸為0.11平方微米的dram單元。

    不過，一位在t.j.watson研究中心工作的ibm工程師tak ning表示，mram的速度是如此之快，以至于ibm認為它可以用來取代在服務器中的sram。ibm堅信，如果mram能夠在單元尺寸和速度上擊敗sram，那么mram將在服務器領域贏得立足點，并逐漸進入低成本應用。英飛凌則瞄向了不同的目標應用，包括汽車ic，在此領域mram的可靠性和持久性將是關鍵因素。

    ibm和英飛凌宣布，他們將在位于法國的合資公司altis semiconductor集中制造mram存儲器。這家合資公司為mram產品開發提供了一座使用銅互連的現代化邏輯工藝晶圓廠。

    英飛凌的sitaram在vlsi研討會上透露，ibm-英飛凌合作團隊采用反應式離子蝕刻來定義磁性隧道結(mtj)，而以往一些技術使用的是離子研磨(ion milling)方式，這令很多與會者感到驚訝。合作團隊使用改進的商業噴鍍設備來沉淀超薄磁層和絕緣層。約12埃厚的鉑錳磁層與氧化鋁絕緣層必須極其均勻地敷在整個200毫米晶圓的表面上。

    mram的一項挑戰是如何在開關一個mtj時不造成相鄰位的極性“翻轉”。ibm研發中心磁電小組的高級經理bill gallagher表示，ibm-英飛凌合作團隊已經能夠在2%的范圍內控制開關的臨界點。

    在與英飛凌合作的同時，ibm還有兩個并行的mram開發項目。一項在日本京都進行的研究工作將一個晶體管與一個mtj相匹配，瞄準的是嵌入式存儲器應用。這種1t/1mtj方法對開關速度進行了優化。

    第二種方法是零晶體管，旨在用mram來替代閃存，瞄準的是獨立的大容量存儲應用。據gallagher介紹，這種方法又被稱為交叉點架構，它使用字(word)線和位(bit)線來控制對單個存儲單元的訪問。零晶體管方案能夠堆疊多個mtj，達到兩倍于1t/1mtj方法的密度。“我們能夠垂直堆疊2到4個、甚至6到8個mtj，這取決于我們怎樣利用這種方法，”gallagher說。但他把這種交叉點技術描述為第二代技術，并稱它不是那么容易實現的。

    作者：來大偉