英特爾顯示了2MB ST-MRAM陣列的L4緩存級應(yīng)用程序性能和可靠性。這要求在工業(yè)操作溫度范圍內(nèi)具有高密度，高帶寬和高耐久性。表I中所顯示STT-MRAM的L4高速緩存應(yīng)用程序所需的規(guī)范。
   
要替換SRAM或eDRAM，需要大于256GB/秒的帶寬和大于10Mb/mm2的陣列密度。如圖1所示的密度要求限制了位單元的間距和訪問晶體管的尺寸，因此限制了STT寫入可用的最大的電流，因此將數(shù)據(jù)保留的時間在110°C的最高工作溫度下限制為“1秒”。

 
另一方面要求1e12個周期的寫入耐久度會限制最大寫入電流，以確保耐久度保持在ECC可校正的范圍內(nèi)。為了實現(xiàn)小于100dpm的可接受的ECC可校正的1Gb陣列誤碼率（BER）（1Gb陣列失敗概率為1e-4），所需的固定和隨機寫入錯誤率（WER）錯誤如圖2所示。兩種不同的體系結(jié)構(gòu)，具有三重糾錯（TEC）的128b字節(jié)和具有雙重糾錯（DEC）的512b字節(jié)。對于1e12寫事件，隨機BER需要為1e-8至1e-10。

 
55nmMTJ需要可靠的堆棧優(yōu)化和反應(yīng)離子蝕刻（RIE）工藝。發(fā)現(xiàn)有缺陷的故障時會降低電阻和TMR的短路模式（硬性短路和軟性短路）。融合了時間=0時的失敗位。可接受的WER電平和較短的寫入脈沖需要使MTJ過驅(qū)動，受可用驅(qū)動電流和耐久性考慮因素的限制，如下列圖3所示。

 
最小電流是讀取干擾所需的電流，隨著溫度的降低而提高，因此讀取干擾選定在測量溫度為95℃下，可以通過1e7讀取完整的字節(jié)來獲取。圖14中顯示了NVM應(yīng)用程序和經(jīng)過優(yōu)化的L4高速緩存設(shè)備（具有10ns寫脈沖）縮放的MTJ的寫錯誤率曲線，如藍(lán)色顯示。

 
WER的關(guān)鍵條件是在-10°C，但是隨著溫度的升高，MJT變得更容易寫入，而在更高的溫度下VCC可以降低。由于缺陷的熱激活會導(dǎo)致MgO介電擊穿，因此在105°C下進行了耐久性測試。

關(guān)鍵詞：ST-MRAM