目前市場上和各種不同非易失性挑戰(zhàn)的重新RAM技術，NRAM等各方面的優(yōu)點，也面臨著不同的挑戰(zhàn)。本文羅列了PCRAM、eMVM、技術，并探討了它們對溫度、無線性能等解決方案在芯格中介紹了高級驅動的Martin Mason解決方案中介紹了MRAM問題技術。于物聯(lián)網(wǎng)微控制器、汽車應用、人工智能等對低要求、有要求的應用領域。請見。

雖然 PCRAM、MRAM、ReRAM 和 NRAM 等各種 NVM 技術具有相似的高級特征，但它們的物理渲染卻大相徑庭。這為每個人提供了自己的一系列挑戰(zhàn)和解決方案。

PCRAM的歷史令人擔憂。它最初由三星、美光和 ST 發(fā)布，隨后出于可靠性原因從市場上撤下，然后重新推出。

熱量仍然是PCRAM的主要問題。PDF Solutions高級研究員兼參與總監(jiān) Tomasz Brozek 表示，雖然內(nèi)存是熱穩(wěn)定的并且可以處理高溫應用，但對一個單元進行編程時產(chǎn)生的熱量也可能影響其相鄰單元——所謂的“干擾” 。此外，加熱器尖端的局部加熱會導致附近的一些材料移動，從而導致電池上方出現(xiàn)空隙。

“加熱器的尖端是 600 到 700°C，”布羅澤克說。英特爾顯然通過其 Optane 內(nèi)存解決了這個問題，用更分布式的加熱器替換單點加熱器來緩解這個問題。

Brozek指出，還有其他問題，涉及復位狀態(tài)的穩(wěn)定性，非晶材料會自發(fā)生長一些晶體。這使得它更難用于模擬存儲器。他說 ReRAM 對于這個應用程序來說更穩(wěn)定。

此外，目前尚不清楚 PCRAM 是否或何時會在 1xnm 范圍內(nèi)制造。GlobalFoundries嵌入式存儲器高級總監(jiān) Martin Mason表示，很難找到一家能夠在 28 納米以下節(jié)點上構建 PCRAM 的代工廠。

MRAM的獨特之處在于在數(shù)據(jù)保留、耐用性和速度之間具有三向關系。您可以選擇其中任何兩個而犧牲第三個。“ MRAM是一種美麗的記憶，”Brozek 說。“［它］具有很好的可調性。有許多旋鈕需要轉動，包括可靠性。”

因此，Mason 說 GlobalFoundries 正在開發(fā)兩個版本的 MRAM——一個更類似于閃存，一個更類似于 SRAM，每個版本都有不同的權衡。

類似閃光的版本更強大，在 MJT 中具有更高的能壘。它在 10 萬個單元上具有很高的耐久性，但這低于SRAM類技術所期望的無限耐久性。它支持五個回流焊循環(huán)，可以處理更高的工作溫度。類 SRAM 版本具有更高的耐用性，但數(shù)據(jù)保留率更低，并且它可以支持比類閃存版本更低的工作溫度。

MRAM 在多個寫入周期后確實存在自我干擾的風險，這使得耐用性成為更大的挑戰(zhàn)。一種稱為自旋軌道轉移 （SOT-MRAM） 的新版本 MRAM 有助于解決這個問題，但這還不是一種經(jīng)過驗證的生產(chǎn)技術。

Brozek 還指出了蝕刻 MRAM 位單元時的挑戰(zhàn)，隨著時間的推移，MRAM 位單元變得更加圓柱形（而不是錐形）。因為位單元堆棧中有許多層非常不同的材料，“MRAM 不能使用 RIE ［反應離子蝕刻］——它的選擇性太高。你必須改變化學物質才能降低堆棧。” 相反，他們使用中性離子蝕刻，其中離子被加速，然后在濺射到晶圓上之前被中和。很難清潔所有角落，蝕刻材料可能會重新分布到其他地方。隨著時間的推移，這些可能會變成細絲，這使得這是一個必須仔細調整的加工挑戰(zhàn)。

至于溫度穩(wěn)定性，Mason 表示，格羅方德目前提供 2 級存儲器，他們正在努力實現(xiàn) 1 級。“MRAM 達到 ［1 級］ 還需要一段時間。” 這適用于所有新穎的 NVM 技術，”Mason 指出。

客戶反復關注的一個問題是外部磁場對 MRAM 內(nèi)容的影響。某些環(huán)境——靠近銷售點機器、感應電機、螺線管、揚聲器中的圓盤磁鐵和類似系統(tǒng)——會造成這種擔憂。從角度來看，Mason 指出，“幾十年來，我們一直在使用磁存儲”，從核心內(nèi)存到磁盤驅動器。“5 毫米到 1 厘米外，場急劇下降。” 他說，在 125°C 下，格羅方德 MRAM 對 500 Oe 具有 10 年的磁免疫性，一階。封裝中沒有固有的屏蔽，盡管可以以低成本添加。

還有其他問題。“MRAM 的主要故障機制是其薄 MgO 屏障的磨損，” KLA產(chǎn)品營銷經(jīng)理 Meng Zhu 說。 “當屏障存在缺陷，例如針孔或材料薄弱點時，結的電阻會隨著時間的推移而逐漸降低，也可能導致電阻突然下降（擊穿）。堆疊界面粗糙度、MgO 厚度均勻性是在 MgO 層中產(chǎn)生針孔/薄弱點的典型原因。在氧化的 MgO 的情況下，沉積的 Mg 層通過熱或等離子體氧化工藝轉化為 MgO，由于 Mg 和 MgO 的晶格參數(shù)不同，氧化程度也會導致針孔的產(chǎn)生。盡管直接檢測亞納米 MgO 層中的針孔具有挑戰(zhàn)性，但可以通過確保良好的工藝控制（例如使用光譜橢偏儀的薄膜沉積均勻性和 MgO 化學計量）來降低屏障中出現(xiàn)缺陷的機會。

在線缺陷檢測可以幫助檢測諸如在圖案化步驟期間在 MRAM 柱附近或側面形成的金屬顆粒等可靠性殺手，這些金屬顆粒可能會隨著時間的推移使 MTJ 短路。“與所有半導體技術一樣，在線檢測和計量過程控制的最佳實踐可以實現(xiàn)最佳的器件性能和良率，”朱說。“提高檢測靈敏度、采樣和創(chuàng)新數(shù)據(jù)分析技術可以對潛在可靠性問題的早期發(fā)現(xiàn)產(chǎn)生積極影響——這是所有制造商都希望實現(xiàn)的持續(xù)改進目標。由于 STT-RAM 的產(chǎn)量仍然相對較低，我們正在與客戶一起學習并推動此類改進。”

ReRAM有其自身的一系列挑戰(zhàn)，尤其是作為一種新技術。Mason 指出，在 85°C 以上或超過 10，000 次寫入周期時，燈絲可能會斷裂，可能會遇到挑戰(zhàn)。Adesto 對其實施進行了一些更改，稱為“導電橋”存儲器或 CBRAM，以突破這些限制。Adesto 的ReRAM是絲狀的（因此是導電橋）。它發(fā)現(xiàn)由銅或焊料電極產(chǎn)生的細絲可以細到一個原子寬。這使得燈絲的電阻很容易受到干擾，因為只需要幾個原子來移動就可以引起變化。

該公司發(fā)現(xiàn)，通過從金屬電極切換到半金屬電極，它得到了一個更寬的橋，表現(xiàn)更穩(wěn)健，解決了 Mason 提到的問題 - 以及焊料問題 - 并在熱穩(wěn)定性方面提高了一個數(shù)量級和數(shù)據(jù)保留。“Adesto 提供的 ReRAM 產(chǎn)品在與標準閃存設備相同的條件下運行。［它發(fā)表的一篇論文］表明，我們的技術可以用于汽車運行條件。材料以及 ［算法］ 在推動耐力改進方面也很重要，”Adesto 工程副總裁兼聯(lián)合創(chuàng)始人 Shane Hollmer說。

干擾問題通過在尋址時隔離位單元的選擇器來減輕。Adesto 使用簡單的單晶體管單電阻 （1T1R） 單元，由于額外的晶體管而在一定程度上增加了單元尺寸。“對于提高密度和堆疊的新穎選擇器有一些有趣的想法，但我們還沒有使用它們，”Hollmer 說。

盡管 ReRAM 在用作閃存的替代品時沒有 MRAM 所具有的三向權衡關系，但根據(jù) Hollman 的說法，它適用于針對 DRAM 的應用程序——這在今天似乎不是一種常見的應用程序。當談到機器學習的模擬使用時，他們不相信給定的陣列會在 100°C 下保持 10 年，因為每隔幾周或幾個月就會定期更新。如果沒有，他們確實認為定期刷新是一種好習慣。

在實驗的基礎上，Adesto 還研究了將電介質從 Al2O3 更改為 SiO2，以將有時在擦除過程中發(fā)生的位單元短路降低到 ECC 可以管理的水平。在另一項實驗中，它著眼于通過使用差分方案來減少隨機編程誤差，其中兩個單元被編程為相反的狀態(tài)，然后以差分方式感測電流。

NRAM是迄今為止這些技術中的最新技術。Nantero 的目標是使用 NRAM 的 DRAM 市場，但它并沒有自己制造內(nèi)存。相反，它正在許可技術。

富士通是第一個公開宣布的被許可人。但正如富士通高級營銷經(jīng)理 TongSwan Pang 所說，該公司的目標不是 DRAM。相反，它使用 NRAM 作為 NVM 來與閃存競爭。它已經(jīng)建立了生產(chǎn)線，并正在微調模具尺寸。富士通正試圖在 2020 年底之前完成這項技術，六個月后將推出一款小型、不具侵略性的獨立內(nèi)存產(chǎn)品，隨后主要用于定制 SoC。“我們開發(fā)的所有內(nèi)存都將用于嵌入式或利基市場，”Pang 說。

也就是說，目前可用的大部分可靠性數(shù)據(jù)都來自 Nantero。該公司的首席系統(tǒng)架構師 Bill Gervasi 說，與所有其他技術不同，這種技術沒有移動費用。這意味著它們沒有機會被困或造成損壞，從而可能具有較長的數(shù)據(jù)保留時間和較高的耐用性。“我們已經(jīng)測試了 1013 個周期，還沒有看到任何磨損。”

基本技術有一個相當不尋常的證明點：“這是在哈勃維修期間的航天飛機上，”他說，因此它已被證明可以承受太空的嚴酷考驗。Nantero 將數(shù)據(jù)保留建模為極高，在 300°C 時會出現(xiàn)退化。但根據(jù)該公司的計算，這種退化將數(shù)據(jù)保留期從 12，000 年縮短到 300 年。當然，這些數(shù)字必須在一個完整的產(chǎn)品中得到證明，以確認它們是真實的。

其他內(nèi)存技術正處于評估的早期階段。在一份關于新興內(nèi)存增長的報告中，Handy 和一位同事描述了其他一些正在探索的技術。MRAM 有一種變體，它利用電場來強制電子自旋。它被稱為磁電 RAM （MeRAM）。有鐵電 RAM （FeRAM），它利用電偶極子來存儲數(shù)據(jù)。還有聚合物鐵電存儲器 （PFRAM），它設置聚合物的狀態(tài)以存儲值。這些對于可靠性評估來說還為時過早，但重要的是要注意今天的主要內(nèi)存競爭者可能不會仍然是唯一可用的。

至于哪些記憶最有可能成功，好吧，即使是分析師也不愿做出判斷。Objective Analysis 總經(jīng)理 Jim Handy 的一份報告預測了 DRAM、NAND 閃存、MRAM 和“3D XPoint”——英特爾的 Optane 技術。但是，他指出，“。..。..我們所代表的嵌入式 MRAM 可能會成為 ReRAM，甚至可能成為其他一些新興內(nèi)存，如果新興內(nèi)存增長速度更快的話。” 他并沒有宣布 MRAM 是贏家。它是從競爭中活生生的記憶的替身。