El uso de memorias magneto-resistivas de acceso aleatorio [1] o (MRAMs en su acrónimo inglés) presenta claras ventajas frente a las memorias dinámicas de acceso aleatorio [2] (DRAMs en su acrónimo inglés) que constituyen la tecnología de elección en el momento presente. La principal entre esas ventajas es el carácter no volátil de las MRAMs frente al volátil y necesitado de refresco periódico de las DRAMs. Sin embargo, y aunque el desarrollo de las MRAMs se inició a finales de la década de los 90 del siglo XX, la implementación de estas memorias no ha alcanzado un grado de madurez tecnológica suficiente como para conseguir su implantación masiva. De hecho, el único producto comercial disponible es el chip de 220 bits de Freescale Semiconductors (actual NXP Semiconductors) fabricado con la obsoleta tecnología de 180 nm. La integración es pues el gran reto tecnológico del desarrollo de MRAMs. Además de este las memorias MRAMs se enfrentan también a los problemas ligados a las amortizaciones y elevados retornos comerciales de tecnologías a las que superan en prestaciones (principalmente, velocidad de conmutación) como la Flash (también no volátil).
El proyecto se encuadra dentro del campo de desarrollo de la implementación de MRAMs basadas en la aleación amorfa Fe80B20, una aleación cuyas propiedades de histéresis son modificables mediante irradiación local con rayos X [3] y que potencialmente puede ayudar a reducir significativamente la dimensión lateral de los elementos MRAM (basados en Permalloy).
Los elementos MRAM objeto de este trabajo están basados en una capa blanda, de Fe80B20, de espesor 10nm, un espaciador no metálico no magnético, de vacío con un espesor de 5 nm y una capa dura, de Co, con espesor de 5 nm. El conjunto tiene forma paralelepipédica con bases cuadradas de dimensiones variables entre los 500 nm x 500 nm y los 200 nm x 200 nm.
En particular, se han estudiado las propiedades de histéresis de dispositivos MRAM basados en Fe80B20 en función de las dimensiones de la base del dispositivo y, a partir de estos datos, se han identificado las dimensiones que mejor funcionalidad MRAM presenta (menor y mayor campos coercitivos de las capas blanda y dura, respectivamente).
Las simulaciones se han llevado a cabo considerando la aproximación micromagnética basada en elementos finitos y, más concretamente, los códigos Gmsh y Magpar.
Abstract:
The use of magneto-resistive random access memories [1] (MRAMs) has clear advantages over dynamic random access memories [2] DRAMs), which are the technology of choice at present. Chief among these advantages is the non-volatile nature of MRAMs as opposed to the volatile and periodically refreshing nature of DRAMs. However, although the development of MRAMs began in the late 1990s, the implementation of these memories has not reached a sufficient degree of technological maturity to achieve mass deployment. In fact, the only commercially available product is the 220-bit chip from Freescale Semiconductors (now NXP Semiconductors) manufactured with the obsolete 180 nm technology. Integration is therefore the major technological challenge in the development of MRAMs. In addition to this, MRAMs also face the problems linked to amortisation and high commercial returns of technologies they surpass in terms of performance (mainly switching speed) such as Flash (also non-volatile).
The project is in the field of developing the implementation of MRAMs based on the amorphous Fe80B20 alloy, an alloy whose hysteresis properties are modifiable by local X-ray irradiation [3] and which can potentially help to significantly reduce the lateral dimension of MRAM elements (based on Permalloy).
The MRAM elements in this work are based on a 10 nm thick Fe80B20 soft layer, a 5 nm thick non-metallic, non-magnetic vacuum spacer and a 5 nm thick Co hard layer. The assembly has a parallelepiped shape with square bases of variable dimensions between 500 nm x 500 nm and 200 nm x 200 nm.
In particular, the hysteresis properties of Fe80B20-based MRAM devices have been studied as a function of the device base dimensions and, from these data, the dimensions with the best MRAM functionality have been identified (lower and higher coercive fields of the soft and hard layers, respectively).
The simulations have been carried out considering the micromagnetic finite element approach and, more specifically, the Gmsh and Magpar codes.
El uso de memorias magneto-resistivas de acceso aleatorio [1] o (MRAMs en su acrónimo inglés) presenta claras ventajas frente a las memorias dinámicas de acceso aleatorio [2] (DRAMs en su acrónimo inglés) que constituyen la tecnología de elección en el momento presente. La principal entre esas ventajas es el carácter no volátil de las MRAMs frente al volátil y necesitado de refresco periódico de las DRAMs. Sin embargo, y aunque el desarrollo de las MRAMs se inició a finales de la década de los 90 del siglo XX, la implementación de estas memorias no ha alcanzado un grado de madurez tecnológica suficiente como para conseguir su implantación masiva. De hecho, el único producto comercial disponible es el chip de 220 bits de Freescale Semiconductors (actual NXP Semiconductors) fabricado con la obsoleta tecnología de 180 nm. La integración es pues el gran reto tecnológico del desarrollo de MRAMs. Además de este las memorias MRAMs se enfrentan también a los problemas ligados a las amortizaciones y elevados retornos comerciales de tecnologías a las que superan en prestaciones (principalmente, velocidad de conmutación) como la Flash (también no volátil).
El proyecto se encuadra dentro del campo de desarrollo de la implementación de MRAMs basadas en la aleación amorfa Fe80B20, una aleación cuyas propiedades de histéresis son modificables mediante irradiación local con rayos X [3] y que potencialmente puede ayudar a reducir significativamente la dimensión lateral de los elementos MRAM (basados en Permalloy).
Los elementos MRAM objeto de este trabajo están basados en una capa blanda, de Fe80B20, de espesor 10nm, un espaciador no metálico no magnético, de vacío con un espesor de 5 nm y una capa dura, de Co, con espesor de 5 nm. El conjunto tiene forma paralelepipédica con bases cuadradas de dimensiones variables entre los 500 nm x 500 nm y los 200 nm x 200 nm.
En particular, se han estudiado las propiedades de histéresis de dispositivos MRAM basados en Fe80B20 en función de las dimensiones de la base del dispositivo y, a partir de estos datos, se han identificado las dimensiones que mejor funcionalidad MRAM presenta (menor y mayor campos coercitivos de las capas blanda y dura, respectivamente).
Las simulaciones se han llevado a cabo considerando la aproximación micromagnética basada en elementos finitos y, más concretamente, los códigos Gmsh y Magpar.
Abstract:
The use of magneto-resistive random access memories [1] (MRAMs) has clear advantages over dynamic random access memories [2] DRAMs), which are the technology of choice at present. Chief among these advantages is the non-volatile nature of MRAMs as opposed to the volatile and periodically refreshing nature of DRAMs. However, although the development of MRAMs began in the late 1990s, the implementation of these memories has not reached a sufficient degree of technological maturity to achieve mass deployment. In fact, the only commercially available product is the 220-bit chip from Freescale Semiconductors (now NXP Semiconductors) manufactured with the obsolete 180 nm technology. Integration is therefore the major technological challenge in the development of MRAMs. In addition to this, MRAMs also face the problems linked to amortisation and high commercial returns of technologies they surpass in terms of performance (mainly switching speed) such as Flash (also non-volatile).
The project is in the field of developing the implementation of MRAMs based on the amorphous Fe80B20 alloy, an alloy whose hysteresis properties are modifiable by local X-ray irradiation [3] and which can potentially help to significantly reduce the lateral dimension of MRAM elements (based on Permalloy).
The MRAM elements in this work are based on a 10 nm thick Fe80B20 soft layer, a 5 nm thick non-metallic, non-magnetic vacuum spacer and a 5 nm thick Co hard layer. The assembly has a parallelepiped shape with square bases of variable dimensions between 500 nm x 500 nm and 200 nm x 200 nm.
In particular, the hysteresis properties of Fe80B20-based MRAM devices have been studied as a function of the device base dimensions and, from these data, the dimensions with the best MRAM functionality have been identified (lower and higher coercive fields of the soft and hard layers, respectively).
The simulations have been carried out considering the micromagnetic finite element approach and, more specifically, the Gmsh and Magpar codes. Read More
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