Spin-yörünge torku (SOT), manyetik hizalamanın yönünü elektrik akımı ile değiştirmeyi sağlayan ve modern bellek aygıtlarının temelini oluşturan bir fiziksel etki olarak öne çıkıyor. Bu etkiye dayanan SOT-MRAM sistemleri, elektrik kesintilerinde dahi veriyi koruyabilme, hızlı anahtarlama ve düşük güç tüketimi gibi avantajlar sunuyor.
ENDÜSTRİYE UYUMLU SÜREÇ
Ulusal Yang Ming Chiao Tung Üniversitesi, Tayvan Yarı İletken Üretim Şirketi (TSMC), Endüstriyel Teknoloji Araştırma Enstitüsü (ITRI) ve diğer enstitülerden araştırmacılar, güçlü spin-yörünge kuplajı ile bilinen tungsten içeren kompozitlere dayalı yeni bir SOT-MRAM geliştirdi. Nature Electronics’te yayımlanan çalışmada tanıtılan bellek cihazlarının, yarı iletken endüstrisinin büyük ölçekli üretim akışlarıyla uyumlu süreçler kullanılarak üretilebildiği vurgulanıyor.
DÜŞÜK GÜÇ HEDEFİ
Çalışmanın baş yazarı Yen-Lin Huang, motivasyonun yeni nesil bilgi işlem için çok düşük güç tüketimli, yüksek hızlı ve güvenilir belleğe duyulan ihtiyaçtan kaynaklandığını belirtiyor. SOT-MRAM uzun zamandır önerilse de, nanosaniye anahtarlama, uzun süreli saklama ve yarı iletken süreç uyumluluğu altında büyük ölçekli entegrasyonun gösterilmesi temel zorluk olarak öne çıkıyordu.
HIZ VE DAYANIKLILIK BİR ARADA
Araştırma ekibinin hedefi; aynı anda hız ve dayanıklılık sağlayan, ayrıca elektronik endüstrisinde yaygın süreçlerle üretilebilen bir MRAM mimarisi oluşturmaktı. Geliştirilen aygıt, bilgiyi ince bir ferromanyetik katmanın mıknatıslanma yönünde depoluyor.
TUNGSTEN FAZI STABİL
Manyetik alan yerine spin-yörünge torku kullanılıyor: Tungsten tabakasından geçirilen akım, yaklaşık 1 ns içinde mıknatıslanmayı tersine çevirecek spinleri üretiyor. DRAM ve Flash ile karşılaştırıldığında, bu MRAM uçucu olmayan (Flash gibi) özelliği nanosaniye hızıyla (DRAM gibi) birleştirirken, çok daha düşük güç tüketiyor ve yenileme döngülerine gereksinim duymuyor. Burada benzersiz özellik, yüksek spin verimliliği ile endüstriyel entegrasyon sağlamak için tungsten fazının stabilize edilmesi olarak ifade ediliyor.
HIZLI ANAHTARLAMA TESTİ
Araştırmacılar 64 kilobit (kb) dizili bir bellek prototipi üreterek performansı gerçek dünya koşullarına yakın ayarlarda değerlendirdi. Sonuçlar, 1 ns düzeyinde olağanüstü anahtarlama ve 10 yılın üzerinde veri tutma süresini doğruladı.
YÜKSEK SICAKLIK DAYANIMI
Ekibin altını çizdiği kritik nokta, genellikle kontrolü güç olan ancak spin verimliliği için belirleyici bir tungsten fazının 700 °C’ye kadar stabilize edilmesi. Çalışma, SOT-MRAM’in çip içi önbellek ve gömülü bellek senaryolarına ölçeklenebileceğini, hem hızın hem de gürültüsüzlüğün kritik olduğu enerji tasarruflu yapay zekâ ve uç bilişim uygulamalarını mümkün kılabileceğini gösteriyor.
UYGULAMA CEPHELERİ GENİŞ
β-faz tungsten tabanlı yüksek performanslı SOT-MRAM’ların ölçeklenebilir ve büyük ölçekli üretime uygun yapısı, gelecekte başka araştırma gruplarının da hızlı, kararlı ve mevcut süreçlerle uyumlu bellek sistemleri geliştirmesinin önünü açabilir.
GELECEK PLANLARI AÇIK
Hedefler arasında, kavram kanıtı dizilerinden megabit sınıfı entegrasyona geçiş ve yazma akımının pikojoule/bit seviyelerinin altına indirilmesi yer alıyor. Fiziksel tarafta yeni oksit ve 2B arayüzlerin denenmesiyle verimlilik ve güvenilirliğin daha da artırılması planlanıyor. Sistem düzeyi gösterimlerde ise MRAM’ın yapay zekâ hızlandırıcıları ve mobil cihazlarda toplam gücü nasıl düşürdüğünün pratik olarak ortaya konması hedefleniyor.
