本周，在2019年VLSI技术和电路研讨会（2019年6月9日至14日）上，世界领先的纳米电子学和数字技术研究和创新中心imec演示了自旋轨道转矩MRAM（SOT-MRAM）设备的无场开关操作——在写操作期间无需外部磁场。该概念便于制造，不会影响SOT-MRAM设备的可靠性和亚纳秒写入性能。新的无场开关概念为基于MRAM的技术和非易失性逻辑和存储器应用（如非易失性锁存电路和触发器）的进一步发展提供了可能性。
具有钴磁硬掩模（MHM）的SOT无场开关MTJ的横向TEM横截面图。
在2018年关于VLSI技术和电路的研讨会上，imec展示了使用CMOS兼容工艺在300mm晶圆上制造最先进的SOT-MRAM器件的可能性。这些SOT-MRAM器件是一类非易失性存储器，由于其高耐久性和亚纳秒开关速度，有可能取代快速L1/L2 SRAM ca通过在邻近磁隧道结（MTJ）的SOT层中注入面内电流来执行存储器元件的写入。在写操作期间，需要一个小的面内磁场来打破对称性并确保确定的磁化切换。在当今的设备中，这是通过施加外部磁场来实现的，这被认为是这些设备实际使用的一个主要障碍。
Imec提出了一个可靠的“无场”开关概念，该概念包括在硬掩膜中嵌入一个铁磁体，用于塑造SOT层。利用该铁磁体，在磁隧道结的自由层上诱导了一个小的均匀面内场。“与其他建议的解决方案相比，imec集成解决方案的一个主要优点是能够分别优化磁性隧道结的特性和无场开关的条件。”imec项目总监古里·桑卡尔（Gouri Sankar Kar）解释道。“这种‘去耦合’将我们的无场开关解决方案转变为一种便于制造的概念，这是SOT-MRAM器件大批量生产的主要要求。”
写入速度低于300ps，续航时间不限（最高可达10秒）11该方法在保留SOT-MRAM器件的原始子纳秒写入的同时，被证明是可靠的。“这证实了SOT-MRAM设备在低级别缓存中替代SRAM的潜力”， Gouri Sankar Kar补充道。“此外，新的无场开关概念有可能应用于其他基于MRAM的技术，如自旋转移扭矩MRAM (STT-MRAM)和电压控制磁各向异性(VCMA)，并为其他非易失性逻辑和存储应用打开大门，如非易失性触发器和非易失性锁存电路。”未来的工作将集中于通过降低开关电流来进一步降低SOT-MRAM器件的能量消耗。
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