SOT-RAM是一种很有前途的下一代磁存储器，可以为超低功耗电子产品铺平道路。然而，东京理科大学的科学家们已经确定了，在SOT-RAM的读取操作过程中会影响其可靠性的干扰源。幸运的是，他们还找到了一种通过稍微修改SOT-RAM结构来大大减少这种干扰的方法。他们的发现将有助于使这种类型的内存更快、更可靠，帮助其在可持续物联网应用中实现商业化。
随着物联网 (IoT) 时代的到来，许多研究人员都致力于使所涉及的大多数技术更具可持续性。为了实现“绿色物联网”这一目标，必须改进或彻底改变传统电子产品的一些组成部分，以使其不仅更快，而且更节能。根据这一推理，全球许多科学家目前正在尝试开发一种新型随机存取存储器 (RAM) 并将其商业化，以实现超低功耗电子产品：那就是磁性RAM。
磁性RAM中的每个存储单元存储“1”或“0”，具体取决于两个磁性层的磁性方向是否彼此相等或相反。存在各种类型的磁性RAM，它们的主要区别在于写入存储单元时如何修改磁性层的磁性方向。特别是，自旋注入扭矩RAM或STT-RAM是一种已经商业化的磁存储器。然而，为了实现更低的写入电流和更高的可靠性，正在积极研究一种称为自旋轨道扭矩RAM (SOT-RAM) 的新型磁存储器。
在SOT-RAM中，通过利用自旋轨道相互作用，可以极大地降低写入电流，从而降低功耗。此外，由于内存读取和写入电流路径不同，研究人员最初认为，无论是读取还是写入，对存储值的潜在干扰也很小。不幸的是，事实并非如此。
2017年，在日本东京理科大学的Takayuki Kawahara教授领导的一项研究中，研究人员报告称，SOT-RAM在读取存储值时面临额外的干扰源。在传统的SOT-RAM中，读出电流实际上共享部分写入电流路径。读取值时，由于自旋霍尔效应，读出操作会产生不平衡的自旋电流。如果影响足够大，这可能会无意中翻转存储的位，从而降低SOT-RAM中的读取可靠性。
为了解决这个问题，川原教授及其同事进行了另一项研究，该研究最近发表在IEEE Transactions on Magnetics上。该团队提出了一种新的 SOT-RAM 读取方法，可以消除这种新的读出干扰源。
简而言之，他们的想法是改变原来的SOT-RAM结构以创建双向读取路径。读取值时，读取电流同时从两个相反方向流出磁层。反过来，由每一侧产生的自旋电流产生的干扰最终会相互抵消。
除了巩固这种新的读出干扰源背后的理论外，研究人员还进行了一系列模拟来验证他们提出的方法的有效性。他们为磁性层和各种设备形状测试了三种不同类型的铁磁材料。结果非常有利，正如Kawahara教授所说：“我们证实，与SOT-RAM中的传统读取路径相比，所提出的方法将所有材料参数和器件几何形状的读出干扰降低了至少10倍。”
最重要的是，研究团队检查了他们的方法在实际SOT-RAM中使用的实际阵列结构类型中的性能。这个测试很重要，因为阵列结构中的读取路径不会完全平衡，具体取决于每个存储单元的位置。结果表明，即使将大约1,000个存储单元连接在一起，也可以充分减少读出干扰。该团队现在正在努力改进他们的方法以达到更多的集成单元。
这项研究可以为低功耗电子产品的新时代铺平道路，从个人电脑和便携式设备到大型服务器。Kawahara教授对他们所取得的成就感到满意，他说：“我们期望下一代SOT-RAM使用的写入电流比当前的STT-RAM低一个数量级，从而显着节省电力。我们的工作成果将有助于解决SOT-RAM的固有问题之一，这对其商业化至关重要。” 请务必继续关注磁存储器的下一个进展，让我们希望绿色物联网世界不会太远！
文章来源：内容由半导体行业观察
IEEE Spectrum
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