ICS 31.200 L 56 团 体 标 准 T/CIE 092—2020 自旋转移矩磁随机存储器测试方法 Test methods for spin-transfer to rque magnetic random-access memory 2020-12-21 发布 2021-01-25 实施 中 国 电 子 学 会 发布 全国团体标准信息平台 T/CIE 092—2020 I 目 次 前言............................................................... .................. I 1 范围 ............................................................... ............... 1 2 规范性引用文件 ............................................................... .....1 3 术语和定义 ............................................................... ......... 1 3.1 磁随机存储器 Magne tic Random Access Memo ry（MRAM） .......................... 1 3.2 磁隧道结 Magnetic Tunnel Junction（MTJ） .................................... 1 3.3 隧穿磁电阻率 Tunnel Ma gnetoresistance（TMR） ................................ 1 3.4 电阻面积矢量积 RA ........................................................... 2 3.5 自旋转移矩临界翻转电流密度 Jc................................................ 2 3.6 自旋轨道矩临界翻转电流密度 Jc................................................ 2 3.7 界面垂直磁各向异性常数 Ki.................................................... 2 3.8 热稳定因子 Thermal Stability Factor △ ...................................... 2 3.9 电压调控磁各向异性系数 ξ ................................................... 2 3.10 缩略语 ............................................................... ........ 2 4 测试方法 ............................................................... ........... 3 4.1 通则 ............................................................... ........... 3 4.2 隧穿磁电阻率测试方法 .......................................................... 3 4.3 电阻面积矢量积测试方法 ........................................................ 4 4.4 自旋转移矩临界翻转电流密度测试方法 ............................................ 4 4.5 自旋轨道矩临界翻转电流密度测试方法 ............................................ 5 4.6 界面垂直磁各向异性常数测试方法 ................................................ 6 4.7 热稳定因子测试方法 ............................................................ 7 4.8 电压调控磁各向异性系数测试方法 ................................................ 7 全国团体标准信息平台 T/CIE 092—2020 I 前 言 本标准按照 GB/T 1.1-2009给出的规则起草。 请注意本文件的某些内容可能涉及专利。本文件的发布机构不承担识别这些专利的责任。 本标准由中国电子学会提出。 本标准起草单位：北京航空航天大学、北京智芯微电子科技有限公司、北京芯可鉴科技有限公司、 上海佑磁信息科技有限公司、致真存储（北京）科技有限公司。 本标准主要起草人：赵巍胜、彭守仲、曹凯华、王昭昊、聂天晓、史可文、王佑、邓尔雅、王戈飞、 陈燕宁、付振、潘成、刘芳、卢辉。 全国团体标准信息平台 T/CIE 092—2020 1 自旋转移矩磁随机存储器评价 1 范围 本标准给出了自旋转移矩磁随机存储器（ Spin-Transfer Torque Magnetic Random Access Memory ， STT-MRAM ）的术语、测试原理、被测件、测试环境、测试设备、测试程序等。 本标准适用于自旋转移矩磁随机存储器以及内嵌上述存储器的集成电路。 2 规范性引用文件 下列文件对于本文件的应用是必不可少的。 凡是注日期的引用文件， 仅注日期的版本适用于本文件。 凡是不注日期的引用文件，其最新版本（包括所有的修改单）适用于本文件。 GB/T 35003-2018 非易失性存储器耐久和数据保持试验方法 GB/T 17574-1998 半导体器件 集成电路 第2部分：数字集成电路 GB/T 6648-1986 半导体集成电路静态读 /写存储器空白详细规范（可供认证用） 3 术语和定义 3.1 磁随机存储器 Magneti c Random Ac cess Memory （MRAM） 利用磁性层的磁矩作为信息存储的载体，利用磁电阻性质作为信息读取的方法，具有非易失性、近 乎无限次擦写和快速写入等优点的随机存储器。 3.2 磁隧道结 Magnetic Tunnel Junction（MTJ） 磁隧道结为磁随机存储器的基本存储单元。 它的核心部分是由两个铁磁金属层夹着一个隧穿势垒层 而形成的三明治结构。 3.2.1 参考层（固定层） Reference Layer（Pinned Layer） 磁隧道结中的一个铁磁层，它的磁化方向沿着易磁化轴方向保持不变。 3.2.2 自由层 Free Layer 磁隧道结中的另一个铁磁层，其磁化有两个稳定的取向，分别与参考层的磁化方向平行或反平行。 3.2.3 隧穿势垒层 Tunnel Barrier 磁隧道结中两层铁磁层中间的由金属氧化物等绝缘体材料形成的薄膜层。 3.3 隧穿磁电阻率 Tunnel Magn etoresistance（TMR） 磁隧道结处于反平行状态和平行状态时的电阻差值与平行状态时的阻值的比值。 隧穿磁电阻率决定 全国团体标准信息平台 T/CIE 092—2020 2 了自旋转移矩磁随机存储器的数据读取裕度和数据读取错误概率， 是决定自旋转移矩磁随机存储器性能 的关键参数。 3.4 电阻面积矢量积 RA 由磁隧道结处于平行态时的阻值和器件的横截面面积的矢量积计算得到。 电阻面积矢量积决定了自 旋转移矩磁随机存储器中磁隧道结的电阻大小，从而影响数据读取和写入的功耗，是决定自旋转移矩磁随机存储器性能的关键参数。 3.5 自旋转移矩临界翻转电流密度 Jc 在自旋转移矩驱动的磁化翻转过程中，当自旋转移矩电流密度大于一个临界值时，自旋转移矩使磁 化发生翻转，这个电流密度被称为自旋转移矩临界翻转电流密度。自旋转移矩临界翻转电流密度决定了自旋转移矩磁随机存储器的数据写入功耗，是决定自旋转移矩磁随机存储器性能的关键参数。 3.6 自旋轨道矩临界翻转电流密度 Jc 在自旋轨道矩驱动的磁化翻转过程中，当自旋轨道矩电流密度大于一个临界值时，自旋轨道矩使磁 化发生翻转，这个电流密度被称为自旋轨道矩临界翻转电流密度。自旋轨道矩临界翻转电流密度决定了自旋转移矩磁随机存储器的数据写入功耗，是决定自旋转移矩磁随机存储器性能的关键参数。 3.7 界面垂直磁各向异性常数 Ki 表示来源于界面处的单位面积内垂直磁各向异性能密度。 Ki越大，界面垂直磁各向异性越强。界面 垂直磁各向异性决定了自旋转移矩磁随机存储器的存储密度和数据存储稳定性， 是决定自旋转移矩磁随 机存储器性能的关键参数。 3.8 热稳定因子 Thermal Stability Factor △ 表示热波动下自由层磁化方