S-parameter Analysis for Read and Write Line of MRAM

In this work, transmission characteristics of read and write signal were calculated when a MRAM (magnetic random access memory) cell is operated up to 10 GHz. Test device having long read and write lines was modeled in 3 dimensions to perform a simulation. The simulation was divided into two parts, read and write operations, and S-parameters were computed utilizing FEM (finite element method) algorithm. Transmission coefficients, S$\sub$21/, for read and write operations of MRAM device which was designed for a single cell test configuration were analyzed from DC to 1 GHz and DC to 10 GHz, respectively. When the insulator thickness between the bit and sense lines was increased from 500 to 1500 ${\AA}$, 3 dB attenuation frequency was increased by 3.3 times, from 135 to 430 MHz. The length of the bit and sense lines were 600 ${\mu}$m. In addition, access time was estimated by calculating the propagation delay utilizing S-parameters.

MRAM read와 write line의 S-parameter 해석

본 연구에서는 MRAM(magnetic random access memory)이 10 GHz까지 높은 주파수에서 동작할 때 쓰기 신호와 읽기 신호가 얼마나 효율적으로 전달되는지 계산하였다. 이를 위해 읽기와 쓰기에 필요한 도선이 있는 시편을 3차원으로 모델링하였다. 모의실험은 쓰기 동작과 읽기 동작으로 나눠서 수행되었고, FEM(finite element method) 알고리즘을 이용하여 S-parameter를 출력하였다. 계산된 결과를 이용하여 실험적으로 설계된 MRAM 시편의 쓰기와 읽기 동작에서 전송계수 S$_{21}$을 각각 DC에서 1 GHz 그리고 100 GHz 까지의 영역에서 해석하였다. 또한 각각의 길이가 600 $\mu$m인 bit line과 sense line사이의 절연체 두께를 500에서 1500$\AA$으로 변화시켰을 때, 3 dB 감쇄 주파수를 135에서 430 MHz까지 약 3.3배 높일 수 있었다. 그리고 계산된 S-parameter를 이용하여 전달 지연을 계산하여 접근시간을 예측하였다.