1、什么是MRAM

與傳統(tǒng)半導體存儲器將數(shù)據(jù)存儲為電荷的方式截然不同，MRAM（磁阻隨機存取存儲器）作為一種非易失性存儲器，利用磁化（例如電子自旋）方向存儲數(shù)據(jù)。與現(xiàn)有的半導體技術相比， MRAM 具有許多優(yōu)勢， 因為它本質上是非易失性的（例如， 在電源切斷時能夠保持數(shù)據(jù)），同時還表現(xiàn)出非常好的耐久性（例如，讀/寫周期數(shù)）和低功耗。上一代MRAM 稱為pSTT MRAM（垂直自旋轉移力矩隨機存取存儲器），已被業(yè)界選擇在28/22 nm 以下的工藝中替代嵌入式閃存，目前主要的半導體代工廠都可以生產(chǎn)。

pSTT MRAM結構示意圖與高低阻態(tài)

雖然STT MRAM 目前正被作為主流主流非易失性存儲器技術（NVM），但全球的研究人員已經(jīng)在研究下一代技術，即SOT-MRAM（自旋軌道扭矩MRAM）。通過同時實現(xiàn)STT 無法實現(xiàn)的無限耐久性和高速性，SOT可以擴大MRAM 在緩存存儲器中的應用。SOT-MRAM 有可能成為通用嵌入式存儲器，取代微控制器、微處理器和片上系統(tǒng)中的嵌入式NVM 或嵌入式SRAM。

STT-MRAM與 SOT-MRAM器件示意圖（圖片來源于網(wǎng)絡）

2、晶圓級超快三維磁場探針臺如何測量MRAM

MRAM存儲器件在晶圓上制造完成后，需要在外部磁場下進行測試， 以表征MRAM 器件在環(huán)境相關干擾磁場下的運行性能。這一測試可以在晶圓級、切割前或封裝芯片級完成。無論何種情況下，都需要能將三維磁場施加到自動測試設備上。從本質上講， MRAM 測試要求在施加外部磁場的同時對晶圓進行電學測試。此外，測試必須使用可提供MRAM 器件工作的超窄時域電壓/ 電流脈沖的高頻配套硬件完成。

不同階段生產(chǎn)階段，三維磁場探針臺可實現(xiàn)的工作內(nèi)容

晶圓級超快三維磁場探針臺工作過程如下：

• 掃描器件上方的磁場（垂直和/ 或平面），同時通過直流電流測量器件的電阻。這樣可以提取滯后曲線，該曲線反映了存儲單元從一種狀態(tài)切換到另一種狀態(tài)并保留存儲信息的能力。垂直磁場可達5000 Oe（0.5T）以上，確保翻轉器件中的各種磁性層。

• 向器件施加超窄脈沖寬度（低至300ps， 高達5V 振幅）的脈沖信號，以進行片上讀/ 寫操作，并表征其可靠性（擊穿電壓）。

1、什么是磁傳感器

磁傳感器可以檢測地磁和磁體或電流產(chǎn)生的磁性強度，并將磁場或磁編碼信息轉換為電信號供電子電路處理。因其可以廣泛應用于感測位置、速度或運動方向等領域，因此越來越受歡迎。

• Hall傳感器

霍爾效應傳感器是用半導體基板上的載流條形導體構建的，當放置在磁場環(huán)境中時會被激活，并通過霍爾效應產(chǎn)生垂直于電流方向的電壓?；魻杺鞲衅鲝V泛應用于汽車和工業(yè)領域。

Hall傳感器示意圖

• GMR傳感器

巨磁阻（GMR）傳感器是一個由界面導電層隔開的兩個薄磁性層組成的三明治結構。該設備有兩種電阻狀態(tài)。當兩個磁性層具有平行的磁化方向時器件具有低電阻狀態(tài)，當兩個磁性層磁化方向相反時，器件具有高電阻狀態(tài)。GMR傳感器是具有良好溫度穩(wěn)定性的精確磁場傳感器。它們已被廣泛應用于硬盤驅動器（HDD）領域以及工業(yè)應用中。

GMR傳感器示意圖

• AMR傳感器

各向異性磁阻（AMR）傳感器由各向異性磁條線組成，該磁條線具有與磁化方向和導電方向的角度相關的等效電阻。與其他磁阻傳感器相比，AMR傳感器具有相對較低的磁阻（MR）比。它們在工業(yè)、商業(yè)和空間科學應用中用作運動或角度傳感器以及地球磁場傳感器。

AMR傳感器示意圖

• TMR 傳感器

隧道磁阻（TMR）是由隧道勢壘隔開的鐵磁材料層堆疊組成。TMR器件的電阻與兩個鐵磁層之間的相對角度有關。與其他磁場傳感器相比，TMR傳感器具有更好的信噪比，具有前所未有的精度和極低的功耗。TMR傳感器在適用溫度范圍和傳感器壽命范圍內(nèi)具有非?？煽康姆€(wěn)定性。因此，TMR傳感器在要求非?？量痰膽弥惺鞘走x。

TMR 傳感器示意圖

2、晶圓級超快三維磁場探針臺如何測量磁性傳感器

傳感器通過測量磁場變化提取有關位置、角度、強度和磁場方向的信息。測量的結果是與零件運動或電流流動相關的數(shù)據(jù)。為了驗證芯片產(chǎn)品是否適用于最終應用，測試是在晶圓級進行的，方法是在改變晶圓上方磁場的同時進行電學探測。

超快三維磁場探針臺工作過程如下：

• 在空間1D、2D 或3D 的任何方向上施加快速且穩(wěn)定的靜磁場，并測量傳感器的輸出電信號。

• 應用振幅或角度快速掃描的可變磁場，對產(chǎn)品進行高吞吐量的分類，實現(xiàn)晶圓上的完全覆蓋測試，同時降低測試成本。

作為一家擁有專業(yè)知識的自動測試設備（ATE）提供商，Hprobe可以為MRAM和磁性傳感器制造商提供交鑰匙解決方案，加速產(chǎn)品的開發(fā)與生產(chǎn)。測試時間作為生產(chǎn)中的關鍵性能指標，直接關系到開發(fā)周期的縮短。Hprobe構建用于SENSOR和MRAM技術和產(chǎn)品的專用晶圓測試設備，兼顧最大的靈活性和最短的測試時間，為用戶帶來顯著經(jīng)濟價值，大幅縮短產(chǎn)品上市和量產(chǎn)時間。Hprobe的解決方案滿足了靈活性和高性能的需求平衡，為工程師從技術開發(fā)到生產(chǎn)控制的漫長道路提供支持。

Hprobe 擁有前沿的 3D 磁場發(fā)生器技術，能夠產(chǎn)生具有極快振幅和角掃描速率的高強度磁場，并集成到專用于高通量運行的磁性器件晶圓級測試產(chǎn)品中，解決了磁性集成電路工業(yè)測試的諸多挑戰(zhàn)。其特殊設計的磁場發(fā)生器和電源通過空氣冷卻運行，無需復雜的液體冷卻裝置，進一步提升了設備的實用性與可靠性。

技術特點：

快速：極高的磁場掃描速率，每秒高達10000步采樣，滿足高通量、大規(guī)模生產(chǎn)要求的測試需求。

靈活：具有獨立可控空間軸的真正3D磁場，實現(xiàn)垂直和面內(nèi)場生成的任何組合。

強大：單向超高強度磁場，結合極快的掃描速度，在20微秒內(nèi)實現(xiàn)高達2特斯拉的掃場速率。

主要測試功能舉例

開路/短路測試

AC/DC I-V、R-V測試

交流/直流擊穿電壓試驗

讀/寫脈沖測試

R-H角/振幅回線測試

誤碼率測試

器件循環(huán)和穩(wěn)定性測試

相圖

STT-MRAM的測試程序舉例

TMR傳感器的測試程序舉例

Hprobe 成立于 2017 年 3 月，總部位于法國格勒諾布爾，是領先的自旋電子學研究實驗室之一 SPINTEC 的子公司。基于多年在磁性測試方面的先進研究，Hprobe為半導體行業(yè)提供前沿的解決方案。Hprobe 具有特有的、自研的多維磁場技術，用于磁性器件和傳感器的晶圓級表征和測試。其產(chǎn)品線包括用于在所有開發(fā)階段測試和表征 MRAM 器件（STT、SOT、VCMA）和磁傳感器（TMR、GMR 等）的專用設備。2025 年 3 月， Hprobe 被 Mycronic 收購。 Mycronic 是一家專注于電子行業(yè)精密生產(chǎn)設備的瑞典上市高科技公司。Hprobe 現(xiàn)在是 Mycronic 全球技術部門的一部分， 在 Mycronic 的全球化戰(zhàn)略支持下， 繼續(xù)與全球范圍內(nèi)開發(fā) MRAM的工廠和推進下一代磁傳感器的公司合作。