MRAM応力分布図（MRAM Stress Distribution Map）

1. 概要 / Overview

• MRAMセルにおける機械的応力は、信頼性や書き込み動作に大きな影響を与える。
  Mechanical stress in MRAM cells significantly affects reliability and write performance.
• 特にMTJ（Magnetic Tunnel Junction）の熱障壁低下や物理的破壊の要因となり得る。
  It may reduce the energy barrier or cause physical damage to the MTJ.

2. シミュレーション設定 / Simulation Setup

• FEMソルバー：Ansys / COMSOL / Sky130版OpenFEM（仮想例でも可）
  FEM solver: Ansys, COMSOL, or Sky130-compatible OpenFEM (hypothetical examples accepted).
• 材料構成：MTJ層（CoFeB / MgO / CoFeB）、BE（下部電極）、TE（上部電極）
  Material stack: MTJ layers (CoFeB / MgO / CoFeB), Bottom Electrode (BE), Top Electrode (TE).
• 熱源：書き込みパルスによるジュール熱（Joule Heating）
  Heat source: Joule heating from write pulses.

3. 応力分布結果 / Stress Map Results

• 熱-機械連成解析により、温度勾配による応力集中を確認
  Thermo-mechanical coupling analysis shows stress concentration from thermal gradients.
• 応力は主にMTJ中心およびCu BEとの界面に集中
  Stress peaks around the MTJ and Cu-BE interface.
• 以下に2次元応力マップを図示
  A 2D stress distribution map is shown below.

4. 解釈と設計フィードバック / Interpretation and Design Feedback

• 応力ピークがMTJ破壊や信頼性低下と相関
  Peak stress correlates with MTJ breakdown and reliability degradation.
• 配線構造や層構成の最適化による緩和が有効
  Stress can be mitigated through optimized interconnect and layer design.

5. SystemDK DesignKitへの反映 / Integration into SystemDK DesignKit

• BRDK/IPDKに応力耐性パラメータを追加
  Add stress tolerance parameters to BRDK and IPDK.
• MRAMとAMSの混載設計時に応力警告を提示するマーカー設計
  Include design rule markers to warn about stress risks in MRAM-AMS integration.

6. 参考文献 / References

• [1] J. Kim et al., IEEE Trans. Electron Devices, 2023
• [2] 内製PoC構造モデルとFEM解析結果
  In-house PoC structural model and FEM simulation results

図1 / Figure 1： MRAMセル断面構造における熱-応力分布（FEMシミュレーション例）。MTJ領域において応力集中が見られる。
Simulated thermal stress distribution in an MRAM cell. Stress is concentrated around the MTJ region.