磁性隨機(jī)存儲(chǔ)器MRAM是一種利用磁態(tài)儲(chǔ)存信息的非易失性存儲(chǔ)器NVM，MRAM的基本結(jié)構(gòu)是磁性穿隧結(jié)(MTJ)，由兩個(gè)鐵磁(FM)層組成，兩個(gè)鐵磁層之間由絕緣穿隧障壁隔開(參考圖1)。當(dāng)兩個(gè)磁性層的磁化強(qiáng)度平行時(shí)，電子容易從一個(gè)磁性層穿隧到另一個(gè)磁性層，從而形成低電阻狀態(tài)(RP)。

然而，當(dāng)兩個(gè)磁性層反平行時(shí)，電子穿隧變得困難，從而導(dǎo)致更高的電阻狀態(tài)(RAP)。穿隧磁阻(TMR)是MTJ最重要的參數(shù)之一，量化了我們區(qū)分高阻狀態(tài)和低阻狀態(tài)的能力，透過操縱其中一層的磁化強(qiáng)度，可以在結(jié)中將信息儲(chǔ)存為“1”(R值高的狀態(tài))和“0”(R值低的狀態(tài))，然后可以藉由量測(cè)結(jié)電阻來讀取數(shù)據(jù)。透過施加外部磁場(chǎng)或在連接處產(chǎn)生脈沖電流，可以改變層的磁化方向；后者利用一種稱為“自旋轉(zhuǎn)移矩”(STT)的效應(yīng)來改變極化電子的磁化強(qiáng)度。

ST-MRAM具有出色的工藝微縮能力，并且可以很容易地整合到當(dāng)前的晶圓工藝中。與需要不斷刷新的DRAM不同，STT-MRAM儲(chǔ)存數(shù)據(jù)并不需要消耗功率。用MRAM代替DRAM可以防止數(shù)據(jù)丟失，并使計(jì)算機(jī)無需等待軟件激活就可以立即啟動(dòng)。 STT-MRAM的密度比SRAM高，其讀寫速度也高于閃存，耐久性也更好。所有這些優(yōu)點(diǎn)使STT-RAM成為替代某些應(yīng)用程序中現(xiàn)有內(nèi)存當(dāng)中最具吸引力的候選者，并可能最終成為通用內(nèi)存的解決方案。

圖2顯示IC產(chǎn)業(yè)中的內(nèi)存階層結(jié)構(gòu)。橫軸表示內(nèi)存/儲(chǔ)存裝置的容量，縱軸表示內(nèi)存組件的速度。過去，高速暫存內(nèi)存和主存儲(chǔ)器之間，以及主存儲(chǔ)器和儲(chǔ)存裝置之間存在速度差距，如今許多新興的非揮發(fā)內(nèi)存(NVM)已開始縮小這些差距。相變化內(nèi)存(PCM)，電阻式隨機(jī)存取內(nèi)存(RRAM)和MRAM已經(jīng)在某些應(yīng)用程序中用作嵌入式NVM，例如微控制器(MCU)。


在未來的幾年中，MRAM或許可以取代某些SRAM，用于更接近核心處理器的高速緩沖存儲(chǔ)器。從長(zhǎng)遠(yuǎn)來看，一旦可以進(jìn)一步提高其密度，就可以預(yù)期MRAM以及PCM或RRAM可以用作儲(chǔ)存級(jí)(storage class)內(nèi)存解決方案。
 
關(guān)鍵詞：MRAM