非易失性儲存器MRAM技術介紹

MRAM是一種非易失性的磁性隨機儲存器。所謂“非易失性”是指掉電後﹐仍可以保持儲存內容完整,此功能與Flash快閃記憶體相同;而“隨機存取”是指處理器讀取資料時,不定要從頭開始,隨時都可用相同的速率,從記憶體的任何位置讀寫資訊。MRAM晶片中的儲存單元採用磁隧道結(MTJ)結構來進行資料儲存。

MTJ由固定磁層﹑薄絕緣隧道隔離層和自由磁層組成。當向MTJ施加偏壓時，被磁層極化的電子會透過一個稱為“穿遂”的過程，穿透絕緣隔離層。當自由層的磁矩與固定層平行時，MTJ結構具有低電阻;而當自由層的磁矩方向與固定層反向平行(anti- parallel)時，則具有高電阻。隨著裝置磁性狀態的改變,電阻也會變化，這種現象就稱為“磁阻”，“磁阻”RAM也因此得名。
 
與大部分其他半導體儲存器晶片技術不同， 中的資料以一種磁性狀態(而不是電荷)儲存,並且透過測量電阻來感應,不會干擾磁性狀態。採用磁性狀態儲存有2個主要優點:

①磁場極性不像電荷那樣會隨著時間而洩漏,因此即使在斷電的情況下,也能保持資訊﹔

②在兩種狀態之間轉換磁場極性時,不會發生電子和原子的實際移動,這樣也就不會有所謂的失效機制。在MRAM晶片中使用的磁阻結構非常類似於在硬碟中使用的讀取方式。
 
MRAM單元有兩條寫人線,還有讀取電流的路徑。電晶體導通用於檢測(讀取)，截止用於程式設計(寫人)。為了製造高密度儲存器，MRAM單元排列在個陣列中,每個寫入線橫跨數百數千個位，另有用於進行交叉點寫人的資料線和位線，以及字線控制的隔離電晶體。在寫人操作中,電流脈衝透過資料線和位線,只寫入處在兩線交叉點上的位。在讀取操作中，目標位的絕緣電晶體被開啟,MTJ上施加偏壓後﹐將產生的電流與參考值進行比較﹐以確定電阻狀態是低還是高。