非易失性MRAM及其單元結構

MRAM的優異效能使它能較快取代目前廣泛採用的DRAM記憶體及EEPROM快閃記憶體，作為新一代計算機的記憶體。MRAM目前是新一代計算機記憶體的最佳候選者，但不是唯一的，與它同期並存的還有FRAM(鐵電隨機存取儲存器）和OUM(Ovshinsky電統一隨機存取儲存器)，三者科技內涵各有所長,市場預測尚難預料。本篇文章 代理商宇芯電子要介紹的是關於 非易失性MRAM 的單元結構。
 
MRAM器件的結構
一個二維MRAM儲存陣列如圖1所示,可見 器件是由相互正交的字線和位線組成刪格,每個MRAM單元位於字線和位線的交叉點(即格點）處。透過每條字線和每條位線的編碼可對器件中某個特定的MRAM單元定址並進行資料寫人或讀出的操作及程式執行。
 

 

 
MRAM單元的結構
MRAM單元的結構如圖2所示，它由四層薄膜組成,各層的作用自上而下依次簡述如下:
第一層自由層:是儲存資訊的磁性薄膜，寫入的磁場方向可與圖中的箭頭方向相同或相反;
第二層隔離層:是厚度僅有1~2 nm的非磁性薄膜,它對自旋取向不同的電子有隧穿勢壘效應;
第三層釘扎層:是MRAM單元中磁場具有固定方向的薄膜，
第四層交換層:是反鐵磁質薄膜。在MRAM儲存單元與外電路交換資訊時,確保釘扎層磁場方向不變。
前三層膜將一層非磁性薄膜夾在兩層磁性薄膜之間,這樣組成的三層結構一般稱為自旋閥或隧穿磁阻結(TMJTunneling Magneto-resistive Junction)。它對MRAM單元的儲存功能起重要作用，例如寫‘0’或寫‘1'。