MRAM简介 MRAM优点 MRAM 应用

2022-11-30 10:41浏览数:451
文章附图

MRAM 即磁阻式随机访问存储器的简称。MRAM 集成了 SRAM 的高速读写性能与闪存存储器的非易失性,它可以作为一个单一的存储器件,用于既需要快速、大量存储数据,又需要断电后保持数据,并可快速恢复的系统中。

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MRAM简介

MRAM是指以磁电阻性质来存储数据的随机存储器,它采用磁化的方向不同所导致的磁电阻不同来记录0和1,只要外部磁场不改变,磁化的方向就不会变化。不像DRAM为了耍保持数据需iI:电流不断流动,MRAM不需要刷新的操作。从原理上来看。MRAM的莆复凄写次数近乎无限次,片读取和写入速度接近SRAM。同时,MRAM的存储元小,存储容量上呵与DRAM十u比拟此外,穿隧式磁电阻材料有半导体材料所不具有的电阻值火的特点,使得其组件的功耗低。

MRAM的优点

MRAM兼具非易失、高速度、高密度、低耗等各种优良特性,所以被认为是电子设备中的理想存储器。另外,MRAM由于是金属材料为主,因此抗辐射能力远较半导体材料强。

与现有的静态存储器SRAM、动态存储器DRAM和快闪存储器Flash相比,MRAM性能都足非常优秀的。

MRAM所带来的另一个好处:允许将多种存储器功能集成到一个芯片上,从而削减对多个仔储器的需求、相应的成体和设备的大小.降低系统的复杂性,提高成本效益并延长电池寿命。

MRAM的应用

MRAM足大多数手机、移动设备、膝上机、pC等数字产品的存储器的潜在替代产品。从MRAM芯片技术的特性上来看,可以预计它将能解决包括计算机或手机启动慢、数据丢失、数据装载缓慢、电池寿命短等问题,明显改变消费者使用电子没备的方式.

MRAM的结构原理

MRAM之所以具有这样的性能,是由于与传统的RAM不同,它是靠磁场极化的形式,而不是靠电荷的形式来保存数据的。MRAM的存储单元的结构如图2所示,它由三个层面构成,最上面的成为自由层,中间的是隧道栅层,下面的是固定层。自由层的磁场极化方向是可以改变的,而固定层的磁场方向固定不变。当自由层与固定层的磁场方向平行时,存储单元呈现低电阻;当磁场方向相反时,呈现高电阻。MRAM通过检测存储单元电阻的高低,来判断所存储的数据是0还是1。

图3更加清楚地展示了MRAM存储单元的结构和读写方法。图中下方左侧是一个晶体管,当它导通时,电流可流过存储单元MTJ(磁性隧道结),通过与参考值进行比较,判断存储单元阻值的高低,从而读出所存储的数据。当晶体管关断时,电流可流过编程线1和编程线2(图中Writeine1和WriteLine2),在它们所产生的编程磁场的共同作用下,使自由层的磁场方向发生改变,从而完成编程的操作。


实现MRAM可靠存储的一个主要障碍是较高的位干扰率。对目标存储单元进行编程时,非目标单元中的自由层可能会被误编程。目前研究人员已经成功解决了此问题。写入线1和写入线2上的脉冲电流产生旋转磁场,只有它们共同作用的单元才会发生磁化极性的改变,从而不会干扰相同行或列的其它位单元。

要进一步隔离非目标单元,使其不受干扰,飞思卡尔半导体还使用镀层包裹内部铜线的三个侧面。此镀层将磁场强度引向并集中到目标单元。这使得可以使用低得多的电流进行编程,并隔离磁场周边的通常会遭到干扰的单元。


大批量生产MRAM设备的另一个难题是由于极薄的AlOx隧道结。AlOx结厚度上的微小变化都会导致位单元电阻的很大改变。如今的半导体技术已经解决了这一问题,从而实现了在整个晶圆表面上以及整个批量上,都能产生一致的隧道结。


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