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MRAM即磁阻式隨機訪問存儲器的簡稱。經過10多年不間斷的研發，全球第一款正式量產并供貨的MRAM芯片型號為MR2A16A，它采用44腳的TSOP封裝，容量為4M比特。它采用一個3.3V的單電源供電，可以以高達28.5MHz的頻率進行讀/寫操作。 在當今的電子設備中有各種各樣的存儲器件，包括SRAM、DRAM、閃存以及硬盤等。不同的存儲器件有不同的特性，它們在使用壽命、讀寫速度、存儲容量/密度以及使用方式和價格等各方面都存在很大的差異，是無法互相替代的。所以在一個設備中經常有多種存儲器件存在。目前還沒有一種存儲技術能取代所有這些存儲器件，成為一種通用的存儲器。但MRAM的出現改變了這種狀況，MRAM集成了sram的高速讀寫性能與閃存存儲器的非易失性，它可以作為一個單一的存儲器件，用于既需要快速且大量存儲數據，又需要斷電后保持數據，并可快速恢復的系統中。 圖1.MRAM存儲單元的結構 MRAM之所以具有這樣的性能，是由于與傳統的RAM不同，它是靠磁場極化的形式，而不是靠電荷的形式來保存數據的。MRAM的存儲單元的結構如圖2所示，它由三個層面構成，最上面的成為自由層，中間的是隧道柵層，下面的是固定層。自由層的磁場極化方向是可以改變的，而固定層的磁場方向固定不變。當自由層與固定層的磁場方向平行時，存儲單元呈現低電阻;當磁場方向相反時，呈現高電阻。MRAM通過檢測存儲單元電阻的高低，來判斷所存儲的數據是0還是1。 圖2更加清楚地展示了MRAM存儲單元的結構和讀寫方法。圖中下方左側是一個晶體管，當它導通時，電流可流過存儲單元MTJ(磁性隧道結)，通過與參考值進行比較，判斷存儲單元阻值的高低，從而讀出所存儲的數據。當晶體管關斷時，電流可流過編程線1和編程線2(圖中WriteLine和WriteLine2)，在它們所產生的編程磁場的共同作用下，使自由層的磁場方向發生改變，從而完成編程的操作。 圖2.MRAM的存儲單元結構即讀/寫模式 實現MRAM可靠存儲的一個主要障礙是較高的位干擾率。對目標存儲單元進行編程時，非目標單元中的自由層可能會被誤編程。目前Everspin研究人員已經成功解決了此問題。寫入線1和寫入線2上的脈沖電流產生旋轉磁場，只有它們共同作用的單元才會發生磁化極性的改變，從而不會干擾相同行或列的其它位單元。 要進一步隔離非目標單元，使其不受干擾，Everspin還使用鍍層包裹內部銅線的三個側面。此鍍層將磁場強度引向并集中到目標單元。這使得可以使用低得多的電流進行編程，并隔離磁場周邊的通常會遭到干擾的單元。 大批量生產Everspin MRAM設備的另一個難題是由于極薄的A10x隧道結。A10x結厚度上的微小變化都會導致位單元電阻的很大改變。Everspin也解決了這一問題，從而實現了在整個晶圓表面上以及整個批量上，都能產生一致的隧道結。 Everspin還通過增加兩個附加層來改進固定磁性層。在固定層下面增加了一層釘(Ru)。在Ru層下面又增加了另一個稱為牽制層(pinninglayer)的磁性層。固定層和牽制層的極性相反，將會引起很強的耦合，使固定層的極性保持鎖定，因此不會在編程操作過程中引起誤反轉。 |
