磁性隨機存儲器MRAM是一種利用磁態(tài)儲存信息的非易失性存儲器NVM，MRAM的基本結構是磁性穿隧結(MTJ)，由兩個鐵磁(FM)層組成，兩個鐵磁層之間由絕緣穿隧障壁隔開(參考圖1)。當兩個磁性層的磁化強度平行時，電子容易從一個磁性層穿隧到另一個磁性層，從而形成低電阻狀態(tài)(RP)。

然而，當兩個磁性層反平行時，電子穿隧變得困難，從而導致更高的電阻狀態(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度，可以在結中將信息儲存為“1”(R值高的狀態(tài))和“0”(R值低的狀態(tài))，然后可以藉由量測結電阻來讀取數(shù)據(jù)。透過施加外部磁場或在連接處產(chǎn)生脈沖電流，可以改變層的磁化方向；后者利用一種稱為“自旋轉移矩”(STT)的效應來改變極化電子的磁化強度。

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前的晶圓工藝中。與需要不斷刷新的DRAM不同，STT-MRAM儲存數(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，并使計算機無需等待軟件激活就可以立即啟動。 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)點使STT-RAM成為替代某些應用程序中現(xiàn)有內存當中最具吸引力的候選者，并可能最終成為通用內存的解決方案。

圖2顯示IC產(chǎn)業(yè)中的內存階層結構。橫軸表示內存/儲存裝置的容量，縱軸表示內存組件的速度。過去，高速暫存內存和主存儲器之間，以及主存儲器和儲存裝置之間存在速度差距，如今許多新興的非揮發(fā)內存(NVM)已開始縮小這些差距。相變化內存(PCM)，電阻式隨機存取內存(RRAM)和MRAM已經(jīng)在某些應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器。從長遠來看，一旦可以進一步提高其密度，就可以預期MRAM以及PCM或RRAM可以用作儲存級(storage class)內存解決方案。
 
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