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目前主流的MRAM利用巨磁阻效應( GMR）和磁性隧道結(MTJ)）的隧穿電阻效應來(lái)進(jìn)行存儲。以MTJ為例,其元胞結構包括自由層、隧道層和固定層3個(gè)層面（如圖1所示)。自由層的磁場(chǎng)極化方向是可以改變的,而固定層的磁場(chǎng)方向是固定不變的,在電場(chǎng)作用下電子會(huì )隧穿絕緣層勢壘而垂直穿過(guò)器件，電流可隧穿的程度及MTJ的電阻均由2個(gè)磁性層的相對磁化方向來(lái)確定3'。當自由層的磁場(chǎng)方向與固定層的磁場(chǎng)方向相同時(shí),存儲單元呈現低阻態(tài)“0”;當兩者磁場(chǎng)方向相反時(shí),存儲單元呈現高阻態(tài)“1”。MRAM器件通過(guò)檢測存儲單元電阻的高低來(lái)判斷所存儲的數據是“0”還是“1”。 圖1MTJ結構示意圖 典型的存儲單元電路結構如圖2所示，一般是由1個(gè)NMOS管與MTJ單元集成在一起。NMOS管的柵極連接到存儲陣列的字線(xiàn)( word line,WL)﹐源（漏）極通過(guò)源極線(xiàn)( source line, SL)與MTJ的固定層相連;而連接到MTJ自由層上的連線(xiàn)為存儲陣列的位線(xiàn)( bit line, BL）。在位線(xiàn)和源極線(xiàn)之間施加不同的電壓,產(chǎn)生流過(guò)磁隧道結的寫(xiě)入電流(Iwrite）﹐Iwrite可改變磁隧道結自由層的磁化方向，使隧穿電阻變化,完成“0”和“1”的存儲。MRAM電路的讀取機制是電流從位線(xiàn)流入，并通過(guò)MTJ和 MOS管輸出，電壓的大小同樣依賴(lài)于MTJ電阻的高低,相同讀取電流下所產(chǎn)生的輸出電壓不同。根據輸出電壓就可以判斷存儲單元所儲存的數據是“0”還是“1”。 圖2 MRAM工作原理示意圖 1個(gè)MTJ和1個(gè)MOSFET（即1T1M）結構構成MRAM基本的存儲單元,眾多存儲單元又組成存儲陣列，一般的MRAM電路除存儲陣列之外還有相應的外圍電路。如圖3所示的存儲器外圍電路主要包括靈敏放大器、譯碼電路、讀/寫(xiě)控制電路等。與SRAM等存儲器類(lèi)似,靈敏放大器主要用來(lái)對位線(xiàn)信號進(jìn)行放大�？梢�(jiàn)除了存儲陣列之外,外圍電路均可采用與傳統工藝兼容的CMOS電路進(jìn)行設計制造。 圖3典型存儲單元結構示意圖 Everspin Technologies，Inc是設計制造MRAMSTT-MRAM的翹楚，其市場(chǎng)和應用領(lǐng)域涉及數據持久性和完整性以及低延遲和安全性至關(guān)重要。Everspin MRAM被廣泛應用在數據中心，云存儲和能源，工業(yè)和汽車(chē)及運輸市場(chǎng)等領(lǐng)域。Everspin總代理英尚微電子支持提供驅動(dòng)和例程以及產(chǎn)品應用解決方案等。 |
