磁阻式隨機存取記憶體
| 電腦記憶體類型 |
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| 光學式 |
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| 歷史上 |
磁阻式隨機存取記憶體（Magnetoresistive Random Access Memory，縮寫為MRAM），是一種非易失性記憶體技術，從1990年代開始發展。這個技術的擁護者認為，這個技術速度接近SRAM，具有快閃記憶體的非揮發性，容量密度及使用壽命不輸DRAM，平均能耗遠低於DRAM，成為真正的通用型記憶體（Universal memory）[1]。它目前由Everspin公司生產，其他公司，包括格羅方德和三星電子已經宣佈產品計劃[2][3]。
描述
[編輯]與傳統的RAM晶片技術不同，MRAM中的數據不作為電荷或電流流動存儲，而是由磁存儲元件存儲。 這些元件由兩個鐵磁性板形成，每個鐵磁板可以保持由薄的絕緣層分開的磁化。兩個板之一是設置為特定極性的永磁體; 另一個板的磁化可以改變以匹配外部磁場的磁化來存儲存儲器。 這種配置被稱為磁性隧道結，是MRAM位的最簡單的結構。存儲設備由這樣的「單元」的網格構建。
讀取的最簡單的方法是通過測量一個單元的電阻來實現。（通常）通過為相關聯的電晶體供電流（通常）選擇特定的一個單元，其將電流從電源線通過單元切換到地。由於隧道磁阻，單元的電阻由於兩個板中磁化的相對取向而變化。通過測量所得到的電流，可以確定任何特定單元內的電阻，並從此確定可寫板的磁化極性。通常，如果兩個板具有相同的磁化對準（低電阻狀態），則將其視為「1」，而如果對準反平行，則電阻將更高（高電阻狀態），這意味着「0」。
它應用巨磁阻效應為其工作原理。
使用各種方式將數據寫入單元格。在最簡單的「經典」設計中，每個單元位於彼此成直角佈置的一對寫入線之間，平行於單元，一個在單元之上和之下。當電流通過它們時，在可寫板拾取的接合處產生感應磁場。這種操作模式類似於核心內存，這是1960年代常用的一種系統。這種方法需要相當大的電流來產生這一領域，然而，這使得它對MRAM的主要缺點是低功耗使用不太有趣。另外，隨着器件的尺寸縮小，有一段時間，感應場與小區域相鄰的單元格重疊，導致潛在的錯誤寫入。這個問題，半選擇（或寫入干擾）問題似乎為這種類型的單元設置了相當大的最小尺寸。這個問題的一個實驗性解決方案是使用使用巨磁阻效應編寫和閱讀的圓形域，但是似乎這一行研究已經不再活躍了。
一種較新的技術，自旋轉移轉矩（STT）或自旋轉移切換使用自旋對準（「極化」）電子直接扭轉域。具體來說，如果流入層中的電子必須改變它們的旋轉，則將產生將轉移到附近層的轉矩。這會降低編寫單元格所需的電流量，使其與讀取過程大致相同。[ 引證需要 ]有人擔心，「經典」的類型的MRAM單元將具有在高密度難度由於在寫入期間所需要的電流的量，即STT避免的問題。因此，STT支持者希望將該技術用於65納米或更小的器件。缺點是需要保持旋轉一致性。總體而言，STT比常規或切換MRAM要求的寫入電流要少得多。該領域的研究表明，通過使用新的複合結構，STT電流可以降低多達50倍。然而，高速運行仍然需要更高的電流。
其他可能的安排包括在寫入過程期間，磁隧道結短暫加熱（讓人想起相變記憶）的「 熱輔助開關 」（TAS-MRAM），並在其餘時間保持MTJ在更冷的溫度下穩定; 和「垂直傳輸MRAM」（VMRAM），其使用通過垂直列的電流來改變磁方向，可以以更高的密度使用減少寫干擾問題的幾何佈置。
綜述文獻提供了垂直幾何中與MRAM相關的材料和挑戰的細節。作者描述了一個名為「Pentalemma」的新術語，它代表五種不同要求的衝突，例如寫入電流，位穩定性，可讀性，讀/寫速度和與CMOS的過程集成。討論材料的選擇和MRAM的設計，以滿足這些要求。
歷史
[編輯]以下大部分內容均來自mram-info （頁面存檔備份，存於互聯網檔案館）網站：
- 1955年，磁芯記憶體具有與MRAM相同的讀寫原理。
- 1984年 - 巨磁阻效應 （頁面存檔備份，存於互聯網檔案館）的發現
- 1988年 - 歐洲科學家（阿爾貝·費爾和彼得·格林貝格）發現了薄膜結構中的「巨磁阻效應」。
- 1995年 - 摩托羅拉（後來成為飛思卡爾）開始了MRAM開發工作
- 1996年 - 自旋轉移矩 (Spin transfer torque, STT)被提出[4][5]
- 1998年 - 摩托羅拉開發256Kb MRAM測試晶片[6]
- 2000年 - IBM和英飛凌建立了MRAM聯合開發計劃。
- 2000年 - Spintec實驗室的第一個自旋扭矩轉移專利。
應用
[編輯]MRAM的建議應用包括以下設備：
參閱
[編輯]參考資料
[編輯]- ^ Akerman, J. APPLIED PHYSICS: Toward a Universal Memory. Science. 2005, 308 (5721): 508–510. PMID 15845842. doi:10.1126/science.1110549.
- ^ 存档副本. [2017-07-03]. （原始內容存檔於2017-03-04）.
- ^ 存档副本. [2017-07-03]. （原始內容存檔於2017-03-04）.
- ^ L Berger. Emission of spin waves by a magnetic multilayer traversed by a current. Physical Review B. October 1996, 54: 9353–9358.
- ^ Current-driven excitation of magnetic multilayers. Journal of Magnetism and Magnetic Materials. October 1996, 159 (1-2): L1–L7. doi:10.1016/0304-8853(96)00062-5.
- ^ N.P. Vasil'eva, Magnetic Random Access Memory Devices, Automation and Remote Control, October 2003, 64 (9): 1369–1385
外部連結
[編輯]- （英文）mram-info.com, MRAM工業新聞資料交換所 （頁面存檔備份，存於互聯網檔案館）
- （英文）Everspin Technologies （頁面存檔備份，存於互聯網檔案館）, manufacturer of MRAM memory
- （英文）Sbiaa, R.; Meng, H.; Piramanayagam, S. N. Materials with perpendicular magnetic anisotropy for magnetic random access memory. Physica status solidi (RRL) – Rapid Research Letters. 2011, 5 (12): 413. doi:10.1002/pssr.201105420.
- （英文）IBM research – MRAM By Richard Butner （頁面存檔備份，存於互聯網檔案館）