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磁阻式隨機存取記憶體

一月 15, 2024

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（英语：Universal memory）（Universal memory）[1]。它目前由Everspin（英语：Everspin Technologies）公司生产，其他公司，包括格羅方德和三星電子已经宣布产品计划[2][3]。

简化的磁性随机存储器的结构

描述 编辑

与传统的RAM芯片技术不同，MRAM中的数据不作为电荷或电流流动存储，而是由磁存储元件存储。 这些元件由两个铁磁性板形成，每个铁磁板可以保持由薄的绝缘层分开的磁化。两个板之一是设置为特定极性的永磁体; 另一个板的磁化可以改变以匹配外部磁场的磁化来存储存储器。 这种配置被称为磁性隧道结，是MRAM位的最简单的结构。存储设备由这样的“单元”的网格构建。

读取的最简单的方法是通过测量一个单元的电阻来实现。（通常）通过为相关联的晶体管供电流（通常）选择特定的一个单元，其将电流从电源线通过单元切换到地。由于隧道磁阻，单元的电阻由于两个板中磁化的相对取向而变化。通过测量所得到的电流，可以确定任何特定单元内的电阻，并从此确定可写板的磁化极性。通常，如果两个板具有相同的磁化对准（低电阻状态），则将其视为“1”，而如果对准反平行，则电阻将更高（高电阻状态），这意味着“0”。

它應用巨磁阻效应為其工作原理。

使用各种方式将数据写入单元格。在最简单的“经典”设计中，每个单元位于彼此成直角布置的一对写入线之间，平行于单元，一个在单元之上和之下。当电流通过它们时，在可写板拾取的接合处产生感应磁场。这种操作模式类似于核心内存，这是1960年代常用的一种系统。这种方法需要相当大的电流来产生这一领域，然而，这使得它对MRAM的主要缺点是低功耗使用不太有趣。另外，随着器件的尺寸缩小，有一段时间，感应场与小区域相邻的单元格重叠，导致潜在的错误写入。这个问题，半选择（或写入干扰）问题似乎为这种类型的单元设置了相当大的最小尺寸。这个问题的一个实验性解决方案是使用使用巨磁阻效应编写和阅读的圆形域，但是似乎这一行研究已经不再活跃了。

一种较新的技术，自旋转移转矩（STT）或自旋转移切换使用自旋对准（“极化”）电子直接扭转域。具体来说，如果流入层中的电子必须改变它们的旋转，则将产生将转移到附近层的转矩。这会降低编写单元格所需的电流量，使其与读取过程大致相同。[ 引证需要 ]有人担心，“经典”的类型的MRAM单元将具有在高密度难度由于在写入期间所需要的电流的量，即STT避免的问题。因此，STT支持者希望将该技术用于65纳米或更小的器件。缺点是需要保持旋转一致性。总体而言，STT比常规或切换MRAM要求的写入电流要少得多。该领域的研究表明，通过使用新的复合结构，STT电流可以降低多达50倍。然而，高速运行仍然需要更高的电流。

其他可能的安排包括在写入过程期间，磁隧道结短暂加热（让人想起相变记忆）的“ 热辅助开关 ”（TAS-MRAM），并在其余时间保持MTJ在更冷的温度下稳定; 和“垂直传输MRAM”（VMRAM），其使用通过垂直列的电流来改变磁方向，可以以更高的密度使用减少写干扰问题的几何布置。

综述文献提供了垂直几何中与MRAM相关的材料和挑战的细节。作者描述了一个名为“Pentalemma”的新术语，它代表五种不同要求的冲突，例如写入电流，位稳定性，可读性，读/写速度和与CMOS的过程集成。讨论材料的选择和MRAM的设计，以满足这些要求。

历史 编辑

以下大部分内容均来自mram-info （页面存档备份，存于互联网档案馆）网站：

应用 编辑

MRAM的建议应用包括以下设备：

参阅 编辑

参考资料 编辑

  1. ^ Akerman, J. APPLIED PHYSICS: Toward a Universal Memory. Science. 2005, 308 (5721): 508–510. PMID 15845842. doi:10.1126/science.1110549. 
  2. ^ . [2017-07-03]. （原始内容存档于2017-03-04）. 
  3. ^ . [2017-07-03]. （原始内容存档于2017-03-04）. 
  4. ^ L Berger. Emission of spin waves by a magnetic multilayer traversed by a current. Physical Review B. October 1996, 54: 9353–9358. 
  5. ^ 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. 
  6. ^ N.P. Vasil'eva, Magnetic Random Access Memory Devices, Automation and Remote Control, October 2003, 64 (9): 1369–1385 

外部链接 编辑

  • （英文）mram-info.com, MRAM工业新闻资料交换所 （页面存档备份，存于互联网档案馆）
  • （英文）Everspin Technologies （页面存档备份，存于互联网档案馆）, 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 （页面存档备份，存于互联网档案馆）

一月 15, 2024
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, 英语, universal, memory, universal, memory, 它目前由everspin, 英语, everspin, technologies, 公司生. 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 英语 Universal memory Universal memory 1 它目前由Everspin 英语 Everspin Technologies 公司生产 其他公司 包括格羅方德和三星電子已经宣布产品计划 2 3 简化的磁性随机存储器的结构 目录 1 描述 2 历史 3 应用 4 参阅 5 参考资料 6 外部链接描述 编辑与传统的RAM芯片技术不同 MRAM中的数据不作为电荷或电流流动存储 而是由磁存储元件存储 这些元件由两个铁磁性板形成 每个铁磁板可以保持由薄的绝缘层分开的磁化 两个板之一是设置为特定极性的永磁体 另一个板的磁化可以改变以匹配外部磁场的磁化来存储存储器 这种配置被称为磁性隧道结 是MRAM位的最简单的结构 存储设备由这样的 单元 的网格构建 读取的最简单的方法是通过测量一个单元的电阻来实现 通常 通过为相关联的晶体管供电流 通常 选择特定的一个单元 其将电流从电源线通过单元切换到地 由于隧道磁阻 单元的电阻由于两个板中磁化的相对取向而变化 通过测量所得到的电流 可以确定任何特定单元内的电阻 并从此确定可写板的磁化极性 通常 如果两个板具有相同的磁化对准 低电阻状态 则将其视为 1 而如果对准反平行 则电阻将更高 高电阻状态 这意味着 0 它應用巨磁阻效应為其工作原理 使用各种方式将数据写入单元格 在最简单的 经典 设计中 每个单元位于彼此成直角布置的一对写入线之间 平行于单元 一个在单元之上和之下 当电流通过它们时 在可写板拾取的接合处产生感应磁场 这种操作模式类似于核心内存 这是1960年代常用的一种系统 这种方法需要相当大的电流来产生这一领域 然而 这使得它对MRAM的主要缺点是低功耗使用不太有趣 另外 随着器件的尺寸缩小 有一段时间 感应场与小区域相邻的单元格重叠 导致潜在的错误写入 这个问题 半选择 或写入干扰 问题似乎为这种类型的单元设置了相当大的最小尺寸 这个问题的一个实验性解决方案是使用使用巨磁阻效应编写和阅读的圆形域 但是似乎这一行研究已经不再活跃了 一种较新的技术 自旋转移转矩 STT 或自旋转移切换使用自旋对准 极化 电子直接扭转域 具体来说 如果流入层中的电子必须改变它们的旋转 则将产生将转移到附近层的转矩 这会降低编写单元格所需的电流量 使其与读取过程大致相同 引证需要 有人担心 经典 的类型的MRAM单元将具有在高密度难度由于在写入期间所需要的电流的量 即STT避免的问题 因此 STT支持者希望将该技术用于65纳米或更小的器件 缺点是需要保持旋转一致性 总体而言 STT比常规或切换MRAM要求的写入电流要少得多 该领域的研究表明 通过使用新的复合结构 STT电流可以降低多达50倍 然而 高速运行仍然需要更高的电流 其他可能的安排包括在写入过程期间 磁隧道结短暂加热 让人想起相变记忆 的 热辅助开关 TAS MRAM 并在其余时间保持MTJ在更冷的温度下稳定 和 垂直传输MRAM VMRAM 其使用通过垂直列的电流来改变磁方向 可以以更高的密度使用减少写干扰问题的几何布置 综述文献提供了垂直几何中与MRAM相关的材料和挑战的细节 作者描述了一个名为 Pentalemma 的新术语 它代表五种不同要求的冲突 例如写入电流 位稳定性 可读性 读 写速度和与CMOS的过程集成 讨论材料的选择和MRAM的设计 以满足这些要求 历史 编辑以下大部分内容均来自mram info 页面存档备份 存于互联网档案馆 网站 1955年 磁芯記憶體具有与MRAM相同的读写原理 1984年 巨磁阻效应 页面存档备份 存于互联网档案馆 的发现 1988年 欧洲科学家 阿尔贝 费尔和彼得 格林贝格 发现了薄膜结构中的 巨磁阻效应 1995年 摩托罗拉 后来成为飞思卡尔 开始了MRAM开发工作 1996年 自旋转移矩 Spin transfer torque STT 被提出 4 5 1998年 摩托罗拉开发256Kb MRAM测试芯片 6 2000年 IBM和英飞凌建立了MRAM联合开发计划 2000年 Spintec实验室的第一个自旋扭矩转移 英语 Spin torque transfer 专利 应用 编辑MRAM的建议应用包括以下设备 航空航天和军事系统 数码相机 笔记本电脑 智能卡 移动电话 蜂窝基站 个人电脑 电池备用SRAM更换 数据记录专业记忆 黑匣子解决方案 媒体播放器 书籍阅读器参阅 编辑磁泡存储器 電子抹除式可複寫唯讀記憶體 EEPROM 鐵電隨機存取記憶體 FeRAM 铁磁性 磁阻效应 忆阻器 纳米随机存储器 Nano RAM 相变化内存 PRAM 参考资料 编辑 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 原始内容存档于2017 03 04 存档副本 2017 07 03 原始内容存档于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 外部链接 编辑 英文 mram info com MRAM工业新闻资料交换所 页面存档备份 存于互联网档案馆 英文 Everspin Technologies 页面存档备份 存于互联网档案馆 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 页面存档备份 存于互联网档案馆 取自 https zh wikipedia org w index php title 磁阻式隨機存取記憶體 amp oldid 79324926, 维基百科，wiki，书籍，书籍，图书馆，

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