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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)）的隧穿電阻效應來進行存儲。以MTJ為例,其元胞結構包括自由層、隧道層和固定層3個層面（如圖1所示)。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是固定不變的,在電場作用下電子會隧穿絕緣層勢壘而垂直穿過器件，電流可隧穿的程度及MTJ的電阻均由2個磁性層的相對磁化方向來確定3'。當自由層的磁場方向與固定層的磁場方向相同時,存儲單元呈現低阻態“0”;當兩者磁場方向相反時,存儲單元呈現高阻態“1”。MRAM器件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1MTJ結構示意圖
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2020-11-30 17:15 上傳
典型的存儲單元電路結構如圖2所示，一般是由1個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( word line,WL)﹐源（漏）極通過源極線( source line, SL)與MTJ的固定層相連;而連接到MTJ自由層上的連線為存儲陣列的位線( bit line, BL）。在位線和源極線之間施加不同的電壓,產生流過磁隧道結的寫入電流(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流入，并通過MTJ和 MOS管輸出，電壓的大小同樣依賴于MTJ電阻的高低,相同讀取電流下所產生的輸出電壓不同。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
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1個MTJ和1個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/寫控制電路等。與SRAM等存儲器類似,靈敏放大器主要用來對位線信號進行放大。可見除了存儲陣列之外,外圍電路均可采用與傳統工藝兼容的CMOS電路進行設計制造。
圖3典型存儲單元結構示意圖
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Everspin Technologies，Inc是設計制造MRAMSTT-MRAM的翹楚，其市場和應用領域涉及數據持久性和完整性以及低延遲和安全性至關重要。Everspin MRAM被廣泛應用在數據中心，云存儲和能源，工業和汽車及運輸市場等領域。Everspin總代理英尚微電子支持提供驅動和例程以及產品應用解決方案等。
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