一般來(lái)說(shuō)，存儲(chǔ)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的核心是確保磁性隧道結(jié)所表征的數(shù)據(jù)可以快速讀出，并且能夠根據(jù)需要快速進(jìn)行改變，另外還有一些工程上的設(shè)計(jì)比如堆疊設(shè)計(jì)、數(shù)據(jù)密度提升等。而在數(shù)據(jù)讀寫方面，還會(huì)存在使用磁場(chǎng)寫入法和電流寫入法兩種完全不同的方法。

先來(lái)看看磁場(chǎng)法寫入數(shù)據(jù)。這種方法的核心在于數(shù)據(jù)的寫入是通過(guò)字線和位線電流流過(guò)時(shí)同時(shí)產(chǎn)生的磁場(chǎng)實(shí)現(xiàn)對(duì)數(shù)據(jù)的改寫。需要注意的是當(dāng)字線或者位線二者中的一個(gè)有電流流過(guò)時(shí)，產(chǎn)生的磁場(chǎng)僅僅是自由層矯頑力的一半，因此不能改變自由層磁場(chǎng)的方向，且磁場(chǎng)相互正交。只有當(dāng)字線和位線同時(shí)通過(guò)電流并產(chǎn)生磁場(chǎng)時(shí)，字線和位線交點(diǎn)處的磁隧道結(jié)自由層才會(huì)獲得確定的磁場(chǎng)方向，從而和下方的固定層結(jié)合，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)。目前磁場(chǎng)法的MRAM產(chǎn)品是業(yè)內(nèi)大部分廠商的研發(fā)對(duì)象，這種方法的特點(diǎn)也比較明顯，一是產(chǎn)品功耗略高;二是由于存在從電到磁、磁到磁的作用過(guò)程，因此速度比較慢;三是結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，制造難度比較高;四是存儲(chǔ)密度可能由于結(jié)構(gòu)問(wèn)題很難進(jìn)一步提高。

除了磁場(chǎng)法改變數(shù)據(jù)外，還有一種方法是電流法。業(yè)內(nèi)也有將磁場(chǎng)法寫入歸入第一代MRAM，電流法寫入歸入第二、三代MRAM。具體來(lái)說(shuō)當(dāng)電流通過(guò)磁性層時(shí)，電流會(huì)被極化，形成自旋極化電流，自旋極化電流可以將自己的自旋動(dòng)量傳遞給自由層，使得自由層獲得磁矩。

因此這種方法是通過(guò)自旋極化電流來(lái)改變磁場(chǎng)方向的，且一般都使用前文提到的第二種磁性隧道結(jié)。需要注意的是，電流法改變自由層磁矩方向一般有兩種變化： 一是將自由層的磁矩方向改變成和固定層相同，此時(shí)電流從固定層流向自由層。在這種情況下固定層較厚、較強(qiáng)的磁場(chǎng)帶來(lái)了極化電流，極化電流穿過(guò)隔離層后，還能保持極化方向，因此能夠?qū)⒆孕莿?dòng)量轉(zhuǎn)移給非常薄的自由層，實(shí)現(xiàn)自由層磁矩方向和固定層相同。二是將自由層的磁矩方向改變成和固定層相反，此時(shí)電流從自由層流向固定層。在這個(gè)過(guò)程中電子和固定層發(fā)生交換耦合作用，使得自旋平行于固定層磁矩的電子通過(guò)，和固定層磁矩相反的電子被反射。因?yàn)楣潭▽虞^厚且磁性較強(qiáng)，相反方向的電子不可能改變其磁矩方向，反倒通過(guò)極薄的隔離層又和自由層發(fā)生交換耦合作用，使得自有層磁矩和固定層呈現(xiàn)相反的狀態(tài)，實(shí)現(xiàn)了自由層磁矩的翻轉(zhuǎn)。從結(jié)構(gòu)上來(lái)說(shuō)電流法的存儲(chǔ)單元結(jié)構(gòu)相比磁場(chǎng)法要簡(jiǎn)單一些， 因?yàn)椴辉傩枰志€，是目前MRAM存儲(chǔ)中比較看重的一個(gè)研究方向。

從產(chǎn)品特性來(lái)看，電流法的MRAM特點(diǎn)如下：是寫入速度快，因?yàn)橹苯邮褂秒娏鲗?duì)磁場(chǎng)產(chǎn)生影響;二是存儲(chǔ)密度高，由于沒(méi)有字線，因此存儲(chǔ)密度相比磁場(chǎng)法要高出不少;三是功耗較低;四是不會(huì)產(chǎn)生磁場(chǎng)的交叉影響，因此數(shù)據(jù)穩(wěn)定性更高。

說(shuō)完了數(shù)據(jù)寫入，再來(lái)一起看看數(shù)據(jù)讀取。相比之下數(shù)據(jù)的讀取要容易很多。只要字線和位線同時(shí)通過(guò)較小的電流后檢測(cè)磁隧道結(jié)帶來(lái)的電位差就可以了。因?yàn)樗淼佬?yīng)的存在，如果磁隧道結(jié)處于低阻狀態(tài)，電位差很小;如果隧道效應(yīng)不存在，則證明磁隧道結(jié)處于高阻值狀態(tài)，電位差則很大。通過(guò)電位差的大小，就能判斷此時(shí)磁隧道結(jié)存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)的狀態(tài)，同時(shí)將數(shù)據(jù)傳輸給系統(tǒng)。另外這種讀取數(shù)據(jù)的方法完全是非破壞性的，也不會(huì)影響到數(shù)據(jù)的穩(wěn)定性。

MRAM依靠?jī)?yōu)秀的特性和出色的性能，成為了下一代存儲(chǔ)產(chǎn)品的有力競(jìng)爭(zhēng)者。MRAM已經(jīng)正式出貨并且在逐步提升容量。從產(chǎn)業(yè)角度來(lái)看，進(jìn)入2017年后各種非易失性存儲(chǔ)技術(shù)開始爆發(fā)，MRAM也是這些新技術(shù)中的一種，并且走在比較前端的位置。

Everspin是專業(yè)設(shè)計(jì)和制造MRAM和STT-MRAM的翹楚，其市場(chǎng)和應(yīng)用領(lǐng)域涉及數(shù)據(jù)持久性和完整性，低延遲和安全性至關(guān)重要。Everspin在數(shù)據(jù)中心，云存儲(chǔ)，能源，工業(yè)，汽車和運(yùn)輸市場(chǎng)中部署了超過(guò)1.2億個(gè)MRAM和STT-MRAM產(chǎn)品，為MRAM用戶奠定了強(qiáng)大的基礎(chǔ)。Everspin一級(jí)代理英尚微電子可為用戶提供驅(qū)動(dòng)和例程等技術(shù)方面支持。

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