非易失性MRAM及其单元结构

MRAM的优异性能使它能较快取代目前广泛采用的DRAM内存及EEPROM闪存，作为新一代计算机的内存。MRAM目前是新一代计算机内存的最佳候选者，但不是唯一的，与它同期并存的还有FRAM(铁电随机存取存储器）和OUM(Ovshinsky电统一随机存取存储器)，三者科技内涵各有所长,市场预测尚难预料。
 
MRAM器件的结构
一个二维MRAM存储阵列如图1所示,可见MRAM器件是由相互正交的字线和位线组成删格,每个MRAM单元位于字线和位线的交叉点(即格点）处。通过每条字线和每条位线的编码可对器件中某个特定的MRAM单元寻址并进行数据写人或读出的操作及程序运行。
 

图1二维MRAM单元存储阵列

  

图2 MRAM存储单元(写‘0’态)

 
MRAM单元的结构
MRAM单元的结构如图2所示，它由四层薄膜组成,各层的作用自上而下依次简述如下:
第一层自由层:是存储信息的磁性薄膜，写入的磁场方向可与图中的箭头方向相同或相反;
第二层隔离层:是厚度仅有1~2 nm的非磁性薄膜,它对自旋取向不同的电子有隧穿势垒效应;
第三层钉扎层:是MRAM单元中磁场具有固定方向的薄膜，
第四层交换层:是反铁磁质薄膜。在MRAM存储单元与外电路交换信息时,确保钉扎层磁场方向不变。
前三层膜将一层非磁性薄膜夹在两层磁性薄膜之间,这样组成的三层结构一般称为自旋阀或隧穿磁阻结(TMJTunneling Magneto-resistive Junction)。它对MRAM单元的存储功能起重要作用，例如写‘0’或写‘1'。