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MRAM與FRAM技術(shù)比較

2020-03-09 09:22:14

MRAM技術(shù)

MRAM或磁性隨機(jī)存取存儲(chǔ)器使用1晶體管–1磁性隧道結(jié)(1T-1MTJ)架構(gòu),其中鐵磁材料的磁性“狀態(tài)”作為數(shù)據(jù)存儲(chǔ)元素。由于MRAM使用磁性狀態(tài)進(jìn)行存儲(chǔ)(而不是隨時(shí)間推移而“泄漏”的電荷),因此MRAM可以提供非常長的數(shù)據(jù)保留時(shí)間(+20年)和無限的耐用性。切換磁極化(Write Cycle)是在電磁隧道結(jié)(MTJ)上方和下方的導(dǎo)線中產(chǎn)生脈沖電流的結(jié)果(見圖1)。
 
圖1:磁性隧道結(jié)(MTJ)

電流脈沖帶來的相關(guān)H場會(huì)改變自由層的極化鐵磁材料。這種磁性開關(guān)不需要原子或電子的位移,這意味著沒有與MRAM相關(guān)的磨損機(jī)制。自由層相對于固定層的磁矩改變了MTJ的阻抗(見圖2)。
 

圖2:MRAM磁性隧道結(jié)(MTJ)存儲(chǔ)元件

阻抗的這種變化表示數(shù)據(jù)的狀態(tài)(“1”或“0”)。感應(yīng)(讀取周期)是通過測量MTJ的阻抗來實(shí)現(xiàn)的(圖3)。MRAM器件中的讀取周期是非破壞性的,并且相對較快(35ns)。讀取操作是通過在MTJ兩端施加非常低的電壓來完成的,從而在部件使用壽命內(nèi)支持無限的操作。
 
圖3:MRAM讀寫周期
 
FRAM技術(shù)
 
FRAM或鐵電隨機(jī)存取存儲(chǔ)器使用1個(gè)晶體管–1個(gè)鐵電電容器(1T-1FC)架構(gòu),該架構(gòu)采用鐵電材料作為存儲(chǔ)設(shè)備。這些材料的固有電偶極子在外部電場的作用下轉(zhuǎn)換為相反極性。改變鐵電極化態(tài)需要偶極子(位于氧八面體中的Ti4+離子)移動(dòng)(在Pb(Zr,Ti)O3的情況下)對電場的響應(yīng)(圖4)。自由電荷或其他隨時(shí)間和溫度累積的離子缺陷會(huì)阻止這種運(yùn)動(dòng),這些缺陷會(huì)導(dǎo)致偶極子隨時(shí)間松弛,從而導(dǎo)致疲勞。
 
圖3:FRAM原子結(jié)構(gòu)   圖4:FRAM數(shù)據(jù)狀態(tài)
 
FRAM中的讀取操作具有破壞性,因?yàn)樗枰袚Q極化狀態(tài)才能感知其狀態(tài)。在初始讀取之后,讀取操作必須將極化恢復(fù)到其原始狀態(tài),這會(huì)增加讀取時(shí)間的周期。
 

圖5:FRAM讀/寫周期
 
FRAM的讀和寫周期需要一個(gè)初始的“預(yù)充電”時(shí)間,這可能會(huì)增加初始訪問時(shí)間。
 
本文關(guān)鍵詞: MRAM  FRAM

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