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非易失性存儲器MRAM與FRAM的比較

2020-08-17 09:58:56

“永久性存儲器”通常是指駐留在存儲器總線上的高性能,可字節(jié)尋址的非易失性存儲設備。MRAM(磁性只讀存儲器)和FRAM(鐵電RAM)都具有相似的性能優(yōu)勢:低電壓運行,長壽命和極高的速度。它們以不同的方式實現(xiàn)這些目標,盡管在每種情況下,創(chuàng)新的材料技術(shù)都是性能突破的背后。由摩托羅拉和IBM率先開發(fā)的MRAM,通過將某些奇異材料暴露在磁場中而產(chǎn)生的數(shù)據(jù)位,隨著存儲單元中電阻變化而存儲。FRAM由總部位于美國科羅拉多州科羅拉多斯普林斯的Ramtron開發(fā),并已獲得富士通,日立,德州儀器和東芝的許可,與MRAM顯著不同:它在鐵電材料中將位存儲為固定電位(電壓)。
 
MRAM
MRAM或磁性隨機存取存儲器使用具有鐵磁性材料的磁性“狀態(tài)”的1晶體管–1磁性隧道結(jié)(1T-1MTJ)體系結(jié)構(gòu)作為數(shù)據(jù)存儲元素。由于MRAM使用磁性狀態(tài)進行存儲(而不是隨時間推移而“泄漏”的電荷),因此MRAM提供了相當長的數(shù)據(jù)保留時間(+20年)和無限的耐用性。切換磁極化(寫入周期)是在電磁隧道結(jié)(MTJ)上方和下方的導線中產(chǎn)生脈沖電流的結(jié)果(見圖1)。電流脈沖產(chǎn)生的相關H場改變了鐵磁材料自由層的極化,這種磁開關不需要原子或電子的位移,這意味著沒有與MRAM相關的磨損機制。自由層相對于固定層的磁矩改變了MTJ的阻抗(見圖2)。阻抗的這種變化表示數(shù)據(jù)的狀態(tài)(“1”或“0”)。通過測量MTJ的阻抗來實現(xiàn)傳感(讀取周期)(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,從而在部件壽命內(nèi)支持無限的操作。

 
圖1:磁性隧道結(jié)(MTJ)
 
 
圖2:MRAM磁隧道結(jié)(MTJ)存儲元件
 
 
圖3:MRAM的讀寫周期
 
 
FRAM
 
FRAM或鐵電隨機存取存儲器使用1個晶體管–1個鐵電電容器(1T-1FC)架構(gòu),該架構(gòu)采用鐵電材料作為存儲設備。這些材料的固有電偶極子在外部電場的作用下轉(zhuǎn)換為相反的極性。切換鐵電極化狀態(tài)需要偶極子(位于氧八面體中的Ti4+離子)(響應于電場)(在Pb(Zr,Ti)O3的情況下)運動(圖4)。自由電荷或其他隨時間和溫度而累積的離子缺陷,這些缺陷會使偶極子隨時間松弛,從而導致疲勞。

 
圖4:FRAM原子結(jié)構(gòu)  圖5:FRAM數(shù)據(jù)狀態(tài)

 
本文關鍵詞: MRAM   FRAM

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