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)存儲元素。由于MRAM使用磁性狀態(tài)進(jìn)行存儲（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（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阻止這種運(yùn)動，這些缺陷會導(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，這可能會增加初始訪問時(shí)間。
本文關(guān)鍵詞： MRAM FRAM
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