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標(biāo)題: 非易失性存儲(chǔ)器MRAM與FRAM的比較 [打印本頁]

作者: 英尚微電子 時(shí)間: 2020-8-18 14:20
標(biāo)題: 非易失性存儲(chǔ)器MRAM與FRAM的比較
“永久性存儲(chǔ)器”通常是指駐留在存儲(chǔ)器總線上的高性能，可字節(jié)尋址的非易失性存儲(chǔ)設(shè)備。MRAM（磁性只讀存儲(chǔ)器）和FRAM（鐵電RAM）都具有相似的性能優(yōu)勢(shì)：低電壓運(yùn)行，長(zhǎng)壽命和極高的速度。它們以不同的方式實(shí)現(xiàn)這些目標(biāo)，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(chǎng)中而產(chǎn)生的數(shù)據(jù)位，隨著存儲(chǔ)單元中電阻變化而存儲(chǔ)。FRAM由總部位于美國(guó)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(chǔ)為固定電位（電壓）。

MRAM
MRAM或磁性隨機(jī)存取存儲(chǔ)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(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提供了相當(dāng)長(zhǎng)的數(shù)據(jù)保留時(shí)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(dǎo)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(guān)H場(chǎng)改變了鐵磁材料自由層的極化，這種磁開關(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(duì)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(cè)量MTJ的阻抗來實(shí)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(duì)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(chǔ)元件

圖3：MRAM的讀寫周期

FRAM

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(chǎng)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(yīng)于電場(chǎng)）（在Pb（Zr，Ti）O3的情況下）運(yùn)動(dòng)（圖4）。自由電荷或其他隨時(shí)間和溫度而累積的離子缺陷，這些缺陷會(huì)使偶極子隨時(shí)間松弛，從而導(dǎo)致疲勞。

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

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