集各种存储器优异性能于一身的MRAM
什么是STT-MRAM？
什么是STT-MRAM？
随着有希望的非易失性存储器架构的可用性不断增加，以增加并潜在地替代传统的易失性存储器，新的SoC级存储器测试和修复挑战正在出现。
通过将自旋转移扭矩MRAM（STT-MRAM）作为嵌入式MRAM技术的领先趋势来增强动力.
什么是STT-MRAM？
嵌入式存储器IP选项包括STT-MRAM，相变存储器（PCM），电阻RAM（ReRAM）和铁电RAM（FRAM）。
每种新兴的内存技术都不同，适合特定的应用，但STT-MRAM似乎已成为主流。
STT-MRAM是一种电阻存储技术，其中材料中电子的磁性自旋变化会产生可测量的电阻率变化。
从概念上讲，每个单元由两个磁体组成：一个是固定的，另一个是可以翻转的。
当磁体彼此平行时，电阻低。
当第二个磁铁反转方向时，电阻很高。
由于磁性隧道结（MTJ）器件能够通过仅三个额外的掩膜嵌入芯片的线路后端（BEOL）互连层，因此STT-MRAM技术享有低功耗和低成本的优势。
在商业代工厂中，STT-MRAM的支持正在加速发展，GlobalFoundries，英特尔，三星，台积电和联电都已公开宣布为28nm / 22nm技术的SoC设计人员提供产品。
系统设计师正在将STT-MRAM技术用于低功耗MCU设计（例如IoT穿戴式设备），这些设计可以从较小的芯片尺寸中受益。
STT-
MRAM通常会为这些早期采用者取代嵌入式闪存。
对于自动驾驶雷达SoC，STT-MRAM的数据保留和密度是显着的优势。
在不久的将来，STT-MRAM将用于最终应用（例如超大规模计算，内存计算，人工智能和机器学习）中替代SRAM。
EVERSPIN-MRAM-中文
MRAM(磁性)存储器……………………………………………2-02MRAM(磁性)存储器Everspin MRAM是一种具有革命性的存储器，其原理是利用电子自旋的磁性结构，来提供不会产生损耗的非挥发特性。
Everspin MRAM可在集成了硅电路的磁性材料中存储信息，在单一、可无限使用的组件中提供SRAM的速度。
Everspin目前拥有广泛的MRAM产品线，这些MRAM密度从256Kb到16Mb，并提供串行和并行运算方式，具备商用、工业用、和延伸温度选项，为多种应用提供优异的价格和效能优势。
MRAM存储器技术原理Everspin的专利MRAM技术是以可沉积在标准逻辑制程上的磁性隧道结(MJTJ)储存单元为基础。
MTJ中包含了一个维持单一极性方向的固定层(fixed layer)，和一个通过隧道结(tunnel barrier)与其隔离的自由层(free layer)。
当自由层被施予和固定层相同方向的极化时，MTJ的隧道结便会显现出低电阻特性。
而当自由层被施予反方向的极化时，MTJ便会有高电阻。
此一磁阻效应可使MRAM不需改变内存状态，便能快速读取数据。
当流经两金属线的电流足以切换MTJ的磁场时，在两金属线交点的MTJ就会被极化(写入)。
此过程能以SRAM的速度完成。
MRAM存储器功能特点● 读取/写入周期时间：35ns；● 真正无限次擦写；● 全温度范围内业内最长的寿命和数据保存时间——超过20年的非挥发特性；● 可取代多种存储器——集闪存、SRAM、EEPROM以及 BBSRAM的功能于一身；● 采用MRAM取代电池供电的SRAM方案，为您解决电池组装和产品可靠性的问题；● 采用MRAM取代FRAM方案，为您提供更快的速度和更多的擦写次数；● 具备商业级、工业级、扩展级和汽车级的可选温度范围；●符合RoHS、兼容SRAM 的TSOPII、BGA封装。
MRAM应用存储器系统工业自动化运输领域消费和游戏领域MRAM(磁性)存储器SPI接口MRAMSPI接口256K~Mb磁性存储器，可以40MHz的的时钟速度高速运行，没有写延迟。
什么是ROM,RAM,EPROM,EEPROM,DRAM,Flash,MRAM,RDRAM,各有什么作用
一、什么是ROM，RAM，EPROM，EEPROM，DRAM，Flash，MRAM，RDRAM，各有什么作用什么是ROM，有什么作用简称：ROM 标准：Read Only Memory 中文：只读存储器只读存储器，这种内存 (Memory ) 的内容任何情况下都不会改变，计算机与使用者只能读取保存在这里的指令，和使用储存在ROM的数据，但不能变更或存入资料。
ROM被储存在一个非挥发性芯片上，也就是说，即使.Yco688 { display:none; } 简称：ROM标准：Read Only Memory中文：只读存储器只读存储器，这种内存 (Memory ) 的内容任何情况下都不会改变，计算机与使用者只能读取保存在这里的指令，和使用储存在ROM的数据，但不能变更或存入资料。
ROM被储存在一个非挥发性芯片上，也就是说，即使在关机之后记忆的内容仍可以被保存，所以这种内存多用来储存特定功能的程序或系统程序。
ROM储存用来激活计算机的指令，开机的时候ROM提供一连串的指令给中央处理单元进行测试，在最初的测试中，检查RAM位置(location)以确认其储存数据的能力。
此外其它电子组件包括键盘 (Keyboard ) 、计时回路(timer circuit)以及CPU本身也被纳入CPU的测试中。
什么是RAM，有什么作用简称：RAM标准：Random Access Memory中文：随机存储器随机存取内存，是内存(Memory)的一种，由计算机CPU控制，是计算机主要的储存区域，指令和资料暂时存在这里。
RAM是可读可写的内存，它帮助中央处理器 (CPU ) 工作，从键盘 (Keyboard ) 或鼠标之类的来源读取指令，帮助CPU 把资料 (Data) 写到一样可读可写的辅助内存 (Auxiliary Memory) ，以便日后仍可取用，也能主动把资料送到输出装置，例如打印机、显示器。
RAM的大小会影响计算的速度，RAM越大，所能容纳的资料越多，CPU读取的速度越快。
非晶合金在磁随机存取存储器中的应用
非晶合金在磁随机存取存储器中的应用随着计算机与信息技术的不断发展，存储技术也不断地更新与完善。
其中，磁随机存取存储器 (MRAM) 是一种既有着SRAM的高速读取性能，又具备DRAM和Flash的电气擦除能力并拥有非挥发式存储特性，又可极大地降低功耗的新型存储器。
非晶合金材料的结构特性和磁学特性，使其成为磁随机存取存储器 (MRAM)中极具潜力的存储材料。
一、什么是磁随机存取存储器？磁随机存取存储器 (MRAM) 是一种新型的存储器，利用了磁性随机存取存储器 (MTJ)的技术，其核心是一种被称为 MTJ 的磁性隧穿结构。
MTJ 是由两个磁性层和一个稀薄的绝缘层组成的。
当电流通过时，绝缘层中的电子将会依据量子隧穿效应，穿过隧穿结构，并改变自旋方向以改变磁电阻。
这种技术可存储二进制数据，并能实现非挥发性存储。
二、非晶合金材料在磁随机存取存储器中的应用1. 结构和磁学特性非晶合金材料是一种具有特殊结构的材料，其特点是无序、无晶体结构。
其在结构上的特殊性质使得它具有优异的磁学性能，在磁性存储器方面具有广泛的应用前景。
在MRAM中，典型的MTJ结构由氧化铝隧穿层、撞击层、磁性隧穿膜、非晶磁性膜以及固定磁性膜五个层次组成。
其中，非晶材料主要用于组成磁性膜，提高磁阻比(R)并减小噪音。
2. 技术难点非晶合金材料在磁性存储器方面有着广泛的应用前景，而且具有其它材料无法比拟的优良性能，但因为成本、技术等因素，使得其应用在磁性存储器方面并不是很普及。
其中的主要问题包括以下几个方面：（1）非晶合金材料在内部结构和电学性质等方面所发生的变化，限制了其在高容量存储器方面的应用。
（2）非晶合金材料的制备难度高，往往需要使用到特殊工艺和昂贵的设备仪器。
这种高成本的生产制程，也限制了其在商业生产上的应用。
（3）非晶合金材料也很容易发生结构松散和分层问题，这对于磁性存储器的长期稳定性会产生威胁。
三、非晶合金材料在未来磁随机存取存储器的应用前景由于其优异的磁学特性，非晶合金材料在未来MRAM的应用中具有十分广阔的前景。
MRAM原理
MRAM简介MRAM（Magnetic Random Access Memory）是指以磁电阻性质来存储数据的随机存储器，它采用磁化的方向不同所导致的磁电阻不同来记录0和1，只要外部磁场不改变，磁化的方向就不会变化。
MRAM是一种非挥发性的磁性随机存储器。
它拥有静态随机存储器（SRAM）的高速读取写入能力，以及动态随机存储器（DRAM）的高集成度，而且基本上可以无限次地重复写入。
MRAM的数据写入方式有两种：磁场写入模式与全电流写入模式。
前者主要利用了字线与位线在MRAM记录单元上所产生的磁场,使MRAM的自由层在磁场的作用下实现与钉扎层平行与反平行方向的翻转，来完成/0/1数据的写入。
后者利用了自旋转移矩效应（spin transfer torque，STT），使写入数据线直接通过MRAM记录单元，利用自旋转移矩效应实现核心隧道结(MTJ)自由层的翻转。
全电流写入数据的方式有助于记录密度的提高和半导体线路集成工艺的简化,因而更受研发人员看好，目前很多公司都在研究此类MRAM。
MRAM 单元可以方便地嵌入到逻辑电路芯片中，只需在后端的金属化过程增加制作MTJ需要的光刻掩模版的工艺即可。
另外，因为MRAM 单元可以完全制作在芯片的金属层中，将2~3层单元叠放起来是可以实现的，这样就可以在逻辑电路上方构造规模极大的内存阵列。
下图即为EVERSPIN公司生产的MRAM产品的截面图：图1 MRAM芯片截面图MTJ工作方式：MTJ单元的结构有两种：第一种如下图所示，它由四层薄膜组成，各层的作用从上而下依次简述如下：图2 MTJ结构一第一层自由层：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。
使用软铁磁材料，具有比较低的矫顽力，高磁导率，和对低磁场的高敏感性，如CoFe、NiFe、NiFeCo、CoFeB（使用较多）等。
第二层隔离层：厚度仅有1-2nm的非磁性薄膜，如MgO或AL2O3等。
半导体材料在信息存储中的应用
半导体材料在信息存储中的应用随着信息时代的到来，人们对信息存储技术的需求愈发迫切。
半导体材料作为一种重要的基础材料，在信息存储中发挥着重要的作用。
本文将介绍半导体材料在信息存储中的应用。
一、常用的半导体材料1、硅(Si)硅是一种重要的半导体材料，它的原子结构非常稳定，是一种能够稳定的带隙半导体。
其具有普遍性、延展性和可加工性等特点，广泛应用于半导体器件、集成电路和太阳能电池等领域。
2、硒化铟(InSe)硒化铟是一种新型的二维材料，其各向异性特点和优异的压电性能使其在信息存储器的应用上有着广泛的前景。
它具有高速、低功耗的优点，展现出极高的性能。
3、氧化铝(Al2O3)氧化铝在应用于可编程存储器方面有着广泛的应用，尤其是毫微米级别的晶体管非挥发性存储器领域。
它的优势在于不易流失信息，使用寿命长，且能够与其他材料协同配合。
二、1、闪存存储器(Flash Memory)闪存存储器是一种高速、高稳定性、非机械性、可擦除存储技术。
其基本构成单元是闪存存储单元，由一对互补金属氧化物半导体(Metal Oxide Semiconductor, MOS)级联组成。
闪存存储器使用的材料大多为硅(Si)和氮化硅(GaN)。
2、磁性随机访问存储器(MRAM)磁性随机访问存储器(MRAM)是一种新型半导体储存器，主要使用磁性元件来存储和读取数据。
其基本原理是利用磁性材料的南北极方向来表示存储信息。
在MRAM中，铁磁体和非磁体材料被用作成对的极性。
3、折叠闪存存储器(Fold Flash Memory)折叠闪存存储器(Fold Flash Memory)是一种新型的存储技术，其材料为氧化硅(SiO2)和氮化硅(SiN)。
它通过一种特殊的制造工艺，将存储单元进行折叠堆叠，使得其存储密度得到了极大的提升。
折叠闪存存储器的优势在于极小的体积、极快的访问速度和低耗能等。
三、半导体材料在信息存储中的未来发展1、新型半导体材料的研究半导体材料在信息存储中的应用潜力巨大，但是还有很多需要研究和发展的方向。
mram的应用场景
mram的应用场景
MRAM (Magnetoresistive Random Access Memory) 是一种新型的非易失性随机访问存储器，它结合了磁性存储器的非易失性和固态存储器的快速读写速度，具有广泛的应用场景，包括但不限于以下几个方面：
1. 嵌入式系统：MRAM具有高速读写、低功耗、较大的数据存储密度和非易失性等特点，可以用于嵌入式系统的缓存、寄存器、存储器等部件，提高系统的性能和稳定性。
2. 高速缓存：MRAM的读写速度较快，可以用于计算机的高速缓存，提高数据的读取和写入速度，减少访问延迟。
3. 存储器模块：MRAM可以用作存储器模块，用于存储大量的数据。
由于其非易失性特点，即使系统断电，数据仍然可以被保留。
4. 物联网设备：MRAM的低功耗特点使它非常适合用于物联网设备，如智能家居、智能穿戴设备等。
它可以用作设备的存储器，存储临时数据、配置信息等。
5. 汽车电子：MRAM可以用于汽车电子领域，如车载娱乐系统、车载导航系统等。
其非易失性特点使得数据可以在断电后恢复，提高了系统的可靠性。
6. 数据中心：MRAM的快速读写、低功耗等特点在数据中心的服务器、存储系统中得到广泛应用。
可以提高数据的访问速
度，降低系统能耗。
总之，MRAM的应用场景十分广泛，涉及到各个领域，由于其非易失性、高速读写、低功耗等特点，可以用于提高系统的性能、稳定性和能效。
各种存储器概念
常见存储器概念辨析：RAM，SRAM、SDRAM、MRAM,FRAM。
ROM，EPROM、EEPROM、Flash存储器可以分为很多种类，其中根据掉电数据是否丢失可以分为RAM（随机存取存储器）和ROM （只读存储器），其中RAM的访问速度比较快，但掉电后数据会丢失，而ROM掉电后数据不会丢失。
ROM和RAM指的都是半导体存储器，ROM是Read Only Memory的缩写，RAM是Random Access Memory的缩写。
ROM在系统停止供电的时候仍然可以保持数据，而RAM 通常都是在掉电之后就丢失数据，典型的RAM就是计算机的内存。
RAM 又可分为SRAM（Static RAM/静态存储器）和DRAM（Dynamic RAM/动态存储器）。
SRAM 是利用双稳态触发器来保存信息的，只要不掉电，信息是不会丢失的。
DRAM是利用MOS（金属氧化物半导体）电容存储电荷来储存信息，因此必须通过不停的给电容充电来维持信息，所以DRAM 的成本、集成度、功耗等明显优于SRAM。
SRAM速度非常快，是目前读写最快的存储设备了，但是它也非常昂贵，所以只在要求很苛刻的地方使用，譬如CPU的一级缓冲，二级缓冲。
DRAM 保留数据的时间很短，速度也比SRAM慢，不过它还是比任何的ROM都要快，但从价格上来说DRAM相比SRAM要便宜很多，计算机内存就是DRAM的。
而通常人们所说的SDRAM 是DRAM 的一种，它是同步动态存储器，利用一个单一的系统时钟同步所有的地址数据和控制信号。
使用SDRAM不但能提高系统表现，还能简化设计、提供高速的数据传输。
在嵌入式系统中经常使用。
ROM也有很多种，PROM是可编程的ROM，PROM和EPROM（可擦除可编程ROM）两者区别是，PROM是一次性的，也就是软件灌入后，就无法修改了，这种是早期的产品，现在已经不可能使用了，而EPROM是通过紫外光的照射擦出原先的程序，是一种通用的存储器。
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集各种存储器优异性能于一身的MRAM
作者：陈刚，飞思卡尔半导体公司高级应用工程师
MRAM即磁阻式随机访问存储器的简称。
经过10多年不间断的研发，飞思卡尔公司已于2006年成功地实现了MRAM的商业化生产并开始供货。
这只全球第一款正式量产并供货的MRAM的型号为MR2A16A，它采用44脚的TSOP封装，容量为4M比特。
它采用一个3.3V的单电源供电，可以以高达28.5MHz的频率进行读/写操作。
图1. 飞思卡尔推出的全球首款商业生产的MRAM芯片
在当今的电子设备中，有各种各样的存储器件，包括SRAM、DRAM、闪存以及硬盘等。
不同的存储器件有不同的特性，它们在使用寿命、读写速度、存储容量/密度以及使用方式和价格等各方面都存在很大的差异，是无法互相替代的。
所以在一个设备中经常有多种存储器件存在。
目前还没有一种存储技术能取代所有这些存储器件，成为一种通用的存储器。
但MRAM的出现改变了这种状况，MRAM集成了SRAM的高速读写性能与闪存存储器的非易失性，它可以作为一个单一的存储器件，用于既需要快速、大量存储数据，又需要断电后保持数据，并可快速恢复的系统中。
磁性层1(自由层)
隧道栅
磁性层2(固定层)
磁性矢量是正向平行的(低电阻“0”)
磁性矢量是反向平行的
(高电阻“1”)
图2. MRAM存储单元的结构
MRAM之所以具有这样的性能，是由于与传统的RAM不同，它是靠磁场极化的形式，而不是靠电荷的形式来保存数据的。
MRAM的存储单元的结构如图2所示，它由三个层面构成，最上面的成为自由层，中间的是隧道栅层，下面的是固定层。
自由层的磁场极化方向是可以改变的，而固
定层的磁场方向固定不变。
当自由层与固定层的磁场方向平行时，存储单元呈现低电阻；当磁场方向相反时，呈现高电阻。
MRAM通过检测存储单元电阻的高低，来判断所存储的数据是0还是1。
图3更加清楚地展示了MRAM存储单元的结构和读写方法。
图中下方左侧是一个晶体管，当它导通时，电流可流过存储单元MTJ(磁性隧道结)，通过与参考值进行比较，判断存储单元阻值的高低，从而读出所存储的数据。
当晶体管关断时，电流可流过编程线1和编程线2(图中Write Line 1和Write Line 2)，在它们所产生的编程磁场的共同作用下，使自由层的磁场方向发生改变，从而完成编程的操作。
图3. MRAM的存储单元结构即读/写模式
实现MRAM可靠存储的一个主要障碍是较高的位干扰率。
对目标存储单元进行编程时，非目标单元中的自由层可能会被误编程。
目前飞思卡尔半导体研究人员已经成功解决了此问题。
写入线1和写入线2上的脉冲电流产生旋转磁场，只有它们共同作用的单元才会发生磁化极性的改变，从而不会干扰相同行或列的其它位单元。
要进一步隔离非目标单元，使其不受干扰，飞思卡尔半导体还使用镀层包裹内部铜线的三个侧面。
此镀层将磁场强度引向并集中到目标单元。
这使得可以使用低得多的电流进行编程，并隔离磁场周边的通常会遭到干扰的单元。
大批量生产MRAM设备的另一个难题是由于极薄的AlOx隧道结。
AlOx结厚度上的微小变化都会导致位单元电阻的很大改变。
飞思卡尔半导体也解决了这一问题，从而实现了在整个晶圆表面上以及整个批量上，都能产生一致的隧道结。
飞思卡尔半导体还通过增加两个附加层来改进固定磁性层。
在固定层下面增加了一层钌(Ru)。
在Ru层下面又增加了另一个称为牵制层(pinning layer)的磁性层。
固定层和牵制层的极性相反，将会引起很强的耦合，使固定层的极性保持锁定，因此不会在编程操作过程中引起误反转。
MRAM本身是一种非易失性存储技术，在不需要电能的情况下可以保留存储内容至少十年。
MRAM 还具有无限的写周期。
经研究显示，MR2A16A的存储单元在最差的操作环境下可以经受58万亿次读写周期。
迄今为止，MR2A16A存储单元还没有出现过老化失效，而有关位读写周期方面的进一步研究还在继续进行。
除了极高的可靠性之外，MRAM还具有许多其他方面的优势，从表1中我们可以看到MRAM和现有的一些存储技术的比较。
MRAM SRAM DRAM Flash FeRam
读速度 快 最快 中 快 快
写速度 快 最快 中 低 中
阵列效率 中/高 高 高 中/低 中
可升级能力 好 好 有限 有限 有限
单元密度 中/高 低 高 中 中
非易失性 是 否 否 是 是
耐用性 无限 无限 无限 有限 有限
单元泄漏 低 低/高 高 低 低
低电压 是 是 有限 有限 有限
复杂度 中 低 中 中 中
表1. 各种存储技术的比较
相对其它存储器MRAM有许多显著的优点。
同样具有非易失性的FLASH的读写次数仅限于10K～1M次，之后位单元存储功能将丧失。
而MRAM具有几乎无限次的读写周期。
通常FLASH在存储器阵列的大块页面上执行编程或擦除操作，而MRAM可以在单个地址上执行写操作。
SRAM则需要电能来保持内存内容，而且SRAM单元的几何尺寸越小泄漏的影响会越大。
而MRAM 是非易失性的，在系统中可以利用停电保护技术，从而使泄漏电流接近于零。
虽然铁电RAM(FRAM)也是一种非易失性RAM，但通常阵列很小，一般为4K～1M比特。
阵列很小的原因在于FRAM技术的可扩展性有限，从而无法进一步缩小位单元尺寸。
而MRAM可以实现较大的存储器阵列。
另外，MRAM编程还比FRAM快。
某些FRAM的写周期次数有限，大约为100亿次。
一些FRAM也要求在读取之后刷新存储器，因为操作破坏了所读取位元的内容。
动态RAM(DRAM)需要不断刷新存储器才能保存数据。
而MRAM则不需要刷新存储器。
现在，MRAM在那些要求系统崩溃时必须保存数据的应用中非常有价值。
当系统产生电源故障时，有一些重要的数据需要在完全掉电前快速保存。
存储在MRAM中的数据参数可以在以后用来诊断或调试造成系统失效的原因。
MRAM也非常适合于娱乐性应用，这些应用需要具有继续游戏的功能。
停电时，指示正在播放媒体的时间戳的书签被快速存储到非易失性MRAM中。
重新开机后就可以立即继续播放(见图4)。
图4. MRAM在多媒体播放系统中的应用
MRAM也可以应用于加密及安全系统。
加密参数可以快速存储，并且在系统关闭后保留。
随着MRAM技术的改进，嵌入式系统的体系结构将会有巨大变动。
到目前为止，MRAM具有最好的潜力来替代嵌入式微控制器中的RAM+Flash存储器(通常RAM用于数据存储，闪存用作程序内存)。
MRAM将会替代这两种存储器，实现单存储器体系结构。
在更大的系统中，微处理器与RAM内存的交互提供了快速读写能力。
DRAM大都用作临时存储区来储存应用程序。
硬盘驱动器用于存储应用程序软件和数据的非易失性信息，但读写缓慢。
一旦用MRAM替代所有的这些存储设备之后，PC和其它系统将可以即时启动，并可以停止的位置恢复工作。
MRAM的这些优异性能可以为此技术打开广泛的市场机会。
总的说来，MRAM不仅具有快至35nS的快速而且对称的读写周期，还能在掉电后保持写入的数据，而且可以保持长达10年以上。
MRAM还具有几乎无限的读写周期数。
种种这些优异的性能，使得MRAM成为新一代的高性能先进存储技术。
更值得一提的是，飞思卡尔的第一代MRAM产品
MR2A16A具有非常高的可靠性，它可以在高达15高斯的磁场环境下安全工作。