MRAM與FRAM技術比較

MRAM技術

MRAM或磁性隨機存取存儲器使用1晶體管–1磁性隧道結（1T-1MTJ）架構，其中鐵磁材料的磁性「狀態」做爲數據存儲元素。因爲MRAM使用磁性狀態進行存儲（而不是隨時間推移而「泄漏」的電荷），所以MRAM能夠提供很是長的數據保留時間（+20年）和無限的耐用性。切換磁極化（Write Cycle）是在電磁隧道結（MTJ）上方和下方的導線中產生脈衝電流的結果（見圖1）。

 

圖1：磁性隧道結（MTJ）

電流脈衝帶來的相關H場會改變自由層的極化鐵磁材料。這種磁性開關不須要原子或電子的位移，這意味着沒有與MRAM相關的磨損機制。自由層相對於固定層的磁矩改變了MTJ的阻抗（見圖2）。

 

圖2：MRAM磁性隧道結（MTJ）存儲元件

阻抗的這種變化表示數據的狀態（「1」或「0」）。感應（讀取週期）是經過測量MTJ的阻抗來實現的（圖3）。MRAM器件中的讀取週期是非破壞性的，而且相對較快（35ns）。讀取操做是經過在MTJ兩端施加很是低的電壓來完成的，從而在部件使用壽命內支持無限的操做。

 

圖3：MRAM讀寫週期

 
FRAM技術
 
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，該架構採用鐵電材料做爲存儲設備。這些材料的固有電偶極子在外部電場的做用下轉換爲相反極性。改變鐵電極化態須要偶極子（位於氧八面體中的Ti4+離子）移動（在Pb（Zr，Ti）O3的狀況下）對電場的響應（圖4）。自由電荷或其餘隨時間和溫度累積的離子缺陷會阻止這種運動，這些缺陷會致使偶極子隨時間鬆弛，從而致使疲勞。
 

圖3：FRAM原子結構   圖4：FRAM數據狀態

 
FRAM中的讀取操做具備破壞性，由於它須要切換極化狀態才能感知其狀態。在初始讀取以後，讀取操做必須將極化恢復到其原始狀態，這會增長讀取時間的週期。
 

圖5：FRAM讀/寫週期

 
FRAM的讀和寫週期須要一個初始的「預充電」時間，這可能會增長初始訪問時間。