STT-MRAM萬能存儲器芯片

傳統(tǒng)存儲器的技術(shù)局限以及不斷縮小的制造尺寸所帶來的巨大挑戰(zhàn)促使科研人員開始尋找新一代存儲器件，它應(yīng)具有接近靜態(tài)存儲器的納秒級讀寫速度，具有動態(tài)存儲器甚至閃存級別的集成密度和類似Flash的非易失性存儲特性。
 
“萬能存儲器”概念作為新一代存儲器的要求被提出來。自旋轉(zhuǎn)移矩—磁隨機(jī)存儲器器件（Spin Transfer Torque - Magnetic RandomAccess Memory：STT-MRAM）就是一種接近“萬能存儲器”要求的極具應(yīng)用潛力的下一代新型存儲器解決方案。
 
類比地球的公轉(zhuǎn)與自轉(zhuǎn)，微觀世界的電子同時具有圍繞原子核的“公轉(zhuǎn)”軌道運動（電荷屬性）、電子內(nèi)稟運動（自旋屬性）。STT-MRAM就是一種可以同時操縱電子電荷屬性及自旋屬性的存儲器件。1988年，法國阿爾貝·費爾和德國彼得·格林貝格研究員通過操縱電子自旋屬性實現(xiàn)了基于電子自旋效應(yīng)的磁盤讀頭，使磁盤容量在20年間從幾十兆比特（MB）暴增到幾太比特（TB）。他們因此獲得2007年的諾貝爾物理獎。
 
在讀操作方面，磁隨機(jī)存儲器一般基于隧穿磁阻效應(yīng)，在鐵磁層1/絕緣層/鐵磁層2三層結(jié)構(gòu)中，當(dāng)兩層鐵磁層磁化方向相同時，器件呈現(xiàn)“低電阻狀態(tài)”，當(dāng)兩層鐵磁層磁化方向相反時，器件呈現(xiàn)“高電阻狀態(tài)”，且兩個狀態(tài)可以相互轉(zhuǎn)化；在寫操作方面，基于自旋轉(zhuǎn)移矩效應(yīng)，器件處于高阻態(tài)時，通自上而下的電流，反射的自旋多態(tài)電子會翻轉(zhuǎn)易翻轉(zhuǎn)層磁化方向，器件由低阻態(tài)變?yōu)楦咦钁B(tài)；器件處于低阻態(tài)時，通自下而上的電流，隧穿的自旋多態(tài)電子會翻轉(zhuǎn)易翻轉(zhuǎn)層磁化方向，器件由高阻態(tài)變?yōu)榈妥钁B(tài)。自旋轉(zhuǎn)移矩效應(yīng)已被驗證可實現(xiàn)1納秒以下的寫操作。
 
STT-MRAM不僅接近“萬能存儲器”的性能，同時由于其數(shù)據(jù)以磁狀態(tài)存儲，具有天然的抗輻照、高可靠性以及幾乎無限次的讀寫次數(shù)，已被美日韓等國列為最具應(yīng)用前景的下一代存儲器之一。

考慮到STT-MRAM采用了大量的新材料、新結(jié)構(gòu)、新工藝，加工制備難度極大，現(xiàn)階段其基本原理還不夠完善，發(fā)明專利分散在各研究機(jī)構(gòu)、公司中，專利封鎖還未完全形成，正是國內(nèi)發(fā)展該項技術(shù)的最好時機(jī)。
 
美國everspin已經(jīng)推出了其mram存儲器芯片產(chǎn)品，并被大量用于高可靠性應(yīng)用領(lǐng)域。已開發(fā)出其大容量STT-MRAM測試芯片。宣布具備了STT-MRAM的生產(chǎn)能力。美日韓等國很有可能在繼硬盤、DRAM及Flash等存儲芯片之后再次實現(xiàn)對我國100%的壟斷。我司英尚微Everspin一級代理商提供各種容量的MRAM芯片.

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