新的写入技术使MRAM变得更可行

来自于两家旋转力矩转移-磁性随机存储器(STT-MRAM)开发商的消息将增大MRAM被选中成为业界预想中的“通用存储器”的机率。“通用存储器”是指下一代平台，能够满足各种不同应用的需求，并取代我们今天所使用的DRAM、SRAM和闪存器件。

索尼公司对外宣布成为首家已经通过实验室操作验证的STT-MRAM开发商。而瑞萨科技(Renesas)为了在该技术的基础上开发实际的存储器单元，也已经与致力于研究旋转力矩的Grandis公司结成同盟。

MRAM具有读写速度快、耐久和非易失等优点。但是传统的MRAM功耗极大，而且被证明难以缩放，这些难题削弱了它可能成为通用存储器的竞争力。而早在上世纪90年代中期就作为理论提出的STT-MRAM，为解决这些问题提供了可能。

典型的MRAM单元由一个晶体管和一个磁性隧道结(MTJ)组成，后者包括一个固定方向的磁化层和一个自由磁层，两个层面由隧道栅相互隔离。MRAM通过改变自由层的磁化方向写入数据。

迄今为止，大多数的MRAM开发都是基于磁场的数据写入技术，即通过加入磁场来改变自由层的磁化方向。这种方法写入速度很快，但是却非常耗能。

STT-MRAM 对通过隧道磁阻(TMR)元件的电子旋转方向进行极化，以改变自由磁层的磁化方向，从而实现数据写入。由于不使用外部磁场，旋转力矩型MRAM比传统的MRAM消耗更少的能量，而且更易缩放。在其它方面，它的构成与传统MRAM相同。

索尼公司的研究人员利用4层金属，以180纳米CMOS工艺构建了一种4kb大小的存储器单元，其中的MTJ由经过优化的CoFeB材料构成。索尼在传统MRAM开发中也使用了CoFeB。

研究人员证实了这种实验器件的数据写入速度为2纳秒，电路仿真显示了相同的读出速度。切换自由层磁化方向所需要的电流为200微安，相当于传统MRAM所需能量的1/30。

“仿真表明，凭借材料特性的改进，这种存储器的密度可以提高到甚至是超越DRAM的水平，特别是还能降低写入功耗。”索尼公司固态存储器研究实验室新型存储器技术二组的高级经理 Hiroshi Kano表示，“随着材料的进一步改进，我们相信MRAM的密度有望超越DRAM。”Kano介绍，其小组的目的就是在今后两年内建立一个可实际应用的原型，以对该技术进行评估。

另一方面，瑞萨和Grandis公司打算在65纳米节点联合开发STT-MRAM。就像索尼公司一样，瑞萨一直在开发传统MRAM。但是由于相信STT比标准技术更可行，瑞萨接受了Grandis公司关于联合开发STT-MRAM的邀请。

瑞萨打算在3到5年内利用MRAM开发微控制器和SoC，以取代嵌入式DRAM和SRAM，这个时间表将使该公司领先于其它竞争者。但该公司表示，它不打算将MRAM用于商用存储器。

“多年来，Grandis公司一直在STT技术领域居于领先地位。我们是第一家把STT整合在MRAM存储器单元架构中的公司。”Grandis的总裁兼CEO William Almon在宣布与瑞萨的伙伴关系时表示。

“Grandis公司的技术在调整电子自旋方向方面非常出色。具体的调整效率依赖于薄膜结构。如果调整效率低，那么存储器就会需要更大的功率。”瑞萨公司先进器件开发部经理 Tsuyoshi Koga说。

“如果传统的MRAM进行缩放，它需要较大的磁场；但是如果STT-MRAM进行缩放，它则要求较小的电流。”Koga补充说，“所以，旋转力矩器件的缩放是可以预期的，而且这意味着成本的下降。”