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”作為數據存儲元素。由于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），因此MRAM可以提供非常長的數據保留時間（+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沖電流的結果（見圖1）。

圖1：磁性隧道結（MTJ）

電流脈沖帶來的相關H場會改變自由層的極化鐵磁材料。這種磁性開關不需要原子或電子的位移，這意味著沒有與MRAM相關的磨損機制。自由層相對于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（讀取周期）是通過測量MTJ的阻抗來實現的（圖3）。MRAM器件中的讀取周期是非破壞性的，并且相對較快（35ns）。讀取操作是通過在MTJ兩端施加非常低的電壓來完成的，從而在部件使用壽命內支持無限的操作。

圖3：MRAM讀寫周期

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，該架構采用鐵電材料作為存儲設備。這些材料的固有電偶極子在外部電場的作用下轉換為相反極性。改變鐵電極化態需要偶極子（位于氧八面體中的Ti4+離子）移動（在Pb（Zr，Ti）O3的情況下）對電場的響應（圖4）。自由電荷或其他隨時間和溫度累積的離子缺陷會阻止這種運動，這些缺陷會導致偶極子隨時間松弛，從而導致疲勞。

圖3：FRAM原子結構 圖4：FRAM數據狀態

FRAM中的讀取操作具有破壞性，因為它需要切換極化狀態才能感知其狀態。在初始讀取之后，讀取操作必須將極化恢復到其原始狀態，這會增加讀取時間的周期。

圖5：FRAM讀/寫周期

FRAM的讀和寫周期需要一個初始的“預充電”時間，這可能會增加初始訪問時間。