磁阻式随机存取内存

磁阻式随机存取存储器（MRAM）是一种非易失性随机存取存储器，它将数据存储在磁域中。开发于20世纪80年代中期，支持者认为磁阻式RAM最终将超越竞争技术，成为一种主导的甚至是通用的存储器。目前，正在使用的存储器技术，如闪存RAM和DRAM，具有实际的优势，到目前为止，MRAM在市场上一直处于利基角色。

与传统的RAM芯片技术不同，MRAM中的数据不是以电荷或电流的形式存储，而是通过磁性存储元件存储。这些元件由两块铁磁板组成，每块铁磁板都能保持磁化，并由一个薄的绝缘层隔开。

两块板中的一块是设置为特定极性的永 久磁铁；另一块板的磁化可以被改变，以配合外部场的磁化，从而存储记忆。这种配置被称为磁隧道结，是MRAM位的最简单结构。一个存储设备是由这种单元的网格构成的。

最简单的读取方法是通过测量单元的电阻来完成的。一个特定的单元（通常）是通过给一个相关的晶体管供电来选择的，该晶体管将电流从电源线通过该单元切换到地面。

由于隧道磁阻的存在，电池的电阻随两块板中磁化的相对方向而变化。通过测量产生的电流，可以确定任何特定电池内的电阻，并由此确定可写板的磁化极性。

通常情况下，如果两块板有相同的磁化排列（低电阻状态），这被认为意味着1，而如果排列是反平行的，电阻将更高（高电阻状态），这意味着0。

数据是通过各种方式写入单元的。在最简单的经典设计中，每个单元位于一对写线之间，写线相互成直角排列，与单元平行，一个在单元上方，一个在单元下方。

当电流通过它们时，在交界处会产生一个感应磁场，可写板会接收到这个磁场。这种操作模式类似于磁芯存储器，这是一个在20世纪60年代常用的系统。

然而，由于工艺和材料的变化，一个存储单元阵列的开关场分布有一个偏差σ。因此，为了用相同的电流对一个大阵列中的所有位进行编程，所施加的场需要比所选择的平均开关场大6σ以上。

此外，应用场必须保持在一个最 大值以下。因此，这种传统的MRAM必须保持这两种分布的良好分离。因此，编程场有一个狭窄的操作窗口；只有在这个窗口内，所有的比特才能在没有错误或干扰的情况下被编程。

2005年，依靠合成反铁磁体（SAF）自由层的独特行为的萨夫琴科开关被用于解决这个问题。SAF层是由两个铁磁层形成的，被一个非磁性的耦合间隔层隔开。

对于每层有一些净各向异性Hk的合成反铁磁体来说，存在一个临界自旋翻转场Hsw，在这个临界场上，两个反平行的层磁化将旋转（翻转）到与施加的场H正交，每个层在H的方向上轻微剪刀。

因此，如果只施加一个单线电流（半选位），45°场角不能切换状态。在切换过渡的下方，一直到最高场都没有干扰。

然而，这种方法仍然需要相当大的电流来产生场，这使得它对低功耗用途不太感兴趣，这是MRAM的主要缺点之一。此外，随着设备尺寸的缩小，会出现诱导场在小范围内与相邻单元重叠的情况，导致潜在的错误写入。

这个问题，即半选（或写干扰）问题，似乎为这种类型的单元设定了一个相当大的最小尺寸。对这个问题的一个实验性解决方案是使用环形域，利用巨大的磁阻效应进行写入和读取，但这个研究方向似乎已不再活跃。

一种较新的技术，即自旋转移转矩（STT）或自旋转移开关，使用自旋排列的（极化的）电子来直接转矩域。具体来说，如果流入一个层的电子必须改变其自旋，这将形成一个扭矩，并将其转移到附近的层。

这降低了写入电池所需的电流量，使其与读取过程大致相同。有人担心经典类型的MRAM单元在高密度下会有困难，因为在写入过程中需要大量的电流，而STT则避免了这个问题。由于这个原因，STT的支持者们希望在高密度的情况下能有更多的机会。