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非易失性存储器MRAM与FRAM的比较

“永久性存储器”通常是指驻留在存储器总线上的高性能,可字节寻址的非易失性存储设备。MRAM(磁性只读存储器)和FRAM(铁电RAM)都具有相似的性能优势:低电压运行,长寿命和极高的速度。它们以不同的方式实现这些目标,尽管在每种情况下,创新的材料技术都是性能突破的背后。由摩托罗拉和IBM率先开发的MRAM,通过将某些奇异材料暴露在磁场中而产生的数据位,随着存储单元中电阻变化而存储。FRAM由总部位于美国科罗拉多州科罗拉多斯普林斯的Ramtron开发,并已获得富士通,日立,德州仪器和东芝的许可,与MRAM显着不同:它在铁电材料中将位存储为固定电位(电压)。

MRAM
MRAM或磁性随机存取存储器使用具有铁磁性材料的磁性“状态”的1晶体管–1磁性隧道结(1T-1MTJ)体系结构作为数据存储元素。由于MRAM使用磁性状态进行存储(而不是随时间推移而“泄漏”的电荷),因此MRAM提供了相当长的数据保留时间(+20年)和无限的耐用性。切换磁极化(写入周期)是在电磁隧道结(MTJ)上方和下方的导线中产生脉冲电流的结果(见图1)。电流脉冲产生的相关H场改变了铁磁材料自由层的极化,这种磁开关不需要原子或电子的位移,这意味着没有与MRAM相关的磨损机制。自由层相对于固定层的磁矩改变了MTJ的阻抗(见图2)。阻抗的这种变化表示数据的状态(“1”或“0”)。通过测量MTJ的阻抗来实现传感(读取周期)(图3)。MRAM器件中的读取周期是非破坏性的,并且相对较快(35ns)。读取操作是通过在MTJ两端施加非常低的电压来完成的,从而在部件寿命内支持无限的操作。

MRAM1.png

图1:磁性隧道结(MTJ)

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图2:MRAM磁隧道结(MTJ)存储元件

FRAM

FRAM或铁电随机存取存储器使用1个晶体管–1个铁电电容器(1T-1FC)架构,该架构采用铁电材料作为存储设备。这些材料的固有电偶极子在外部电场的作用下转换为相反的极性。切换铁电极化状态需要偶极子(位于氧八面体中的Ti4+离子)(响应于电场)(在Pb(Zr,Ti)O3的情况下)运动(图4)。自由电荷或其他随时间和温度而累积的离子缺陷,这些缺陷会使偶极子随时间松弛,从而导致疲劳。

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图4:FRAM原子结构 图5:FRAM数据状态

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