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MRAM与STT-MRAM技术应用.docx
资料介绍
存储芯片的MRAM与STT-MRAM技术应用
一、引言
MRAM（磁阻随机存取存储器）是利用磁隧道结的磁阻效应实现数据存储的新型非易失性存储器，兼具接近SRAM的读写速度、无限次的擦写耐久性与断电数据不丢失的非易失性。STT-MRAM（自旋转移矩MRAM）是当前MRAM产业化的主流技术路线，通过自旋极化电流直接翻转MTJ的磁化方向，写入电流与MTJ尺寸成反比，具有良好的可微缩性。
MRAM在存储芯片中的应用包括：嵌入式MRAM（eMRAM）在车规级MCU中替代传统eFlash，缓存级MRAM在CPU缓存中替代SRAM，独立式MRAM在工业控制与物联网中替代NOR Flash。2026年，14至16nm eMRAM已在车规级MCU中实现量产，28nm 1Gb独立式MRAM已进入市场。本文将从器件原理、技术路线、应用场景与产业化进展四个方面，对MRAM与STT-MRAM技术进行全面分析。
二、器件原理
2.1 MTJ结构
MRAM的核心存储单元是磁隧道结，由参考层、隧道势垒层与自由层组成。参考层的磁化方向被固定，自由层的磁化方向可通过电流翻转。
2.2 STT翻转
STT-MRAM利用自旋极化电流传递自旋角动量给自由层，实现磁化方向的翻转。写入电流的大小与MTJ的尺寸成反比，这意味着随着工艺节点的缩小，STT-MRAM的写入功耗反而降低。
三、技术路线
3.1 STT-MRAM
STT-MRAM是当前MRAM产业化的主流路线，在28nm至14nm工艺节点上实现了量产。
3.2 SOT-MRAM
SOT-MRAM采用三端器件结构，读取路径与写入路径分离，避免了读写竞争对MTJ势垒层的冲击。
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