非易失性MRAM數據寫入與讀取

一般來說，存儲結構設計的核心是確保磁性隧道結所表征的數據可以快速讀出，并且能夠根據需要快速進行改變，另外還有一些工程上的設計比如堆疊設計、數據密度提升等。而在數據讀寫方面，還會存在使用磁場寫入法和電流寫入法兩種完全不同的方法。
 
先來看看磁場法寫入數據。這種方法的核心在于數據的寫入是通過字線和位線電流流過時同時產生的磁場實現對數據的改寫。需要注意的是當字線或者位線二者中的一個有電流流過時，產生的磁場僅僅是自由層矯頑力的一半,因此不能改變自由層磁場的方向，且磁場相互正交。只有當字線和位線同時通過電流并產生磁場時，字線和位線交點處的磁隧道結自由層才會獲得確定的磁場方向，從而和下方的固定層結合，實現數據的存儲。目前磁場法的MRAM產品是業內大部分廠商的研發對象，這種方法的特點也比較明顯，一是產品功耗略高;二是由于存在從電到磁、磁到磁的作用過程，因此速度比較慢;三是結構比較復雜，制造難度比較高;四是存儲密度可能由于結構問題很難進一步提高。
 
除了磁場法改變數據外，還有一種方法是電流法。業內也有將磁場法寫入歸入第一代MRAM,電流法寫入歸入第二、三代MRAM。具體來說當電流通過磁性層時，電流會被極化，形成自旋極化電流，自旋極化電流可以將自己的自旋動量傳遞給自由層，使得自由層獲得磁矩。

因此這種方法是通過自旋極化電流來改變磁場方向的，且一般都使用前文提到的第二種磁性隧道結。需要注意的是，電流法改變自由層磁矩方向一般有兩種變化: 一是將自由層的磁矩方向改變成和固定層相同，此時電流從固定層流向自由層。在這種情況下固定層較厚、較強的磁場帶來了極化電流，極化電流穿過隔離層后，還能保持極化方向，因此能夠將自旋角動量轉移給非常薄的自由層，實現自由層磁矩方向和固定層相同。二是將自由層的磁矩方向改變成和固定層相反，此時電流從自由層流向固定層。在這個過程中電子和固定層發生交換耦合作用，使得自旋平行于固定層磁矩的電子通過，和固定層磁矩相反的電子被反射。因為固定層較厚且磁性較強，相反方向的電子不可能改變其磁矩方向，反倒通過極薄的隔離層又和自由層發生交換耦合作用，使得自有層磁矩和固定層呈現相反的狀態，實現了自由層磁矩的翻轉。從結構上來說電流法的存儲單元結構相比磁場法要簡單一些， 因為不再需要字線，是目前MRAM存儲中比較看重的一個研究方向。
 
從產品特性來看，電流法的MRAM特點如下:是寫入速度快，因為直接使用電流對磁場產生影響;二是存儲密度高，由于沒有字線，因此存儲密度相比磁場法要高出不少;三是功耗較低;四是不會產生磁場的交叉影響，因此數據穩定性更高。
 
說完了數據寫入，再來一起看看數據讀取。相比之下數據的讀取要容易很多。只要字線和位線同時通過較小的電流后檢測磁隧道結帶來的電位差就可以了。因為隧道效應的存在，如果磁隧道結處于低阻狀態，電位差很小;如果隧道效應不存在，則證明磁隧道結處于高阻值狀態，電位差則很大。通過電位差的大小，就能判斷此時磁隧道結存儲的數據的狀態，同時將數據傳輸給系統。另外這種讀取數據的方法完全是非破壞性的，也不會影響到數據的穩定性。
 
MRAM依靠優秀的特性和出色的性能，成為了下一代存儲產品的有力競爭者。MRAM已經正式出貨并且在逐步提升容量。從產業角度來看，進入2017年后各種非易失性存儲技術開始爆發，MRAM也是這些新技術中的一種，并且走在比較前端的位置。 

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