20240620日志：TAS-MRAM的电阻开放分析

1 MRAM介绍

MRAM(Magnetic random access memory)，磁随机存储器，利用磁性材料的状态来存储数据。MRAM的存储单元通常由一个磁隧道结（$MT{J}^{茅台酒}$，Magnetic Tunnel Junction）组成，它包括两个铁磁（FM）层和一个绝缘的隧穿层。其中一个铁磁层的磁化方向是固定的（称为参考层或钉扎层），另一个铁磁层的磁化方向可以改变（称为自由层）。数据存储在自由层相对于参考层的磁化方向上，当自由层与参考层的电子自旋方向平行，整体表现为小电阻；相反是表现为大电阻，由此产生了逻辑，其中CMOS（Fig. 1.1 中的WL）用来辅助读写逻辑。

Fig. 1.1 MTJ两种工作状态

MRAM的特点有：非易失性、高速读写、低功耗和高密度。MRAM的读写速度与DRAM相当，但是，MRAM的非易失性给其带来了很多好处。对于缓存来讲，非易失性的好处并不明显，因为大部分的计算机并没有断电的可能性，但是，非易失性给其带来的好处是能耗低、工作电压低。以后电脑开机可能也就一瞬间。对于DRAM，易失的特点使其在工作的时候需要保持很高的电压，而MRAM可以在其写操作之后断电使用，这样既节约了能耗，又进一步降低了工作电压。而且MRAM的使用寿命比DRAM更长。
TAS是MRAM的一种状态切换方法，下面Fig. 2是MRAM的基本架构

Fig. 1.2 MRAM基本结构

通过字线（word-line）和位线（bit-line）定位某一个MTJ进行读写操作。

开放电阻的缺陷

不同的缺陷给MRAM的影响是不同的，Fig. 1.3是不同的开放电阻缺陷。热流对于MTJ很重要，只有加热到阻塞温度以上的MTJ才能够切换磁化状态，加热的时间不够长MTJ就不足以完成写操作，这个热流对于在读取操作期间检索MTJ的逻辑状态也很重要。

Fig. 1.3 开放电阻缺陷

文章中电阻开放缺陷分为三类：
1）直接影响MTJ热流的缺陷；
2）间接影响MTJ热流的缺陷；
3）影响场线电流的缺陷。