4.7 Магнітна пам'ять
MRAM поєднує швидкодія динамічної пам'яті з перевагами магнітних запам'ятовувальних пристроїв (збереження інформації без споживання енергії). Крім того, вона позбавлена одного з основних недоліків цього типу пам'яті - необхідності періодично обновляти збережену інформацію. На думку експертів, MRAM може стати гідним спадкоємцем звичайної динамічної пам'яті. До основних переваг нового типу пам'яті ставляться мале енергоспоживання, низька вартість і висока щільність елементів (осередків зберігання). Більше того, розроблювачі затверджують, що технологічний процес для виробництва MRAM простіше й дешевше, ніж для DRAM, а, крім того, не вимагає екзотичних матеріалів.
Спочатку розроблювачі використовували так звану анізотропну магниторезистивну (Anіsotropіc MagnetoResіstance, AMR) технологію, а пізніше - "гігантський магниторезистивний" ефект GMR (Gіant MagnetoResіstance). Він полягає в тому, що в магнітному полі електричний опір тонкої магнітної плівки змінюється на кілька відсотків.
Учені з корпорації ІBM працювали в іншому напрямку. Вони почали створювати пристрій, що використовує тунельний ефект через тонкий ізолятор. Слабкий тунельний струм мінявся майже на 30% і залежності від того, у якому напрямку діяли поля сусідніх магнітів (в одному або протилежних).
Корпорація Mіcromem Technology також створила 8- розрядні зразки MRAM. В основі підходу, яким скористалися фахівці, лежав ефект Холу. Нагадаємо, що під ефектом Холу розуміють виникнення в провіднику зі струмом, поміщеному в магнітне поле, електричного поля з вектором напруженості, перпендикулярним магнітному.
На відміну від напівпровідникової пам'яті підложкою для MRAM може служити не тільки кремній або арсенід галію, але й звичайне скло, а в перспективі навіть пластик. В осередку MRAM не використовується кремній. Кожний біт інформації в MRAM зберігається в смужці феромагнітного матеріалу, що володіє спеціальними властивостями.
Загалом кажучи, що запам'ятовує елемент пам’яті MRAM (рис. 4.12) багато в чому схожий на магніторезистивні голівки, що широко застосовуються в сучасних жорстких дисках. Він являє собою "сендвіч", у якому шар магніторезистивного матеріалу укладений між двома шарами феромагнетика. Провідність магніторезистивного шару, як відомо, залежить від магнітного поля, у яке він поміщений. Очевидно, що усередині запам'ятовувального елемента MRAM це поле, а виходить, і опір, який знаходиться в ньому, магніторезистивного матеріалу, буде визначатися орієнтацією магнітних моментів феромагнітних шарів. Уважається, що коли їхні магнітні моменти орієнтовані в одному напрямку, то елемент має значення 0, а коли в протилежних - 1. Звідси, до речі, видно, чому пам'ять MRAM енергонезалежна - змінити орієнтацію магнітного моменту можна тільки зовнішнім впливом. З на себе увага й той факт, що для керування елементом пам'яті досить управляти магнітним моментом тільки в одному з феромагнітних шарів, а в другому шарі він може залишатися постійним.
Рисунок 4.12 - Одиниця пам’яті MRAМ
У запропонованих на сьогоднішній день рішеннях на базі MRAM для запису даних використовується масив взаємно перпендикулярних шин, у точках перетинання яких розміщені запам'ятовувальні елементи (рис. 4.13). При цьому зміна стану елемента можлива тільки при одночасному проходженні струму через обидві його шини, що перетинають. Найпоширеніший метод вибору запам'ятовувального елемента для зчитування інформації з пам'яті MRAM заснований на застосуванні польових транзисторів. При подібному підході розмір комірки пам'яті, що буде складатися з описаного вище запам'ятовувального елемента й транзистора, задається саме останнім, оскільки він значно більше. Таким чином, у принципі можливо досягти того ж ступеня інтеграції осередків, що й у динамічній пам’яті.
Читання
біту
Запис “1”
Запис “0”
Бітова шина
Рисунок 4.13 - Архітектура MRAM
Контрольні питання
Перерахуйте переваги магнітної пам’яті MRAM.
Наведіть структуру MRAM.