1.1.3 MRAM简介
磁随机存储器（magnetic RAM，MRAM）是通过磁化方向的改变来存储数据的，并通过磁阻效应来实现数据的读出。MRAM的发展与磁阻效应的发展息息相关，从早期的利用率只有5％的AMR（anisotropic magnetoresistance effect）到后来巨磁阻效应GMR（giant magnetoresistance）和隧穿磁阻效应TMR（tunnel magnetoresistance effect）的相继发现，磁阻效应的利用率已达到25％左右，也使得磁存储器的研发进入一个全新的阶段。目前，包括Motorola、IBM、HP、Infineon在内的很多国际半导体公司都在积极研发磁存储器产品，并已经开发出1MB的磁存储器。
从原理上讲，MRAM的设计是非常诱人的，它通过控制铁磁体中的电子旋转方向来达到改变读取电流大小的目的，从而使其具备二进制数据存储能力。理论上来说，铁磁体是永久不会失效的，因此它的写入次数也是无限的。在MRAM发展初期所使用的磁阻元件是被称为巨磁阻（GMR）的结构，此结构由上下两层磁性材料、中间夹着一层非磁性材料的金属层所组成。由于GMR元件需较大电流，这成为无法突破的难点，因此无法达到高密度存储器的要求。与GMR不同的另一种结构是磁性隧道结（MTJ）。与GMR元件的最大差异是。MTJ隔开两层磁性材料的是绝缘层而非金属层。MTJ元件是由磁场调制上下两层磁性层的磁化方向成为平行或反平行来建立两个稳定状态，在反平行状态时通过此元件的电子会受到比较大的干扰，因此反映出较高的阻值；而在平行状态时电子受到的干扰较小得到相对低的阻值。MTJ元件通过内部金属导线所产生的磁场强度来改变不同的阻值状态，并以此记录“0”与“1”的信号。
MRAM当前面临的主要技术挑战是磁致电阻过于微弱，两个状态之间的电阻只有30％－40％的差异，读写过程要识别出这种差异的话，还有一定的难度。不过，NVE公司于2003年11月宣布，其工程师研制成功迄今为止最高的自旋隧穿结磁阻（SDT）。该公司采用独特材料，室温下在两个稳定状态之间使隧穿磁阻变化超过70％。NVE已向包括Motorola公司在内的几家致力商用化MRAM的公司授权使用其MRAM知识产权。IBM、Motorola和Infineon等公司的MRAM样品已纷纷出炉，预计以后更多的MRAM商用产品将陆续面市。2002年6月Motorola公司演示了第一片1.Mb的MRAM芯片，据悉2003年10月该公司又向其他公司推出了采用0.18m工艺的4Mb MRAM样片。Toshiba和NEC公司的联合研究小组计划采用0.25mm磁性隧道结与0.18m工艺相结合的方式，希望在几年后实现256Mb MRAM的量产。Infineon和：IBM公司也在2003年6月联合宣布，他们开发出的高速128kB MRAM采用0.181xm工艺制作，可为业界提供工艺尺寸最小的MRAM产品。
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