STT-MRAM 不揮発性磁気ランダムアクセスメモリ

STT-MRAM（スピントランスファートルク磁気ランダムアクセスメモリー）は、MRAM（磁気ランダムアクセスメモリー）の第2世代である。その核となる利点は、効率的な情報書き込みを実現するためのスピン流技術の利用にある。その記憶装置の核となる部品は、精巧に設計されたMTJ（磁気トンネル接合）で、厚さの異なる2つの強磁性層を、厚さわずか数ナノメートルの非磁性絶縁層で挟んだものである。このユニークな設計により、STT-MRAMはスピン電流を精密に制御することでデータ書き込みを行う高度な不揮発性メモリとなっている。

STT-MRAMの動作原理

記憶装置は、トランジスタ、磁気トンネル接合（MTJ）、接続線から構成される。MTJは固定層（強磁性）、非磁性絶縁層、自由層（弱磁性）で積層され、自由層の磁気モーメントは容易に反転する。トランジスタはサイト選択スイッチとして使用され、そのドレインはMTJ固定層に接続されている。トランジスタがゲートによって活性化されると、ソース、ドレイン、MTJ、ビット線が閉回路を形成する。

情報を書き込む際、ビット線と追加書き込み情報線はそれぞれ半選択書き込み磁界を発生し、2つの磁界は直交する。記憶セルが選択され、追加書き込み情報線に電源が投入されたときのみ、二重磁界によって自由層の磁気モーメントが固定層の磁気モーメントと平行または反平行に反転し、その結果、MTJの抵抗が変化し、情報記憶が実現する。

情報を読み出す際、選択されたメモリセルに微小電流が流れ、MTJ間に電位差が発生し、その抵抗状態が反映される。この電位差を測定することで、自由層と固定層の磁気モーメントの相対的な向きを非破壊で決定し、保存されている情報を読み出すことができる。

（MTJモード後のMRAMプロセスフロー）

STT-MRAMの特性

1. 予期せぬ停電が発生した場合でも、STT-MRAM固有の不揮発性メモリ機能により、バックアップバッテリーに頼ることなくデータを保護することができます。
2. STT-MRAMの高速読み出し/書き込み性能は、システムの読み出し/書き込み待ち時間を大幅に短縮し、アプリケーションのインプレース実行をより効率的にします。
3. STT-MRAMは、高帯域幅の読み書きと不揮発性の特性を持ち、メモリとランニングメモリの二重機能を果たすことができます。
4. STT-MRAMメモリは国内独立製品で、最初のバッチ出荷である。
5. データ・セキュリティが大幅に強化され、改ざんされにくいアプリケーションの開発・展開がより便利になる。
6. SRAM+FLASH+EEPROMの同時交換が可能。

STT-MRAMと一般的なメモリの比較は以下の通り：

表1：

表2：

申し込み

破壊的技術であるSTT-MRAMは、家電やパソコンから自動車、医療、軍事、航空宇宙まで、幅広い分野で製品性能の展望を徐々に再構築しています。これは半導体産業の新章を予測し、さらに製品革新のポテンシャルに活力を与えている。

自動車業界では、優れた読み取り速度、超低消費電力、高密度を誇るSTT-MRAMは、eFlashやeSRAMをはるかに凌駕し、自動車のインテリジェント化と高性能化を推進する重要な力となっています。携帯機器や携帯電話市場向けには、STT-MRAMはマルチチップパッケージ（MCP）の廃止によりメモリサブシステムを統一することで設計を簡素化し、システムの消費電力を大幅に削減し、バッテリ寿命を大幅に延ばします。

パーソナルコンピュータの領域において、STT-MRAMは強力な代替能力を発揮します。SRAMの高速キャッシュとして、不揮発性キャッシュとしてフラッシュメモリの代わりとして、あるいは高速プログラム実行においてPSRAMやDRAMの代わりとして、STT-MRAMは性能上の優位性を発揮します。さらに、多くの組み込みアプリケーションにおいて、STT-MRAMは徐々にNORフラッシュやSRAMに取って代わりつつあり、システムの性能と信頼性を向上させる新たな選択肢として浮上しています。