磁気抵抗メモリ

磁気抵抗メモリ（じきていこうメモリ、英: Magnetoresistive Random Access Memory, Magnetic Random Access Memory, MRAM）は、磁気を利用した記憶素子。N-Sという磁力極性を利用した記憶媒体（磁気ディスク装置や磁気テープ装置など）ではなく、電子のスピンをメモリ素子として利用するスピントロニクスを採用している。

構造

素子の構造

構造はおおよそDRAMと似ており、DRAMにおけるキャパシタ部分をMTJ（Magnetic Tunnel Junction、磁気トンネル接合）素子に置き換えたような形をしている。MTJ部分には、各MTJを選択するための電界効果トランジスタ（MOS FET）が附属している。右の図のように、下から順にMOS FETとワード線、MTJ、ビット線が積み重なっている。

MRAMの記憶はMTJで行なう。MTJは2つの強磁性層のうち片方は磁化が固定されており、他方は磁化が可変であり、間に障壁となる薄い絶縁層がある。一方の磁性層の磁化の方向を固定し、他方を変化させることで抵抗値の高低を切り替え、0と1に対応させる。MTJは、2つの磁性層の磁気の向きが違う時に抵抗が高く、同じ時に抵抗が低い（GMR効果、TMR効果）。

MRAMは記憶に磁化状態を利用しているため不揮発性で、DRAM等とは異なり、電源を切っても記憶状態が保存されるという特徴がある。 研究レベルでは、SRAMと同様に高速なランダムアクセス性能（数ナノ秒）が実現されている。GMR効果を用いたMRAMに代わり、近年は大容量化に有利なTMR効果を用いたMRAMの研究開発が盛んになっている。

しかし、外部からの強磁界に弱いという短所もある。これはMTJの可動層の磁化方向そのものではなく両面の磁化方向の違いにより情報を記憶するため、固定層の磁化方向が狂ってしまうと正常に読み出しできなくなり、回復不能になることによる。

書き込み方式の多様化

電流磁場方式

選択されたビット線とワード線（またはワード線方向に平行した書き込み線）に電流を流し、磁場を発生させる。ビット線とワード線の交点で最も合成磁場が強くなることにより、選択されたアドレスのデータを書き換える方式。

スピン電流方式

電流磁場方式のMTJに、一定方向の電子スピンをもつ電流だけを通過させる膜（スピンフィルタ材料）を付加した構造になっている。選択したMTJへ電流を流すことにより、電流がスピンフィルタ材料を通過し、一定方向に揃えられた電子のスピントルクが、磁性層の磁場方向を変化させる。また、MTJへ逆方向の電流を与えることにより、磁性層の磁場の方向（情報の0か1か）を逆にしている。

関連項目

• 磁気コアメモリ

外部リンク

• 特許庁、MRAM・スピンメモリ技術
• 新機能素子研究開発協会、MRAM、スピントロニクス-概要-
• Freescale、MRAMの量産開始
• 東北大学が日立製作所と共にスピン注入磁化反転方式を用いた2メガビットチップ-SPRAM-の試作に成功
• IBM社とTDKがスピン注入磁化反転方式を採用した次世代MRAMを開発へ
• 東芝が垂直磁化膜を用いたスピン注入磁化反転方式の動作を確認
• NEC、混載用超高速MRAMマクロの500MHz動作実証に成功
• 東芝が垂直磁化膜を用いたスピン注入磁化反転方式で64メガビットチップを実現 チップ写真、記事