MRAM(Magnetoresistive Random-Access Memory:磁阻式記憶體)是以磁性體的磁化方向記憶資料的非揮發性記憶體。它兼具斷電後資料仍能保存的非揮發性,以及接近 SRAM 的高速存取(10~50ns)與高寫入耐久度(10¹² 次以上),作為彌補快閃記憶體與 DRAM 弱點的「通用記憶體」候選而受到矚目。STT-MRAM(Spin Transfer Torque MRAM)是目前的主流技術,由三星、TDK、Everspin、格羅方德量產。
MRAM 的記憶原理在於磁穿隧接面(MTJ:Magnetic Tunnel Junction)。由 2 層鐵磁性膜(固定層・自由層)與薄的穿隧絕緣層(MgO)構成的 MTJ 單元,依自由層磁化方向與固定層平行(低電阻・「0」)或反平行(高電阻・「1」),呈現 2 種狀態。STT-MRAM 利用寫入電流的自旋角動量使磁化方向反轉,讀取則依電阻值的差異進行。
MRAM 的用途正沿著嵌入式記憶體(eMRAM)與獨立記憶體 2 條路線擴大。eMRAM 用於以 MRAM 取代先進邏輯晶片內部分 SRAM 快取,已整合進 GlobalFoundries 22FDX、Samsung SF28 等製程。它作為車用微控制器(瑞薩 RH850 等)的快閃記憶體替代方案而逐漸被採用,其高溫運作與高改寫耐久度適合車用用途。
SOT-MRAM(Spin-Orbit Torque MRAM)作為次世代技術正在研究中。SOT-MRAM 的寫入速度比 STT-MRAM 快 1 個數量級以上(<1ns),也能降低寫入電流,學術界與產業界正積極研究將其作為 L1/L2 快取的 SRAM 替代候選。IMEC、CEA-Leti 與各大學都在進行 SOT-MRAM 試製,目標是解決量產化的課題(MTJ 的均勻性、SOT 材料的最佳化)。
MRAM 市場預測在 2026~2030年以年增率超過 25% 成長,特別是車用、工業物聯網與邊緣 AI 的嵌入式記憶體需求將扮演帶動角色。在日本,TDK 與索尼在 STT-MRAM 開發上展現存在感,由於日本的材料技術(MgO 成膜・濺鍍靶材)與 MRAM 相當契合,日本國內材料廠商也能受惠。MRAM 的量產使用濺鍍設備(愛發科・東京威力科創・Canon Anelva)、CMP 設備與 ALD 設備。