🧲 MRAM（Magnetoresistive Random Access Memory）

📘 概要 / Overview

MRAMは、磁気トンネル接合（MTJ: Magnetic Tunnel Junction）を利用して情報を記憶する不揮発性メモリです。
MRAM is a non-volatile memory that stores information using Magnetic Tunnel Junctions (MTJs).

スピン偏極電流で磁化状態を制御することで、「1」または「0」を記録・保持でき、電源OFFでもデータが消えません。
Using spin-polarized currents to switch magnetic states allows data retention even when the power is off.

高速・高耐久・不揮発性という特性を兼ね備え
Combines high-speed, high-endurance, and non-volatility

🧩 構造：MTJセル（磁気トンネル接合） / Structure: MTJ Cell

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 │  磁性固定層（方向一定） │  Fixed Magnetic Layer
 ├───────────────┤
 │  絶縁トンネル層       │  Tunnel Barrier
 ├───────────────┤
 │  磁性可変層（書換可能） │  Free Magnetic Layer
 └───────────────┘

📌 動作原理 / Operating Principle

状態 / State	磁化方向 / Magnetic Orientation	抵抗 / Resistance	論理値 / Logic
平行 / Parallel	↑↑ or ↓↓	Low / 低	1
反平行 / Antiparallel	↑↓ or ↓↑	High / 高	0

書き込み：スピン偏極電流により可変層の磁化を反転
Write: Flip the free layer’s magnetization with spin-polarized current
読み出し：非破壊読み出しで抵抗を検出
Read: Non-destructive readout by sensing resistance

🔁 書き込み方式の種類 / Types of Write Mechanisms

方式 / Type	特徴 / Feature	状況 / Status
STT-MRAM（Spin-Transfer Torque）	セルを通る電流で磁化反転 / Current through cell flips spin	量産中 / Mass production
SOT-MRAM（Spin-Orbit Torque）	横電流で高速書込 / Fast write via transverse current	開発中 / Under development

💡 STTはシンプル構造、SOTは高性能。設計トレードオフが重要です。
💡 STT offers simpler design; SOT provides better performance — tradeoffs matter.

📊 特性比較表 / Comparison Table

項目 / Feature	MRAM	SRAM	DRAM	Flash
不揮発性 / Non-volatility	◎	×	×	◎
書換回数 / Write Endurance	◎（>10¹⁵）	◎	◎	△（10⁴〜10⁵）
書換速度 / Write Speed	◎（SRAM並 / Comparable to SRAM）	◎	○	×（µs〜ms）
消費電力 / Power Consumption	○（中 / Medium）	○	△	◎
面積効率 / Area Efficiency	○（1T1MTJ）	△（6T）	◎（1T1C）	◎

🧪 技術展開と製品化 / Technology and Commercialization

PDK対応：TSMC / Samsung / GlobalFoundries などで eMRAM 対応
Supported by major foundries (TSMC, Samsung, GF) in PDKs
28nmプロセスでeFlash代替に採用例あり
Used as eFlash replacement at 28nm nodes
用途例：マイコン、IoT、センサ、AIチップ
Applications: MCUs, IoT, sensors, AI SoCs

🚧 技術課題 / Technical Challenges

高電流による熱問題 / Heat management for high write current
CMOSとの統合難易度 / Integration challenges with CMOS
面積効率の改善 / Improving cell area efficiency

🧭 SoC設計での意義 / Value in SoC Design

活用例 / Use Case	効果 / Benefit
eFlash代替	高耐久・高速書換え
キャッシュ	不揮発キャッシュによる即起動
IoT/省電力SoC	待機電力削減、リーク抑制
セキュア用途	電源断でも状態保持（セキュアブート）

📚 教材的価値 / Educational Value

スピントロニクス応用の好例 / Example of spintronics in action
Flash, FeRAM との比較教材 / Comparative memory education
STT vs SOT の設計選定力育成 / Learning to choose design options

feram.md：FeRAMとの構造比較 / FeRAM comparison
基礎編第4章：CMOS回路と不揮発素子設計
応用編第5章：混載LSIと記憶制御

🏘 応用編第1章：メモリ技術｜Applied Chapter 1: Memory Technologies