隨著自旋轉移矩效應的發現以及材料和結構的優化，基于自旋轉移矩效應的TT-MRAM器件應運而生。自從自旋轉移矩效應被證實以來，一方面研究人員通過大量的努力嘗試降低磁化反轉的臨界電流，增加熱穩定性；另一方面Sony、Hitachi、Renesas、Crocus、Toshiba、Samsung、Hynix、IBM等多家公司也在積極研發STT-MRAM。

早期的磁隧道結采用面內磁各向異性（In-Plane Magnetic Anisotropy）。它存在如下兩個弊端：

1）隨著工藝減小，熱穩定性惡化。采用面內磁各向異性磁隧道結的存儲壽命取決于熱穩定性勢壘和磁各向異性場，面內磁各向異性的來源是薄膜平面較大的長寬比。

隨著工藝尺寸的微縮（＜50nm），這種薄膜的邊際效應加劇，會產生顯著的磁渦旋態，難以保持較高的熱穩定性勢壘，甚至穩定的磁化也無法存在，這將限制MRAM的存儲密度；

其次面內磁各向異性的磁隧道結降低了自旋轉移矩的翻轉效率

因此，對于相同的熱穩定性勢壘，垂直磁各向異性能夠使磁隧道結的臨界翻轉電流比面內磁各向異性的更低，相應地，自旋轉移矩的翻轉效率更高。鑒于上述優勢，研究人員也一直致力于采用垂直磁各向異性的磁隧道結結構建高密度、低功耗的pSTT-MRAM。

圖1（a）垂直磁各向異性的磁隧道結；（b）沿面內和垂直方向的磁化曲線，證明易磁化軸沿垂直方向。

目前最新的低功耗、大容量的MRAM器件均采用垂直磁各向異性磁隧道結，比如everspin已推出的256Mb STT-MRAM商用產品以及展示的1Gb演示器件采用的就是垂直磁各向異性磁隧道結。

審核編輯：劉清