MRAM

定義

MRAM（Magnetoresistive RAM，磁阻式記憶體）是以 MTJ（magnetic tunnel junction，磁穿隧結）中磁性層的磁化方向儲存 0/1 的非揮發記憶體。相較 eFlash，MRAM 不需高壓寫入與複雜嵌入式快閃製程；相較一般揮發性 SRAM/DRAM，MRAM 斷電後仍可保留資料，且耐寫次數高。

嵌入式 MRAM（eMRAM）目前主要落在 22/28/16nm 等 MCU、IoT 與車用控制器節點，SOT-MRAM 則被視為更高速、更高耐寫的下一代快取候選技術。

圖解

flowchart LR
    subgraph STT["STT-MRAM：讀寫同路徑"]
        A1[位元線] --> B1[固定層]
        B1 --> C1[MgO 穿隧層]
        C1 --> D1[自由層]
        D1 --> E1[選擇電晶體]
        W1[寫入電流穿過 MTJ] --> C1
    end
    subgraph SOT["SOT-MRAM：讀寫分離"]
        A2[讀取路徑] --> B2[MTJ]
        H2[重金屬 SOT 層] --> D2[寫入電流橫向流動]
        D2 --> E2[自旋軌道矩切換自由層]
    end

圖說：STT-MRAM 以穿過 MTJ 的電流寫入；SOT-MRAM 以重金屬層產生自旋軌道矩，讓讀寫路徑分離，有利速度與耐寫，但製程與整合仍在研發導入階段。

技術原理

MRAM 的基本單元是 MTJ，由自由層、MgO 穿隧層與固定層構成。自由層與固定層磁化方向平行時電阻較低，反平行時電阻較高，感測電阻差即可讀出資料。

先進節點多採垂直磁各向異性 pMTJ，使磁化方向垂直於薄膜平面，可在縮小位元面積時維持熱穩定性。熱穩定性不足會造成資料保存時間下降；切換電流過高則會拉高寫入功耗並影響可靠度。

STT-MRAM（spin-transfer torque MRAM）讓寫入電流直接穿過 MTJ，以自旋轉移矩翻轉自由層磁化方向。它結構相對簡潔，較適合嵌入式非揮發記憶體量產。

SOT-MRAM（spin-orbit torque MRAM）在 MTJ 下方加入重金屬 SOT 層，寫入電流沿 SOT 層橫向流動，讀取仍透過 MTJ。讀寫路徑分離可降低 MTJ 寫入壓力、提高速度與耐寫，長期目標是切入 SRAM 或快取層級，但目前仍屬研發與早期導入。

關鍵參數 / 判斷指標

技術瓶頸 / 風險

• 寫入電流與熱穩定性存在 trade-off：位元縮小後，既要低電流切換，又要長時間保存資料。
• 磁性材料整合進 CMOS BEOL 需控管污染、退火溫度與良率。
• SOT-MRAM 需要額外 SOT 層與更複雜的 cell / selector 設計，成本與面積優勢仍待量產驗證。
• MRAM 可取代部分 eFlash 或低容量 NVM，但不等於全面取代 SRAM、DRAM 或 NAND。

關鍵廠商

應用場景

• 車用 MCU、工控 MCU、IoT SoC：以 eMRAM 取代嵌入式 eFlash，降低高壓製程與微縮限制。
• 安全元件與低功耗邊緣裝置：利用非揮發與快速寫入特性保存狀態。
• 獨立式 MRAM：利基型非揮發記憶體，用於高可靠度與快速寫入場景。
• SOT-MRAM 快取：目標取代部分 SRAM / cache，但仍屬研發與前瞻導入。

相關技術

• 技術_FeRAM
• 技術_3D堆疊SRAM

投資觀察 / 台股映射

• 2330_台積電（市）：主要 foundry 受惠者，若 eMRAM 在車用 MCU、工控與 IoT 擴大導入，會強化成熟/特殊製程平台價值。

來源

• 技術原理為公開知識；產業數據來自 2026-05 網路彙整(gemini)，URL 多不可考，已交叉核對，精確數字待原始論文/法說核對。

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