MRAM是一种非易失性的磁性随机存储器。所谓“非易失性”是指掉电后﹐仍可以保持存储内容完整,此功能与Flash闪存相同;而“随机存取”是指处理器读取资料时,不定要从头开始,随时都可用相同的速率,从内存的任何位置读写信息。MRAM芯片中的存储单元采用磁隧道结(MTJ)结构来进行数据存储。

MTJ由固定磁层﹑薄绝缘隧道隔离层和自由磁层组成。当向MTJ施加偏压时，被磁层极化的电子会通过一个称为“穿遂”的过程，穿透绝缘隔离层。当自由层的磁矩与固定层平行时，MTJ结构具有低电阻;而当自由层的磁矩方向与固定层反向平行(anti- parallel)时，则具有高电阻。随着设备磁性状态的改变,电阻也会变化，这种现象就称为“磁阻”，“磁阻”RAM也因此得名。

与大部分其他半导体存储器芯片技术不同，MRAM中的数据以一种磁性状态(而不是电荷)存储,并且通过测量电阻来感应,不会干扰磁性状态。采用磁性状态存储有2个主要优点:

①磁场极性不像电荷那样会随着时间而泄漏,因此即使在断电的情况下,也能保持信息﹔

②在两种状态之间转换磁场极性时,不会发生电子和原子的实际移动,这样也就不会有所谓的失效机制。在MRAM芯片中使用的磁阻结构非常类似于在硬盘中使用的读取方式。

MRAM单元有两条写人线,还有读取电流的路径。晶体管导通用于检测(读取)，截止用于编程(写人)。为了制造高密度存储器，MRAM单元排列在个阵列中,每个写入线横跨数百数千个位，另有用于进行交叉点写人的数据线和位线，以及字线控制的隔离晶体管。在写人操作中,电流脉冲通过数据线和位线,只写入处在两线交叉点上的位。在读取操作中，目标位的绝缘晶体管被打开,MTJ上施加偏压后﹐将产生的电流与参考值进行比较﹐以确定电阻状态是低还是高。