存储器是计算机体系结构中的重要组成部分，对计算机的速度、集成度和功耗等都有决定性的影响。然而，目前的存储器难以同时兼顾各项性能指标，例如，硬碟的存储容量较高，但访问速度极慢(通常为微秒级)。快取则相反，具有高速和低集成度的特点。为充分发挥各类存储器的优势，典型的计算机存储系统採用图1所示的分级结构，一方面，频繁使用的指令与数据存于快取和主存中，能够以较快的速度与中央处理器互动；另一方面，大量非频繁使用的系统程式与文档资料被存于高密度的硬碟(HDD或SSD)中。这样的分级结构使存储系统兼具高速和大容量的优点，但是，随着半导体工艺特徵尺寸的不断缩小，传统的基于互补金属氧化物半导体工艺的快取和主存遭遇了性能瓶颈。在功耗方面，由于CMOS电晶体的漏电流随着工艺尺寸的减小而增大，因此，SRAM和DRAM的静态功耗日益加剧；在速度方面，处理器与存储器的互连延迟限制了系统的主频。解决该问题的一个有效途径是构建非易失性的快取和主存，使系统可工作于休眠模式而不丢失数据，从而消除漏电流和静态功耗，而且非易失性存储器可通过后道工艺直接集成于CMOS电路上，减小了互连延迟。在目前诸多的非易失性存储器中，以Flash的技术最为成熟，但Flash因写入速度慢(毫秒)、可擦写次数有限等缺点而无法达到快取和主存的性能要求。其他的候选有可变电阻式存储器、相变存储器和自旋转移矩磁性随机存储器等。

由一只三极体、一只磁隧道结（magnetic tunnel junction，MTJ）和若干连线线组成。MTJ 是一种多层薄膜结构，它由固定层、非磁性隔离层和自由层组成。其中，固定层较厚，磁性较强，磁矩不容易反转，而自由层较薄，磁性较弱，磁矩容易反转。三极体起到选址作用，三极体的漏极连线 MTJ 的一端（如固定层），当栅极开启三极体时，源极、漏极、MTJ 和位线组成迴路。位线和附加写信息线有电流流过时分别产生半选写信息磁场（即：位线、附加写信息线产生的磁场仅仅是自由层矫顽力的一半，单独的位线或附加写信息线都不能使存储单元中自由层的磁矩反转），且磁场相互正交。若存储单元未被选通，无论附加写信息线是否有电流流过，自由层的磁矩不会发生反转；若存储单元被选通，若附加写信息线有电流流过，其自由层的磁矩将会因受到来自位线和附加写信息线的半选写信息磁场的作用而发生反转，最终与固定层的磁矩呈平行或者反平行状态。自由层与固定层的磁矩平行或者反平行时，MTJ 的电阻是不相同的。磁矩相互平行时电阻较小，磁矩反平行时，电阻较大。因此，MRAM 的信息写入方式是通过电流产生磁场，进而使自由层磁矩发生反转，改变 MTJ 的电阻，实现信息写入。 MRAM 的信息读取是检测存储单元的电阻。若存储单元被选通，恆定的小电流从位线经连线线、MTJ 到选通的三极体漏极流过，在 MTJ 两端会产生电位差。根据电位差的大小，可得确定 MTJ 的电阻，从而知道自由层与固定层磁矩之间的相对取向关係，这种读出方法是非破坏性的。

法国Spintec实验室提出的TAS-MRAM器件结构，在铁磁层上加入反铁磁层，形成交换偏置作用。写入时，首先在磁隧道结通入电流，将器件加热至反铁磁层的转变温度之上，同时施加写入磁场，然后将器件冷却，在交换偏置的作用下，自由层的磁化被翻转并稳定在与外加磁场相同的方向。这种写入方式只需要一个外加磁场，能够解决半选干扰问题，功耗和可靠性都有所改善。

法国研究机构SPINTEC与开发MRAM技术的CrocusTechnology共同开发出了将热辅助切换（ThermallyAssistedSwitching：TAS）用于垂直磁化方式MTJ元件的STT-MRAM技术。并在2011年10月31日于美国亚利桑那（Arizona）州斯科茨戴尔（Scottsdale）开幕的磁技术国际会议“56thMMM”的首日进行了发布。

TAS技术是一项边用加热器对MTJ元件存储层进行加热，边写入数据的技术。对存储层进行加热后，矫顽力会下降，从而可轻鬆写入数据。介质在存储层中冷却后，矫顽力会再次提高，数据稳定性也会随之提高。TAS技术基本上是一项与硬碟（HDD）热辅助存储相同的技术。

MRAM需要TAS技术的原因是，兼顾低开关电流和高稳定性是推进定标（Scaling）所必需的。此次SPINTEC等採用了Sy(Pt/Co)/CoFeB/MgO/CoFeB/(Pd/Co)构成的垂直磁化方式MTJ元件，工作原理採用STT（自旋注入式磁化反转）方式。MTJ元件的工作温度範围为－30℃～+85℃，不过写入时由于利用TAS技术，因此会加热至175℃。

据介绍，此次通过採用TAS技术，可以将热稳定性指标Δ提高至73，同时将切换时的电流密度（JC）降至4.6×106。SPINTEC等自信地表示，“通过组合使用STT方式和TAS，对于20nm以下工艺的MRAM，也可以实现业界最出色的Δ/JC”。不过，MR比目前只有10～20%。SPINTEC等表示，“今后将进行改进，以把MR比提高至100%左右”。

磁场写入方式存在着3个固有缺陷:

（1）需要毫安级的写入电流，功耗较高;

（2）随着工艺尺寸的减小，写入电流将急剧增大，难以在纳米级磁隧道结中推广套用;

（3）需要较长的载流金属线产生磁场，电路设计複杂度较高。这些缺点限制了MRAM的套用前景，因此，以纯电学方式完成磁化翻转，成为当时MRAM研究人员追求的重要目标。