台灣科技部在 14 日發表由清華大學團隊研發出的最新磁阻式隨機存取記憶體（MRAM）技術，稱對半導體產業發展將有決定性的影響力。
由於摩爾定律將近，業界正努力尋求新一代的記憶體技術，而 MRAM 就是被關注的焦點之一，這是一種非揮發性記憶體技術，工作原理是應用巨磁阻效應，自 1990 年代就開始發展。其速度不下於 SRAM，且如快閃記憶體一般能在斷電後保留資料，能耗更低於 DRAM，是未來通用記憶體的候選技術之一。
顧名思義，所謂的磁阻式隨機存取記憶體，也就是靠電阻來記錄數位訊號的技術。簡單來講，其結構大致分為三層，上層是自由翻轉的鐵磁層，可以快速處理資料，底層則是固定的鐵磁層，可用做儲存資料，兩層中則以氧化層隔開。當此二鐵磁層的磁化方向相同，為低電阻態，代表訊號 1，若磁化方向相反，則是高電阻態，代表訊號 0。
早期的設計，不僅需要大電流來產生磁場才能使用，過低的功耗也引起不了業界的興趣，而器件在縮小的過程中，感應場的重疊容易引發讀寫錯誤。且原本透過在底層黏上反鐵磁層，以交換偏壓（Exchange bias）釘鎖住磁矩，然而這樣舊操控方法卻有很大的侷限，必須先將器件升溫，然後於外加磁場下降溫，才能改變釘鎖方向，這在實際應用上不太現實，如今新技術克服了這些瓶頸。
清華大學工學院長賴志煌與物理系教授林秀豪，帶領博士生林柏宏、楊博元等組成跨領域團隊，研發出的 MRAM 新一代核心技術，是在底層鐵磁-反鐵磁奈米膜層再加上一層奈米級白金，並透過電子自旋流來操控磁性翻轉，此方法是全球首創，甚至一度引發對實驗結果的質疑，認為是器件升溫所導致，但透過先進的實驗技術反覆測量後，終於說服審稿委員的質疑。
此研究結果已於今年 2 月登上世界知名期刊《Nature Materials》。此技術不再需要加熱降溫，也不會對其他電子零件造成熱傷害，並可與現有電子元件的製程無縫接軌，是半導體產業的重大突破，預計今年將與 STT-MRAM 技術整合，並在 4 年後令新世代 MRAM 原型現身，將帶動相關市場發展。
（首圖來源：清華大學）
