全球首創,清大團隊突破 MRAM 技術瓶頸

作者 | 發布日期 2019 年 03 月 15 日 9:02 | 分類 記憶體 , 零組件 follow us in feedly

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

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