重大突破！清華大學(xué)團(tuán)隊(duì)突破 MRAM 技術(shù)瓶頸

臺(tái)灣科技部在14日發(fā)表由清華大學(xué)團(tuán)隊(duì)研發(fā)出的最新磁阻式隨機(jī)存取內(nèi)存(MRAM)技術(shù)，稱對(duì)半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)發(fā)展將有決定性的影響力。

由于摩爾定律將近，業(yè)界正努力尋求新一代的內(nèi)存技術(shù)，而MRAM就是被關(guān)注的焦點(diǎn)之一，這是一種非揮發(fā)性內(nèi)存技術(shù)，工作原理是應(yīng)用巨磁阻效應(yīng)，自1990 年代就開始發(fā)展。其速度不下于SRAM，且如閃存一般能在斷電后保留數(shù)據(jù)，能耗更低于 DRAM，是未來通用內(nèi)存的候選技術(shù)之一。

顧名思義，所謂的磁阻式隨機(jī)存取內(nèi)存，也就是靠電阻來記錄數(shù)字訊號(hào)的技術(shù)。簡(jiǎn)單來講，其結(jié)構(gòu)大致分為三層，上層是自由翻轉(zhuǎn)的鐵磁層，可以快速處理數(shù)據(jù)，底層則是固定的鐵磁層，可用做儲(chǔ)存數(shù)據(jù)，兩層中則以氧化層隔開。當(dāng)此二鐵磁層的磁化方向相同，為低電阻態(tài)，代表訊號(hào) 1，若磁化方向相反，則是高電阻態(tài)，代表信號(hào) 0。

早期的設(shè)計(jì)，不僅需要大電流來產(chǎn)生磁場(chǎng)才能使用，過低的功耗也引起不了業(yè)界的興趣，而器件在縮小的過程中，感應(yīng)場(chǎng)的重迭容易引發(fā)讀寫錯(cuò)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局限，必須先將器件升溫，然后于外加磁場(chǎng)下降溫，才能改變釘鎖方向，這在實(shí)際應(yīng)用上不太現(xiàn)實(shí)，如今新技術(shù)克服了這些瓶頸。

清華大學(xué)工學(xué)院長(zhǎng)賴志煌與物理系教授林秀豪，帶領(lǐng)博士生林柏宏、楊博元等組成跨領(lǐng)域團(tuán)隊(duì)，研發(fā)出的 MRAM 新一代核心技術(shù)，是在底層鐵磁-反鐵磁奈米膜層再加上一層奈米級(jí)白金，并透過電子自旋流來操控磁性翻轉(zhuǎn)，此方法是全球首創(chuàng)，甚至一度引發(fā)對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果的質(zhì)疑，認(rèn)為是器件升溫所導(dǎo)致，但透過先進(jìn)的實(shí)驗(yàn)技術(shù)反復(fù)測(cè)量后，終于說服審稿委員的質(zhì)疑。

此研究結(jié)果已于今年 2 月登上世界知名期刊《Nature Materials》。此技術(shù)不再需要加熱降溫，也不會(huì)對(duì)其他電子零件造成熱傷害，并可與現(xiàn)有電子組件的制程無縫接軌，是半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)的重大突破，預(yù)計(jì)今年將與 STT-MRAM 技術(shù)整合，并在4年后令新世代 MRAM 原型現(xiàn)身，將帶動(dòng)相關(guān)市場(chǎng)發(fā)展。