追趕英特爾研發能量 台灣團隊開發下世代磁性記憶體

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(中央社記者蘇思云台北2021年11月9日電)國研院半導體中心攜手清大、台大、工研院,研發出更快、更省電的新型態「自旋軌道力矩式磁性記憶體」(SOT-MRAM),是繼英特爾後,全球第二個開發出具備垂直異向性SOT-MRAM元件的團隊。

現有半導體市場中約有1/3到1/4為記憶體市場,國家實驗研究院今天舉行記者會,國研院半導體中心跟清大工學院院長賴志煌、台大電機系教授劉致為,以及工研院電子與光電系統研究所,共同參與科技部半導體射月計畫,研發出新型態SOT-MRAM。

國研院院長吳光鐘致詞時表示,半導體晶片供不應求,許多晶片裡都需要能快速讀寫、低耗電、斷電後不會遺失資料的記憶體元件,而磁性記憶體(MRAM)兼具快閃記憶體(FLASH,像是常用的隨身碟)非揮發性以及動態隨機存取記憶體(DRAM)可快速操作的2種特性,被看好是下世代通用型記憶體的主流。

國研院半導體中心製程整合組組長李愷信表示,磁性記憶體可以分成成熟技術的「自旋轉移力矩式磁性記憶體(STT- MRAM)」,台積電、三星、英特爾都已提供代工,另一塊則是開發階段的SOT-MRAM,近2年英特爾、比利時微電子中心(IMEC)都投入相關研究應用。

李愷信指出,這次開發出具垂直異向性SOT-MRAM元件,技術門檻很高,團隊重新設計材料與結構,打造出30幾層原子級薄膜的堆疊結構;在垂直異向性部分,可以想樣元件中的小磁鐵由現有水平方向改為垂直立起,有助元件進一步縮小體積,相關成果在今年6月在著名的半導體研討會議「2021 Symposia on VLSITechnology and Circuits」中發表。

李愷信指出,SOT-MRAM特性包括比STT-MRAM更低的寫入能量和更快的寫入時間,在面積使用率、讀寫速度可以比STT-MRAM都好上100倍,元件耐久性也更好。

國研院半導體中心副主任謝嘉民指出,未來應用上具備2項特點,第一是在熱穩定度規格部分,符合現有主流製程技術;第二是未來適合跟運算晶片結合,在嵌入式記憶體應用上具備潛力,有望用在自駕車這類講求低延時的應用。

不過,謝嘉民指出,目前SOT-MRAM還在學術創新初始階段,實際應用上仍有挑戰待克服,業界可能會考量商業利益,使用新元件時,也可能必須重新設計電路。他強調,研究成果在物理特性上具備發展前景,會先嘗試引入台灣設備商與材料商,同時希望帶動培育人才效果。

國研院半導體中心表示,最近3到4年陸續開發完成MRAM尖端製程及量測技術的平台,其中包括超高真空金屬與金屬氧化物薄膜濺鍍技術、離子性蝕刻技術和磁性電性量測分析技術等,盼開發平台協助台灣SOT-MRAM的發展。