鞏固半導體!繼英特爾後 我國成功開發SOT-MRAM記憶體

圖為國研院半導體中心展示台灣自行研發,放在八吋晶圓上、未經蝕刻的「自旋軌道力矩式磁性記憶體」(SOT-MRAM)。 記者江睿智/攝影
圖為國研院半導體中心展示台灣自行研發,放在八吋晶圓上、未經蝕刻的「自旋軌道力矩式磁性記憶體」(SOT-MRAM)。 記者江睿智/攝影

科技部國家實驗研究院今(9)日宣布,國研院半導體中心攜手清大、台大、工研院,成功研發出更快、更省電的新型態「自旋軌道力矩式磁性記憶體」(SOT-MRAM),此為全新世代記憶體、AI晶片關鍵技術。這也是繼英特爾之後,全球第二個開發出具備垂直異向性SOT-MRAM元件的團隊。

磁性記憶體(MRAM)是未來重要的新興記憶體,在後摩爾定律時代已成全球各半導體大廠投入重點技術。國研院表示,在成功開發出SOT-MRAM後,現正將相關技術陸續轉為平台服務,以協助國內產學研界能將研發成果進一步接軌至記憶體晶片或新一代人工智慧晶片等應用驗證。

國研院今日上午舉行「建構尖端平台,迎接新記憶體時代來臨」記者會,國研院長吳光鐘致詞表示,全球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)可快速操作的兩種特性,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進一步表示,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(2330)、三星、英特爾都已提供代工;最新技術則是SOT-MRAM,近年英特爾、比利時微電子中心(IMEC)、三星及台積電都投入相關研究應用。

李愷信指出,所謂垂直異向性,就是元件中磁極方向旋轉90度,以縮小磁區尺寸,可讓元件更有機會微縮,提升應用價值。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、讀寫速度亦較STT-MRAM強上百倍,元件耐久性也更好。

此外,這次台灣團隊開發出SOT-MRAM元件,技術門檻很高,團隊重新設計材料與結構,並打造出30幾層原子級薄膜的堆疊結構。相關成果在今年6月在著名的半導體研討會議「2021 Symposia on VLSI Technology and Circuits」中發表。

雖然台灣團隊成功開發出SOT-MRAM,距商用量產仍有一段路途要走。國研院半導體中心副主任謝嘉民表示,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,包括電路架構需要重新設計,材料及元件也要能互相搭配。此外,設備商及材料商也要先進來,之後才會有商業模式。

台大電機系教授劉致為表示,商業化不是只考量技術優越性,業者還有生產成本,估計SOT-MRAM量產恐需要10年時間;然而,台灣投入SOT-MRAM研發,更重要是培育人才,有朝一日「台灣若能成為記憶體王國,台灣就更穩了」。

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