全球首創!清大團隊研發出夢幻記憶體關鍵技術
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2019-03-14 15:18

〔記者簡惠茹/台北報導〕清華大學工學院長賴志煌結合物理系教授林秀豪,帶著博士生林柏宏、楊博元組成跨領域團隊,研發出夢幻磁性記憶體MRAM新一代核心技術,率全球之先透過電子自旋流來操控鐵磁、反鐵磁奈米膜層的磁性翻轉,研究今年2月登上材料領域排名第一的國際期刊「自然材料」。

動態隨機存取記憶體DRAM不僅耗電,且體積縮小逐漸達到極限,三星、英特爾、台積電等國際大廠近年紛紛投入磁阻式隨機存取記憶體MRAM的開發,業界預估今年即將有高密度MRAM量產,清華團隊更進一步找到最新關鍵核心技術,「透過電子自旋流來操控鐵磁、反鐵磁奈米膜層的磁性翻轉」將有助於磁性記憶體容量的擴大。

由於磁性記憶體處理資料關鍵在於磁鐵的翻轉,過去僅能靠升高溫度造成翻轉,導致新一代SOT MRAM難以達到量產,賴志煌表示,他們利用自旋流通過鐵磁、反鐵磁膜層,操控元件交換偏壓的方向與大小來達成翻轉,技術也已經申請到美國、台灣與中國專利。

林秀豪解釋MRAM運作的原理,他說,電子不只帶電荷,還有另一項自旋特性,當電子自轉時會產生極微小的磁矩,就像在晶片上形成千萬個微小的磁鐵,可以藉由小磁鐵的北極向上或向下來決定0與1的記憶,因此,不運算時就不必供電,且就算運算到一半斷電,資料也不會消失,未來採用磁性記憶體的手機、平板,待機時間至少可延長一倍。

MRAM處理資料的方式,文章第一作者林柏宏說明,是透過電子自旋流來控制磁鐵向上或向下的方向,翻轉磁鐵來處理資料,過去因為室溫下熱能會讓磁鐵震動,磁鐵太小的時候就會抵抗不住熱能隨機翻轉,所以在上方加上反鐵磁,就像夾子一樣固定住,但是又造成翻轉困難,只能靠升高溫度並搭配大磁場才能翻轉。

賴志煌從2009年就開始研究磁性記憶體,他說,他們的重要成果是提供新穎結構和機制,輕鬆做到翻轉,不翻轉的時候也讓磁鐵狀態保持穩定,他們在反鐵磁下面加上重金屬白金,電流通過會產生自旋電子流,透過自旋的軌道矩來翻轉鐵磁層,改變磁鐵和反鐵磁的交互作用方向,控制夾子打開或夾緊。

賴志煌在投稿國際期刊時吃了不少苦頭,甚至還被懷疑是否為實驗受到熱源影響的「誤會」,賴志煌說,他們只能拿出更強而有力的鐵證,及比最終刊出論文還長十倍的論述來佐證,終於得到學界頂尖期刊的認可,這不僅是磁性記憶體的突破,也為自旋電子學的發展帶來嶄新視野。

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  • 清華大學工學院長賴志煌(中)結合物理系教授林秀豪(右),帶著博士生林柏宏(左)、楊博元組成跨領域團隊,研發出夢幻磁性記憶體MRAM新一代核心技術。(清華大學提供)

    清華大學工學院長賴志煌(中)結合物理系教授林秀豪(右),帶著博士生林柏宏(左)、楊博元組成跨領域團隊,研發出夢幻磁性記憶體MRAM新一代核心技術。(清華大學提供)

  • 文章第一作者清大材料系博士班三年級學生林柏宏。(清華大學提供)

    文章第一作者清大材料系博士班三年級學生林柏宏。(清華大學提供)

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