清大領先全球 找出MRAM 擴充技術/利用電子自旋流操控磁性翻轉 手機待機時間將可延長1倍
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2019-03-15

〔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等組成跨領域團體,研發出夢幻新一代的磁性記憶體MRAM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,不僅有助擴大記憶體容量,且就算斷電,資料也不會消失,未來採用磁性記憶體的手機、平板,待機時間甚至可延長至少一倍。相關研究已登上國際期刊「自然材料」。

目前半導體業使用的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,國際大廠三星、英特爾、台積電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的MRAM量產,清華團隊更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。

申請到美、台、中國專利

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,翻轉磁鐵以寫入資料,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,但是造成翻轉困難。

賴志煌從二○○九年開始研究磁性記憶體,他說,團隊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,這項研究得到學界頂尖期刊的認可,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。

  • 清大工學院長賴志煌結合物理系教授林秀豪等組成跨領域團體,研發出夢幻新一代的磁性記憶體MRAM核心技術。(圖:清大提供,整理:記者簡惠茹)

    清大工學院長賴志煌結合物理系教授林秀豪等組成跨領域團體,研發出夢幻新一代的磁性記憶體MRAM核心技術。(圖:清大提供,整理:記者簡惠茹)

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