2020-04-09 02:03經濟日報 李珣瑛

AI、5G、IoT等應用的發展讓資訊量呈現爆炸性的成長，龐大資料量不僅帶來更高容量的儲存需求，同時因應高速運算需求，記憶體還需要具備更快的資料讀取速度。面對更多、更快、更低功耗的資料存取需求，傳統的記憶體逐漸遇到瓶頸，新興記憶體如磁阻式隨機存取記憶體（Magnetic Random Access Memory，MRAM）繼而被看好崛起。
MRAM有多厲害？工研院電子與光電系統研究所組長許世玄指出，MRAM讀寫速度比快閃記憶體速度快上百倍、甚至千倍。MRAM低電壓操作特性，易與先進製程整合，非常適合使用於高階處理器。
種種優點讓各界看好MRAM有機會成為嵌入式記憶體界的共主。為此，工研院早在2002年投入相關開發，以厚實的研發實力撐起產業多元應用。
但MRAM邁向主流之路，還有缺點待克服；MRAM的結構是像三明治的非揮發性記憶體，兩層磁性材料中間夾上一層厚度只有0.3-0.7奈米的超薄絕緣層，在元件進行讀寫的過程中，電流都會從絕緣層通過，每一次的讀寫都會造成絕緣層的破壞，影響MRAM的壽命。
為了解決這個問題，工研院在經濟部技術處的支持下，投入了下世代SOT MRAM（自旋霍爾式MRAM）的研發。
團隊大膽的將原本兩端點操作的MRAM技術，改換成三端點元件結構與操作模式，也就是讓電流與電壓多一個進出的端點，讓記憶體讀與寫走不同的路。寫入資料需要較大的電壓跟電流，對絕緣層的耗損比讀取資料來得大，因此工研院開發的SOT MRAM另闢蹊徑，在寫入資料時讓電流不會經過絕緣層，少了主要的耗損因素，可靠度因此大幅提高。
此外，在研發的過程中要應付的難題也不少！工研院電光系統所經理魏拯華回憶， SOT MRAM元件中有複合式金屬疊層，製程上非常難控制，蝕刻位置與蝕刻終點控制一旦有錯，整個晶片就報銷了。
為此，研發團隊在元件架構與製程上花費巧思設計，利用多段式製程方式完成核心製程製作。多段式製程可更精準控制蝕刻過程，達到所要蝕刻的位置，提升良率。
歷經多年的努力，相關的技術已成功的導入工研院自有的試量產晶圓廠，後續商品化的進度可期，團隊並於2019年成功的在全球指標性的IEEE國際電子元件會議（IEDM）中發表相關成果；在這個以創新前瞻為導向的國際舞台發光，也證明了團隊的研發成果獲得肯定，持續朝工研院以智慧科技創造幸福新生活的「2030技術策略與藍圖」邁進。

快閃記憶體IoT