工研院發表下世代FRAM、MRAM技術

工研院發表下世代FRAM、MRAM技術 躍上國際舞台。(圖:工研院提供)
工研院發表下世代FRAM、MRAM技術 躍上國際舞台。(圖:工研院提供)

工研院下世代創新記憶體解決方案登上國際舞台,在美國舉辦的 IEEE 國際電子元件會議(IEDM)上,工研院發表 3 篇鐵電記憶體(FRAM)及 3 篇磁阻隨機存取記憶體(MRAM)相關技術重要論文,不僅引領創新研發方向,也是新興記憶體領域中篇數最多者。

工研院電光系統所所長吳志毅表示,5G 與 AI 時代來臨,摩爾定律一再向下的微縮,半導體走向異質整合,不同的技術整合性越來越強,能突破既有運算限制的下世代記憶體將在未來扮演更重要角色。新興的 FRAM 及 MRAM 讀寫速度比大家所熟知的快閃記憶體快上百倍、甚至千倍。

吳志毅指出,FRAM 的操作功耗極低,適合 IoT 與可攜式裝置應用,而 MRAM 速度快、可靠性好,適合需要高性能的場域,像是自駕車,雲端資料中心應用等,兩者都是非揮發性記憶體,均具備低待機功耗、高處理效率的優勢,未來應用發展潛力可期。

工研院表示,現有的 FRAM 使用鈣鈦礦(Perovskite)晶體作為材料,化學成分複雜、製作不易,且會干擾矽電晶體。工研院最新研究中,成功以半導體製程中易取得的氧化鉿鋯鐵電材料替代,不但驗證優異的元件可靠度,並將元件由二維平面推展至三維立體結構,展現出應用於 28 奈米以下嵌入式記憶體的微縮潛力。

在 MRAM 技術的開發上,工研院發表自旋軌道轉矩(Spin Orbit Torque;SOT)MRAM 相關最新研究成果,相較於台積電 (2330-TW)、三星等公司即將導入量產的第二代 MRAM 技術,SOT-MRAM 為全球積極研究中的最新第三代技術,以寫入電流不流經元件磁性穿隧層結構的方式運作,避免現有 MRAM 操作時,讀、寫電流均直接通過元件造成損害的狀況,同時也具備更穩定、更快速存取資料的優勢。相關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。

IEDM 為年度指標性的半導體產業技術高峰會議,每年由來自全球最頂尖的半導體與奈米科技專家一同探討創新的電子元件發展趨勢,工研院發表多篇新興記憶體研究,同時發表論文的機構包括英特爾、台積電、三星等國際頂尖半導體公司。


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