【工科系薛文証教授團隊】磁阻式記憶體SS-MRAM研究榮獲台灣磁性技術協會研究成果獎

工科系薛文証教授（前排左3）帶領研發團隊研發「具超晶格勢壘之高性能磁阻式記憶體SS-MRAM」，為全面高性能下世代夢幻記憶體，特別適合人工智慧、物聯網、微控制器和機器學習等應用。

　　近年來，隨著AI人工智慧、物聯網、微控制器和機器學習等領域快速發展，急需具有零待機耗電、高速讀寫、低耗能和高密度等特性的記憶體。針對此需求，本院工科系薛文証教授帶領的研究團隊研發一種超晶格新穎材料，發展出具有高性能記憶體，最近於2021台灣磁性技術協會年會，以「具超晶格勢壘之高性能磁阻式記憶體SS-MRAM」，獲頒「研究成果獎」的肯定。

　　磁阻式記憶體(MRAM)，為非揮發性記憶體，當電源關掉後，所儲存的資料不會消失，尤其第二代STT-MRAM具有高速讀寫和低耗能等特性，特別適合人工智慧、物聯網應用，已吸引TSMC、Samsung、Intel、GlobalFoundries等投入研發生產。

　　磁性穿隧接面(MTJ)為MRAM的單位記憶元，是整個元件的核心。而影響MRAM性能的關鍵為其中的勢壘(PBL)材料。近20年來，單晶MgO(001)一直是最佳的PBL材料，也普遍應用於各類型MRAM， STT-MRAM也不例外。但是單晶MgO不穩定，STT-MRAM在寫入資料時，電流會通過MgO層，造成MgO材料劣化，降低讀寫性能與可靠度與耐久性，而且單晶MgO對製程敏感，良率不容易控制，為目前最重要的技術瓶頸。

　　薛教授研究團隊發展一種SS-MRAM，使用超晶格材料做為PBL，替代傳統單晶MgO，其中超晶格是以穩定的絕緣材料與金屬組成之人造超材料。在結構上，SS-MRAM與傳統STT-MRAM非常相似，只有將MgO勢壘層以超晶格取代，其他資料讀寫方式及電子電路皆相似。SS-MRAM具有(1)寫入耗電少，讀寫速度高，(2)與目前製程完全相容，(3)超晶格材料穩定，元件可靠度與耐久性極高。(4)超晶格材料對製程比較不敏感，良率較易控制製造等優點。

　　目前第三代SOT-MRAM雖然改用三端結構，可以避免寫入電流通過MgO層的問題，但卻有微縮困難、寫入耗電高及耐久性不足等缺陷。而其他傳統的Flash和新發展的相變式記憶體 (PCRAM)、電阻式記憶體 (RRAM)及鐵電式記憶體（FRAM)，都有寫入耗能偏高、寫入速度低、耐久性不足等缺點。相較之下，SS-MRAM和STT-MRAM在結構及讀寫電路皆類似，因此不會產生新缺點，是目前少數具有全面性高性能的下世代夢幻記憶體，未來有可能取代目前傳統的記憶體。

　　薛教授研究團隊相關之研究，已率先發表於國際學術期刊，並取得我國及美國發明專利。另外，獲得MRAM-Info、Nanowerk News、DigiTimes等科技媒體報導，並於去年獲得科技部「2020未來科技獎」及獲選2020台灣創新技術博覽會「亮點技術」。