【工科系薛文証教授團隊】NTU-ESOE高性能磁記憶體研究榮獲2023年亞洲金選獎EE創意挑戰賽EE機智獎優勝

2024/2/2

工科系薛文証教授團隊於2023年亞洲金選獎EE創意挑戰賽以「高性能磁記憶體」獲頒「EE機智獎優勝」

　　隨著近年來人工智慧(AI)及物聯網(IoT)等技術的發展，市場迫切需要一種兼具高速讀寫、低讀寫功耗、零待機耗能、高耐久性與非揮發性的高性能新興記憶體，在目前發展的新興記憶體中以磁性記憶體(MRAM)最受矚目。

　　在各種MRAM應用中，更以自旋轉移力矩式MRAM(STT-MRAM)是最為實用，和其他傳統記憶體相比，MRAM具有低耗能、非揮發性、高速讀寫等性質，並已吸引TSMC、GlobalFoundries、Samsung、Intel、Everspin等企業積極投入。

　　然而，當前STT-MRAM的發展面臨單晶MgO勢壘材料易劣化失效、寫入耗能過高及製造困難等問題，已成為當前STT-MRAM發展瓶頸。如何突破瓶頸是當今的一大挑戰。薛教授研究團隊提出了一種基於超晶格勢壘MTJ(SL-MTJ)的SL-STT MRAM(如圖1所示)，以解決當前STT-MRAM在寫入模式時耗能過高及MgO材料劣化的問題。

　　與傳統的STT-MRAM相比，SL-STT MRAM具有以下優點：1. 超晶格材料穩定不易劣化，可大幅提升元件可靠度與耐久性。2. 低RA值及高MR值，因此寫入耗電少、讀寫速度高。3. 勢壘層無需單晶，製造較容易，其TEM影像如圖2所示。此外，其與傳統的STT-MRAM製程、電路設計相容。表1為SL-STT MRAM與其他傳統記憶體以及當前STT-MRAM之性能比較，顯示其兼具高效能、高耐久性並節能的記憶體，特別適合應用於人工智慧的高效能運算以及物聯網的邊緣運算，為目前少數全方位高性能的下世代記憶體。

圖1. 超晶格勢壘MTJ(SL-MTJ)結構示意圖

 

圖2. SL-MTJ之TEM影像圖

 

表1. SL-STT MRAM與傳統記憶體以及當前STT-MRAM之性能比較表