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工研院於IEDM发表下世代FRAM与MRAM技术获国际肯定
 

【CTIMES/SmartAuto 报导】   2019年12月10日 星期二

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工研院於今美国举办的IEEE国际电子元件会议(International Electron Devices Meeting;IEDM)中发表三篇铁电记忆体(Ferroelectric RAM;FRAM)以及三篇磁阻随机存取记忆体(Magnetoresistive Random-Access Memory;MRAM)相关技术重要论文,引领创新研发方向,并为新兴记忆体领域中发表篇数最多者。

工研院在全球指标性的IEDM中发表新兴记忆体FRAM与MRAM相关成果,未来应用发展潜力可期。
工研院在全球指标性的IEDM中发表新兴记忆体FRAM与MRAM相关成果,未来应用发展潜力可期。

IEDM为年度指标性的半导体产业技术高峰会议,每年由来自全球最顶尖的半导体与奈米科技专家一同探讨创新的电子元件发展趋势,工研院的多篇新兴记忆体於会中发表,展现团队深耕记忆体领域获国际肯定的丰硕成果,同时发表论文的机构包括英特尔、台积电、三星等国际顶尖半导体公司。

工研院电光系统所所长吴志毅表示,5G与AI时代来临,摩尔定律一再向下的微缩,半导体走向异质整合,不同的技术整合性越来越强,能突破既有运算限制的下世代记忆体将在未来扮演更重要角色。新兴的FRAM及MRAM读写速度比大家所熟知的快闪记忆体快上百倍、甚至千倍。

他进一步解释,其中,FRAM的操作功耗极低,适合IoT与可携式装置应用,而MRAM速度快、可靠性好,适合需要高性能的场域,像是自驾车,云端资料中心应用等,两者都是非挥发性记忆体,均具备低待机功耗、高处理效率的优势,未来应用发展潜力可期。

FRAM具有所有新兴记忆体技术中最低的操作功耗,但现有的FRAM使用钙??矿(Perovskite)晶体作为材料,而钙??矿晶体材料化学成分复杂、制作不易且内含的元素会干扰矽电晶体,因此提高了FRAM元件的尺寸微缩难度与制造成本。

工研院在以「使用应力工程氧化????之三维、可微缩、高可靠度铁电记忆体技术」为题的论文中,成功以半导体制程中易取得的氧化????铁电材料替代现有材料,不但验证优异的元件可靠度,并将元件由二维平面进一步推展至三维立体结构,展现出应用於28奈米以下嵌入式记忆体之微缩潜力。

工研院在以「亚奈安培操作电流之氧化????铁电穿隧接面於记忆体内运算应用」为题的论文中,则使用独特的量子穿隧效应达到非挥发性储存的效果,所提出的氧化????铁电穿隧接面可使用比现有记忆体低上一千倍的极低电流运作,并达到50奈秒的快速存取效率与大於一千万次操作的耐久性,此元件将来可用於实现如人脑中的复杂神经网路,进行正确且有效率的AI运算。

另一篇以「全面性的铁电穿隧接面模拟架构」为题的论文,团队则提出了一个目前最完整之铁电穿隧接面的物理模拟架构,该模型能完整解释极具争议的铁电穿隧接面切换特性,并提供了未来优化元件性能的理论基础。

在MRAM技术的开发上,工研院也於IEDM中发表自旋轨道转矩(Spin Orbit Torque;SOT)MRAM相关的最新研成果。相较於台积电、三星等公司即将导入量产的第二代MRAM技术,SOT-MRAM为全球积极研究中的最新第三代技术,以写入电流不流经元件磁性穿隧层结构的方式运作,避免现有MRAM操作时,读、写电流均直接通过元件对元件造成损害的状况,同时也具备更稳定、更快速存取资料的优势。相关的技术并已成功的导入工研院自有的试量产晶圆厂,後续商品化的进度可期。

在经济部科专的支持下,工研院成功的在全球指标性的IEDM中发表新兴记忆体相关成果;在这个以创新前瞻为导向的国际舞台发光,证明了工研院的研发成果获得肯定。工研院并将以累积多年的记忆体元件相关研发能量,携手半导体厂商,抢攻下一波5G与AI趋势发展商机。

關鍵字: FRAM  MRAM  工研院 
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