我國成功研制80納米“萬(wàn)能存儲器”核心器件

　　想必大家都曾經(jīng)遭遇過(guò)電腦突然斷電，因數據未及時(shí)保存后悔不已;或是因為手機待機時(shí)間太短而莫名焦慮……這些尷尬有望避免。記者日前獲悉，北京航空航天大學(xué)電子信息工程學(xué)院教授趙巍勝與中科院微電子所集成電路先導工藝研發(fā)中心研究員趙超聯(lián)合團隊經(jīng)過(guò)三年攻關(guān)，成功制備國內首個(gè)80納米自旋轉移矩-磁隨機存儲器器件(STT-MRAM)，此項技術(shù)應用后，電腦死機也會(huì )保留所有數據，手機待機時(shí)間也有望大幅提高。

　　存儲器是電子系統的重要組成部分。目前絕大多數電子系統均采用寄存、主存加硬盤(pán)的存儲體系結構。與之相對應，靜態(tài)隨機存儲器(SRAM)、動(dòng)態(tài)隨機存儲器(DRAM)、閃存(Flash)或硬盤(pán)(HDD)成為實(shí)現這三種存儲體系的傳統存儲技術(shù)。一臺電腦中，靜態(tài)隨機存儲器對應的是CPU內的存儲器，其特點(diǎn)是速度快，但容量小;動(dòng)態(tài)隨機存儲器對應的是電腦主板上的內存條;閃存或者硬盤(pán)對應的就是電腦里的固態(tài)硬盤(pán)或者機械硬盤(pán)，其特點(diǎn)是速度慢，但容量大。前兩者屬于易失性存儲器，斷電數據就會(huì )丟失。而后者斷電數據不丟失。傳統的存儲方式中，數據需要分級存儲，同樣使用時(shí)也要分級調取。

　　隨著(zhù)信息和納米加工技術(shù)高速發(fā)展，基于傳統存儲體系構建的電子系統正面臨著(zhù)巨大的挑戰。一方面新興的移動(dòng)計算、云計算等和大型數據中心對數據提出極高要求，傳統的緩存及主存一旦斷電，關(guān)鍵數據就會(huì )發(fā)生丟失。因此，數據必須不斷備份到閃存或硬盤(pán)上，該過(guò)程嚴重影響了數據的訪(fǎng)存性能，我們打開(kāi)頁(yè)面時(shí)，就會(huì )遭遇“卡頓”。

　　此外，大型數據中心的能耗不斷攀升，基于電池技術(shù)的物聯(lián)網(wǎng)及移動(dòng)設備也因功耗問(wèn)題被人詬病。手機待機功耗中，存儲是用電“大戶(hù)”。正因為數據需要分級存儲、分級調取，速度較慢，為讓用戶(hù)體驗較快的響應速度，數據一般存儲在靜態(tài)隨機存儲器和動(dòng)態(tài)隨機存儲器上，斷電數據就會(huì )丟失，因此需要一直耗電。

　　改變這些，就需要新一代存儲器件，既具有接近靜態(tài)存儲器的納秒級讀寫(xiě)速度，又具有閃存級別的容量和類(lèi)似Flash的數據斷電不丟失存儲特性。自旋轉移矩-磁隨機存儲器(STT-MRAM)就是一種接近“萬(wàn)能存儲器”要求的極具應用潛力的下一代新型存儲器解決方案。STT-MRAM由于其數據以磁狀態(tài)存儲，具有天然的抗輻照、高可靠性以及幾乎無(wú)限次的讀寫(xiě)次數，已被美日韓等國列為最具應用前景的下一代存儲器之一。

　　目前，美日韓等國在相關(guān)技術(shù)上都已有突破，很可能在繼硬盤(pán)、DRAM及Flash等存儲芯片之后再次實(shí)現對我國100%的壟斷。

　　考慮到STT-MRAM采用了大量的新材料、新結構、新工藝，加工制備難度極大，現階段其基本原理還不夠完善，發(fā)明專(zhuān)利分散在各研究機構、公司中，專(zhuān)利封鎖還未完全形成，正是國內發(fā)展該項技術(shù)的最好時(shí)機。在北京市科委的大力支持下，北京航空航天大學(xué)與中科院微電子所的聯(lián)合研發(fā)團隊經(jīng)過(guò)科研攻關(guān)，在STT-MRAM關(guān)鍵工藝技術(shù)研究上實(shí)現了重要突破，在國內率先成功制備出直徑為80納米的“萬(wàn)能存儲器”核心器件，器件性能良好，相關(guān)關(guān)鍵參數達到國際領(lǐng)先水平。該技術(shù)有望應用于大型數據中心，用于降低功耗，還可用于各類(lèi)移動(dòng)設備，提高待機時(shí)間。