我國成功研制80納米“萬能存儲器”核心器件

　　想必大家都曾經(jīng)遭遇過電腦突然斷電，因數(shù)據(jù)未及時保存后悔不已；或是因為手機待機時間太短而莫名焦慮……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(dǎo)工藝研發(fā)中心研究員趙超聯(lián)合團隊經(jīng)過三年攻關(guān)，成功制備國內(nèi)首個80納米自旋轉(zhuǎn)移矩-磁隨機存儲器器件(STT-MRAM)，此項技術(shù)應(yīng)用后，電腦死機也會保留所有數(shù)據(jù)，手機待機時間也有望大幅提高。

 

　　存儲器是電子系統(tǒng)的重要組成部分。目前絕大多數(shù)電子系統(tǒng)均采用寄存、主存加硬盤的存儲體系結(jié)構(gòu)。與之相對應(yīng)，靜態(tài)隨機存儲器(SRAM)、動態(tài)隨機存儲器(DRAM)、閃存(Flash)或硬盤(HDD)成為實現(xiàn)這三種存儲體系的傳統(tǒng)存儲技術(shù)。一臺電腦中，靜態(tài)隨機存儲器對應(yīng)的是CPU內(nèi)的存儲器，其特點是速度快，但容量??；動態(tài)隨機存儲器對應(yīng)的是電腦主板上的內(nèi)存條；閃存或者硬盤對應(yīng)的就是電腦里的固態(tài)硬盤或者機械硬盤，其特點是速度慢，但容量大。前兩者屬于易失性存儲器，斷電數(shù)據(jù)就會丟失。而后者斷電數(shù)據(jù)不丟失。傳統(tǒng)的存儲方式中，數(shù)據(jù)需要分級存儲，同樣使用時也要分級調(diào)取。

 

　　隨著信息和納米加工技術(shù)高速發(fā)展，基于傳統(tǒng)存儲體系構(gòu)建的電子系統(tǒng)正面臨著巨大的挑戰(zhàn)。一方面新興的移動計算、云計算等和大型數(shù)據(jù)中心對數(shù)據(jù)提出極高要求，傳統(tǒng)的緩存及主存一旦斷電，關(guān)鍵數(shù)據(jù)就會發(fā)生丟失。因此，數(shù)據(jù)必須不斷備份到閃存或硬盤上，該過程嚴(yán)重影響了數(shù)據(jù)的訪存性能，我們打開頁面時，就會遭遇“卡頓”。

 

　　此外，大型數(shù)據(jù)中心的能耗不斷攀升，基于電池技術(shù)的物聯(lián)網(wǎng)及移動設(shè)備也因功耗問題被人詬病。手機待機功耗中，存儲是用電“大戶”。正因為數(shù)據(jù)需要分級存儲、分級調(diào)取，速度較慢，為讓用戶體驗較快的響應(yīng)速度，數(shù)據(jù)一般存儲在靜態(tài)隨機存儲器和動態(tài)隨機存儲器上，斷電數(shù)據(jù)就會丟失，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速度，又具有閃存級別的容量和類似Flash的數(shù)據(jù)斷電不丟失存儲特性。自旋轉(zhuǎn)移矩-磁隨機存儲器(STT-MRAM)就是一種接近“萬能存儲器”要求的極具應(yīng)用潛力的下一代新型存儲器解決方案。STT-MRAM由于其數(shù)據(jù)以磁狀態(tài)存儲，具有天然的抗輻照、高可靠性以及幾乎無限次的讀寫次數(shù)，已被美日韓等國列為最具應(yīng)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、DRAM及Flash等存儲芯片之后再次實現(xiàn)對我國100%的壟斷。

 

　　考慮到STT-MRAM采用了大量的新材料、新結(jié)構(gòu)、新工藝，加工制備難度極大，現(xiàn)階段其基本原理還不夠完善，發(fā)明專利分散在各研究機構(gòu)、公司中，專利封鎖還未完全形成，正是國內(nèi)發(fā)展該項技術(shù)的最好時機。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)過科研攻關(guān)，在STT-MRAM關(guān)鍵工藝技術(shù)研究上實現(xiàn)了重要突破，在國內(nèi)率先成功制備出直徑為80納米的“萬能存儲器”核心器件，器件性能良好，相關(guān)關(guān)鍵參數(shù)達到國際領(lǐng)先水平。該技術(shù)有望應(yīng)用于大型數(shù)據(jù)中心，用于降低功耗，還可用于各類移動設(shè)備，提高待機時間。