我國(guó)成功研制80納米“萬能存儲(chǔ)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(shí)保存后悔不已；或是因?yàn)槭謾C(jī)待機(jī)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(dǎo)工藝研發(fā)中心研究員趙超聯(lián)合團(tuán)隊(duì)經(jīng)過三年攻關(guān)，成功制備國(guó)內(nèi)首個(gè)80納米自旋轉(zhuǎn)移矩-磁隨機(jī)存儲(chǔ)器器件(STT-MRAM)，此項(xiàng)技術(shù)應(yīng)用后，電腦死機(jī)也會(huì)保留所有數(shù)據(jù)，手機(jī)待機(jī)時(shí)間也有望大幅提高。

 

　　存儲(chǔ)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(chǔ)體系結(jié)構(gòu)。與之相對(duì)應(yīng)，靜態(tài)隨機(jī)存儲(chǔ)器(SRAM)、動(dòng)態(tài)隨機(jī)存儲(chǔ)器(DRAM)、閃存(Flash)或硬盤(HDD)成為實(shí)現(xiàn)這三種存儲(chǔ)體系的傳統(tǒng)存儲(chǔ)技術(shù)。一臺(tái)電腦中，靜態(tài)隨機(jī)存儲(chǔ)器對(duì)應(yīng)的是CPU內(nèi)的存儲(chǔ)器，其特點(diǎn)是速度快，但容量?。粍?dòng)態(tài)隨機(jī)存儲(chǔ)器對(duì)應(yīng)的是電腦主板上的內(nèi)存條；閃存或者硬盤對(duì)應(yīng)的就是電腦里的固態(tài)硬盤或者機(jī)械硬盤，其特點(diǎn)是速度慢，但容量大。前兩者屬于易失性存儲(chǔ)器，斷電數(shù)據(jù)就會(huì)丟失。而后者斷電數(shù)據(jù)不丟失。傳統(tǒng)的存儲(chǔ)方式中，數(shù)據(jù)需要分級(jí)存儲(chǔ)，同樣使用時(shí)也要分級(jí)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(chǔ)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(dòng)計(jì)算、云計(jì)算等和大型數(shù)據(jù)中心對(duì)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(huì)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(shí)，就會(huì)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(dòng)設(shè)備也因功耗問題被人詬病。手機(jī)待機(jī)功耗中，存儲(chǔ)是用電“大戶”。正因?yàn)閿?shù)據(jù)需要分級(jí)存儲(chǔ)、分級(jí)調(diào)取，速度較慢，為讓用戶體驗(yàn)較快的響應(yīng)速度，數(shù)據(jù)一般存儲(chǔ)在靜態(tài)隨機(jī)存儲(chǔ)器和動(dòng)態(tài)隨機(jī)存儲(chǔ)器上，斷電數(shù)據(jù)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(chǔ)器件，既具有接近靜態(tài)存儲(chǔ)器的納秒級(jí)讀寫速度，又具有閃存級(jí)別的容量和類似Flash的數(shù)據(jù)斷電不丟失存儲(chǔ)特性。自旋轉(zhuǎn)移矩-磁隨機(jī)存儲(chǔ)器(STT-MRAM)就是一種接近“萬能存儲(chǔ)器”要求的極具應(yīng)用潛力的下一代新型存儲(chǔ)器解決方案。STT-MRAM由于其數(shù)據(jù)以磁狀態(tài)存儲(chǔ)，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(guó)列為最具應(yīng)用前景的下一代存儲(chǔ)器之一。

 

　　目前，美日韓等國(guó)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(chǔ)芯片之后再次實(shí)現(xiàn)對(duì)我國(guó)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(jī)構(gòu)、公司中，專利封鎖還未完全形成，正是國(guó)內(nèi)發(fā)展該項(xiàng)技術(shù)的最好時(shí)機(jī)。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(tuán)隊(duì)經(jīng)過科研攻關(guān)，在STT-MRAM關(guān)鍵工藝技術(shù)研究上實(shí)現(xiàn)了重要突破，在國(guó)內(nèi)率先成功制備出直徑為80納米的“萬能存儲(chǔ)器”核心器件，器件性能良好，相關(guān)關(guān)鍵參數(shù)達(dá)到國(guó)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(dòng)設(shè)備，提高待機(jī)時(shí)間。