我國成功研制80納米“萬能存儲器”核心器件

　　想必大家都曾經遭遇過電腦突然斷電，因數據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，北京航空航天大學電子信息工程學院教授趙巍勝與中科院微電子所集成電路先導工藝研發中心研究員趙超聯合團隊經過三年攻關，成功制備國內首個80納米自旋轉移矩-磁隨機存儲器器件(STT-MRAM)，此項技術應用后，電腦死機也會保留所有數據，手機待機時間也有望大幅提高。

　　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、主存加硬盤的存儲體系結構。與之相對應，靜態隨機存儲器(SRAM)、動態隨機存儲器(DRAM)、閃存(Flash)或硬盤(HDD)成為實現這三種存儲體系的傳統存儲技術。一臺電腦中，靜態隨機存儲器對應的是CPU內的存儲器，其特點是速度快，但容量小;動態隨機存儲器對應的是電腦主板上的內存條;閃存或者硬盤對應的就是電腦里的固態硬盤或者機械硬盤，其特點是速度慢，但容量大。前兩者屬于易失性存儲器，斷電數據就會丟失。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，同樣使用時也要分級調取。

　　隨著信息和納米加工技術高速發展，基于傳統存儲體系構建的電子系統正面臨著巨大的挑戰。一方面新興的移動計算、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，關鍵數據就會發生丟失。因此，數據必須不斷備份到閃存或硬盤上，該過程嚴重影響了數據的訪存性能，我們打開頁面時，就會遭遇“卡頓”。

　　此外，大型數據中心的能耗不斷攀升，基于電池技術的物聯網及移動設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”。正因為數據需要分級存儲、分級調取，速度較慢，為讓用戶體驗較快的響應速度，數據一般存儲在靜態隨機存儲器和動態隨機存儲器上，斷電數據就會丟失，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，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，美日韓等國在相關技術上都已有突破，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，發明專利分散在各研究機構、公司中，專利封鎖還未完全形成，正是國內發展該項技術的最好時機。在北京市科委的大力支持下，北京航空航天大學與中科院微電子所的聯合研發團隊經過科研攻關，在STT-MRAM關鍵工藝技術研究上實現了重要突破，在國內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，相關關鍵參數達到國際領先水平。該技術有望應用于大型數據中心，用于降低功耗，還可用于各類移動設備，提高待機時間。