历经多年实验室研发 SOT-MRAM将正式步入实际应用领域
摘要：
来自台湾与美国的科研团队近日攻克了阻碍自旋轨道转矩磁性随机存取存储器（SOT-MRAM）走向商用的重要材料稳定性难题。此次突破聚焦于钨的β相（β-W）的稳定性，该材料是实现SOT-MRAM器件强自旋电流、快速数据切换的关键，但过去因难以承受半导体工艺高温而难以量产。
研究人员通过引入超薄钴层，有效保持了β-W在后端工艺高温下的结构稳定性。实验证明，该材料能在400°C下稳定10小时，在700°C下稳定30分钟，远超半导体制造实际所需温度。
上述进展让团队率先制造出一颗具备CMOS控制电路的64千比特SOT-MRAM芯片，实测数据切换速度接近1纳秒，持久保存数据超过十年，隧道磁阻率达到146%，信号表现卓越，同时保持低能耗。
与现有存储器相比，SOT-MRAM优势明显。静态RAM速度相近，但断电即丢失数据。DRAM存在一定延迟，例如DDR5约有14纳秒延迟，NAND闪存的读取延迟则高达数十微秒。SOT-MRAM则兼具SRAM速度与非易失性，业界追求数十年。
此前SOT-MRAM阵列延迟约10纳秒，本次成果提高到约1纳秒，同时保持耐久与数据保持力。该技术尤其适用于对速度与效率要求极高的领域，包括AI训练和推理、移动设备（延长续航、保障本地数据安全）、以及对高温耐受力要求极高的汽车与数据中心应用。
由于新型设计兼容既有半导体制程，台积电工程师现已着手推动其大规模商用前景。未来更快的非易失性存储有望显著缩减AI数据中心的延迟瓶颈和能耗成本。
本研究由台湾国立阳明交通大学黄彥霖助理教授领导，获得台湾国家科学及技术委员会资助，并汇集了台积电、工业技术研究院、国家同步辐射研究中心、斯坦福大学和国立中兴大学等多方专家参与。相关论文已发表于《自然电子学》。
