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国内首个80纳米“万能存储器”核心器件研制成功 打破美日韩垄断达到国际领先水平

发文时间:2017-06-01        信息来源:示范区展示中心

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  北京航空航天大学电子信息工程学院教授赵巍胜与中科院微电子所集成电路先导工艺研发中心研究员赵超联合团队经过三年攻关,最近,成功制备国内首个80纳米自旋转移矩-磁随机存储器器件(STT-MRAM),达到国际领先水平。此项技术应用后,电脑死机也会保留所有数据,手机待机时间也有望大幅提高。

  存储器是电子系统的重要组成部分。目前绝大多数电子系统均采用寄存、主存加硬盘的存储体系结构。与之相对应,静态随机存储器(SRAM)、动态随机存储器(DRAM)、闪存(Flash)或硬盘(HDD)成为实现这三种存储体系的传统存储技术。一台电脑中,静态随机存储器对应的是CPU内的存储器,其特点是速度快,但容量小;动态随机存储器对应的是电脑主板上的内存条;闪存或者硬盘对应的就是电脑里的固态硬盘或者机械硬盘,其特点是速度慢,但容量大。前两者属于易失性存储器,断电数据就会丢失。而后者断电数据不丢失。传统的存储方式中,数据需要分级存储,同样使用时也要分级调取。

  随着信息和纳米加工技术高速发展,基于传统存储体系构建的电子系统正面临着巨大的挑战。一方面新兴的移动计算、云计算等和大型数据中心对数据提出极高要求,传统的缓存及主存一旦断电,关键数据就会发生丢失。因此,数据必须不断备份到闪存或硬盘上,该过程严重影响了数据的访存性能,打开页面时,就会遭遇“卡顿”。

  改变这些,就需要新一代存储器件,既具有接近静态存储器的纳秒级读写速度,又具有闪存级别的容量和类似Flash的数据断电不丢失存储特性。自旋转移矩-磁随机存储器(STT-MRAM)就是一种接近“万能存储器”要求的极具应用潜力的下一代新型存储器解决方案。STT-MRAM由于其数据以磁状态存储,具有天然的抗辐照、高可靠性以及几乎无限次的读写次数,已被美日韩等国列为最具应用前景的下一代存储器之一。

  目前,美日韩等国在相关技术上都已有突破,很可能在继硬盘、DRAM及Flash等存储芯片之后再次实现对我国100%的垄断。

  考虑到STT-MRAM采用了大量的新材料、新结构、新工艺,加工制备难度极大,现阶段其基本原理还不够完善,发明专利分散在各研究机构、公司中,专利封锁还未完全形成,正是国内发展该项技术的最好时机。北京航空航天大学与中科院微电子所的联合研发团队经过科研攻关,在STT-MRAM关键工艺技术研究上实现了重要突破,在国内率先成功制备出直径为80纳米的“万能存储器”核心器件,器件性能良好,相关关键参数达到国际领先水平。该技术有望应用于大型数据中心,用于降低功耗,还可用于各类移动设备,提高待机时间。