磁性存储器(MRAM)技术发展与应用前瞻

        嵌入式系统过去20年间，已默默为人类服务，进入后PC时代后更是百花齐放，被誉为最有潜力的兆元产业，如Gartner研究指出，全球32位及64位的嵌入式产品到2012年产值将可达120亿美元，年复合增长率(CAGR)达7%。在近日由DIGITIME举办嵌入式论坛上，集合产业与学术精英，从不同角度探讨了嵌入式系统的技术与应用。

       磁性存储器(MRAM)技术发展与应用前瞻
       工研院电子与电光研究所 非挥发性存储器部专案经理 洪建中

       利用磁性阻抗效果而非传统电荷蓄积型的MRAM (Magnetoresistive Random Access Memory；简称MRAM)，具SRAM速度快、DRAM密度高、Flash非挥发性3种优点。且MRAM也比过去传统硬盘体积轻、耗电低，且更耐冲击。

      基本上MRAM是结合非挥发性快闪存储器、与拥有SRAM速度的存储器，使用者即使关掉系统电源，仍可保留数据资料。新一代存储器MRAM适合应用于可携式电子产品上，可省去开机等待时间，让待机时间延长10倍以上，而应用于微控制器产品上，更可以提高其速度与可靠度。

      比较跟过去存储器工艺技术差异，由于DRAM、FLASH必须在前段跟标准逻辑工艺结合，MRAM比DRAM工艺技术简便，可与CMOS工艺结合，相当适合嵌入式存储器应用。工研院电子所将其后段工艺结合台积电前段工艺技术，利用穿隧式磁阻(TMR)技术，成功试制了1Mb MRAM。MRAM与CMOS整合度上，工研院目前在后段需要加入4个光罩以结合标准的CMOS导线前段工艺，光罩少成本相对减少，不同阶段有阶段性目标，工研院未来将朝1个光罩目标前进，以达到光罩最少、良率最高表现。

      过去传统MRAM随MTJ面积缩小，写入电流剧增不利于技术微缩，因此工研院后来又投入另外1种MRAM技术Spin-RAM研究，在MTJ穿隧层的材料上实现了以氧化镁取代氧化铝结构，MRAM在65nm以下技术可由Spin-RAM取代，Spin-RAM写入电流与MTJ成正比，写入电流随节点技术为缩而下降，具微缩性佳、低耗能、密度高特性，且与CMOS整合容易。

      未来嵌入式存储器面积比重将逐年增加，根据半导体产业协会预估到2014年嵌入式存储器面积将占94%，如以MRAM作为嵌入式存储器，可以节省50%以上的面积，且MRAM工艺核心技术晶体管可以往上堆叠特性，不需要持续缩小体积，就可以制出高存储器容量产品。

      新一代存储器技术已渐趋成熟，从嵌入式DRAM产品切入，是多数业者认为是MRAM最可能发展的机会，不过目前MRAM的量产良率问题影响量产成本、导致还未达可商品化条件，要与DRAM市场抗衡竞争，是一大挑战、考验。

           图：工研院电子与电光研究所 非挥发性存储器部专案经理 洪建中