全球首創！清大團隊研發出夢幻記憶體關鍵技術

〔記者簡惠茹／台北報導〕清華大學工學院長賴志煌結合物理系教授林秀豪，帶著博士生林柏宏、楊博元組成跨領域團隊，研發出夢幻磁性記憶體MRAM新一代核心技術，率全球之先透過電子自旋流來操控鐵磁、反鐵磁奈米膜層的磁性翻轉，研究今年2月登上材料領域排名第一的國際期刊「自然材料」。

動態隨機存取記憶體DRAM不僅耗電，且體積縮小逐漸達到極限，三星、英特爾、台積電等國際大廠近年紛紛投入磁阻式隨機存取記憶體MRAM的開發，業界預估今年即將有高密度MRAM量產，清華團隊更進一步找到最新關鍵核心技術，「透過電子自旋流來操控鐵磁、反鐵磁奈米膜層的磁性翻轉」將有助於磁性記憶體容量的擴大。

由於磁性記憶體處理資料關鍵在於磁鐵的翻轉，過去僅能靠升高溫度造成翻轉，導致新一代SOT MRAM難以達到量產，賴志煌表示，他們利用自旋流通過鐵磁、反鐵磁膜層，操控元件交換偏壓的方向與大小來達成翻轉，技術也已經申請到美國、台灣與中國專利。

林秀豪解釋MRAM運作的原理，他說，電子不只帶電荷，還有另一項自旋特性，當電子自轉時會產生極微小的磁矩，就像在晶片上形成千萬個微小的磁鐵，可以藉由小磁鐵的北極向上或向下來決定0與1的記憶，因此，不運算時就不必供電，且就算運算到一半斷電，資料也不會消失，未來採用磁性記憶體的手機、平板，待機時間至少可延長一倍。

MRAM處理資料的方式，文章第一作者林柏宏說明，是透過電子自旋流來控制磁鐵向上或向下的方向，翻轉磁鐵來處理資料，過去因為室溫下熱能會讓磁鐵震動，磁鐵太小的時候就會抵抗不住熱能隨機翻轉，所以在上方加上反鐵磁，就像夾子一樣固定住，但是又造成翻轉困難，只能靠升高溫度並搭配大磁場才能翻轉。

賴志煌從2009年就開始研究磁性記憶體，他說，他們的重要成果是提供新穎結構和機制，輕鬆做到翻轉，不翻轉的時候也讓磁鐵狀態保持穩定，他們在反鐵磁下面加上重金屬白金，電流通過會產生自旋電子流，透過自旋的軌道矩來翻轉鐵磁層，改變磁鐵和反鐵磁的交互作用方向，控制夾子打開或夾緊。

賴志煌在投稿國際期刊時吃了不少苦頭，甚至還被懷疑是否為實驗受到熱源影響的「誤會」，賴志煌說，他們只能拿出更強而有力的鐵證，及比最終刊出論文還長十倍的論述來佐證，終於得到學界頂尖期刊的認可，這不僅是磁性記憶體的突破，也為自旋電子學的發展帶來嶄新視野。

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