随着现代生活应用到芯片的地方越来越多，目前全世界半导体芯片都严重供不应求，体积更小、容量更大且效能更高的新型内存亟待问世。由国研院半导体中心主导的研究团队，现在成功开发出全世界极少研究的垂直磁异向性“自旋轨道力矩式磁性内存”，靠着全新设计结构、平坦化制程等优势登上舞台。
以前只用在电脑和智能手机等 3C 产品，现在从智慧家电、智慧汽车、智慧城市到太空、国防领域，都应用大量芯片来随时记录各种数据。为了满足庞大运算需求，并追求更小体积、更大容量、更高效能，科学家正致力于研发新一代嵌入式内存。
国研院半导体研究中心制程整合组组长李恺信形容，内存就像直接呈放资料的“桌面”，可以省去反复开关抽屉拿资料的时间，是影响资料处理能力与执行速度的关键。
目前市面上大量使用的内存可按照“停止供电后是否还能保留资料”分成两大类：挥发性内存与非挥发性内存，前者如应用于电脑中的 DRAM（如果有自组电脑应该都知道 DDR3、DDR4）、SRAM，优点是速度快，缺点为耗电、断电后资料流失；后者如随身碟、HDD、光碟片，优点是断电后资料不会流失，缺点为速度慢。
为了寻找兼顾挥发性内存与非挥发性内存优点的新兴内存，电性电子元件相关研究进展已经超过 60 年，其中磁性内存（MRAM）在最近 5 年终于可开始应用于产品上，由于具有能耗低、读写速度快、面积小、非挥发性等优点，有望成为嵌入式或独立式皆通用的内存。
▲ 国研院主导的研究团队开发出新型态 MRAM 元件。（Source：科技新报）
和 DRAM（面积 2,048 nm2）、SRAM（面积 21,000 nm2）相比，MRAM 面积仅 400 nm2，但读写速度媲美 SRAM，目前 MRAM 已有“自旋转移力矩式磁性内存”（STT-MRAM）和“自旋轨道力矩式磁性内存”（SOT-MRAM）等型态，而由国研院领导组成的团队以及特殊读取方式，成功研发出全世界极少钻研的垂直异向性 SOT-MRAM 元件，特点为具有比 STT-MRAM 更低的写入能量和更快的写入时间，且无须外加磁场。
其运作原理为改变电子自旋时产生的微小磁矩方向来记忆 0 与 1 以保存资料，不运算时就不必供电，即使断开电源也不会流失资料，且磁性翻转速度可达奈秒级。
不过与其他内存结构仅堆叠 5～6 层薄膜相比，垂直异向性 SOT-MRAM 内存堆叠了 30 几层超薄原子级薄膜，使用铁、钴、镍、铂、铷等 20 多种元素，制造技术门槛相当高，国研院半导体中心正在逐步建置包含溅镀系统、蚀刻系统、曝光系统等完整制程设备，希望未来能支援各界进行 MRAM 测试与开发。
该团队研究成果已于今年 6 月在世界著名的半导体研讨会议“2021 Symposia on VLSI Technology and Circuits”上发表。
（首图来源：国研院提供）
