工研院于 10 日美国举办的 IEEE 国际电子元件会议（International Electron Devices Meeting，IEDM），发表 3 篇铁电内存（Ferroelectric RAM，FRAM）及 3 篇磁阻随机存取内存（Magnetoresistive Random-Access Memory，MRAM）相关技术重要论文，引领创新研发方向，并为新兴内存领域发表最多重要论文者。
工研院指出，IEDM 为年度指标性的半导体产业技术高峰会议，每年由来自全球最顶尖的半导体与奈米科技专家一同探讨创新的电子元件发展趋势，工研院的多篇新兴内存于会中发表，同时发表论文的机构包括英特尔、台积电、三星等国际顶尖半导体公司。
工研院电光系统所所长吴志毅表示，5G 与 AI 时代来临，摩尔定律一再向下的微缩，半导体走向异质整合，不同的技术整合性越来越强，能突破既有运算限制的下世代内存将在未来扮演更重要角色。新兴的 FRAM 及 MRAM 读写速度比大家所熟知的闪存快上百倍、甚至千倍。其中，FRAM 的操作功耗极低，适合 IoT 与便携式装置应用，而 MRAM 速度快、可靠性好，适合需要高性能的场域，像是自驾车，云端资料中心应用等，两者都是非挥发性内存，均具备低待机功耗、高处理效率的优势，未来应用发展潜力可期。
工研院解释，FRAM 具有所有新兴内存技术中最低的操作功耗，但现有的 FRAM 使用钙钛矿（Perovskite）晶体为材料，而钙钛矿晶体材料化学成分复杂、制作不易且内含的元素会干扰硅晶体管，因此提高了 FRAM 元件的尺寸微缩难度与制造成本。工研院在以“使用应力工程氧化铪锆之三维、可微缩、高可靠度铁电内存技术”为题的论文中，成功以半导体制程中易取得的氧化铪锆铁电材料替代现有材料，不但验证优异的元件可靠度，并将元件由二维平面进一步推展至三维立体结构，展现出应用于 28 奈米以下嵌入式内存之微缩潜力。
此外，在以“亚奈安培操作电流之氧化铪锆铁电穿隧接面于内存内运算应用”为题的论文中，则使用独特的量子穿隧效应达到非挥发性储存的效果，所提出的氧化铪锆铁电穿隧接面可使用比现有内存低上一千倍的极低电流运作，并达到 50 奈秒的快速存取效率与大于一千万次操作的耐久性，此元件将来可用于实现如人脑中的复杂神经网络，进行正确且有效率的 AI 运算。另一篇以“全面性的铁电穿隧接面模拟架构”为题的论文，团队则提出了一个目前最完整之铁电穿隧接面的物理模拟架构，该模型能完整解释极具争议的铁电穿隧接面切换特性，并提供了未来优化元件性能的理论基础。
另外，在 MRAM 技术的开发，工研院也于 IEDM 中发表自旋轨道转（Spin Orbit Torque，SOT）MRAM 相关的最新研成果。相较于台积电、三星等公司即将导入量产的第二代 MRAM技术，SOT-MRAM 为全球积极研究中的最新第三代技术，以写入电流不流经元件磁性穿隧层结构的方式运作，避免现有 MRAM 操作时，读、写电流均直接通过元件对元件造成损害的状况，同时也具备更稳定、更快速存取资料的优势。相关的技术并已成功的导入工研院自有的试量产晶圆厂，后续商品化的进度可期。
在经济部科专的支持下，工研院成功的在全球指标性的 IEDM 中发表新兴内存相关成果；在这个以创新前瞻为导向的国际舞台发光。未来，工研院并将以累积多年的内存元件相关研发能量，携手半导体厂商，抢攻下一波 5G 与 AI 趋势发展商机。
（首图来源：工研院）
