一、SRAM研究、DRAM廣泛應用，以及Flash
        存儲(chǔ)器是電子系統(tǒng)的重要組成部分技術的開發。當(dāng)前提供有力支撐，絕大多數(shù)電子系統(tǒng)均采用寄存知識和技能、主存加硬盤(pán)的存儲(chǔ)體系結(jié)構(gòu)（如圖1（a））的過程中，與之相對(duì)應(yīng)分享，靜態(tài)隨機(jī)存儲(chǔ)器（SRAM）等多個領域、動(dòng)態(tài)隨機(jī)存儲(chǔ)器（DRAM）再獲、閃存（Flash）或硬盤(pán)（HDD）成為實(shí)現(xiàn)這三種存儲(chǔ)體系的傳統(tǒng)存儲(chǔ)技術(shù)。然而應用擴展，隨著信息和納米加工技術(shù)高速發(fā)展體驗區，基于傳統(tǒng)存儲(chǔ)體系構(gòu)建的電子系統(tǒng)正面臨著巨大的挑戰(zhàn)。一方面新興的移動(dòng)計(jì)算活動上、云計(jì)算等和數(shù)據(jù)中心對(duì)數(shù)據(jù)一致性提出極高要求有望，傳統(tǒng)的緩存及主存一旦斷電，關(guān)鍵數(shù)據(jù)就會(huì)發(fā)生丟失。因此方案，數(shù)據(jù)必須不斷備份到閃存或硬盤(pán)上應用的選擇，該過(guò)程嚴(yán)重影響了訪存性能。另一方面大型數(shù)據(jù)中心的能耗不斷攀升左右，基于電池技術(shù)的物聯(lián)網(wǎng)及移動(dòng)設(shè)備也因功耗及待機(jī)問(wèn)題被人詬病背景下。以上諸多挑戰(zhàn)需要新的器件、架構(gòu)設(shè)計(jì)等技術(shù)加以解決傳承。
 
                               
                                                      圖1 傳統(tǒng)存儲(chǔ)體系結(jié)構(gòu)（a）等特點，新型“萬(wàn)能存儲(chǔ)器”存儲(chǔ)體系結(jié)構(gòu)（b）
 
二、STT-MRAM：“萬(wàn)能存儲(chǔ)器”
       傳統(tǒng)存儲(chǔ)器的技術(shù)局限以及不斷縮小的制造尺寸所帶來(lái)的巨大挑戰(zhàn)促使科研人員開(kāi)始尋找新一代存儲(chǔ)器件多種，它應(yīng)具有接近靜態(tài)存儲(chǔ)器的納秒級(jí)讀寫(xiě)速度將進一步，具有動(dòng)態(tài)存儲(chǔ)器甚至閃存級(jí)別的集成密度和類(lèi)似Flash的非易失性存儲(chǔ)特性。“萬(wàn)能存儲(chǔ)器”概念作為新一代存儲(chǔ)器的要求被提出來(lái)（如圖1（b））發展成就。自旋轉(zhuǎn)移矩—磁隨機(jī)存儲(chǔ)器器件（Spin Transfer Torque - Magnetic RandomAccess Memory：STT-MRAM）就是一種接近“萬(wàn)能存儲(chǔ)器”要求的極具應(yīng)用潛力的下一代新型存儲(chǔ)器解決方案成就。
       類(lèi)比地球的公轉(zhuǎn)與自轉(zhuǎn)，微觀世界的電子同時(shí)具有圍繞原子核的“公轉(zhuǎn)”軌道運(yùn)動(dòng)（電荷屬性）開展面對面、電子內(nèi)稟運(yùn)動(dòng)（自旋屬性）研究進展。STT-MRAM就是一種可以同時(shí)操縱電子電荷屬性及自旋屬性的存儲(chǔ)器件。1988年連日來，法國(guó)阿爾貝·費(fèi)爾和德國(guó)彼得·格林貝格研究員通過(guò)操縱電子自旋屬性實(shí)現(xiàn)了基于電子自旋效應(yīng)的磁盤(pán)讀頭快速融入，使磁盤(pán)容量在20年間從幾十兆比特（MB）暴增到幾太比特（TB）。他們因此獲得2007年的諾貝爾物理獎(jiǎng)系統。
       在讀操作方面增強，磁隨機(jī)存儲(chǔ)器一般基于隧穿磁阻效應(yīng)，在鐵磁層1/絕緣層/鐵磁層2三層結(jié)構(gòu)中交流等，當(dāng)兩層鐵磁層磁化方向相同時(shí)更加廣闊，器件呈現(xiàn)“低電阻狀態(tài)”，當(dāng)兩層鐵磁層磁化方向相反時(shí)提高，器件呈現(xiàn)“高電阻狀態(tài)”可以使用，且兩個(gè)狀態(tài)可以相互轉(zhuǎn)化（如圖2）；在寫(xiě)操作方面紮實，基于自旋轉(zhuǎn)移矩效應(yīng)效高化，器件處于高阻態(tài)時(shí)，通自上而下的電流進行培訓，反射的自旋多態(tài)電子會(huì)翻轉(zhuǎn)易翻轉(zhuǎn)層磁化方向發展機遇，器件由低阻態(tài)變?yōu)楦咦钁B(tài)；器件處于低阻態(tài)時(shí)法治力量，通自下而上的電流全技術方案，隧穿的自旋多態(tài)電子會(huì)翻轉(zhuǎn)易翻轉(zhuǎn)層磁化方向分享，器件由高阻態(tài)變?yōu)榈妥钁B(tài)。自旋轉(zhuǎn)移矩效應(yīng)已被驗(yàn)證可實(shí)現(xiàn)1納秒以下的寫(xiě)操作信息化。
 
                                                     
 
                                       圖2 TMR效應(yīng)(a)方式之一、STT-MRAM單元原理圖（b）、低態(tài)寫(xiě)高態(tài)（c）新型儲能、高態(tài)寫(xiě)低態(tài)（d）
 
       STT-MRAM不僅接近“萬(wàn)能存儲(chǔ)器”的性能創新能力，同時(shí)由于其數(shù)據(jù)以磁狀態(tài)存儲(chǔ)，具有天然的抗輻照範圍、高可靠性以及幾乎無(wú)限次的讀寫(xiě)次數(shù)求得平衡，已被美日韓等國(guó)列為最具應(yīng)用前景的下一代存儲(chǔ)器之一。美國(guó)Everspin空間廣闊、Honeywell公司已經(jīng)推出了其MRAM存儲(chǔ)器芯片產(chǎn)品至關重要，并被大量用于高可靠性應(yīng)用領(lǐng)域。美國(guó)IBM用的舒心、Qualcomm技術發展，日本Toshiba都已開(kāi)發(fā)出其大容量STT-MRAM測(cè)試芯片。韓國(guó)Samsung集成、SK Hynix均宣布具備了STT-MRAM的生產(chǎn)能力重要手段。美日韓等國(guó)很有可能在繼硬盤(pán)、DRAM及Flash等存儲(chǔ)芯片之后再次實(shí)現(xiàn)對(duì)我國(guó)100%的壟斷穩定性∠褚豢脴?？紤]到STT-MRAM采用了大量的新材料、新結(jié)構(gòu)去突破、新工藝全面協議，加工制備難度極大，現(xiàn)階段其基本原理還不夠完善具體而言，發(fā)明專(zhuān)利分散在各研究機(jī)構(gòu)、公司中智慧與合力，專(zhuān)利封鎖還未完全形成喜愛，正是國(guó)內(nèi)發(fā)展該項(xiàng)技術(shù)的最好時(shí)機(jī)。
 
三開放要求、國(guó)內(nèi)首個(gè)80納米STT-MRAM制備
      近日向好態勢，中科院微電子所集成電路先導(dǎo)工藝研發(fā)中心趙超研究員與北京航空航天大學(xué)趙巍勝教授的聯(lián)合團(tuán)隊(duì)經(jīng)過(guò)3年的攻關(guān)，成功制備國(guó)內(nèi)首個(gè)80納米自旋轉(zhuǎn)移矩—磁隨機(jī)存儲(chǔ)器器件（STT-MRAM）服務機製。
      在北京市科委的大力支持下貢獻力量，中科院微電子所與北京航空航天大學(xué)的聯(lián)合研發(fā)團(tuán)隊(duì)經(jīng)過(guò)科研攻關(guān)，在STT-MRAM關(guān)鍵工藝技術(shù)研究上實(shí)現(xiàn)了重要突破大幅拓展，在國(guó)內(nèi)率先采用與傳統(tǒng)CMOS工藝兼容的工藝方法和流程發行速度，成功制備出直徑為80納米的磁隧道結(jié)更加堅強，器件性能良好，其中性能，器件核心參數(shù)包括隧穿磁阻效應(yīng)達(dá)到92%初步建立，可實(shí)現(xiàn)純電流翻轉(zhuǎn)且電流密度達(dá)到國(guó)際領(lǐng)先水平。