日本東北大學突破性研究：全球最低功耗高速SOT-MRAM問世

日本東北大學創新整合電子系統中心（CIES）的研究團隊，成功開發出全球寫入功耗最低的特殊記憶體儲存裝置。這項突破不僅創下能源效率新紀錄，更擁有驚人的運作速度，可望為記憶體技術帶來革命性進展，推動綠色高效能未來。

隨著科技快速發展，市場對高效能積體電路（IC）的需求與日俱增。現行使用的靜態隨機存取記憶體（SRAM）和動態隨機存取記憶體（DRAM）即使在待機狀態下仍會消耗電力，存在極大改良空間。

磁阻式隨機存取記憶體（MRAM）因其利用磁性特性維持高效能同時降低功耗的特性，成為全球矚目的解決方案。其中，自旋軌道力矩磁阻記憶體（SOT-MRAM）更被視為SRAM的潛在替代品。

然而，SOT-MRAM要真正投入商用還需克服兩大挑戰：提升高速寫入時的能源效率，以及消除對外部磁場的依賴。2019年，由CIES所長遠藤哲雄教授與東北大學前校長大野英男教授領導的研究團隊，已成功開發出無需外部磁場輔助、寫入速度達0.35奈秒的傾斜式SOT-MRAM技術。

遠藤教授表示：「我們先前的研究已解決外部磁場需求問題。為因應AI與物聯網時代的快速發展，本次研究重點在於降低寫入功耗—即裝置寫入資料所需的電力。」

研究團隊透過微磁模擬技術，針對傾斜式SOT裝置的結構設計與磁性特性進行最佳化，特別聚焦於裝置傾斜角度與自由層的磁各向異性。最終在使用300毫米晶圓製程的75度傾斜SOT裝置中，達成全球最低156飛焦耳的寫入功耗。

實驗結果顯示，這款SOT-MRAM單元在0.35奈秒無磁場寫入條件下，較現行技術降低35%寫入功耗，同時維持優異穩定性（熱穩定因子E/k_BT達70）與170%的高磁阻比（TMR）。

這項突破性進展為開發低功耗、高速、無磁場寫入的傾斜式SOT-MRAM奠定重要基礎，加速其實用化程序。採用此技術將有助實現兼具能源效率與高效能的電子裝置，開創科技新紀元。

研究成果將於2025年5月18-21日在美國加州蒙特雷舉行的IEEE國際記憶體研討會（IMW 2025）發表，論文標題為「採用傾斜式SOT結構與磁各向異性設計技術之低寫入功耗、無磁場亞奈秒寫入速度SOT-MRAM單元」。

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