SOT-MRAM，中國公司實現關鍵突破_風聞

馳拓科技最新成果論文，引發專家熱議

SOT-MRAM（自旋軌道矩磁性隨機存取存儲器）以其納秒級寫入速度和無限次擦寫次數，是一種有望替代CPU各級緩存的高性能非易失存儲技術，有望解決當前SRAM成本及靜態功耗過高等問題。然而，SOT-MRAM在器件製造工藝上極具挑戰性，特別是傳統方案從原理上導致刻蝕良率低，嚴重製約了其大規模生產與應用。

2024年12月7日至11日，國際微電子領域頂級學術會議IEDM第70屆年度會議在美國舊金山舉行，三星、鎧俠、歐洲微電子中心IMEC和來自中國大陸的浙江馳拓科技、北航、致真存儲等單位均公開了各自在MRAM領域的最近技術進展。其中，浙江馳拓科技公司發佈了一項突破性進展——“A novel Channel-less SOT-MRAM with 115% TMR, 2 ns Switching, and High Bit Yield (>99.9%)",《一種具有115% TMR（隧道磁電阻比）、2納秒切換速度及高比特良率（>99.9%）的無軌道SOT-MRAM》，格外引入注目。

據瞭解，馳拓科技首次提出了適合大規模製造的無軌道垂直型SOT-MRAM器件結構 ，可顯著降低SOT-MRAM工藝流程複雜性和難度，從原理上提升器件良率。該研究成果的發佈，已引起眾多業界專家關注。來自AVALANCHE 公司有着20年MRAM開發經驗的領域技術權威Huai Yiming博士認為這個工作具有很高的產業化價值。來自中科院微電子所長期從事SOT-MRAM研究的楊美音研究員評論到，馳拓科技創新性地設計了一種“無寫通路”的SOT存儲器件，從根本上消除了寫通路被刻蝕斷的風險。這一設計使得在刻蝕過程中可以更加徹底地清理器件側壁上的金屬附着物，成功實現了超過99.9%的製造良率。這一成果不僅為SOT-MRAM的大規模生產與應用提供了新的可能，也為解決刻蝕工藝難題提供了新的思路和解決方案。華中科技大學蔡凱明教授表示，該項研究表明中國下一代MRAM器件可能取得重大進展，充分證實了浙江馳拓科技公司在第三代磁存儲領域優越的製造能力和深厚的技術積累，並開始實現對國際相關研究機構的技術追趕和超越。其在領域內核心技術上取得突破，將為第三代MRAM產業發展奠定重要基礎。

無擴展軌道層新型SOT-MRAM器件解讀

馳拓科技發佈的無擴展自旋軌道層垂直型SOT-MRAM器件結構，如下圖所示。

傳統方案

馳拓科技創新方案

該結構的關鍵創新在於將MTJ直接放置在兩個底部電極之間，MTJ兩側與底部電極部分重疊。在進行MTJ刻蝕時，該結構不需要精確停止在厚度大約5 nm左右的軌道層表面，而是可以進行過刻蝕，從而大幅度增加了刻蝕窗口。此創新顯著降低了刻蝕過程的難度，解決了傳統工藝中對MTJ刻蝕精確控制的高要求問題。這一突破性設計使得在12英寸晶圓上，SOT-MRAM器件的位元良率從當前產業界的99.6%提升至超過99.9%（間接測試值已達到99.99%），這一良率水平基本達到了大規模製造所要求的門檻。同時，該器件實現了 2 納秒的寫入速度，超過 1 萬億次（10 的 12 次方，測量時間上限）的寫入/擦除操作次數，器件具備持續微縮的潛力。論文中的多項指標處於國際前沿水平，標誌着具備了Mb級SOT-MRAM演示芯片製造能力，為下一代高速、高密度、高可靠MRAM芯片的設計與製造奠定了堅實的技術基礎。

**SOT-MRAM未來可能成為新型存儲主流技術路線，**擁有巨大發展前景

SOT-MRAM技術自誕生以來僅約十年，但在器件驗證和材料創新方面已取得顯著進展。特別是新型無軌道SOT-MRAM器件結構的提出，進一步推動了其向工業化應用邁進。未來，隨着材料科學、器件設計和製造技術的持續突破，SOT-MRAM有望逐步實現商用。作為SRAM存儲器的有力競爭者，SOT-MRAM不僅可以應用於高性能嵌入式存儲和緩存等傳統領域，還將在存內計算、神經形態計算、隨機計算等新興領域展現出巨大的潛力。

關於浙江馳拓科技有限公司

浙江馳拓科技有限公司成立於2016年，是中國MRAM新型非易失存儲芯片技術研發、生產製造的領軍企業，官網顯示其已實現多款STT-MRAM產品量產。

關於IEDM

IEDM（International Electron Devices Meeting）由電氣電子工程師學會（IEEE）主辦，是微電子器件領域最有影響力的學術會議，在國際半導體技術界享有崇高的學術地位和廣泛的影響力，是國際半導體產業界各知名學術機構和企業報告其最新研究成果和技術突破的主要窗口和平台之一。

關於MRAM

磁性隨機存取存儲器(Magnetoresistive Random Access Memory, MRAM)是一種非易失存儲技術,它採用磁性隧道結（Magnetic Tunnel Junction, MTJ）作為存儲單元，通過改變磁矩方向切換高低阻態，從而實現“0”和“1”的數據存儲。與傳統的電荷存儲器（如DRAM和Flash）不同，MRAM無需依賴電荷保持數據，因而具備速度快、功耗低、重寫次數多、抗輻射及惡劣環境能力強等顯著優勢。

近年來，自旋轉移力矩磁性隨機存取存儲器(STT-MRAM, Spin-Transfer Torque MRAM) 已實現商業化應用。STT-MRAM利用自旋轉移矩效應，通過自旋極化電流改變磁性層的磁化方向來完成數據寫入。目前，該技術已在智能物聯、工業控制和車載電子等民用場景中展現出廣闊的應用前景。

自旋軌道力矩磁性隨機存取存儲器(SOT-MRAM, Spin-Orbit Torque MRAM)是在STT-MRAM基礎上的重要改進，它採用全新的寫入機理——自旋軌道力矩效應，將寫入速度從10-50納秒縮短至2納秒左右，同等工作條件功耗降低至原來的千分之一，可重寫次數提升至無限次，但當前受制於位元良率低等關鍵問題，一直不具備產品化條件。