UNIST开发低功耗低发热“M-RAM”存储半导体技术

Published 28 Oct.2024 10:31(KST)

Updated 02 Aug.2025 17:49(KST)

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Yujeongu 教授团队开发低功耗 M-RAM 数据存储存储器器件

第一作者 Choe Jonghyeon 博士参与，Park Jeongmin、Kim Gyeonghwan、Kim Chunghyeon 博士参与

一种有望解决M-RAM半导体功耗和发热问题的新概念存储器件已经被开发出来。

UNIST（校长 Park Jongrae）新材料工程系 Yu Jungwoo 教授团队提出了一种能够以低功耗在存储器中写入数据的M-RAM（磁性存储器）器件结构，并通过实验加以验证，相关成果已于本月10日发表在国际学术期刊《Nature Communications》上。

教授 Yoo Jeongwoo（下排中间）研究团队。

M-RAM是一种兼具NAND闪存和DRAM优点的下一代存储器。它像NAND闪存一样具备断电数据不丢失的非易失性，同时又具有接近DRAM水平的高速特性。在需要安全性和高速读写数据的领域，已经部分实现商业化。

现有的M-RAM在向存储器写入和擦除数据时需要使用电流。当构成存储器件的两层磁性层的磁化方向相互平行时，电阻值较小；处于反平行状态时，电阻值较大。通过这两种平行与反平行状态分别表示数据“0”和“1”。要改变磁性层的磁化方向，必须施加高于阈值电流的电流，由此产生的功耗和发热一直是问题所在。

相比之下，本次研究团队开发的存储器件仅通过电压脉冲就能向存储器写入信息。该器件的结构为石墨烯夹在磁性绝缘体YIG与铁电体PVDF-TrFE之间，当施加电压脉冲时，流经石墨烯的电流方向会发生改变，并以这一方向来区分存储“0”和“1”。

在所开发的存储器件中应用了逆Edelstein效应、铁磁共振现象等物理理论。其原理是：由磁性绝缘体的铁磁共振注入到石墨烯中的自旋电流，通过逆Edelstein效应被转换为电荷电流。电流方向则可以通过向铁电体施加电压脉冲来改变，这是因为电压脉冲会改变铁电体的极性，从而引起石墨烯费米能级的移动，而费米能级的变化会导致流经石墨烯的电流方向发生改变。

Yu Jungwoo 教授表示：“这是一个有望大幅降低发热和能量消耗，并为解决呈指数级增长的人工智能半导体器件功耗问题提供重要契机的研究。”

本次研究中，UNIST新材料工程系 Choi Jonghyun 博士以第一作者身份参与，UNIST新材料工程系出身、现隶属KAIST的 Park Jungmin 博士，以及延世大学 Kim Kyunghwan 教授和隶属KIAS的 Kim Chunghyun 博士等人共同参与了研究。