极端温度下也能运行的“自旋存储器”之路开启…电流减半瞄准车用市场

by Kim Jonghwa

Published 25 Feb.2026 12:00(KST)

基于 β-W-Ti 合金的 SOT 效率提升至原来的 1.8 倍…已在韩国、美国、日本和欧盟申请专利

在零下55℃到摄氏150℃的极端环境下也能稳定运行、驱动电流却降至原有的一半水平的下一代自旋存储材料及器件技术已经研发成功。该技术被评价为面向车用半导体和低功耗非易失性存储器市场的源头核心技术。

韩国研究财团（National Research Foundation of Korea）表示，Korea University 教授 Kim Younggeun 研究团队设计了基于贝塔钨钛（β-W-Ti）合金的异质结结构，并将其制备为薄膜器件，成功大幅提升了自旋轨道转矩（Spin-Orbit Torque）驱动效率。

通过与蔚山大学协作开展理论计算，导出钛（Ti）的最优组成，并制作了 β-W-Ti/CoFeB/MgO 薄膜器件，验证了其提高自旋轨道转矩效率和降低临界电流的效果。同时还确认了在 55℃至150℃全范围内的稳定工作特性。右下角为 Ti 取代后的 β-W 晶格结构示意图。图片提供及说明金英根高丽大学教授提供

本研究在科学技术信息通信部和韩国研究财团推进的国家半导体研究室支援核心技术开发项目资助下开展。研究成果发表于材料与表面工程领域国际学术期刊《应用表面科学（Applied Surface Science）》，刊登时间为2025年2月；韩国国内专利已于2025年10月21日完成注册。研究团队还在美国、日本和欧洲提交了申请，正推进三极专利布局。

自旋电子学是利用电子“自旋（旋转）”这一磁性特征来存储和处理信息的技术。基于该技术的磁阻存储器（MRAM）是一种在断电后数据仍可保持的非易失性存储器，具有低功耗和高速运行的优势，因此被视为下一代存储器的有力候选。

尤其是基于自旋轨道转矩（Spin-Orbit Torque）的 MRAM，相较既有自旋转移转矩（Spin-Transfer Torque）方式具有速度更快、电力效率更高的优点，但要应用于车用半导体，就必须在宽温度范围内以低电流实现稳定工作，这一直是技术难题。器件的关键在于能高效将电流转换为自旋电流的“自旋电流产生材料”。

研究团队注意到，既有 β-钨材料会因工艺条件不同，其晶体结构和特性易发生变化，而且在极端温度下的可靠性验证仍不充分。为改善这一问题，团队设计了在 β-钨中少量掺入钛的 β-W-Ti 合金。

通过理论计算得出最优组分后，研究团队实际制备了薄膜器件并开展实验，结果显示，在约11.5%钛含量的组分下，实现了阻尼型自旋轨道转矩效率0.54，这一数值较既有 β-钨提升约1.8倍。翻转磁化方向所需的临界电流密度也降低到原有的一半水平，证明可用更低功耗驱动存储器。

研究团队还确认，该器件在零下55℃到摄氏150℃的全温区间内都能实现稳定的开关操作，并通过了重复驱动测试。据称，这一成果满足了车用半导体所要求的可靠性条件。