下一代存儲技術RRAM專利技術發展綜述

曾偉濤

摘 要 隨著晶體管的尺寸不斷縮小，當前存儲器發展的瓶頸已凸現，在后摩爾時代，對下一代存儲器的研究日益重要。文章研究了下一代存儲技術中的重要代表阻變存儲器（RRAM）的專利申請、布局分析，并結合美國Crossbar和我國主要申請人的技術功效分析，為我國相關產業發展提供參考意見。

關鍵詞 阻變存儲器；RRAM；專利；下一代存儲器

中圖分類號 G3 文獻標識碼 A 文章編號 1674-6708（2018）217-0155-02

存儲器是信息產業的重要支柱，但我國每年芯片進口額超過2 000億美元，其中存儲芯片大約占600億美元，這是我國信息安全的一個隱患。中興事件之后，更是引發了芯片行業的舉國大討論。2015年全球前五大存儲芯片公司，包括三星、鎂光、SK海力士、東芝和閃迪，總營收已占整個市場的95%，這一比例遠超2008年全球前五強的市場總份額（75%），全球存儲市場已進入寡頭壟斷時代，而我國在存儲市場的競爭力還很薄弱。

隨著云存儲、大數據、工業4.0、物聯網及移動互聯網時代的到來，如今90%的數據產生于過去兩年，未來的數據存儲需求還會進一步加大。可見發展存儲器產業，是保障我國信息安全的需要，是順應未來信息產業發展形勢的需要，也是我國搶占國際創新陣地成為創新型國家的歷史需要。

RRAM是具有高讀寫速度（10-30ns）、高存儲密度、高耐受性（109）、持久性、可以3D集成的低功耗非易失存儲器，并且重要的是可使用常規的CMOS工藝制造，閃存代工廠幾乎不需要改變設備即可生產。除此之外，RRAM最有希望取代DRAM，這將突破現有計算機CPU—內存—非易失存儲器的架構，極大提升計算機性能。由于具有突出的存儲性能，因此RRAM是學術界和企業界的重點研究方向。

本次檢索分析基于德溫特專利數據庫，針對主要涉及RRAM/memristor存儲的專利技術，其主要的關鍵詞是RRAM、memristor及其常見拓展，并排除非G-H部和其它明顯無關分類、MRAM等主題以及memristor在非存儲方面應用的干擾，共計3 252項（檢索時間：2018年6月底）。

1 申請分析

參考圖1，該領域的專利申請量在持2000年后持續攀升，從2011年以后基本穩定在300～400件之間，其中2016—2017的申請量出現下降的原因是專利申請后自申請日起18個月后公開（PCT國際申請需要更長時間），因此最后的數據量并不代表該年的真實申請量。美國對于該領域的申請量占據絕對優勢，中日韓總量相差不大，但日本在該領域的申請量呈減小趨勢，表明日本或已專攻其它方向而有意放棄該領域，韓國的較為平穩，中國申請人的申請量則平穩上升。該領域最早的申請可以追溯自EPIR效應的發現者：休斯頓大學的Liu S Q等。

中國市場的主要申請人為北京大學、中科院微電子所、三星、臺積電、宏旺電子、鎂光、索尼、復旦大學、惠普、松下、SK海力士、東芝等。我國在該領域的重要申請人為中科院微電子所（劉明、龍世兵等）、北京大學（康晉鋒、劉力鋒等）、復旦大學（林殷茵）和華中科技大學（繆向水）。但是我國的主要申請人約75%的是高校及科研單位，企業申請不足25%，也反應了我國在該領域的研發主要停留在實驗室里，所申請專利可能并不能適應市場的需要。北京、上海是RRAM領域我國在該領域申請人來源地最大的兩個城市，浙江、湖北、山東次之，其它省份申請量均較低。

2 功效分析

Crossbar是來自美國加州的創業企業，在RRAM領域頗有建樹。材料、工藝、結構、控制方法是其研發的主要改進手段，存儲密度、低制造成本、耐久性、抑制串擾等是主要的解決問題，并且Crossbar已在提高產品良品率上下功夫，可見其在著手考慮量產問題，這表明其已達到接近實際投產的研發能力。

針對我國主要技術團隊（北京大學、中科院微電子所、復旦大學、華中科技大學）的技術功效，其主要的改進手段在于材料、工藝、結構，這也是存儲器研發的重中之重。研發關注的問題較多，大多均有涉及，并且還關注到了柔性存儲這一方向，但不同于企業，很少有人關注良品率的提高這一問題。

在2016年，Crossbar技術公司正式宣布進軍中國阻變式存儲器市場，并在中國的上海設立辦事處，進而促使企業發展。現階段，Crossbar RRAM已經實現在較小的芯片上進行太節字（terabyte）存儲，并利用其自身的性能為當前的大規模互聯網運行提供能耗，滿足當前的需求，被廣泛的應用。例如，在不斷的發展過程中，其經歷了可穿戴的SOC嵌入式存儲、云數據中心超高密SSD等，滿足不斷提升的需求。例如，Crossbar公司的首席執行官George Minassian博士曾經說過：“中國電子行業市場發展最為迅速，也是大多數產品的生產源地，我們企業憑借自身企業雄厚的實力，利用自身具備的資源，”在中國進行有效的企業建設，并積極進行創新，通過現金的技術水平，促使中國的企業、消費電子、物聯網、工業等市場，掀起大規模的新一輪電子創新浪潮，迎合時代發展。

與此同時，Crossbar企業積極與中芯國際進行合作，通過互利互惠，將當前其的嵌入式技術用于中芯國際40mm甚至是更高的工藝，進而滿足當前的需求，并促使新技術創新開發。

通過合理的集成更大的片上非易失性阻變式存儲器（RAMM）到機頂盒、智能卡、監視器以及IP相機等相關技術的有效應用，可以合理的促使當前的技術進行創新，并通過不斷的研究與發展，促使當前的高安全性與低功耗的設計方案被制定。

George Minassian博士曾表示，在當前的時代背景下，物聯網技術的發展與可穿戴市場需求的變化，促使當前的市場需求逐漸發生變化，要求微控制器自身需要以安全、節能以及低成本為基礎，在不斷的發展過程中進行技術創新，以滿足當前的需求。

而Crossbar RRAM技術的應用，可以有效促使當前的內存模塊得到創新，提供片上編成與數據存儲嵌入式模塊，滿足當前的需求，與此同時，該技術還可以充分發揮出自身的優勢，甚至單獨將其作為當前的EEPORM內存，通過制定合理的方案，滿足當前市場的需求。

3 結論

本文通過對RRAM專利申請基本情況進行了整理和分析，結果表明該領域受到了國外存儲巨頭的青睞，美國韓國該領域的研究還在穩步進行，日本在該領域的投入逐年遞減，而我國的申請人還主要集中在高校和研究所。我國還須高校緊密聯系企業，引進國外頂尖技術人才，解決器件級變化性等關鍵問題，才能實現在下一代存儲器領域彎道超車。

參考文獻

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