磁隨機(jī)存取存儲(chǔ)器MRAM專利技術(shù)分析

國(guó)家知識(shí)產(chǎn)權(quán)局專利局專利審查協(xié)作廣東中心 嚴(yán)逸飛

一、磁隨機(jī)存取存儲(chǔ)器MRAM概述

在高速發(fā)展的大數(shù)據(jù)信息化時(shí)代，數(shù)量龐大的信息、數(shù)據(jù)需要我們處理與保存，這使得人們對(duì)信息存儲(chǔ)器件的要求向著高密度、大容量、高速度、低成本和微小型化的更高標(biāo)準(zhǔn)方向發(fā)展。隨機(jī)存儲(chǔ)技術(shù)，是大多數(shù)計(jì)算機(jī)的一種短期存儲(chǔ)方式，用于CPU臨時(shí)記憶東西。多數(shù)RAM都是利用電子產(chǎn)生的電荷流，即使使用半導(dǎo)體硅，也不能夠?qū)崿F(xiàn)鐵磁體的“永久記憶”，因此，導(dǎo)致傳統(tǒng)RAM 的數(shù)據(jù)在斷電后消失，即記錄信息具有揮發(fā)性。所以即使在睡眠狀態(tài)下使用DRAM、SRAM 的儀器，仍然需要一定的電源，這將必然帶來耗電與發(fā)熱等問題。之后有研究者發(fā)現(xiàn)了閃存記憶器（FLASH），它是對(duì)過去只利用電流、卻無法長(zhǎng)期保存數(shù)據(jù)存儲(chǔ)方式的改進(jìn)。FLASH 不是利用磁性原理，但也具有很好的“非揮發(fā)性”。但它的主要短板是，需要較高的電壓刪除已有數(shù)據(jù)重復(fù)記憶，這大大縮短了它的使用壽命。與前兩者相比，磁隨機(jī)存儲(chǔ)器（Magnetoresistive Random Access Memory, MRAM）的不會(huì)揮發(fā)的優(yōu)越性就體現(xiàn)出來。因?yàn)镸RAM 的機(jī)理是基于磁性材料的磁矩取向的穩(wěn)定性和可控性，它不需電源的支撐保持記憶，繼承了硬盤“永久記憶”的優(yōu)點(diǎn)。另外幾乎沒有使用次數(shù)限制的優(yōu)點(diǎn)使其更加具有競(jìng)爭(zhēng)力。

二、專利申請(qǐng)現(xiàn)狀

在S系統(tǒng)中對(duì)磁隨機(jī)存取存儲(chǔ)器MRAM進(jìn)行相關(guān)的統(tǒng)計(jì)分析，有助于我們更清晰地了解此領(lǐng)域在專利申請(qǐng)方面的詳細(xì)情況。

1.國(guó)內(nèi)外申請(qǐng)量

在CNABS數(shù)據(jù)庫中，采用“(磁 1w 隨機(jī) 2w 存儲(chǔ)器) or MRAM or STT-MRAM”進(jìn)行檢索，統(tǒng)計(jì)了國(guó)內(nèi)關(guān)于磁隨機(jī)存取存儲(chǔ)器MRAM的專利申請(qǐng)量隨年份的變化情況：

由圖1以及圖3可知，自2000年起，國(guó)內(nèi)關(guān)于磁隨機(jī)存取存儲(chǔ)器MRAM的申請(qǐng)量就開始逐年上升，尤其是在2003年MRAM的國(guó)內(nèi)申請(qǐng)量達(dá)到了一個(gè)新的增長(zhǎng)點(diǎn)（182件），在2004年至2009年這段時(shí)間內(nèi)處于平緩的發(fā)展期，并沒有太迅速的增長(zhǎng)，而在近年（2010-2015）其申請(qǐng)量更是呈增長(zhǎng)的趨勢(shì)（2015-2016年申請(qǐng)的專利部分由于還未公開的緣故，因此其數(shù)據(jù)并不完整），這表明磁隨機(jī)存取存儲(chǔ)器MRAM這項(xiàng)技術(shù)在國(guó)內(nèi)正處于持續(xù)發(fā)展時(shí)期，其相關(guān)的技術(shù)更新較快，本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)該多重視該領(lǐng)域技術(shù)地不斷更新和積累。

圖1 國(guó)內(nèi)申請(qǐng)量統(tǒng)計(jì)圖

同理，在VEN數(shù)據(jù)庫中，采用“((or Magnetoresist+,(Magnet+1w resist+)) 1w Random 1w Access 1w Memor+) or mram/frec>1 or(Magnetic RAM) or STT-MRAM”進(jìn)行檢索，統(tǒng)計(jì)世界范圍內(nèi)關(guān)于磁隨機(jī)存取存儲(chǔ)器MRAM的專利申請(qǐng)量隨年份的變化情況：

圖2 國(guó)外申請(qǐng)量統(tǒng)計(jì)圖

由圖2以及圖3可知，世界范圍內(nèi)關(guān)于磁隨機(jī)存取存儲(chǔ)器MRAM的專利申請(qǐng)量大體趨勢(shì)與國(guó)內(nèi)增長(zhǎng)趨勢(shì)相似，同樣在2003年MRAM的國(guó)外申請(qǐng)量達(dá)到了一個(gè)新的增長(zhǎng)點(diǎn)（678件），并且在2010年至2015年期間，MRAM的國(guó)外申請(qǐng)呈現(xiàn)出了較快的增長(zhǎng)速度。然而，國(guó)外的申請(qǐng)量要遠(yuǎn)大于國(guó)內(nèi)申請(qǐng)量，因此在關(guān)注MRAM技術(shù)時(shí)，應(yīng)該著重關(guān)注國(guó)外的發(fā)展情況，對(duì)于該類文獻(xiàn)的檢索也要側(cè)重于外文庫。

圖3 全球及中國(guó)申請(qǐng)量分布對(duì)比圖

2.分類號(hào)分布

在VEN數(shù)據(jù)庫中，對(duì)采用關(guān)鍵詞“((or Magnetoresist+,(Magnet+1w resist+)) 1w Random 1w Access 1w Memor+) or mram/frec>1 or(Magnetic RAM) or STT-MRAM”檢索到的文獻(xiàn)中分別進(jìn)行IPC分類號(hào)的統(tǒng)計(jì)：

圖4 IPC分類號(hào)分布圖

由圖4可看出，對(duì)于磁隨機(jī)存取存儲(chǔ)器MRAM，IPC國(guó)際分類號(hào)主要分布在G11C11/15（應(yīng)用多層磁性層的靜態(tài)存儲(chǔ)器）、G11C11/16（應(yīng)用磁自旋效應(yīng)的存儲(chǔ)元件的靜態(tài)存儲(chǔ)器）、H01L43/08（磁場(chǎng)控制的電阻器）以及H01L27/105（包含場(chǎng)效應(yīng)組件的器件）。雖然磁隨機(jī)存取存儲(chǔ)器MRAM擁有靜態(tài)隨機(jī)存儲(chǔ)器的高速讀取寫入能力，以及動(dòng)態(tài)隨機(jī)存儲(chǔ)器的高集成度，但是從IPC的分類情況來看，磁隨機(jī)存取存儲(chǔ)器MRAM的大部分分布在了G11C11/00這個(gè)涉及靜態(tài)存儲(chǔ)器的大組之下，同時(shí)還有一部分分布在H01L43/08（磁場(chǎng)控制的電阻器）以及H01L27/105（包含場(chǎng)效應(yīng)組件的器件），因此，在檢索該類文獻(xiàn)時(shí)，除了要檢索G11C11/00這個(gè)大組下的相關(guān)分類號(hào)，還要注意分類號(hào)的擴(kuò)展，以免過濾掉相關(guān)性較高的專利文獻(xiàn)。

3.重要申請(qǐng)人統(tǒng)計(jì)

對(duì)CNABS以及VEN數(shù)據(jù)庫中關(guān)于磁隨機(jī)存取存儲(chǔ)器MRAM這項(xiàng)技術(shù)的專利申請(qǐng)量較多的重要申請(qǐng)人進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，得到申請(qǐng)量排在前面的幾個(gè)重要申請(qǐng)人分布情況如圖5以及圖6所示：

圖5 國(guó)內(nèi)申請(qǐng)的主要申請(qǐng)人分布

圖6 國(guó)外申請(qǐng)的主要申請(qǐng)人分布

從圖5可以看出，國(guó)內(nèi)申請(qǐng)的主要申請(qǐng)人是三星、高通、東芝、海力士等國(guó)外的大公司，在申請(qǐng)量的排布上看，排在前十位的主要申請(qǐng)人中只有臺(tái)灣積體電路制造股份有限公司一家國(guó)內(nèi)企業(yè)，其余的申請(qǐng)人都是國(guó)外的大公司，從圖6中國(guó)外申請(qǐng)的主要申請(qǐng)人看，排在前三位的重要申請(qǐng)人是三星公司、東芝公司和美光科技股份有限公司，在國(guó)外的前十位的申請(qǐng)人中名沒有中國(guó)的科研機(jī)構(gòu)或公司，值得一提的是，中科院物理研究所在MRAM的新型自旋芯片設(shè)計(jì)原理的研究上有所突破。

將國(guó)內(nèi)申請(qǐng)的主要申請(qǐng)人與國(guó)外申請(qǐng)的主要申請(qǐng)人進(jìn)行橫向比較，排在前幾位的主要申請(qǐng)人基本上是相同的，這說明三星、高通、東芝、海力士、美光科技以及瑞薩科技等這幾家龍頭企業(yè)在MRAM研究方面占據(jù)了絕對(duì)的優(yōu)勢(shì)，并且這些主要申請(qǐng)人在國(guó)外的申請(qǐng)量要遠(yuǎn)大于國(guó)內(nèi)的申請(qǐng)量，國(guó)內(nèi)在MRAM領(lǐng)域的市場(chǎng)仍然處于相對(duì)弱勢(shì)，與國(guó)外的研發(fā)機(jī)構(gòu)仍具有較大差距，我國(guó)在該方面的技術(shù)創(chuàng)新、科研能力很弱，在該技術(shù)領(lǐng)域的發(fā)展上仍然是任重而道遠(yuǎn)。

圖7 專利申請(qǐng)國(guó)別分布

對(duì)VEN數(shù)據(jù)庫中專利申請(qǐng)的國(guó)別進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，圖7顯示出了美國(guó)、日本、韓國(guó)、中國(guó)以及歐洲主要研發(fā)國(guó)家/地區(qū)在MRAM領(lǐng)域?qū)＠邪l(fā)熱點(diǎn)以及技術(shù)帆布差異。從圖7可以看出，排在前兩位的國(guó)家分別是美國(guó)和日本，并且美國(guó)的申請(qǐng)量要遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于其他國(guó)家或地區(qū)的申請(qǐng)量，其具有更大的競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)，同時(shí)中國(guó)、韓國(guó)和歐洲的國(guó)家也正在凝聚專利的競(jìng)爭(zhēng)，因此，在進(jìn)行MRAM的檢索時(shí)尤其要關(guān)注上述幾個(gè)國(guó)家的專利，并且近些年MRAM在手機(jī)、計(jì)算機(jī)、通信以及網(wǎng)絡(luò)存儲(chǔ)中的應(yīng)用方面的相關(guān)專利也在逐步的發(fā)展。

三、結(jié)束語

通過上述研究，使我們對(duì)MRAM的專利申請(qǐng)情況有了全面的了解，通過對(duì)該領(lǐng)域國(guó)內(nèi)外專利申請(qǐng)量、主要分布國(guó)家/地區(qū)以及對(duì)主要申請(qǐng)人的分析，可以很直觀的感受到該領(lǐng)域的發(fā)展?fàn)顩r和趨勢(shì)，可以很明顯的發(fā)現(xiàn)對(duì)于磁隨機(jī)存取存儲(chǔ)器MRAM而言，我國(guó)的專利申請(qǐng)量主要是國(guó)外公司來華申請(qǐng)，我國(guó)在該方面的自主研發(fā)能力相對(duì)較弱，而且申請(qǐng)量很低，這仍需要國(guó)內(nèi)的主要研發(fā)機(jī)構(gòu)（例如，臺(tái)灣積體電路制造股份有限公司、上海磁宇信息科技有限公司以及中國(guó)科學(xué)院物理研究所）的繼續(xù)努力。