磁隨機存取存儲器MRAM專利技術(shù)分析

國家知識產(chǎn)權(quán)局專利局專利審查協(xié)作廣東中心 嚴逸飛

一、磁隨機存取存儲器MRAM概述

在高速發(fā)展的大數(shù)據(jù)信息化時代，數(shù)量龐大的信息、數(shù)據(jù)需要我們處理與保存，這使得人們對信息存儲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準方向發(fā)展。隨機存儲技術(shù)，是大多數(shù)計算機的一種短期存儲方式，用于CPU臨時記憶東西。多數(shù)RAM都是利用電子產(chǎn)生的電荷流，即使使用半導體硅，也不能夠?qū)崿F(xiàn)鐵磁體的“永久記憶”，因此，導致傳統(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），它是對過去只利用電流、卻無法長期保存數(shù)據(jù)存儲方式的改進。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)重復記憶，這大大縮短了它的使用壽命。與前兩者相比，磁隨機存儲器（Magnetoresistive Random Access Memory, MRAM）的不會揮發(fā)的優(yōu)越性就體現(xiàn)出來。因為MRAM 的機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。另外幾乎沒有使用次數(shù)限制的優(yōu)點使其更加具有競爭力。

二、專利申請現(xiàn)狀

在S系統(tǒng)中對磁隨機存取存儲器MRAM進行相關的統(tǒng)計分析，有助于我們更清晰地了解此領域在專利申請方面的詳細情況。

1.國內(nèi)外申請量

在CNABS數(shù)據(jù)庫中，采用“(磁 1w 隨機 2w 存儲器) or MRAM or STT-MRAM”進行檢索，統(tǒng)計了國內(nèi)關于磁隨機存取存儲器MRAM的專利申請量隨年份的變化情況：

由圖1以及圖3可知，自2000年起，國內(nèi)關于磁隨機存取存儲器MRAM的申請量就開始逐年上升，尤其是在2003年MRAM的國內(nèi)申請量達到了一個新的增長點（182件），在2004年至2009年這段時間內(nèi)處于平緩的發(fā)展期，并沒有太迅速的增長，而在近年（2010-2015）其申請量更是呈增長的趨勢（2015-2016年申請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），這表明磁隨機存取存儲器MRAM這項技術(shù)在國內(nèi)正處于持續(xù)發(fā)展時期，其相關的技術(shù)更新較快，本領域技術(shù)人員應該多重視該領域技術(shù)地不斷更新和積累。

圖1 國內(nèi)申請量統(tǒng)計圖

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”進行檢索，統(tǒng)計世界范圍內(nèi)關于磁隨機存取存儲器MRAM的專利申請量隨年份的變化情況：

圖2 國外申請量統(tǒng)計圖

由圖2以及圖3可知，世界范圍內(nèi)關于磁隨機存取存儲器MRAM的專利申請量大體趨勢與國內(nèi)增長趨勢相似，同樣在2003年MRAM的國外申請量達到了一個新的增長點（678件），并且在2010年至2015年期間，MRAM的國外申請呈現(xiàn)出了較快的增長速度。然而，國外的申請量要遠大于國內(nèi)申請量，因此在關注MRAM技術(shù)時，應該著重關注國外的發(fā)展情況，對于該類文獻的檢索也要側(cè)重于外文庫。

圖3 全球及中國申請量分布對比圖

2.分類號分布

在VEN數(shù)據(jù)庫中，對采用關鍵詞“((or Magnetoresist+,(Magnet+1w resist+)) 1w Random 1w Access 1w Memor+) or mram/frec>1 or(Magnetic RAM) or STT-MRAM”檢索到的文獻中分別進行IPC分類號的統(tǒng)計：

圖4 IPC分類號分布圖

由圖4可看出，對于磁隨機存取存儲器MRAM，IPC國際分類號主要分布在G11C11/15（應用多層磁性層的靜態(tài)存儲器）、G11C11/16（應用磁自旋效應的存儲元件的靜態(tài)存儲器）、H01L43/08（磁場控制的電阻器）以及H01L27/105（包含場效應組件的器件）。雖然磁隨機存取存儲器MRAM擁有靜態(tài)隨機存儲器的高速讀取寫入能力，以及動態(tài)隨機存儲器的高集成度，但是從IPC的分類情況來看，磁隨機存取存儲器MRAM的大部分分布在了G11C11/00這個涉及靜態(tài)存儲器的大組之下，同時還有一部分分布在H01L43/08（磁場控制的電阻器）以及H01L27/105（包含場效應組件的器件），因此，在檢索該類文獻時，除了要檢索G11C11/00這個大組下的相關分類號，還要注意分類號的擴展，以免過濾掉相關性較高的專利文獻。

3.重要申請人統(tǒng)計

對CNABS以及VEN數(shù)據(jù)庫中關于磁隨機存取存儲器MRAM這項技術(shù)的專利申請量較多的重要申請人進行統(tǒng)計，得到申請量排在前面的幾個重要申請人分布情況如圖5以及圖6所示：

圖5 國內(nèi)申請的主要申請人分布

圖6 國外申請的主要申請人分布

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

將國內(nèi)申請的主要申請人與國外申請的主要申請人進行橫向比較，排在前幾位的主要申請人基本上是相同的，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)了絕對的優(yōu)勢，并且這些主要申請人在國外的申請量要遠大于國內(nèi)的申請量，國內(nèi)在MRAM領域的市場仍然處于相對弱勢，與國外的研發(fā)機構(gòu)仍具有較大差距，我國在該方面的技術(shù)創(chuàng)新、科研能力很弱，在該技術(shù)領域的發(fā)展上仍然是任重而道遠。

圖7 專利申請國別分布

對VEN數(shù)據(jù)庫中專利申請的國別進行統(tǒng)計分析，圖7顯示出了美國、日本、韓國、中國以及歐洲主要研發(fā)國家/地區(qū)在MRAM領域?qū)＠邪l(fā)熱點以及技術(shù)帆布差異。從圖7可以看出，排在前兩位的國家分別是美國和日本，并且美國的申請量要遠遠大于其他國家或地區(qū)的申請量，其具有更大的競爭優(yōu)勢，同時中國、韓國和歐洲的國家也正在凝聚專利的競爭，因此，在進行MRAM的檢索時尤其要關注上述幾個國家的專利，并且近些年MRAM在手機、計算機、通信以及網(wǎng)絡存儲中的應用方面的相關專利也在逐步的發(fā)展。

三、結(jié)束語

通過上述研究，使我們對MRAM的專利申請情況有了全面的了解，通過對該領域國內(nèi)外專利申請量、主要分布國家/地區(qū)以及對主要申請人的分析，可以很直觀的感受到該領域的發(fā)展狀況和趨勢，可以很明顯的發(fā)現(xiàn)對于磁隨機存取存儲器MRAM而言，我國的專利申請量主要是國外公司來華申請，我國在該方面的自主研發(fā)能力相對較弱，而且申請量很低，這仍需要國內(nèi)的主要研發(fā)機構(gòu)（例如，臺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科學院物理研究所）的繼續(xù)努力。