磁随机存取存储器MRAM专利技术分析

国家知识产权局专利局专利审查协作广东中心 严逸飞

一、磁随机存取存储器MRAM概述

在高速发展的大数据信息化时代，数量庞大的信息、数据需要我们处理与保存，这使得人们对信息存储器件的要求向着高密度、大容量、高速度、低成本和微小型化的更高标准方向发展。随机存储技术，是大多数计算机的一种短期存储方式，用于CPU临时记忆东西。多数RAM都是利用电子产生的电荷流，即使使用半导体硅，也不能够实现铁磁体的“永久记忆”，因此，导致传统RAM 的数据在断电后消失，即记录信息具有挥发性。所以即使在睡眠状态下使用DRAM、SRAM 的仪器，仍然需要一定的电源，这将必然带来耗电与发热等问题。之后有研究者发现了闪存记忆器（FLASH），它是对过去只利用电流、却无法长期保存数据存储方式的改进。FLASH 不是利用磁性原理，但也具有很好的“非挥发性”。但它的主要短板是，需要较高的电压删除已有数据重复记忆，这大大缩短了它的使用寿命。与前两者相比，磁随机存储器（Magnetoresistive Random Access Memory, MRAM）的不会挥发的优越性就体现出来。因为MRAM 的机理是基于磁性材料的磁矩取向的稳定性和可控性，它不需电源的支撑保持记忆，继承了硬盘“永久记忆”的优点。另外几乎没有使用次数限制的优点使其更加具有竞争力。

二、专利申请现状

在S系统中对磁随机存取存储器MRAM进行相关的统计分析，有助于我们更清晰地了解此领域在专利申请方面的详细情况。

1.国内外申请量

在CNABS数据库中，采用“(磁 1w 随机 2w 存储器) or MRAM or STT-MRAM”进行检索，统计了国内关于磁随机存取存储器MRAM的专利申请量随年份的变化情况：

由图1以及图3可知，自2000年起，国内关于磁随机存取存储器MRAM的申请量就开始逐年上升，尤其是在2003年MRAM的国内申请量达到了一个新的增长点（182件），在2004年至2009年这段时间内处于平缓的发展期，并没有太迅速的增长，而在近年（2010-2015）其申请量更是呈增长的趋势（2015-2016年申请的专利部分由于还未公开的缘故，因此其数据并不完整），这表明磁随机存取存储器MRAM这项技术在国内正处于持续发展时期，其相关的技术更新较快，本领域技术人员应该多重视该领域技术地不断更新和积累。

图1 国内申请量统计图

同理，在VEN数据库中，采用“((or Magnetoresist+,(Magnet+1w resist+)) 1w Random 1w Access 1w Memor+) or mram/frec>1 or(Magnetic RAM) or STT-MRAM”进行检索，统计世界范围内关于磁随机存取存储器MRAM的专利申请量随年份的变化情况：

图2 国外申请量统计图

由图2以及图3可知，世界范围内关于磁随机存取存储器MRAM的专利申请量大体趋势与国内增长趋势相似，同样在2003年MRAM的国外申请量达到了一个新的增长点（678件），并且在2010年至2015年期间，MRAM的国外申请呈现出了较快的增长速度。然而，国外的申请量要远大于国内申请量，因此在关注MRAM技术时，应该着重关注国外的发展情况，对于该类文献的检索也要侧重于外文库。

图3 全球及中国申请量分布对比图

2.分类号分布

在VEN数据库中，对采用关键词“((or Magnetoresist+,(Magnet+1w resist+)) 1w Random 1w Access 1w Memor+) or mram/frec>1 or(Magnetic RAM) or STT-MRAM”检索到的文献中分别进行IPC分类号的统计：

图4 IPC分类号分布图

由图4可看出，对于磁随机存取存储器MRAM，IPC国际分类号主要分布在G11C11/15（应用多层磁性层的静态存储器）、G11C11/16（应用磁自旋效应的存储元件的静态存储器）、H01L43/08（磁场控制的电阻器）以及H01L27/105（包含场效应组件的器件）。虽然磁随机存取存储器MRAM拥有静态随机存储器的高速读取写入能力，以及动态随机存储器的高集成度，但是从IPC的分类情况来看，磁随机存取存储器MRAM的大部分分布在了G11C11/00这个涉及静态存储器的大组之下，同时还有一部分分布在H01L43/08（磁场控制的电阻器）以及H01L27/105（包含场效应组件的器件），因此，在检索该类文献时，除了要检索G11C11/00这个大组下的相关分类号，还要注意分类号的扩展，以免过滤掉相关性较高的专利文献。

3.重要申请人统计

对CNABS以及VEN数据库中关于磁随机存取存储器MRAM这项技术的专利申请量较多的重要申请人进行统计，得到申请量排在前面的几个重要申请人分布情况如图5以及图6所示：

图5 国内申请的主要申请人分布

图6 国外申请的主要申请人分布

从图5可以看出，国内申请的主要申请人是三星、高通、东芝、海力士等国外的大公司，在申请量的排布上看，排在前十位的主要申请人中只有台湾积体电路制造股份有限公司一家国内企业，其余的申请人都是国外的大公司，从图6中国外申请的主要申请人看，排在前三位的重要申请人是三星公司、东芝公司和美光科技股份有限公司，在国外的前十位的申请人中名没有中国的科研机构或公司，值得一提的是，中科院物理研究所在MRAM的新型自旋芯片设计原理的研究上有所突破。

将国内申请的主要申请人与国外申请的主要申请人进行横向比较，排在前几位的主要申请人基本上是相同的，这说明三星、高通、东芝、海力士、美光科技以及瑞萨科技等这几家龙头企业在MRAM研究方面占据了绝对的优势，并且这些主要申请人在国外的申请量要远大于国内的申请量，国内在MRAM领域的市场仍然处于相对弱势，与国外的研发机构仍具有较大差距，我国在该方面的技术创新、科研能力很弱，在该技术领域的发展上仍然是任重而道远。

图7 专利申请国别分布

对VEN数据库中专利申请的国别进行统计分析，图7显示出了美国、日本、韩国、中国以及欧洲主要研发国家/地区在MRAM领域专利研发热点以及技术帆布差异。从图7可以看出，排在前两位的国家分别是美国和日本，并且美国的申请量要远远大于其他国家或地区的申请量，其具有更大的竞争优势，同时中国、韩国和欧洲的国家也正在凝聚专利的竞争，因此，在进行MRAM的检索时尤其要关注上述几个国家的专利，并且近些年MRAM在手机、计算机、通信以及网络存储中的应用方面的相关专利也在逐步的发展。

三、结束语

通过上述研究，使我们对MRAM的专利申请情况有了全面的了解，通过对该领域国内外专利申请量、主要分布国家/地区以及对主要申请人的分析，可以很直观的感受到该领域的发展状况和趋势，可以很明显的发现对于磁随机存取存储器MRAM而言，我国的专利申请量主要是国外公司来华申请，我国在该方面的自主研发能力相对较弱，而且申请量很低，这仍需要国内的主要研发机构（例如，台湾积体电路制造股份有限公司、上海磁宇信息科技有限公司以及中国科学院物理研究所）的继续努力。