Onderzoekers van Tohoku University hebben de ontwikkeling aangekondigd van een nieuwe magnetische tunneljunctie, waarmee het team een ​​langere bewaartijd voor digitale informatie heeft aangetoond zonder een toename van het actieve stroomverbruik.

Niet-vluchtige geheugens zijn essentiële componenten in geïntegreerde schakelingen, omdat ze een laag stroomverbruik kunnen bieden. Onder de voorgestelde niet-vluchtige herinneringen, spin-transfer-torque magnetoresistief random access memory (STT-MRAM) is intensief onderzocht en ontwikkeld, vanwege hun hoge lees-/schrijfsnelheid, het vermogen van de laagspanningsverrichting, en hoog uithoudingsvermogen.

Momenteel, het toepassingsgebied van STT-MRAM is beperkt in consumentenelektronica. Om STT-MRAM te gebruiken op gebieden zoals auto-industrie en sociale infrastructuur, het is van vitaal belang om een ​​magnetische tunnelovergang (MTJ) te ontwikkelen met een hoge thermische stabiliteitsfactor die de retentietijd voor digitale informatie bepaalt, terwijl het stroomverbruik laag blijft.

Het onderzoeksteam, onder leiding van professor Tetsuo Endoh, heeft een nieuwe magnetische tunneljunctie ontwikkeld met een hoge betrouwbaarheid voor STT-MRAM bij kleinere afmetingen van 1Xnm-technologieknooppunt. Om de thermische stabiliteitsfactor te verhogen, het is noodzakelijk om de grensvlak magnetische anisotropie afkomstig van de CoFeB/MgO-interface te verhogen.

Om de grensvlakanisotropie te vergroten, het onderzoeksteam heeft een structuur uitgevonden met tweemaal het aantal CoFeB/MgO-interfaces in vergelijking met een conventionele (figuren 1a en 1b). Hoewel de toename van het aantal interfaces de thermische stabiliteitsfactor kan verbeteren, het kan ook de schrijfstroom (het actieve stroomverbruik) verhogen en de tunnelmagnetoweerstandsverhouding van STT-MRAM-cellen verslechteren, wat resulteert in een lagere leesfrequentie. Het team heeft deze effecten verzacht door de MTJ-structuur te ontwerpen om het stroomverbruik laag en de tunnelmagnetoweerstandsverhouding hoog te houden.

Het onderzoeksteam heeft aangetoond dat de thermische stabiliteitsfactor kan worden verhoogd met een factor 1,5-2, zonder de schrijfstroom en dus het actieve stroomverbruik te verhogen (Fig. 2a en 2b) of de tunnelmagnetoweerstandsverhouding te verslechteren.

Daarom, het onderzoeksteam is optimistisch dat deze nieuwe MTJ-technologie kan leiden tot een verbreding van de toepassingsgebieden van STT-MRAM op 1Xnm-technologieknooppunt in ruwe omgevingen zoals auto's en sociale infrastructuur. Het team heeft ook dezelfde materiaalset gebruikt als die gebruikt in de STT-MRAM die momenteel in massa wordt geproduceerd, met behoud van compatibiliteit met het bestaande proces. De technologie zal tegelijkertijd een hoge kosteneffectiviteit bereiken voor massaproductie.

Dit onderzoek maakt deel uit van CIES's Industrial Affiliation on STT MRAM-programma en JST-OPERA-programma Grant Number JPMJOP1611, Japan. De resultaten zullen worden gepresenteerd op de Symposia van dit jaar over VLSI-technologie en circuits, die zal worden gehouden in Kyoto, Japan van 9 -14 juni, 2019.

De resultaten zullen worden gepresenteerd op de Symposia van dit jaar over VLSI-technologie en circuits, die zal worden gehouden in Kyoto, Japan van 9 -14 juni, 2019.