Figur 1:(a) Den utvecklade MTJ-strukturen i denna studie jämfört med (b) den konventionella MTJ-strukturen. Kredit:Tohoku University
Forskare vid Tohoku University har meddelat utvecklingen av en ny magnetisk tunnelkorsning, genom vilket teamet har visat en förlängd lagringstid för digital information utan en ökning av den aktiva strömförbrukningen.
Icke-flyktiga minnen är väsentliga beståndsdelar i integrerade kretsar, eftersom de kan erbjuda låg strömförbrukning. Bland föreslagna icke-flyktiga minnen, spin-transfer-moment magnetoresistive random access memory (STT-MRAM) har undersökts och utvecklats intensivt, på grund av deras höga läs/skrivhastighet, lågspänningsdrift, och hög uthållighet.
För närvarande, applikationsområdet för STT-MRAM är begränsat inom hemelektronik. För att kunna använda STT-MRAM inom områden som bilindustrin och social infrastruktur, det är viktigt att utveckla en magnetisk tunnelövergång (MTJ) med en hög termisk stabilitetsfaktor som bestämmer retentionstiden för digital information, samtidigt som strömförbrukningen hålls låg.
Forskargruppen, ledd av professor Tetsuo Endoh, har utvecklat en ny magnetisk tunnelövergång med hög tillförlitlighet för STT-MRAM vid reducerade dimensioner av 1Xnm teknologinod. För att öka den termiska stabilitetsfaktorn, det är nödvändigt att öka den magnetiska gränssnittsanisotropin som härrör från CoFeB/MgO-gränssnittet.
Figur 2:(a) Termisk stabilitetsfaktor för MTJ med den nya strukturen jämfört med de med den konventionella strukturen. (b) Att skriva aktuella MTJ med den nya strukturen jämfört med de med den konventionella strukturen. Kredit:IEEE &Tohoku University
För att öka gränssnittsanisotropin, forskargruppen har uppfunnit en struktur med dubbelt så många CoFeB/MgO-gränssnitt jämfört med en konventionell (fig. 1a och 1b). Även om ökningen av antalet gränssnitt kan förbättra den termiska stabilitetsfaktorn, det kan också öka skrivströmmen (den aktiva strömförbrukningen) och försämra tunnelmagnetoresistansförhållandet för STT-MRAM-celler, vilket resulterar i en lägre läsoperationsfrekvens. Teamet har mildrat dessa effekter genom att konstruera MTJ-strukturen för att hålla strömförbrukningen låg och tunnelmagnetoresistansförhållandet högt.
Forskargruppen har visat att den termiska stabilitetsfaktorn kan ökas med en faktor på 1,5-2, utan att öka skrivströmmen och därmed den aktiva effektförbrukningen (fig. 2a och 2b) eller försämra tunnelmagnetoresistansförhållandet.
Därför, forskargruppen är optimistisk om att denna nya MTJ-teknik kan leda till en breddning av applikationsområden för STT-MRAM vid 1Xnm teknologinod i tuffa miljöer som bilindustri och social infrastruktur. Teamet har också antagit samma materialuppsättning som de som används i STT-MRAM som för närvarande massproduceras, bibehålla kompatibilitet med den befintliga processen. Tekniken kommer samtidigt att uppnå hög kostnadseffektivitet för massproduktion.
Denna forskning är en del av CIES:s Industrial Affiliation on STT MRAM-program och JST-OPERA-programmet Grant Number JPMJOP1611, Japan. Resultaten kommer att presenteras vid årets Symposia on VLSI Technology and Circuits som kommer att hållas i Kyoto, Japan från 9-14 juni, 2019.
Resultaten kommer att presenteras vid årets Symposia on VLSI Technology and Circuits som kommer att hållas i Kyoto, Japan från 9-14 juni, 2019.
