Udvikling af holdbar MTJ under barske omgivelser til STT-MRAM ved 1Xnm teknologiknude

Forskere ved Tohoku University har annonceret udviklingen af ​​et nyt magnetisk tunnelkryds, hvorved holdet har demonstreret en forlænget opbevaringstid for digital information uden en stigning i det aktive strømforbrug.

Ikke-flygtige hukommelser er væsentlige bestanddele i integrerede kredsløb, fordi de kan tilbyde lavt strømforbrug. Blandt foreslåede ikke-flygtige minder, spin-transfer-torque magnetoresistive random access memory (STT-MRAM) er blevet intensivt undersøgt og udviklet, på grund af deres høje læse/skrivehastighed, lavspændingsdriftsevne, og høj udholdenhed.

I øjeblikket, anvendelsesområdet for STT-MRAM er begrænset inden for forbrugerelektronik. For at bruge STT-MRAM i områder som bilindustrien og social infrastruktur, det er afgørende at udvikle en magnetisk tunnelforbindelse (MTJ) med en høj termisk stabilitetsfaktor, der bestemmer retentionstiden for digital information, samtidig med at strømforbruget holdes lavt.

Forskerholdet, ledet af professor Tetsuo Endoh, har udviklet en ny magnetisk tunnelforbindelse med en høj pålidelighed for STT-MRAM ved reducerede dimensioner af 1Xnm teknologiknudepunkt. For at øge den termiske stabilitetsfaktor, det er nødvendigt at øge den grænseflade magnetiske anisotropi, der stammer fra CoFeB/MgO-grænsefladen.

For at øge grænsefladeanisotropien, forskerholdet har opfundet en struktur med dobbelt så mange CoFeB/MgO-grænseflader sammenlignet med en konventionel (fig. 1a og 1b). Selvom stigningen i antallet af grænseflader kan øge den termiske stabilitetsfaktor, det kan også øge skrivestrømmen (det aktive strømforbrug) og forringe tunnelmagnetoresistensforholdet for STT-MRAM-celler, hvilket resulterer i en lavere læseoperationsfrekvens. Holdet har afbødet disse effekter ved at konstruere MTJ-strukturen for at holde strømforbruget lavt og tunnelmagnetoresistensforholdet højt.

Forskerholdet har vist, at den termiske stabilitetsfaktor kan øges med en faktor på 1,5-2, uden at øge skrivestrømmen og dermed det aktive strømforbrug (fig. 2a og 2b) eller forringe tunnelmagnetoresistensforholdet.

Derfor, forskerholdet er optimistisk om, at denne nye MTJ-teknologi kan føre til en udvidelse af anvendelsesområderne for STT-MRAM ved 1Xnm teknologiknudepunkt i barske miljøer såsom bilindustrien og social infrastruktur. Holdet har også vedtaget det samme materialesæt som dem, der bruges i STT-MRAM, der i øjeblikket er masseproduceret, bevare kompatibiliteten med den eksisterende proces. Teknologien vil samtidig opnå høj omkostningseffektivitet til masseproduktion.

Denne forskning er en del af CIES's Industrial Affiliation on STT MRAM-program og JST-OPERA-program Grant Number JPMJOP1611, Japan. Resultaterne vil blive præsenteret på dette års Symposia on VLSI Technology and Circuits, som afholdes i Kyoto, Japan fra 9. -14. juni, 2019.

Resultaterne vil blive præsenteret på dette års Symposia on VLSI Technology and Circuits, som afholdes i Kyoto, Japan fra 9. -14. juni, 2019.