Et hidtil uset encifret-nanometer magnetisk tunnelkryds demonstreret

En forskergruppe fra Tohoku University har afsløret ultrasmå magnetiske tunnelforbindelser (MTJ'er) ned til en enkeltcifret nanometerskala, der har tilstrækkelige retentionsegenskaber og alligevel kan skiftes af en strøm.

Spin-transfer torque-magnetoresistive random access memory (STT-MRAM) er blevet intensivt udviklet i de seneste år, og kommercialisering forventes i 2018. STT-MRAM er i stand til at erstatte eksisterende halvlederbaseret arbejdshukommelse på grund af dens fremragende funktionalitet med hensyn til drift hastighed og læse/skrive udholdenhed. I øvrigt, den er ikke-flygtig, dvs. der kræves ingen strømforsyning for at opbevare lagrede oplysninger, hvilket gør det uundværligt for fremtidige integrerede kredsløb med ultralav effekt.

MTJ'er er hjertet i STT-MRAM. For at fortsætte rejsen for at øge ydeevnen og kapaciteten af ​​STT-MRAM, det var vigtigt at gøre MTJ mindre, samtidig med at de bevarer mulighederne for at bevare information og skifte via en lille strøm. CoFeB/MgO-baserede MTJ'er udviklet af samme gruppe i 2010, som brugte grænsefladeanisotropi ved CoFeB/MgO-grænsefladen, banede vejen for 20-nm generation. Imidlertid, under 20 nm, de ønskelige fastholdelses- og omskiftningsegenskaber kunne ikke have været realiseret samtidigt. Derfor, en anden tilgang var påkrævet.

Forskergruppen ved Tohoku University brugte en "formanisotropi", der ikke var blevet brugt effektivt i enheder, der var egnede til integration, og udviklede ultrasmå MTJ'er ned til mindre end 10 nm, eller en encifret nanometerskala.

Formanisotropien MTJ har et søjleformet magnetisk lag, hvorved filmens normale retning bliver en magnetisk let akse (fig. 1 (a)). Dette er i modsætning til grænsefladeanisotropi MTJ'er, som blev opnået ved at reducere tykkelsen af ​​det magnetiske lag (fig. 1 (b)). Den mindste diameter af MTJ, der blev undersøgt, var 3,8 nm, hvilket er en hidtil uset skala baseret på tidligere forskningsbestræbelser.

Tilstrækkeligt høje retentionsegenskaber, repræsenteret ved termiske stabilitetsfaktorer, blev opnået (fig. 2); den opnåede værdi på mere end 80 var aldrig blevet opnået gennem den konventionelle ordning. Desuden, strøminduceret magnetiseringsskift observeres for "formanisotropi" MTJ'er med forskellige diametre, herunder enheder under 10 nm (fig. 3).

Den udviklede MTJ kan arbejde med generationer af fremtidige halvlederteknologier. Den encifrede nanometer MTJ svarer til mere end 100 Giga-bit kapacitet, som er omkring 100 gange større end den nuværende arbejdshukommelsesteknologi.