Un grupo de investigación de la Universidad de Tohoku ha revelado uniones de túnel magnéticas ultrapequeñas (MTJ) hasta una escala nanométrica de un solo dígito que tienen suficientes propiedades de retención y, sin embargo, pueden conmutarse mediante una corriente.

La memoria de acceso aleatorio magnetorresistiva de par de transferencia de giro (STT-MRAM) se ha desarrollado intensamente en los últimos años y se espera su comercialización en 2018. STT-MRAM es capaz de reemplazar la memoria de trabajo existente basada en semiconductores debido a sus excelentes capacidades en términos de operación velocidad y resistencia de lectura / escritura. Es más, es no volátil, es decir., no se requiere fuente de alimentación para retener la información almacenada, haciéndolo indispensable para futuros circuitos integrados de potencia ultrabaja.

Los MTJ son el corazón de STT-MRAM. Para continuar el viaje para aumentar el rendimiento y la capacidad de STT-MRAM, era fundamental hacer el MTJ más pequeño, mientras se mantiene la capacidad de retener información y cambiar a través de una pequeña corriente. MTJ basados ​​en CoFeB / MgO desarrollados por el mismo grupo en 2010, que utilizó anisotropía interfacial en la interfaz CoFeB / MgO, allanó el camino hacia la generación de 20 nm. Sin embargo, por debajo de 20 nm, las propiedades deseables de retención y conmutación no podrían haberse realizado simultáneamente. Por lo tanto, se requería otro enfoque.

El grupo de investigación de la Universidad de Tohoku utilizó una "anisotropía de forma" que no se había utilizado eficazmente en dispositivos adecuados para la integración. y desarrolló MTJ ultrapequeños de menos de 10 nm, o una escala nanométrica de un solo dígito.

El MTJ de anisotropía de forma tiene una capa magnética en forma de pilar mediante la cual la dirección normal de la película se convierte en un eje magnético fácil (Fig. 1 (a)). Esto contrasta con los MTJ de anisotropía interfacial, que se lograron reduciendo el grosor de la capa magnética (Fig. 1 (b)). El diámetro más pequeño de MTJ estudiado fue de 3.8 nm, que es una escala sin precedentes basada en esfuerzos de investigación previos.

Propiedades de retención suficientemente altas, representado por factores de estabilidad térmica, se obtuvieron (Fig. 2); el valor obtenido de más de 80 nunca se había logrado mediante el esquema convencional. Es más, La conmutación de magnetización inducida por corriente se observa para los MTJ de "anisotropía de forma" con varios diámetros, incluidos dispositivos por debajo de 10 nm (Fig. 3).

El MTJ desarrollado puede funcionar con generaciones de futuras tecnologías de semiconductores. El MTJ de nanómetro de un solo dígito corresponde a más de 100 Giga-bit de capacidad, que es aproximadamente 100 veces más grande que la tecnología de memoria de trabajo actual.