Investigadores de la Universidad de Tohoku han desarrollado directrices para una unión de túnel magnético (MTJ) de un solo nanómetro, lo que permite adaptar el rendimiento para satisfacer los requisitos de diversas aplicaciones, que van desde AI/IoT hasta automóviles y tecnologías espaciales.
El avance conducirá a una memoria espintrónica no volátil de alto rendimiento, compatible con tecnologías de semiconductores de última generación. Los detalles fueron publicados en la revista npj Spintronics. el 4 de enero de 2024.
La característica clave de la memoria no volátil es su capacidad para retener datos en ausencia de una fuente de energía externa. En consecuencia, se han dirigido grandes esfuerzos de desarrollo hacia la memoria no volátil debido a su capacidad para reducir el consumo de energía en los circuitos integrados (CI) semiconductores. Los requisitos de rendimiento para la memoria no volátil varían según las aplicaciones específicas. Por ejemplo, las aplicaciones de IA/IoT exigen un rendimiento de alta velocidad, mientras que las tecnologías automotrices y espaciales priorizan capacidades de alta retención.
La memoria de acceso aleatorio magnetorresistiva de par de transferencia de espín (STT-MRAM), un tipo de tecnología de memoria no volátil que almacena datos utilizando el momento angular intrínseco de los electrones, conocido como espín, posee el potencial de abordar algunas de las limitaciones asociadas con las limitaciones existentes. tecnologías de memoria.
El componente básico de STT-MRAM es la unión de túnel magnético (MTJ):dos capas ferromagnéticas separadas por una delgada barrera aislante. Los científicos han intentado durante mucho tiempo afrontar el desafío de hacer que los MTJ sean más pequeños y al mismo tiempo cumplir con los requisitos de rendimiento, pero aún quedan muchos problemas.
STT-MRAM, que emplea MTJ con dimensiones en el rango de varias decenas de nanómetros, se ha desarrollado con éxito para semiconductores de automóviles que utilizan nodos de tecnología 1X nm. Sin embargo, de cara a futuros nodos, es necesario reducir los MTJ a nanómetros de un solo dígito, o X nm, y al mismo tiempo garantizar la capacidad de adaptar el rendimiento según aplicaciones específicas.
Para ello, el grupo de investigación diseñó un medio para diseñar MTJ de un solo nanómetro con una estructura de pila de CoFeB/MgO, un sistema de materiales estándar de facto. Variar el espesor de la capa de CoFeB individual y el número de pilas [CoFeB/MgO] les permitió controlar la forma y las anisotropías interfaciales de forma independiente, algo crucial para lograr capacidades de alta retención y alta velocidad, respectivamente.
Como resultado, el rendimiento de MTJ se puede adaptar para aplicaciones que van desde críticas para la retención hasta críticas para la velocidad. En un tamaño de nanómetros individuales, los MTJ mejorados con anisotropía de forma demostraron una alta retención (> 10 años) a 150 °C, mientras que los MTJ mejorados con anisotropía interfacial lograron una conmutación de velocidad rápida (10 ns o menos) por debajo de 1 V.
"Dado que la estructura propuesta se puede adaptar a las instalaciones existentes en las principales fábricas de semiconductores, creemos que nuestro estudio proporciona una contribución significativa al futuro escalamiento de STT-MRAM", dijo Junta Igarashi, uno de los autores principales del estudio. P>
El investigador principal Shunsuke Fukami añadió que "las industrias de semiconductores generalmente tienden a ser conscientes del escalamiento duradero. En ese sentido, creo que este trabajo debería enviarles un fuerte mensaje de que pueden confiar en el futuro de STT-MRAM para ayudar a marcar el comienzo". una sociedad baja en carbono."
Más información: Junta Igarashi et al, Uniones de túnel magnético CoFeB/MgO de un solo nanómetro con capacidades de alta retención y alta velocidad, npj Spintronics (2024). DOI:10.1038/s44306-023-00003-2
Proporcionado por la Universidad de Tohoku
