Schémas pour la MTJ « anisotropie de forme » (a) et la MTJ « anisotropie interfaciale » (b). L'anisotropie de forme MTJ a une structure semblable à un barreau aimanté debout. Crédit :Shunsuke Fukami
Un groupe de recherche de l'Université de Tohoku a révélé des jonctions tunnel magnétiques ultra-petites (MTJ) jusqu'à une échelle nanométrique à un chiffre qui ont des propriétés de rétention suffisantes et peuvent être commutées par un courant.
La mémoire à accès aléatoire magnétorésistive à transfert de spin (STT-MRAM) a été intensivement développée ces dernières années et la commercialisation est prévue en 2018. STT-MRAM est capable de remplacer la mémoire de travail existante à base de semi-conducteurs en raison de ses excellentes capacités en termes de fonctionnement. vitesse et endurance en lecture/écriture. De plus, il est non volatile, c'est à dire., aucune alimentation n'est requise pour conserver les informations stockées, le rendant indispensable pour les futurs circuits intégrés ultrabasse consommation.
Les MTJ sont le cœur de STT-MRAM. Pour continuer le voyage pour augmenter les performances et la capacité de STT-MRAM, il était essentiel de réduire la taille du MTJ, tout en conservant les capacités de rétention d'informations et de commutation via un faible courant. MTJ à base de CoFeB/MgO développés par le même groupe en 2010, qui utilise l'anisotropie interfaciale à l'interface CoFeB/MgO, a ouvert la voie à la génération 20 nm. Cependant, en dessous de 20 nm, les propriétés souhaitables de rétention et de commutation n'auraient pas pu être réalisées simultanément. Par conséquent, une autre approche s'imposait.
Comparaison de la relation entre le facteur de stabilité thermique et le diamètre MTJ pour les MTJ « forme-anisotropie » et « interfaciale-anisotropie ». [1] S. Ikeda et al., Matériaux naturels 9, 721 (2010). [2] H. Sato et al., Lettres de physique appliquée 105, 062403 (2014). Crédit :Shunsuke Fukami
Le groupe de recherche de l'Université du Tohoku a utilisé une "anisotropie de forme" qui n'avait pas été utilisée efficacement dans des dispositifs adaptés à l'intégration, et développé des MTJ ultra-petits jusqu'à moins de 10 nm, ou une échelle nanométrique à un seul chiffre.
La forme-anisotropie MTJ a une couche magnétique en forme de pilier par laquelle la direction normale du film devient un axe magnétique facile (Fig. 1 (a)). Ceci contraste avec les MTJ d'anisotropie interfaciale, qui ont été obtenus en réduisant l'épaisseur de la couche magnétique (Fig. 1 (b)). Le plus petit diamètre de MTJ étudié était de 3,8 nm, qui est une échelle sans précédent basée sur des efforts de recherche antérieurs.
Propriétés de rétention suffisamment élevées, représenté par des facteurs de stabilité thermique, ont été obtenus (Fig. 2); la valeur obtenue de plus de 80 n'avait jamais été atteinte par le schéma conventionnel. Par ailleurs, une commutation de magnétisation induite par le courant est observée pour les MTJ à « anisotropie de forme » avec divers diamètres, y compris des dispositifs inférieurs à 10 nm (Fig. 3).
Résistance MTJ en réponse à la densité de courant appliquée pour les MTJ fabriqués à « anisotropie de forme » avec un diamètre D =8,8 et 10,4 nm. Les encarts montrent la résistance MTJ en fonction du champ magnétique hors plan (unité :mT) pour les mêmes appareils. Crédit :Shunsuke Fukami
Le MTJ développé peut fonctionner avec des générations de futures technologies de semi-conducteurs. Le nanomètre MTJ à un chiffre correspond à plus de 100 Gigabit de capacité, qui est environ 100 fois plus grande que la technologie actuelle de mémoire de travail.
