Des chercheurs de l'Université du Tohoku ont élaboré des lignes directrices pour une jonction tunnel magnétique (MTJ) d'un seul nanomètre, permettant d'adapter les performances pour répondre aux exigences de diverses applications, allant de l'IA/IoT aux automobiles et technologies spatiales.
Cette avancée conduira à une mémoire non volatile spintronique de haute performance, compatible avec les technologies de semi-conducteurs de pointe. Les détails ont été publiés dans la revue npj Spintronics le 4 janvier 2024.
La principale caractéristique de la mémoire non volatile est sa capacité à conserver les données en l’absence de source d’alimentation externe. Par conséquent, d’importants efforts de développement ont été orientés vers la mémoire non volatile en raison de sa capacité à réduire la consommation d’énergie dans les circuits intégrés (CI) à semi-conducteurs. Les exigences de performances pour la mémoire non volatile varient en fonction des applications spécifiques. Par exemple, les applications IA/IoT exigent des performances à haut débit, tandis que les technologies automobiles et spatiales donnent la priorité à des capacités de rétention élevées.
La mémoire vive magnétorésistive à couple de transfert de spin (STT-MRAM), un type de technologie de mémoire non volatile qui stocke les données en utilisant le moment cinétique intrinsèque des électrons, connu sous le nom de spin, possède le potentiel de résoudre certaines des limitations associées aux systèmes existants. technologies de mémoire.
L’élément de base du STT-MRAM est la jonction tunnel magnétique (MTJ) :deux couches ferromagnétiques séparées par une fine barrière isolante. Les scientifiques tentent depuis longtemps de relever le défi consistant à réduire la taille des MTJ tout en répondant aux exigences de performances, mais de nombreux problèmes demeurent.
La STT-MRAM, utilisant des MTJ dont les dimensions sont de l'ordre de plusieurs dizaines de nanomètres, a été développée avec succès pour les semi-conducteurs automobiles à l'aide de nœuds technologiques 1X nm. Cependant, en ce qui concerne les futurs nœuds, il est nécessaire de réduire les MTJ à des nanomètres à un chiffre, ou X nm, tout en garantissant la capacité d'adapter les performances en fonction d'applications spécifiques.
Pour ce faire, le groupe de recherche a conçu un moyen de concevoir des MTJ d’un seul nanomètre avec une structure de pile CoFeB/MgO, un système de matériaux standard de facto. La variation de l'épaisseur de la couche de CoFeB individuelle et du nombre d'empilements de [CoFeB/MgO] leur a permis de contrôler indépendamment la forme et les anisotropies interfaciales, ce qui est crucial pour atteindre respectivement des capacités de rétention élevée et de vitesse élevée.
En conséquence, les performances MTJ peuvent être adaptées aux applications allant des applications critiques en termes de rétention aux applications critiques en termes de vitesse. D'une taille de quelques nanomètres, les MTJ améliorés par anisotropie de forme ont démontré une rétention élevée (> 10 ans) à 150 °C, tandis que les MTJ améliorés par anisotropie interfaciale ont permis une commutation rapide (10 ns ou moins) en dessous de 1 V.
"Étant donné que la structure proposée peut être adaptée aux installations existantes dans les principales usines de semi-conducteurs, nous pensons que notre étude apporte une contribution significative à la future mise à l'échelle de la STT-MRAM", a déclaré Junta Igarashi, l'un des principaux auteurs de l'étude. P>
Le chercheur principal Shunsuke Fukami a ajouté que « les industries des semi-conducteurs ont généralement tendance à être conscientes d'une évolution à long terme. En ce sens, je pense que ce travail devrait leur envoyer un message fort selon lequel elles peuvent compter sur l'avenir de la STT-MRAM pour les aider à inaugurer une société à faibles émissions de carbone."
Plus d'informations : Junta Igarashi et al, Jonctions tunnel magnétiques CoFeB/MgO d'un seul nanomètre avec des capacités de rétention et de vitesse élevées, npj Spintronics (2024). DOI :10.1038/s44306-023-00003-2
Fourni par l'Université du Tohoku
