Technologie de jonction tunnel magnétique pour l’ère des semi-conducteurs angström

Technologie de jonction tunnel magnétique pour l'ère des semi-conducteurs angström

Image au microscope électronique à transmission et pile de films du MTJ développé avec la structure ferromagnétique multicouche. L’anisotropie interfaciale est améliorée en augmentant le nombre de couches de CoFeB/MgO. Crédit : Butsurin Jinnai et Shunsuke Fukami

Un groupe de recherche de l’Université de Tohoku a montré qu’une commutation rapide jusqu’à 3,5 ns dans des jonctions tunnel magnétiques ultra-petites (MTJ) inférieures à cinq nm peut être obtenue en concevant le temps de relaxation, qui régit la dynamique de magnétisation rapide. La technologie établie permet le remplacement de la SRAM et de la DRAM haute vitesse par une mémoire non volatile spintronique (STT-MRAM), même au niveau des futurs nœuds de processus Angstrom.

STT-MRAM a été intensivement développé pour la réduction drastique de la consommation d’énergie des circuits intégrés à semi-conducteurs (CI). Les performances requises pour l’écriture/la conservation des données déterminées par les MTJ, un élément de base de la STT-MRAM, varient en fonction des applications.

Un exemple de ceci est la capacité de rétention des données longue (plus de 10 ans) et est important pour le remplacement de la mémoire flash et la capacité d’écriture rapide des données (au-delà de 10 ns) pour le remplacement de la SRAM. De plus, la mise à l’échelle MTJ est toujours nécessaire, comme c’est également le cas avec les dispositifs à semi-conducteurs généraux.

En 2018, le groupe de recherche a atteint la longue durée de conservation des données requise pour le remplacement de la mémoire flash par des MTJ à anisotropie de forme à l’échelle ultra-petite (inférieure à dix nm). Cependant, l’écriture de données au-delà de 10 ns est restée un défi dans les MTJ à anisotropie de forme.

Pour y remédier, le groupe de recherche a développé une nouvelle structure ferromagnétique multicouche capable de concevoir un temps de relaxation caractéristique, qui régit la dynamique de magnétisation dans le régime ns. Les MTJ avec la structure ferromagnétique multicouche ont été fabriqués avec succès jusqu’à 2,0 nm, ou 20 angstrom, de diamètre (la plus petite taille au monde), et une commutation rapide au-delà de 10 ns a été réalisée dans des MTJ inférieurs à cinq nm.

« Comme les MTJ nouvellement développés et les MTJ à anisotropie de forme développés précédemment sont complémentaires en termes de performances, leur utilisation permet de répondre à différentes exigences et besoins pour une grande variété d’applications de l’industrie automobile et de l’espace à l’IoT et l’IA à l’époque d’Angstrom », a déclaré Butsurin Jinnai, le principal auteur de l’étude.

Le chercheur principal, Shunsuke Fukami, a expliqué que « notre travail devrait contribuer à la transformation numérique et à une société neutre en carbone en accélérant la mise en œuvre de circuits intégrés à semi-conducteurs basés sur STT-MRAM dans les futurs nœuds avancés ».


La plus petite jonction tunnel magnétique hautes performances au monde


Plus d’information:
Basculement rapide jusqu’à 3,5 ns dans les jonctions tunnel magnétiques inférieures à 5 nm grâce au temps de relaxation technique, IEEE International Electron Devices Meeting (IEDM)

Fourni par l’Université du Tohoku

Citation: Technologie de jonction tunnel magnétique pour l’ère des semi-conducteurs angstrom (2021, 15 décembre) récupéré le 15 décembre 2021 à partir de https://techxplore.com/news/2021-12-magnetic-tunnel-junction-technology-angstrom.html

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