Figura 1:(a) La struttura MTJ sviluppata in questo studio rispetto a (b) la struttura MTJ convenzionale. Credito:Università di Tohoku
I ricercatori della Tohoku University hanno annunciato lo sviluppo di una nuova giunzione a tunnel magnetico, con cui il team ha dimostrato un tempo di ritenzione esteso per le informazioni digitali senza un aumento del consumo di potenza attiva.
Le memorie non volatili sono costituenti essenziali nei circuiti integrati, perché possono offrire un basso consumo energetico. Tra le memorie non volatili proposte, La memoria ad accesso casuale magnetoresistivo a coppia di trasferimento di spin (STT-MRAM) è stata intensamente studiata e sviluppata, a causa della loro elevata velocità di lettura/scrittura, capacità di funzionamento a bassa tensione, e alta resistenza.
Attualmente, l'area di applicazione di STT-MRAM è limitata nell'elettronica di consumo. Per utilizzare STT-MRAM in aree come l'automotive e le infrastrutture sociali, è fondamentale sviluppare una giunzione a tunnel magnetico (MTJ) con un elevato fattore di stabilità termica che determina il tempo di ritenzione per le informazioni digitali, mantenendo bassi i consumi.
Il gruppo di ricerca, guidato dal professor Tetsuo Endoh, ha sviluppato una nuova giunzione a tunnel magnetico con un'elevata affidabilità per STT-MRAM a dimensioni ridotte del nodo tecnologico 1Xnm. Per aumentare il fattore di stabilità termica, è necessario aumentare l'anisotropia magnetica interfacciale che origina all'interfaccia CoFeB/MgO.
Figura 2:(a) Fattore di stabilità termica degli MTJ con la nuova struttura rispetto a quelli con la struttura convenzionale. (b) Corrente di scrittura degli MTJ con la nuova struttura rispetto a quelli con la struttura convenzionale. Credito:IEEE e Università di Tohoku
Per aumentare l'anisotropia interfacciale, il gruppo di ricerca ha inventato una struttura con un numero doppio di interfacce CoFeB/MgO rispetto a una convenzionale (Figg. 1a e 1b). Sebbene l'aumento del numero di interfacce possa aumentare il fattore di stabilità termica, potrebbe anche aumentare la corrente di scrittura (il consumo di potenza attiva) e degradare il rapporto di magnetoresistenza del tunnel delle celle STT-MRAM, con conseguente minore frequenza delle operazioni di lettura. Il team ha mitigato questi effetti progettando la struttura MTJ per mantenere basso il consumo energetico e alto il rapporto di magnetoresistenza del tunnel.
Il team di ricerca ha dimostrato che il fattore di stabilità termica può essere aumentato di un fattore 1,5-2, senza aumentare la corrente di scrittura e quindi il consumo di potenza attiva (Figg. 2a e 2b) o degradare il rapporto di magnetoresistenza del tunnel.
Perciò, il team di ricerca è ottimista sul fatto che questa nuova tecnologia MTJ possa portare a un ampliamento delle aree di applicazione di STT-MRAM al nodo tecnologico 1Xnm in ambienti difficili come le infrastrutture automobilistiche e sociali. Il team ha anche adottato lo stesso set di materiali di quelli utilizzati nella STT-MRAM attualmente prodotta in serie, mantenendo la compatibilità con il processo esistente. La tecnologia raggiungerà contemporaneamente un'elevata redditività per la produzione di massa.
Questa ricerca fa parte del programma Industrial Affiliation on STT MRAM e del programma JST-OPERA Grant Number JPMJOP1611, Giappone. I risultati saranno presentati al Simposio di quest'anno sulla tecnologia e sui circuiti VLSI che si terrà a Kyoto, Giappone dal 9 al 14 giugno, 2019.
I risultati saranno presentati al Simposio di quest'anno sulla tecnologia e sui circuiti VLSI che si terrà a Kyoto, Giappone dal 9 al 14 giugno, 2019.
