Un gruppo di ricerca dell'Università di Tohoku ha rivelato giunzioni tunnel magnetiche ultra-piccole (MTJ) fino a una scala nanometrica a una cifra che hanno proprietà di ritenzione sufficienti e tuttavia possono essere commutate da una corrente.

La memoria ad accesso casuale magnetoresistivo di coppia a trasferimento di spin (STT-MRAM) è stata sviluppata intensamente negli ultimi anni e la commercializzazione è prevista nel 2018. STT-MRAM è in grado di sostituire la memoria di lavoro esistente basata su semiconduttori grazie alle sue eccellenti capacità in termini di funzionamento velocità e resistenza in lettura/scrittura. Inoltre, è non volatile, cioè., non è necessaria alcuna alimentazione per conservare le informazioni memorizzate, rendendolo indispensabile per i futuri circuiti integrati a bassissima potenza.

Gli MTJ sono il cuore di STT-MRAM. Per continuare il viaggio per aumentare le prestazioni e la capacità di STT-MRAM, era essenziale rendere l'MTJ più piccolo, pur mantenendo le capacità di trattenere le informazioni e di commutare tramite una piccola corrente. MTJ a base di CoFeB/MgO sviluppati dallo stesso gruppo nel 2010, che utilizzava l'anisotropia interfacciale all'interfaccia CoFeB/MgO, ha aperto la strada alla generazione a 20 nm. Però, al di sotto di 20 nm, le proprietà di ritenzione e commutazione desiderabili non avrebbero potuto essere realizzate contemporaneamente. Perciò, era necessario un altro approccio.

Il gruppo di ricerca della Tohoku University ha utilizzato una "anisotropia di forma" che non era stata utilizzata efficacemente in dispositivi adatti all'integrazione, e sviluppato MTJ ultra-piccoli fino a meno di 10 nm, o una scala nanometrica a una cifra.

L'anisotropia di forma MTJ ha uno strato magnetico a forma di pilastro mediante il quale la direzione normale del film diventa un asse magnetico facile (Fig. 1 (a)). Questo è in contrasto con gli MTJ di anisotropia interfacciale, che sono stati ottenuti riducendo lo spessore dello strato magnetico (Fig. 1 (b)). Il diametro più piccolo di MTJ studiato era di 3,8 nm, che è una scala senza precedenti basata su precedenti sforzi di ricerca.

Proprietà di ritenzione sufficientemente elevate, rappresentato da fattori di stabilità termica, sono stati ottenuti (Fig. 2); il valore ottenuto di oltre 80 non era mai stato raggiunto attraverso lo schema convenzionale. Per di più, la commutazione della magnetizzazione indotta dalla corrente è osservata per gli MTJ "anisotropia di forma" con vari diametri inclusi dispositivi inferiori a 10 nm (Fig. 3).

L'MTJ sviluppato può funzionare con generazioni di future tecnologie dei semiconduttori. Il nanometro MTJ a una cifra corrisponde a più di 100 Giga-bit di capacità, che è circa 100 volte più grande dell'attuale tecnologia della memoria di lavoro.