世界上最小的高性能磁隧道结

由现任校长大野秀夫(Hideo Ohno)领导的东北大学研究小组开发了世界上最小的(2.3 nm)高性能磁隧道结(MTJ)。预计这项工作将加速超高密度，低功耗，高性能非易失性存储器的发展，以用于IoT，AI和汽车等各种应用。

STT-MRAM(非易失性自旋电子存储器)的发展有助于减少半导体器件缩放中不断增加的功耗。在高级集成电路中集成STT-MRAM的关键是扩展磁性隧道结(STT-MRAM的核心组件)，同时提高其数据保留和写入操作的性能。

该小组在2018年提出的形状各向异性MTJ已显示MTJ可以缩小到单位数纳米，同时又具有足够的数据保留(热稳定性)特性。在形状各向异性MTJ中，通过使铁磁层变厚来提高热稳定性。但是，一旦厚度超过某一点，器件的可靠性就会下降。

为了解决传统的具有单一铁磁结构的形状各向异性MTJ的问题[图 1(a)]，该小组采用了一种新的结构，该结构使用了静磁耦合的多层铁磁体[图1(a)]。1(b)]。已开发的MTJ已成功缩小为直径2.3 nm，这是世界上最小的MTJ尺寸。它们还具有高达200°C的高数据保持性能，并且在1纳米级的电压下，在低于1 V的电压下低至10 ns的高速和低压写入操作。

该研究的第一作者Butsurin Jinnai表示：“这一性能证明了发达的MTJ能够与下一代先进的集成电路配合使用。” “由于其与标准MTJ材料系统CoFeB / MgO的材料兼容性，因此拟议的MTJ结构可以很容易地在现有MTJ技术中采用。” 该组织认为，这将加快针对各种应用(如IoT，AI和汽车)的超高密度，低功耗，高性能内存的开发。