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Investigadores de la Universidad de Tohoku han creado especificaciones para una unión de túnel magnético (MTJ) de un solo nanómetro que permite ajustar el rendimiento para satisfacer las necesidades de numerosas aplicaciones, incluidas la IA, la IoT y las tecnologías espaciales.
Esta innovación permitirá una memoria espintrónica no volátil de alto rendimiento que funciona con la tecnología de semiconductores actual. La información fue publicada el 4 de enero.Th2024, en la revista npj espintrónica.
La memoria no volátil se caracteriza por su capacidad de almacenar datos sin una fuente de alimentación externa. Como resultado, se han centrado importantes esfuerzos de desarrollo en las memorias no volátiles debido a su potencial para reducir el consumo de energía en los circuitos integrados (CI) semiconductores.
Los requisitos de rendimiento para la memoria no volátil varían según la aplicación. Por ejemplo, las aplicaciones de IA/IoT requieren un rendimiento de alta velocidad, mientras que las tecnologías automotrices y aeroespaciales prefieren capacidades de almacenamiento excelentes.
Algunos de los inconvenientes de las tecnologías de memoria actuales podrían resolverse mediante la memoria de acceso aleatorio magnetorresistiva de par de transferencia de espín (STT-MRAM), una tecnología de memoria no volátil que almacena datos explotando el momento angular intrínseco de los electrones, conocido como espín.
La unión de túnel magnético (MTJ), que consta de dos capas ferromagnéticas separadas por una fina barrera aislante, es el componente fundamental de STT-MRAM. Si bien aún quedan muchos problemas por resolver, los científicos llevan mucho tiempo trabajando para superar el desafío de reducir los MTJ sin sacrificar el rendimiento.
Utilizando nodos de tecnología de 1 × nm, STT-MRAM se ha desarrollado con éxito para semiconductores de automoción. Se utilizan MTJ con dimensiones en el rango de decenas de nanómetros. Sin embargo, para dar cabida a nodos futuros, los MTJ deberán reducirse a nanómetros de un solo dígito, o X nm, manteniendo al mismo tiempo la flexibilidad para adaptar el rendimiento a casos de uso específicos.
Para lograr esto, el equipo de investigación desarrolló un método para construir MTJ de un solo nanómetro utilizando un sistema de material estándar de facto, la estructura de apilamiento CoFeB/MgO. Lograron una alta retención o alta velocidad controlando individualmente la forma y las anisotropías interfaciales variando el espesor de cada capa de CoFeB y su cantidad. [CoFeB/MgO] Pila.
Como resultado, las aplicaciones que van desde las críticas para el almacenamiento hasta las críticas para la velocidad se pueden adaptar al rendimiento de MTJ. Los MTJ mejorados con anisotropía de forma mostraron una buena retención (>10 años) a 150 °C en tamaños de un solo nanómetro, mientras que los MTJ mejorados con anisotropía interfacial mostraron una velocidad de conmutación rápida (10 ns o menos) por debajo de 1 V.
Dado que la estructura propuesta se puede adaptar a las instalaciones existentes en grandes fábricas de semiconductores, creemos que nuestro estudio hace una contribución significativa al futuro escalamiento de STT-MRAM..
Junta Igarashi, Directora de Estudios, Universidad de Tohoku
El investigador principal, Shunsuke Fukami, añadió: “En general, la industria de los semiconductores es consciente del escalamiento a largo plazo. En este sentido, creo que este trabajo debería enviarles un mensaje contundente de que pueden confiar en que el futuro de STT-MRAM ayudará a marcar el comienzo de una sociedad baja en carbono.«
Referencia de la revista:
Igarashi, J., et. Alabama. (2024) Uniones de túnel magnético CoFeB/MgO de un solo nanómetro con alta retención y capacidades de alta velocidad. npj Espintrónica s. doi:10.1038/s44306-023-00003-2.
Fuente: https://www.tohoku.ac.jp/en/
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