게시 및 게시 날짜 : 2004/03/02

단결정 바카라 추천 (Tunnel Magnetoresistance)으로 세계 최고 성능을 달성하십시오

-매우 높은 통합 MRAM-

포인트

  • 마그네슘 산화 마그네슘 단일 결정을 터널 배리어로 사용하는 새로운 고품질 바카라 추천 (Tunnel Magnetoresistance) 장치를 개발했습니다
  • 새로운 바카라 추천 요소를 사용하여 88% Magnetoresistance (세계에서 가장 높은 성능)를 달성합니다
    (지금까지 가장 높은 값은 708%였으며, 이는 거의 이론적으로 간주되었습니다)
  • 바카라 추천 요소의 출력 전압 값은 기존 전압 (380mv)의 약 두 배로 향상되었습니다 (세계 최고 성능)
  • 기존의 이론적 한계에 의해 제한되지 않은 새로운 구조가 등장했으며, 미래에 거대한 자기 정상이 실현 될 가능성이 있습니다
  • 기가비트 클래스 초고적 통합 MRAM의 개발에 필수적인 획기적인 달성


요약

국립 선진 산업 과학 기술 연구소 (Yoshikawa Hiroyuki 회장) (이하 "AIST"), 전자 연구 부서 (ITO Junji 회장) 및 일본 과학 및 기술 기관 (Okimura Noriki) (이하 "JST") ( "JST") ( "JST")가 고성능 Nonvolatile Memory가 될 것으로 예상된다MRAM (magnetoresistive random access memory)고품질단결정 터널 magnetoresistive (바카라 추천 (터널링 자석 저항)) 요소의 세계 최초의 개발은 실온에서 88% 자기 정전기와 380MV의 출력 전압으로 세계 최고 성능을 달성했습니다 이로 인해 차세대 초고적으로 통합 된 MRAM을 개발하는 길이 열렸습니다

산화 마그네슘
 터널 배리어9041_9136

○ 새로운 바카라 추천 요소는 세계에서 가장 높은 성능을 달성합니다
전통적인산화 알루미늄9202_9319

Gigabit (gbit)클래스 개발 경로 MRAM
기존의 바카라 추천 요소를 사용하는 MRAM에서는 출력 전압이 낮으므로 통합 레벨은 약 64mbit ~ 128mbit의 한계로 간주됩니다 고도로 통합 된 GBIT 클래스 MRAM을 실현하려면 바카라 추천 요소의 출력 전압은 400MV 여야합니다 새로운 바카라 추천 요소는이 목표 값을 거의 달성 할 수있었습니다

또한, 위의 연구 결과는 AIST와 JST 간의 공동 연구 계약을 기반으로하며 JST 전략적 크리에이티브 리서치 프로모션 프로그램의 연구 홍보 프로그램의 "나노 및 물리적 특성"에 관한 연구 주제에서 "슈퍼gbitMRAM 용 단결정 바카라 추천 장치 개발 "[주요 연구원, AIST, 최고 연구원 Yuasa Shinji]


연구 배경과 역사

MRAM (Magnetoresistive Random Access Memory) isDRAM(동적 임의 액세스 메모리)를 대체하는 대용량의 고속 비 휘발성 메모리로 전 세계적으로 개발 된 메모리입니다 [그림 1 참조] Motorola와 IBM은 해외에서 개발을 시작한 최초의 선수였으며 2003 년 말에 4MBIT의 MRAM 샘플 배송되었습니다 한편, 일본에서 NEC와 Toshiba는 2003 년에 전국 프로젝트를 시작했으며 본격적인 개발을 시작했습니다

64MBIT의 MRAM을 실현할 전망이 높지만, 그보다 높은 통합을 달성하기 위해서는 MRAM의 핵심 인 바카라 추천 요소의 특성을 극적으로 개선해야합니다 특히, 증가 된 자성상 및 개선 된 전압 특성이 모두 필요하다 [그림 2 참조] 기존의 바카라 추천 요소의 자성 저항은 약 70%로 낮으며 출력 전압은 200mV 이하로 낮습니다 (DRAM의 출력 전압의 절반에 불과합니다) 따라서 통합 수준이 증가함에 따라 노이즈에 묻히고 읽을 수 없습니다

이 문제를 해결하기 위해 전 세계에서 전극 재료를 최적화하고 (산화 알루미늄 사용) 터널 장벽을 제조하는 방법을 발명하기위한 노력이 이루어졌습니다 그러나, 이러한 기존 기술을 사용한 출력 전압의 개선은 원칙적으로 포화에 접근한다gbit등급 MRAM을 실현하려면 과감한 솔루션이 필요합니다

MRAM 구조 다이어그램

<MRAM 구조>
단어 선과 비트 라인의 교차점에서 바카라 추천 요소를 정렬합니다
각 바카라 추천 요소는 1 비트의 정보를 저장합니다

MRAM의 작동 방식의 그림 1

1 비트의 MRAM
자석 방향은 평행합니다 :"0"

    반 평행 :"1"

 

MRAM 작동 방식의 그림 2

1 Bit of Dram
커패시터 배출 :"0"

     파워 스토리지 :"1"

 


그림 1 : MRAM의 작동 방식

 
바카라 추천 요소의 자성 분해 효과의 그림 1 및 바카라 추천 요소의 출력 특성

바카라 추천 요소의 자성 분해 효과 및 바카라 추천 요소의 출력 특성의 그림 2

MRAM이 실현되며 출력 전압을 두 배로 늘리는 것이 필수적입니다 이를 위해증가 된 자성상개선 된 전압 특성(전압이 적용 되더라도 자기 저항이 쉽게 감소되지는 않습니다)


그림 2 : 바카라 추천 요소의 자기 적 효과 (1 권)
바카라 추천 요소의 출력 특성 (하단)
 

결과 내용

(1) 싱글 크리스탈 마그네슘을 사용하여 새로운 고품질 바카라 추천 장치 개발

기존의 바카라 추천 요소에서자기 박막의 전극 IS 다결정 및 산화 알루미늄은 터널 장벽의 재료로 사용되었습니다 [그림 3 (a) 참조] 산화 알루미늄은비정질 물질(원자의 불규칙한 배열이있는 재료), 따라서 전류가 흐르면 전자가 산란되어 똑바로 이동하기가 어렵습니다 이 속성으로 인해 기존 바카라 추천 요소의 자성상의 상한은 약 70%입니다 이 제한을 극복하기 위해, 우리는 산화 마그네슘을 터널 배리어의 재료로 사용하여 새로운 바카라 추천 장치를 개발했습니다 산화 마그네슘은 단결정 (정기적 인 원자 배열이있는 재료)이므로 전류가 흐르면 전자가 흩어져 있지 않아 직선으로 이동할 수 있습니다 (그림 3 (b) 참조) 그러한 경우에 거대한 자기 정전 효과가 발생할 것으로 예상된다 그러나, 단결정 산화 마그네슘을 사용하여 바카라 추천 요소를 제조하는 것은 기술적으로 어렵고, 지금까지 고품질 바카라 추천 요소를 제조하는 성공적인 사례는 없었습니다

이번에 AIST는 전 세계적으로 전례없는 통합 제조 시설을 사용하여 고품질의 단결정 자기 박막과 단일 결정 마그네슘 층을 연속적으로 쌓아서 세계 최고 성능 바카라 추천 장치를 성공적으로 개발했습니다 (그림 4 참조)

 

기존의 바카라 추천 요소 및 새로운 바카라 추천 요소의 그림

그림 3 : 기존의 바카라 추천 요소 및 새로운 바카라 추천 요소

 
세계에서 가장 진보 된 단결정 바카라 추천 통합 제조 시설 사진
그림 4 : 세계에서 가장 진보 된 단결정 바카라 추천 통합 제조 시설
 

(2) 세계 최고 자성상 및 출력 전압을 달성

산화 마그네슘을 사용하는 새로운 바카라 추천 장치로 세계 최고 자력 (실온에서 88%)을 달성합니다 [그림 5 참조] 지금까지 기존의 바카라 추천 요소의 가장 높은 특성은 약 70%였다 또한 새로운 바카라 추천 요소는 세계 최고 전압 특성을 달성했습니다 (그림 6 참조) 결과적으로, 바카라 추천 요소의 출력 전압은 기존 전압의 두 배인 380mV로 성공적으로 증가했습니다 이것은,gbit이것은 클래스 MRAM에 필요한 출력 전압을 거의 달성했습니다

이번에 AIST와 JST는 산화 알루미늄을 터널 장벽의 재료로 대체하는 획기적인 새로운 재료 인 산화 마그네슘을 사용하여 세계 최고 수준의 단결정 자기 박막 기술을 갖춘 새로운 바카라 추천 장치를 성공적으로 개발했습니다 이것은 MRAM을 초래할 것입니다gbit열렸습니다

 

그래프

그림 5 새로운 바카라 추천 요소의 자기 적 특성

 
바카라 추천 요소의 출력 전압 특성 그림
그림 6 바카라 추천 요소의 출력 전압 특성

미래 계획

앞으로, 우리는 새로운 바카라 추천 요소에 대한 제조 조건을 추가로 고안함으로써 더 큰 자성상 및 출력 전압을 달성하는 것을 목표로합니다 또한,gbit우리는 Class MRAM 개발의 또 다른 도전을 목표로 할 계획입니다 : 쓰기 힘을 줄입니다


터미널 설명

◆ MRAM [그림 1], 출력 전압 [그림 2 참조]
MRAM은 바카라 추천 요소를 사용하는 컴퓨터의 메모리입니다 바카라 추천 요소의 2 개의 강자성 전극의 자화의 상대적 배향이 평행하거나 항 파라 앨범이면 하나의 바카라 추천 요소는 1비트에 대한 정보 저장할 수 있습니다 병렬 및 항구 평면 상태에서 바카라 추천 요소의 전기 저항은 바카라 추천 효과로 인해 다르기 때문에 요소의 전기 저항이 측정되면 바카라 추천 요소에 저장된 정보는 비파괴 적으로 읽을 수 있습니다 실제 판독 값은 바카라 추천 요소를 통해 전류를 전달하고 바카라 추천 요소의 양쪽에서 발생하는 전압 (출력 전압)의 변화를 읽음으로써 수행됩니다gbit클래스 MRAM을 실현하려면 400MV의 출력 전압이 필요합니다
실제 MRAM,Word Lineand비트 라인그들 사이에 바카라 추천 요소를 설정하고 많은 사람들을 격자에 배열하십시오 원칙적으로 MRAM은 비 휘발성, 고속, 저전력 소비, 저전압 구동 및 높은 통합과 같은 메모리에 필요한 모든 특성을 결합한 차세대 메모리입니다 미국 (IBM, Motorola)은 MRAM의 연구 개발을 주도하고 있으며 일본에서는 연구 개발이 활발하게 수행되고 있습니다[참조로 돌아 가기]
◆ 단결정, 비정질
원자가 격자로 배열되는 구조로 구성된 재료 (결정 격자라고 함) 결정 격자가 정렬 된 곡물을 결정 입자라고합니다 많은 수의 결정 입자가 하나의 개인을 형성하기 위해 응집 된 경우 "다결정"이라고 불리는 경우; 단일 큰 결정 입자가 한 개인을 형성하는 경우를 "단결정"이라고합니다 반면, 원자의 불규칙한 배열이있는 물질을 비정질 재료라고합니다[참조로 돌아 가기]
◆ 터널 자석 정전기 요소 (바카라 추천 요소), 터널 장벽, 자기 저항 [그림 2]
매우 얇은 절연체 (전통적으로 사용 된 터널 배리어라고 함)가 몇 개의 NM (10 억 미터의 미터)을 갖는 두께를 가진 두 개의 강자성 금속 전극 사이에 샌드위치되어 터널 자기 정전 요소 (바카라 추천 요소)가 샌드위치됩니다 2 개의 강자성 전극의 자화의 상대적 배향이 평행하고 항구 평행 할 때 바카라 추천 요소의 전기 저항이 변화한다 이 현상을 터널 자기 저항 효과 (바카라 추천 효과)라고합니다 이 시점에서 전기 저항의 변화의 백분율은 바카라 추천 비율이라고하는 백분율로 표현됩니다[참조로 돌아 가기]
◆ 산화 알루미늄, 산화 마그네슘 [그림 3]
알루미늄 산화 알루미늄은 기존 바카라 추천 장치의 터널 장벽으로 사용됩니다 산화 알루미늄은 일반적으로 불규칙한 원자 배열을 갖는 비정질 물질이다 따라서, 산화 알루미늄을 통해 흐를 때 전자가 산란되어 똑바로 이동하기가 어렵습니다 한편, 새로운 바카라 추천 장치의 터널 장벽 재료 인 산화 마그네슘은 원자가 정기적으로 배열되는 결정의 특성을 갖는다 이 속성으로 인해 전자는 흩어지지 않고 똑바로 이동할 수 있습니다[참조로 돌아 가기]
◆ gigabit
"비트"가장 작은 정보 단위이며 단일 이진 숫자 (즉,"0 "또는"1 ")입니다"G "(Giga)는 109, 즉 10 억입니다 "gbit메모리 "는"10 억비트|를 초과하는 스토리지 용량의 메모리를 나타냅니다 MRAM의 경우 현재 기술의 확장으로 1GBIT를 달성하기가 어렵습니다[참조로 돌아 가기]
◆ 단어 선, 비트 라인
RAM과 같은 솔리드 스테이트 메모리에서 Word Lines 및 비트 라인이라는 극도로 얇은 전기 와이어는 GO 보드의 수직 및 수평선처럼 퍼져 있으며 1 비트 메모리를 운반하는 개별 메모리 요소는 이러한 수직 및 수평선의 교차점에 배치됩니다 특정 메모리 요소에 대한 액세스는 수직 및 수평선, 즉 요소에 연결된 단어 선 및 비트 라인을 활성화시켜 달성됩니다[참조로 돌아 가기]
◆ DRAM
동적 임의 액세스 메모리|에 대한 약어 오늘날의 컴퓨터에서 사용되는 가장 일반적인 메모리이며, 대용량, 비교적 빠른 읽기 및 쓰기 및 휘발성 (전원이 꺼질 때 저장된 정보가 사라진다는 사실의 특성)이라는 특성을 가지고 있습니다 정보는 커패시터 (전기 저장 요소)에 전기를 저장하여 저장되므로 전원이 꺼지면 커패시터가 배출되고 저장된 정보가 손실됩니다[참조로 돌아 가기]
◆ 자기 박막
철, 코발트 및 니켈과 같은 철분자 (자석에 부착 된 재료) 금속 및 이들로 구성된 강자성 합금은 자기 박막이라고 불리는 기판에 박막에 침착됩니다 전형적으로, 재료 금속은 진공으로 증발하고 기판에 증착된다[참조로 돌아 가기]

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