큰 용량의 바카라 사이트 램 (MRAM)을 가능하게하는 Peror-Magnetized TMR 요소

바카라 커뮤니티 (Nomaguchi ARI 회장) (이하 "AIST"라고 불리는) Nanospintronics Research Center [Research Center Director Yuasa Shinji] Metal Spintronics 팀 [연구 팀장 Kubota Hitoshi] Yakushiji Kei Chief Investigator는 대단히 용량을 가지고 있습니다바카라 사이트 분사 유형 Magnetoresistive Random Access Memory (Spin RAM), 고성능Perormal Magnetization Tunnel Magnetoresistance (TMR) 요소

바카라 사이트 램은 전력을 사용하여 메모리를 저장하지 않고 IT 장비 등의 에너지 절약으로 이어지므로 특히 1 기가비트 (GBIT) 이상 용량을 증가시킬 것으로 예상됩니다 GBIT를 초과하는 스토리지 용량을 갖는 대용량 바카라 사이트 램을 달성하려면 큰 출력 신호를 얻어야합니다Magnetoresistive (MR) 비율주변 회로가있을뿐만 아니라임피던스 매치필수적입니다 예를 들어, 대용량 1 GBIT를 달성하려면 50%이상의 MR 비율을 유지하십시오요소 저항 (RA) 값30 Ω μm²이는 그 이상이거나 동일해야하지만 이러한 특성을 가진 수직 자화 된 TMR 요소는 지금까지 실현되지 않았습니다 이번에 개발 된 수직 자화 화 된 TMR 요소의 MR 비는 약 85%이고 약 4 Ω μm²

이 기술에 대한 자세한 내용은Applied Physics Express2010 년 5 월 14 일에 잡지에 온라인으로 게시 될 예정입니다

그림 1 자화 화 된 TMR 요소 및 설계 가능한 바카라 사이트 RAM 용량의 수직 인 읽기 성능 (RA 값, MR 비율) 이 개발 (그림의 별)은 5 그 비트 이상의 용량으로 회로를 설계 할 수있게합니다

최근에는 에너지 절약의 관점에서 개인용 컴퓨터 및 휴대 전화와 같은 전자 장치에서 종종 사용되는 비 휘발성 반도체 메모리 (DRAM)에 대한 수요가 강한 수요가있었습니다 (전력은 글쓰기 및 읽기 정보에만 필요하며 전력은 저장 보존에 사용되지 않습니다) TMR 요소를 기반으로 한 바카라 사이트 램은 비 휘발성, 고속 및 고속 재 작성 저항과 같은 특성을 가지므로 기존의 반도체 기억을 능가하는 보편적 인 메모리로 개발되고 있습니다 지금까지, 메모리 요소로서 평면 내 자화 화 된 TMR 요소를 사용하여 수십 개의 메가 비트 (MBIT)의 작은 용량 바카라 사이트 램이 생성되어 바카라 사이트 RAM의 높은 잠재력을 보여줍니다 그러나 컴퓨터 내부에서 사용되는 DRAM을 대체하려면 큰 GBIT 급 용량이 필요하므로 더 큰 바카라 사이트 램에 대한 수요가 강합니다

AIST는 대용량 바카라 사이트 RAM의 실현을 향한 연구 개발을 촉진하고 있으며, 평면 내면을 향한 자화와 함께 평면 내 자화 화 된 TMR 요소의 기본 작동을 최초로 입증하여 메모리 유지 성능을 향상시켰다 반면, 자화가 필름 표면에 수직 방향으로 방향으로 향하는 수직 자화 화 된 TMR 요소는 평면 내 자화 화 된 TMR 요소보다 낮은 쓰기 전류 값을 나타내며, 활발한 연구 및 개발이 국내 및 국내에서 수행되고있다

2008 년에 AIST는 Toshiba Corporation 및 기타와 협력하여 수직으로 자화 된 TMR 요소를 기반으로 한 세계 최초의 성공적인 프로토 타입 바카라 사이트 RAM이었으며, 원칙적으로 GBIT 클래스 바카라 사이트 RAM에 필요한 메모리 유지 성능과 낮은 쓰기 전류 값을 모두 달성 할 수 있음을 보여줍니다 그러나 실제 메모리에 필요한 읽기 성능 향상은 여전히 문제가되었습니다 읽기 성능을 향상시키기 위해, 임피던스 매칭에 대한 낮은 RA 값과 강한 신호를 얻기 위해 높은 MR 비율을 달성해야하며, 수직 자화 화 된 TMR 요소의 경우 RA 및 높은 MR을 감소시키는 데 시급히 필요했습니다 AIST는 1 GBIT 용량을 실현하는 데 필요한 판독 성능으로 표준화 된 RA 값을 30 Ω μm²대상은 50% 이상의 신호 강도에 해당하는 MR 비율로 설정되었으며 연구 및 개발을 수행하고 있습니다

이 연구 및 개발은 NEW ENERGY and Industrial 및 Industric Technology Development Organization (NEDO)의 프로젝트 연구 프로젝트 "Spintronics Nonvolatile Functional Technology Project"(2006 년)를 기반으로합니다

표 1 : 바카라 사이트 RAM 메모리 요소의 필요한 성능에 수직 자화 된 TMR 요소 성능의 상황 달성

이 연구 개발의 두 가지 기술 요점은 (1) TMR 요소를 구성하는 초대형 필름을 평면화하는 기술 개발 및 (2) 높은 바카라 사이트 편광을 유도하는 인터페이스 계층의 개발입니다 그림 2 (오른쪽)는 이번에 개발 된 수직 자화 된 TMR 요소의 스택 구조의 개략도를 보여줍니다 수직 자화 된 전극 층 -1은 테르 비움 철 코발트 (TBFECO) 층 및 계면 층으로 구성되며, 수직 자화 된 전극 층 -2는 코발트/백금 (CO/PT) 층으로 구성되며, 계면 층 및 기질 표면에 나타난다 전기 저항은 수직 자화 전극 층 -1의 자화 방향과 수직 자화 전극 층 2가 동일하거나 반대 방향인지에 따라 크게 변화하며, 정보를 저장할 수 있습니다

　30 Ωμm²아래 RA 값을 달성하기위한 터널 장벽으로 사용산화 마그네슘 (MGO)층의 두께를 약 13 나노 미터 (nm) 미만으로 줄여야합니다 이것은 약 5 개의 층의 원자 층에 해당하며, 결함없이 초박형 터널 장벽을 균일하게 입금하기는 매우 어렵다 따라서, 우리는 터널 배리어 층의 표면을 평면화하기 위해 박막 제조 공정을 개발하기 위해 노력했다 결과적으로, 우리는 원자 수준에서 평평한 표면과 매우 얇은 균일 한 두께 (대략 1 nm) 터널 배리어 층 (MGO 층) (그림 2의 왼쪽)을 갖는 수직 자성 화 된 전극 층 2를 성공적으로 형성했으며, 이는 전 세계에서 약 4 Ω μm, 수직 자력 TMR 요소를위한 가장 높은 RA 값입니다²| 달성되었습니다

그림 2 : 전자 현미경 사진 (왼쪽) 및 개발 된 수직 자화 화 된 TMR 요소 (오른쪽)의 단면 구조의 개략도 매우 얇은 필름 평면화 기술과 높은 바카라 사이트 편광 인터페이스 계층의 개발을 통해 초저 RA 값과 높은 MR 비율을 달성하는 데 성공했습니다

우리는 또한 결정질 코발트 철 (COFE) 합금과 비정질 합금 코발트 아이언 붕소 (COFEB) 합금을 계면 층 재료로 결합한 새로운 인터페이스 층을 개발했습니다 Cofe를 일반적으로 COFEB로 구성된 인터페이스 층으로 도입함으로써, 비정질 층의 결정화를 촉진 할 수 있었다 비정질 층의 결정화는 높은 MR 비율을 달성하는 데 필수적이다 이 새로운 인터페이스 계층을 도입하는 효과로, 현재 개발 된 수직 수직 자화 화 된 TMR 요소는 낮은 RA 값 (약 4 Ω μm)을 갖는다²) 였지만, 높은 MR 비율 (85%)이 달성 된 것으로 여겨진다

이 기술은 위에서 언급 한 바와 같이 탁월한 읽기 성능을 달성하기 위해 개발되었으며, 50% 이상의 MR 비율 및 30 Ω μm의 RA 값을 달성하기위한 최초의 수직 자화 된 TMR 요소이며, 이는 1 Gbit 메모리 용량을 달성하는 데 필요한 수입니다²다음을 성공적으로 충족했습니다 (그림 3) 또한 MR 비율은 85%로 증가하고 RA 값은 약 4 Ω μm²로 감소함에 따라, 저장 용량이 5 Gbit 이상의 바카라 사이트 램을위한 회로를 설계하여 원래 대상을 초과 할 수있게되었습니다 이는 수직 자화 화 된 TMR 요소를 사용하여 대용량 바카라 사이트 램의 개발에 큰 발전으로 이어질 것으로 예상된다

그림 3 자화 된 TMR 요소 및 설계 가능한 바카라 사이트 RAM 저장 용량의 수직 인 읽기 성능 (RA 값, MR 비율) 스타 마크는 이번에 개발 된 장치의 성능을 나타내며 원 마크는 기존 장치의 성능 (보고 된 값)을 나타냅니다

이번에 개발 된 기술은 다른 재료 및 결정 방향을 갖는 수직 자화 화 필름 층에 적용될 수 있으며 매우 광범위한 방식으로 적용될 가능성이 있습니다 앞으로이 기술을 기반으로 더 높은 MR 비율을 달성하기 위해 노력하고 대용량 바카라 사이트 RAM을 대량 생산하는 기술을 설정하는 것을 목표로합니다

◆ 바카라 사이트 주입 유형 자석성 임의의 액세스 메모리 (바카라 사이트 RAM)

터널 자석성 요소 (TMR 요소)를 사용한 컴퓨터 메모리는 비 휘발성, 고속, 저전력 소비, 저전압 구동 및 높은 통합과 같은 우수한 특성을 가지고 있습니다 TMR 요소에 포함 된 2 개의 강자성 전극의 자화의 상대 방향은 높은 저항 및 낮은 저항 상태를 허용하며, 정보는 각각 "1"및 "0"과 대응하여 저장 될 수있다 정보는 전류 흐름으로 인한 바카라 사이트 분사 자화 반전에 의해 작성됩니다[참조로 돌아 가기]

◆ Peror-Magnetization Tunnel Magnetoresistance (TMR) 요소, Magnetoresistance (MR) 비율

수직으로 만들어진 마이크로 -TMR 요소, 특히 자화 된 페로 마그넷/절연체/수직 자화 된 페로 마그 넷, 각각 1 내지 수의 나노 미터 두께의 매우 얇은 층으로 구성됩니다 수직으로 자화 된 페로 마그네트는 기판 표면에 수직 인 자화를 갖는다 절연체의 양쪽에있는 수직으로 자화 된 페로 마그넷은 금속이며, 전압이 적용되면 터널 전류가 절연체를 통해 흐릅니다 수직으로, 자화 화 된 페로 마그넷의 자화 방향이 동일한 방향이고 반대 방향으로, TMR 요소의 전기 저항이 크게 변할 때 이 저항 변화 속도는 자기 저항에 의해 결정됩니다 (Mr :Magnetoresistance) 비율이며 바카라 사이트 RAM의 읽기 신호의 성능 표시기입니다[참조로 돌아 가기]

◆ 임피던스 매치

고효율을 갖는 반도체 메모리 장치에서 전기 신호를 전송하기 위해, 인덕턴스, 커패시턴스 및 저항에 의해 결정된 임피던스 매칭이 필요하다 바카라 사이트 램이 고속의 기가 헤르츠에서 작동하기 때문에 임피던스 매칭이 중요합니다[참조로 돌아 가기]

◆ 요소 저항 (RA) 값

TMR 요소 단위 영역 (1 μm²)로 정규화 된 저항 값입니다저항 영역(ra)제품라고합니다[참조로 돌아 가기]

◆ 산화 마그네슘 (MGO)

TMR 요소의 터널 장벽으로 사용됩니다 원자가 규칙적으로 배열되는 결정의 특성으로 인해, 전자는 흩어지지 않고 터널링 될 수 있으며, 이는 큰 MR 비율을 초래한다[참조로 돌아 가기]