국립 선진 산업 과학 및 기술 연구소의 국가 연구 및 개발 기관 [Nakabachi Ryoji 의장 (이하 AIST ") Spintronics Research Center [Yuasa Shinji 리서치 센터 인 Yuasa Shinji] IIHAMA KENSHI 스페셜 리서치 과학의 역사, KUBOTOI 히스토리, 메탈 히스토시 (Kubota Hitoshi), 최고 연구원, 메탈 히터 (Kubota Hitoshi), 주요 연구원 Taniguchi Tomohiro, Metal Spintronics 팀의 최고 연구원 인 Yakushiji Kei는 배선 재료로 철분을 기반으로 자석 재료를 사용하여 높은 신뢰성을 달성 할 수있는 차세대비 휘발성 자기 바카라의 새로운 녹음 기술이 제안되었으며 요소가 실제로 제작되었으며 원칙이 시연되었습니다
AIST와 다른 사람들은 최근 자석 재료를 사용하고 있습니다이상 홀 효과라는 물리적 특성을 사용함으로써 비 휘발성 자기 기억의 기록 및 쓰기 오류를 줄일 수 있다고 제안되었습니다 이 기사에서, 플레인 유형 전류 유형 자기 바카라 요소를 배선 재료로서 코발트 철 합금 자석 재료와 니켈 철 합금 자석 재료를 기록 층으로 사용하여 제조되었고, 기록 기술의 원리가 입증되었다 결과적으로, 그것은 저렴한 일반 철 기반 재료 배선으로 만들어졌습니다스핀 주입 효율백금과 같은 기존 재료의 배선과 동일하게 효율적이며, 높은 신뢰성을 얻을 수있어 레코드 재 작성에서 오류가 줄어 듭니다 새로운 구조의 새로 개발 된 요소와 기록 기술은 높은 신뢰성과 에너지 절약 기능을 결합한 차세대 비 휘발성 바카라 기억의 실현으로 이어질 것으로 예상됩니다
이 성과의 세부 사항은 2018 년 2 월 8 일 (영국 시간)에 Nature Electronics에 온라인으로 게시되었습니다
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| 전류가 자석의 하단 배선을 통해 전달되는 경우 위에 놓인 기록 층에 대한 정보를 다시 작성할 수 있습니다 |
(왼쪽)이 시간에 제작 된 장치의 회로도
(오른쪽)이 기사의 결과에서 제안 된 비 휘발성 자기 바카라의 개략도 |
AI 및 IoT 장치가 활성화 된 미래 사회에서 IT 장치의 초 저전력 소비가 점점 더 중요한 문제가 될 것입니다 예를 들어, 모바일 IT 장치는 CPU 및 바카라의 총 전력 소비의 30-40%를 소비하며, 이는 빈번한 충전이 필요한 요인입니다 이 문제에 대한 한 가지 접근법은 비 휘발성 기억의 개발입니다 그중에는 자기 터널 접합 요소가 사용되었습니다수직 전류 유형9739_9811
또한 최근 그림 1 (왼쪽)평면 내 현재 유형에 대한 자기 기억에 대한 연구 또한 더욱 활발 해지고 있습니다 이 장치는 레코딩 레이어라고하는 자석의 자화 방향으로 정보를 저장하고 정보를 다시 쓰면 기록 층 아래의 비자 성 물질로 만들어진 배선을 통해 전류가 전달되어 레코딩 레이어의 자화를 역전시킵니다 전기가 레코딩 레이어로 직접 전송되지 않기 때문에 레코딩 레이어의 전류 분해 위험은 수직 전류 유형의 것보다 작으며 쓰기 및 읽기 회로가 분리되어 바카라 기능을보다 쉽게 제어 할 수 있습니다 이러한 기능은 매우 낮은 전력 소비가 필요한 IoT 장치에서 널리 사용될 것으로 예상되며 반도체 바카라를 능가하는 초대형 바카라
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| 그림 1 (a) 기존의 평면 내 전류 유형 장치 비교 및 (b) 이번에 제안 된 새로운 구조 |
2004 년 산화 마그네슘 (MGO) 터널 배리어 레이어로 고성능 터널 마그네토리 강제 요소를 발명 한 이후, AIST는이 요소를 대용량, 수직 유형의 비 변동성 바카라 기억을 실현하기위한 핵심 기술로 위치했으며 일본과 해외에서 주도하는 장치를 개발하고 있습니다 이와 병행하여 2014 년부터 미국 국립 표준 기술 연구소 및 프랑스 과학 기술 센터에서 비행기 내 유형 유형 바카라 기억을 연구하고 있습니다 또한, 하부 배선의 일부가 자석 재료로 대체 될 때 정보 재 작성이 신뢰할 수 있고 기록 신뢰성이 크게 향상 될 것이라고 이론적으로 제안되었습니다 (그림 1 오른쪽) 그러나,이 이론의 증거, 즉, 자석 재료로 만든 배선 또는 기록 기술의 원리로 새로운 구조적 요소의 제조는 지금까지보고되지 않았다
이번에는 AIST는 자성 재료로 만든 배선을위한 평면 내 전류 형 자기 바카라를 제작했으며 위의 원리의 데모로 정보 기록을 시연하기 위해 노력했습니다 비자 성 물질을 사용한 배선의 종래의 전류 자기 바카라에서, 정보 재 작성을위한 스핀이 기록 층에 주입 될 때, 스핀의 방향은 수평 방향으로 고정되어 자화가도 1 (왼쪽)에 도시 된 바와 같이 측면으로 정지된다 기록 된 정보를 정확하게 다시 작성하려면 자화 방향은 기록 층 평면에 수직이어야하며 (그림의 위 또는 아래쪽), 수평으로 중지되면 불완전한 기록 (오류) 반면, AIST 및 기타에 의해 제안 된 자석 재료 배선의 평면 내 전류 형 자기 바카라에서, 정보 재 작성을위한 스핀이 기록 층에 주입 될 때, 스핀의 방향은 측면 방향이 아니므로, 기록 층의 자화 방향은 완전히 위 또는 아래로, 신뢰할 수있는 정보 재 작성을 초래한다 자석 재료는 비정상적인 홀 효과의 물리적 특성을 가지기 때문에이 비 측방 스핀 방향을 달성 할 수 있습니다 이런 식으로 비정상적인 홀 효과를 활용함으로써, 평면 내 전류 바카라의 약한 지점 인 스핀 주입으로 인한 정보 쓰기의 불완전 성을 제거 할 수 있으며, 신뢰성을 향상시킬 수 있습니다 이것은 AIST와 다른 사람들이 2014 년부터 제안한 새로운 기술에 대한 개요입니다
원리를 보여주기 위해 그림 2 (왼쪽)에 표시된 구조를 갖는 요소가 제작되었습니다 코발트 철 합금은 하부 배선의 자석 재료로 사용되었고, 니켈 철 합금을 자기 바카라의 기록 층에 상응하는 상부 자석으로 사용 하였다 두 자석의바카라 커플 링를 제거하기 위해, 그 사이에 작은 구리 샌드위치가있는 3 층 박막을 준비했습니다 외부 바카라장이 박막에 적용될 때, 니켈 철 합금 및 코발트 철 합금의 자화는이 외부 바카라장의 방향을 향합니다 이 상태에서 교대 전류가 박막을 통과 할 때, 교류 바카라장이 생성되고, 기록 층 (니켈 철 합금)의 자화가 교대 바카라장을 따르는 방식으로 진동하기 시작한다 그런 다음magnetoresistive 효과로 인해 요소의 왼쪽과 오른쪽 가장자리 사이에 DC 전압 신호가 나타납니다 이 전압 신호와 외부 바카라장 사이의 관계는 그림 2 (오른쪽)에 나와 있습니다 특히, 교류 전류의 주파수 및 외부 바카라장의 크기는공명 현상충족되면 전압 신호가 증가합니다
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| 그림 2이 시간 (왼쪽)과 전압 신호의 예 (오른쪽)의 예제 |
DC 전류가 배선 (코발트 아이언 합금)을 통과 할 때 기록 층 (니켈 철 합금)은 AC 바카라장에 의해 진동되며, 스핀은 바카라 커플 링 분리 층 (구리)을 통해 기록 층에 주입됩니다 이때, 기록 층의 자화가 이식 된 스핀의 방향과 정렬 될 때 자화 진동의 크기는 변화한다 관찰 데이터에서,도 1에 도시 된 바와 같이, 전압 신호의 폭의 변화가 얻어 질 수있다 2 (오른쪽) 이 폭의 변화는 주입 될 스핀의 양을 반영하고, 스핀 주입 효율은 전압 신호 폭의 변화로부터 평가 될 수있다 이번에는 전압 신호 폭과 전류 및 외부 바카라장 사이의 관계 측정에서 얻은 배선에서 기록 층으로의 스핀 주입 효율은 약 15%였다 이는 비자 성 물질을 사용하는 기존 장치와 비교할 수있는 매우 효율적입니다
2014 년 이후 AIST와 다른 사람들이 주장한 것처럼 스핀 주입 효율을 예측하기는 어려웠지만,이 원칙을 입증함으로써 비정상적인 홀 효과로 인한 스핀 주입은 저렴한 일반 철 기반 배선에서도 충분히 효율적이라는 것이 분명했습니다
또한, 그림 2 (오른쪽)에서 DC 전류로 인해 전압 신호 폭이 증가하지만 DC 전류가 반대 방향으로 흐르면 신호 폭이 좁아집니다 이는 DC 전류 흐름이 역전되는 방향이 반전 될 때 주입 된 스핀의 방향이 역전되며, 즉, 자화는이 요소의 위쪽 및 아래 방향으로 역전 될 수 있음을 나타냅니다 이 속성은 자기 바카라의 응용 프로그램에 필수적입니다
이번에는, 평면 내 전류 자기 바카라를위한 배선으로 코발트 아이언 합금 자석 재료를 사용하여 새로운 요소가 제작되었으며, 비정상적인 홀 효과를 사용하는 스핀 주입이 입증되었습니다 이 새로운 요소는 비자 성 물질을 사용한 배선을위한 기존의 평면 내 전류 자기 바카라와 비교할 수있는 높은 스핀 주입 효율로 인해 정보 작성 성능을 보여줍니다 또한, 자석 재료 배선을 갖는 새로운 구조는 불완전한 재 작성 정보를 제거하며, 이는 기존의 비자기 재료 배선의 약점이었으며 오류를 줄임으로써 신뢰성을 극적으로 향상시킬 수있는 잠재력을 가지고 있습니다 배선 재료 선택의 관점에서, 저렴한 일반 철 (코발트 철인)은 성능을 향상시킬 것이며, 향후 평면 내 현재 자기 바카라에 대한 재료 전략에 큰 영향을 미치는 것으로 생각됩니다
우리는 작문 작업을 보여주기 위해 자화 반전을 고려할 것입니다 또한 전력 소비를 줄이기 위해 장치 구조 및 재료를 최적화하기 위해 노력할 것입니다 또한 고주파 발진기와 같은 새로운 애플리케이션을 제공하는 장치 개발을 위해 노력할 것입니다