Новый TMR-элемент может стать базой для 10 Гбит MRAM

Японские исследователи сообщили о создании нового туннельного магниторезистивного элемента (tunnel magnetoresistance, TMR) с низким током записи и высокой стабильностью хранения данных, – условиями, необходимыми для увеличения емкости перезаписываемой энергонезависимой памяти магниторезистивного типа (magnetoresistive RAM, MRAM). В коллектив разработчиков вошли специалисты из группы изучения спинтроники Института наноэлектроники при Японском национальном институте и их коллеги из Института передовых наук и технологии (Advanced Industrial Science and Technology, AIST). Предполагается, что полученный TMR-элемент может быть использован для создания MRAM-памяти емкостью 10 Гбит и более.

В TMR-элементах, создаваемых до сих пор, процесс их миниатюризации сопровождался вынужденным балансированием между величиной тока записи и стабильностью данных. Тонкий намагниченный свободный слой запоминающей ячейки оказывался неустойчив, и мог самопроизвольно изменить свое состояние, особенно часто из-за температурного воздействия. Увеличение толщины свободного слоя позволяло увеличить стабильность элемента, но одновременно требовало и увеличения тока записи.

По данным исследователей, им удалось уйти от вышеописанной зависимости за счет применения комбинации материалов для создания свободного слоя. Композит состоит из немагнитного слоя рутения (Ru), помещенного между двумя ферромагнитными слоями сплава кобальт-железо-бор (CoFeB). Толщина немагнитного слоя подобрана таким образом, что переключение состояния элемента сопровождается перемагничиванием обоих ферромагнитных слоев. В результате сопротивление термическому воздействию удалось увеличить в пять раз, при этом величина тока записи возросла только на 80%.

Пока что трехслойный композит свободного слоя имеет горизонтальное намагничивание, но с целью увеличения плотности записи планируется освоить и вертикальное намагничивание. Исследователи сообщили, что на базе текущего варианта созданного TMR-элемента можно построить MRAM-память емкостью 1 Гбит, а переход на перпендикулярное намагничивание позволит увеличить этот показатель вдесятеро. Для сравнения – объем памяти MRAM в составе выпускаемых в настоящее время чипов не превышает 32 Мбит.