日本东北大学，开发成功超高速小电流MRAM

　　日本东北大学2016年3月21日宣布，开发成功了可超高速动作的新型磁存储器(MRAM：Magnetic Random Access Memory)的基础元件，并实际验证了动作。该元件可兼顾迄今MRAM元件难以实现的小电流动作和高速动作。

　　三种自旋轨道力矩磁化反转元件构造。(a)与(b)为以前的构造，(c)为此次开发的构造(该图摘自东北大学的发布资料) (点击放大)

　　PC及智能手机使用的SRAM及DRAM等半导体存储器，因构成元件的微细化，性能获得了提高，但随着微细化的进一步发展，其耗电量增大的问题显现出来。而以磁化(N极/S极)方向来存储信息的MRAM具有出色的微细化特性、不消耗电力的非易失性、与现行SRAM/DRAM有相同的高速特性以及无限次擦写特性等，作为半导体存储器的替代技术而备受期待。

　　最近20年，经过从基础研究到应用的广泛研发，部分MRAM已开始了实用化。2011年，由电流引起的基板垂直方向磁流(自旋流)的“自旋轨道力矩磁化反转”现象为实验所证实。人们知道这种方式有两种构造，一种是(a)磁化朝着与基板垂直的方向(Z轴方向)，另一种是(b)在基板内与电流垂直的方向(Y轴方向)。但是存在的课题是，(a)磁化反转所需要的电流绝对值较大、(b)在高速区域磁化反转所需要的电流会明显増大。

　　研究小组此次探讨了(c)在基板内磁化朝着电流平行方向(X轴方向)的构造。根据理论计算，设计出了材料和元件构造，并用微细加工技术，在硅基板上制作了纳米尺寸的元件。通入电流的重金属通道层使用了钽(Ta)，进行磁化反转的强磁性层使用了硼铁化钴(CoFeB)合金。在对制作的元件评测时发现，磁化反转需要的电流密度在5×1011A/m2以下，在实用上是足够小的值。

　　此次还通过理论计算发现，新构造元件能够在小电流下实现速度为传统MRAM元件10倍左右的纳秒级运行。不仅在应用方面为GHz级别的超高速运行开辟了道路，而且从基本意义上来说，因为X-Y-Z垂直坐标系中的所有自旋轨道力矩磁化反转方式都已研究明确，所以有望进一步促进对自旋-轨道相互作用的了解。

　　此次研发是日本内阁府“革新性研发推进计划(ImPACT)”及文部科学省“旨在实现未来社会的ICT基础技术的研发”中的一部分。这项研究成果已于3月21日(英国时间)刊登在英国科学期刊《自然纳米技术》(NatureNanotechnology)网络版上。