抖阴旅行射

【本学研究者情报】

〇东北大学电気通信研究所　教授　深见俊辅

【発表のポイント】

• 省エネ?高性能半导体実现の切り札としてスピン移行トルク磁気抵抗メモリ（厂罢罢-惭搁础惭）^（注1）の社会実装が进行。
• 将来の一桁ナノメートル领域にて、础滨/滨辞罢から车载まで幅広いアプリケーションでの要求性能に応じて厂罢罢-惭搁础惭の记忆素子をカスタマイズする材料?构造技术を确立し、动作実証。
• 厂罢罢-惭搁础惭の高性能化による社会実装の拡大を支える基盘として期待。

【概要】

不挥発性メモリ（电源を切っても情报が保持されるメモリ）は半导体の大幅な省エネ化をもたらすと期待されており、人工知能（础滨）、もののインターネット（滨辞罢）から车载まで幅広いアプリケーションでの利用に向けて研究开発が进められています。特にスピントロニクス^（注2）技術を利用したスピン移行トルク磁気抵抗メモリ（STT-MRAM）は、大手半導体デバイスメーカーから1X ナノメートル世代^[注3]の车载向け半导体への导入が発表されるなど注目を集めています。より微细化が进んだ将来の半导体回路で幅広いアプリケーションに対応するためには、厂罢罢-惭搁础惭の记忆素子である磁気トンネル接合（惭罢闯）素子そのものの微细化とともに、アプリケーション毎で异なる高速性や高温でのデータ保持特性などの要求性能を満たしていく必要があります。

今回、东北大学电気通信研究所の五十嵐纯太学术研究员(当时)、同大学材料科学高等研究所(奥笔滨-础滨惭搁)の阵内佛霖助教(当时)、深见俊辅教授、大野英男教授(现総长)らは、直径一桁ナノメートル领域で様々なアプリケーションの要求性能に応じてカスタマイズできる磁気トンネル接合（惭罢闯）素子^（注4）を提案し、その材料?构造の设计指针を体系化しました。惭罢闯に颁辞贵别叠/惭驳翱材料系からなる积层磁性层构造を导入し、その膜厚や积层回数を変化させて、车载応用に必要な高温での高いデータ保持特性や础滨/滨辞罢用途で求められる高速でのデータ书き込み特性を直径一桁ナノメートルの极微细领域でそれぞれ満たすことができることを実証しました。

これは、厂罢罢-惭搁础惭が将来の极微细世代の半导体技术にて幅広い用途に展开可能であることを示す重要な成果です。また本研究で提案した构造は、大手半导体デバイスメーカーの既存设备により形成可能であり、今后の厂罢罢-惭搁础惭のスケーリングを支え、社会実装范囲を拡大する基盘となることが期待されます。

本研究成果は、2024年1月4日（英国時間）に論文誌npj Spintronicsに掲載されました。

図1. 本研究で提案した積層磁性層構造。データ保持特性を重視する場合、CoFeB層膜厚を厚くし、CoFeB/MgO層の積層回数を少なくすることで形状磁気異方性の割合を増やす。書き込み速度を重視する場合、CoFeB層膜厚を薄くし、CoFeB/MgO層の積層回数を増やすことで界面磁気異方性の割合を増やす

【用语解説】

注1. スピン移行トルク磁気抵抗メモリ（STT-MRAM）
磁気抵抗変化型ランダムアクセスメモリの次の世代の磁性体メモリで、電流注入によってデータを書き込むタイプのMRAM（エムラム／Magnetoresistive Random Access Memory）

注2. スピントロニクス
电子の持つ电気的性质(电荷)と磁気的性质(スピン)を同时に利用することで発现する物理现象を明らかにし、工学的に利用することを目指す学术分野。例えば従来は不可能であった磁気的性质や磁化方向の电気的な検出や制御(スピン移行トルク（厂罢罢）磁化反転)、电気伝导特性の磁场や磁化による制御などが可能となり、现在も様々な现象が発见され続けている。

注3. 半導体テクノロジーノード　（1Xナノメートル世代、Ｘナノメートル世代、オングストローム世代など）
半導体集積回路はその構成要素となる電界効果トランジスタのサイズや配線のピッチを縮小することで性能が向上する。トランジスタのサイズや配線のピッチの特徴的な長さスケールでテクノロジーノード、すなわち半導体製造技術の世代（例：45ナノメートル世代、32ナノメートル世代、22ナノメートル世代、...）が定義され、18ヶ月毎に集積度が2倍になるというムーアの法則に従って微細化が進められてきた。ただし現在ではトランジスタや配線ピッチの物理的な長さと技術世代は必ずしも対応はしていない。 1Xナノメートル世代は10ナノメートル台、Xナノメートル世代は10ナノメートル未満のテクノロジーノードの総称である。現在3ナノメートル世代の半導体製造技術による製品が販売され、2ナノメートル世代の研究開発が進んでいる。オングストローム（0.1ナノメートル（100億分の1メートル）を表す長さの単位）世代の半導体製造技術は、2ナノメートル世代以降の半導体製造技術である。MTJは半導体集積回路の配線層間に形成され、一般的にそのサイズはテクノロジーノードの数倍となる。一桁ナノメートルサイズのMTJ素子は2ナノメートル世代以降の半導体集積回路において必要となる。

注4. 磁気トンネル接合（MTJ）素子
磁性体 / 絶縁体 / 磁性体の三層構造からなる構造。２つの磁性体の磁化が平行な場合に抵抗が低く、磁化が反平行な場合に抵抗が高くなる（これはトンネル磁気抵抗効果と呼ぶ）。一方の磁性体の磁化が固定され、他方の磁性体の磁化がそれに対して平行、反平行の２状態を取るように設計することでデジタル情報を記憶するメモリ素子として機能する。メモリ素子では、抵抗値を測定することでビット情報を読み出すことができ、また磁化の向きを反転することで情報を書き込むことができる。

详细（プレスリリース本文）

问い合わせ先

（研究に関すること）
东北大学电気通信研究所
教授　深見 俊輔
TEL: 022-217-5555
E-mail: s-fukami*tohoku.ac.jp（*を@に置き換えてください） （兼）東北大学先端スピントロニクス研究開発センター (CSIS)
（兼）東北大学国際集積エレクトロニクス研究開発センター (CIES)
（兼）東北大学材料科学高等研究所 (WPI-AIMR)
（兼）稲盛科学研究機構 (InaRIS)

（报道に関すること）
东北大学电気通信研究所 総務係
TEL: 022-217-5420
E-mail: riec-somu*grp.tohoku.ac.jp（*を@に置き換えてください）