Новое поколение MRAM: как японские ученые изобрели технологию энергоэффективной памяти

08.01.2025 20:18:00 | iXBT.com

Исследователи из Университета Осаки представили инновационную технологию для устройств магниторезистивной памяти (MRAM), позволяющую существенно снизить энергопотребление при записи данных. Новый подход основан на использовании электрического поля вместо традиционного метода на основе электрического тока.

В последние годы появилось множество новых типов памяти для вычислительных устройств, призванных преодолеть ограничения традиционной оперативной памяти (RAM). MRAM выделяется среди них благодаря таким преимуществам, как энергонезависимость, высокая скорость работы, увеличенная ёмкость хранения и повышенная износостойкость.

В отличие от традиционной динамической памяти (DRAM), где для хранения данных используются транзисторы и конденсаторы, требующие постоянного энергопитания, MRAM использует магнитные состояния для записи и хранения информации, что обеспечивает энергонезависимость. Однако существующие устройства MRAM требуют значительного электрического тока для переключения векторов намагниченности в магнитных туннельных переходах, что приводит к нежелательному нагреву и высокому энергопотреблению.

Иллюстрация показывает, как три слоя соединяются вместе. На левом изображении используется слой железа, а на правом — слой ванадия. Слой ванадия помогает ферромагнитному слою выровняться в правильном направлении. Источник: T. Usami

Для решения этой проблемы исследователи разработали новый компонент для управления устройствами MRAM с помощью электрического поля. Ключевой технологией стала мультиферроидная гетероструктура, векторы намагниченности которой можно переключать электрическим полем. Эффективность этой структуры характеризуется обратным магнитоэлектрическим (CME) коэффициентом связи, причём большие значения указывают на более сильный магнитный отклик.

Ранее исследователи сообщали о создании мультиферроидной гетероструктуры с большим коэффициентом CME более 10–5 с/м. Однако структурные колебания в частях ферромагнитного слоя (Co2FeSi) затрудняли достижение желаемой магнитной анизотропии. Для улучшения стабильности конфигурации учёные разработали технологию внедрения ультратонкого слоя ванадия между ферромагнитным и пьезоэлектрическим слоями, что позволило достичь чёткой границы раздела и надёжного управления магнитной анизотропией.

«Благодаря точному контролю мультиферроидных гетероструктур удалось удовлетворить два ключевых требования для реализации практических магнитоэлектрических (ME) MRAM-устройств: энергонезависимое двоичное состояние при нулевом электрическом поле и гигантский CME-эффект», — отмечает ведущий автор исследования Кохэй Хамая.

Это исследование в области спинтронных устройств может найти применение в практических устройствах MRAM, позволяя производителям разрабатывать ME-MRAM — технологию записи с низким энергопотреблением для широкого спектра приложений, требующих надёжной и безопасной памяти.

Подробнее