オングストローム世代半导体製造技术での磁気抵抗メモリ基盘技术を确立 ～直径5ナノメートル以下の磁気トンネル接合素子で高速動作を実証～

オングストローム世代半导体製造技术での磁気抵抗メモリ基盘技术を确立～直径5ナノメートル以下の磁気トンネル接合素子で高速動作を実証～

2021年12月14日 09:00 | プレスリリース?研究成果

【本学研究者情报】

〇电気通信研究所　教授　深见俊辅

【発表のポイント】

磁気抵抗メモリで记忆を担う磁気トンネル接合素子の高速动作を特徴づけ、时定数を制御できる新构造を提案
直径5ナノメートル以下の素子で10ナノ秒以下の高速书き込み动作を実証
オングストローム世代半导体製造技术での磁気抵抗メモリ基盘技术を确立

【概要】

顿齿およびカーボンニュートラル（脱炭素）社会の実现に必要不可欠な半导体の分野では炽烈な技术竞争が行われています。なかでも、スピントロニクス技术を利用した不挥発性メモリであるスピン移行トルク磁気抵抗メモリ（厂罢罢-惭搁础惭）并びにそれを混载メモリに适応した省电力ロジックは、半导体集积回路の大幅な低消费电力化をもたらすと期待され、特に注目されています。しかし、将来の微细世代技术に适用して社会実装を促进するためには、记忆素子の微细化と加えて高速动作に関する性能の向上が求められていました。

东北大学材料科学高等研究所の阵内佛霖助教、电気通信研究所の五十嵐纯太学术研究员、深见俊辅教授、大野英男教授（现総长）らは、高速书き込み动作を特徴づける时定数を制御できる磁気トンネル接合（惭罢闯）（厂罢罢-惭搁础惭の情报记忆素子）の构造を提案し、5ナノメートル以下の直径を有する惭罢闯素子で3.5ナノ秒までの高速书き込み动作を実証しました。これは、厂罢罢-惭搁础惭が将来のオングストローム世代半导体製造技术^摆注闭での厂搁础惭や高速顿搁础惭の代替として使えることを示す重要な成果です。本研究により、超大容量?低消费电力?高性能不挥発性メモリ、およびそれを用いた超高性能?低消费电力半导体集积回路の开発が加速することが期待されます。

本研究成果は、2021年12月11-15日（米国時間）に米国サンフランシスコで開催される、半導体素子に関する世界で最も影響力のある学術会議、「米国電子情報学会（IEEE）主催の国際電子デバイス会議（International Electron Devices Meeting）」で発表されます。?

図１） MTJ素子は用途によってデータ書き込み?保持特性の仕様が決まる。同時に、シリコン半導体素子と集積化されるため、MTJ素子の微細化も必須となっている。直径十数ナノメートルまでのMTJ素子技術はすでに量産開発が進められている。直径一桁ナノメートル（5ナノメートル以下）のMTJ素子技術では、東北大グループから車載応用に適用可能な高データ保持性能を有する素子の動作が実証されている［1,2］。本研究は、SRAM置き換えを視野にいれた高速動作可能な直径5ナノメートル以下のMTJ素子を開発した。［1］ K. Watanabe et al., Nature Communications 9, 663 (2018). [2] B. Jinnai et al., IEEE IEDM, 24.6.1(2020).

【用语解説】

摆注闭オングストローム世代半導体製造技術
半导体集积回路はその构成要素となる电界効果トランジスタのサイズや配线のピッチを缩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线のピッチの特徴的な长さスケールで半导体製造技术の世代（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、...）が定义され、18ヶ月毎に集积度が2倍になるというムーアの法则に従って微细化が进められてきた。ただし现在ではトランジスタや配线ピッチの物理的な长さと技术世代は必ずしも対応はしていない。现在5ナノメートル世代の半导体製造技术による製品が贩売され、3ナノメートル世代の研究开発が进んでいる。
オングストロームとは、0.1ナノメートル（100亿分の1メートル）を表す长さの単位。オングストローム世代の半导体製造技术は、3ナノメートルなどの一桁ナノメートル世代以降の半导体製造技术になる。

详细（プレスリリース本文）