2018年10月17日(水)

プレスリリース

産総研、次世代不揮発性磁気メモリーの新しい記録技術を開発

2018/2/13 18:05
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発表日:2018年2月13日

次世代不揮発性磁気メモリーの新しい記録技術を開発

-配線の一部材料に磁石を用いることで高信頼・高性能化-

■ポイント

・面内電流型磁気メモリーにおいて異常ホール効果を利用した新しい記録技術を実現

・配線の一部に安価な鉄を基本とした磁石材料を用いることで高い記録効率が得られることを発見

・記録書き換えのエラー低減を可能とする技術原理により高い信頼性を期待

■概要

国立研究開発法人 産業技術総合研究所【理事長 中鉢 良治】(以下「産総研」という)スピントロニクス研究センター【研究センター長 湯浅 新治】飯浜 賢志 日本学術振興会特別研究員、久保田 均 総括研究主幹、金属スピントロニクスチーム 谷口 知大 主任研究員、薬師寺 啓 研究チーム長は、配線材料に鉄を基本とする磁石材料を用いることで、高い信頼性を実現しうる次世代不揮発性磁気メモリーの新しい記録技術を提唱し、実際に素子を作製してその原理実証を行った。

産総研などは、近年、磁石材料の異常ホール効果と呼ばれる物理特性を利用することで、不揮発性磁気メモリーの記録書き換えエラーが低減しうることを提案してきた。今回、配線材料としてコバルト鉄合金の磁石材料、記録層としてニッケル鉄合金の磁石材料を用いた新構造の面内電流型磁気メモリー素子を作製し、記録技術の原理実証を行った。その結果、安価でありふれた鉄をベースとした材料の配線によるスピン注入効率が、白金などの既存材料の配線と同等に高効率であることを見出し、さらに記録書き換えのエラー低減を可能とする高い信頼性が得られることを示した。今回開発した新構造の素子や記録技術は、高信頼性と省エネ機能を併せ持った次世代不揮発性磁気メモリーの実現に繋がると期待される。

この成果の詳細は2018年2月8日(英国時間)にNature Electronicsにオンライン掲載された。

※参考画像は添付の関連資料を参照

■開発の社会的背景

AIやIoTデバイスが活躍するこれからの社会では、IT機器の超低消費電力化がますます重要な課題となる。例えばモバイルIT機器ではCPUやメモリーの消費電力が全体の30~40%にも達し、頻繁に充電しなければならない要因となっている。この問題に対するアプローチの1つが、不揮発性メモリーの開発である。中でも磁気トンネル接合素子を用いた垂直電流型の不揮発性磁気メモリーは、不揮発性の他に、高速、大容量、高書き換え耐性などの特徴を持ち、新世代のユニバーサルメモリーとして注目を集めている。

また最近では図1(左)に示したような面内電流型の磁気メモリーの研究も活発になっている。このデバイスは記録層と呼ばれる磁石の磁化の向きで情報を記憶し、情報を書き換える時は記録層の下の非磁性材料を用いた配線に電流を流して、記録層の磁化を反転させる。記録層に直接電気を通さないため、垂直電流型より記録層の通電破壊の危険性が小さく、また、書き込みと読み出しの回路が分離されるので、メモリー機能を制御しやすい。これらの特徴により、超低消費電力が求められるIoTデバイスや、半導体メモリーを凌駕する超大容量メモリーなどへの応用が幅広く期待されている。

※図は添付の関連資料を参照

■研究の経緯

産総研では、2004年に酸化マグネシウム(MgO)トンネル障壁層を持つ高性能トンネル磁気抵抗素子を発明して以来、この素子を大容量の垂直電流型・不揮発性磁気メモリーを実現するための中核技術として位置づけ、国内外をリードするデバイス開発を行ってきた。これらと並行して、2014年からアメリカ国立標準技術研究所、フランス国立科学研究センターとともに、面内電流型磁気メモリーの研究を行ってきた。そして、下部配線の一部を磁石材料に置き換えた場合には、情報書き換えが確実になって、記録信頼性が飛躍的に向上することを理論的に提唱してきた(図1右)。しかし、この理論の実証、すなわち磁石材料の配線を持つ新構造素子の作製や記録技術の原理実証は、これまで報告されていなかった。

※以下は添付リリースを参照

リリース本文中の「関連資料」は、こちらのURLからご覧ください。

参考画像

http://release.nikkei.co.jp/attach_file/0471356_01.jpg

http://release.nikkei.co.jp/attach_file/0471356_02.jpg

添付リリース

http://release.nikkei.co.jp/attach_file/0471356_03.pdf

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