向右滑动:上一篇 向左滑动:下一篇 我知道了
广告

清华大学研究团队创新磁性翻转机制突破MRAM技术瓶颈

时间:2019-03-20 作者:Susan Hong,EETTaiwan/EDN Taiwan 阅读:
清华大学研究团队利用电子自旋流操控铁磁-反铁磁的磁性翻转机制,可望成为新一代MRAM的核心架构,打造出读写速度更快、更省电、断电时信息也不流失的「不失忆内存」…

次世代非挥发性内存——磁阻随机存取内存(MRAM)由于兼具快速读取/写入、高密度与低成本等优势,一直是各大内存厂商竞相投入的重点技术。特别是随着以自旋转移扭矩(spin-transfer torque;STT)为架构的MRAM预计在今年量产,另一种更高效转移磁矩方向的自旋轨道扭矩(spin-orbit torque;SOT)架构正被看好成为制造下一代MRAM的替代方案。jweednc

然而,当内存单元不断微缩至更小尺寸,可能会在其三端式磁穿隧接面(MTJ)结构形成挑战,甚至影响热稳定度。jweednc

005ednc20190320jweednc

STT-MRAM (左) vs. SOT-MRAM (右)(来源:清华大学)jweednc

由清华大学材料系与物理系跨领域合作的研究团队,成功利用电子自旋流操控铁磁-反铁磁奈米膜层的磁性翻转,证实了电流脉冲引发的垂直交换偏置(exchange bias)能够克服热稳定性的挑战,可望成为新一代MRAM的核心架构,打造出读写速度更快、更省电、断电时信息也不流失的「不失忆内存」。jweednc

这项被誉为「梦幻内存」的研发成果已刊登于最新一期(108年2月19日)《自然材料》(Nature Materials)期刊的「透过自旋轨道扭矩(SOT)操控交换偏压」(Manipulating exchange bias by spin-orbit torque)一文中。jweednc

根据研究人员解释,磁性内存的结构就像三明治,其上是自由翻转的铁磁层,可快速处理数据;底层是像被夹子固定住的磁铁,负责储存数据;中间则以氧化层隔开。当电子向上或向下自旋时,分别储存为0与1。jweednc

然而,这些小磁铁在室温下因热能的关系并不稳定,必须「黏」上一层反铁磁层,才能锁定磁铁的磁矩方向,即「交换偏压」。但交换偏压的操控性有限,必须将组件升温,然后于外加磁场下降温,才能改变铁磁层磁矩的钉锁方向。而无论是外加磁场或是升降温度,都与现有电子组件的操作格格不入,其突破点之一就在于善用电荷流动时产生的自旋流。jweednc

清华大学材料系教授赖志煌与物理系教授林秀豪即提出了使用自旋电子流,来操控交换偏压,突破以往只能用磁场退火来改变的限制。经过多次实验尝试后,研究人员们找到了灵活控制磁铁夹子的方法,即在磁铁结构上再加一层薄仅几奈米的白金,利用它的自旋轨道耦合作用产生自旋流,就能快速又准确地翻转被固定住的小磁铁。jweednc

006ednc20190320jweednc

铁磁层(FM)磁化和交换偏置的SOT切换机制(来源:nature.com)jweednc

赖志煌说:「就像在保龄球道上,只要加点磨擦力,就可以轻易改变旋转球的前进方向,进而推倒球瓶。」jweednc

但这看似简单却有效的办法,过去为何没有科学家想到?根据这项研究的第一作者——清华大学博士生林柏宏解释,这还让他们在投稿国际期刊时被评审委员怀疑是否为实验受到热源影响的「误会」,后来经证实的确是自旋电子自然产生的高温所致,才得到学界顶尖期刊认可。jweednc

随着STT-MRAM将在今年量产,赖志煌表示,清华大学团队以电子自旋流操控铁磁-反铁磁奈米膜层的磁性翻转机制,可望成为下一代MRAM——SOT-MRAM的核心技术,并预计最快将在3年后量产。jweednc

(原文发表于ASPENCORE旗下EDN姐妹媒体EETTaiwan,参考链接:创新磁性翻转机制突破技术瓶颈jweednc

本文为EDN电子技术设计 原创文章,禁止转载。请尊重知识产权,违者本司保留追究责任的权利。
  • 微信扫一扫
    一键转发
  • 最前沿的电子设计资讯
    请关注“电子技术设计微信公众号”
您可能感兴趣的文章
  • NOR Flash研发有晶圆厂配合是客户看重的优势 因为我们是国产品牌里面唯一一家有晶圆厂的自主品牌,所以我们在整个货源和客户的产品竞争力上有相当强的优势。国内这一块目前的IDM很多,但是他们主要都是一些设计公司,所以我们的优势就在于我们有我们自己的晶圆厂。
  • Arm和RISC-V当道,自主研发KungFu新架构32位MCU意义何在 在Elexcon电子展上,EDN记者受邀采访了四家公司,其中有三家都是我国本土企业,分别涉及MCU与NOR Flash研发与制造等领域。在我国大力发展半导体产业的背景下,这些本土厂商都取得了怎样的创新与成就?
  • 使用有安全保障的闪存存储构建安全的汽车系统 在现代汽车嵌入式系统中,高度安全的数据存储是必不可少的,尤其是在面对日益高明的网络攻击时。本文将介绍设计师正确使用闪存的步骤。
  • 软件代理接口实现灵活的内存配置 软件代理内存接口(SPMI) DRAM芯片包含控制逻辑但没有自动更新与延迟锁定回路(DLL)的硬件架构,有助于降低单一芯片的成本。此外,SPMI的软件程序还可以使用低频率定时器和温度传感器来执行自动更新...
  • GE Healthcare CARESCAPE VC150生命体征监护仪 GE Healthcare CARESCAPE VC150生命体征监护仪,由电池供电,可无损确定收缩压、舒张压、平均动脉压(MAP)、脉搏率、呼吸率(仅Nellcor和Masimo技术提供)、血氧饱和度和温度。这一系列功能是通过由几块专用PCB板组成的设计实现的。
  • 如何选择最优的NVMe-over-Fabrics方案 NVMe™作为一种SCSI的替代型协议,其目的在于实现低延迟运行。目前市场上主要的服务器和存储供应商都采用了该协议,用来替代固态硬盘 (SSD)访问过程中的SCSI协议。采用NVMe协议后,基于NVMe的SSD可以消除传统存储实施过程中固有的瓶颈。由此,对于企业数据中心内的各类应用程序的访问操作,相应的访问速度都将大大提升。本文就带您解析下将NVMe 用在 SSD中,以及大规模组网部署时会遇到哪些关键问题。
相关推荐
    广告
    近期热点
    广告
    广告
    广告
    可能感兴趣的话题
    广告