Los investigadores de la Universidad de Tohoku (Japón) han desarrollado unas directrices para una unión de túnel magnético (MTJ) de un solo nanómetro, para generar una memoria espintrónica no volátil de alto rendimiento, compatible con tecnologías de semiconductores de última generación. De esta forma, se permite adaptar el rendimiento para satisfacer los requisitos de diversas aplicaciones, que van desde inteligencia artificial (AI)/IoT hasta automóviles y tecnologías espaciales.
La característica clave de la memoria no volátil es su capacidad para retener datos en ausencia de una fuente de energía externa. Los requisitos de rendimiento para la memoria no volátil varían según las aplicaciones específicas. Por ejemplo, las aplicaciones de IA/IoT exigen un rendimiento de alta velocidad, mientras que las tecnologías automotrices y espaciales priorizan capacidades de alta retención.
La memoria de acceso aleatorio magnetorresistiva de par de transferencia de espín (STT-MRAM), un tipo de tecnología de memoria no volátil, almacena los datos utilizando el momento angular intrínseco de los electrones, conocido como espín, y posee el potencial de abordar algunas de las limitaciones asociadas con las limitaciones existentes.
Unión de túnel magnético (MTJ)
El componente básico de STT-MRAM es la unión de túnel magnético (MTJ): dos capas ferromagnéticas separadas por una delgada barrera aislante. Los científicos llevan mucho tiempo intentando afrontar el desafío de hacer que los MTJ sean más pequeños y al mismo tiempo cumplir con los requisitos de rendimiento, pero persisten muchos problemas.
STT-MRAM, que emplea MTJ con dimensiones en el rango de varias decenas de nanómetros, se ha desarrollado con éxito para semiconductores de automoción que utilizan nodos de tecnología 1X nm. Sin embargo, de cara a los nodos futuros, es necesario reducir los MTJ a nanómetros de un solo dígito, o X nm, y al mismo tiempo garantizar la capacidad de adaptar el rendimiento según aplicaciones específicas.
Para ello, el grupo de investigación diseñó un medio para diseñar MTJ de un solo nanómetro con una estructura de pila de CoFeB/MgO, un sistema de materiales estándar de facto. Variar el espesor de la capa individual de CoFeB y el número de pilas [CoFeB/MgO] les permitió controlar la forma y las anisotropías interfaciales de forma independiente, algo crucial para lograr capacidades de alta retención y velocidad, respectivamente.
Como resultado, el rendimiento de MTJ se puede adaptar para aplicaciones que van desde críticas para la retención hasta críticas para la velocidad. En el tamaño de nanómetros individuales, los MTJ mejorados con anisotropía de forma demostraron una alta retención (>10 años) a 150°C, mientras que los MTJ mejorados con anisotropía interfacial lograron una conmutación de velocidad rápida (10 ns o menos) por debajo de 1 V.