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東北大學開發出磁阻比為1056%的MTJ元件

2009年07月24日09:57:47 本網站 我要評論(2)字號:T | T | T
關鍵字:應用 傳感器 

    東北大學成功開發出了磁阻(MR)比為1056%的強磁性隧道接合(MTJ)元件。該元件是采用由3張強磁性膜(CoFeB)和2張絕緣膜(MgO)構成的雙隧道結結構,通過優化中間的強磁性膜的厚度實現的。采用此前元件結構的MTJ元件的磁阻比較高為604%。

圖1:此前的強磁性隧道結的基本結構(左),

此次開發的雙隧道結的強磁性隧道接合結構(右)

圖2:磁阻變化率每年的變化

圖3:此次開發的雙隧道結MTJ的磁阻變化率

施加的磁場依賴性(即磁阻曲線)

  此次開發的MTJ元件的結構為CoFeB/MgO/CoFeB/MgO/CoFeB。一般情況下,絕緣膜越厚,磁隧道元件的電阻值就越大。因此,2個絕緣層的雙隧道結結構MTJ元件的電阻為串聯排列,元件整體的電阻值過大,無法達到實用水平。而此次通過優化中間的強磁性電極的厚度,與具有相同絕緣層膜厚的基本結構CoFeB/MgO/CoFeB的MTJ元件相比,實現了更低的電阻值。即施加1.2nm的強磁性膜厚度及±0.1V左右電壓時,磁阻比為較大。東北大學此次得出的結果完全推翻了此前的理論,結果證實還存一些新物理效果。

可用于非易失性內存、磁性傳感器及晶體管

  此次開發的MTJ元件的磁場依賴性(磁阻曲線),從正極向負極掃描磁場時與從負極向正極掃描時,磁化都不會因較大的磁場差發生急劇變化。因此,消耗較低能量便可產生較大輸出變化。如果利用這一原理,電阻值的“high”和“low”便支持信息“1”和“0”,可作為非易失性磁性內存使用。另外,如果輸出電阻值隨外部磁場發生的變化,還可作為靈敏度較高的磁性傳感器使用。

  另外,此次開發的MTJ元件的中間電極與外部電極形成電浮動狀態。因此,如果在該元件的外部設置柵極電極,還可作為3端子元件使用。如果利用外部電場控制元件的電阻,還可作為晶體管工作。從以上內容來看,利用該元件本身可實現兼顧非易失性記憶元件(內存)及演算(邏輯)功能的非易失性集成電路。

  東北大學在09年7月17日的應用物理學會論文雜志“Applied Physics Express”網絡版上公開了此次的研究成果。該元件是在愛發科的協助下制作的。

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