已开发的具有多层铁磁结构的MTJ的透射电子显微镜图像和薄膜叠层。界面各向异性通过增加CoFeB/ MgO层的数量而增强。信用:布素林·金奈和俊介·富康东北大学的一个研究小组已经表明，在亚五纳米超小磁隧道结中，通过控制快速磁化动力学的工程弛豫时间可以实现快速切换到3.5纳秒。既定技术允许用自旋电子非易失性文件存储器(STT-MRAM)替换静态随机存取存储器和高速动态随机存取存储器，即使在未来的埃姆工艺节点上也是如此。为了大幅降低半导体集成电路(ICs)的功耗，STT-MRAM公司已经进行了密集开发。MTJs是STT-MRAM的核心构建模块，它决定了数据写入/保留所需的性能，具体取决于应用。
这方面的一个例子是长数据保持能力(超过10年)，对于闪存替换和快速数据写入能力(超过10纳秒)对于静态随机存取存储器替换非常重要。此外，MTJ缩放总是必要的，对于一般的半导体器件也是如此。
2018年，研究小组通过超小(亚十纳米)尺度的形状各向异性mtj实现了闪存替换所需的长数据保持性能。然而，超过10 ns的数据写入仍然是形状各向异性mtj中的一个挑战。
为了解决这个问题，研究小组开发了一种新的多层铁磁结构，它可以设计特征弛豫时间，控制ns区的磁化动力学。具有多层铁磁结构的磁隧道结被成功地制造到直径为2.0纳米或20埃(世界上最小的尺寸)，并且在亚5纳米磁隧道结中实现了超过10纳秒的快速开关。
该研究的主要作者Butsurin Jinnai说:“由于新开发的mtj和以前开发的形状各向异性mtj在性能上是互补的，使用它们可以满足从汽车工业和航天到埃斯特时代的Io T和AI等各种应用的不同要求和需求。
首席研究员俊介·富康米解释说，“我们的工作有望通过加快在未来先进节点实施基于STT-MRA M的半导体集成电路，为数字化转型和碳中和社会做出贡献。”
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