Réalisation de la plus faible puissance d’écriture au monde pour une cellule SOT-MRAM à haute vitesse

Au Japon, des chercheurs du Centre pour les systèmes électroniques intégrés innovants(CIES) de l’université de Tohoku ont obtenu la plus faible puissance d’écriture au monde pour un type spécifique de dispositif de stockage de mémoire. Non seulement ce dispositif présente une efficacité énergétique record, mais il est également incroyablement rapide. Cette découverte pourrait conduire à des avancées révolutionnaires dans la technologie des dispositifs de stockage de mémoire, contribuant ainsi à un avenir plus vert et plus efficace.

Les progrès technologiques s’accompagnent d’une demande croissante de circuits intégrés (CI) performants. Les circuits intégrés actuellement utilisés ont une grande marge d’amélioration, car les mémoires statiques à accès aléatoire (SRAM) et les mémoires dynamiques à accès aléatoire (DRAM) consomment de l’énergie même en mode veille. Les mémoires magnétorésistives à accès aléatoire (MRAM), qui tirent parti des propriétés magnétiques pour maintenir des performances élevées sans consommer trop d’énergie, constituent une solution potentielle qui suscite un immense intérêt à l’échelle mondiale. En particulier, la mémoire à accès aléatoire magnétorésistive à couple spin-orbite (SOT-MRAM) a le potentiel de remplacer complètement la SRAM.

Toutefois, la SOT-MRAM a besoin d’être peaufinée avant que nous puissions officiellement passer à l’action, notamment pour améliorer son efficacité énergétique à des vitesses d’écriture élevées, et parce qu’elle a besoin d’une influence magnétique externe. Pour y remédier, en 2019, une équipe de recherche de l’université de Tohoku dirigée par les professeurs Tetsuo Endoh (directeur du CIES) et Hideo Ohno (ancien président de l’université de Tohoku) a démontré une technologie SOT-MRAM inclinée avec une vitesse d’écriture de 0,35 ns sans champ magnétique externe d’assistance.

« Notre étude précédente a résolu le problème de la nécessité d’un champ magnétique externe d’assistance », indique M. Endoh. Pour faire progresser cette technologie et suivre le rythme rapide de notre société basée sur l’IA et l’internet des objets, l’étude actuelle a été menée pour résoudre le problème de la puissance d’écriture, c’est-à-dire la quantité d’énergie nécessaire pour « écrire » des données sur le dispositif.

L’équipe de recherche a réussi à faire progresser la technologie de conception de la structure et des propriétés magnétiques des dispositifs SOT inclinés. Plus précisément, elle s’est concentrée sur l’angle d’inclinaison du dispositif SOT incliné et sur l’anisotropie magnétique de la couche libre, en utilisant la simulation micro-magnétique pour réduire la puissance d’écriture.

Ils ont ainsi obtenu la puissance d’écriture la plus faible au monde, soit 156 fJ, dans des dispositifs SOT inclinés à 75° fabriqués à l’aide du processus de fabrication de plaquettes de 300 mm. Ils ont démontré que ces cellules SOT-MRAM réduisaient la puissance d’écriture (écriture sans champ de 0,35 ns) de 35 % par rapport aux technologies actuelles des dispositifs SOT, tout en conservant la stabilité (facteur de stabilité thermique (E/kBT) de 70 et un ratio TMR élevé de 170 %).

Ces résultats peuvent servir de lignes directrices pour le développement de mémoires SOT-MRAM inclinées à faible consommation d’énergie, à grande vitesse et à écriture sans champ, afin de rendre les mémoires SOT-MRAM pratiques pour les applications commerciales. Sur la base de ces résultats, l’adoption de la SOT-MRAM contribuera à la réalisation d’une électronique à haute performance et à faible consommation d’énergie qui pourrait nous faire entrer dans une nouvelle ère de progrès technologiques.

Article : « Low write power and Field-free sub-ns write speed SOT-MRAM cell with Design Technology of Canted SOT structure and Magnetic Anisotropy for Non-volatile memory » – auteurs : T. V. A. Nguyen, H. Naganuma, H. Honjo, Y. Sato, T. Tanigawa, S. Ikeda, T. Endoh -: https://ewh.ieee.org/soc/eds/imw/

Source : U. Tohoku