実��化に向かい邁進する、スピントルク型メモリ
東���j学の佐藤ら（�w称�S）は電子スピンに情報を記憶させる新しいメモリ�\術を開発し、�盜颯錺轡鵐肇�D.Cで2013�Q12月開��された国際学会IEDM（International Electron Devices Meeting）において発表したと、12月10日の日本経済新聞は報じた。スピンは直�菘�に電子の�v転になぞらえることができるので、�峺�きのスピンに例えば”1”を割り��け、下向きのスピンに”0”を割り��けることが可�Δ砲覆襦�
このメモリは、スピン�R入磁化反転と�}ぶ新しいデータ書き込みモードを使ったデバイスである。下記にやや詳しく述べるが、MRAMデバイスとして����するには�|々の要�Pを満たさなくてはならない。日経の記��では、このメモリは記憶保�Tには外�霤杜�を要しないので、不ｧ発性であり電源オフ時でもデータは保�Tされる、としている。演�Q素子と�k��化できるので、��来はプロセッサにレジスタやキャッシュなどとして内�鼎任�るだろう。加えて、新メモリはDRAMと比べて30倍も高�]になると、語られた。PCに応��すれば、��動時にHDDからDRAMにメモリをローディングする��要がなく、不ｧ発性メモリそのものから��動プログラムを読み出せるため、素早く立ち�屬�る。
IEDMの歴史は古く、��1�vの開��は1955�Qだった。当時は7歳になったばかりのトランジスタなどが中心の�B��に�屬辰拭�IEDMは、半導��デバイスの開発と発�tに最も�jきく貢献した学会であるといえる。斬新なデバイスの研�|開発のテーマが発表される学会であるが、その�h読は厳しいことで定�hがある。�H数の著�vが�b文を応募し、拒絶されて落胆する。したがって、今�vの佐藤のように発表の栄誉に�Lまれたことは世�c的なトップレベルの判定を通ったということを�T味し、内容の高さはもとよりそのデバイスが�Zく陽の�`を見ることが�咾�期待される。
佐藤が発表したのはMRAMの中でも比較的新しい�\術でSpin Torque Transfer、�SしてSTTと�}ぶ動作モードに��うタイプだ。邦�lではスピン�R入磁化反転と表現されている。佐藤の�b文の詳細は、現在は筆�vにはわからない。ただ、東��は以�iから、図1のようにMagneto Tunnel Junction (MTJ)を紹介している(参考�@料1)。MTJは�喙Ю���フィルムそれぞれ、AとBの2��からなる。その2��のフィルムの間にトンネル電流を流す�`的で薄いフィルムを挟むサンドイッチ構�]をしている。MTJに�貭召謀杜�を流す時には、磁性��A―トンネル絶縁膜―磁性��Bという�差腓謀杜�の経路が��まる。そして、�jきな磁気�B�^GMR（giant magneto resistance）を出現させることが可�Δ澄�
図1 MTJの動作原理
図1ではMTJの磁性��AとBにおいて磁化の向きが互いに平行(P、�tちparallel)な時を仮に”0”とするが、MTJは低�B�^を��す。反�瓦鉾進森�(AP: anti parallel)な時を”1”とする。その時は、MTJは、GMRが発�擇傾磋B�^�X��になる。この����が新しいMRAMの原理になっている。そしてMTJでは�喙Ю���Bでのスピンの向きは変えないことに�料Tすべきだ。
�R�Tしなくてはならないのは、読出し時にスピンの向きが変わらないように低エネルギーの電流によってデータを検出することだ。”0”から”1”へデータを書くときはMTJが低�B�^なので、問��は少なく、書込み電流で磁化反転を発�擇気擦襦５佞両豺腓鰐筱�である。”1”から”0”への書込みは�B�^が�jきいためである。しかしながら問��は�ﾀKされてSTT、�tち磁化反転が惹��される書込みの条�Pは理解されたと、信じている。
よく�瑤蕕譴討い襪�GMRを発見したのは、フランス人のAlbert Fertとドイツ人のPeter Grünbergだ。二人は2007�QにこのGMRの発見を�h価されてノーベル�駘�学賞を�p賞している。量子��学で説��されるこの原理を��いて東��はスピンMOSトランジスタを開発した。スピンMOSトランジスタは、MTJを搭載しておりドレインに直�Tさせている。
MTJを使ったスピン�R入�擬阿���徴は磁化反転に��要な電流値が磁性��の��積に比例するため、微細化に好都合なことだ。微細化を進めると、書込み電流が��り低電��化を達成しやすくなり、かつ集積度も�屬�る。
�喙Ю���BはハーフメタルがSTT材料として好都合だということもわかっている。佐藤とは、別のグループに�錣垢訶跋��jの高梨はハーフメタルの例を�@料に��している（参考�@料2）。それによると、ハーフメタルは、室�aで100%のスピン分極率を�eつ。そしてキュリー�a度は室�aを越え、フェルミ�C�Z�fで数��mVのわずかなバンドギャップがある、などの��徴がある。例えばNiMnSbやCo2MnSiなどがハーフメタルであり、ホイスラー合金とも言われている。
�mい、東���jや東��の努��により、我が国はGMR効果を��いたSTT MRAMにおいては世�c的に見ても先頭集団を走っている。数�Qもすればこのデバイスが我が国において実��化されると、�jきく期待している。
参考�@料
1. 「スピンMOSトランジスタの基本�\術を開発」 (2009/12/07)
2.高梨弘��「スピントロニクス材料の現�Xと課��」 (2009/07/09)
