日本东北大学国际集成电子研发中心（简称“CIES”）的一个研究小组成功开发了用于高温环境下的1Xnm工艺高可靠性磁隧道结（MTJ），与采用以往技术开发的MTJ在125℃的工作温度下的数据保存时间相比，在 150℃工作温度下也能将数据保存时间延长至前者的100万倍。而150℃正是车载、社会基础设施等高温工作环境所需要的。
利用磁铁性质的非易失性存储器——磁性随机存取存储器（STT-MRAM）是实现低功耗电子的基础技术。利用现有技术，只能在符合普通电子设备要求的最大85℃的工作温度下获得足够的数据保存时间，因此用途仅限于普通消费类产品。为了在汽车和社会基础设施等严酷的环境下使用，就要开发在更高的工作温度下也能确保足够的数据保存时间的MTJ技术。
研究小组此次开发了一项新技术，通过优化四个界面的界面垂直磁特性，实现了可作为一个磁铁工作的新型元件。不过，拥有四个界面的i-PMA型MTJ（界面垂直磁各向异性MTJ）元件由于磁强度增强，存在写入电流增加的课题。为此，研究小组还开发了降低MTJ元件写入电流的技术。通过结合上述两项技术，使拥有四个界面的i-PMA型MTJ元件实现了与原来的双面i-PMA型MTJ元件相同的写入电流。由此在全球首次实现了在不增加写入电流的情况下，将负责稳定磁铁的i-PMA界面由原来的两个增加到四个（图1）。
图1：本次研究提出的拥有四重界面的i-PMA型四重界面MTJ元件（a）和原来的双重界面MTJ元件（b）。
研究小组利用四重界面MTJ结构，制作了直径为50～90纳米的MTJ元件，评测了热稳定性指数（决定数据保存时间的器件特性值）及写入电流（决定耗电量的器件特性值）。结果显示，随着界面由两个增至四个，第一个课题——热稳定性指数（数据保存特性）如预期一样增至约2倍（图2（a））。这是全球首次实现如此高的性能，与采用现有MTJ技术在125℃的工作温度下保存数据的时间相比，在150℃的运行环境下也能将数据保存时间延长至100万倍。另外，关于第二个课题写入电流，尽管随着界面由两个增至四个，屏障层的数量也增加了，但经过验证发现，能以与原来相同的写入电流工作（图2（b））。
图2：（a）本次研究制作的四重界面MTJ元件与原来的双重界面MTJ元件的热稳定性指数Δ（决定数据保存时间的器件特性值）比较。
（日文发布全文）
文：JST客观日本编辑部
