半导体自旋电子学热潮激涨

 

　　从今年夏天开始，某电子领域的产业界及学术界突然变得忙碌起来。该领域就是将半导体技术与磁技术融合在一起的半导体自旋电子学。引发这一热潮的是东 芝。2011年7月13日，东芝宣布与大型存储器厂商韩国海力士半导体共同开发磁存储器MRAM。东芝的技术人员前往韩国，在海力士的开发基地与该公司的 人员共同推进开发。预计两公司还会合作生产MRAM。在东芝公布合作消息不久的2011年8月3日，最大的存储器厂商韩国三星电子也立即行动起来，宣布收 购拥有多项STT-MRAM相关基本专利的美国MRAM开发企业Grandis。

　　三星等大型存储器厂商同时开始行动的背景是，MRAM的开发已有技术性保证。最近，业界正在考虑以MRAM取代市场规模庞大的DRAM。MRAM的技 术关键点大致有两个。一个是从根本上改变现有MRAM工作方式的STT-MRAM的技术开发已渐入佳境。现有MRAM存在不易支持微细化的问题，而 STT-MRAM对微细化的支持相对容易。另一个关键点是，MRAM的存储元件MTJ(磁性隧道结)，已有望采用对提高硬盘的存储密度作出贡献的垂直磁化 方式。这种MTJ与现行MRAM采用的面内磁化式MTJ相比，能以较小的电流写入数据，因此更加适合微细化。

　　因研发用于STT-MRAM的垂直磁化MTJ而备受全球关注的，是日本东北大学电气通信研究所教授大野英男的研究小组。大野主导提出了具有界面磁各向异性的垂直磁化MTJ方案，论文发表后，全世界的研究机构及企业纷纷对其进行了验证。

　　提起大野的名字，想必很多读者都不会感到陌生。在美国信息服务企业汤森路透(Thomson Reuters)公司2011年9月公布的24位诺贝尔奖有力候选人名单中，大野是当选的日本人之一。其研究课题为自旋电子学领域的“稀薄磁性半导体中的 强磁特性与控制研究”。也就是使原本没有磁性的半导体具有磁性的研究。虽然该课题本身具有浓厚的基础研究色彩，但在大野花费的研发时间中，目前“基础研究 占5成，其余5成时间花费在非易失性存储器及非易失性逻辑等应用方面的技术开发上”(大野)。他表示，基础研究与应用技术开发相结合，“将为LSI的发展 带来新的模式变革”。