Het Reuze VCMA Effect voor nieuwe MRAM Toepassingen

Het doel van dit project is het mogelijk maken van de volgende generatie magnetische geheugens (MRAM), door de huidige Spin Transfer Torque (STT) stroomgestuurde MRAM te vervangen door een laagvermogen, nonvolatiele spanningsgestuurde technologie. Met spanningsgestuurde MRAM streven we naar een verlaging van het vermogenverbruik van chips, wat van belang is voor de toekomst van de naoelectronica. Energetische efficiëntie is, behalve voor de ecologische voetafdruk van electronica, ook cruciaal voor het realiseren van de visie van "ambient intelligence" en "internet of things". 
We gaan het recentelijk ontdekte Voltage-Controlled Magnetic Anisotropy (VCMA) effect [1] [2] onderzoeken om MRAM bits te schrijven. In VCMA resulteert het aanleggen van een electrisch veld aan een interface tussen een ferromagneet en een diëlectricum in een verandering van de magnetische anisotropie, die op zijn beurt de magnetisatie en de bitwaarde kan aanpassen. Het amplifiëren van het VCMA effect zal worden onderzocht in dit doctoraat. Het VCMA effect schrijft een bit door de energiebarrière te verlagen, wat de retentie van de bittoestand garandeert. Het huidige VCMA effect, dat geobserveerd wordt in CoFeB/MgO is te zwak om barrières te verwijderen die voldoende retentie zouden garandere voor nonvolatiele geheugens. Hierdoor is een veel groter VCMA effect nodig, om de deur te openen naar een nonvolatiele, laagvermogen spanningsgestuurde MRAM.   
Dit project zal focussen op het combineren van state-of-the-art materialen in VCMA multilagen en het optimaliseren van de cruciale diëlectricum-ferromagneet interface. Gespecialiseerde dunne film materialen van de hoogste qualiteit zullen op imec gecombineerd worden in de zoektocht naar de versterking van het VCMA effect.  Gespecialiseerde electrische en magnetische characterisatietechnieken zullen gebruikt worden om de oorsprong en de mogelijkheden van dit recentelijk ontdekt fenomeen te doorgronden.   

[1] T. Maruyama, Y. Shiota, T. Nozaki, K. Ohta, N. Toda, M. Mizuguchi, A. A. Tulapurkar, T. Shinjo, M. Shiraishi, S. Mizukami, Y. Ando and Y. Suzuki, Nature nanotechnology, vol. 4, p. 158, 2009. 
[2] M. Weisheit, S. Fähler, A. Marty and Y. Souche, Science, vol. 315, p. 349, 2007. 
[3] D. Chiba, M. Sawicki, Y. Nishitani, Y. Nakatani, F. Matsukura and H. Ohno, "Magnetization vector manipulation by electric fields," Nature, vol. 455, p. 515, 2008.