Spin-transfer torque

📅 آخر تحديث: ٣١ يوليو ٢٠٢٦
✍️ نُشر في: ٣١ يوليو ٢٠٢٦
📷 يحتوي على 2 صور
الموسوعة الحرة

A simple model of spin-transfer torque for two anti-aligned layers. Current flowing out of the fixed layer is spin-polarized. When it reaches the free layer the majority spins relax into lower-energy states of opposite spin, applying a torque to the free layer in the process.
A schematic diagram of a spin valve/magnetic tunnel junction. In a spin valve the spacer layer (purple) is metallic; in a magnetic tunnel junction it is insulating.

Spin-transfer torque (STT) is an effect in which the orientation of a magnetic layer in a magnetic tunnel junction or spin valve can be modified using a spin-polarized current.

Charge carriers (such as electrons) have a property known as spin which is a small quantity of angular momentum intrinsic to the carrier. An electric current is generally unpolarized (consisting of 50% spin-up and 50% spin-down electrons); a spin polarized current is one with more electrons of either spin. By passing a current through a thick magnetic layer (usually called the “fixed layer”), one can produce a spin-polarized current. If this spin-polarized current is directed into a second, thinner magnetic layer (the “free layer”), the angular momentum can be transferred to this layer, changing its orientation. This can be used to excite oscillations or even flip the orientation of the magnet. The effects are usually seen only in nanometer scale devices.

Spin-transfer torque memory

Spin-transfer torque can be used to flip the active elements in magnetic random-access memory. Spin-transfer torque magnetic random-access memory (STT-RAM or STT-MRAM) is a non-volatile memory with near-zero leakage power consumption which is a major advantage over charge-based memories such as SRAM and DRAM. STT-RAM also has the advantages of lower power consumption and better scalability than conventional magnetoresistive random-access memory (MRAM) which uses magnetic fields to flip the active elements.[1] Spin-transfer torque technology has the potential to make possible MRAM devices combining low current requirements and reduced cost; however, the amount of current needed to reorient the magnetization is presently too high for most commercial applications, and the reduction of this current density alone is the basis for present academic research in spin electronics.[2]

Industrial development

نشر مركز أبحاث سوني أول طلب براءة اختراع ياباني لتقنية SPINOR (ذاكرة الوصول العشوائي غير المتطايرة ذات القراءة/الكتابة المتعامدة والمستقطبة بالدوران)، وهي تقنية رائدة لتقنية STT RAM، في عام 1997. [ 3 ] وفي وقت لاحق، في مؤتمر IEDM 2005، أعلن باحثو سوني عن أول ذاكرة STT عاملة بسعة 4 كيلوبت، أطلقوا عليها اسم Spin-RAM، مع استبدال طبقة الفاصل البارامغناطيسي لذاكرة SPINOR بمادة عازلة من أكسيد المغنيسيوم. [ 4 ]

أقامت شركتا هاينكس سيميكوندكتور وجرانديس شراكة في أبريل 2008 لاستكشاف التطوير التجاري لتقنية STT-RAM. [ 5 ] [ 6 ]

عرضت شركة هيتاشي وجامعة توهوكو ذاكرة STT-RAM بسعة 32 ميجابت في يونيو 2009. [ 7 ]

في عام 2010، قدمت شركة سيجيت أول ذاكرة وصول عشوائي من نوع STT-RAM بسعة 16 كيلوبت تم تصنيعها في الولايات المتحدة باستخدام تقنيات تصنيع أشباه الموصلات المتوفرة تجارياً. [ 8 ] [ 9 ]

في الأول من أغسطس عام 2011، أعلنت شركة جرانديس أنها قد استحوذت عليها شركة سامسونج للإلكترونيات مقابل مبلغ لم يُفصح عنه. [ 10 ]

في عام 2011، قدمت شركة كوالكوم ذاكرة STT-MRAM مدمجة بسعة 1 ميغابت، مصنعة بتقنية 45 نانومتر LP من شركة TSMC في ندوة VLSI Circuits . [ 11 ] 

في مايو 2011، أعلنت شركة التكنولوجيا النانوية الروسية عن استثمار بقيمة 300 مليون دولار في شركة كروكوس نانو إلكترونيكس (مشروع مشترك مع شركة كروكوس تكنولوجي ) والتي ستقوم ببناء مصنع MRAM في موسكو، روسيا.

في عام 2012، أصدرت شركة Everspin Technologies أول وحدة ذاكرة DDR3 ثنائية الخط متاحة تجاريًا ST-MRAM بسعة 64 ميجابت. [ 12 ]

في يونيو 2019، بدأت شركة Everspin Technologies  الإنتاج التجريبي لرقائق STT-MRAM بسعة 1 جيجابت بتقنية 28 نانومتر. [ 13 ]

في ديسمبر 2019، عرضت شركة إنتل تقنية STT-MRAM لذاكرة التخزين المؤقت L4 [ 14 ].

في عام 2022، اكتشف موقع TechInsights وجود ذاكرة STT-MRAM مدمجة بسعة 16 ميجابايت في وحدة التحكم الدقيقة (MCU) لجهاز تتبع اللياقة البدنية FitBit Luxe، وفي العديد من المنتجات القابلة للارتداء الأخرى المتوفرة تجارياً. [ 15 ]

وتشمل الشركات الأخرى التي تعمل على تقنية STT-RAM كلاً من Avalanche Technology و Crocus Technology [ 16 ] و Spin Transfer Technologies. [ 17 ]

انظر أيضاً

مراجع

  1. ^ بهاتي، سابريت. سبيعة، رشيد؛ هيروهاتا، أتسوفومي؛ أوهنو، هيديو؛ فوكامي، شونسوكي؛ بيراماناياغام، إس إن (2017). "ذاكرة الوصول العشوائي المستندة إلى Spintronics: مراجعة" . المواد اليوم . 20 (9): 530. دوى : 10.1016/j.mattod.2017.07.007 . اتش دي ال : 10356/146755 .
  2. ↑ رالف، دكتور في الطب؛ ستايلز، دكتور في الطب (أبريل 2008). "عزم نقل الدوران". مجلة المغناطيسية والمواد المغناطيسية . 320 (7): 1190-1216 . arXiv : 0711.4608 . Bibcode : 2008JMMM..320.1190R . doi : 10.1016/j.jmmm.2007.12.019 . ISSN 0304-8853 . S2CID 3209246 .  
  3. ↑ مايكن، إريك. "جهاز ذاكرة الوصول العشوائي غير المتطاير" . patents.google.com . مكتب براءات الاختراع الياباني . تم الاطلاع عليه بتاريخ 20 مايو 2023 .
  4. ↑ هوسومي، م (ديسمبر 2005). "ذاكرة غير متطايرة جديدة مع تبديل مغناطيسي بنقل عزم الدوران المغزلي: سبين-رام". المؤتمر الدولي لأجهزة الإلكترونيات IEEE، 2005. الملخص الفني للمؤتمر . الصفحات 459-462 . doi : 10.1109/IEDM.2005.1609379 . ISBN  0-7803-9268-X. S2CID 17635524 . 
  5. ↑ "بيان صحفي من شركة غرانديس يصف الشراكة مع شركة هاينكس" (ملف PDF) . غرانديس. 1 أبريل 2008. مؤرشف من الأصل (ملف PDF) بتاريخ 14 أبريل 2012. تم الاطلاع عليه بتاريخ 15 أغسطس 2008 .
  6. ↑ "بيان صحفي من شركة هاينكس يصف الشراكة مع شركة جرانديس" . هاينكس. 2 أبريل 2008. تم الاطلاع عليه بتاريخ 15 أغسطس 2008 .
  7. ↑ "الجلسة 8-4: ذاكرة SPRAM ثنائية الاتجاه بسعة 32 ميجابايت مع برنامج تشغيل كتابة ثنائي الاتجاه محلي وخلية مرجعية متساوية ثنائية المصفوفة '1'/'0'" . vlsisymposium.org . مؤرشفة من الأصل في 12 مارس 2012.
  8. ↑ تشين، واي (مارس 2010). "مخطط مرجعي ذاتي غير مدمر لذاكرة الوصول العشوائي لعزم نقل الدوران (STT-RAM)". مؤتمر ومعرض التصميم والأتمتة والاختبار في أوروبا (DATE)، 2010. الصفحات 148-153 . doi : 10.1109/DATE.2010.5457219 . ISBN  978-3-9810801-6-2.
  9. ↑ تشين، واي. "مخطط مرجعي ذاتي غير مدمر لذاكرة الوصول العشوائي لعزم نقل الدوران (STT-RAM)". ندوة ACM/IEEE الدولية حول الإلكترونيات والتصميم منخفض الطاقة (ISLPED)، 2010. الصفحات 1-6 . doi : 10.1145/1840845.184084 . 
  10. ↑
  11. ↑ كيم، جيه بي؛ شركة كوالكوم، سان دييغو، كاليفورنيا، الولايات المتحدة الأمريكية؛ تاي هيون كيم؛ وويانغ هاو؛ راو، إتش إم؛ كانغ هو لي؛ شياوتشون تشو؛ شيا لي؛ واه هسو؛ كانغ، إس إتش؛ مات، إن؛ يو، إن. (15-17 يونيو 2011). ذاكرة STT-MRAM مدمجة بسعة 1 ميغابت بتقنية 45 نانومتر مع تقنيات تصميم لتقليل تشويش القراءة . ندوة 2011 حول دوائر VLSI (VLSIC). معهد مهندسي الكهرباء والإلكترونيات . ISBN 978-1-61284-175-5ISSN 2158-5601 . مؤرشف من الأصل في 1 يوليو 2017. تم الاطلاع عليه في 30 نوفمبر 2019 . {{cite conference}}: صيانة CS1: أسماء متعددة: قائمة المؤلفين ( رابط )
  12. ↑ "شركة إيفرسبين تُطلق أول ذاكرة ST-MRAM بأداء يفوق ذاكرة الفلاش بـ 500 ضعف" . مجلة كمبيوتر وورلد . 12 نوفمبر 2012. تاريخ الاطلاع: 25 سبتمبر 2014 .
  13. ↑ "شركة إيفرسبين تدخل مرحلة الإنتاج التجريبي لأول مكون STT-MRAM في العالم بسعة 1 جيجابت بتقنية 28 نانومتر | إيفرسبين" . www.everspin.com . تاريخ الاطلاع: 25 يونيو 2019 .
  14. ↑ "إنتل تستعرض تقنية STT-MRAM لذاكرة التخزين المؤقت من المستوى الرابع" . 10 ديسمبر 2019.
  15. ↑ "تمت إزالة شريحة TSMC 22ULL ​​eMRAM من ذاكرة التخزين المؤقت Ambiq™ Apollo4" . 20 يونيو 2023.
  16. ↑ "بيان صحفي من شركة كروكوس يصف النموذج الأولي الجديد لتقنية MRAM" . crocus-technology.com . كروكوس. 1 أكتوبر 2009. مؤرشف من الأصل في 20 أبريل 2012.
  17. ↑ "مقابلة مع فينسنت تشون من شركة سبين ترانسفير تكنولوجيز" . Mram-info.com . تم الاطلاع عليه بتاريخ 7 فبراير 2014 .
  • تطبيق عزم الدوران الدوراني
  • جيه سي سلونكزوسكي: "الإثارة المدفوعة بالتيار للطبقات المغناطيسية المتعددة (1996)"، مجلة المغناطيسية والمواد المغناطيسية، المجلد 159، العددان 1-2، يونيو 1996، الصفحات L1-L7