MRAMの省電力化につながるか 強磁性体の保磁力変化を確認：強誘電体の自発分極の影響を測定

東京科学大学と住友化学は、強磁性体の自発分極による強磁性体の保磁力について、その変化を確認した。MRAM（磁気抵抗メモリ）の消費電力をさらに小さくできる可能性が高いという。

[馬本隆綱，EE Times Japan]

磁気異方性の変化を外部電圧なしで保持できる

　東京科学大学工学院の呉研特任助教と同工学院電気電子系の鬼村和志大学院生、角嶋邦之准教授および、住友化学の小林宏之研究員らによる研究チームは2025年5月、強磁性体の自発分極による強磁性体の保磁力について、その変化を確認したと発表した。MRAM（磁気抵抗メモリ）の消費電力をさらに小さくできる可能性が高いという。

各種メモリ性能とMRAMが代替可能な領域［クリックで拡大］ 出所：東京科学大学

　MRAMは、不揮発性メモリながら動作速度が速いため、次世代メモリとして注目されている。ここでは、電圧を印加し磁気異方性を変化させる「電圧制御磁気異方性（VCMA）効果」によって、強磁性体層の磁気異方性エネルギーを制御している。ただ、これまでは外部から電圧を供給する必要があったため、消費電力のさらなる低減に向けては課題となっていた。

　研究チームは今回、強誘電体である「AlScN（アルミニウムスカンジウム窒化物）」と、強磁性体である「CoFeB（コバルト鉄ホウ素合金）」を積層したデバイスを作製。強誘電体の分極方向を電圧で切り替えることによって、強磁性体の磁気特性がどのように変化するかを調べた。なお磁気特性は、磁気光学顕微鏡を用い磁気光学Kerr効果（MOKE）を測定した。

AlScNの材料特性［クリックで拡大］ 出所：東京科学大学

強誘電体を積層して強磁性体の磁気異方性制御を狙ったイメージ図［クリックで拡大］ 出所：東京科学大学

　実験では、AlScNの分極方向を変化させてCoFeBの磁気特性を測定した。この結果、正電圧を加えると保磁力が小さくなった。一方、負電圧を加えると保磁力は大きくなった。このことから、強誘電体の内部電界によって隣接した強磁性体の磁気異方性は変化することが分かった。

　しかも測定は、電圧を加えて強誘電体の分極を反転させた後に、電圧を印加していない状態で行った。このことは、電圧を保持しなくてもVCMA効果が得られることを示したものだという。さらに、今回開発した構造はトンネル絶縁膜にかかる負荷を減らすことができ、メモリの書き込み耐性の向上にもつながるとみている。

AlScN強誘電キャパシターの分極方向によるCoFeBの垂直磁気異方性変化を確認するために用いた素子の構造［クリックで拡大］ 出所：東京科学大学

正電圧印加後および、負電圧印加後に測定したMOKE［クリックで拡大］ 出所：東京科学大学