磁気メモリが「不揮発性メモリ」であるための条件：福田昭のストレージ通信（27） 次世代メモリ、STT-MRAMの基礎（5）（2/2 ページ）

磁気メモリは、記憶したデータを必ずしも安定して保持できるわけではない。今回は、10年以上にわたりデータを保持する不揮発性メモリとして、磁気メモリを機能させるための条件を解説する。

[福田昭，EE Times Japan]

熱エネルギーによるじょう乱に打ち勝つ

　ここからはデータの書き換えではなく、データの保存を考えよう。書き込んだデータを長期にわたって保持するときに、データ保持の安定性を脅かす主な要因は熱エネルギー（温度）である。

　データが安定に保たれる（磁化が反転しない）確率をPとすると、一定時間（t）後のP（t）は、マイナスtを時定数タウ（τ）で割った値を指数とする指数関数になる。すなわちタウ（τ）がtに比べて極めて大きければ、Pはほぼ1と見なせ、磁化反転はほぼ起こらない。

　時定数タウ（τ）は、定数τ0と指数関数exp（KV／（（kB）T）の積である。ここでKは磁気異方性定数、Vは磁性体粒子の体積、kBはボルツマン定数、Tは絶対温度を表す。

　すなわち、温度による熱エネルギーはkBT、磁気異方性エネルギーはKVであり、両者の比率が磁気記憶の安定性を決めている。なおKVをまとめてΔEと表記することもある。

　不揮発性メモリのデータ保存期間として標準的な保証値である10年間を想定すると、秒換算でおよそ3×10⁸秒となる。この間に許容できる不良率（データの磁化反転が発生する確率）を定めると、達成すべき磁気異方性エネルギーΔEの大きさが決まる。

10年間にわたってデータを保持するために必要な磁気異方性エネルギー 出典：CNRS

　例えば、許容できる不良率を100万分の1（10⁻⁶）とすると、ΔE（KV）は熱エネルギー（kBT）の約54倍となる。また許容可能な不良率を1兆分の1（10⁻¹²）とすると、ΔEは熱エネルギーの約68倍となる。実用的には、熱エネルギー（kBT）の60倍前後を目安としていることが多い。

（次回に続く）

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