通过引人注目的节能技术解决全球变暖问题！？

2008/10/01

AIST来了，用通俗易懂的方式介绍最新的研究成果和产业技术、科学技术！最新型客机

#能源/环境约束响应

增加设备容量并节省能源的新技术

为现代生活必不可少的 IT 设备（例如计算机和移动电话）提供动力的电子技术。我们所熟悉的“Electronics”（电子工程）在其中发挥了很大的作用，但目前引起关注的是一种名为“自旋电子学”的电子技术。
首先，电子具有两种特性：电荷和磁性，对它们的研究已发展为两个领域：处理电荷的“电子工程”和处理磁性的“磁工程”。与利用电荷特性的电子学不同，自旋电子学利用电荷和磁性这两种特性，使其成为“未来电子学”。其特点之一是应用范围广泛，因为它不仅有助于增加HDD（硬盘驱动器）的容量和省电，而且还有助于非易失性（无需打开电源即可保留数据）存储器。利用这些成果的HDD磁头（写入/读取数据所需的设备）已经投入实用，其全球市场份额高达100%！它安装在当前生产的所有硬盘中。

“深度发现”导致未来设备的实现

自旋电子学的历史可以追溯到 1857 年，当时开尔文勋爵（英国）发现了磁阻效应（一种电阻因外部磁场而变化的现象）。然而，MR比（代表磁阻效应大小的值）太低，这一发现无法投入实际应用，并且在130年里一直没有被使用。 1988年，这种趋势发生了变化。 Fehr（法国）和Grünberg（德国）发现了“GMR（巨磁阻）效应”。各国已开发出利用这一现象的装置，并于 1997 年以“GMR 磁头”的形式实现了商业化。 1995年，宫崎辉信教授（东北大学）和穆德拉博士（麻省理工学院）分别发现了“TMR（隧道磁）效应”。通过在“MTJ（磁隧道结）元件”的绝缘体层中使用非晶氧化铝（一种不具有晶体结构的材料状态）获得的TMR效应，其MR比为GMR效应的5%至15%。相比之下，TMR效应要高得多，为20-70%，这一发现于2004年作为超高记录密度“TMR磁头”投入实际应用，也导致了世界上第一个非易失性存储器（MRAM）的实现。

全球占有率100%的HDD磁头诞生

自旋电子学已经以这种方式稳步发展，但由于AIST纳米自旋电子学研究中心主任Shinji Yuasa的研究，它将再次飞跃。 2003年，我们通过使用氧化镁晶体的方法，实现了当时世界最高的性能，MR比为180%。然而，这只是基础研究的成功，我们每天只能在小型特殊基板上制造大约一块。工业应用有一个主要障碍：大规模生产技术的发展。
于是，2004年，汤浅先生开始与HDD磁头零部件制造设备制造商ANELVA（现佳能ANELVA）共同开发。在这个开发过程中，许多好运同时发生，我们成功开发了被认为是“非常规”的“MgO-MTJ（使用氧化镁晶体）元件”的量产技术。2007年，它作为HDD磁头投入实际使用，其记录密度是以前型号的两倍以上。这就是目前全球市场占有率100%的“MgO-MTJ磁头”。

自旋电子学带来进一步的期望

自旋电子学使得大幅提高HDD磁头的记录密度成为可能，但人们也期待开发更高性能的第二代非易失性存储器（MTT-MRAM）。以电脑为例，如果换成MTT-MRAM，即使断电也能保存数据，只需在按下按键的瞬间接通电源，无需备用电源。如果这样的“常断计算机”投入实际使用，我们预计可以节省80%左右的电量。
2006年，AIST、东芝等发起了“NEDO自旋电子非易失性功能技术项目”，旨在实现MTT-MRAM的商业化。我们开发了结合了这两种技术的“垂直磁化MTJ元件”。该技术采用了一种名为“自旋扭矩磁化反转”的新型写入技术来提高写入存储器的效率，从而增加MRAM的容量。 MTT-MRAM的样品出货于2014年开始，可以说，千兆位（Gbit，G为10的9次方）级大容量非易失性存储器的实用化已经不远了。