Vol.2 No.3 2009

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シンセシオロジー 研究論文−211−Synthesiology Vol.2 No.3 pp.211-222(Sep. 2009)1 はじめに1.1 不揮発エレクトロニクスの必要性シリコンLSIテクノロジーを中核とした現在のエレクトロニクスは、基本的に“揮発性”(電源を切ると記憶が消失してしまう性質のこと)である。これは、コンピュータや情報家電などの機器で用いられている汎用メモリのDRAM用語1や高速メモリのSRAM用語2、さらにCPU内の論理演算回路などの電子デバイスが全て揮発性であるからである(図1)。一般に電子機器は、入力の“待ち時間”が非常に長い。例えば、パソコンで文書などの作成を行っている場合、キー入力から次のキー入力までの大半の時間、パソコンは次の入力を待っているだけで何の仕事もしていない。しかし、このような“待機中”でも電子機器の電源は入っており、電力を消費している。これは、電子機器が揮発性であり、瞬時に電源を切れないことに起因している。もし仮に、コンピュータや情報家電を構成する電子デバイスを全て“不揮発性” (電源を切っても記憶が保持される性質のこと)にできれば、必要に応じて瞬時に電源のオン/オフができる“クイック・オン”や、「電源オフの状態を基本状態にして、演算をする瞬間だけ電源をオンにする」という“ノーマリー・オフ”の基本設計が実現できる(図1)。特に “ノーマリー・オフ”の概念は、電源オンを基本とした現在のエレクトロニクスとは対極にある新しい概念であり、電力をほとんど消費しない究極のグリーンITになるはずである。このような夢のノーマリー・オフ電子機器を実現するためには、 (i) コンピュータのメインメモリ(DRAMとSRAM)の不揮発化、(ii)論理演算回路の不揮発化、という不揮発エレクトロニク技術の開発が必要となる。産総研では、ノーマリー・オフを目指した研究開発の第一段階として、(i)の「大容量・高速・高信頼性を兼ね備えた不揮発性メモリ」湯浅 新治*、久保田 均、福島 章雄、薬師寺 啓、長浜 太郎、鈴木 義茂、安藤 功兒不揮発エレクトロニクスによる究極のグリーンIT機器の実現を目指して、スピントロニクスの本格研究を行った。不揮発エレクトロニクスの中核となる大容量・高速・高信頼性の不揮発性メモリを実現するために、酸化マグネシウム(MgO)を用いた高性能の磁気抵抗素子とその量産技術を開発した。この技術を用いた超高密度ハードディスク(HDD)磁気ヘッドはすでに製品化され、現在究極の不揮発性メモリ「スピンRAM」の研究開発が精力的に進められている。スピントロニクス技術による不揮発エレクトロニクスの創成− 究極のグリーンIT機器の実現に向けて −Shinji Yuasa*, Hitoshi Kubota, Akio Fukushima, Kay Yakushiji, Taro Nagahama and Koji AndoCreating non-volatile electronics by spintronics technology- Toward developing ultimate green IT devices -We have been promoting Full Research to develop ultimate green IT devices based on non-volatile electronics. A core technology of non-volatile electronics is a non-volatile memory possessing features such as large capacity, high-speed operation, and high endurance. To develop such an ultimate non-volatile memory, we developed a novel high-performance magnetic tunnel junction device based on magnesium oxide (MgO) and the underlying mass-manufacturing technology. This technology has already been commercialized for the production of the magnetic heads of ultra-high density hard disk drives (HDD). Now we are also performing intensive R&D activities for developing the ultimate non-volatile memory called Spin-RAM.キーワード:スピントロニクス、磁気抵抗効果、ハードディスク(HDD)、MRAM、スピンRAM、不揮発エレクトロニクス、グリーンITKeywords:Spintronics, magnetoresistance, hard disk drive (HDD), MRAM, Spin-RAM, non-volatile electronics, green IT産業技術総合研究所 エレクトロニクス研究部門 〒305-8568 つくば市梅園1-1-1 中央第2Nanoelectronics Research Institute, AIST Tsukuba Central 2, 1-1-1 Umezono, Tsukuba 305-8568, Japan *E-mail: Original manuscript received May 11, 2009, Revisions received June 30, 2009, Accepted July 1, 2009

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