东北大学创新集成电子中心的 Tetsuo Endoh 教授小组宣布了一种新的磁隧道结 (MTJ) 四接口技术，可提供更好的耐用性和可靠的数据保留 - 超过 10 年 - 超越 1X nm 一代。

这种新颖的 Quad 技术满足最先进的 X nm 互补金属氧化物半导体 (CMOS) 节点的设计要求，并将为物联网 (IoT) 边缘设备的超低功耗铺平道路在移动通信、汽车行业、消费电子和工业/基础设施设备中。

研究结果将于 6 月在题为“2021 VLSI 技术与电路研讨会”的半导体超大规模集成电路国际会议上公布。会议于6月13日至19日举行。

通过使用基于下一代移动通信系统的物联网、人工智能和网络来发展智能社会，需要边缘设备更加节能。更高的能效也有助于实现碳中和的目标。

许多逻辑电路嵌入自旋转移矩磁阻随机存取存储器 (STT-MRAM) 作为一种低功耗技术。但是，要满足 X nm CMOS 的设计规则，需要使用后端 (BEOL) 工艺形成 MTJ 直径，并且必须以 1X nm 世代制造。

图 2：(a) 显示了本研究中开发的新型高级四界面 MTJ 和传统双界面 MTJ 的圆形直径的热稳定性。(b) 展示了先进的 18 nm Quad-MTJ 和 Double-MTJ 的写入周期数（耐久性）。由于新Quad技术的高写入效率，先进的18nm Quad-MTJ的耐久性至少超过6×1011。(c) 表示用于记录层 1 和 2 的新型铁磁材料的阻尼常数。磁阻尼常数按单、双和四的顺序减小，实现低功耗和高耐久性。图片来源：IEEE 和东北大学

开发的 Quad-interface MTJ (Quad MTJ) - 同类中的首创 - 具有三种新技术：(i) 低 RA 技术，(ii) 记录层中的低阻尼材料，以及 (iii) 稳定的参考层.

这使其具有 (1) 超过 10 年的更好保留特性，(2) 耐久性至少超过 6 X 10 11，(3) 10 纳秒的高速写入操作，(4) 低功耗操作20%，以及 (5) 低写入错误率和 18 nm 的圆形直径。此外，Quad-MTJ 在 10 ns 高速运行时具有高保持力和高耐久性特性。这是世界上第一次在 1X nm 世代实现严苛条件 1-5。

18nm Quad-MTJ 拥有比静态随机存取存储器 (SRAM) 更小的大容量 STT-MRAM 技术。因此，有望在 CMOS 逻辑中取代 SRAM 用于 X nm 代。这意味着STT-MRAM的应用可以扩展到前沿逻辑，在应用处理器中实现超功耗、出色的可扩展性和高可靠性。