スピントロニクス市場規模は2023年に10.9億米ドルと推定され、2028年には51.5億米ドルに達すると予測され、予測期間中（2023-2028年）のCAGRは36.43%で成長すると予測される。

スピントロニクス市場は黎明期にあり、かなりの部分がまだ研究と技術革新に大きく依存している。さらに、COVID-19の初期段階では、世界中で全国的な操業停止や工場閉鎖が発生したため、市場の供給面にも影響が及んだ。しかし、データセンターやクラウド・コンピューティングのような産業が需要と採用の大幅な急増を目撃したため、このシナリオは市場の調査範囲を拡大した。

 

主要ハイライト

 

スピントロニクス技術の最新の進歩は、垂直磁気異方性を持つナノ薄膜構造に基づいている。この効果はスピン軌道トルク（SOT）と呼ばれ、磁性金属または非磁性金属を交互に積層した多層スタックを設計することで改善できる。これらのシステムは、次世代の磁気抵抗ランダムアクセスメモリー（MRAM）デバイスに利用されるスピン軌道トルク磁化スイッチングに使用される重要な要素である。
例えば、IMDEA NanocienciaのPaolo Perna博士が指導するSpinOrbitronics研究チームは、対称Pt/Co/Pt三層膜のPtとCoの間に極薄のCu中間層を挿入すると、スピン軌道トルクが界面的に増大することを観測した。このことは、Cu/PtおよびCo/Cu界面におけるスピンメモリーロスの効果が、スピン軌道トルクの増大とスピンホール磁気抵抗の減少の両方に関与していることを示している。

近年、スピントロニクスは、新しいタイプの磁気メモリであるMRAM（Magnetic Random Access Memory）の工業生産が、この分野の多くの主要企業（サムスン、インテル、TSMC、グローバルファウンドリーズ）によって開始されたことで、マイクロエレクトロニクス市場において勢いを増している。長距離における電子の変位を制御するための包括的な実験的努力がなされてきたが、電子スピンの移動後のコヒーレンスを維持することは依然として困難である。個々の電子スピンは5μmの距離でコヒーレントに変位するため、長距離の電子スピンの制御は産業界にとって挑戦的であった。スピントロニクス技術を集積した製品は、電気自動車、MRAM、産業用モーター、データストレージなどに応用されており、本レポートの対象範囲内で取り上げた他のエンドユーザーもその一つである。
ここ数年、スピントロニクス技術は、従来のストレージ・デバイスに比べ、より能動的なデータ伝送能力とストレージ容量の増加により、データ・ストレージ・デバイスにも広く導入されている。
現在、スピントロニクス・デバイス、例えば磁気トンネル接合は、低い動作温度や材料選択にお

ける厳しい制約といった限界に悩まされている。こうした制約を克服するために、EURAMETのような組織による新たな研究開発活動が市場で見られるようになった。実際、スピントロニクス技術は、磁気記憶装置と先端半導体マイクロエレクトロニクスまたはナノエレクトロニクスの主要要素を1つのチップに統合することができる。

 

市場動向

 

消費電力の低減による電子機器でのスピントロニクス需要の増加が市場を牽引する見通し
スピントロニクスに基づくデバイスが電子デバイスに取って代わり、はるかに低い電力レベルでより優れた性能を発揮することが期待されている。電子デバイスは電子の運動を通信や電力に利用するのに対し、スピントロニクス・デバイスは静止した電子の伝達可能な性質、スピンや角運動量を利用する。スピントロニクスは、計算やメモリー機能を実行するのに必要な労力を軽減する。

東京大学の研究者たちは、スピントロニクスに基づくメモリ・デバイスが、低消費電力で高速を実現する可能性があることを報告した。そこで彼らは、誘導電流の存在下で磁気状態を低電力で素早く切り替えることができる、スピントロニクスに基づく新しいタイプのメモリを開発した。

過去10年間、スピントロニクス技術は、技術の微細化と同時に、電子回路における消費電力の増大という現在の問題を解決できることから、大きな注目を集めてきた。スピントロニクスに基づく構造は、低消費電力、スタンバイ・リークゼロ、無限大の耐久性、良好な読み出し・書き込み性能、不揮発性、容易な3次元集積能力など、CMOS技術をベースとする現在の電子回路との融合を可能にする。IoTやスマートデバイスのようなトレンドは、低消費電力で多くの機能を扱えるメモリ部品への需要を高め、スピントロニクスの範囲を拡大している。

世界の半導体業界は、ストレージを維持・強化できる材料、システム、デバイスの開発を概説し、将来技術の開発に一貫して投資しており、現在のICの計算能力を向上させながら低消費電力を必要とするため、スピントロニクスの範囲は拡大すると予想される。米国のデータ・ストレージ会社、シーゲイト・テクノロジーは、スピントロニクス・メムリスタの研究を行っている。スピントロニクスに基づくトランジスタは、電子回路基板をスピントロニクスに置き換える可能性もある。スピントロニクスはナノテクノロジーにおける新興分野のひとつであり、急速に成長している。

DOEのアルゴンヌ国立研究所にある米国エネルギー省科学局ユーザー施設、アドバンスト・フォトン・ソース（APS）を利用する研究者たちは、電子スピンを操作する方法を研究し、スピントロニクス用の新材料を開発している。

最近では、アラバマ大学バーミンガム校物理学科の研究者が、磁気トポロジカル系の構造、トポロジカル、磁気転移を引き起こす外圧とひずみのモデリングと予測に関して、米国国防総省空軍科学研究局から3年間で30万米ドルの助成金を獲得した。この研究の成功は、トポロジカル電流を用いた低エネルギー消費スピントロニクスデバイスのための次世代量子計測デバイスの開発に役立つと期待されている。

北米が大きな市場シェアを占める見込み
北米は、この地域の企業による研究のレベルの高さと、この地域のエンドユーザー産業における技術採用の増加により、調査された市場における主要な投資家および採用者の1つとなっている。スピントロニクス市場における主要なエンドユーザー産業の大半は、同地域で高度に発展しており、予測期間中にベンダーが大幅に拡大することを可能にしている。例えば、電気自動車や輸送、データセンター、エンタープライズ・ストレージ、サーバーRAID、産業オートメーションやIoT、通信インフラなどの産業がこの地域で大きく成長しており、スピントロニクスのような先端技術へのニーズも高まっている。

さらに、世界市場の大半のベンダーは米国に拠点を置いているため、この地域には大きな競争力があり、研究市場のイノベーションの最前線に立ち続けている。IBMやインテルのような巨大テクノロジー企業は、スピントロニクス技術の世界的商業化において重要な役割を果たしている。例えば最近、米国エネルギー省（DOE）のブルックヘブン国立研究所とイェール大学の研究者が、磁性材料の厚さを変えることでスピン・ダイナミクスを制御できることを実証した。Nature Materials』誌に掲載された新しい研究は、より小型でエネルギー効率の高い電子機器の実現につながる可能性があり、スピントロニクスの大きな進歩である。

国際エネルギー機関（IEA）によれば、米国市場における自動車販売台数の1％が電気自動車によるものと推定されており、同国における電気自動車の利用は急速に増加している。北米では、エネルギーと環境への懸念から電気自動車の需要が顕著に増加しており、電気自動車に組み込まれるスピントロニクス市場が加速している。

カリフォルニア州で実施されているゼロ・エミッション・ビークル（ZEV）プログラムも、自動車メーカーに電気を動力源とする自動車を一定割合販売することを義務付けることでEV需要を喚起し、同国の市場を活性化している。米国政府は昨年、64万5,000台の自動車とトラックの全車両を米国製の電気自動車に置き換える計画を発表し、政府が年間6,000億米ドルを商品やサービスに支出する際の新たなガイドラインを策定する「バイ・アメリカ」大統領令に署名した。これにより、現在米国の道路を走っているEVの総数160万台（政府所有と民間所有を含む）を少なくとも40％上回ると予想されている。

さらに米国では、豊富な民間企業、学術機関、連邦政府の研究開発研究所が、ナノテクノロジーとMEMSの推進に重点的に取り組んでいる。米国マサチューセッツ工科大学（MIT）の兵士ナノテクノロジー研究所（Institute for Soldier Nanotechnologies）は、米国陸軍研究局との5,000万米ドルの契約によって設立されたケンブリッジの研究センターで、兵士の生存能力を向上させるナノテクノロジーの開発を目的としている。

スピントロニクス産業の概要
スピントロニクス市場の特徴は、製品の普及レベルが着実に伸びていること、製品の差別化が低いこと、競争が激しいことである。競争優位性は技術革新に大きく依存している。アバランチ・テクノロジーやクロッカス・テクノロジーズなど、一部の有力な市場関係者は、近年、製品イノベーションを強化するための資金援助を受けている。そのため、競合の激しさは高い。

2022年6月 – ルネサス エレクトロニクス株式会社は、22nmプロセスで製造された読み出し・書き込み動作が可能な組込み型スピン転移トルク磁気抵抗ランダムアクセスメモリ（STT-MRAM）テストチップの回路技術を開発したと発表した。
2022年2月 – マンチェスター大学の研究者は、ナノスケールのグラフェンベース電子デバイスのスピン輸送特性を改善した。国立グラフェン研究所の研究者らは、日本やエクアドル、メキシコからの国際的な資金援助を受けた学生との共同研究により、極めて高品質なグラフェンチャンネルを作製し、従来の2次元トンネルコンタクトによる干渉や電子的な「ドーピング」を低減した。

 

 

【目次】

 

1 はじめに
1.1 前提条件と市場定義
1.2 調査範囲
2 調査方法
3 エグゼクティブサマリー
4 市場の洞察
4.1 市場概要
4.2 業界バリューチェーン分析
4.3 産業の魅力度-ポーターのファイブフォース分析
4.3.1 新規参入者の脅威
4.3.2 買い手の交渉力
4.3.3 供給者の交渉力
4.3.4 代替製品の脅威
4.3.5 競争ライバルの激しさ
4.4 COVID-19が市場に与える影響の評価
5 市場ダイナミクス
5.1 市場促進要因
5.1.1 消費電力の低減による電子機器でのスピントロニクス需要の増加
5.1.2 データ転送速度の向上と記憶容量の増加に対するニーズの高まり
5.2 市場の課題
6 スピントロニクス特許ランドスケープ
7 市場区分
7.1 デバイスのタイプ
7.1.1 金属ベース・デバイス
7.1.1.1 巨大磁気抵抗素子(GMR)
7.1.1.2 トンネル磁気抵抗（TMR）型デバイス
7.1.1.3 スピントランスファートルク素子
7.1.1.4 スピン波デバイス
7.1.2 半導体デバイス
7.1.2.1 スピンダイオード
7.1.2.2 スピンフィルター
7.1.2.3 スピン電界効果トランジスタ(FET)
7.2 応用
7.2.1 電気自動車および産業用モーター
7.2.2 データストレージ/MRAM
7.2.3 磁気センシング
7.2.4 その他の用途
7.3 地理
7.3.1 北米
7.3.2 ヨーロッパ
7.3.3 アジア太平洋
7.3.4 その他の地域
8 競争環境
8.1 企業プロフィール
8.1.1 NVE株式会社
8.1.2 Everspin Technologies Inc.
8.1.3 クロッカス・テクノロジー
8.1.4 シノプシス (QuantumWise)
8.1.5 アバランチ・テクノロジー
9 投資分析
10 市場の将来性

 

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