高集積磁気メモリ用垂直磁化膜を用いたスピン注入型トンネル接合素子の開発

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磁気デバイスでは高集積するため素子を微細化すると外部の熱エネルギーによって磁性層は超常磁性化し,磁化が安定しない熱揺らぎ問題が発生してしまう。その解決方法の一つとして垂直磁化L1_0規則合金のような高い磁気異方性エネルギーを有する強磁性材料を用いることが挙げられる。本研究の目的は,代表的なL1_0系材料であるCoPt, FePt, FePdの薄膜とそれらを自由層に用いた高品位な強磁性トンネル接合素子の作製条件を明らかにすること,またそのMTJ素子における電導特性を調べることである。素子はMgO-substrate/Cr40nm/Pt(Pd)10nm/L1_0合金1.8-20nm/CoFeB1nm/MgO 0.8-2.0nm/CoFeB 5-10nm/Ta 3nm/Ru 7nm構造を用い,すべての薄膜はスパッタ法を用いて成膜した。以下に実験結果を述べる。1、下部電極の作製(1) Cr/PtおよびCr/Pdの下地層を用いることにより,下地層を用いない場合に比べて,100℃-200℃程度低い温度でL1_0規則化し,CoPtとFePtはTs=400℃,FePdはT_s=300℃で最大K_u(10^7erg/cc以上)を示した。(2) L1_0規則合金の薄膜化により,3nm程度まで垂直磁化を示し,K_uは10^6erg/cc以上が得られた。2、高TMR比化&低抵抗化(1) Sub./Cr/Pt/CoPt/CoFeB/MgO/CoFeB/capping layer構造TMR_<P・AP>～50%@RA～10^5Ωμm^2,TMR_<max>～7%@RA～5.5Ωμm^2(2) Sub/Cr/Pd/FePd/CoFeB/MgO/CoFeB/capping layer構造TMR_<P・AP>～80%@RA～10^5Ωμm^2,TMR_<max>～11%@RA～8.0Ωμm^2以上の結果から,L1_0系電極の作製条件を明らかにし,またそれらを用いた強磁性トンネル接合素子においてスピン注入可能な高TMR比および低RAの作製条件を明らかにした。