磁性多層膜－ＣｏＦｅＢ積層電極を用いた微細磁気トンネル接合に関する研究

磁気トンネル接合 (MTJ)を用いた不揮発性メモリは、ワーキングメモリとして必要な特性 (高速性・非破壊読出し・書き込み耐性・低電圧動作)を備えており、高性能・低消費電力ワーキングメモリとして期待されている。MTJを用いたワーキングメモリで、特にDRAMの代替を目指す場合には、大容量化のための微細化、高速読み込みのための高いトンネル磁気抵抗 (TMR)比、情報を安定に保持するための高熱安定性指数、低書き込み電流を同時に満足するMTJを開発する必要がある。私は昨年度までに、CoFeBと[Co/Pt]多層膜を組み合わせた構造を用いて、直径17 nmで応用に十分な熱安定性指数と約100%のTMR比を有するMTJを実現し、またPtをPdに置き換えた構造で高熱安定性指数を維持しながら、ダンピング定数と書き込み電流を低減することに成功している。当該年度は、微細MTJ素子で高TMR比・高熱安定性指数・低書き込み電流を実現する材料の指針の確立、ダンピング定数が書き込み電流に与える影響の明確化、のために、CoFeB/Ta/[Co/Pt (Pd)]記録層を用いたMTJ素子の熱安定性指数並びに書き込み電流の垂直磁界依存性を評価した。その結果、Co/Pd多層膜を用いた構造の方が、Co/Pt多層膜を用いた構造よりも熱安定性指数と書き込み電流の比であるΔ/IC0が大きく効率の良い電流誘起磁化反転をしていること、またそれより算出されるダンピング定数がブランケット膜におけるダンピング定数とおおよそ一致することを明らかにした。これらの結果より、微細MTJ素子で高TMR比・高熱安定性指数・低書き込み電流を実現するためには、高垂直磁気異方性エネルギーと低ダンピング定数を有する材料をCoFeBと組み合わせることが有効であることを示した。

磁気トンネル接合 (MTJ)を用いた不揮発性メモリは、ワーキングメモリとして必要な特性 (高速性・非破壊読出し・書き込み耐性・低電圧動作)を備えており、高性能・低消費電力ワーキングメモリとして期待されている。MTJを用いたワーキングメモリで、特にDRAMの代替を目指す場合には、大容量化のための微細化、高速読み込みのための高いトンネル磁気抵抗 (TMR)比、情報を安定に保持するための高熱安定性指数、低書き込み電流を同時に満足するMTJを開発する必要がある。私は昨年度までに、CoFeBと[Co/Pt]多層膜を組み合わせた構造を用いて、直径17 nmで応用に十分な熱安定性指数と約100%のTMR比を有するMTJを実現し、またPtをPdに置き換えた構造で高熱安定性指数を維持しながら、ダンピング定数と書き込み電流を低減することに成功している。当該年度は、微細MTJ素子で高TMR比・高熱安定性指数・低書き込み電流を実現する材料の指針の確立、ダンピング定数が書き込み電流に与える影響の明確化、のために、CoFeB/Ta/[Co/Pt (Pd)]記録層を用いたMTJ素子の熱安定性指数並びに書き込み電流の垂直磁界依存性を評価した。その結果、Co/Pd多層膜を用いた構造の方が、Co/Pt多層膜を用いた構造よりも熱安定性指数と書き込み電流の比であるΔ/IC0が大きく効率の良い電流誘起磁化反転をしていること、またそれより算出されるダンピング定数がブランケット膜におけるダンピング定数とおおよそ一致することを明らかにした。これらの結果より、微細MTJ素子で高TMR比・高熱安定性指数・低書き込み電流を実現するためには、高垂直磁気異方性エネルギーと低ダンピング定数を有する材料をCoFeBと組み合わせることが有効であることを示した。