形状磁気異方性を用いた高性能極微細磁気トンネル接合の作製と評価

利用形状磁各向异性制造和评估高性能超细磁隧道结

• 批准号: 17J03692
• 负责人: 渡部 杏太
• 金额: $ 1.22万
• 依托单位: Tohoku University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for JSPS Fellows
• 财政年份: 2017
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2017-04-26 至 2019-03-31
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-17J03692/
• 关键词: 磁気トンネル接合; 垂直磁化容易; 形状磁気異方性; ＳＴＴ－ＭＲＡＭ; 微細加工; Ｘｎｍ; STT-MRAM; X nm

開発した形状磁気異方性磁気トンネル接合（ＭＴＪ）素子に関して、当該アプローチや得られた特性の妥当性を検討するために、実験的な手法とシミュレーションの２つの側面から、その磁化反転機構を調べた。実験的な手法では、ＭＴＪ素子に対して印加する磁界の角度に対するスイッチング磁界の依存性を評価した。実験結果は、形状磁気異方性ＭＴＪを設計する際に用いた一斉磁化反転モデルでよく説明されることがわかった。（一般に、一斉磁化反転ではない不均一な磁化反転は効率が悪い。）また、シミュレーションでは、磁界印加・電流印加の両方の場合の磁化反転についてマイクロマグネティックシミュレーションを行った。磁性層の膜厚や印加する電流を大きな範囲で変化させたシミュレーションを行ったところ、ある程度（約３０ｎｍ）以上の膜厚場合に、磁界印加でも電流印加でも不均一なふるまいが見られることがわかった。この膜厚は磁性体の磁壁幅に関連しており、形状磁気異方性ＭＴＪを設計する際に留意すべき点の一つであることが明らかとなった。また、極微細形状磁気異方性ＭＴＪの作製プロセスの再現性を確認し、本研究を更に発展させていくための土台をつくった。加えて、形状磁気異方性ＭＴＪの一つの発展形として、静磁気結合を利用したＭＴＪ素子の作製にも着手し、形状磁気異方性ＭＴＪと同様の測定から、コンセプトの潜在性を明らかにした。本研究全体として、１Ｘ／Ｘｎｍスケールで高い性能を有するＭＴＪ素子を実現するための方策を明らかにすることができたため、スピントロニクス及び電子工学の発展に寄与すると考えられる。

为了研究该方法的有效性和开发的几何磁各向异性磁性隧道连接（MTJ）设备的特性，从两个方面研究了磁化反演机制：实验方法和仿真。实验方法评估了开关场对应用于MTJ元件的磁场角的依赖性。在设计形状磁各向异性MTJ的同时磁化反转模型中发现了实验结果很好地解释了。 （通常，非均匀的磁化反演，而不是同时磁化反演，效率低下。）此外，在模拟中，在磁场和电流施加的情况下，进行了微磁模拟以进行磁化反演。进行模拟，其中磁性层的薄膜厚度和施加的电流在较大范围内更改时，发现在一定程度的膜厚度（约30 nm）的情况下，即使施加了磁场或施加电流，也会观察到不均匀的行为。该薄膜厚度与磁性材料的域壁的宽度有关，并且已经发现它是设计形状磁各向异性MTJ时要记住的要点之一。此外，确认了超铁状磁各向异性MTJ的制造过程的可重复性，并创建了这项研究的进一步发展的基础。此外，我们还开始使用磁静力耦合作为形状磁各向异性MTJ制造MTJ设备，并从类似于形状磁各向异性MTJ的测量值中阐明了该概念的电位。总体而言，这项研究是为了阐明在1x/XNM量表上实现高性能的MTJ设备的策略，并被认为有助于Spintronics和Electronics的开发。

项目成果

Stuck structure dependence of magnetic properties of granular films for spintronics device applications

自旋电子器件应用中颗粒薄膜磁性的卡住结构依赖性

• 发表时间: 2018
• 作者: T. Koga;K. Watanabe;W. A. Borders;S. Fukami;H. Ohno
• 通讯作者: H. Ohno

Magnetization reversal of a 1X/X nm Perpendicular Shape-Anisotropy MTJ

1X/X nm 垂直形状各向异性 MTJ 的磁化反转

• 发表时间: 2019
• 作者: K. Watanabe;B. Jinnai;S. Fukami;H. Sato;H. Ohno
• 通讯作者: H. Ohno

Spin-orbit torque switching of nanoscale devices for high-speed MRAMs

用于高速 MRAM 的纳米级器件的自旋轨道扭矩切换

• 发表时间: 2017
• 作者: C. Zhang;B. Jinnai;S. Fukami;H. Sato;K. Watanabe;A. Kurenkov;M. Bersweiler;S. DuttaGupta;and H. Ohno
• 通讯作者: and H. Ohno

High Performance Single-Digit-Nanometer Perpendicular Magnetic Tunnel Junctions

高性能单位数纳米垂直磁隧道结

• 发表时间: 2017
• 作者: K. Watanabe;B. Jinnai;S. Fukami;H. Sato;and H. Ohno
• 通讯作者: and H. Ohno

X nm Magnetic Tunnel Junctions with Perpendicular Anisotropy

具有垂直各向异性的 X nm 磁隧道结

• 发表时间: 2018
• 作者: K. Watanabe;B. Jinnai;S. Fukami;H. Sato;and H. Ohno
• 通讯作者: and H. Ohno