成果報告書詳細
管理番号20090000000084
タイトル*平成20年度中間年報 平成20年度スピントロニクス不揮発性機能技術プロジェクト 1
公開日2009/9/17
報告書年度2008 - 2008
委託先名独立行政法人産業技術総合研究所
プロジェクト番号P06016
部署名電子・情報技術開発部
和文要約以下本編抜粋:(1) 低電力磁化反転TMR 素子技術 本項目では、将来のスピンRAM の実用化に繋げるため、低電力磁化反転TMR 素子技術として記憶層材料の探索・TMR 素子構造の最適化の研究開発を遂行している。スピン注入磁化反転において、反転電流密度Jc は、TMR 素子のスピン分極率、飽和磁化の大きさMsなど様々な要因に依存する。応用のためには、高速読み出しに必要な高MR 比と10年間の記憶保持に必要な高い熱安定性を維持しながら、反転電流密度Jc を低減しなければならない。現在、これらの要求を全て満たすTMR素子は無論存在しないが、候補として数種類の有望な系が考えられる。産総研では、高MR比を得るためにトンネル障壁材料はMgOに固定し、これと組み合わせる強磁性電極(固定層、フリー層)の材料や積層構造・素子形状の探索研究を行う。現段階では大容量スピンRAMのための本命の電極材料や構造のまだ見えていないため、産総研では本プロジェクトの前半段階では特定の材料系のみに集中することなく、幅広い材料系の探索を行う。このような多種多様な材料系について効率よく探索研究を行うために、H18年度はスパッタ成膜装置の導入を中心にスピントロニクス新材料・新構造探索のための研究拠点を立ち上げ、H19年度はそれを用いてTMR 素子用の新規の電極材料を開発するとともに、そのスピントルクのバイアス電圧依存性を解明した。
英文要約Title: Spintronics nonvolatile devices project (FY2006-FY2009) FY2008 Annual Report In this fiscal year, we have implemented research and development on the following 3 topics; (1) Magnetic tunnel junction (MTJ) technology for low power magnetization reversal using (i) in-plane magnetized and (ii) perpendicularly magnetized MTJs, (2) design of nonvolatile spin optical devices, (3) design of active spin devices. The main results on these topics are as follows. (1)-i We fabricated MTJs having structure of Ta(3 nm)/PtMn(15 nm)/Co70Fe30(2.5 nm)/Ru(0.85 nm)/Co60Fe20B20(3 nm)/MgO(1nm)/free layer/Ta(5 nm)/Ru(7 nm). Here we prepared three kinds of free layers: an antiferromagnetically coupled CoFeB (2 nm)/Ru(1.1 nm)/CoFeB (2 nm) trilayer with a Ru spacer (so-called synthetic antiferromagnet (SyAF)), ferromagnetically coupled CoFeB (2 nm)/Ru(1.5 nm)/CoFeB (2 nm) trilayer, and a single CoFeB(2 nm) free layer (a reference sample). We experimentally evaluated an intrinsic switching current density (Jc0) and a thermal stability factor (Delta) for these free layers. While Jc0 was observed to be nearly independent of the structure of free layer, Delta exhibited a clear deference. The ferromagnetically coupled trilayer showed the largest Delta, while the antiferromagnetically coupled trilayer showed the smallest Delta. This, it is concluded that the free layer having a ferromagnetically coupled trilayer structure is the most suited for in-plane-magnetized Spin-RAM. (1)-ii We developed new perpendicular magnetic materials for the pinned and free layers for perpendicularly magnetized MTJs. The new materials are roughly divided into two series: (a) an artificial super-lattice based on fcc(111) structure, and (b) an artificial super-lattice based on R-Co stacking structure (R: rare-earth material). We experimentally proved that some of the materials are very promising for the pinned or free layers of perpendicularly magnetized Spin-RAM. (2) This year we developed technology to fabricate low resistivity Fe nanocontact on GaAs. We achieved the resistance-area product of 600 Ohm micron^2 using delta doping of GaAs at Fe interface, the RA of 160 Ohm micron^2 using AlSb:InAs insertion layer and RA of 30 Ohm micron^2 InGaAs:InAs insertion layer. That is almost two orders improvement comparing to our previous result. Such low RA is sufficient for the use in the spin photon memory and realization of light induced magnetization reversal. For the samples with delta doping GaAs, the injection time was measured to be about 400-500 ps. For the samples with InGaAs:InAs insertion layer the injection time was about 180-220 ps. It is well matched to requirements for operation of spin photon memory. Concerning read out, we established method for reading magnetization of ferromagnetic pillar using spin detection technique. Using this method the magnetization of 20 micron x 20 micron was read with very high SNR > 20 dB.
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