成果報告書詳細
管理番号20090000000124
タイトル平成18年度-平成20年度成果報告書 スピントロニクス不揮発性機能技術プロジェクト 6
公開日2009/9/17
報告書年度2006 - 2009
委託先名富士通株式会社
プロジェクト番号P06016
部署名電子・情報技術開発部
和文要約本プロジェクトでは、スピン偏極電流による磁壁移動現象を応用した大容量新ストレージデバイスの実現に向け、その実現可能性を示すべく基盤技術開発に取り組んだ。平成20年度までの達成目標、主要開発課題、及び開発成果を以下に示す。 達成目標 強磁性金属細線を対象に、スピン偏極電流による磁壁移動現象のナノ秒領域ダイナミックスを明らかにする。また、この現象を利用した新ストレージデバイスの可能性と課題を明らかにするために、TMR効果を用いた読取部と組み合わせた素子における複数磁壁の一斉移動の確認を行う。 主要設定課題 (1)低電流密度での磁壁移動の実現(電流密度5×10^11 A/m2において磁壁駆動を実現する。) →開発成果 (2), (7) (2)磁壁移動の高速化(スピン偏極電流による磁壁移動現象のナノ秒領域ダイナミックスの解明により得られる知見を用い、磁壁移動速度30 m/sを実現する。) →開発成果 (3) (3)コヒーレントなマルチドメインの移動の実証(TMR効果を用いた読み取り部と組み合わせた素子における複数磁壁の一斉移動を確認する。) →開発成果 (4) (4)磁壁の熱安定性の評価(素子発熱影響を排除したデバイスの素子設計技術を確立する。) →開発成果 (6) 開発成果 (1) 磁壁位置制御のため段差型磁壁トラップ構造を提案。段差部での磁壁停止効果を確認。 (2) 3×10^11 A/m2の駆動電流密度で磁壁移動現象を確認(設定課題達成)。 (3) 直線形状細線において静的評価では50 m/s、動的評価では100 m/sの高速磁壁移動を確認(設定課題達成)。 (4) 段差トラップ構造付細線において電流印加による複数磁壁の形成、及び同時移動を確認。磁壁移動ストレージデバイスの基本動作を確認。 (5) 成膜条件、素子加工条件の最適化によりMR比90%以上の高感度TMR読取部を形成。 (6) 印加パルス電流条件と磁壁移動挙動の関係から、素子発熱を抑制し安定した磁壁移動が得られる駆動条件を確認。 (7) 垂直磁気異方性材料開発に取り組み、希土類系材料ではTbFeCo、GdFeCoベース材料評価において電流印加では磁壁移動せず多磁区化。膜の磁化耐熱性確保の重要性を示唆。遷移系金属材料ではプロジェクト内提案のCo/Ni多層膜を検証。垂直配向条件を見出し評価した電流磁壁駆動ではNiFe面内磁化材料に比べ27%の電流低減効果を確認。 以上のように、スピン偏極電流による磁壁移動現象に対し、細線材料や駆動電流条件による磁壁移動挙動を静的、動的に評価し、その詳細を明らかにした。また、磁壁トラップ構造による磁壁停止位置の制御や複数磁壁の形成、及び同時移動制御、さらには移動磁壁検出のためのTMR読取部形成を行い、ストレージデバイスとしての基盤要素技術を確認した。
英文要約In this project, we have developed fundamental techniques of a new large-capacity storage-device utilizing a phenomenon of a spin-polarized current-induced domain-wall-motion. The purpose of this work is an applicability confirmation of the new storage device. Targets to be achieved, development items and achieved results from fiscal 2006 to 2008 are shown below. Targets to be achieved ・Elucidation of a nano-second range dynamic behavior of the spin polarized current-induced domain-wall-motion. ・Development of nanowire devices with a read element using tunnel magnetoresistance (TMR) effect, and demonstrating coherent multi-domain motion. Finally, clarifying its possibilities and issues for next-generation high density storage device. Development items  1. A domain wall motion by a low driven-current density below 5e11 A/m2. [Corresponding "Achievements" (b) and (g)]  2. High speed domain wall motion over 30 m/s. [Corresponding "Achievements" (c)]  3. Confirmation of a coherently multi-domain motion by a wire element with a TMR domain reader. [Corresponding "Achievements" (d)]  4. Estimation of a thermal stability of the domain wall. [Corresponding "Achievements" (f)] Achievements  (a) A new domain trap system by a step wired structure was proposed. An effect of trapping of a domain at the step edge was observed.  (b) A domain-wall-motion by a low current density of 3e11 A/m2 was observed in a NiFe wire.  (c) High speed domain-wall-motions were confirmed with speeds of 50 m/s by a static and 100 m/s by a dynamic domain wall observation.  (d) A creation and a coherently motion of multi-domain were confirmed in a step wired structure, which is a demonstration of a fundamental movement of the new device. (e) A high-quality TMR reader with a MR ratio over 90% was fabricated on the NiFe wire by optimizing a film deposition and a fabrication process. (f) A proper condition for thermally stable domain-wall-motion was confirmed.  (g) In a development of perpendicular anisotropy magnetic materials, an importance of thermal stability of magnetization by rare-earth metals and a reducing effect of current density by Co/Ni multilayer were confirmed In summary, several fundamental behaviors of the domain wall motion by spin-polarized current in magnetic nanowire devices were confirmed, and also its dynamics and magnetic material dependence were investigated. The controllability of a domain wall position by the step wired trapping structure was also demonstrated. The creations and coherent motions of multi-domain walls in magnetic nanowires, and the high-sensitivity TMR reader on the magnetic nanowires imply a possibility of the new storage device using the current-induced magnetic domain-wall-motion.
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