磁気トンネル接合を用いた三端子素子に関する研究

磁隧道结三端器件的研究

基本信息

批准号：
15J04691
负责人：
張超亮
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：
2015
资助国家：
日本
起止时间：
2015-04-24 至 2017-03-31
项目状态：
已结题

项目摘要

昨年度は、低消費電力かつ高性能な不揮発メモリ・不揮発論理集積回路の実現を可能とするスピン軌道トルク（SOT）を用いた3端子磁気トンネル接合（MTJ）素子の開発を目的として研究を進めた。そして、(i) W/CoFeB/MgOにおけるSOT磁化反転のWスパッタリング条件依存性、(ii) 反強磁性体/強磁性体二層構造におけるSOT磁化反転のデバイスサイズ依存性　二つの成果が得られた。(i)本研究では、非磁性重金属材料のスピンホール角の成膜条件依存性に着目し、タングステン層をスパッタリングで堆積する際の投入パワーとスパッタガス圧を調整することで抵抗率の異なる膜を作製し、ナノスケールW/CoFeB/MgO素子のSOT磁化反転特性の成膜条件依存性を調べた。測定結果から、SOT磁化反転の閾電流密度は非磁性金属の抵抗率に依存し、成膜条件の制御によって低減が可能であることが明らかになった。(ii) 本研究では、反強磁性体PtMn/ 強磁性体[Co/Ni]ヘテロ構造を用いたデバイスにおけるSOT誘起磁化反転のデバイスサイズ依存性を系統的に調べた。結果として、デバイスのサイズが小さくなると、磁化反転のモードはアナログ的反転からデジタル的反転へ遷移することが分かった。また、このような磁化反転モードの変化は強磁性層内における微小な磁区が独立に振る舞うことと関連していることが分かった。これらの結果によって、反磁性体/強磁性体二層構造におけるSOT磁化反転の従来のメモリ素子、及び脳型コンピューティングのメモリスタ応用に向けたデバイス開発の方針が明らかになった。ここで得られた知見は三端子SOT素子を開発し、半導体集積回路と融合して低消費電力な情報処理を実現していく上で極めて重要であり、スピン軌道トルク及びスピントロニクス物理の発展に寄与するとともに、電子デバイス産業の発展にもつながるものと期待される。

去年，我们进行了研究，目标是开发一种利用自旋轨道扭矩（SOT）的三端磁隧道结（MTJ）器件，这将有助于实现低功耗、高性能的非易失性存储器和非易失性存储器。 -易失性逻辑集成电路。获得了两个结果：(i) W/CoFeB/MgO 中的 SOT 磁化反转对 W 溅射条件的依赖性，以及 (ii) 反铁磁/铁磁双层结构中 SOT 磁化反转的器件尺寸依赖性。 (i) 在本研究中，我们重点研究非磁性重金属材料的自旋孔角度对沉积条件的依赖性，并通过调整溅射沉积钨层时的输入功率和溅射气压，开发了薄膜我们制作了纳米级W/CoFeB/MgO器件，并研究了SOT磁化反转特性对成膜条件的依赖性。测量结果表明，SOT磁化反转的阈值电流密度取决于非磁性金属的电阻率，并且可以通过控制成膜条件来降低。 (ii) 在这项研究中，我们系统地研究了使用反铁磁 PtMn/铁磁 [Co/Ni] 异质结构的器件中 SOT 引起的磁化反转的器件尺寸依赖性。结果发现，随着器件尺寸的减小，磁化反转模式从模拟反转转变为数字反转。还发现磁化反转模式的这种变化与铁磁层内微小磁畴的独立行为有关。这些结果阐明了抗磁/铁磁双层结构中具有 SOT 磁化反转的传统存储器件以及脑计算中忆阻器应用的开发策略。这里获得的知识对于开发三端SOT器件并将其与半导体集成电路集成以实现低功耗信息处理极其重要，并将有助于自旋轨道扭矩和自旋电子学物理的发展。将带动电子器件行业的发展。