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，目的是使用自旋轨道扭矩（SOT）开发3端磁性隧道连接器（MTJ）设备，该设备能够实现低功率和高性能的非挥发性记忆以及非挥发性逻辑逻辑整合电路。 Two results were obtained: (i) the dependence of SOT magnetization inversion in W/CoFeB/MgO on W/CoFeB/MgO on W and (ii) the dependence of SOT magnetization inversion in a bilayer structure on antiferromagnetic/ferromagnetic material: (i) In this study, we focused on the film formation conditions dependence of the spinhole angle of nonmagnetic heavy metal materials, and通过溅射沉积钨层时，通过调节输入功率和溅射气压来制备具有不同电阻率的膜，以及纳米级的SOT磁化反转特性的膜形成条件依赖性w/cofeb/mgo设备。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，并且可以通过控制膜形成条件来降低。（ii）在这项研究中，我们系统地研究了使用抗磁性PTMN/铁磁[CO/NI]异质结构的设备中SOT诱导的磁化反转磁化倒置的依赖性。结果，发现随着设备尺寸的减小，磁化反演的模式从模拟反转到数字反转。还发现，磁化反演模式中的这种变化与铁磁层中小磁体的独立行为有关。这些结果揭示了对传统记忆设备的设备开发政策，并具有SOT磁化反转的磁磁/铁磁双层结构，以及在脑型计算中应用记忆器的应用。此处获得的知识对于开发三端SOT元件和与半导体集成电路的融合非常重要，以实现低功率信息处理，并有望有助于旋转轨道扭矩和自旋形理的发展以及电子设备行业的发展。