反強磁性体材料を基軸とした超高密度不揮発メモリデバイスの開拓

开发基于反铁磁材料的超高密度非易失性存储器件

基本信息

批准号：
21K18189
负责人：
斉藤好昭
金额：
$ 16.56万
依托单位：
Tohoku University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Challenging Research (Pioneering)
财政年份：
2021
资助国家：
日本
起止时间：
2021-07-09 至 2026-03-31
项目状态：
未结题

来源：
https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-21K18189/
关键词：
反強磁性スピントロニクススピン軌道トルク磁気抵抗効果

项目摘要

本研究の目的は、本質的に微細化限界が生じない『反強磁性体を用いた超高密度メモリデバイス』の動作原理を実証し、超大容量・超高速性・低消費電力性を有する次世代メモリデバイスを開拓することにある。令和4年度は、書込み用電極として昨年度提案したSynthetic反強磁性構造の探索を深耕するとともに、大きな読み出し信号が得られる反強磁性体の探索も進めた。また、昨年度に改造した超高真空スパッタ装置を用い、書込み用電極として有望なバルク反強磁性体RuO2の作製に取り組んだ。以下に得られた知見を示す。（１）昨年度提案したCo/Pt/Ir/Pt/Co系Synthetic反強磁性書込み用電極(Phys. Rev. B 105, 054421 (2022))のSOT書込み効率の更なる向上を目指し、PtをPt-Cu合金に変えたSynthetic反強磁性書込み用電極を作製し、SOT書込み効率の評価を行った。その結果、Co間の層間の相互作用がほぼ等しい試料で比較すると、PtリッチのPt-Cu合金Synthetic反強磁性書込み電極において、SOT書込み効率が向上できることが明らかとなった。（２）昨年度見出したCo/Pt/Ir/Pt/Co系Synthetic反強磁性書込み用電極上に、IrMn/MgO/PtからなるTAMR接合読出し用素子を作製し、Synthetic反強磁性書込み用電極のCo層とIrMn層との界面に働く磁気的交換結合について調べた。その結果、IrMnの膜厚を4nm以上にすると、Co層の膜面垂直方向に、一方向磁気異方性が付与できることを見出した。（３）バルク反強磁性書込み用電極の候補とし、スピンスプリッター効果を有する反強磁性体RuO2を選択し、その作製に取り組んだ。その結果、熱酸化Si基板上に(111)配向したRuO2の作製に成功した。

这项研究的目的是展示“使用反铁磁体的超高密度存储器件”的工作原理，该器件本质上对小型化没有限制，并以开发新一代存储器件为目标。 2020财年，我们加深了对去年提出的作为写入电极的合成反铁磁结构的研究，并继续研究可以获得大读取信号的反铁磁材料。此外，利用去年改造的超高真空溅射设备，我们致力于生产大块反铁磁材料RuO2，该材料有望作为写入电极。所得结果如下所示。（1）为了进一步提高去年提出的Co/Pt/Ir/Pt/Co基合成反铁磁写入电极（Phys. Rev. B 105, 054421 (2022)）的SOT写入效率，我们用Pt替代了Pt -我们使用铜合金制造了合成反铁磁写入电极并评估了SOT写入效率。结果发现，当与Co之间的层间相互作用几乎相等的样品进行比较时，富Pt的Pt-Cu合金合成反铁磁写入电极可以提高SOT写入效率。 (2)我们在去年发现的Co/Pt/Ir/Pt/Co基合成反铁磁写入电极上制作了由IrMn/MgO/Pt制成的TAMR结读出元件，磁交换耦合作用于Co层之间的界面。并对IrMn层进行了研究。结果发现，当IrMn膜厚度增加至4nm以上时，可以在垂直于膜表面的方向上向Co层赋予单向磁各向异性。 (3)我们选择RuO2，一种具有自旋分裂效应的反铁磁材料，作为体反铁磁写入电极的候选材料，并进行了其制造。结果，我们成功地在热氧化硅衬底上制备了（111）取向的RuO2。