자기터널접합은 일반적으로 $250^{\circ}C$ 이상의 온도에서 터널자기저항비의 저하가 발생하는데 이는 반강자성체로 사용된 IrMn 중 Mn이 강자성체인 CoFe 및 터널배리어로의 내부확산에 기인한다. 자기터널접합의 열적 안정성을 향상시키기 위하여 나노산화층을 삽입하여 Mn의 확산을 제어하였다. CoNbZr 4/CoFe 10/IrMn 7.5/CoFe 3/터널배리어/CoFe 3/CoNbZr 2(nm)와 같은 자기터널접합을 기본구조로 하여 각각의 층에 나노산화층을 삽입하여 열적안정성 및 전자기적 특성을 비교 분석 하였다. 나노산화층의 삽입에 의해 터널자기저항비, 자기터널접합의 표면 평활도 및 열적안정성이 향상되었다.
자기터널접합은 일반적으로 $250^{\circ}C$ 이상의 온도에서 터널자기저항비의 저하가 발생하는데 이는 반강자성체로 사용된 IrMn 중 Mn이 강자성체인 CoFe 및 터널배리어로의 내부확산에 기인한다. 자기터널접합의 열적 안정성을 향상시키기 위하여 나노산화층을 삽입하여 Mn의 확산을 제어하였다. CoNbZr 4/CoFe 10/IrMn 7.5/CoFe 3/터널배리어/CoFe 3/CoNbZr 2(nm)와 같은 자기터널접합을 기본구조로 하여 각각의 층에 나노산화층을 삽입하여 열적안정성 및 전자기적 특성을 비교 분석 하였다. 나노산화층의 삽입에 의해 터널자기저항비, 자기터널접합의 표면 평활도 및 열적안정성이 향상되었다.
The tunneling magnetoresistance (TMR) ratios of magnetic tunnel junctions (MTJs), in general, decrease abruptly above 250$^{\circ}C$ due to Mn interdiffusion from an antiferromagnet IrMn layer to a ferromagnetic CoFe and/or a tunnel barrier. To improve thermal stability, we prepared MTJs ...
The tunneling magnetoresistance (TMR) ratios of magnetic tunnel junctions (MTJs), in general, decrease abruptly above 250$^{\circ}C$ due to Mn interdiffusion from an antiferromagnet IrMn layer to a ferromagnetic CoFe and/or a tunnel barrier. To improve thermal stability, we prepared MTJs with nano-oxide layers. Using a MTJ structure consisting of underlayer CoNbZr 4/bufferlayer CoFe 10/antiferromaget IrMn 7.5/pinned layer CoFe 3/tunnel barrier AlO/freelayer CoFe 3/capping CoNbZr 2 (nm), we placed a nano-oxide layer (NOL) into the underlayer or bufferlayer. Then, the thermal, structural and magneto-electric properties were measured. The TMR ratio, surface flatness, and thermal stability of the MTJs with NOLs were promoted.
The tunneling magnetoresistance (TMR) ratios of magnetic tunnel junctions (MTJs), in general, decrease abruptly above 250$^{\circ}C$ due to Mn interdiffusion from an antiferromagnet IrMn layer to a ferromagnetic CoFe and/or a tunnel barrier. To improve thermal stability, we prepared MTJs with nano-oxide layers. Using a MTJ structure consisting of underlayer CoNbZr 4/bufferlayer CoFe 10/antiferromaget IrMn 7.5/pinned layer CoFe 3/tunnel barrier AlO/freelayer CoFe 3/capping CoNbZr 2 (nm), we placed a nano-oxide layer (NOL) into the underlayer or bufferlayer. Then, the thermal, structural and magneto-electric properties were measured. The TMR ratio, surface flatness, and thermal stability of the MTJs with NOLs were promoted.
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문제 정의
그러나 MTJ의경우에는 온도에 따른 TMR 비의 감소를 Mn을 포함한 반강자성체로부터 Mn의 확산에 따른 절연층 또는 고정층의 특성 저하에 의한 영향[5, 6]과 절연층의 불안정함을 원인으로 보고 있다[10]. 따라서 본 논문에서는 나노산화층을 삽입함으로써 Mn의 확산을 제어하며 MTJ의 열적안정성을 향상시키고자 하였다.
현상이라고 알려져 있다. 따라서 본 실험에서는 나노 산화 층을 형성함으로써 이러한 현상을 제어하는데 초점을 맞추었다.
나노 산화 층을 삽입함으로써 Mn의 확산을 제어할 수 있음을 보여주기 위해 본 연구에서는 AES(auger electron spec troscopy)®- 통해 여러 시편 구조에 따른 Mn의 확산 정도를 살펴보았다(Fig. 3). Mn의 층간 확산 정도를 살펴보기 위해서 각각의 샘플을 30(TC에서 1시간 동안 열처리 후 AES를 측정하였다.
본 연구에서는 MTJ에 나노 산화 층을 삽입하여 결정학적 특성과 열적 안정성을 향상시키고자 하였다. 나노산화층을 삽입함으로써 MTJ의 표면 조도 향상에 의한 TMR비의 향상과터널배리어층의 특성 향상과 Mn의 확산을 제어함으로써 열적 안정성 향상을 도모할 수 있었다.
제안 방법
접합 패터닝은 금속 쉐도우 마스크를 이용해 200X200 卩nF으로 제작하였으며 증착 시 일축 자기이방성을 유도하기 위해 300 (北의 자장을 인가하였다. 열적 안정성을 조사하기 위해 열처리 온도를 150℃ 부터 35CTC까지 50℃ 간격으로 10분 동안 3X1(厂6 Torr 진공하에서 500 Oe 자장을 걸어주며 진행하였다.
미세구조분석을 위해 단면 투과전자현미경(TEM)을 그리고 층간 확산을 규명하기 위해 오제이 전자분광(AES) 분석을 각각 실시하였다.
온도변화에 따른 자기저항 특성을 확인하기 위해 누적 열처리 후 상온에서 TMR 비의 변화를 살펴보았다. Fig.
3). Mn의 층간 확산 정도를 살펴보기 위해서 각각의 샘플을 30(TC에서 1시간 동안 열처리 후 AES를 측정하였다. Fig.
또한 버퍼 층 또는 하지 층에 나노 산화 층이 삽입됨에 따른 터널 배리 어의 특성을 알아보기 위해서 EDS 즉정을 통해 살펴보았다(Fig. 4). Fig.
대상 데이터
산화 시간은 50초이며, CoNbZr 박막은 Co 타겟에 Nb, Zr 칩을 이용해 원하는 조성을 만들었다[11]. 접합 패터닝은 금속 쉐도우 마스크를 이용해 200X200 卩nF으로 제작하였으며 증착 시 일축 자기이방성을 유도하기 위해 300 (北의 자장을 인가하였다. 열적 안정성을 조사하기 위해 열처리 온도를 150℃ 부터 35CTC까지 50℃ 간격으로 10분 동안 3X1(厂6 Torr 진공하에서 500 Oe 자장을 걸어주며 진행하였다.
이론/모형
5/고정층 CoFe 3/터널배리어 Al。*}유층 CoFe 3/덮개 층 CoNbZr 2(nm)의 샘플을 초기진공도가 3X 10-7 Ton인 마그네트론 스퍼터링 장비를 이용하여 제작하였다. 나노산화층과 절연층은 플라즈마 산화법을 이용했으며 이때의 산소 분압은 각각 5 mTorr와 lOOmTon로 하였다. 산화 시간은 50초이며, CoNbZr 박막은 Co 타겟에 Nb, Zr 칩을 이용해 원하는 조성을 만들었다[11].
성능/효과
1은 단면 TEM을 통해 (a) 나노 산화 층을 형성하지 않은 경우, (b) 하지 증(underlayer)에 나노 산화 층을, 二f리고 (c) 버퍼충(bufferlayer)에 나노산화층을 각각 형성한 MTJ의 구조를 보여주고 있다. 일련의 TEM 이미지를 통해서 나노 산화 층을 형성하지 않은 경우보다 나노 산화 층을 형성한 경우 계면의 표면평활도가 향상됨을 알 수 있었다. 일반적으로 비정질 재료(나노산화층과 CoNbZr)의 경우 결정립 계가 존재하지 않기 때문에, 박막의 주 상정 성장(c아umnar growth)을 제어해줄 수 있어 표면 평활도를 향상할 수 있다.
이는 나노 산화 층의 산소가 터널배리어의 산소와 함께 전기음성도의 차이에 의해 반 강 자성층의 Mn을 서로 당기면서 나타나는 현상으로 볼 수 있다. 따라서 버퍼 층 또는 하지층에 나노 산화 층을 형성함에 따라 반강자성체의 Mn 의 확산을 제어할 뿐만 아니라, 터널 배리 어의 특성 또한 향상시킬 수 있는 효과를 얻을 수 있다.
열적 안정성을 향상시키고자 하였다. 나노산화층을 삽입함으로써 MTJ의 표면 조도 향상에 의한 TMR비의 향상과터널배리어층의 특성 향상과 Mn의 확산을 제어함으로써 열적 안정성 향상을 도모할 수 있었다.
참고문헌 (12)
S. S. P. Parkin, K. P. Roche, M. G. Samant, P. M. Rice, R. B. Beyers, R. E. Scheuerlein, E. J. O'Sullivan, S. L. Brown, J. Bucchigano, D. W. Abraham, Y. Lu, M. Rooks, P. L. Trouilloud, R. A. Wanner, and W. J. Gallsgher, J. Appl. Phys. 85, 5828(1999)
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