| 0 |
|
В течение последних двух десятилетий магнитные туннельные переходы (MTJ) играли центральную роль в спинтронных устройствах, таких как считывающие головки жестких дисков и энергонезависимые магниторезистивные запоминающие устройства произвольного доступа (MRAM), и исследователи постоянно работают над улучшением их производительности. Одним из самых выдающихся достижений, ускоривших практические применения технологии, была реализация гигантской туннельной магниторезистивности (TMR) с использованием кристаллического барьера соляного типа MgO. Теперь японская команда исследователей смогла использовать MgGa2O4 для туннельного барьера, основной части MTJ, в качестве альтернативного материала более традиционным изоляторам, таким как MgO и MgAl2O4.
MTJ имеет слоистую структуру, состоящую из наноразмерного изолирующего слоя, называемого туннельным барьером, зажатого между двумя магнитными слоями. Одним из наиболее важных показателей производительности MTJ является коэффициент туннельного магнитосопротивления (коэффициент TMR), величина изменения сопротивления. В качестве туннельного барьера обычно используется оксид магния (MgO), так как можно легко получить большой коэффициент TMR.
«Чтобы расширить диапазон применения MTJ, мы хотели бы значительно отрегулировать свойства MTJ, заменив материал туннельного барьера, - сказал Хироаки Сукегава (Hiroaki Sukegawa), ученый из Национального института материаловедения в Японии. - В частности, для многих приложений MTJ нам необходимо иметь большой коэффициент TMR и низкое сопротивление устройства, и для этого мы выбрали материал для туннельного барьера с низкой запрещенного зоной».
Команда выбрала полупроводниковый материал MgGa2O4, который имеет запрещенную зону намного ниже, чем обычный изолятор MgO, и использовала существующую технологию, чтобы сделать ультратонкий слой MgAl2O4 для достижения параметров, которые они искали.
Самой большой проблемой было получение высококачественного слоя MgGa2O4 с бесконтактными интерфейсами, поскольку это необходимо для достижения большого коэффициента TMR.
«Сначала мы попытались применить метод окисления с использованием слоя сплава Mg-Ga для приготовления слоя MgGa2O4, однако этот процесс также вызвал значительное окисление на поверхности магнитного слоя под Mg-Ga, и полученная изготовленная структура не функционировала как MTJ», - сказал Сукегава. Вдохновленная своей недавней работой над изготовлением MgAl2O4 высокого качества, команда затем попробовала метод прямого распыления: слой MgGa2O4 был сформирован путем радиочастотного распыления из порошковой мишени с высокой плотностью MgGa2O4 для уменьшения граничного избыточного окисления.
Этот новый метод был очень эффективным в производстве высококачественного туннельного барьера MgGa2O4 с чрезвычайно острыми и бездефектными интерфейсами.
«Мы не ожидали, что мы сможем построить MTJ с большим коэффициентом TMR с использованием MgGa2O4 за такое короткое время, поскольку было мало материалов для туннельного барьера, способных обеспечить большой коэффициент TMR при комнатной температуре», - сказал Сукегава.
Эта работа демонстрирует, что туннельные барьеры MTJ могут быть «спроектированы». Считалось, что настройка физических параметров туннельного барьера при сохранении больших коэффициентов TMR практически невозможна. Эти результаты ясно указывают на то, что различные физические свойства туннельного барьера могут быть спроектированы путем выбора состава барьерных материалов на основе шпинели при одновременном достижении эффективного зависящего от спина транспорта (т. е. большого коэффициента TMJ).
Несмотря на то, что для достижения более высоких коэффициентов TMR еще предстоит сделать многое, эти результаты открывают возможность использования «конструирования туннельного барьера» с различными оксидами шпинелей для создания новых приложений спинтроники.
Ready, set, buy! Посібник для початківців - як придбати Copilot для Microsoft 365
| 0 |
|
