Magentic tunnel junctions with semiconductor tunneling barrier

2022 Fiscal Year Final Research Report

• Project/Area Number: 20H02186
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
• Allocation Type: Single-year Grants
• Section: 一般
• Review Section: Basic Section 21050:Electric and electronic materials-related
• Research Institution: National Institute for Materials Science
• Principal Investigator: KASAI Shinya 国立研究開発法人物質・材料研究機構, 磁性・スピントロニクス材料研究拠点, グループリーダー (20378855)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 三浦 良雄 国立研究開発法人物質・材料研究機構, 磁性・スピントロニクス材料研究拠点, グループリーダー (10361198) ; 高橋 有紀子 国立研究開発法人物質・材料研究機構, 磁性・スピントロニクス材料研究拠点, グループリーダー (50421392)
• Project Period (FY): 2020-04-01 – 2023-03-31
• Keywords: 磁気トンネル接合 / トンネル磁気抵抗効果 / 化合物半導体障壁

Outline of Final Research Achievements

Lowering the resistance area product (RA) in magnetic tunnel junctions is an important subject to realize the spintronic applications including the non-volatile magnetic random access memory. To reduce RA, we investigated the potential of semiconductor materials for the tunneling barrier. Using the chalcopyrite Cu(In, Ga)Se2 or CuGaSe2, we achieve the relatively high MR ratio over 40 % with small RA values lower than 1 ohm um^2. The RA decreases by inserting the Cu or Ag because of the formation of the current confined paths, while the RA increases and MR drastically decreases by inserting the mono-layer Se. These results suggest the importance of the composition of the semiconductor tunneling barrier. CIGS/Fe interface shows relatively strong perpendicular magnetic anisotropy. However, the heat treatment resistance is too weak, which is crucial for the technical applications.

Free Research Field

スピントロニクス

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

磁気トンネル接合の低抵抗化において、化合物半導体障壁は少なくても理論的には有効な材料である。実験的には低抵抗高出力MTJの構築が可能であり、界面誘導垂直磁気異方性についても一定の期待をすることができる。特に界面誘導垂直磁気異方性を発現する界面構造として新規候補材料の提案ができたことには学術的意義がある。反面で、組成の制御が輸送特性において決定的であり、また熱処理耐性が極めて弱いことが難点である。実際にスピントロニクスデバイス応用を考えるのでああれば、これら問題の解決が不可欠である。