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スピン電流注入磁化反転における熱アシスト効果の検証とMRAM記憶セルへの応用

研究課題

研究課題/領域番号 17760282
研究種目

若手研究(B)

配分区分補助金
研究分野 電子デバイス・電子機器
研究機関九州大学

研究代表者

能崎 幸雄  九州大学, 大学院システム情報科学研究院, 助教授 (30304760)

研究期間 (年度) 2005 – 2006
研究課題ステータス 完了 (2006年度)
配分額 *注記
3,500千円 (直接経費: 3,500千円)
2006年度: 700千円 (直接経費: 700千円)
2005年度: 2,800千円 (直接経費: 2,800千円)
キーワードスピントロニクス / 不揮発性メモリ / スピン注入磁化反転 / 磁性ランダムアクセスメモリ / 熱アシスト磁化反転
研究概要

本年度は、熱アシスト効果を用いたMRAM書き込み方式の高速化を検討するため、高出力パルスYAGレーザを用いた記憶セルの高速加熱、及び熱拡散過程における磁化復元特性を詳しく調べた。記憶セルには、比較的強磁性秩序温度が低く垂直磁化特性を有するアモルフアスTbFe膜を用いた。従来のMRAMでは、基板内配線へのパルス電流印加により書込み磁界を発生させるが、配線のインダクタンス、および浮遊キャパシタにより、1ナノ秒以下の短パルス化が困難である。そこで、このような問題を解決する手段として、温度変化のみでMRAMセルの磁化を反転させる新たな書込み方式を提案し、その基本動作特性を計算機シミュレーションより調べた。以下、本研究で得られた知見を箇条書きにまとめる。
●ストロボスコピックな手法を用いて、パルス幅(50-50%)、パルス立ち上がり(10-90%)ともに1ナノ秒のパルスYAGレーザをTb-Feドット(50μm×50μm×20nm)に印加した際の磁化変化を異常ホール効果測定により調べた。その結果、レーザ照射によるMRAMセルの到達温度が高いほど熱拡散時間が長くなることが分かった。今回試作した素子では、レーザ強度の最適化により10ナノ秒オーダの熱アシスト書込みを実現できた。熱アシスト書込みのセル加熱温度は、キュリー温度場程度が最適である。
●T_cが低くハードな垂直磁化膜(TbFe)とT_cでソフトな面内磁化膜(CoFe)を交換結合させた複合膜記憶セルについて、セル温度をハード膜のT_c以上にパルス的に上昇させた後の磁化緩和過程を計算機シミュレーションにより調べた。その結果、垂直磁化膜の磁化を複合膜の面内交換等価磁界で歳差運動させることが可能であること、および加熱パルス時間によりハード層の磁化方向をスイッチングできることを見出した。この結果は、外部磁界を用いず、記憶セルの加熱のみによって磁化反転できることを示しており、熱アシスト書き込みの高速化を実現するための新たな手段として期待できる。
●困難軸方向のスピンを有するスピン電流を注入することによるプリセッショナル磁化反転に関してマイクロマグネティクス計算を行い、熱アシストによる書込み電流低減効果を定量的に評価した。

報告書

(2件)
  • 2006 実績報告書
  • 2005 実績報告書
  • 研究成果

    (11件)

すべて 2007 2006 2005 その他

すべて 雑誌論文 (11件)

  • [雑誌論文] Micromagentic simulation of thermally assisted magnetization reversal in magnetic nano dot with perpendicular anisotropy2007

    • 著者名/発表者名
      B.Purnama et al.
    • 雑誌名

      Journal of Magnetism and Magnetic Materials (in press)

    • 関連する報告書
      2006 実績報告書
  • [雑誌論文] High sensitive detection of field induced susceptibility modulation with curcuit resonance2007

    • 著者名/発表者名
      M.Zhang et al.
    • 雑誌名

      Journal of Magnetism and Magnetic Materials (in press)

    • 関連する報告書
      2006 実績報告書
  • [雑誌論文] Numerical study for ballistic switching of magnetization in single domain particle triggered by a ferromagnetic resonance within a relaxation time limit.2006

    • 著者名/発表者名
      Y.Nozaki et al.
    • 雑誌名

      Journal of Applied Physics 100・5

    • 関連する報告書
      2006 実績報告書
  • [雑誌論文] Numerical Analysis of Successive Ballistic Rotation of Magnetization Caused by an Application of Sinusoidal Magnetic Fields.2006

    • 著者名/発表者名
      Y.Nozaki et al.
    • 雑誌名

      Japanese Journal of Applied Physics 45・29-32

    • NAID

      210000061995

    • 関連する報告書
      2006 実績報告書
  • [雑誌論文] Numerical analysis of thermally assited magnetization reversal in rectangular MRAM cells consisted of exchange coupled bilayer.2006

    • 著者名/発表者名
      Y.Nozaki et al.
    • 雑誌名

      Journal of Magnetics Society of Japan 30・6-2

      ページ: 574-577

    • 関連する報告書
      2006 実績報告書
  • [雑誌論文] Reconfigurable ferromagnetic resonance properties in nanostructured multilayers.2006

    • 著者名/発表者名
      M.Zhang et al.
    • 雑誌名

      Journal of Applied Physics 99・8

    • 関連する報告書
      2006 実績報告書
  • [雑誌論文] CPP transport properties of polycrystalline Fe_3O_4 thin films sputtered on Cu underlayers.2005

    • 著者名/発表者名
      F.Qin et al.
    • 雑誌名

      Journal of Applied Physics 97・10

    • 関連する報告書
      2005 実績報告書
  • [雑誌論文] Fabrication nad Characterization of Ferromagnetic Tunnel Junction with Transition Metal Oxides.2005

    • 著者名/発表者名
      F.Qin et al.
    • 雑誌名

      Research Reports on ISEE of Kyushu Univ. 10・1

      ページ: 63-66

    • 関連する報告書
      2005 実績報告書
  • [雑誌論文] Numerical simulation of write-operation in MRAM memory cell array with magnetostatic interaction2005

    • 著者名/発表者名
      Y.Nozaki et al.
    • 雑誌名

      Journal of Applied Physics 97・10

    • 関連する報告書
      2005 実績報告書
  • [雑誌論文] Thickness dependence of interlayer fringe field coupling in sub micron NiFe/Cu multilayered pillars.2005

    • 著者名/発表者名
      M.Zhang et al.
    • 雑誌名

      IEEE Transactions on Magnetics 41・10

      ページ: 2583-2585

    • 関連する報告書
      2005 実績報告書
  • [雑誌論文] Reconfigurable ferromagnetic resonance properties in nanostructured multilayers.

    • 著者名/発表者名
      M.Zhang et al.
    • 雑誌名

      Journal of Applied Physics (印刷中)

    • 関連する報告書
      2005 実績報告書

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公開日: 2005-04-01   更新日: 2016-04-21  

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