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形状磁気異方性を用いた高性能極微細磁気トンネル接合の作製と評価

研究課題

研究課題/領域番号 17J03692
研究種目

特別研究員奨励費

配分区分補助金
応募区分国内
研究分野 電子・電気材料工学
研究機関東北大学

研究代表者

渡部 杏太  東北大学, 工学研究科, 特別研究員(DC2)

研究期間 (年度) 2017-04-26 – 2019-03-31
研究課題ステータス 完了 (2018年度)
配分額 *注記
1,900千円 (直接経費: 1,900千円)
2018年度: 900千円 (直接経費: 900千円)
2017年度: 1,000千円 (直接経費: 1,000千円)
キーワード磁気トンネル接合 / 垂直磁化容易 / 形状磁気異方性 / STT-MRAM / 微細加工 / Xnm / STT-MRAM / X nm
研究実績の概要

開発した形状磁気異方性磁気トンネル接合(MTJ)素子に関して、当該アプローチや得られた特性の妥当性を検討するために、実験的な手法とシミュレーションの2つの側面から、その磁化反転機構を調べた。実験的な手法では、MTJ素子に対して印加する磁界の角度に対するスイッチング磁界の依存性を評価した。実験結果は、形状磁気異方性MTJを設計する際に用いた一斉磁化反転モデルでよく説明されることがわかった。(一般に、一斉磁化反転ではない不均一な磁化反転は効率が悪い。)また、シミュレーションでは、磁界印加・電流印加の両方の場合の磁化反転についてマイクロマグネティックシミュレーションを行った。磁性層の膜厚や印加する電流を大きな範囲で変化させたシミュレーションを行ったところ、ある程度(約30nm)以上の膜厚場合に、磁界印加でも電流印加でも不均一なふるまいが見られることがわかった。この膜厚は磁性体の磁壁幅に関連しており、形状磁気異方性MTJを設計する際に留意すべき点の一つであることが明らかとなった。
また、極微細形状磁気異方性MTJの作製プロセスの再現性を確認し、本研究を更に発展させていくための土台をつくった。
加えて、形状磁気異方性MTJの一つの発展形として、静磁気結合を利用したMTJ素子の作製にも着手し、形状磁気異方性MTJと同様の測定から、コンセプトの潜在性を明らかにした。
本研究全体として、1X/Xnmスケールで高い性能を有するMTJ素子を実現するための方策を明らかにすることができたため、スピントロニクス及び電子工学の発展に寄与すると考えられる。

現在までの達成度 (段落)

平成30年度が最終年度であるため、記入しない。

今後の研究の推進方策

平成30年度が最終年度であるため、記入しない。

報告書

(2件)
  • 2018 実績報告書
  • 2017 実績報告書
  • 研究成果

    (15件)

すべて 2019 2018 2017 その他

すべて 雑誌論文 (2件) (うち査読あり 2件、 オープンアクセス 2件) 学会発表 (12件) (うち国際学会 10件、 招待講演 4件) 備考 (1件)

  • [雑誌論文] Shape anisotropy revisited in single-digit nanometer magnetic tunnel junctions2018

    • 著者名/発表者名
      Watanabe K.、Jinnai B.、Fukami S.、Sato H.、Ohno H.
    • 雑誌名

      Nature Communications

      巻: 9 号: 1 ページ: 1-6

    • DOI

      10.1038/s41467-018-03003-7

    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Annealing temperature dependence of magnetic properties of CoFeB/MgO stacks on different buffer layer2017

    • 著者名/発表者名
      Kyota Watanabe, Shunsuke Fukami, Hideo Sato, Shoji Ikeda, Fumihiro Matsukura, Hideo Ohno
    • 雑誌名

      Japanese Journal of Applied Physics

      巻: 56 号: 8 ページ: 0802B2-0802B2

    • DOI

      10.7567/jjap.56.0802b2

    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [学会発表] Magnetization reversal of a 1X/X nm Perpendicular Shape-Anisotropy MTJ2019

    • 著者名/発表者名
      K. Watanabe, B. Jinnai, S. Fukami, H. Sato, H. Ohno
    • 学会等名
      16th RIEC International Workshop on Spintronics, 8th JSPS Core-to-Core Workshop on “New-Concept Spintronics Devices”
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] 1X and X nm Perpendicular-easy-axis Magnetic Tunnel Junctions utilizing Shape Anisotropy2019

    • 著者名/発表者名
      K. Watanabe, B. Jinnai, S. Fukami, H. Sato, H. Ohno
    • 学会等名
      The 2nd Symposium for World Leading Research Centers -Materials Science and Spintronics-
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] X nm Magnetic Tunnel Junctions with Perpendicular Anisotropy2018

    • 著者名/発表者名
      K. Watanabe, B. Jinnai, S. Fukami, H. Sato, H. Ohno
    • 学会等名
      INTERMAG 2018
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Shape-anisotropy magnetic tunnel junctions2018

    • 著者名/発表者名
      K. Watanabe, B. Jinnai, S. Fukami, H. Sato, H. Ohno
    • 学会等名
      the 7th Core-to-Core Tohoku-York-Kaiserslautern Workshop
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] High-performance perpendicular-anisotropy (Co)FeB/MgO-based magnetic tunnel junctions and challenges for their scaling down to single-digit nanometer2018

    • 著者名/発表者名
      H. Sato, K. Watanabe, B. Jinnai, S. Fukami, H. Honjo, S. Ikeda, H. Ohno, T. Endoh
    • 学会等名
      2018 Spintronics Workshop on LSI
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] Magnetization reversal mechanism of shape-anisotropy magnetic tunnel junctions2018

    • 著者名/発表者名
      K. Watanabe, B. Jinnai, S. Fukami, H. Sato, H. Ohno
    • 学会等名
      21st International Conference on Magnetism
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Magnetic tunnel juncition scaling into the single-digit nanometer regime2018

    • 著者名/発表者名
      K. Watanabe, B. Jinnai, S. Fukami, H. Sato, H. Ohno
    • 学会等名
      10th International School and Conference on Physics and Applications of Spin Phenomena in Solids
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Magnetic coupling of perpendicular easy axis FeB layers through MgO2018

    • 著者名/発表者名
      T. Funatsu, J. Igarashi, K. Watanabe, S. Fukami, H. Sato, H. Ohno
    • 学会等名
      第37回電子材料シンポジウム
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
  • [学会発表] Stuck structure dependence of magnetic properties of granular films for spintronics device applications2018

    • 著者名/発表者名
      T. Koga, K. Watanabe, W. A. Borders, S. Fukami, H. Ohno
    • 学会等名
      第37回電子材料シンポジウム
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
  • [学会発表] Development of (Co)FeB/MgO-based magnetic tunnel junctions down to X nm2018

    • 著者名/発表者名
      H. Sato, K. Watanabe, B. Jinnai, S. Fukami, and H. Ohno
    • 学会等名
      Tohoku/SG-Spin Workshop on Spintronics
    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] High Performance Single-Digit-Nanometer Perpendicular Magnetic Tunnel Junctions2017

    • 著者名/発表者名
      K. Watanabe, B. Jinnai, S. Fukami, H. Sato, and H. Ohno
    • 学会等名
      15th RIEC International Workshop on Spintronics
    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] Spin-orbit torque switching of nanoscale devices for high-speed MRAMs2017

    • 著者名/発表者名
      C. Zhang, B. Jinnai, S. Fukami, H. Sato, K. Watanabe, A. Kurenkov, M. Bersweiler, S. DuttaGupta, and H. Ohno
    • 学会等名
      63rd International Electron Devices Meeting
    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
    • 国際学会
  • [備考] スピントロニクス研究室(深見准教授研究室)の渡部杏太さん(博士課程後期3年)らが(以下略

    • URL

      http://www.riec.tohoku.ac.jp/ja/information/award/2018/07/post-18449/

    • 関連する報告書
      2018 実績報告書

URL: 

公開日: 2017-05-25   更新日: 2024-03-26  

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