微小磁界で磁化反転する超高密度磁性メモリセル材料

2003 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 15651051
• 研究機関: 大阪大学
• 研究代表者: 中谷 亮一 大阪大学, 大学院・工学研究科, 教授 (60314374)
• 研究分担者: 遠藤 恭 大阪大学, 大学院・工学研究科, 助手 (50335379) ; 山本 雅彦 大阪大学, 大学院・工学研究科, 教授 (30029160)
• キーワード: 情報記憶デバイス / 磁性メモリ / 磁化過程 / 磁化状態 / 漏洩磁束 / 情報記録磁界 / 環状メモリセル / ボルテクス磁化構造

研究概要

新世代の情報記憶メモリであるMRAM(Magnetic Random Access Memory)の記憶容量を飛躍的に大きくするための基礎技術を確立することを目的として、サブミクロンオーダー以下の大きさの閉磁路構造を有する磁性メモリセルの磁化過程および磁化状態について検討を行った。
(1)リング状のメモリセルに対する記録磁界を低減する新構造を実験およびマイクロマグネティクス・シミュレーションの両面より探索した。これらの検討により、リング状セルの下に円形磁性層を形成したカップ型メモリセル構造は、非常に低い磁界により記録可能であることを見出した。また、メモリセル材料としては、Ni-Fe合金のような軟磁性材料が適していることを磁気力顕微鏡による磁化状態の観察により明らかにした。
(2)"(1)"の構造のセルにおいて、低い磁界で記録を行うことが可能であるのは、円形磁性層が容易に磁化のボルテクス構造を取り込み・排出するためであることを見出した。これに対し、従来のリング状メモリセルは、その面積が狭いために、ボルテクス構造を取り込む際の交換エネルギーが高くなるため、ボルテクス構造の取り込み・排出が容易ではなく、記録磁界が高くなることを明らかにした。
(3)"(1)"の構造のセルにおいて、最適なリング磁性層と円形磁性層の厚さの比について検討を行ったところ、1:1の比にすることにより、最も記録磁界が低くなることを、マイクロマグネティクス・シミュレーションにより明らかにした。

研究成果

• [文献書誌] Ryoichi Nakatani, Hana Asoh, Noritsugu Takahashi, Yoshio Kawamura, Masahiko Yamamoto: "Magnetic states and magnetization process in Ni-Fe sub-micron cup-shaped dots"Jpn.J.Appl.Phys.. 42・8. 5024-5029 (2003)
• [文献書誌] Ryoichi Nakatani, Tetsuo Yoshida, Yasushi Endo, Yoshio Kawamura, Masahiko Yamamoto, Takashi Takenaga, et al.: "Magnetization chirality due to asymmetrical structure in Ni-Fe annular dots for high-density memory cells"J.Appl.Phys.. 95・11(印刷中). (2004)
• [文献書誌] S.Anisul Haque, Masahiko Yamamoto, Ryoichi Nakatani, Yasushi Endo: "Magnetic logic gate for binary computing"Science and Technology of Advanced Materials. 5・1-2. 79-82 (2004)
• [文献書誌] Ryoichi Nakatani, Hirotaka Yakame, Yasushi Endo, Masahiko Yamamoto: "Magnetic properties in Mn/Si-O/Si(100)-substrate systems and Mn/Si-O/Si trilayers"Jpn.J.Appl.Phys.. 42・6A. 3392-3393 (2003)
• [文献書誌] Ryoichi Nakatani, Hideo Hoshiyama, Hirotaka Yakame, Yasushi Endo, Masahiko Yamamoto: "Ferromagnetism in Mn/X/Si (X=B,BN,B_4C,SiC) trilayers"Science and Technology of Advanced Materials. 5・1-2. 69-72 (2004)
• [文献書誌] Hiroshi Naganuma, Yasushi Endo, Ryoichi Nakatani, Yoshio Kawamura, Masahiko Yamamoto: "Magnetic properties of weak itinerant ferromagnetic ξ-Fe_2N film"Science and Technology of Advanced Materials. 5・1-2(印刷中). (2004)
• [文献書誌] Hiroshi Naganuma, Ryoichi Nakatani, Yasushi Endo, Yoshio Kawamura, Masahiko Yamamoto: "Magnetic and electrical properties of iron nitride films having both amorphous matrices and nanocrystalline grains"Science and Technology of Advanced Materials. 5・1-2(印刷中). (2004)
• [文献書誌] S.A.Haque, M.Yamamoto, R.Nakatani, Y.Endo: "Permalloy nanodots for binary logic operation"ACSIN-7. 234 (2003)