2020 年度研究成果報告書

垂直磁気トンネル接合における困難軸特性モデルの構築とセンサー応用

研究課題

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研究課題/領域番号	18K04278
研究種目	基盤研究(C)
配分区分	基金
応募区分	一般
審査区分	小区分21060:電子デバイスおよび電子機器関連
研究機関	東北大学
研究代表者	三浦貞彦東北大学, 国際集積エレクトロニクス研究開発センター, 教授 (70750371)
研究期間 (年度)	2018-04-01 – 2021-03-31
キーワード	磁気トンネル接合 / 磁気センサー / 垂直磁気異方性 / 困難軸特性 / 感度
研究成果の概要	垂直磁気異方性を有する磁気トンネル膜（構成: Ta/Ru/TaN/[Co/Pt]4/Ru/[Co/Pt]3/W /CoFeB/MgO /CoFeB(1.4)W/CoFeB/MgO/cap）をスパッタ法により形成し、フリー層直径10nm～90nmの素子を加工した。直径13～20nmの領域では、素子サイズの低下とともに保磁力は減少した。フリー層直径20nm以下ではMTJは困難軸特性を示し、垂直磁場に対するコンダクタンス変化10％、ダイナミックレンジ15～20 mT, 磁気感度0.5～0.7％/mT, non-linearity　5％, Hoogeパラメーター1x10-10[μm2]が測定された。
自由記述の分野	磁気デバイス
研究成果の学術的意義や社会的意義	垂直磁化フリー層の容易軸方向の反転に関しては、シミュレーション、実験等の多数の研究が行われているが、困難軸方向の挙動、特に磁気センサーとしての磁気感度、ノイズ特性を評価する本研究のアプローチは少ない。加えてトンネル障壁に関する知見をノイズ特性から得ることが可能となり、極薄トンネル膜の理解という観点から極微細CMOSのゲート絶縁膜の理解の進展にも寄与する。垂直方向に対する高感度磁気センサーの実証が可能となれば、そのコンパクト性から医療、車載等の応用が期待される。さらに１枚のウエハから３方向に対するコンパクトな高感度磁気センサーが可能であれば、上記の応用に加え、携帯端末等への応用が広がる。