| 研究概要 |
熱アシスト型MRAMの原理実験として微細加工を施したTbFe膜に磁界中でパルス電流を印加し,ジュール熱による熱磁気書き込みを検討している。TbFeパターン膜はリソグラフィーと電子サイクロトロン(ECR)プラズマによるArイオンエッチングにより作製した。加工形状は電流が集中するような狭さく構造とした。微細加工を施した素子に対して,外部磁界中でパルス電流を印加し、磁気力顕微鏡によって書き込み後の素子の磁区形状を観察した。外部磁場中で素子に流す電流がある閾値を超えると狭さく部の磁化のみが反転することを確認し,ジュール熱による熱磁気書き込みが可能であることを確認した。
熱磁気書き込みの閾値電流(電力、エネルギー)の素子サイズ依存性とパルス幅依存性を理解するためにTbFeパターンの熱解析を行っている。実験を再現するために,多層構造の3次元熱伝導方程式を,交互方向陰解法によりシミュレーション解析している。検討された範囲の電流パルス幅(0.01 nsから1 μsまで)では,断熱過程と熱拡散過程の二つの領域が存在することがわかった。また,シミュレーションで得られた電力(エネルギー)密度のパルス幅依存性と素子サイズ依存性を実験と比較し、実験結果をよく再現でしていることがわかった。TbFe記録層を使用したTMR素子の面積抵抗(RA)を100Ωμm^2と仮定すると、2mW/μm^2の電力密度を得るためには、電流密度がおよそ4.5x10^5 A/cm^2になる。この値は,ある程度の熱安定性を有したスピン注入磁化反転方式のMTJにおける反転電流密度閾値より小さな値であり、熱アシストMRAMの優位性を示す結果が得られている。垂直磁化膜にスピン注入するための素子は,現在作製中であり,TbFeを用いた巨大磁気抵抗効果型の素子で0.2%程度の磁気抵抗変化を得ている。この値はCoFe系素子と同程度であり,TbFeにおいても十分高いスピン偏極率が得られていることを示唆する結果を得ている。
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