Accelererende udvikling af STT-MRAM

Forskere ved Center for Innovative Integrated Electronic Systems (CIES) ved Tohoku University har med succes observeret mikroskopiske kemiske bindingstilstande i ultratynd MgO - en vigtig determinant i STT-MRAM ydeevne. Observationen blev udført via en vinkelopløst hård røntgenfotoelektronspektroskopi (AR-HAXPES) i samarbejde med Japan Synchrotron Radiation Research Institute (JASRI) på deres Spring-8 Synchrotron Radiation facilitet.

STT-MRAM, en form for ikke-flygtig hukommelse, er blevet intensivt undersøgt og udviklet på grund af dens høje ydeevne og lave strømforbrug. STT-MRAM indeholder magnetiske tunnelforbindelser (MTJ) som et integreret hukommelseselement. Ultratynd MgO-film bruges som tunnelbarriere for MTJ, er således en dominerende determinant i STT-MRAM ydeevne. Det er, derfor, vigtigt at forstå de mikroskopiske karakteristika af MgO og især, den kemiske bindingstilstand.

Forskere ved Tohoku University ledet af prof. Tetsuo Endoh, direktør for CIES og Dr. Testuya Nakamura, gruppeleder for JASRI har med succes observeret den kemiske bindingstilstand af det ultratynde MgO i hele MgO-laget ved hjælp af AR-HAXPES ved SPring-8, verdens største synkrotronstrålingsanlæg.

Figur 1 viser prøvestrukturen brugt i denne undersøgelse. Det er den enkleste MTJ-stak, hvori den ultratynde MgO (0,8 nm) er klemt mellem CoFeB-film. Den kemiske bindingstilstand af det ultratynde MgO i denne undersøgelse blev evalueret i henhold til filmtykkelsesretningen.

Figur 2 viser den mikroskopiske kemiske bindingstilstand af MgO-ændringerne langs filmtykkelsesretningen. Dette resultat viser, at den mikroskopiske bindingstilstand af MgO, noget, der normalt anses for at være homogent langs filmtykkelsesretningen, ændres faktisk afhængigt af afstanden fra grænsefladen.

Den vellykkede observation af det ultratynde MgO-lags kemiske bindingstilstand vil føre til en forbedring af MgO-kvaliteten. Dette vil igen accelerere STT-MRAM-udviklingen.

Derfor, en ny synkrotronstrålingsfacilitet (Slit-J) er nu under opførelse på Aobayama New-Campus ved Tohoku University i samarbejde med relevante industrier. Faciliteten vil give mulighed for bedre forståelse af lettere mikroskopiske træk og forhåbentlig føre til yderligere velstand for relevante industrier.