Kredit:Tohoku University
Forskare vid Center for Innovative Integrated Electronic Systems (CIES) vid Tohoku University har framgångsrikt observerat mikroskopiska kemiska bindningstillstånd i ultratunn MgO - en viktig bestämningsfaktor för STT-MRAM-prestanda. Observationen utfördes via en vinkelupplöst hårdröntgenfotoelektronspektroskopi (AR-HAXPES) i samarbete med Japan Synchrotron Radiation Research Institute (JASRI) vid dess Spring-8 Synchrotron Radiation-anläggning.
STT-MRAM, en form av icke-flyktigt minne, har undersökts och utvecklats intensivt på grund av dess höga prestanda och låga strömförbrukning. STT-MRAM innehåller magnetiska tunnel junctions (MTJ) som ett integrerat minneselement. Ultratunn MgO-film används som en tunnelbarriär för MTJ, är således en dominerande determinant i STT-MRAM-prestanda. Det är, därför, viktigt att förstå de mikroskopiska egenskaperna hos MgO och i synnerhet, det kemiska bindningstillståndet.
Forskare vid Tohoku University under ledning av prof. Tetsuo Endoh, chef för CIES och Dr. Testuya Nakamura, gruppledare för JASRI har framgångsrikt observerat det kemiska bindningstillståndet för det ultratunna MgO i hela MgO-skiktet med hjälp av AR-HAXPES vid SPring-8, världens största synkrotronstrålningsanläggning.
Figur 1 visar provstrukturen som används i denna studie. Det är den enklaste MTJ-stacken där den ultratunna MgO (0,8 nm) är inklämd mellan CoFeB-filmer. Det kemiska bindningstillståndet för det ultratunna MgO i denna studie utvärderades enligt filmtjocklekens riktning.
Figur 1 visar provstrukturen som används i denna studie. Figur 2 visar det mikroskopiska kemiska bindningstillståndet för MgO-förändringarna längs filmtjockleksriktningen. Upphovsman:AIP Publishing
Figur 2 visar det mikroskopiska kemiska bindningstillståndet för MgO-förändringarna längs filmtjockleksriktningen. Detta resultat visar att det mikroskopiska bindningstillståndet för MgO, något som vanligtvis anses vara homogent längs filmtjocklekens riktning, ändras faktiskt beroende på avståndet från gränssnittet.
Den framgångsrika observationen av det ultratunna MgO-skiktets kemiska bindningstillstånd kommer att leda till en förbättring av MgO-kvaliteten. Detta kommer i sin tur att påskynda utvecklingen av STT-MRAM.
Följaktligen, en ny synkrotronstrålningsanläggning (Slit-J) är nu under uppbyggnad på Aobayama New-Campus vid Tohoku University i samarbete med relevant industri. Anläggningen kommer att möjliggöra bättre förståelse av lättare elements mikroskopiska egenskaper och förhoppningsvis leda till ytterligare välstånd för relevanta industrier.