ＭＲＡＭへの応用を目的とした希土類酸化物薄膜を含む磁気多層膜の設計
１）ＭＲＡＭとは
ＤＲＡＭとフラッシュメモリの性能を併せ持つ究極のメモリ。
ＨＤＤでも用いられる磁気概念とＤＲＡＭでの半導体微細加工技術を複合応用して開発が目指されている。
２）ＭＲＡＭの構造
シリコン基板上にトランジスタ／下部電極／フリー磁性体／バリア層／ピン磁性体／反強磁性体／上部電極
ＤＲＡＭのキャパシタに当たる部分にＴＭＲ多層膜（フリー磁性体／バリア層／ピン磁性体／反強磁性体）が用いられる。
３）ＭＲＡＭ原理
下部電極でフリー磁性体のスピンの向きを変化させてピン磁性体とのスピン方向が
そろう／対向するを、０、１に対応させる。
３－１）書き込み
直交する上下電極で流す電流の向きで下部に近いフリー磁性体のスピン方向を変化させる。
３－２）読み込み
バリア層を挟んでスピンがそろったときと、対向する向きのときで
バリア層に垂直に流れる電流値が２倍以上に変化するＴＭＲ効果を利用する。
ＴＭＲ効果とはトンネル磁気抵抗効果のこと。
４）セルの大きさ
ギガビット級を実現するには１００ナノメーターの大きさのドット状のＴＭＲ多層膜を作る必要がある。
ＴＭＲ多層膜のうちバリア層にはＭｇＯを用いて、数ナノメーター程度の膜厚でスパッタで形成できる。
５）集積化
電極およびＴＭＲ層を面で捉えると電極層に対して磁界は並行で面内方向に磁化する。
しかし、本質的には高密度化には電極にたいして垂直方向に伸びる縦長のＴＭＲドットを形成して
電極に対して垂直方向の磁化をさせる方が集積化する際には望ましい。
そのためには垂直磁気異方性を持つ配向ＴＭＲ膜を形成し、レジストを用いて選択イオンエッチングをする。
７）希土類薄膜
希土類とはランタノイド系の別称でランタンは強誘電体、超伝導体で一般的な元素。
磁化スピンがＦｅ，Ｃｏなどｄ軌道電子を使うより
Ｌａ，Ｅｕなどのランタノイドではｆ軌道電子が作用するため、
本質的に高い磁性特性を示す。
ただし、きわめて低温では強磁性体だが、キュリー温度が低い。
８）ＥｕＯ薄膜での知見
ＥｕＯ膜の磁化特性に有効に活用するには
８－１）ＥｕとＯの原子間距離を近づける
８ー２）Ｅｕのｆ軌道を活用する
が考えられる。
これまで、Ｅｕより原子半径の小さなＬａで置換することで
キュリー温度を飛躍的に高めることに成功した報告がある。
９）材料
ＴＭＲ多層膜のバリア層は現在ＭｇＯが製造法を確立しつつあり、特性も高い。
ピン磁性体はハードな強磁性体で、フリー磁性体はソフトな強磁性体であるほうが望ましい。
磁性材料に希土類を用いることがこれからの開発ターゲットである。
１０）成膜法
希土類を用いた磁性体を薄膜で形成してからレジストを用いてドットに形成する方法を採用されると思われる。
特に、希土類の成膜法には
１０－１）希土類を含む有機金属塩溶液を用いたコーティング後、焼成
１０－２）希土類とチタンを含む複合酸化物焼成後を単層剥離して転写コーティング
の二通りが考えられる。
１）ＭＲＡＭとは
ＤＲＡＭとフラッシュメモリの性能を併せ持つ究極のメモリ。
ＨＤＤでも用いられる磁気概念とＤＲＡＭでの半導体微細加工技術を複合応用して開発が目指されている。
２）ＭＲＡＭの構造
シリコン基板上にトランジスタ／下部電極／フリー磁性体／バリア層／ピン磁性体／反強磁性体／上部電極
ＤＲＡＭのキャパシタに当たる部分にＴＭＲ多層膜（フリー磁性体／バリア層／ピン磁性体／反強磁性体）が用いられる。
３）ＭＲＡＭ原理
下部電極でフリー磁性体のスピンの向きを変化させてピン磁性体とのスピン方向が
そろう／対向するを、０、１に対応させる。
３－１）書き込み
直交する上下電極で流す電流の向きで下部に近いフリー磁性体のスピン方向を変化させる。
３－２）読み込み
バリア層を挟んでスピンがそろったときと、対向する向きのときで
バリア層に垂直に流れる電流値が２倍以上に変化するＴＭＲ効果を利用する。
ＴＭＲ効果とはトンネル磁気抵抗効果のこと。
４）セルの大きさ
ギガビット級を実現するには１００ナノメーターの大きさのドット状のＴＭＲ多層膜を作る必要がある。
ＴＭＲ多層膜のうちバリア層にはＭｇＯを用いて、数ナノメーター程度の膜厚でスパッタで形成できる。
５）集積化
電極およびＴＭＲ層を面で捉えると電極層に対して磁界は並行で面内方向に磁化する。
しかし、本質的には高密度化には電極にたいして垂直方向に伸びる縦長のＴＭＲドットを形成して
電極に対して垂直方向の磁化をさせる方が集積化する際には望ましい。
そのためには垂直磁気異方性を持つ配向ＴＭＲ膜を形成し、レジストを用いて選択イオンエッチングをする。
７）希土類薄膜
希土類とはランタノイド系の別称でランタンは強誘電体、超伝導体で一般的な元素。
磁化スピンがＦｅ，Ｃｏなどｄ軌道電子を使うより
Ｌａ，Ｅｕなどのランタノイドではｆ軌道電子が作用するため、
本質的に高い磁性特性を示す。
ただし、きわめて低温では強磁性体だが、キュリー温度が低い。
８）ＥｕＯ薄膜での知見
ＥｕＯ膜の磁化特性に有効に活用するには
８－１）ＥｕとＯの原子間距離を近づける
８ー２）Ｅｕのｆ軌道を活用する
が考えられる。
これまで、Ｅｕより原子半径の小さなＬａで置換することで
キュリー温度を飛躍的に高めることに成功した報告がある。
９）材料
ＴＭＲ多層膜のバリア層は現在ＭｇＯが製造法を確立しつつあり、特性も高い。
ピン磁性体はハードな強磁性体で、フリー磁性体はソフトな強磁性体であるほうが望ましい。
磁性材料に希土類を用いることがこれからの開発ターゲットである。
１０）成膜法
希土類を用いた磁性体を薄膜で形成してからレジストを用いてドットに形成する方法を採用されると思われる。
特に、希土類の成膜法には
１０－１）希土類を含む有機金属塩溶液を用いたコーティング後、焼成
１０－２）希土類とチタンを含む複合酸化物焼成後を単層剥離して転写コーティング
の二通りが考えられる。
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