Изготовление субмикронных туннельных магниторезистивных контактов CoFeB/MgO/CoFeB с использованием резистивной маски HSQ/PMMA

Обложка

Цитировать

Полный текст

Открытый доступ Открытый доступ
Доступ закрыт Доступ предоставлен
Доступ закрыт Только для подписчиков

Аннотация

Отработана технология изготовления туннельных магниторезистивных (ТМР) контактов на основе слоев CoFeB/MgO/CoFeB с характерными латеральными размерами от 200 до 700 нм с использованием комбинации электронных резистов HSQ/PMMA. Для исследования процессов перемагничивания в полученных образцах были проведены измерения кривых магнетосопротивления. Показано, что в зависимости от структуры магниточувствительного слоя и геометрических параметров ТМР контактов реализуются элементы как с вихревым, так и c квазиоднородным распределением намагниченности свободного слоя. При этом в последних ширина фронта перемагничивания составляет от 2 до 6 Э.

Полный текст

Доступ закрыт

Об авторах

И. А. Федотов

Институт физики микроструктур РАН

Автор, ответственный за переписку.
Email: fedotov@ipmras.ru
Россия, ГСП-105, Нижний Новгород, 603950

И. Ю. Пашенькин

Институт физики микроструктур РАН

Email: fedotov@ipmras.ru
Россия, ГСП-105, Нижний Новгород, 603950

Е. В. Скороходов

Институт физики микроструктур РАН

Email: fedotov@ipmras.ru
Россия, ГСП-105, Нижний Новгород, 603950

Н. С. Гусев

Институт физики микроструктур РАН

Email: fedotov@ipmras.ru
Россия, ГСП-105, Нижний Новгород, 603950

Список литературы

  1. He G., Zhang Y. and Xiao G. Nonhysteretic Vortex Magnetic Tunnel Junction Sensor with High Dynamic Reserve // Phys. Rev. Applied. 2020. V. 14. P. 034051.
  2. Endo M., Al-Mahdawi M., Oogane M. and Ando Y. Control of sensitivity in vortex-type magnetic tunnel junction magnetometer sensors by the pinned layer geometry // J. Phys. D: Appl. Phys. 2022. V. 55. P. 195001.
  3. Yuasa S. and Djayaprawira D. Giant tunnel magnetoresistance in magnetic tunnel junctions with a crystalline MgO (001) barrier. // J. Phys. D: Appl. Phys. 2007. V. 40. P. 337.
  4. Yuasa S., Nagahama T., Fukushima A., Suzuki Y. and Ando K. Giant room-temperature magnetoresistance in single-crystal Fe/MgO/Fe magnetic tunnel junctions // Nature Mater. 2004. V. 3. P. 868.
  5. Lehndorff R., Bürgler D.E., Gliga S., Hertel R., Grünberg P., Schneider C.M., Celinski Z. Magnetization dynamics in spin torque nano-oscillators: Vortex state versus uniform state // Phys. Rev. B. 2009. V. 80. P. 054412.
  6. Dussaux A., Georges B., Grollier J., Cros V., Khvalkovskiy A.V., Fukushima A., Konoto M., Kubota H., Yakushiji K., Yuasa S., Zvezdin K.A., Ando K., Fert A. Large microwave generation from current-driven magnetic vortex oscillators in magnetic tunnel junctions // Nature Commun. 2010. V. 1. P. 1.
  7. Devolder T., Bianchini L., Joo-Von Kim, Crozat P., Chappert C., Cornelissen S., Op de Beeck M., Lagae L. Auto-oscillation and narrow spectral lines in spin-torque oscillators based on MgO magnetic tunnel junctions // J. Appl. Phys. 2009. V. 106. P. 103921.
  8. Миронов В.Л., Татарский Д.А., Фраерман А.А. Синхронизация автоколебаний обменно-связанных магнитных вихрей // ФММ. 2022. Т. 64. С. 1328–1332.
  9. Locatelli N., Hamadeh A., Abreu Araujo F., Belanovsky A.D., Skirdkov P.N., Lebrun R., Naletov V.V., Zvezdin K.A., Munoz M., Grollier J., Klein O., Cros V. and De Loubens G. // Efficient Synchronization of Dipolarly Coupled Vortex-Based Spin Transfer Nano-Oscillators // Sci Rep. 2015. V. 5. P. 17039.
  10. Скороходов Е.В., Татарский Д.А., Горев Р.В., Миронов В.Л., Фраерман А.А. Гиротропные колебания магнитных вихрей в двух взаимодействующих ферромагнитных дисках // Письма в ЖЭТФ. 2023. Т. 117. С. 165–170.
  11. Andre T.W., Nahas J.J., Subramanian C.K., Garni B.J., Lin H.S., Omair A. and Martino W.L. A 4-Mb 0.18-/spl mu/m 1T1MTJ toggle MRAM with balanced three input sensing scheme and locally mirrored unidirectional write drivers // IEEE Journal of Solid-State Circuits. 2005. V. 40. P. 301–309.
  12. Engel B.N., Akerman J., Butcher B., Dave R.W., DeHerrera M., Durlam M., Grynkewich G., Janesky J., Pietambaram S.V., Rizzo N.D., Slaughter J.M., Smith K., Sun J.J. and Tehrani S. A 4-Mb toggle MRAM based on a novel bit and switching method // IEEE Trans. Magn. 2005. V. 41. P. 132.
  13. Oh S.C., Park S.Y., Manchon A. et al. Bias-voltage dependence of perpendicular spin-transfer torque in asymmetric MgO-based magnetic tunnel junctions // Nature Phys. 2009. V. 5. P. 898–902.
  14. Sankey J.C., Cui Y.T., Sun J.Z., Slonczewski J.C., Buhrman R.A. and Ralph D.C. Measurement of the spin-transfer-torque vector in magnetic tunnel junctions // Nature Phys. 2007. V. 4. P. 67–71.
  15. Alzate J.G., Amiri P.Kh., Upadhyaya P., Cherepov S.S., Zhu J., Lewis M., Dorrance R., Katine J.A., Langer J., Galatsis K., Markovic D., Krivorotov I. and Wang K.L. Voltage-induced switching of nanoscale magnetic tunnel junctions. // IEEE International Electron Devices Meeting. 2012. P. 29.5.1. – 29.5.4.
  16. Alzate J.G., Amiri P.Kh., Yu G., Upadhyaya P., Katine J.A., Langer J., Ocker B., Krivorotov I.N. and Wang K.L. Temperature dependence of the voltage-controlled perpendicular anisotropy in nanoscale MgO|CoFeB|Ta magnetic tunnel junctions // Appl. Phys. Lett. 2014. V. 104. P. 112410.
  17. Wang W.G., Li M., Hageman S. and Chien. C.L. Electric-field-assisted switching in magnetic tunnel junctions // Nature Mater. 2012. V. 11. P. 64–68.
  18. Пашенькин И.Ю., Сапожников М.В., Гусев Н.С., Рогов В.В., Татарский Д.А., Фраерман А.А., Волочаев М.Н. Магнитоэлектрический эффект в туннельных магниторезистивных контактах CoFeB/MgO/CoFeB // Письма в ЖЭТФ. 2020. Т. 111. С. 815–818.

Дополнительные файлы

Доп. файлы
Действие
1. JATS XML
Скачать
2. Рис. 1. Исходная многослойная наноструктура для формирования ТМР-контактов с квазиоднородным (а) и вихревым (б) распределением намагниченности свободного слоя, в скобках указаны толщины в нм.

Скачать (45KB)
Метаданные
3. Рис. 2. Формирование электрической изоляции путем напыления диэлектрика Ta2O5 (а); процесс взрывной литографии (б, в); изображение ТМР-контактов после электрической изоляции и вскрытия окон в диэлектрике, полученное в растровом электронном микроскопе (г).

Скачать (48KB)
Метаданные
4. Рис. 3. Участки кривых магнетосопротивления, отвечающие процессу перемагничивания квазиоднородного свободного ферромагнитного слоя для одиночного ТМР-контакта с латеральными размерами: a) 2×4 мкм; б) 200×400 нм.

Скачать (29KB)
Метаданные
5. Рис. 4. Кривые магнетосопротивления цепочки из 5 круглых ТМР-контакта с диаметром около 700 нм и вихревым распределением намагниченности свободного слоя.

Скачать (25KB)
Метаданные