垂直磁化 STT-MRAM 单元中的材料开发与基于畴壁的纳秒级翻转过程
材料科学
2018-07-04 v3 介观与纳米尺度物理
摘要
我们研究了适用于自旋矩操作存储器的隧道结中垂直磁化 FeCoB 基自由层的吉尔伯特阻尼和磁化翻转。我们研究了 MgO/FeCoB/Ta 体系合金在结晶退火后硼含量对其吉尔伯特阻尼的影响。将硼含量从 20% 增加到 30% 会提高结晶温度，从而推迟自由层内元素扩散的开始。Ta 原子互扩散的减少有助于将吉尔伯特阻尼保持在 0.009 的低水平，且在 CMOS 后端工艺所要求的 400C 退火下，不会对各向异性和磁输运性质造成任何损害。此外，我们表明成分为 MgO/FeCoB/Ta/FeCoB/MgO 的双层 MgO 自由层的阻尼明显低于其 MgO/FeCoB/Ta 对应物，对于 3 \r{A} 厚的钽间隔层，其阻尼参数低至 0.0039。这证实了阻尼的主要通道是 FeCoB 合金中 Ta 杂质的存在。在优化的隧道结上，我们研究了由自旋转移矩引起的翻转事件的持续时间。我们重点关注最佳外加磁场条件下的亚阈值热激活翻转。从翻转的电学特征推断，一旦成核发生，翻转过程将通过畴壁以几十 m/s 的速度扫过器件来进行。器件越小，其翻转越快。我们提出了一个分析模型来解释我们的发现。对于远大于畴壁宽度的器件，预测畴壁速度与电流呈线性关系。畴壁速度取决于 Bloch 畴壁宽度，因此交换刚度最低的器件将具有移动速度最慢的畴壁。
引用
@article{arxiv.1703.03198,
title = {Material developments and domain wall based nanosecond-scale switching process in perpendicularly magnetized STT-MRAM cells},
author = {Thibaut Devolder and Joo-Von Kim and J. Swerts and S. Couet and S. Rao and W. Kim and S. Mertens and G. Kar and V. Nikitin},
journal= {arXiv preprint arXiv:1703.03198},
year = {2018}
}
备注
Submitted to the proceedings of TMRC 2017