垂直磁化不是唯一答案 日立改进自旋注入MRAM的多层铁氧体结构

日立制作所和日本东北大学在于美国佛罗里达州坦帕召开磁记录相关国际会议“52nd Annual Conference on Magnetism and Magnetic Materials（MMM）”上，发布了双方正在合作开展的关于提高自旋注入方式MRAM“SPRAM（spin-transfer torque RAM）”热稳定性的研究成果。

缩小TMR元件尺寸会降低低电阻状态和高电阻状态之间的热稳定性。如果热稳定性低，受到周围的热影响时，两种状态发生转变的概率将会增加。这样在不加载读取电流时，会引起数据保持特性的劣化，在加载读取电流时容易产生误写入。

多层铁氧体结构

一般认为，TMR元件的热稳定性指标Δ（Eu/kT）的值最好高于60。其中，Eu为磁体能量，k为玻尔兹曼常数，T为温度。

日立制作所认为，多层铁氧体结构是制造高热稳定性TMR元件的有力候选（图）。以往的TMR元件大多采用单层CoFeB做为自由层。另一方面，多层铁氧体是自由层拥有相反磁化方向的两层磁膜（CoFeB）夹在金属（Ru）之间的结构。由于在该结构下能够等价获得较大的各向异性磁场，因此热稳定性较高。

此次，日立制作所进行的研究是，利用多层铁氧体结构，在维持较低的切换电流密度的同时，提高热稳定性。研究得出了以下结论：如果使组成自由层的两层CoFeB的厚度相同，Δ（Eu/kT）能够随两层的总厚度增加而增大。而且，这时即使增加两层CoFeB的总厚度，切换时的电流密度也可基本保持一定。例如，与两层CoFeB的厚度分别为1.6nm、Ru的厚度为0.8nm时相比，两层CoFeB的厚度分别为2.6nm、Ru的厚度为0.8nm时Δ（Eu/kT）的值更大。“切换电流密度降低与Δ（Eu/kT）增大基本处于背反关系（trade-off）。因此，在使切换电流密度不增大的同时增大Δ（Eu/kT）具有重大意义”（日立制作所）。

日立制作所表示，通过使用多层铁氧体结构，即使不采用垂直磁化技术，也能使Δ（Eu/kT）提高到80左右。