수직 자기터널접합 내 CoFeB 자유층과 고정층의 Co-Fe 조성비가 자기이방성에 미치는 영향

Abstract

STT-MRAM (spin-transfer torque magnetic random access memory)은 비휘발성, 빠른 스위칭 속도, 적은 에너지 소모 등의 장점으로 큰 주목을 받고 있는 차세대 메모리이다. 본 연구에서는 STT-MRAM의 가장 중요한 요소인 수직 자기터널접합(p-MTJ, perpendicular magnetic tunnel junction)의 자유층과 고정층에 사용되는 CoFeB 강자성체의 Co-Fe 조성비가 수직 자기이방성(PMA, perpendicular magnetic anisotropy)에 미치는 영향에 대해 연구하였다. Co-Fe의 조성비가 1:3, 1:9인 Co2Fe6B2, Co7Fe63B30 를 사용한 PMA 구조와 수직 자기터널접합을 제작하여 진동 시료 자력계(VSM)를 이용해 M-H 곡선을 구하고, 수평형 터널링 전류측정법(CIPT)을 이용해 터널자기저항(TMR) 비를 구하였다. M-H 곡선을 바탕으로, 자기이방성 에너지 밀도(K_u×t_eff)를 계산하였다. Co2Fe6B2 기반의 PMA 구조의 경우 두께 1.4nm 에서 최대값이 0.478 erg/cm2이었으며, Co7Fe63B30 기반의 PMA 구조의 경우 두께 1.4nm 에서 최대값이 0.128 erg/cm2로 나타났다. TMR 비는 Co2Fe6B2 기반의 자기터널접합의 경우 최대 135.65% 이었고, Co7Fe63B30 기반의 자기터널접합의 경우 최대 110.09%로 나타났다. 자기이방성 에너지 밀도, TMR 비 모두 Co2Fe6B2 기반의 구조가 높았다. 즉, Co-Fe의 조성비가 1:3인 경우가 1:9인 경우보다 PMA 특성이 더 좋다는 결과를 도출하였다.