Journal of the Korean Magnetics Society (한국자기학회지)

The Korean Magnetics Society (한국자기학회)
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Characteristics of Magnetic Tunnel Junctions Comprising Ferromagnetic Amorphous NiFeSiB Layers

강자성 비정질 NiFeSiB 자유층을 갖는 자기터널접합의 스위칭 특성

  • Hwang, J.Y. (Department of Physics, Sookmyung Women's University) ;
  • Rhee, S.R. (Department of Physics, Sookmyung Women's University)
  • 황재연 (숙명여자대학교 물리학과) ;
  • 이장로 (숙명여자대학교 물리학과)
  • Published : 2006.12.31
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Abstract

Magnetic tunnel junctions (MTJs), which consisted of amorphous ferromagnetic NiFeSiB free layers, were investigated. The NiFeSiB layers were used to substitute for the traditionally used CoFe and/or NiFe layers with the emphasis being given to obtaining an understanding of the effect of the amorphous free layer on the switching characteristics of the MTJs. $Ni_{16}Fe_{62}Si_{8}B_{14}$ has a lower saturation magnetization ($M_{s}:\;800\;emu/cm^{3}$) than $Co_{90}Fe_{10}$ and a higher anisotropy constant ($K_{u}:\;2700\;erg/cm^{3}$) than $Ni_{80}Fe_{20}$. The $Si/SiO_{2}/Ta$ 45/Ru 9.5/IrMn 10/CoFe $7/AlO_{x}/CoFeSiB\;(t)/Ru\;60\;(in\;nanometers)$structure was found to be beneficial for the switching characteristics of the MTJ, leading to a reduction in the coercivity ($H_{c}$) and an increase in the sensitivity resulted from its lower saturation magnetization and higher uniaxial anisotropy. Furthermore, by inserting a very thin CoFe layer at the tunnel barrier/NiFeSiB interface, the TMR ratio and switching squareness were improved more with the increase of NiFeSiB layer thickness up to 11 nm.

비정질 강자성 NiFeSiB 자유층을 갖는 자기터널접합 (MTJ)에 대하여 연구하였다. 비정질 자유층이 MTJ의 스위칭 특성에 미치는 영향을 알아보는데 역점을 두어 기존의 CoFe와 NiFe층 대신에 NiFeSiB 자성층을 사용하였다. $Ni_{16}Fe_{62}Si_{8}B_{14}$는 $Co_{90}Fe_{10}$보다 더 낮은 포화자화도 ($M_{s}:\;800\;emu/cm^{3}$) 그리고 $Ni_{80}Fe_{20}$보다 더 높은 이방성 상수 ($K_{u}:\;2700\;erg/cm^{3}$)를 갖는다. $Si/SiO_{2}/Ta$ 45/Ru 9.5/IrMn 10/CoFe $7/AlO_{x}/CoFeSiB\;(t)/Ru\;60\;(nm)$ 구조는 그 자체의 낮은 포화자화도와 높은 일축 이방성을 가짐으로 인하여 보자력($H_{c}$)을 감소시키고 스위칭 각형을 증가시키게 함으로서 MTJ의 스위칭 특성에 유리한 것으로 조사되었다. 더욱이 미소두께(1 nm)의 CoFe층을 터널장벽/NiFeSiB 경계면에 삽입하면 TMR비와 스위칭 각형이 증가하고 개선되었다.

Keywords

References

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