Post on 09-Oct-2020
Badania dyfrakcyjne cienkowarstwowych struktur pod kątem zastosowań w elektronice spinowej
Jarosław Kanak
Katedra Elektroniki, WIEiT AGH
Seminarium WFiIS AGH, 25 I 2019NCN grant DEC-2012/05/E/ST7/00240
2
Laboratorium Badań Strukturalnych
W dniu 25 lipca 2013r. Laboratorium uzyskało akredytacjęz Certyfikatem Akredytacji Laboratorium Badawczego nr AB 1445
http://www.lbs.agh.edu.pl/
Seminarium WFiIS AGH, 25 I 2019
3
Plan prezentacji
Seminarium WFiIS AGH, 25 I 2019
• Układy Co/Pt z prostopadłą anizotropią magnetyczną
• Hybrydowe układy metal spinowo-orbitalny/ferromagnetyk do badań spinowego efektu Halla (Ta/CoFeB/MgO/Ta)
• Motywacja
• Magnetyczne złącza tunelowe (MTJ)
4
Spis publikacji
Seminarium WFiIS AGH, 25 I 2019
[1] J. Kanak , M. Czapkiewicz, T. Stobiecki, M. Kachel, I. Sveklo, A. Maziewski, and S. van Dijken, phys. stat. sol. (a), 204 (2007) 3950
[2] J. Kanak , T. Stobiecki, V. Drewello, J. Schmalhorst, and G. Reiss, phys. stat. sol. (a), 204 (2007) 3942
[3] J. Kanak , T. Stobiecki, A. Thomas, J. Schmalhorst, G. Reiss, Vacuum, 82 (2008) 1057
[4] J. Kanak , T. Stobiecki, S. van Dijken, IEEE Trans. Magn., 44 (2008) 238
[5] J. Cao, J. Kanak , T. Stobiecki, P. Wisniowski, and P.P. Freitas, Effect of Buffer Layer Texture on the Crystallization of CoFeB and on
the Tunnel Magnetoresistance in MgO Based Magnetic Tunnel Junctions, IEEE Trans Magn., 45 (2009) 3464,
[6] J. Kanak , P. Wiśniowski, T. Stobiecki, A. Zaleski, W. Powroźnik, S. Cardoso, P. Freitas, J. Appl. Phys. ( 2013) vol. 113, 023915,
[7] M. Cecot, J. Wrona, J. Kanak , S. Ziętek, W. Skowroński, A. Żywczak, M. Czapkiewicz, T. Stobiecki, IEEE Transactions on
Magnetism 51 (2015) 6101504
[8] M. Frankowski, A. Żywczak, M. Czapkiewicz, S. Ziętek, J. Kanak , M. Banasik, W. Powroźnik, W. Skowroński, J. Chęciński, J.
Wrona, H. Głowiński, J. Dubowik, J.-Ph. Ansermet, T. Stobiecki, J. Appl. Phys. 117, (2015) 223908,
[9] W. Skowroński, M. Cecot, J. Kanak , S. Ziętek, T. Stobiecki, L. Yao, S. van Dijken, T. Nozaki, K. Yakushiji, S. Yuasa, Appl. Phys.
Lett. 109 (2016) 062407,
[10] M. Cecot, Ł. Karwacki, W. Skowroński, J. Kanak , J. Wrona, A. Żywczak, L. Yao, S. Dijken, J. Barnaś, T. Stobiecki, Scientific
Reports 7, Article number: 968 (2017)
[11] P. Nawrocki, J. Kanak , M. Wójcik, T. Stobiecki,Co-59 NMR analysis of CoFeB-MgO based magnetic tunnel junction, Journal of
Alloys and Compounds. 741 (2018) 775-780
[12] W. Skowroński, Ł. Karwacki, S. Ziętek, J. Kanak , S. Łazarski, K. Grochot, T. Stobiecki, P. Kuświk, F. Stobiecki, and J. Barnaś,
Physical Review Applied, Accepted 15 January 2019
Motywacja
5
Everspin:1Gb STT-MRAM chip - grudzień 2018 (256Mb 2016)
Seminarium WFiIS AGH, 25 I 2019
Motywacja
6
10-5 10-4 10-3 10-2 10-1 100 10110-710-610-510-410-310-210-1100101102103104105
MTJ sizeMTJ sizeMTJ sizeMTJ size ((((µµµµmmmm
2222
))))
Samsung 2011
Avalanche 2010MagIC-IBM 2010
TSMC&Qualcomm 2009
Toshiba2008 MagIC-IBM 2008
IBM2003
Everspin2010
Everspin2010Hitachi&Tohoku 2010
SONY 2005
Grandis 2010
Everspin 2010
Toshiba 2012
Writ
ing
ener
gy
(pJ/b
it
)
Writ
ing
ener
gy
(pJ/b
it
)
Writ
ing
ener
gy
(pJ/b
it
)
Writ
ing
ener
gy
(pJ/b
it
) MRAM(Øersted field)
Spin-transfer torque(STT) - RAM
Voltage effect
STT+voltage effect
MRAM
STT-RAM
Energy requiredfor data retention
(60 kBT)
Φ30nm Φ100nmΦ10nm
after T. Nozaki AIST
Seminarium WFiIS AGH, 25 I 2019
7
Magnetyczne złącze tunelowe (MTJ)
Seminarium WFiIS AGH, 25 I 2019
MR=(RAP-RP)/RP~ 1000%
Butler et al.PhysRev. B, 63 056614 (2001).
Mathon& Umerski, Phys. Rev. B 220403 (2001).
8
Zawór spinowy MTJ
M1
M2
RPRAP
Przełączanie zewnętrznym polem
Przełączanie prądem
W. Skowroński
warstwa swobodna
izolator
warstwa zamocowana
warstwy buforowe
antyferromagnetyk
podłoże
Seminarium WFiIS AGH, 25 I 2019
9
Tunelowa Magnetorezystancja (TMR)Ikeda, Appl. Phys. Lett. 93, 082508 (2008).
Próbki: J. Wrona, Singulus Timaris PVD Cluster Tool SystemTEM: L. Yao , S. Van Dijken, Aalto, Finland
MgO
CoFeB
CoFeBRu
CoFe
Seminarium WFiIS AGH, 25 I 2019
10
Magnetyczne złącze tunelowe (MTJ)
J. Kanak, et al. Vacuum 82 (2008)1057J. Kanak, et al. phys. stat. sol. (a) 204 (2007) 3942
Seminarium WFiIS AGH, 25 I 2019
Nanoszenie i strukturyzacja
11Seminarium WFiIS AGH, 25 I 2019
Leybold CLAB600 •sputter deposition•6 sources, 4", DC or RF mode•high vacuum•automatic sample handling•plasma oxidation chamber
University Bielefeld - Thin Films and Physics of Nanostructures
IrMn 12CoFeBMgO
CoFeB
Układy MTJ z barierą MgO
12Seminarium WFiIS AGH, 25 I 2019
Si(100)SiO
Cu 25
Si(100)SiOTa 5
Cu 25
A B
J. Kanak, et al. Vacuum 82 (2008)1057J. Kanak, et al. phys. stat. sol. (a) 204 (2007) 3942
Ta 5
Cu 30Ta 3
Au 25
CoFeB
Układy MTJ z barierą Al-O i MgO
13Seminarium WFiIS AGH, 25 I 2019
CoFeAlONiFe
MgOCoFeB
CoFeAlONiFe
CoFeBMgO
CoFeB
Si(100)SiO
Cu 25
Si(100)SiOTa 5
Cu 25
A
B
Układy PSV i EB-SV na buforze Ru
14
RMS 0.07 nm RMS 0.21 nm RMS 0.13 nm
J. Kanak, et al. J. Appl. Phys. 113, (2013) 023915
SubstrateTa 5
SubstrateTa 5
Ru 18
SubstrateTa 5
Ru 18
Ta 3
(a) (b) (c)
Bufor Ru
Seminarium WFiIS AGH, 25 I 2019
Substrate glass
Ta 5
Ru 18
Ta 3
CoFeBt
MgO t
CoFeBt
Ru 5
Ta 5
Substrate glass
Ta 5
Ru 18
Ta 3
PtMn 20, 16
CoFe2Ru 0.9
CoFeBt
MgO t
CoFeBt
Ru 5
Ta 5
EB-SV P-SV
warstwy buforowe
elektrody
INESC MN
Analiza XRR - bufor Ru
15
1 2 3 4 510-1
100
101
102
103
104
105
106
Inte
nsity
(co
unts
)
ω (°)
Ta 5 fit
1 2 3 4 510-1
100
101
102
103
104
105
106
Inte
nsity
ω (°)
Ta 5/Ru 18 fit
1 2 3 4 510-1
100
101
102
103
104
105
106
Inte
nsity
ω (°)
Ta 5/Ru 18/Ta 3 fit
Layer Thickness Roughness/ Interdiffusion
Ta 5.46 0.74
Ru 23.09 0.51
Layer Thickness Roughness/ Interdiffusion
Ta 5.62 0.88 Ru 18.06 0.70 Ta 1.99 0.39
Ta-O 2.05 0.39
Roughness Interdiffusion
Layer Thickness Roughness/ Interdiffusion
Ta 4.49 0.36
Ta-O 1.84 0.36
Seminarium WFiIS AGH, 25 I 2019
Symulacje profili XRD
16
z
i
k
j
2
1 1 1
,,,,,,,, )
sin4exp(
)()()()(
∑∑∑= = =
⋅
=I
i
K
k
J
j
kjikjikjikji
i k zitf
GLCPI
λθπ
σ
θθθθ
Seminarium WFiIS AGH, 25 I 2019
Symulacje profili XRD
17
J. Kanak, et al. J. Appl. Phys. 113, (2013) 023915
Sample
Ru 18 nm PtMn 20 nm CoFeB 15 nm
D
[nm]
texture
coeff.
D
[nm]
texture
coeff.
D
[nm]
texture
coeff.
PSV 16 1 - - 7 0.16
EB-SV 16 1 12 0.56 6 0.12
Seminarium WFiIS AGH, 25 I 2019
Nanoszenie - system przemysłowy
18Seminarium WFiIS AGH, 25 I 2019
Optymalizacja struktury bufora
Ta 5 nm
CuN 50 nm
Ta 5 nm
CuN 50 nm
Ta 3 nm
Ru 20 nm
PtMn 16 nm
Co70Fe30 2 nm
Ru 0.9 nm
CoFeB 2.5 nm
MgO (0.65-1.1) nm
CoFeB 2.5 nm
Ru 5 nm
SiO2
Si
Ta 5 nm
Ta 3 nm
PtMn 16 nm
Co70Fe30 2 nm
Ru 0.9 nm
CoFeB 2.5 nm
MgO (0.65-1.1) nm
CoFeB 2.5 nm
Ru 5 nm
SiO2
Sipodłoże
warstwybuforowe
warstwy aktywne
warstwa przykrywająca
19
Potrzeba zastosowania bufora o odpowiedniej grubości - dolna elektroda
Seminarium WFiIS AGH, 25 I 2019
Optymalizacja struktury bufora
20
30 40 50 60 70 80 90 100
- C
u(22
2)
PtM
n(31
1)
Cu(
111)
- P
tMn(
110)
- P
tMn(
222)
- C
u(20
0)
PtM
n(11
1)
bufor/PtMn/CoFe/Ru/CoFeB/MgO/CoFeB/Ru
Log
inte
nsity
(ar
b. u
nits
)
- R
u(00
04)
- T
a(22
0)
- R
u(00
02) bufor:
Ta/CuN/Ta/CuN/Ta Ta/Ru/Ta
2θ (°)
- T
a(11
0)
Próbki wygrzane: 350 °C, 2 godziny
30 40 50 60 70 80 90 100
- C
uN(2
22)
CuN
(111
)
- P
tMn(
222)
- C
uN(2
00)
PtM
n(11
1)
bufor/PtMn/CoFe/Ru/CoFeB/MgO/CoFeB/Ru
Log
inte
nsity
(ar
b. u
nits
)
- R
u(00
04)
- T
a(22
0)
- R
u(00
02) bufor:
Ta/CuN/Ta/CuN/Ta Ta/Ru/Ta
2θ (°)
- T
a(11
0)Próbki niewygrzane
PtMn fct (tetragonal)
PtMn fcc (cubic)
20
40
60
80PtMn[111] - 39.79
20
40
60
80PtMn[200] - 46.27
20
40
60
80PtMn[111]h - 40.3
20
40
60
80PtMn[002]h - 49.575
Seminarium WFiIS AGH, 25 I 2019
Przejście do stanu antyferromagnetycznego
Pomiary XRR, AFM
21
1 2 3 4 5
Log
inte
nsity
(ar
b. u
nits
)
ω (°)
2137 5 Ta 2133 5 Ta/50 CuN/3 Ta/50 CuN/3 Ta 2141 5 Ta / 20 Ru / 3 Ta
interfejs Ta/Ru
interfejs Ta/CuN
Seminarium WFiIS AGH, 25 I 2019
Wpływ bufora na sprzężenia
22
-5000 -4000 -3000 -2000 -1000 0 1000 2000 3000 4000 5000
-1.0
-0.5
0.0
0.5
1.0
0.68 nm MgO 0.75 nm MgO 0.79 nm MgO 0.84 nm MgO 0.89 nm MgO 1.00 nm MgO
M
[a.u
.]
H [Oe]
-5000 -4000 -3000 -2000 -1000 0 1000 2000 3000 4000 5000
-1.0
-0.5
0.0
0.5
1.0
0.68 nm MgO 0.75 nm MgO 0.79 nm MgO 0.84 nm MgO 0.89 nm MgO 1.00 nm MgO
M [a
.u.]
H [Oe]
-100 0 100 200 300 400 500
0.68 nm MgO 0.75 nm MgO 0.79 nm MgO 0.84 nm MgO 0.89 nm MgO 1.00 nm MgO
M [a
.u.]
H [Oe]
-100 0 100 200 300 400 500
0.68 nm MgO 0.75 nm MgO 0.79 nm MgO 0.84 nm MgO 0.89 nm MgO 1.00 nm MgO
M
[em
u]
H [Oe]
0.6 0.7 0.8 0.9 1.0 1.11
10
100
1000
Ta/CuN/Ta/CuN/Ta Ta/Ru/Ta
H IE
C[O
e]
t MgO [nm]
HIEC
−
−−×
−−=λ
πλ
πλ
πλ
π SPF
F
PS
ttt
t
MhH
22exp
22exp1
22exp1
2
22
Interlayer Exchange Coupling
Seminarium WFiIS AGH, 25 I 2019
Optymalizacja bariery MgO
23
39 40 41 42 43 44 45
10
20
30
40
50In
tens
ity [c
ount
s]
2 θ [°]
1mTorr 2mTorr 3.8mTorr 5.6mTorr 7.5mTorr 15mTorr
10 15 20 25 30
20
40
60
80
Inte
nsity
[cou
nts]
ω [°]
1mTorr 2mTorr 3.8mTorr 5.6mTorr 7.5mTorr 15mTorr
1 2 3.8 5.6 7.5 155.56.06.57.07.58.0
Ar pressure [mTorr]
FW
HM
[°]
XRD θ-2θ XRD rocking curve
Si (001)Si-OTa 5
CuN 50
Ta 5
CuN 50
Ta 3
PtMn 16
Ru 0.9
CoFe 2
CoFeB 2.3
MgO 5
CoFeB 2.3
Ta 10
CuN 30
Ru 7
Wygrzewanie – 3600C, 2h pole 1T
6
7
8
1 2 3.8 5.6 7.5 152.124
2.128
2.132
2.136
High pressure
FW
HM
[°]
(a)Low pressure
Ar pressure [mTorr]
Inte
rpl.
dist
. [Å
]
(b)
J Wrona, J Kanak, et al., Journal of Physics: Conference Series, 200, (2010) 052032
Seminarium WFiIS AGH, 25 I 2019
Optymalizacja bariery MgO
24
Si (001)Si-OTa 5
CuN 50
Ta 5
CuN 50
Ta 3
PtMn 16Ru 0.9CoFe 2
CoFeB 2.3MgO klinCoFeB 2.3
Ta 10CuN 30
Ru 7
0.6 0.7 0.8 0.9 1.00
40
80
120
160
200
240
TM
R [%
]
tMgO
[nm]
1mTorr 2mTorr 3.8mTorr 5.6mTorr 7.5mTorr 15mTorr
0.6 0.7 0.8 0.9 1.0
1
10
RA
[Ω(µ
m)2 ]
tMgO
[nm]
1mTorr 2mTorr 3.8mTorr 5.6mTorr 7.5mTorr 15mTorr
0.6 0.7 0.8 0.9 1.0
10
100
IEC
fiel
d [O
e]
tMgO
[nm]
1mTorr 2mTorr 3.8mTorr
Low pressure
5.6mTorr 7.5mTorr 15mTorr
High pressure
Bufor CuN
klin MgO
0.7 nm 1 nm
Seminarium WFiIS AGH, 25 I 2019
Układy Co/Pt z antyferromagnetykiem
25Seminarium WFiIS AGH, 25 I 2019
Pt 2 nmIrMn 10 nm
CoPt 2 nm
CoPt 2 nm
CoPt 2 nm
CoPt 2 nm
CoPt 2 nm
Co
IrMn 10 nm
Pt 2 nm
AF
AF
topbottom
J. Kanak, et al. IEEE Trans. Magn., 44 (2008) 238
Si
SiO
Ta 5 nm
Cu 10 nm
Si
SiO
Ta 5 nm
Si
SiO
Ta 5nm
Si
SiO
Si
SiO
Ta 5 nm
Si
SiOPt 2 nm
Cu 10 nm Cu 10 nm
Pt 10 nm
Ta 5 nm Ta 5nm
Cu 10 nm
Pt 2 nm
Si
SiO
Cu 10 nm
A B C D E F G
Co 0.5, 0.7 nm
100nm 100nm
RMS = 0.55 nm RMS = 0.81 nm
100nm
RMS = 0.22 nm
IrMn 10 nm
Co 0.5 nmPt 2 nm
Co 0.5 nmPt 2 nm
Co 0.5 nmPt 2 nm
1 2 3 4 510-1
100
101
102
103
104
105
106
Inte
nsity
ω [O]
Bottom Pt2 #487 #487 fit #487@250 #487@250 fit
Układy Co/Pt z antyferromagnetykiem
26Seminarium WFiIS AGH, 25 I 2019
Pt 2 nmCo
Pt 2 nmCo
Pt 2 nm
Supersieć Co/Pt
27Seminarium WFiIS AGH, 25 I 2019
CoPt 2 nm
CoPt 2 nm
CoPt 2 nm
SiSiO
Ta 5 nm
Cu 10 nm
SiSiO
Ta 5 nm
SiSiO
Ta 5nm
Cu 10 nm Cu 10 nm
Ta 5 nm Ta 5nm
Cu 10 nm
SiSiO
Cu 10 nm
A B C D
J. Kanak, et al. phys. stat. sol. (a), 204 (2007) 3950
Układy Co/Pt z prostopadłą anizotropią
28Seminarium WFiIS AGH, 25 I 2019
J. Kanak, et al. phys. stat. sol. (a), 204 (2007) 3950
Spinowy efekt Halla
29
• Spinowo spolaryzowany prąd w metalach ciężkich - oddziaływanie spin-orbita• Materiał ferromagnetyczny Fe, Co, CoFeB• Materiały: ciężki metal - Ta, W, Pt,
K. Ando, et al., J. Appl. Phys. 109, 103913 (2011)
Spinowy kąt Halla θSH stosunek prądu spinowego do prądu ładunkowego:
Seminarium WFiIS AGH, 25 I 2019
Ta/CoFeB – badania strukturalne
30
Ta x nmSiO2
Si
Wygrzewanie: 330 °C, 20 minBufory: Ta 5 nm, 10 nm, 15 nm
Ta x nmSiO2
Si
30 35 40 45 50
400
600
800
1000
1200
1400 Si/SiO/Ta/
Inte
nsity
[a.u
.]
2θ (°)
Si/SiO substrate Ta 5 nm Ta 10 nm Ta 15 nm
θ-2θ
30 35 40 45 50200
400
600
800
1000
1200
1400Si/SiO/Ta/CFB/MgO/Taθ-2θ
Inte
nsity
[a.u
.]
2θ (°)
Si/SiO substrate Ta 5 nm Ta 10 nm Ta 15 nm
20 40 60 80 100 12010
100
1000
10000
100000
Si (
006)
Si (
004)
2θ
15 nm Ta
coun
ts Si (
002)
Seminarium WFiIS AGH, 25 I 2019
Analiza pomiarów XRD
31
200400600800
100012001400
200400600800
100012001400
30 32 34 36 38 40 42 44 46 48 50200400600800
100012001400
Si (
002)
MgO
(00
2)
Ta 5 nmSi/SiO/Ta/CFB/MgO/Taθ-2θ
Inte
nsity
[a.u
.]
Si (
002)
MgO
(00
2)
Ta 10 nm
Inte
nsity
[a.u
.]
Ta
(002
)
Ta
(410
)
Ta
(330
)T
a (2
02)
Ta
(212
)T
a (4
11)
Ta
(331
)
Ta
(312
)
Si (
002)
MgO
(00
2)
Ta 15 nm
Inte
nsity
[a.u
.]
2θ (°)
Ta
(002
)
Ta
(410
)
Ta
(330
)T
a (2
02)
Ta
(212
)T
a (4
11)
Ta
(331
) Ta
(312
)
200400600800
100012001400
200400600800
100012001400
30 32 34 36 38 40 42 44 46 48 50200400600800
100012001400
Si (
002)
MgO
(00
2)
Ta 5 nmSi/SiO/Ta/CFB/MgO/Taθ-2θ
Inte
nsity
[a.u
.]
Si (
002)
MgO
(00
2)
Ta 10 nm
Inte
nsity
[a.u
.]
Ta
(002
)
Ta
(410
)
Ta
(330
)T
a (2
02)
Ta
(212
)T
a (4
11)
Ta
(331
)
Ta
(312
)
Si (
002)
MgO
(00
2)
Ta 15 nm
Inte
nsity
[a.u
.]
2θ (°)
Ta
(002
)
Ta
(410
)
Ta
(330
)T
a (2
02)
Ta
(212
)T
a (4
11)
Ta
(331
) Ta
(312
)
200
400
600
800
1000
1200
200
400
600
800
1000
1200
30 32 34 36 38 40 42 44 46 48 50
200
400
600
800
1000
1200
Ta 5 nm
Inte
nsity
[a.u
.]
Ta
(312
)
Ta
(331
)
Ta
(411
)T
a (2
12)
Ta
(202
)
Ta
(330
)
Ta
(410
)
Ta 10 nm
Inte
nsity
[a.u
.]
Si/SiO/Ta x/CFB/MgO/TaGID@ω = 1°
Ta
(002
)
Ta 15 nm
Inte
nsity
[a.u
.]
2θ (°)
Ta
(002
)
Ta
(410
)
Ta
(330
)
Ta
(202
)T
a (2
12) T
a (4
11)
Ta
(331
)
Ta
(312
)
200
400
600
800
1000
1200
200
400
600
800
1000
1200
30 32 34 36 38 40 42 44 46 48 50
200
400
600
800
1000
1200
Ta 5 nm
Inte
nsity
[a.u
.]
Ta
(312
)
Ta
(331
)
Ta
(411
)T
a (2
12)
Ta
(202
)
Ta
(330
)
Ta
(410
)
Ta 10 nm
Inte
nsity
[a.u
.]
Si/SiO/Ta x/CFB/MgO/TaGID@ω = 1°
Ta
(002
)
Ta 15 nm
Inte
nsity
[a.u
.]
2θ (°)
Ta
(002
)
Ta
(410
)
Ta
(330
)
Ta
(202
)T
a (2
12) T
a (4
11)
Ta
(331
)
Ta
(312
)
θ-2θ GID (grazing incidence diffraction)
M. Cecot, J. Kanak, et al., Scientific Reports 7, Article number: 968 (2017)
Seminarium WFiIS AGH, 25 I 2019
Struktura warstwy Ta
32
Ta 5 nm
SiO2
Si
RMS = 0. 23 nm
Ta 10 nm
SiO2
Si
RMS = 0. 26 nm
RMS = 0. 29 nm
Ta 15 nm
SiO2
Si
Seminarium WFiIS AGH, 25 I 2019
Badanie interfejsu Ta/CoFeB
33
1E+02
1E+04
1E+06
1E+08
1E+02
1E+04
1E+06
1E+08
1 2 3 4 5
1E+02
1E+04
1E+06
1E+08
simulation
5 Ta
a)
simulation
Cou
nts
[a.u
.] 10Ta
b)
simulation
ω (°)
15Ta
c)
0.5 1.0 1.5 2.0 2.5 3.00.30
0.35
0.40
0.45
0.50
0.55
0.60
0.65
0.70as deposited Ta 5 nm
Ta 10 nm Ta 15 nm
annealed Ta 5 nm Ta 10 nm Ta 15 nm
Rou
ghne
ss R
MS
[nm
]
CFB thickness [nm]
Ta 5 nm
SiO2
Si
RMS = 0.57 nm
RMS = 0.53 nm
RMS = 0.51 nm
CoFeB 1 nm
MgO 5 nm
Ta 5 nm
Ta 10 nm
SiO2
Si
CoFeB 1 nm
MgO 5 nm
Ta 5 nm
Ta 15 nm
SiO2
Si
CoFeB 1 nm
MgO 5 nm
Ta 5 nm
RMS = 0.22 nm
RMS = 0.23 nm
RMS = 0.23 nm
Seminarium WFiIS AGH, 25 I 2019
Kąt Halla, MDL
34Seminarium WFiIS AGH, 25 I 2019
0
1
2
3
0.0 0.5 1.0 1.5 2.0 2.5 3.00
1
2
3
0
1
2
3
4
10Ta as deposited 10Ta annealed
b)
15Ta as deposited15Ta annealed
CoFeB thickness [nm]
c)
5Ta as deposited 5Ta annealed
M/A
[em
u/cm
2 ] x 1
0-4
a)
0
1
2
3
0.0 0.5 1.0 1.5 2.0 2.5 3.00
1
2
3
0
1
2
3
4
10Ta as deposited 10Ta annealed
b)
15Ta as deposited15Ta annealed
CoFeB thickness [nm]
c)
5Ta as deposited 5Ta annealed
M/A
[em
u/cm
2 ] x 1
0-4
a)
5 10 150.0
0.2
0.4
0.6
0.8
1.0
As deposited
DL
[nm
]
Ta [nm]
Annealed
Warstwa magnetycznie martwa
M. Cecot, J. Kanak, et al., Scientific Reports 7, Article number: 968 (2017)
Ta/CoFeB/MgO
35
Podsumowanie
Seminarium WFiIS AGH, 25 I 2019
• W pracy przebadano szeroką gamę materiałów stosowanych w elektronice spinowej
• Wykazano, że dobór materiałów, sposób nanoszenia oraz struktura warstwowa ma ogromny wpływ na własności mikrostrukturalne
• Pokazano wpływ struktury na międzywarstwowe sprzężenia magnetyczne i charakterystyki przełączania
Podziękowania
36
Katedra Elektroniki, AGH:• Monika Cecot• Witold Skowroński• Sławomir Ziętek• Tomasz Stobiecki• Maciej Czapkiewicz• Wiesłw Powroźnik• Piotr Wiśniowski• Marek Frankowski• Stanisław Łazarski• Krzysztof Grochot
• Antoni Żywczak – ACMiN, AGH• Jerzy Wrona – Singulus Technologies, Niemcy• S. van Dijken, L. Yao - Nanomagnetism and spintronics, Uniwersytet Aalto, Finlandia
Seminarium WFiIS AGH, 25 I 2019
NCN grant DEC-2012/05/E/ST7/00240 - Struktura krystaliczna, modele oraz własności magnetoelektryczne układów wielowarstwowych nanoelektroniki spinowej
37
Dziękuję za uwagę
Seminarium WFiIS AGH, 25 I 2019