東北大学の手束准教授（工学研究科知能デバイス材料学専攻・スピントロニクス学術連携研究センター）とキヤノンアネルバ（株）は、磁気ランダムアクセスメモリ（MRAM）の大容量・高集積化に必要とされる垂直磁化型低抵抗強磁性トンネル接合素子（MTJ）の高出力化に成功しました。垂直磁化を強磁性電極に有する低抵抗な強磁性トンネル素子において、室温248%という高いトンネル磁気抵抗比を示し、トンネル磁気抵抗（TMR）比の印加電圧特性が良好であり、200mVを超える出力電圧を達成しました。
磁気ランダムアクセスメモリ（MRAM）は、DRAMに代わる不揮発性のワーキングメモリとして期待されています。大容量・高集積化のためには、高い出力電圧を示し、スピン注入磁化反転（STT）で書込みを行うことが求められ、そのためには、強磁性電極は垂直磁化を有し、かつ、低抵抗で高いTMR比を有することが求められています（垂直磁化型低抵抗MTJ）。つまり、次世代のSTT-MRAMには、垂直磁化型低抵抗MTJによる高出力電圧が要求されています。
今回、スパッタリング装置NC7900（図1）を用いて、MTJ（極薄MgO絶縁障壁層、CoPt垂直磁気異方性多層膜、および、MgO/CoFeB界面磁気異方性膜）を作製しました（図2）。W層の挿入により寄生抵抗を大きくすることなく垂直磁気異方性を向上させることができ、抵抗×面積＝10Ωμm2の低抵抗素子において、TMR比248％、出力電圧200mV以上を達成しました（図3）。また、STTによる磁化反転も確認しています。これらの結果は、現在のDRAM等に匹敵するSTT-MRAMの開発を期待させるものです。
本研究の一部は、日本学術振興会科学研究費補助金の助成を受けて行われました。
図1 MTJ多層膜成膜装置：NC7900
図2 MTJの構造
図3 出力電圧の印加電圧依存性