Investigadores del Centro de Sistemas Electrónicos Integrados Innovadores (CIES) de la Universidad de Tohoku han observado con éxito estados microscópicos de enlaces químicos en MgO ultradelgado, un determinante importante en el rendimiento de STT-MRAM. La observación se llevó a cabo mediante una espectroscopia de fotoelectrones de rayos X duros con resolución angular (AR-HAXPES) en colaboración con el Instituto de Investigación de Radiación Sincrotrón de Japón (JASRI) en su instalación de Radiación Sincrotrónica Spring-8.

STT-MRAM, una forma de memoria no volátil, ha sido intensamente investigado y desarrollado debido a su alto rendimiento y bajo consumo de energía. STT-MRAM contiene uniones de túnel magnéticas (MTJ) como un elemento de memoria integrado. La película ultrafina de MgO se utiliza como barrera de túnel para MTJ, siendo así un determinante dominante en el desempeño de STT-MRAM. Está, por lo tanto, importante comprender las características microscópicas del MgO y, en particular, el estado de enlace químico.

Investigadores de la Universidad de Tohoku dirigidos por el profesor Tetsuo Endoh, director del CIES y Dr. Testuya Nakamura, El líder del grupo de JASRI ha observado con éxito el estado de enlace químico del MgO ultrafino en toda la capa de MgO por medio de AR-HAXPES en SPring-8, la instalación de radiación de sincrotrón más grande del mundo.

La Figura 1 muestra la estructura de la muestra utilizada en este estudio. Es la pila MTJ más simple en la que el MgO ultrafino (0,8 nm) se intercala entre las películas de CoFeB. El estado de unión química del MgO ultrafino en este estudio se evaluó de acuerdo con la dirección del espesor de la película.

La Figura 2 muestra el estado de unión química microscópica de los cambios de MgO a lo largo de la dirección del espesor de la película. Este resultado muestra que el estado de enlace microscópico del MgO, algo que generalmente se considera homogéneo a lo largo de la dirección del espesor de la película, en realidad cambia dependiendo de la distancia desde la interfaz.

La observación satisfactoria del estado de unión química de la capa ultrafina de MgO conducirá a una mejora de la calidad del MgO. Esto, a su vez, acelerará el desarrollo de STT-MRAM.

Respectivamente, una nueva instalación de radiación de sincrotrón (Slit-J) se está construyendo ahora en el nuevo campus de Aobayama en la Universidad de Tohoku junto con las industrias relevantes. La instalación permitirá una mejor comprensión de las características microscópicas de los elementos más ligeros y, con suerte, conducirá a una mayor prosperidad para las industrias relevantes.