Des chercheurs du Center for Innovative Integrated Electronic Systems (CIES) de l'Université de Tohoku ont observé avec succès des états de liaison chimique microscopique dans le MgO ultrafin, un déterminant important des performances STT-MRAM. L'observation a été réalisée via une spectroscopie photoélectronique à rayons X durs à résolution angulaire (AR-HAXPES) en collaboration avec le Japan Synchrotron Radiation Research Institute (JASRI) dans son installation Spring-8 Synchrotron Radiation.

STT-MRAM, une forme de mémoire non volatile, a fait l'objet de recherches et de développements intensifs en raison de ses hautes performances et de sa faible consommation d'énergie. STT-MRAM contient des jonctions tunnel magnétiques (MTJ) en tant qu'élément de mémoire intégré. Le film ultra-mince de MgO est utilisé comme barrière tunnel pour MTJ, étant ainsi un déterminant dominant dans les performances STT-MRAM. Il est, donc, important de comprendre les caractéristiques microscopiques du MgO et en particulier, l'état de liaison chimique.

Des chercheurs de l'Université du Tohoku dirigés par le professeur Tetsuo Endoh, directeur du CIES et Dr Testuya Nakamura, chef de groupe de JASRI ont observé avec succès l'état de liaison chimique du MgO ultramince dans toute la couche de MgO au moyen d'AR-HAXPES au SPring-8, la plus grande installation de rayonnement synchrotron au monde.

La figure 1 montre la structure de l'échantillon utilisé dans cette étude. Il s'agit de l'empilement MTJ le plus simple dans lequel le MgO ultra-mince (0,8 nm) est pris en sandwich entre des films de CoFeB. L'état de liaison chimique du MgO ultra-mince dans cette étude a été évalué en fonction de la direction de l'épaisseur du film.

La figure 2 montre l'état de liaison chimique microscopique du MgO change le long de la direction de l'épaisseur du film. Ce résultat montre que l'état de liaison microscopique de MgO, quelque chose généralement considéré comme homogène le long de la direction de l'épaisseur du film, change en fait en fonction de la distance par rapport à l'interface.

L'observation réussie de l'état de liaison chimique de la couche de MgO ultrafine conduira à une amélioration de la qualité du MgO. Cela accélérera à son tour le développement de la STT-MRAM.

Par conséquent, une nouvelle installation de rayonnement synchrotron (Slit-J) est actuellement en construction à Aobayama New-Campus à l'Université de Tohoku en collaboration avec les industries concernées. L'installation permettra une meilleure compréhension des caractéristiques microscopiques des éléments plus légers et, espérons-le, conduira à une plus grande prospérité pour les industries concernées.