【公開日：2023.08.01】【最終更新日：2023.07.28】
課題データ / Project Data
課題番号 / Project Issue Number
22OS0039
利用課題名 / Title
磁気トンネル接合のフラッシュランプアニーリング
利用した実施機関 / Support Institute
大阪大学 / Osaka Univ.
機関外・機関内の利用 / External or Internal Use
内部利用（ARIM事業参画者）/Internal Use (by ARIM members)
技術領域 / Technology Area
【横断技術領域 / Cross-Technology Area】（主 / Main）計測・分析/Advanced Characterization（副 / Sub）-
【重要技術領域 / Important Technology Area】（主 / Main）マルチマテリアル化技術・次世代高分子マテリアル/Multi-material technologies / Next-generation high-molecular materials（副 / Sub）次世代ナノスケールマテリアル/Next-generation nanoscale materials
キーワード / Keywords
磁気記録材料/ Magnetic recording materials, スピントロニクス素子・物質/ Spintronics devices and materials, 熱処理、レーザーアニール/ Thermal treatment and laser annealing,電子顕微鏡/Electron microscopy,スパッタリング/Sputtering,蒸着・成膜/Evaporation and Deposition
利用者と利用形態 / User and Support Type
利用者名（課題申請者）/ User Name (Project Applicant)
今井 亜希子
所属名 / Affiliation
大阪大学
共同利用者氏名 / Names of Collaborators in Other Institutes Than Hub and Spoke Institutes
ARIM実施機関支援担当者 / Names of Collaborators in The Hub and Spoke Institutes
利用形態 / Support Type
（主 / Main）機器利用/Equipment Utilization（副 / Sub）-
利用した主な設備 / Equipment Used in This Project
OS-003：200kV原子分解能走査透過分析電子顕微鏡
OS-005：複合ビーム３次元加工・観察装置
OS-007：材料系電子顕微鏡用試料作製装置群
報告書データ / Report
概要（目的・用途・実施内容）/ Abstract (Aim, Use Applications and Contents)
CoFeB/MgO系磁気トンネル接合（MTJ）で高いトンネル磁気抵抗効果（TMR）を得るために、アニールプロセスは不可欠である。通常のアニール(CTA)は電気炉を用いて数十分～1時間以上かけて行われるが、フラッシュランプアニーリング（FLA）装置を用いれば数秒の光照射で十分なアニール効果が得られることを確認した。アニールによって、MTJを構成するMgOやCoFeBの結晶化、BやTaなど各元素の拡散が進むことでTMRの変化が起こると考えられる。
そこで、本研究課題では、MEMS チップヒーターを用いて TEM 装置内で試料を瞬間昇温し、MgO/ CoFeB 界面近傍の結晶化を TEM で時間分解観察を行いたい。
また、昨年度より既に、 STEM, EDX 等を用い、FLAとCTA実施前後の各元素の拡散や、結晶化の様子の観察を進めてきた。引き続き FLA と CTA による違いを理解し、 FLA の条件出しにフィードバックしたい。
実験 / Experimental
・MEMS チップヒーターを用いて TEM 装置内で試料を瞬間昇温し、MTJにおけるMgO/ CoFeB 界面近傍の結晶化を TEM で時間分解観察を行う。
・FLAおよびCTAにより熱処理を行った磁気トンネル接合(MTJ)素子から、複合ビーム３次元加工・観察装置 (FIB-SEM)を用いてTEM観察用薄片に加工する。200kV原子分解能走査透過分析電子顕微鏡 (200kV atomic-resolution analytical TEM/STEM)を用いてTEM観察やEDX 元素分析を実施し、FLAとCTA実施前後の各元素の拡散や、結晶化の様子の詳細な観察を行う。
結果と考察 / Results and Discussion
磁気トンネル接合(MTJ)は従来のアニール(CTA)処理により、成膜時アモルファスであったCoFeBが結晶化することが知られているが、FLA処理を実施したMTJ素子においてもCoFeBの結晶化が確認できた。
一方、Bの拡散に注目すると、CTA処理のMTJ素子ではBの拡散が見られるのに対し、FLA処理ではBはほとんど拡散していない様子だった。
図・表・数式 / Figures, Tables and Equations
その他・特記事項（参考文献・謝辞等） / Remarks(References and Acknowledgements)
成果発表・成果利用 / Publication and Patents
論文・プロシーディング（DOIのあるもの） / DOI (Publication and Proceedings)
口頭発表、ポスター発表および、その他の論文 / Oral Presentations etc.
特許 / Patents
特許出願件数 / Number of Patent Applications：0件
特許登録件数 / Number of Registered Patents：0件