I ricercatori del Center for Innovative Integrated Electronic Systems (CIES) della Tohoku University hanno osservato con successo stati microscopici di legame chimico in MgO ultrasottile, un fattore determinante nelle prestazioni STT-MRAM. L'osservazione è stata effettuata tramite una spettroscopia fotoelettronica a raggi X duri risolta in angolo (AR-HAXPES) in collaborazione con il Japan Synchrotron Radiation Research Institute (JASRI) presso la sua struttura Spring-8 Synchrotron Radiation.

STT-MRAM, una forma di memoria non volatile, è stato intensamente studiato e sviluppato per le sue alte prestazioni e il basso consumo energetico. STT-MRAM contiene giunzioni tunnel magnetiche (MTJ) come elemento di memoria integrato. Il film ultrasottile di MgO viene utilizzato come barriera di tunneling per MTJ, essendo così un determinante dominante nelle prestazioni STT-MRAM. È, perciò, importante per comprendere le caratteristiche microscopiche di MgO e in particolare, lo stato del legame chimico.

I ricercatori della Tohoku University guidati dal Prof. Tetsuo Endoh, direttore del CIES e Dr. Testuya Nakamura, il capogruppo di JASRI ha osservato con successo lo stato di legame chimico del MgO ultrasottile nell'intero strato di MgO mediante AR-HAXPES a SPring-8, il più grande impianto di radiazione di sincrotrone del mondo.

La Figura 1 mostra la struttura del campione utilizzata in questo studio. È lo stack MTJ più semplice in cui l'MgO ultrasottile (0,8 nm) è inserito tra i film di CoFeB. Lo stato di legame chimico del MgO ultrasottile in questo studio è stato valutato in base alla direzione dello spessore del film.

La Figura 2 mostra lo stato di legame chimico microscopico del MgO cambia lungo la direzione dello spessore del film. Questo risultato mostra che lo stato di legame microscopico di MgO, qualcosa di solito considerato omogeneo lungo la direzione dello spessore del film, cambia effettivamente a seconda della distanza dall'interfaccia.

L'osservazione riuscita dello stato di legame chimico dello strato di MgO ultrasottile porterà a un miglioramento della qualità di MgO. Questo a sua volta accelererà lo sviluppo di STT-MRAM.

Di conseguenza, un nuovo impianto di radiazione di sincrotrone (Slit-J) è ora in costruzione presso l'Aobayama New-Campus dell'Università di Tohoku in collaborazione con le industrie pertinenti. La struttura consentirà una migliore comprensione delle caratteristiche microscopiche degli elementi più leggeri e, si spera, porterà a un'ulteriore prosperità per le industrie pertinenti.