Magnetic tunnel junction (MTJ) consisting of ferromagnet/tunnel barrier/ferromagnet structures has been extensively studied because of its large tunnel magnetoresistance (TMR), which can be harnessed for information storage in magnetic random-access memories (MRAM). In particular, the MgO-based MTJs have received much attention due to their large TMR originating from spin-dependent tunneling through (001)-textured MgO tunnel barrier. In addition, CoFeB is widely utilized as ferromagnetic electrodes, which helps the crystallization of the MgO tunnel barrier during the post annealing process. It was shown that a heat treatment changes as-deposited amorphous CoFeB to BCC structure via B diffusion to the adjacent tunnel barrier and capping layer. Therefore, the capping layer is expected to modify the annealing effect on the crystallization of the CoFeB/MgO tunnel junction and associated TMR.
In this study, In the in-plane magnetic tunnel junction structure based on the Pt capping layer, the limitations and problems of the Pt capping layer were investigated through TMR by annealing temperature and CoFeB thickness of the free layer, and the case of Ta and W capping layers were investigated from a perspective of the resistance of annealing temperature and TMR.
강자성체/산화물/강자성체 구조로 이루어진 자기저널접합은 이에 의한 큰 터널 자기 저항으로 인해, 차세대 비휘발성 메모리 소자 중 자성물질을 이용하는 MRAM의 정보 저장 수단의 핵심으로 여겨지고 있고, 이로 인해 지금까지 많은 연구가 되어왔다. 특히, MgO 기반의 자기터널접합은 MgO 터널층의 (001) 방향의 결정화에 의한 스핀-의존 터널링 현상에 기인한 큰 터널자기저항을 보이기 때문에 많은 연구가 진행되어왔다. 게다가, CoFeB는 자성체 전극으로 많이 사용되고 있으며, 후열처리 과정동안 MgO 터널층의 결정화를 돕는다. 구체적으로는 열처리를 하면 비결정 상태의 CoFeB이 인접한 캐핑층과 MgO 터널층으로 Boron을 확산시키면서 BCC 구조의 결정성을 가지게 된다. 그러므로 캐핑층이 CoFeB/MgO 터널 접합의 결정성과 이와 관련된 터널 자기저항을 열처리 효과를 이용해 효과를 제어할 수 있을 것으로 기대하고 있다. 따라서 본 논문에서는 먼저 Pt 캐핑층 기반의 수평 자기터널접합 구조에서 열처리 온도별, 자유층의 CoFeB 두께 별 TMR을 통해 Pt 캐핑층 기반의 한계점 및 문제점을 확인하였으며, Pt 이외에도 Ta, W 캐핑층을 도입하여 캐핑층에 따른 TMR 및 열처리에 대한 저항성의 변화에 대해 다루고자 한다.
