Conventional memory device which has volatile property causes large electric power loss due to the increase of standby-current as the device scales down. Among next generation memories, MRAM based on magnetic materials has received a great attention due to non-volatile, field-free magnetization switching in spin-transfer torque (STT) operation, and lower magnetization switching current as the device density increases. However, the thermal stability of STT-MRAM is reduced as the device size decreases. To solve this problem, new buffer materials which have high anneal condition for perpendicular magnetic anisotropy (PMA) compared to conventional Ta were studied at first. Meanwhile, modification of magnetic anisotropy was recently observed when electric field is induced in ferromagnet/oxide structures. Thus, the electric field effect could maintain thermal stability of device and reduce the energy barrier of magnetization switching during switching operation only. In this thesis, we study the electromagnetic property of perpendicular magnetic tunnel junctions and the change of magnetic properties by the electric field effect through the introduction of new buffer materials having the perpendicular magnetic anisotropy at higher anneal temperature than that of the conventional Ta buffer layer.
휘발성을 갖는 기존 메모리 소자의 지속적인 소형화에 기인하는 대기전류 증가는 큰 전력 손실을 유발하며, 이를 해결하기 위한 기술적 방안이 필요한 실정이다. 대안으로 제시되는 차세대 메모리 소자 중 자성물질을 이용한 MRAM의 경우 비휘발성이고, 스핀-궤도 토크 이용시 외부 자기장 없이 동작가능하며, 고밀도일수록 자화 스위칭에 요구되는 전류가 감소한다는 장점으로 인해 관심이 집중되고 있다. 그러나, 이러한 스핀-궤도 토크를 이용한 MRAM의 경우 소자 소형화에 따라 열적 안정성 또한 감소하는 단점을 가진다. 이를 해결하기 위해, 기존 수직 자기터널접합에 주로 사용되던 버퍼층인 Ta 대비 고온에서 수직자기이방성을 갖는 물질에 대한 연구가 선행되었다. 한편, 최근 자성층/산화층 구조에서 전계 인가에 따른 자기 이방성 변화가 보고된 바 있으며, 이를 이용하면 열적 안정성을 유지하며 자화 스위칭시에만 스위칭에 필요한 에너지 장벽을 감소시키는 것이 가능하다. 따라서, 본 논문에서는 기존에 사용되던 Ta 버퍼층 대비, 고온의 열처리 조건에서 수직 자기 이방성을 갖는 물질의 도입에 따른 수직 자기터널접합의 전자기적 특성 및 전계 효과에 따른 자성 특성 변화에 대해 다루고자 한다.
