[go: up one dir, main page]

KR20140040169A - 그라핀 자기터널접합 스핀 필터 및 그 제조방법 - Google Patents

그라핀 자기터널접합 스핀 필터 및 그 제조방법 Download PDF

Info

Publication number
KR20140040169A
KR20140040169A KR1020137034050A KR20137034050A KR20140040169A KR 20140040169 A KR20140040169 A KR 20140040169A KR 1020137034050 A KR1020137034050 A KR 1020137034050A KR 20137034050 A KR20137034050 A KR 20137034050A KR 20140040169 A KR20140040169 A KR 20140040169A
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
layer
metal
graphene
tunnel junction
magnetic tunnel
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
KR1020137034050A
Other languages
English (en)
Inventor
제프리 켈버
미 저우
Original Assignee
유니버시티 오브 노스 텍사스
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 유니버시티 오브 노스 텍사스 filed Critical 유니버시티 오브 노스 텍사스
Publication of KR20140040169A publication Critical patent/KR20140040169A/ko
Withdrawn legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10N—ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10N50/00—Galvanomagnetic devices
    • H10N50/10—Magnetoresistive devices
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C01—INORGANIC CHEMISTRY
    • C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
    • C01B32/00—Carbon; Compounds thereof
    • C01B32/15—Nano-sized carbon materials
    • C01B32/182—Graphene
    • C01B32/184—Preparation
    • G—PHYSICS
    • G11—INFORMATION STORAGE
    • G11C—STATIC STORES
    • G11C11/00—Digital stores characterised by the use of particular electric or magnetic storage elements; Storage elements therefor
    • G11C11/02—Digital stores characterised by the use of particular electric or magnetic storage elements; Storage elements therefor using magnetic elements
    • G11C11/14—Digital stores characterised by the use of particular electric or magnetic storage elements; Storage elements therefor using magnetic elements using thin-film elements
    • G11C11/15—Digital stores characterised by the use of particular electric or magnetic storage elements; Storage elements therefor using magnetic elements using thin-film elements using multiple magnetic layers
    • G—PHYSICS
    • G11—INFORMATION STORAGE
    • G11C—STATIC STORES
    • G11C11/00—Digital stores characterised by the use of particular electric or magnetic storage elements; Storage elements therefor
    • G11C11/02—Digital stores characterised by the use of particular electric or magnetic storage elements; Storage elements therefor using magnetic elements
    • G11C11/16—Digital stores characterised by the use of particular electric or magnetic storage elements; Storage elements therefor using magnetic elements using elements in which the storage effect is based on magnetic spin effect
    • G11C11/161—Digital stores characterised by the use of particular electric or magnetic storage elements; Storage elements therefor using magnetic elements using elements in which the storage effect is based on magnetic spin effect details concerning the memory cell structure, e.g. the layers of the ferromagnetic memory cell
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
    • H01L21/02104—Forming layers
    • H01L21/02365—Forming inorganic semiconducting materials on a substrate
    • H01L21/02367—Substrates
    • H01L21/0237—Materials
    • H01L21/0242—Crystalline insulating materials
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
    • H01L21/02104—Forming layers
    • H01L21/02365—Forming inorganic semiconducting materials on a substrate
    • H01L21/02367—Substrates
    • H01L21/02433—Crystal orientation
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
    • H01L21/02104—Forming layers
    • H01L21/02365—Forming inorganic semiconducting materials on a substrate
    • H01L21/02436—Intermediate layers between substrates and deposited layers
    • H01L21/02439—Materials
    • H01L21/02491—Conductive materials
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
    • H01L21/02104—Forming layers
    • H01L21/02365—Forming inorganic semiconducting materials on a substrate
    • H01L21/02436—Intermediate layers between substrates and deposited layers
    • H01L21/02516—Crystal orientation
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
    • H01L21/02104—Forming layers
    • H01L21/02365—Forming inorganic semiconducting materials on a substrate
    • H01L21/02518—Deposited layers
    • H01L21/02521—Materials
    • H01L21/02524—Group 14 semiconducting materials
    • H01L21/02527—Carbon, e.g. diamond-like carbon
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
    • H01L21/02104—Forming layers
    • H01L21/02365—Forming inorganic semiconducting materials on a substrate
    • H01L21/02612—Formation types
    • H01L21/02617—Deposition types
    • H01L21/0262—Reduction or decomposition of gaseous compounds, e.g. CVD
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
    • H01L21/02104—Forming layers
    • H01L21/02365—Forming inorganic semiconducting materials on a substrate
    • H01L21/02612—Formation types
    • H01L21/02617—Deposition types
    • H01L21/02631—Physical deposition at reduced pressure, e.g. MBE, sputtering, evaporation
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
    • H01L21/02104—Forming layers
    • H01L21/02365—Forming inorganic semiconducting materials on a substrate
    • H01L21/02656—Special treatments
    • H01L21/02664—Aftertreatments
    • H—ELECTRICITY
    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10N—ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10N50/00—Galvanomagnetic devices
    • H10N50/01—Manufacture or treatment
    • H—ELECTRICITY
    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10N—ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10N50/00—Galvanomagnetic devices
    • H10N50/80—Constructional details
    • H10N50/85—Materials of the active region
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C01—INORGANIC CHEMISTRY
    • C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
    • C01B2204/00—Structure or properties of graphene
    • C01B2204/04—Specific amount of layers or specific thickness
    • H—ELECTRICITY
    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10B—ELECTRONIC MEMORY DEVICES
    • H10B61/00—Magnetic memory devices, e.g. magnetoresistive RAM [MRAM] devices

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Computer Hardware Design (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Crystallography & Structural Chemistry (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Nanotechnology (AREA)
  • Inorganic Chemistry (AREA)
  • Carbon And Carbon Compounds (AREA)

Abstract

고 자기저항의 터널 자기접합은 Si CMOS 제조및 조작과 일정한 온도 및 압력에서 준비된다. 코발트 또는 니켈의 제1금속층이 예를 들면 구리와 같은 상호접속 또는 도전 배열배선 상에 성장된다. 이 금속층은 전자빔 방사에 의해 형성된다. 700K 이하의 온도에서 UHV에서의 어닐링은 금속층 상에 극소층 두께(평균밀도 3.5 ML) 그라핀 필름을 형성하는 카본분리를 한다. 그라핀 장벽층의 위에 금속의 제2층의 형성은 고 이행 MTJ를 생산한다.

Description

그라핀 자기터널접합 스핀 필터 및 그 제조방법{Graphene Magnetic Tunnel Junction Spin Filters and Methods of Making}
본 발명은, 실리콘-기초 상보금속산화물반도체(Si CMOS)와의 집적에 있어서 일정한 온도와 조건들에서, 강자성층 상에 극소 분자두께(1-3 또는 4 단층) 그라핀층을 형성하는 방법에 관한 것이다. 특히, 이 발명은 최초로 이들의 기존 구조들과 일정한 온도와 조건들에서 Si CMOS 장치상에 그라핀에 기초 된 자기터널접합 스핀 필터 및 관련된 장치들의 제조를 허용한다.
고밀도 자기 기록 및 재생의 증가된 요구와 불-휘발성 메모리를 위한 요구들이 자기터널접합, 및 MRAMs 등과 같이, 그것으로부터 제조될 수 있는 장치들에 주의를 기울여 왔다. 현재까지, 가장 향상된 자기터널접합은 전형적으로 철, 코발트 또는 니켈인 금속 사이에 산화알루미늄 전자터널장벽들의 얇은 막들의 강자성 샌드위치들로 원칙적으로 만들어진다. 최근에는, 결정성 산화마그네슘이 장벽층으로 제안되어졌다. 관찰된 터널 자기저항값을 향상하기 위하여 다른 물질들이 선택된다. 30년 동안의 의도된 투자에도 불구 하고, Fe/MgO/Fe를 위한 가장 높은 TMR 값은 약 240%이다.
그라핀은 자기터널접합에 있어서 터널장벽을 위한 확실한 이점들을 제공한다. 사실, FM/극소-층 그라핀/FM 스택(FM = 강자성체(ferromagnet) 즉, 코발트, 니켈)으로 구성된 자기터널접합(도 1)이 "완전한 스핀"필터로서 제안[1]되어졌다. 예를 들면, Cu 배선 상에 그러한 스택을 형성하기 위한 능력은, 컴퓨터 사용에 적응할 수 있는[2-5], 불-휘발성 메모리, 스핀-로직, 및 결함-내성에 있어서 새로운 가능성을 넓히는, Si CMOS에 직접 집적을 허용한다. 이것은 결국 Co 기판상에 다수의 그라핀층들을 형성하는, 그리고 앞선 Si CMOS 장치들에서 현재 채용된 저-k 유전물질의 열 안정한계인, 700 K 이하의 온도에서 그렇게 하는 능력을 요구한다.
Co 표면상에 CVD 또는 PVD에 의한 그라핀 성장은 잘-보고되어 있지만, 그러나 통상적으로 더 높은 온도(>1000 K)에서 수행된다. Ago 등[9]은 >1150 K의 온도에서 CVD(CH4 및 H2)에 의해 Co(111)/알루미나 필름들 상에 순차 다층 그라핀 필름들의 성장을 보고하고 있다. K. Varyhalov 및 Rader[12]는 ~ 730 K에서 프로필렌의 CVD에 의해 Co(0001)/W(110) 상에 에피택셜(epitaxial) 그라핀의 성장을 보고하고 있다. 불균일한 두께의 그라핀 필름이 1073 K에서 CVD(에틸렌)에 의해 다결정 Co 필름상에 성장되어 졌다[13]. 현재까지, 700 K 이하의 온도에서 장치가 작동가능하게 어닐링(annealing)에 뒤따른 극소-층 그라핀 필름의 형성에 대한 만족스러운 보고는 없었다.
따라서, 전형적 자기저항 등속호출 기억장치에 있어서, 평행 제1도선들의 배열이 수평평면상에 존재하고, 제2 수평평면상의 평행 제2도선들의 배열이 도선들의 제1배열에 직교하는 방향으로 제1배열 위에 배치된다. 예를 들어, 미국특허 제7,985,579호의 MRAMs의 형성에 관계된 기재를 참조하라. MTJ 소자가 두 배열 사이의 각 교차점에 배치된다. 이것은 오늘날 지배적인 전자 및 광통신 기술, 특히 통신 및 컴퓨팅 장비에 집적되어 지기 위한 Si CMOS 호환 온도에서, 스택의 형성과 작동조건들에 대한 어닐링을 허용하는 기술을 요구한다.
Si CMOS 상의 구리배선들 상에 코발트 및 니켈과 같은 강자성체 물질의 증착은 잘 자리잡혀 있다. 출원인은 지금 극소-층 그라핀 필름이, 다양한 종류의 불-휘발성 메모리의 개발을 위하여, FM층 꼭대기에 배선(예를 들면, 구리의)을 형성하고 그 다음 형성된 금속층에 카본을 분리하기 위하여 증착된 금속(바람직하게는 코발트, 니켈)을 어닐링함에 의해, MTJ 스핀 필터 및 관련된 장치들을 제공하도록, Si CMOS 제조의 요구에 호환가능한 온도와 조건에서 코발트 및 니켈층들 위에 직접 형성될 수 있는 것을 보여준다. 약 10-7 토르(torr)보다 더 낮은 초고진공에서의 어닐링은 금속상에 극소-층 두꺼운 그라핀층을 만들고, 이것은 Si CMOS 제조 및 작동과 일정한 모든 온도와 조건에서 금속의 샌드위치 필름으로 덮여 씌워질 수 있다. 획득된 샌드위치 또는 스택은 우수한 특성의 MTJ를 제공한다.
본 발명에 따른 금속층에 그라핀의 극소 분자층 두께 필름을 형성하기 위한 방법은 전자빔 증착에 의해 기판상에 상기 금속층을 증착하고, 및 그 금속층의 표면에 대하여 상기 금속층 내의 카본의 분리를 유발하기에 충분한 시간 동안 700 K 이하의 온도에서 그렇게 증착된 금속층을 어닐링하고, 여기서 그라핀의 극소 분자층 두께 필름은 상기 금속층 상에 형성되는 것을 포함하는 것에 의해 달성된다.
선행기술에 있어서, 최적 MTJ 이행변수들의 손실, 이들을 위하여 관여된 처리온도들 및 CVD(>750 K)에 의해 형성된 다른 그라핀 필름들은 상호접속 또는 패키징 레벨에서 Si CMOS와의 집적에 의미 있는 문제들을 제기한다. 출원인의 발명은 종래기술을 사용하여, 주변조건들에서 높은 이행으로 작동하는, Si CMOS 장치에 MTJ의 직접제조를 허용한다.
도 1은 본 발명의 MTJ 장치의 개요도이다. 두 FM 양극 평행(P) 또는 역평행(AP)의 방향이 대응하는 터널링 컨덕턴스 GP, GAP를 초래한다. 또한 GP, GAP에 관한 TMR(터널링 자기저항)의 정의를 보여준다.
도 2는 Al2O3(0001) 상에 증착된 ~40Å의 코발트 필름을 어닐링함에 의한 C(KVV) 오오거(Auger) 곡선모양의 진전을 반영하고 있다. 오오거 강도로부터 유래된 평균 그라핀층 두께는 ~3.5 단층 이다. 어닐링 조건은 UHV 에서 600 K, 70분이다.
도 3은 Co에 비례한 R30 위치에서의 그라핀 격자를 보여주는 대응하는 LEED 영상데이터를 반영한다. 그라핀 점들의 비교적 좁은 본질은 그라핀층들의 고도의 방위정렬을 나타낸다.
도 4는, 참조문헌 [1]로부터, 그라핀층들의 수의 함수로서 FM/극소-층 그라핀/FM MTJ를 위한 그래프식으로 예측된 GP 및 GAP 값들을 나타낸다.
도 5는 ~1200 K에서 CVD(CH4 + H2)에 의해 성장된 정돈된 Co 필름상의 극소-층 그라핀의 LEED 영상이다. 그라핀 격자에 대응하는 그라핀 점들의 줄무늬 같은 게 있는 본질은 방위상의 무작위화를 가리키는 것이다. 이 도면은 참조문헌 [9]로부터 취한 참조도면이다.
이하에서, 첨부한 도면을 참조하여 예시적 실시 예를 통해 본 발명을 보다 상세히 설명한다.
공정 및 결과
본 발명의 FM/극소-층 그라핀/FM 스택을 기초로 한 MTJ는, 코발트 필름에 용해되는 다소의 카본을 얻는, Al2O3(0001) 기판상에 ~40Å의 (불규칙)코발트를 증착하기 위하여, ~1 x 10-8 토르의 백그라운드 압력에서, 전자빔 증착을 우선 사용함에 의해 만들어졌다. UHV에 ~600 K까지 필름의 어닐링은 카본피복과 함께 Co(111)필름을 형성하기 위하여 규칙화하는 것으로서 코발트의 표면에 용해된 카본의 분리를 가져온다.
오오거 C(KVV) 오오거 데이터(도 2)는 어닐링 공정 동안 카본피복의 두께가 ~3.5 단층의 평균두께로 성장하는 것을 보여주고, sp3으로부터 sp2로 변화하는 동안 카본화학접합-극소-층 그라핀의 형성을 보여준다.
카본분리로부터 획득된 대응하는 LEED 데이터(도 3)는 그라핀층들이, Co 회절점들에 비례하여 30°로 잘-한정된 회절점들을 표시하면서, 높게 정렬되는 것을 나타낸다. 오오거 데이터(도 2) 또한, 그라핀 π 네트워크를 방해하지 않는 화학적으로 돌연한 Co/카본 접속을 나타내는, 산화[6]를 통해 Co 표면층을 감극 하지 않는 카바이드형성의 부재를 보여준다. 사실, 균일한 그라핀층의 존재는 주변노출[7-10]하에서 조차 천이금속 표면들의 산화를 억제하는 것을 보여주었고 이것은 산업조건들 하에서 장치가공에 있어서 중요한 요인이 될 수 있다.
어닐링에 뒤이어, 유사한 코발트층이 제조 동안 대략 40Å의 두께로 그라핀 위에 증착되는데, 이것은 MRAM 또는 다른 불-휘발성 메모리 장치에 기꺼이 포함되는 고 성과 MTJ를 제공한다. 따라서, 접촉배선들의 기초배열에 있어서 소망의 위치들(교차점들)에 코발트 또는 니켈 또는 유사한층(철, 가돌리늄(Gd), 및 네오디뮴(Nd)과 같은 다른 물질이 잠재적으로 적용가능하지만, 덜 바람직하다)이 전자빔 증착에 의해 증착되고, 그 다음, 700 K 이하로 어닐링된다. 그라핀 중간층의 형성에 뒤이어, 코발트 또는 니켈의 상부 또는 "캡(cap)"이 시행되고, 도전배선들의 상부배열이 초기구성의 부분으로서 MRAM을 형성하면서 형성된다.
영향 및 잠재적 이익
도 1에서와 같이, 극소-층 그라핀 상에 Co층의 증착을 통해 Co/3.5 단층 그라핀/Co 접합의 완성은 ~75-80%의 예견된[1] 스핀 필터링 효과를 가질 수 있다. 터널링 자성저항(TMR)은 통상적으로 다음과 같이 정의된다[6]:
(1) TMR = (GP - GAP)/GAP
이 예견된 값은, Karpan 등에서 제시된 바와 같이, 인위적으로 낮게 설정된다. 도 4에 제시된 계산에 있어서, 분모는 보통 행하여진 바와 같이 G( antiparallel ) 대신 G( parallel )이다. 이것은, 그라핀에 있어서, G( antiparallel )이 사라지게 작게 되기 때문에 행하여 졌다. 전통적 계산은 TMR 값을 1000% 이상으로 잘 주지만 확실하게 계산하는 것이 어렵다.
Co/3.5 단층 그라핀/Co 구조의 예견된[1] TMR 값들은 그러므로 ~103이다. 카본의 분리를 강화함에 의해, 어닐링 시간을 더 길게 하는 등에 의해, 그라핀층들의 수의 증가는 TMR 값을 ~1012까지 증가시킬 수 있다. 그에 반해서, Fe합금/Mg(100)/Fe(100) 장치[11]에 기초된 MTJ를 위하여 얻어진, 최고로 보고되어 존재하는 TMR 값은 단지 ~240%이다. Co/그라핀/Co 장치(도 1)를 위한 높은 TMR 값들은 더 큰 배열과 더 작은 장치를 허용하고, 존재하는 Si CMOS 장치들의 것과 근접하는 또는 초과하는 on/off 비율을 준다.
기타 잠재적 이점들:
Co(111)필름은 Cu-Co 합금 없이 Cu(111) 상에서 실온으로 형성될 수 있다. ~770 K 이하의 온도에서의 장치형성은 계면확산, 및 Co fcc→hcp 위상전이를 억제한다. 이것은 확산장벽 없이 Cu 상에서 Co 또는 Ni 필름들의 형성을 허용하고, 이것은 대단히 간단한 공정이다.
위에 제시된 공정은 자기-개발 및 셀프-얼라이닝(self-aligning)이다. 그라핀 필름들은 단지 Co가 증착되어 진 곳에서 성장하고, 따라서 장치 구조들을 형성하기 위한 그라핀 패턴닝의 필요가 제거된다.
FM/그라핀/FM MTJ의 것은 계면구조에 대한 불규칙에 매우 관대한 것으로 예견[1]된다. 따라서, 다결정 Co를 사용하는 다결정 Cu 상호접속배선들 상에 이런 형태의 MTJ 구조를 형성하는 것이 가능하고, 따라서 그러한 장치들이 현재의 공정방법들로 직접 만들어지는 것이 허용된다.
선행기술과의 비교
상기 기재의 공정으로부터 다층 그라핀 필름의 상대배치는 높게 나타난다(도 3). 그에 반해, AgO 등[9]에 의해 성장된 필름들은, 그라핀 격자에 대응하는, 점들보다 오히려 스트리크(streaks)의 모습에 의해 입증되는 바와 같이 방위상 불규칙한 것(도 5)으로 나타난다. 최적 MTJ 이행변수들의 손실, 이들을 위하여 관여된 처리온도들 및 CVD(>750 K)에 의해 형성된 다른 그라핀 필름들은 상호접속 또는 패키징 레벨에서 Si CMOS와의 집적에 의미 있는 문제들을 제기한다. 출원인의 발명은 종래기술을 사용하여, 주변조건들에서 높은 이행으로 작동하는, Si CMOS 장치에 MTJ의 직접제조를 허용한다.
참조문헌들
[1] V.M. Karpan, P.A. Khomyakov, A.A. Starikov, G. Giovannetti, M. Zwierzycki, M. Talannana, G. Brocks, J. van den Brink, P.J. Kelly, Phys. Rev. B. 78(2008)195419.
[2] R. Richter, L. Bar, J. Wecker, G. Reikss, Appl. Phys. Lett. 80(2002)1291.
[3] R. Richter, H. Boeve, L. Bar, J. Bangert, G. Rupp, G. Reiss, J. Wecker, Solid State Electronics 46(2002)639.
[4] J. R. Heath, P.J. Kuekes, G.S. Snider, R.S. Williams, Science 280(1998)1716.
[5] W.C. Black Jr. 및 B. Das, J. Appl. Phys. 87(2000)6674.
[6] J.P. Velev, P.A. Dowben, E.Y. Tsymbal, S.J. Jenkins, A.N. Caruso, Surf. Sci. Rept. 63(2008)400.
[7] Y.S. Dedkov, M. Fonin, U. Rudiger, C. Laubschat, Phys. Rev. Lett. 100(2008)107602.
[8] M. Weser, Y. Rehder, K. Horn, M. Sicot, M. Fonin, A.B. Preobrajenski, E.N. Voloshina, E. Georing, Y.S. Dedkov, Appl. Phys. Lett. 96(2010)012504.
[9] H. Ago, Y. Ito, N. Mizuta, K. Yoshida, B. Hu, C.M. Orofeo, M. Tsuji, K. Ikeda, S. Mizuno, ACS Nano 4(2010)7407.
[10] L. Kong, C. Bjelkevig, S. Gaddam, M. Zhou, Y.H. Lee, G.H. Han, H.K. Jeong, N. Wu, Z. Zhang, J. Xiao, P.A. Dowben, J.A. Kelber, J. Phys. Chem. C. 114(2010)21618.
[11] F. Bonell, S. Andrieu, F. Bertran, P. Lefever, A.T. Ibrahimi, E. Snoeck, C. Tiusan, F. Montaigne, IEEE Trans. Mag. 45(2009)3467.
[12] A. Varyhalov 및 O. Rader, Phys. Rev. B. 80(2009)035437.
비록 본 발명이 실시형태들을 확실하게 하는 참조문헌들로 개시되었지만, 개시된 실시형태들에 대한 수치적 변조, 변경 및 대체 등이 첨부한 청구범위에 정의된 바와 같은 본 발명의 범주를 벗어남이 없이 가능하다. 따라서, 본 발명은 개시된 실시형태들에 한정되는 것이 아니고, 첨부한 특허청구범위에 의해 한정된 모든 범주 및 균등범위까지를 포함한다.

Claims (17)

  1. 금속층에 그라핀의 극소 분자층 두께 필름을 형성하기 위한 방법에 있어서,
    전자빔 증착에 의해 기판상에 상기 금속층을 증착하고, 및 그 금속층의 표면에 대하여 상기 금속층 내의 카본의 분리를 유발하기에 충분한 시간 동안 700 K 이하의 온도에서 그렇게 증착된 금속층을 어닐링하고, 여기서 그라핀의 극소 분자층 두께 필름은 상기 금속층 상에 형성되는 것을 포함하는, 금속층에 그라핀의 극소 분자층 두께 필름을 형성하기 위한 방법.
  2. 제 1항에 있어서, 상기 금속은 코발트 또는 니켈 중 어느 하나인 방법.
  3. 제 1항에 있어서, 상기 어닐링하는 것은 초-고진공 내에서 약 600K에서 실시되는 방법.
  4. 제 1항에 있어서, 그라핀의 획득된 층은 매우 방위각으로 정돈되는 방법.
  5. 제 1항에 있어서, 상기 금속의 제1 및 제2층들을 부여하면서, 그라핀층상에 상기 금속의층을 형성하는 것을 더 포함하는 방법.
  6. 제 5항에 있어서, 상기 금속의 상기 제1 및 제2층은 두께가 약 30 내지 50 Å 사이인 방법.
  7. 제 6항에 있어서, 금속의 상기 제1 및 제2층들은 실리콘 상보금속산화물반도체(Si CMOS)장치상에 도전배선들과 함께 전기접촉으로 형성되는 방법.
  8. 제 6항에 있어서, 상기 전체공정은 약 730 K 이하의 온도에서 수행되는 방법.
  9. 250%이상의 고 터널링 자기저항(TMR)의 자기터널접합(MTJ)에 있어서, 제1 금속층, 상기 제1 금속층상에 그라핀의 극소-분자층 필름, 및 상기 그라핀 필름상에 제2 금속층을 포함하는 자기터널접합.
  10. 제 9항에 있어서, 상기 TMR 값은 1,000% 이상이고, 상기 제1 및 제2 금속층은 코발트 또는 니켈로 이루어진 자기터널접합.
  11. 제 9항에 있어서, 상기 자기터널접합은 Si CMOS 장치의 도전배선 상에 형성되는 자기터널접합.
  12. 제 11항에 있어서, 상기 금속층의 각각은 Si CMOS 장치의 도전배선과 함께 전기접촉 내에 있고, 여기서 상기 Si CMOS 장치는 작동가능한 자기터널접합.
  13. 제 9항에 있어서, 상기 제1 및 제2 금속층은 서로에 대하여 평행 강자성 방향으로 있는 자기터널접합.
  14. 제 9항에 있어서, 상기 제1 및 제2 금속층은 서로에 대하여 역평행 강자성 방향으로 있는 자기터널접합.
  15. 자기저항 등속호출기억장치(MRAM)에 있어서, 기판상에 배치된 평행도전배선들의 제1배열 및 상기 제1배열 위에 평행도전배선들의 제2배열과, 여기서 상기 제1 및 제2배열은 서로에 대하여 직각이며, 및 그들 사이에 적어도 하나의 교차점을 포함하고, 여기서 상기 교차점은 상기 제1배열의 적어도 하나의 배선과 함께 전기접촉으로 있는 금속의 제1층의, 상기 금속의 제1층상에 그라핀의 극소 분자 두께층의, 그리고 그라핀의 상기 얇은 필름상에 금속의 제2층의 MTJ를 포함하며, 여기서 상기 제2 금속층은 상기 제2배열의 적어도 하나의 배선과 함께 전기접촉으로 있는 MRAM.
  16. 제 15항에 있어서, 상기 금속층들은 코발트 또는 니켈 중 어느 하나로 이루어진 MRAM.
  17. 제 16항에 있어서, 상기 MRAM은 하나 이상의 MTJ를 포함하고, 각 MTJ는 상기 제1 및 제2배열 사이의 교차점에 배치되며, 상기 MTJ 각각의 제1자성층은 상기 제1배열의 도전배선과 함께 전기접촉에 있고, 그리고 상기 MTJ 각각의 제2자성층은 상기 제2배열의 도전배선과 함께 접촉으로 있으며, 여기서 각 상기 MTJ는 동일하게 금속층과 또는 상기 다른 MTJ들의 금속층들과 함께 접촉에 있는 다른 도전배선과 전기접촉에 있을 수 있는 MRAM.
KR1020137034050A 2011-05-27 2012-05-25 그라핀 자기터널접합 스핀 필터 및 그 제조방법 Withdrawn KR20140040169A (ko)

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US201161490650P 2011-05-27 2011-05-27
US61/490,650 2011-05-27
PCT/US2012/039487 WO2012166562A1 (en) 2011-05-27 2012-05-25 Graphene magnetic tunnel junction spin filters and methods of making

Publications (1)

Publication Number Publication Date
KR20140040169A true KR20140040169A (ko) 2014-04-02

Family

ID=47259775

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020137034050A Withdrawn KR20140040169A (ko) 2011-05-27 2012-05-25 그라핀 자기터널접합 스핀 필터 및 그 제조방법

Country Status (5)

Country Link
US (1) US9564579B2 (ko)
EP (1) EP2715792A4 (ko)
KR (1) KR20140040169A (ko)
CA (1) CA2834891A1 (ko)
WO (1) WO2012166562A1 (ko)

Families Citing this family (15)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB201021112D0 (en) 2010-12-13 2011-01-26 Ntnu Technology Transfer As Nanowires
GB201200355D0 (en) * 2012-01-10 2012-02-22 Norwegian Univ Sci & Tech Ntnu Nanowires
GB201211038D0 (en) 2012-06-21 2012-08-01 Norwegian Univ Sci & Tech Ntnu Solar cells
JP5987613B2 (ja) * 2012-09-28 2016-09-07 ソニー株式会社 記憶素子、記憶装置、磁気ヘッド
GB201311101D0 (en) 2013-06-21 2013-08-07 Norwegian Univ Sci & Tech Ntnu Semiconducting Films
KR102222262B1 (ko) 2013-11-13 2021-03-04 삼성전자주식회사 자기저항 구조체 및 그 제조 방법, 이를 구비하는 전자소자
JP6959915B2 (ja) 2015-07-13 2021-11-05 クラヨナノ エーエス グラファイト基板上に成長させたナノワイヤ又はナノピラミッド
BR112018000603A2 (pt) 2015-07-13 2018-09-11 Crayonano As fotodetetores e diodos emitindo luz com forma de nanofios/nanopirâmides
EA201890238A1 (ru) 2015-07-31 2018-08-31 Крайонано Ас Способ выращивания нанопроволок или нанопирамидок на графитовых подложках
US10261139B2 (en) * 2016-02-19 2019-04-16 The United States Of America, As Represented By The Secretary Of The Navy Method of making a magnetic field sensor
EP3270362B1 (de) 2017-02-07 2019-01-02 Siemens Schweiz AG Brandmelder mit einer messkammer und mit einem schaltungsträger zur gemeinsamen anordnung eines brandsensors der messkammer sowie zumindest eines weiteren sensors zur erfassung einer messgrösse in der umgebung ausserhalb des brandmelders
GB201705755D0 (en) 2017-04-10 2017-05-24 Norwegian Univ Of Science And Tech (Ntnu) Nanostructure
CN107999280B (zh) * 2017-12-01 2022-05-06 青岛中科鹏润节能技术有限公司 一种包含石墨烯的电吸附精制滤芯及其制造方法
KR102637671B1 (ko) 2018-08-11 2024-02-15 어플라이드 머티어리얼스, 인코포레이티드 그래핀 확산 장벽
CN111647942B (zh) * 2020-05-26 2022-10-11 中国人民解放军国防科技大学 一种铁磁/石墨烯/铁磁异质外延薄膜及其制备方法

Family Cites Families (20)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5519235A (en) * 1994-11-18 1996-05-21 Bell Communications Research, Inc. Polycrystalline ferroelectric capacitor heterostructure employing hybrid electrodes
US5930164A (en) * 1998-02-26 1999-07-27 Motorola, Inc. Magnetic memory unit having four states and operating method thereof
JP2002025245A (ja) * 2000-06-30 2002-01-25 Nec Corp 不揮発性半導体記憶装置及び情報記録方法
US6791806B1 (en) * 2001-09-28 2004-09-14 Seagate Technology Llc Tunneling barrier material for a magnetic recording head
JP3761561B1 (ja) * 2004-03-31 2006-03-29 株式会社物産ナノテク研究所 多様な構造を持つ微細な炭素繊維
JP2008098523A (ja) * 2006-10-13 2008-04-24 Toshiba Corp 磁気抵抗効果素子および磁気メモリ
US8378329B2 (en) * 2007-03-02 2013-02-19 Brookhaven Science Associates, Llc Nanodevices for spintronics and methods of using same
US7985579B2 (en) 2007-11-19 2011-07-26 Genx International, Inc. Specimen culturing assembly suitable for use in in-vitro fertilization and in other cell culturing procedures
US8802451B2 (en) * 2008-02-29 2014-08-12 Avalanche Technology Inc. Method for manufacturing high density non-volatile magnetic memory
US20110175603A1 (en) * 2008-06-13 2011-07-21 Vladimir Burtman Method and Apparatus for Measuring Magnetic Fields
US7902616B2 (en) * 2008-06-30 2011-03-08 Qimonda Ag Integrated circuit having a magnetic tunnel junction device and method
US7863700B2 (en) * 2008-06-30 2011-01-04 Qimonda Ag Magnetoresistive sensor with tunnel barrier and method
US8309438B2 (en) * 2009-03-03 2012-11-13 Board Of Regents, The University Of Texas System Synthesizing graphene from metal-carbon solutions using ion implantation
JP5155907B2 (ja) * 2009-03-04 2013-03-06 株式会社東芝 磁性膜を用いた信号処理デバイスおよび信号処理方法
US7911833B2 (en) * 2009-07-13 2011-03-22 Seagate Technology Llc Anti-parallel diode structure and method of fabrication
US9105793B2 (en) * 2009-10-30 2015-08-11 The Regents Of The University Of California Graphene device and method of using graphene device
KR20110071702A (ko) * 2009-12-21 2011-06-29 삼성전자주식회사 그라핀을 이용한 스핀밸브소자 및 그 제조방법과 스핀밸브소자를 포함하는 자성소자
FR2963152B1 (fr) * 2010-07-26 2013-03-29 Centre Nat Rech Scient Element de memoire magnetique
FR2963153B1 (fr) * 2010-07-26 2013-04-26 Centre Nat Rech Scient Element magnetique inscriptible
JP5085703B2 (ja) * 2010-09-17 2012-11-28 株式会社東芝 磁気記録素子および不揮発性記憶装置

Also Published As

Publication number Publication date
WO2012166562A1 (en) 2012-12-06
EP2715792A1 (en) 2014-04-09
CA2834891A1 (en) 2012-12-06
US20140151826A1 (en) 2014-06-05
US9564579B2 (en) 2017-02-07
EP2715792A4 (en) 2015-03-25

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR20140040169A (ko) 그라핀 자기터널접합 스핀 필터 및 그 제조방법
US8273582B2 (en) Method for use in making electronic devices having thin-film magnetic components
CN108011039B (zh) 自旋轨道转矩型磁化反转元件及磁存储器
US8993351B2 (en) Method of manufacturing tunneling magnetoresistive element
US11495738B2 (en) Dual magnetic tunnel junction devices for magnetic random access memory (MRAM)
KR101242628B1 (ko) 비정질 또는 미세결정질 ＭｇＯ 터널 배리어용 강자성 우선 과립 성장 촉진 시드층
US9991440B2 (en) Magnetoresistive random access memory cell and fabricating the same
KR102060419B1 (ko) 다층 자성 박막 스택 및 이를 포함하는 비휘발성 메모리 소자
EP1885006A1 (en) A novel capping layer for a magnetic tunnel junction device to enhance dR/R and a method of making the same
KR102411080B1 (ko) 패턴 형성 방법 및 이를 이용한 자기 메모리 장치의 제조 방법
US8772845B2 (en) Technique for smoothing an interface between layers of a semiconductor device
JP5774568B2 (ja) 半導体装置の製造方法
CN106953003A (zh) 磁性存储器件和制造该磁性存储器件的方法
CN104995685A (zh) 用以改善磁隧道结元件短路的不连续镁插入层
US20140070168A1 (en) Electronic component, methods for manufacturing the same and use of graphene in an electronic component
JP2011138954A (ja) 強磁性層の垂直磁化を用いた磁気トンネル接合デバイスの製造方法
CN1653550A (zh) 具降低粗糙度之电阻性存储元件
Huang et al. Emerging two-dimensional half-metal with high Curie temperature and strain-tunable altermagnetism
JP5120950B2 (ja) 磁性薄膜素子
TWI713022B (zh) 磁記憶裝置
CN1422977A (zh) 用共溅射法沉积赫斯勒合金薄膜的方法
JP4902686B2 (ja) 磁気抵抗効果素子の製造方法
JP6986729B2 (ja) 単結晶磁気抵抗素子、及びこれを用いたデバイス
CN106654000A (zh) 形成层的方法、制造磁性存储器件和形成磁隧道结的方法
Bodepudi et al. Magnetoresistance effects in multilayer graphene as grown on ferromagnetic substrates and implications for spin filtering

Legal Events

Date Code Title Description
PA0105 International application

Patent event date: 20131220

Patent event code: PA01051R01D

Comment text: International Patent Application

PG1501 Laying open of application
PC1203 Withdrawal of no request for examination
WITN Application deemed withdrawn, e.g. because no request for examination was filed or no examination fee was paid