전자 결핍을 통한 전압 제어 자기 이방성(VCMA) 향상

전기장을 이용한 수직 자기 터널 접합의 스위칭에서 최근의 발전은 초저전력 메모리 및 컴퓨터 장치를 실현하기 위한 이정표가 되었습니다. 현재의 스핀 전달 토크 자기 터널 접합 및 스핀 오빗 토크 자기 터널 접합 장치와 통합하기 위해, 전형적인 선형 fJ/V m 범위의 전압 제어 자기 이방성(VCMA)을 새로운 재료나 스택 엔지니어링 접근 방식을 통해 상당히 향상시켜야 합니다. 전자가 많이 결핍된 Fe/MgO 인터페이스를 사용함으로써 가능한 양방향 및 1.1 pJ/V m VCMA 효과가 예측되었습니다. 기존 VCMA 기술을 개선하기 위해, 우리는 자기층 아래에 높은 작업 함수 재료를 삽입하는 것을 제안했습니다. 이는 자기층에서 전자를 결핍시켜 게이팅 창을 전자 결핍 영역으로 편향시킬 것이며, 그곳에서 pJ/V m 및 양방향 VCMA 효과가 예측되었습니다. 우리는 Ta/Pd(x)/Ta 언더레이어의 작업 함수를 조정 가능한 방식으로 제어할 수 있음을 입증했습니다. Pd 두께(x)를 0에서 10 nm로 변화시키면서 Ta 층의 작업 함수가 4.32에서 4.90 eV로 조정 가능한 변화를 보이는 것을 관찰하였습니다. 언더레이어에서 Pd 두께에 따른 전자 결핍의 정도를 조사하기 위해, 우리는 Ta/Pd(x)/Ta/CoFe/MgO의 슈퍼셀에 대해 DFT 계산을 수행하였으며, 이는 CoFe/MgO 인터페이스에서 전자 결핍이 완전히 차단되지 않을 것임을 보여줍니다. 게이티드 필라 장치가 홀 크로스 기하학으로 제조되어 다양한 Pd 두께를 가진 샘플에 대해 적용된 게이트 전압에 따라 이방성 변화를 추출하기 위해 테스트되었습니다. 전자가 결핍된 Pd 샘플은 전자 축적된 Ta 제어 샘플에 비해 3배에서 6배의 VCMA 향상을 보여줍니다.