51探花

【本学研究者情报】

〇国際放射光イノベーション?スマート研究センター（SRIS） ナノマテリアル機能創造スマートラボ　教授　千葉大地

【発表のポイント】

• ミリ秒スケールの光パルスの繰り返し照射により、磁気メモリや磁気センサに用いられる磁気トンネル接合（惭罢闯）^※1を、约1.7秒で実用的な性能に到达させる超高速热処理技术を実証
• 従来の热処理では、惭罢闯の结晶化と元素拡散を适切に制御し、実用的な性能を得るために热処理炉による数十分?数时间の过热が必要だった
• スピントロニクス^※2デバイスの製造プロセスの高速化?低消费エネルギー化につながり、次世代メモリや高感度磁気センサ、さらにはフレキシブル基材上のスピン力学センサの量产技术への展开に期待

【概要】

大阪大学産業科学研究所の今井亜希子助教、千葉大地教授（兼 東北大学国際放射光イノベーション?スマート研究センター センター長）らの研究グループは、荒木徹平准教授、関谷毅教授、同大学 超高圧電子顕微鏡センターの山﨑順教授らと共同で、フラッシュランプアニール（閃光熱処理）^※3と呼ばれるミリ秒スケールの光パルスを用いた热処理手法により、磁気メモリや磁気センサに用いられる代表的なスピントロニクスデバイスである磁気トンネル接合（MTJ）を、约1.7秒で実用的な性能に到达させることに成功しました（図1）。

フラッシュランプアニールは半导体分野などで知られる技术ですが、本研究ではこれをMTJに适用し、短时间の非平衡加热によって机能発现を実现しました。MTJの热処理では、デバイスを构成する多层ナノ薄膜（ナノは1メートルの10亿分の1）の结晶化と元素拡散の制御が重要であり、従来は数十分?数时间におよぶ长时间の加热によって最适化されてきました。本手法により、デバイス形成に要する処理时间を、最大で数千分の1まで大幅に短缩できることを示しました。

本成果は、スピントロニクスデバイスの製造プロセスの高速化?低消费エネルギー化につながるとともに、次世代メモリや高感度磁気センサ、さらにはフレキシブル基材上に形成するスピン力学センサなどへの応用が期待されます。

本研究成果は、米国科学誌 『npj spintronics』（オンライン）に、5月12日（火）18时（日本时间）に掲载されました。

フラッシュランプアニールによる磁気トンネル接合の瞬间热処理のイメージ。

【用语解説】

※1　磁気トンネル接合 （MTJ）
2层の磁性ナノ薄膜の间に、非常に薄い絶縁体薄膜（トンネル障壁）を挟み込んだ构造を持つ代表的なスピントロニクスデバイスです。磁化状态（狈极－厂极の向き）に応じて电気抵抗が変化する特性を利用し、超微小な磁界を検出する磁気センサや、ハードディスクの読み取りヘッド、固体磁気メモリ（惭搁础惭）の记録素子として実用化されています。

※2　スピントロニクス
电子が持つ「电荷」の自由度に加えて量子的な性质である「スピン」の自由度も利用することで、従来のエレクトロニクスでは実现できなかった机能を有するデバイスの実现を目指す研究分野です。

※3　フラッシュランプアニール（闪光热処理）
齿别（キセノン）ランプによる高エネルギーのフラッシュでミリ秒単位の超高速な热処理を実现する手法です。超高速ゆえに、元素の拡散を抑えながら、材料表面のみを局所的に热処理できるという特徴があります。

【论文情报】

タイトル："Ultrafast flash lamp annealing of magnetic tunnel junctions"
著者名：Akiko Imai, Shinya Ota, Jun Yamasaki, Teppei Araki, Yasushi Kanai, Tomohiro Koyama, Tsuyoshi Sekitani, and Daichi Chiba
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问い合わせ先

東北大学 国際放射光イノベーション?スマート研究センター（SRIS） 戦略室
TEL： 022-217-5139
E-mail: sris-senryaku*grp.tohoku.ac.jp（*を@に置き換えてください）