Description
The project aims at building the knowledge to fabricate perpendicular anisotropy magnetic tunnel junctions, and more generally the realization of perpendicular anisotropy layers for use as magnetic tunnel junction electrodes or perpendicular spin polarisers. The perpendicular anisotropy material development, will allow the demonstration of four different concepts, all of them require at least one perpendicular anisotropy layer.

Partners
Crocus Technology
Institut Néel

Financing
ANR

Objectives
Le projet vise à établir la connaissance pour fabriquer des jonctions tunnel magnétiques à anisotropie perpendiculaire, et plus généralement pour la réalisation de couches minces à anisotropie perpendiculaire en vue de leur utilisation en tant qu’électrodes magnétiques de jonction tunnel ou polariseurs perpendiculaires. L’intégration de couches à anisotropie perpendiculaire dans des structures comportant une barrière de MgO présente un défi pour conserver à la fois l’anisotropie perpendiculaire et la structure cristalline du MgO permettant le filtrage en spin des électrons, à l’origine des valeurs élevées de magnétorésistance tunnel observées.

L’approche «anisotropie perpendiculaire» sera la seule voie possible pour atteindre des tailles de cellules inférieures à 35nm. Elle permet un meilleur compromis entre la stabilité thermique et la densité de courant critique de commutation, puisque la réduction de la taille de la cellule mémoire augmente le rapport d’aspect vertical, et donc aussi la stabilité thermique du bit d’information.

Simultanément au développement de matériaux à anisotropie perpendiculaire, la démonstration de quatre concepts différents sera réalisée. Tous exigent au moins une couche à anisotropie perpendiculaire. La viabilité industrielle de ces concepts sera l’objectif final du projet.

Ceci sera réalisé en transférant un ou plusieurs de ces concepts dans un prototype industriel complet, exigeant également le transfert de technologie des matériaux à anisotropie perpendiculaires correspondants. L’originalité du projet est que pour la première fois ces concepts vont être explorés dans les jonctions tunnel magnétiques, et non pas dans des systèmes métalliques comme c’était le cas jusqu’ici. Le but du développement de jonctions perpendiculaires est de ramener la densité de courant critique de commutation dans la gamme de 1E5A/cm².

Staff
Ricardo Sousa, Léa Cuchet, Lara San-Emeterio Alvarez, Lavinia Nistor, Maria Marins de Castro Souza, Sébastien Bandiera, Bertrand Lacoste, Bernard Rodmacq, Bernard Dieny

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[1] “Precessional spin-transfer switching in a magnetic tunnel junction with a synthetic antiferromagnetic perpendicular polarizer”, Marins de Castro Souza, M., R.C. Sousa, S. Bandiera, C. Ducruet, A. Chavent, S. Auffret, C. Papusoi, I.L. Prejbeanu, C. Portemont, L. Vila, U. Ebels, B. Rodmacq, and B. Dieny, J. Appl. Phys. 111, 07C912 (2012)

[2] “Spin transfer torque switching assisted by thermally induced anisotropy reorientation in perpendicular magnetic tunnel junctions”, Bandiera, S., R.C. Sousa, M. Marins de Castro Souza, C. Ducruet, C. Portemont, S. Auffret, L. Vila, I.L. Prejbeanu, B. Rodmacq and B. Dieny, Applied Physics Letters 99 (2011) 202507

Patents
FR2931011 – “ELEMENT MAGNETIQUE A ECRITURE ASSISTÉE THERMIQUEMENT”, B. Dieny (2008) FR2817998 – Magnetic device based on spin polarization and rotating magnetization, memory and writing procedure utlilizing said device, O. Redon, B. Dieny, B. Rodmacq (2000)

Figure 1

MRAM pillars

Figure 2

Phase Diagram of perpendicular anisotropy MRAM cell

Figure 3

Demonstration of precessional switching in MRAM cell