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Nichtdestruktive Messtechnik für kritische Materialparameter magnetischer Tunnelsysteme

25.11.2014

Magnetische Speicherchips (sogenannte MRAM, Magnetic Random Access Memory) erlauben die dauerhafte (nichtflüchtige) Speicherung digitaler Informationen bei hoher Speicherdichte und kurzen Zugriffszeiten. Verschiedene MRAM Konzepte sind derzeit bei fast allen Chipherstellern in der Entwicklung, und erste Produkte für Nischenanwendungen sind bereits seit einigen Jahren auf dem Markt. Das Herzstück der MRAMs, die magnetische Speicherzelle, besteht aus einer sogenannten magnetischen Tunnelstruktur aus zwei magnetischen Dünnschichten, getrennt von einer nur etwa 1 nm dicken Isolatorschicht, der Tunnelbarriere.

Bei der Materialentwicklung und Optimierung dieser Tunnelbarrieren konnte einer der wichtigsten Parameter, die sogenannte kritische Stromdichte, bislang nur an fertig prozessierten Speicherzellen ermittelt werden. Dafür waren komplexe mehrstufige Lithographie- und Reinraumprozesse und anschließende elektrische Messungen an den nanostrukturierten Speicherzellen notwendig.

Ein neu entwickeltes Messverfahren erlaubt nun eine drastische Vereinfachung dieses Prozesses. Durch induktive Messtechnik wurde an der PTB die Magnetisierungsdynamik magnetischer Tunnelsysteme untersucht und aus den gewonnenen Daten mit Hilfe eines Modells die zu erwartende kritische Stromdichte ermittelt. Der Vergleich mit elektrischen Messungen an nanostrukturierten Speicherzellen, die aus demselben Materialsystem prozessiert wurden, zeigte eine gute Übereinstimmung der elektrisch und induktiv gewonnenen Daten. Dies ermöglicht zukünftig eine schnelle Messung der kritischen Parameter direkt nach der Materialabscheidung und damit eine effiziente Materialforschung und Prozesskontrolle während der Herstellung.

 

 

Ansprechpartner: S. Sievers
Fachbereich 2.5: Halbleiterphysik und Magnetismus