Hebei Messi Biology Co., Ltd. erklärt, dass die Kristallinität, die Texturkalibrierung und die ursprüngliche Grenzflächenqualität des Dünnfilms in neuartigen Speichersystemen die Leistungsfähigkeit von MRAM-Bauelementen maßgeblich bestimmen, wobei die Ausbildung von Magnesiumoxid-Tunnelübergängen von entscheidender Bedeutung ist. Da die abgeschiedene Referenzschicht und die Magnesiumoxid-Barriereschicht größtenteils amorph sind, werden sie zunächst getempert, um sie zu kristallisieren. Anschließend wird ein Teil des Schichtstapels kryogenisch abgekühlt, um eine Oberfläche mit niedriger Temperatur zu erzeugen und so scharfe atomare Grenzflächen in den freien Schichten zu fördern. Nach der vollständigen Abscheidung des Schichtstapels wird ein weiterer Temperprozess durchgeführt, um den gesamten Stapel vollständig zu kristallisieren.
Die Clover-PVD-Magnesiumoxid-Abscheidungstechnologie ermöglicht die Herstellung hochwertiger Magnesiumoxid-Barriereschichten und -Grenzflächen. Im Gegensatz zu alternativen zweistufigen Verfahren, bei denen zunächst Magnesium abgeschieden und anschließend zu Magnesiumoxid oxidiert wird, nutzt die Clover PVD-Magnesiumoxid-Abscheidungstechnologie die Keramik-Sputtertechnik zur Abscheidung von Magnesiumoxid. Dies führt zu verbesserten Lesesignalen und einer über 100-fach höheren Lebensdauer, wodurch eine geringere Energieeffizienz und eine höhere Lebensdauer erreicht werden. Dadurch eignet sich die Technologie ideal für Anwendungen am Netzwerkrand. Ein magnetischer Tunnelkontakt aus Magnesiumoxid (MgO) ist ein magnetischer Tunnelkontakt mit Magnesiumoxid als isolierender Barriereschicht. Der allgemeine Aufbau eines MTJ ist eine Sandwichstruktur aus ferromagnetischer Schicht, nichtmagnetischer Isolierschicht und ferromagnetischer Schicht (FM/I/FM). Der signifikante Magnetowiderstand (MR) von MgO-MTJs hat zunehmend Aufmerksamkeit erregt, und die Forschung zu diesem Effekt ist von großer Bedeutung.
Typischerweise steigt der TMR-Wert von MgO-MTJs mit zunehmender Glühtemperatur, was eng mit den durch das Glühen verursachten Veränderungen in der Mikrostruktur des MTJ zusammenhängt. Mittels Magnetron-Sputtern hergestellte CoFeB/MgO/CoFeB-MTJs wurden 1 h lang bei 340 °C im Vakuum in einem externen Magnetfeld getempert. Die Strukturen der hergestellten und getemperten Proben wurden mittels hochauflösender Transmissionselektronenmikroskopie (HRTEM) charakterisiert. Es zeigte sich, dass die CoFeB-Bodenelektrode im Ausgangszustand amorph war, nach dem Tempern jedoch kristallisierte. Die Grenzfläche zwischen Barriereschicht und Elektrodenschicht wurde nach dem Tempern schärfer und glatter. Die Zusammensetzungsänderungen an der CoFeB/MgO-Grenzfläche vor und nach dem Tempern wurden mittels Röntgenphotoelektronenspektroskopie (XPS) untersucht. Die Ergebnisse zeigten, dass sich im Ausgangszustand Eisenoxid an der Grenzfläche bildete, der entsprechende Peak für Eisenoxid nach dem Tempern jedoch fehlte. Durch das Tempern diffundiert Bor (B) in die MgO-Barriere, wo es mit Sauerstoff zu Boroxiden reagiert und so die Menge an Eisenoxiden reduziert. Im abgeschiedenen Zustand bilden sich an der MgO/CoFeB-Grenzfläche keine Eisenoxide; es sind ausschließlich Boroxide vorhanden. Durch Tempern erhöht sich die Menge an Boroxiden. Aufgrund der saubereren Grenzfläche und der Reduktion der Eisenoxide an der Grenzfläche steigt die Polarisierbarkeit der unteren CoFeB-Elektrode, was den hohen TMR-Wert von CoFeB/MgO/CoFeB erklärt. Ein weiterer möglicher Grund ist die kristalline Orientierung der MgO-Sperrschicht und die glatte, scharfe Grenzfläche zwischen CoFeB und MgO.