ИРЭ им. В.А. Котельникова РАН English Войти Подать статью
Журнал радиоэлектроники Электронный научный журнал · eISSN 1684-1719
2020, № 8 · ЭЛЕКТРОДИНАМИКА

Применение эффекта ферромагнитного резонанса для квалификации STT-MRAM

А.П. Михайлов1,2, А.Д. Белановский1, Н.Ю. Дмитриев1,2, М.И. Гильманов3, А.В. Семено3, А.Н. Самарин3, А.В. Трофимов1,2, А.В. Хвальковский1

1 Крокус Наноэлектроника, Москва, Россия
2 Московский физико-технический институт (uосударственный университет), Долгопрудный
3 Институт общей физики им. А.М. Прохорова РАН, Москва, Россия
Полный текст (PDF) DOI: 10.30898/1684-1719.2020.8.3 УДК 621.372 EDN TQHKYD

Аннотация

В работе детально рассмотрена методика экспериментального исследования критически важных параметров композиций материалов магниторезистивной памяти произвольного доступа с переносом спинового момента (Spin-Transfer-Torque Magnetic Random Access Memory или STT-MRAM), основанная на применение эффекта ферромагнитного резонанса. В работе предложена новая конфигурация измерительной установки с магнитным полем, направленным вдоль волноводной линии. Данная конфигурация также применима для измерения тонкоплёночных ферримагнетиков и ферромагнетиков, мультиферроиков.

  • ферромагнитный резонанс
  • спинтроника
  • Stt-mram
  • волноводная линия
  • ferromagnetic resonance
  • spintronics
  • waveguide line
Abstract (in English)

Ferromagnetic resonance technique for STT-MRAM material qualification

The experimental setup for measurement of the critical parameters of material compositions for Spin-Transfer-Torque Magnetic Random-Access Memory (STT-MRAM) based on the ferromagnetic resonance effect (FMR), was described in details. New configuration of a measurement setup with a magnetic field directed along the waveguide line is proposed. This configuration is also applicable for the measurement of thin-film ferrimagnets, ferromagnets and multiferroics.

Для цитирования

Михайлов А.П., Белановский А.Д., Дмитриев Н.Ю., Гильманов М.И., Семено А.В., Самарин А.Н., Трофимов А.В., Хвальковский А.В. Применение эффекта ферромагнитного резонанса для квалификации STT-MRAM // Журнал радиоэлектроники. – 2020. – № 8. https://doi.org/10.30898/1684-1719.2020.8.3

Литература

  1. Аркадьев В. К. Теория электромагнитного поля в ферромагнитном металле // ЖРФХО, физ. отд. - 1913. - Т. 45. - С. 312. https://phys.msu.ru/upload/iblock/f1f/arkadiev.pdf
  2. Arias R., Mills D. L. Extrinsic contributions to the ferromagnetic resonance response of ultrathin films // Physical review B. - 1999. - Т. 60. - №. 10. - С. 7395. https://doi.og/10.1103/PhysRevB.60.7395
  3. Sun J. Z. Spin-current interaction with a monodomain magnetic body: A model study // Physical Review B. - 2000. - Т. 62. - №. 1. - С. 570. https://doi.org/10.1103/PhysRevB.62.570
  4. Khvalkovskiy A. V. et al. Basic principles of STT-MRAM cell operation in memory arrays // Journal of Physics D: Applied Physics. - 2013. - Т. 46. - №. 7. - С. 074001. https://doi.org/10.1088/0022-3727/46/7/074001
  5. Slonczewski J. C. et al. Current-driven excitation of magnetic multilayers // Journal of Magnetism and Magnetic Materials. - 1996. - Т. 159. - №. 1. - С. L1.Available at: http://nsdl.library.cornell.edu/websites/wiki/index.php/PALE_ClassicArticles/archives/classic_articles/issue2_giant_magnetoresistance/mss14_JMM-1996.pdf
  6. Nembach H. T. et al. Perpendicular ferromagnetic resonance measurements of damping and Land e ́ g- factor in sputtered (Co 2 Mn) 1- x Ge x thin films // Physical Review B. - 2011. - Т. 84. - №. 5. - С. 054424. https://doi.org/10.1103/PhysRevB.84.054424
  7. Kittel C. Ferromagnetic resonance. // J. Phys. Radium. - 1951. - №. 12, - С. 291-302. https://doi.org/10.1051/jphysrad:01951001203029100
  8. Beleggia M. et al. Demagnetization factors for elliptic cylinders // Journal of Physics D: Applied Physics. - 2005. - Т. 38. - №. 18. - С. 3333. https://doi.org/10.1088/0022-3727/38/18/001
  9. Maksymov I. S., Kostylev M. Broadband stripline ferromagnetic resonance spectroscopy of ferromagnetic films, multilayers and nanostructures // Physica E: Low-dimensional Systems and Nanostructures. - 2015. - Т. 69. - С. 253-293. https://doi.org/10.1016/j.physe.2014.12.027
  10. Bedair S. S., Wolff I. Fast, accurate and simple approximate analytic formulas for calculating the parameters of supported coplanar waveguides for (M) MIC's // IEEE Transactions on Microwave Theory and Techniques. - 1992. - Т. 40. - №. 1. - С. 41-48. https://doi.org/10.1109/22.108321
  11. McGregor I., Aghamoradi F., Elgaid K. An approximate analytical model for the quasi-static parameters of elevated CPW lines // IEEE transactions on microwave theory and techniques. - 2010. - Т. 58. - №. 12. - С. 3809-3814. https://doi.org/0.1109/TMTT.2010.2086552
  12. Farrokhrooz M., Keivani H., Fazaelifard M. Computation of characteristic impedance of CPW, grounded CPW (GCPW) and microstrip lines in a wide frequency range using TLM approach. // Proceedings of the 5th WSEAS International Conference on Telecommunications and In formatics, Istanbul, Turkey, May 27-29, 2006, p. 226-231. Available at: http://www.wseas.us/e-library/conferences/2006istanbul/papers/520-110.pdf
  13. Kalarickal S. S. et al. Ferromagnetic resonance linewidth in metallic thin films: Comparison of measurement methods // Journal of Applied Physics. - 2006. - Т. 99. - №. 9. - С. 093909. https://doi.org/10.1063/1.2197087
  14. Aktas B., Mikailov F., ed. Advances in Nanoscale Magnetism: Proceedings of the International Conference on Nanoscale Magnetism ICNM-2007, Istanbul, Turkey, Springer Science & Business Media, 2008, Т. 122, ISBN 978-3-540-69881-4. Available at: https://libgen.lc/ads.php?md5=C0D5F12D4E3A00A3E631FD73FEC07CE2
  15. Heinrich B., Cochran J. F., Hasegawa R. ФМР linebroadening in metals due to two-magnon scattering // Journal of Applied Physics. - 1985. - Т. 57. - №. 8. - С. 3690-3692. https://doi.org/10.1063/1.334991
  16. McMichael R. D., Twisselmann D. J., Kunz A. Localized ferromagnetic resonance in inhomogeneous thin films // Physical review letters. - 2003. - Т. 90. - №. 22. - С. 227601. https://doi.org/10.1103/PhysRevLett.90.227601
  17. McMichael R. D. A mean-field model of extrinsic line broadening in ferromagnetic resonance // Journal of Applied Physics. - 2008. - Т. 103. - №. 7. - С. 07B114. https://doi.org/10.1063/1.2837887
  18. Shaw J. M., Nembach H. T., Silva T. J. Roughness induced magnetic inhomogeneity in Co/Ni multilayers: Ferromagnetic resonance and switching properties in nanostructures // Journal of Applied Physics. - 2010. - Т. 108. - №. 9. - С. 093922.
  19. Барьяхтар В. Г. Феноменологическое описание релаксационных процессов в магнетиках // Журнал экспериментальной и теоретической физики. - 1984. - Т. 87. - №. 4. - С. 1501-1508. http://www.jetp.ac.ru/cgi-bin/r/index/r/87/4/p1501?a=list
  20. Tserkovnyak Y., Hankiewicz E. M., Vignale G. Transverse spin diffusion in ferromagnets // Physical Review B. - 2009. - Т. 79. - №. 9. - С. 094415. https://doi.org/10.1103/PhysRevB.79.094415
  21. Farle M., Silva T., Woltersdorf G. Spin dynamics in the time and frequency domain. // In: Magnetic Nanostructures. - Springer, Berlin, Heidelberg, 2013. - С. 37-83. Available at: https://link.springer.com/book/10.1007/978-3-642-32042-2