게시 및 게시 날짜 : 2005/03/31

개발 된 고성능 바카라 하는 법 요소 개발 자기 헤드에 이상적

-200 기가비트 이상의 고밀도 하드 디스크 이상은 이제 제곱 인치 당 이제 실현 될 수 있습니다-

포인트

  • 차세대 초고속 밀도 하드 디스크에는 요소 저항이 낮고 자석 전환 비율이 높은 고성능 자기 헤드가 필요하며 치열한 개발 경쟁이 진행되고 있습니다
  • 작년에 AIST와 Anerva는 MRAM을 위해 개발 된 MGO 터널 배리어 바카라 하는 법 요소를 개선했으며, 2 단계 필름 증착 방법을 사용하여 요소 저항력이 낮고 (평방 미크론 당 대략 2 Ω) 바카라 하는 법 요소 (140%)를 갖는 바카라 하는 법 요소를 성공적으로 실현했습니다
  • 제곱 인치당 200 기가비트 이상의 고밀도 하드 디스크를 실현하여 차세대 자기 헤드의 최고 후보가됩니다

요약

고급 산업 과학 기술 연구소 (Yoshikawa Hiroyuki 회장) (이하 "AIST"), 전자 연구 부서 (Wada Toshimi 회장) 및 Anerva Co, Ltd (이마무라 아리 타카 회장) ( "Anerva"로 언급 된)는 울트라 높이의 Density를 기반으로합니다자기 헤드 읽기유망한보기터널 magnetoresistive (바카라 하는 법 (터널링 자기 저항))우리는 장치를위한 대량 생산 기술을 성공적으로 개발했습니다

작년에 AIST와 Anerva가 성공적으로 개발 된 터널 장벽산화 마그네슘 (MGO)(2 단계 필름 형성 방법), 자기 헤드 애플리케이션에 필수적저 저항 바카라 하는 법 장치이 장치는 정사각형 미크론 당 대략 2 옴의 저항성 바카라 하는 법 요소이며, 실온에서 140%의 거대한 자기 저항율을 달성합니다 이것은 산화 알루미늄을 사용하여 지금까지 자성 헤드 응용 분야를 위해 개발 된 터널 장벽으로 사용 된 바카라 하는 법 장치 ( "기존 바카라 하는 법 장치")보다 7 배 더 많은 성능입니다

이번에 개발 된 고성능 바카라 하는 법 요소는 수정없이 자기 헤드 생산 현장에서 표준적으로 사용되는 기존 스퍼터링 장치를 사용하여 실현 될 수 있으며 제조 장비에 거의 부담이되지 않습니다 이것은 제곱 인치당을 허용합니다녹음 밀도200gigabit9188_9295보다 큰 초고 밀도 하드 디스크를 달성합니다 9188_9295 | 새로운 바카라 하는 법 요소가 차세대 자기 헤드의 후보가되었다고 말할 수 있습니다 올해의 결과는 정보 기기 및 기타 제품에 대한 수요가 증가하는 하드 디스크의 성능을 크게 향상시키는 기술 일 것으로 예상됩니다

이에 대한 자세한 내용은 2005 년 4 월 4 일부터 8 일까지 나고야에서 개최 될 국제 회의 "Intermag 2005"에서 초대 된 강의에서 발표 될 예정이다 (프레젠테이션 날짜 : 4 월 7 일, 강의 번호 : FB-05)



연구 배경과 역사

1988 자기 금속 다층 필름거대한 자석성 (GMR) 효과| 이 현상을 이용한 하드 디스크에 대한 자기 헤드 (GMR 헤드)가 발견되었고 1990 년대 후반에 상용화되었습니다 (그림 1 참조) GMR 헤드는 이전 자기 헤드 (MR Heads)보다 출력 성능 (자기 저항 비율)이 훨씬 높았으며, 이는 하드 디스크의 기록 밀도 (한 시점에서 연간 비율보다 두 배나 높은)와 더 낮은 가격이 급격히 증가하고 현재까지 평방 인치 당 100 기가 비트의 높은 기록 밀도를 가진 하드 디스크가 실현되었습니다 현재 하드 디스크는 컴퓨터 및 서버로 제한되지 않지만 비디오 레코더, 자동차 내비게이션 시스템, 디지털 카메라, 휴대 전화 등으로 확장되고 있습니다

그러나, 하드 디스크의 향후 개발을 살펴보면, 현재 GMR 헤드는 약 15%에 불과하므로 더 높은 밀도 기록을 수용하기가 어렵습니다 기록 밀도가 매년 30%에서 40% 증가하기 위해서는 고성능 차세대 자기 헤드의 개발이 필수적 일 것입니다 차세대 자기 헤드의 후보자로서 두 가지 유형의 자기 헤드가 제안되었다 : (1) 바카라 하는 법 효과를 사용한 바카라 하는 법 헤드 (그림 3 참조) 및 (2) CPP-GMR 헤드는 GMR 요소의 필름 두께에 수직으로 흐르는 방향으로 전류를 흐르고 있으며 현재 광범위한 연구 및 개발을 진행하고 있습니다 특히, 바카라 하는 법 헤드는 2004 년 하반기부터 실제 하드 디스크에 설치되었으며, 이와 관련하여 그들은 차세대 자기 헤드 경쟁에서 발전하고 있습니다

10178_10541MRAM70%의 자성 저항성 비에 대해 개발 된 고해상도 바카라 하는 법 요소가 얻어 지지만 조건 (II)을 충족하는 저택성 바카라 하는 법 요소의 경우, 자성상 비율이 약 20%로 떨어졌습니다 따라서, 조건 (II)을 충족하는 저택성 바카라 하는 법 요소의 개발과 100% 이상의 자기 저항 비율을 갖는 수요가 강한 수요가있었습니다

작년에 AIST와 Anerva는 터널 장벽으로 산화 마그네슘 (MGO)을 사용하여 새로운 바카라 하는 법 장치를 공동으로 개발하여 실온에서 230%의 거대한 자기 저항율을 달성했습니다 이때, 바카라 하는 법 요소의 저항 값은 사각형 미크론 당 대략 500 Ω였으며, 이는 MRAM에 적용하기에 최적 이었지만 자기 헤드에 적용하기에는 너무 높았다

*2004 년 9 월 7 일 발표 (보도 자료)
  ・세계적 수준의 성능 바카라 하는 법 (Tunnel Magnetoresistance)을위한 대량 생산 기술 개발
  -스퍼터링 필름 형성 방법-

하드 디스크 구조 다이어그램
그림 1 (a) : 하드 디스크 구조
 
  자기 헤드의 구조 다이어그램
그림 1 (b) : 자기 헤드의 구조
 

하드 디스크 녹화 밀도 다이어그램
그림 2 : 하드 디스크 기록 밀도의 이력

바카라 하는 법 요소의 터널 자기 정상 (바카라 하는 법) 효과

Magnetoresistance 비율 = (ra-RP) ÷ rP
그림 3 : 바카라 하는 법 요소의 터널 자기 정상 (바카라 하는 법) 효과

차세대 자기 헤드에 필요한 특성 다이어그램
그림 4 : 차세대 자기 헤드에 필요한 특성

결과 내용

(1) 저항력이 낮은 140%의 거대한 자기 정상 비율을 달성합니다

자기 헤드 제조 현장에서 사용되는 표준스퍼터링 장비(Anerva C-7100 (그림 5 참조) 사각형 미크론 당 바카라 하는 법 요소의 저항을 4 Ω 미만으로 줄이려면 MGO 터널 배리어의 두께가 1 나노 미터 (1 nm : 10 억 미터) 미만으로 감소해야합니다 작년에 MRAM에 대한 새로운 바카라 하는 법 요소가 제작되었을 때, 하부 전극에 MGO 층을 직접 쌓아서 바카라 하는 법 요소를 제조 하였다 (도 6A 참조) 그러나,이 기술을 사용하여 저항성 바카라 하는 법 요소를 제조 할 때, 터널 장벽이 얇아지는 영역에서 자기 저항성 비율이 갑자기 감소하고, 4 Ω 이하의 저지성 바카라 하는 법 요소가 4 Ω 이하의 낮은 저항성 바카라 하는 법 요소가 충분한 자기성 비율을 얻을 수 없다는 것을 발견했다 (그림 7 참조) 이 문제는 MGO 터널 배리어 층의 얇아짐에 의해 야기되는 것으로 생각되며, 이는 하부 전극의 표면이 산화되므로 전자가 더 쉽게 산란 될 수 있습니다 이 문제를 해결하기 위해, MGO 터널 배리어 층은 2 단계 필름 증착 방법으로 알려진 기술을 사용하여 증착되었다 즉, 금속 마그네슘을 먼저 하부 전극에서 얇게 적층시킨 후, MGO 층을 적층시켰다 (도 6B 참조) 결과적으로, 얇은 터널 장벽이 얇은 영역에서도 자기 정전기 비율의 감소가 억제되었고, 실온에서 140%의 큰 자기 정상 비율이 제곱 마이크론 당 대략 2Ω의 낮은 저항 바카라 하는 법 요소로 달성되었다 (도 7 및 8 참조) 이는 산화 알루미늄을 사용한 기존 저항성 바카라 하는 법 요소의 출력 성능의 7 배에 해당하며 초고 밀도 하드 디스크의 자기 헤드에는 충분합니다 무화과 도 9는 제조 된 바카라 하는 법 요소의 단면을 나타내는 전자 현미경 사진이다

 

(2) 초 고밀도 하드 디스크를위한 차세대 자기 헤드의 가장 가능성이 높은 후보자가되었습니다

바카라 하는 법 헤드와 CPP-GMR 사이의 개발 경주는 차세대 자기 헤드의 좌석을 향한 헤드가 작년 상반기까지 완전히 혼란스러운 상태에있었습니다 기존의 바카라 하는 법 요소를 사용하는 바카라 하는 법 헤드는 작년 후반에 CPP-GMR 헤드보다 앞서 판매되었지만 바카라 하는 법 요소의 저항을 낮추는 것이 원칙적으로 어렵다는 강력한 견해도있었습니다 그러나 새로운 바카라 하는 법 요소에 대한 저항력이 낮고 자석성이 높은 비율을 결합한이 성과 덕분에 인치당 200 기가비트가 200 기가 바트의 높은 기록 밀도가 높은 하드 디스크를 실현하기가 더욱 신뢰할 수있게되었습니다 차세대 자기 헤드의 향후 발달은 산화 마그네슘을 사용하는 새로운 바카라 하는 법 요소에 초점을 맞출 것이라고 믿어집니다

 

AIST와 Anerva는 공동 연구를 수행하고 있으며이 연구의 결과는이 연구의 일부로 얻었습니다 이번에는 Anerva가 박막을 제작했으며 AIST는 장치 처리 및 평가를 수행했습니다
 


자기 헤드 생산을위한 스퍼터링 장치 사진
그림 5 : 자기 헤드 생산을위한 스퍼터링 장치

(a) 기존의 필름 형성 방법
기존의 필름 증착 방법의 그림
(b) 2 단계 필름 형성 방법
2 단계 필름 형성 방법의 그림
그림 6 : (a) 기존의 필름 형성 방법 및 (b) 2 단계 필름 형성 방법

기존 필름 형성 및 2 단계 필름 형성 방법의 장치 성능 비교
그림 7 : 기존 필름 형성 및 2 단계 필름 형성 방법의 장치 성능 비교

새로운 바카라 하는 법 요소의 특성 다이어그램
그림 8 : 새로운 바카라 하는 법 요소의 특성
요소 저항 : 사각형 미크론 당 24 Ω
Magnetoresistance 비율 : 140% (실내 온도)

제조 된 바카라 하는 법 요소의 단면을 보여주는 전자기 사진
그림 9 : 제조 된 바카라 하는 법 요소의 단면을 보여주는 전자 현미경 사진

미래 계획

우리는 양 당사자의 공동 연구 구조를 통해 다음 문제에 대해 계속 노력할 계획입니다

  • 이번에 개발 된 새로운 바카라 하는 법 요소의 더 낮은 저항과 높은 자력 비율 탐색
  • 자기 헤드에 필요한 기타 특성 평가 (자기장 감도, 내구성 등)


터미널 설명

◆ 자기 헤드 읽기 (하드 디스크 용) [그림 1 참조]
하드 디스크의 기록 매체에서 자기 적으로 기록 된 정보를 읽는 데 사용되는 자기 센서를 자기 헤드라고합니다 자기 헤드는 기록 매체의 "자기 도메인"으로 기록 된 디지털 정보 패턴에서 생성 된 작은 자기장을 감지하고이를 전기 신호로 변환하고 정보를 읽습니다 GMR 헤드 및 바카라 하는 법 헤드와 같은 고성능 자기 헤드는 작은 자기장을 높은 감도로 전기 신호로 변환하기 위해 개발되었습니다 읽기 자기 헤드가 높을수록 더 작은 자기장 신호를 감지 할 수 있고 하드 디스크의 기록 밀도가 증가 할 수 있습니다[참조로 돌아 가기]
◆ 터널 마그네상 리소스트 (바카라 하는 법) 요소, 터널 장벽, 자기 저항 비율, 바카라 하는 법 효과, 바카라 하는 법 헤드 [그림 3]
두 개의 강자성 금속 전극 사이에 샌드위치 된 매우 얇은 절연체 (터널 장벽, 전통적으로 알루미늄 산화 알루미늄이 사용 된)를 터널 자석성 요소 (바카라 하는 법 요소)라고합니다 2 개의 강자성 전극의 자화의 상대적 배향이 평행하고 항구 평행 할 때 바카라 하는 법 요소의 전기 저항이 변화한다 이 현상을 터널 자기 저항 효과 (바카라 하는 법 효과)라고합니다 또한,이 시점에서 전기 저항의 변화의 백분율은 자기 저항률이라고하는 백분율로 표현된다 바카라 하는 법 요소는 MRAM의 메모리 요소로 사용되며 하드 디스크에 대한 읽기 자기 헤드 (바카라 하는 법 헤드)에도 적용 할 수 있습니다[참조로 돌아 가기]
◆ 산화 마그네슘, 산화 알루미늄
알루미늄 산화 알루미늄은 기존 바카라 하는 법 장치의 터널 장벽으로 사용됩니다 일반적으로, 산화 알루미늄은 저온에서 결정화하기가 어렵 기 때문에 불규칙한 원자 배열을 갖는 비정질 물질 상태를 초래한다 따라서, 산화 알루미늄을 통해 흐를 때 전자가 산란되어 똑바로 이동하기가 어렵습니다 한편, 새로운 바카라 하는 법 장치의 터널 장벽 재료 인 산화 마그네슘은 원자가 정기적으로 배열되는 결정의 특성을 갖는다 따라서, 전자는 흩어져 있지 않고 똑바로 움직일 수있어 더 큰 터널 자기 저항 효과를 초래할 수있다[참조로 돌아 가기]
◆ 저항 저항 바카라 하는 법 요소, 요소 저항 [그림 3 참조]
바카라 하는 법 요소 및 CPP-GMR 요소의 전기 저항 값 (병렬 자화 상태에서 값 rP2"는 사용됩니다) 바카라 하는 법 요소의 경우, 바카라 하는 법 요소의 경우, TURNEL BARIRIR의 두께를 변화시켜 여러 ω에서 여러 대형 미크론 당 여러 대형 미크론으로 변경 될 수 있습니다 자성 헤드 응용의 경우, 01 Ω에서 4 Ω에 대한 요소 저항을 갖는 저기성 바카라 하는 법 요소는 다른 마이크로 마이크로가 필요합니다 사각형 미크론 당 약 500 Ω ~ 10kΩ의 비교적 높은 장치 저항이 최적입니다[참조로 돌아 가기]
◆ 기록 밀도 (하드 디스크 용) [그림 1 및 2 참조]
하드 디스크에서 "0"및 "1"의 디지털 정보는 자기 디스크에 2 차원으로 기록됩니다 기록 밀도는 제곱 인치당 기록 된 비트 수로 표현됩니다 ( "Bit/in2"사용) 오늘날의 최첨단 하드 디스크는 제곱 인치 당 약 100 기가비트의 녹음 밀도가 있습니다[참조로 돌아 가기]
◆ GBIT (GBIT)
"비트"는 가장 작은 정보 단위이며 단일 바이너리 숫자입니다 (즉, "0"또는 "1") "G"는 109, 즉 10 억입니다[참조로 돌아 가기]
◆ 거대한 자석성 저항 효과 (GMR 효과), GMR 헤드, CPP-GMR 헤드
전류가 두 개의 강자성 층 사이에 샌드위치 된 몇 개의 나노 미터 (일반적으로 구리가 사용됨)의 두께가있는 자기 금속 다층 필름을 통과 할 때, 두 강성 층의 자화 방향이 평행하고 안티 파리형 일 때 박막의 전기 저항이 변화하는 경우 이 현상은 거대한 자성 분해 효과 (GMR 효과)라고합니다 하나의 강자성 층의 자화 방향이 고정되고 다른 강자성 층의 자화 방향이 외부 자기장에 따라 변화하는 경우, 외부 자기장의 방향은 GMR 효과에 의한 전기 저항의 변화로 감지 될 수있다 즉, GMR 요소는 자기장 신호를 전기 신호로 변환하는 매우 민감한 자기 센서이므로 하드 디스크의 읽기 헤드로 사용될 수 있습니다 (그림 1 참조) 이것을 GMR 헤드라고합니다 한편, 연구 개발은 GMR 요소의 필름 표면에 수직으로 흐르는 흐름 전류 인 "CPP-GMR 헤드"의 차세대 자기 헤드의 후보로 수행되고있다[참조로 돌아 가기]
◆ MRAM
Magnetorestive Random Access Memory에 대한 약어 | MRAM은 바카라 하는 법 요소를 사용하는 컴퓨터 메모리입니다 바카라 하는 법 요소의 2 개의 강자성 전극의 자화가 병렬 또는 항 파라 랜드에있는 경우, 하나의 바카라 하는 법 요소가 1 비트의 정보를 저장할 수 있습니다 평행 및 항구 평면 상태에서 바카라 하는 법 요소의 전기 저항은 바카라 하는 법 효과로 인해 다르기 때문에 요소의 전기 저항이 측정되면 바카라 하는 법 요소에 저장된 정보를 읽을 수 있습니다[참조로 돌아 가기]
◆ 스퍼터링 장치, 스퍼터링 필름 형성 [그림 5]
고전압은 혈장을 생성하기 위해 진공 용기에 도입 된 AR (아르곤)과 같은 불활성 가스에 적용되며 전기장을 적용하여 혈장의 이온 (AR+이온)를 기질에 부착시키기 위해 22099_22220 | 이온)를 유발함으로써 입자로부터 입자로부터 입자가 촉진되는 현상을 사용하여 박막을 만드는 방법과 장치 전극 재료가 스퍼터링 효과로 인해 유리의 내부 벽에 부착되기 때문에 형광 램프의 유리 가장자리는 검은 색이됩니다[참조로 돌아 가기]

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