초 고밀도 하드 디스크를위한 고성능 T에볼루션 바카라 요소를 개발했습니다

차세대 자기 헤드의 특성 및 현재 결과

고급 산업 과학 기술 연구소 (Yoshikawa Hiroyuki 회장) (이하 "AIST"라고 불림), 전자 연구 부서 (Wada Toshimi 회장) 및 Canon Anerva Co, Ltd (이하 "Canon Anerva")는 회사의 초고속 DESK를 기반으로합니다자기 헤드 읽기유망한 것 같습니다터널 자기 적 요소 (터널링 자기 저항(T에볼루션 바카라) 요소)성능을 크게 향상시키고 대량 생산 기술을 개발하는 데 성공했습니다

2004 년 AIST와 Canon Anerva가 공동 개발했습니다산화 마그네슘터널 장벽으로 사용하는 (MGO)를 사용하여 T에볼루션 바카라 요소 ( "MGO-T에볼루션 바카라 요소")의 제조 방법이 개선되었으며 자기 헤드 응용 분야에 필수적입니다저항 저항 T에볼루션 바카라 요소이 요소는 정사각형 미크론 당 04Ω (µm)²(기존의 5 분의 1)가 57%의 높은 자력 비율을 달성합니다 낮은 요소 저항은 고속 데이터 전송에 필수적이지만 지금까지 1Ω (µm)²아래의 저항성 T에볼루션 바카라 요소를 실현하기가 어려웠습니다

이번에 개발 된 고성능 MGO-T에볼루션 바카라 요소는 자기 헤드 생산 현장에서 사용되는 표준입니다스퍼터링 장비를 사용하여 달성 할 수 있습니다 그대로, 제조 장비에 부담이 적습니다 이번에는 제곱 인치당입니다녹음 밀도500gigabit이 기술은 차세대 하드 디스크 (현재 숫자의 4 배 이상)를 지원하는 데 사용될 수 있으며, 새로운 T에볼루션 바카라 요소가 차세대 자기 헤드의 후보가되었다고 말할 수 있습니다 앞으로는 모바일 장치를 사용하여 고품질 영화의 녹음 및 재생과 같은 정보 어플라이언스 및 모바일 장치의 개선을 가능하게하는 기술이 될 것으로 예상됩니다

이에 대한 자세한 내용은 2006 년 5 월 8 일부터 5 월 12 일까지 미국 샌디에고에서 개최 될 국제 회의 "Intermag 2006"에서 발표 될 예정이다 (프레젠테이션 날짜 : 5 월 10 일, 강의 번호 : DD-08)

1988 자기 금속 다층 필름거대 자석 정전사 효과 (G에볼루션 바카라 효과)| 이 현상을 이용한 하드 디스크 읽기 자기 헤드 (G에볼루션 바카라 헤드)가 1998 년에 상용화되었습니다 (그림 1 참조) G에볼루션 바카라 헤드는 이전 자기 헤드 (에볼루션 바카라 헤드)보다 출력 성능 (자기 저항 비율)이 훨씬 높았으며, 이는 하드 디스크의 기록 밀도 (한 시점에서 연간 비율보다 두 배 높은)와 더 낮은 가격이 크게 증가 할 수 있었고 현재까지 제곱 인치 초과 100 기가 빗의 높은 기록 밀도를 가진 하드 디스크는 [그림 2]를 확인했습니다 현재 하드 디스크는 컴퓨터 및 서버로 제한되지 않지만 비디오 레코더, 자동차 내비게이션 시스템, 디지털 카메라 및 모바일 장치로 확장됩니다 그러나 G에볼루션 바카라 헤드는 약 15%의 자기 정전기 비율을 가지기 때문에 더 높은 밀도 기록을 수용하기가 어렵고 T에볼루션 바카라 효과를 사용하여 G에볼루션 바카라 효과보다 높은 T에볼루션 바카라 헤드는 주류입니다 그러나, 터널 장벽으로서 산화 알루미늄을 사용하는 가장 진보 된 T에볼루션 바카라 헤드조차도 하드 디스크의 미래 개발을 살펴보면 터널 장벽은 20%에서 30%의 자기 저항성 비율을 가지므로 향후 2-3 년 내에 한도에 도달 할 것으로 예상됩니다 또한 현재 T에볼루션 바카라 헤드는 요소 저항이 2-3Ω (µm)입니다²비싸다 따라서 신호 판독 회로와 일치하는 임피던스로 인해 향후 데이터 전송 속도 (읽기 속도)를 늘리기가 어려워 질 심각한 문제입니다 이러한 문제를 해결하기위한 차세대 기술의 후보로서 두 가지 유형의 자기 헤드가 제안되었다 : (1) 산화 마그네슘 (MGO)을 사용하는 새로운 T에볼루션 바카라 헤드 및 (2) CPP-G에볼루션 바카라 헤드는 G에볼루션 바카라 요소의 필름 두께에 수직으로 흐르는 방향으로 전류를 흐르고 있으며 현재 광범위한 연구 및 개발 중입니다

그림 1 (a) : 하드 디스크 구조

그림 1 (b) : 자기 헤드의 구조

그림 2 : 하드 디스크의 밀도 기록을위한 자기 헤드의 유형

(a) 자석이 평행 할 때 요소의 전기 저항 (rP) : 작은	(b) 자석 방향이 안티 파언트 인 경우 요소의 전기 저항 (ra) : 큰
Magnetoresistance 비율 = (ra-rP) ÷rP(%) 요소 저항 =rP(ω (µm)2)
그림 3 : T에볼루션 바카라 요소의 터널 자기 저항 효과 (T에볼루션 바카라 효과)

제곱 인치당 500 기가비트를 초과하는 차세대 하드 디스크에 대한 자기 헤드에 필요한 중요한 조건은 (i) 기록적인 비트 (50% 이상의 마고 레스터 비율)로부터 약한 자기장 신호를 감지하기위한 자기장 비율의 증가 및 (ii) 데이터 전달 속도를 증가시키기위한 요소 저항의 감소 (1Ω (µm)²14117_14208²그것은 옳지 만 (i) 자기 정상 비율은 약 10%미만이며 향후 자기 정상 비율을 계속 증가시키기가 매우 어렵습니다 한편, 2005 년 4 월, AIST와 Canon Anerva는 (i) 138%, (ii) 24Ω (µm)²동시에 비교적 낮은 요소 저항을 지원했습니다^*그러나 요소 저항은 1Ω (µm)²문제는 10%미만으로 낮아지면 자기 저항 비율이 10%미만으로 떨어질 것입니다 따라서 조건 (i) 및 (ii)의 균형을 맞출 수있는 차세대 자기 헤드 요소의 개발에 대한 강한 수요가있었습니다

*2005 년 3 월 31 일 발표 (보도 자료)자성 헤드에 이상적인 고성능 T에볼루션 바카라 요소를 개발했습니다

그림 4 : 차세대 자기 헤드에 필요한 특성

(1) 요소 저항력이 매우 낮고 동시에 높은 자석성 비율을 달성

MGO-T에볼루션 바카라 요소는 자성 헤드 제조 부위에서 일반적으로 사용되는 스퍼터링 장치 (Canon Anerva C-7100 (그림 5 참조)을 사용하여 대규모 기질 실리콘 기판 (열 실리콘 산화물베이스)에서 스퍼터링 필름에 의해 제조되었다 T에볼루션 바카라 요소의 요소 저항은 1Ω (µm)²이하로 줄이려면 MGO 터널 배리어의 두께는 1 나노 미터 미만으로 감소해야합니다 (1 nm : 10 억 미터, 5 개의 원자) 지난번에, MGO-T에볼루션 바카라 장치가 동일한 장치를 사용하여 제조되었을 때, MGO 터널 배리어가 1 나노 미터 이하로 얇아지면 기저 CofeB 전극의 표면이 과도하게 산화 될 것이라는 문제로 인해 자기 정상 비율이 감소했다고 생각되었다 따라서 이번에는 MGO 필름 형성 동안 불순한 가스 (특히 물 분자 (H₂o)를 철저히 제거하기 위해 노력했습니다 구체적으로, 스퍼터링 장치에서 흡착 된 물 분자의 특성을 갖는 금속 층 (탄탈 층)을 사전에 배치함으로써 불순한 가스 농도가 매우 낮은 환경에서 MGO 터널 장벽을 만들 수 있었다 이러한 독창성은 기본 전극 층의 과도한 산화를 억제하고 MGO 결정의 품질을 향상시키는 데 사용되었습니다 무화과 도 6은 제조 된 T에볼루션 바카라 요소의 단면을 나타내는 전자 현미경 사진이다 새로운 T에볼루션 바카라 요소가 생성되면 04Ω (µm)²15939_16002

그림 5 : 자기 헤드 생산을위한 스퍼터링 장치

그림 6 : 제조 된 T에볼루션 바카라 요소의 단면을 보여주는 전자 현미경 사진

그림 7 : 초 저항의 특성 MGO-T에볼루션 바카라 장치 요소 저항 : 04Ω (µm)2 자기 저항 비율 : 57% (실내 온도) 요소 크기 : 70 nm x 170 nm

(2) 차세대 초고 밀도 하드 디스크를 지원하는 데 사용할 수있는 자기 헤드 기술

T에볼루션 바카라 헤드와 CPP-G에볼루션 바카라 사이의 개발 경주는 차세대 자기 헤드의 자리를 향한 헤드가 작년까지 완전히 혼란스러운 상태에있었습니다 기존의 T에볼루션 바카라 요소를 사용하는 T에볼루션 바카라 헤드는 CPP-G에볼루션 바카라 헤드보다 상용화되었지만 "T에볼루션 바카라 요소의 요소 저항은 1Ω (µm)²아래 숫자를 낮추는 것은 기술적으로 어렵고 500 Gbit/in²"의 차세대 하드 디스크와 호환 될 수 없다는 강력한 견해도있었습니다 그러나 현재 초경 저항 MGO-T에볼루션 바카라 요소의 경우 기록 밀도는 500 gbit/in²Ultra-High Density 하드 디스크가 이제 더 신뢰할 수 있습니다 이 결과로 차세대 자기 헤드의 향후 개발은 MGO-T에볼루션 바카라 장치에 중점을 둘 것으로 예상됩니다

이 연구 및 개발은 새로운 에너지 및 산업 기술 개발 조직 (NEDO) 나노 기술 및 고급 작곡 실용 연구 및 개발에 의한 "Nano-Ternoder Controlled 고성능 터널 마그네토베이션 장치의 개발"의 일환으로 수행되었습니다 (Nanotech Challenge) 이번에는 Canon Anerva가 박막을 제작했으며 AIST는 장치 처리 및 평가를 수행했습니다

우리는 양 당사자의 공동 연구 구조를 통해 다음과 같은 문제를 계속 해결할 계획입니다

• 자기 헤드에 필요한 다른 특성 평가 (예 : 내구성)
• MGO 터널 배리어의 평탄도 향상
• 개선 된 자기 헤드 처리 방법

◆ 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 G에볼루션 바카라 헤드 및 T에볼루션 바카라 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 자석 정전 요소 (T에볼루션 바카라 요소), 터널 장벽, 마그네상 비율, T에볼루션 바카라 효과, T에볼루션 바카라 헤드 [그림 3]

두 개의 나노 미터 미만의 두께가있는 매우 얇은 절연체 (터널 배리어라고 함)가 두 개의 강자성 금속 전극 사이에 샌드위치되는 장치를 터널 자석성 요소 (T에볼루션 바카라 요소)라고합니다 2 개의 강자성 전극의 자화의 상대적 배향이 평행하고 항구 평행 할 때 T에볼루션 바카라 요소의 전기 저항이 변화한다 이 현상을 터널 자기 저항 효과 (T에볼루션 바카라 효과)라고합니다 또한,이 시점에서 전기 저항의 변화의 백분율은 자기 저항률이라고하는 백분율로 표현된다 T에볼루션 바카라 요소는 에볼루션 바카라AM (magnetorestive random access memory에볼루션 바카라AM은 T에볼루션 바카라 요소를 사용하는 컴퓨터 메모리입니다 ) 및 하드 디스크 읽기 자기 헤드 (T에볼루션 바카라 헤드)에서도 사용할 수 있습니다 알루미늄 산화 알루미늄 (AL-O)은 전통적으로 터널 장벽의 절연체로 사용되었지만 AIST는 2004 년에 MGO (Magnesium Magnesium)를 사용하여 2004 년에 큰 T에볼루션 바카라 효과를 실현하기 때문에 MGO-T에볼루션 바카라 장치는 연구 및 개발의 주류가되었습니다[참조로 돌아 가기]

◆ 산화 마그네슘, 산화 알루미늄

기존의 T에볼루션 바카라 장치에서 터널 장벽으로 사용 된 알루미늄 산화 알루미늄은 불규칙한 원자 배열을 갖는 비정질 물질입니다 한편, 새로운 T에볼루션 바카라 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]

◆ 저주적 T에볼루션 바카라 요소, 요소 저항 [그림 3 참조]

T에볼루션 바카라 요소 및 CPP-G에볼루션 바카라 요소의 전기 저항 값 (병렬 자화 상태에서 값r_P²19977_20204[참조로 돌아 가기]

◆ 스퍼터링 장치, 스퍼터링 필름 형성 [그림 5]

AR (Argon)과 같은 불활성 가스에 고전압을 적용하여 진공 용기에 도입 한 다음 혈장에서 이온 (AR+ 이온)을 적용하여 전기장에 의해 가속 된 혈장 (AR+ 이온)을 적용하여 타겟 (필름 증착 재료)을 생성하여 박막을 생성 할 수 있도록 허용되는 방법 및 장치는 박막 (AR+ 이온)을 사용하여 세포질을 사용하여 PHENOMENON을 사용하여 PHENOMENON을 사용하여 PHENOMENON을 사용하여 타겟을 사용하는 방법 및 장치 기판 전극 재료가 스퍼터링 효과로 인해 유리의 내부 벽에 부착되기 때문에 형광 램프의 유리 가장자리는 검은 색이됩니다[참조로 돌아 가기]

◆ 녹음 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 인치당 100 기가비트를 초과하는 녹음 밀도가 있습니다[참조로 돌아 가기]

◆ GBIT (GBIT)

"비트"는 가장 작은 정보 단위이며 단일 바이너리 숫자 (즉, "0"또는 "1")입니다 "G"는 10⁹, 즉 10 억입니다[참조로 돌아 가기]

◆ 거대한 자석 정전사 효과 (G에볼루션 바카라 효과), G에볼루션 바카라 헤드, CPP-G에볼루션 바카라 헤드

전류가 두 개의 강자성 층 사이에 샌드위치 된 몇 가지 나노 미터 (일반적으로 구리가 사용됨)의 두께가있는 자기 금속 다층 필름을 통과 할 때, 두 강성 층의 자화 방향이 평행하고 안지가 될 때 박막의 전기 저항이 변화합니다 이 현상을 활용함으로써, 외부 자기장의 방향은 전기 저항의 변화로서 감지 될 수있다 즉, G에볼루션 바카라 요소는 자기장 신호를 전기 신호로 변환하는 자기 센서이므로 하드 디스크의 읽기 헤드로 사용할 수 있습니다 (그림 1 참조) 이것을 G에볼루션 바카라 헤드라고하며 1998 년에 실용적으로 사용되었지만 오늘날 T에볼루션 바카라 요소를 사용하는 T에볼루션 바카라 헤드는 주류입니다 한편, 연구 개발은 G에볼루션 바카라 요소의 필름 표면에 수직으로 흐르는 흐름 전류 인 "CPP-G에볼루션 바카라 헤드"의 차세대 자기 헤드의 후보로 수행되고있다[참조로 돌아 가기]