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臺灣博碩士論文加值系統

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研究生:劉家榮
研究生(外文):Chia-Jung Liu
論文名稱:磁性記憶元的製作與分析
論文名稱(外文):Fabrication and analysis of magnetic memory
指導教授:吳仲卿
指導教授(外文):Jong-Ching Wu
學位類別:碩士
校院名稱:國立彰化師範大學
系所名稱:物理系
學門:自然科學學門
學類:物理學類
論文種類:學術論文
論文出版年:2002
畢業學年度:90
語文別:中文
論文頁數:61
中文關鍵詞:磁性記憶元自旋閥
外文關鍵詞:magnetic memory cellspin-valveMRAM
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本研究主題是探討磁阻式隨機存取記憶元的製作及特性分析。
內容包括:單層鎳鐵元磁區結構及其交換場大小的比較;寫錄線電流對感應磁場的關係;展示雙垂直磁場翻轉磁元之磁矩;及鑄型自旋閥記憶元結構磁阻曲線的量測與分析。
  由電子束微影術、熱蒸鍍及濺鍍系統並配合舉離的技術,製作出微米級磁元。在固定短軸為1微米、長軸由1~10微米的單層鎳鐵元橢圓陣列中,我們觀測到長寬比大於3以上之橢圓,形成單一磁區;
而所有單一磁區的交換場均在30~60Oe之間。接著製作短軸2微米、長軸6微米的單層鎳鐵元於寫錄線上,藉由不同寫錄線電流下,外加磁場之磁阻曲線偏移量,得到寫錄線電流和感應磁場成線性的關係。
結合相互垂直之外加場及由寫錄線感應之磁場,我們成功展示了單一磁區鎳鐵元之磁矩翻轉。
在自旋閥記憶元結構中,在近零磁場之磁阻曲線比自旋閥平面膜之曲線平緩,可能是肇因於「邊際短路」,而在非鑄型自旋閥結構的磁阻曲線中,隨著外加磁場與偏壓層方向的夾角增加,異向性磁阻效應所表現的負磁阻曲線會漸漸的超越巨磁阻效應。
Fabrication and characterization of magnetic random access memory elements are the main subjects in this study. The main works consist of the domain structures of single elements and the comparison of their switching fields; the correlation between the current in the transmission line and magnetic field induced on the top; demonstration of the magnetization reversal in a single element using x-y selection technique; and the analysis of patterned and non-patterned spin-valve structures.
A variety of microstructured permalloy and spin-valve elements were fabricated by using electron beam lithography through a lift-off process. Thermal evaporation and sputtering systems were utilized for the thin films deposition. For those elements with fixed one-micrometer short axis and various long axes from one to ten micrometers, single domain structures were observed with aspect ratios greater than three, in which the switching fields were all around 30~60 Oe; based on the shift of magnetoresistance curves of a single element made on the top of a transmission line having fixed current, the correlation between the current in the transmission line and the magnetic field induced on the top was concluded to be linearly proportional. By combining two orthogonal magnetic fields, 30 Oe in hard axis and 5 Oe in long axis, a magnetization reversal was demonstrated on a single element with 7 μm long axis and 1μm short axes.
In the patterned spin-valve structures, the magnetoresistance curves become rounding at the zero magnetic field, which may indicate “edge shoring” during patterning. The magnetoresistance curve in the non-patterned spin-valve structures, the anisotropy magnetoresistance effect surpasses giant magnetoresistance effect as the angles between the external magnetic field and biasing direction increase.
第一章 簡介………………………………………………………….1
第一節 前言 …………………………………………………..1
第二節 磁電阻種類簡介………………………………………..4
1. 常磁阻與異向磁電阻 …………………………………4
2. 自旋閥式巨磁阻………………………………………....8
第三節 磁阻式隨機記憶體的機制簡介……………………….13
第二章 製程與元件結構………………………………….…18
第一節 前言……………………………………………………...18
第二節 電子束微影術 …………………………….…………....18
第三節 鍍膜系統………………………………………….……..26
1. 熱蒸鍍系統…………………………………………...…26
2. 濺鍍系統……………………………………………...…28
第四節 元件製作流程介紹……………………………………...29
1.鑄型單層鎳鐵薄膜部分………………………………….30
2.巨磁阻式自旋閥多層膜結構(Spin Valve)部分……….30
第三章 量測與分析技術…………………………………......35
第一節 磁電阻量測(多功能磁性測量儀儀)…………………....35
第二節 掃描式探針顯微鏡………………………………………37
第四章 結果與討論………………………………….….….……42
第一節 前言………………………………………………………42
第二節 單層鎳鐵膜的尺寸與交換場的關係 …………………..44
第三節 MRAM寫入機制的展示……………………………………48
1. 寫錄線的電流磁場對磁阻曲線的偏移………………….49
2. MRAM結構X-Y選取路線的模擬………………...……….49
第四節 非鑄型自旋閥結構的磁阻量測………………..………...53
第五節 鑄型自旋閥結構的磁阻量測……………………..……...57
第五章 結論…………………………………….……….……….…62
[1] 李晃銘撰,彰化師大物理研究所碩士論文”奈米鑄型鎳鐵薄膜之磁阻行為”,90.6
[2] 郭建宏撰,彰化師大物理研究所碩士論文”奈米環狀鎳鐵膜之製作與分析”,90.6
[3] 謝蔚諮撰,彰化師大物理研究所碩士論文”奈米磁性薄膜磁舉翻轉行為研究”,90.6
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[5] Lord Kelvin, Philosophic Magazine, 1857
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[7] R. Hunt, IEEE Trans. Magn. MAG-7, 150(1971)
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[9] M. A. Ruderman and C. Kittel, Phys. Rev. 96, 99(1954)
[10] K. Yosida, Phys. Rev. 106, 893(1959)
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[14] 黃虹雯撰,彰化師大物理研究所碩士論文”次微米鑄型鎳鐵磁膜的磁區結構與磁壁運動行為”,89.6
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