Abstract
We fabricated MTJ devices that have doubly oxidized tunnel barrier using plasma oxidation method to from oxidized AlO$\sub$x/ tunnel barrier. Doubly oxidation I, which sputtered 10 ${\AA}$-bottom Al layer and oxidized it with oxidation time of 10 s. Subsequent sputtering of 13 ${\AA}$-Al was performed and the metallic layer was oxidized for 50, 80 and 120 s., respectively. Doubly oxidation II, which sputtered 10 ${\AA}$-bottom Al layer and oxidized it varying oxidation time for 30∼120 s. Subsequent sputtering of 13 ${\AA}$-Al was performed and the metallic layer was oxidized for 210 sec. Double oxidation process specimen showed MR ratio of above 27％ in all experiment range. Singly oxidation process. 13 ${\AA}$-Al layer and oxidized up to 210 s, showed less MR ratio and more narrow process window than those of doubly oxidation. Cross-sectional TEM images would that doubly oxidized barrowers were thinner and denser than singly oxidized ones. XPS characterization confirmed that doubly oxidation of Fe with bottom insulating layer. As a result, doubly oxidation could have superior MR ratio in process extent during long oxidation time because of preventing oxidation of bottom magnetic layer than singly oxidation.
자성터널접합(magnetic tunnel junction: MTJ)소자의 AlO$_{x}$터널장벽 절연층을 플라즈마 산화법으로 2번에 나누어 금속증착.산화를 반복하여 만들어 보았다. 이중산화I그룹은 10A의 $\AA$의 Al 하부 절연막을 증착하고 산화시간을 10 s로 완성한 후 그 위에 13$\AA$의 Al을성막하고 50, 80, 120s간 산화시켜 완성한 절연막의 특성을 알아보았다. 이중산화II그룹은 10$\AA$봐 Al하부 절연막의 산화시간을 30~120 s간 달리하고 그 위에 13 $\AA$의 Al을 성막하고 210 s간 산화시켜 완성한 절연막의 특성을 알아보았다. 이중산화공정으로 제조된 시편은 전 실험범위에서 자기저항비(magnetoresistance： MR)는 27% 이상으로 우수하였고, 이는 13 $\AA$의 Al을 증착하고 한번만 산화시키는 통상의 단일산화에 비해 MR비가 우수하고 공정범위가 넓었다. 수직단면 투과전자현미경(transmission electron microscope： TEM)으로 미세구조를 확인한 결과 이중산화가 단일산화보다도 더 얇고 균일한 두께를 유지함을 알 수 있었다 X선광전자분석(X-ray photoelectron spectroscopy： XPS)으로 확인한 결과 이중산화는 절연막층 하부 CoFe 자성층의 Fe의 산화를 방지하여, 결과적으로 단일산화법에 비해서 하부자성층의 산화를 방지하여 긴 산화시간 공정 범위에서도 우수한 MR비를 가질 수 있었다.
