AC Voltage and Frequency Dependence in Tunneling Magnetoresistance Device

In this report, we measured the impedance spectrum in TMR device, and the relaxation behavior of the real and imaginary impedance spectrum was analyzed by using the equilibrant circuit of tunneling capacitance ($C_T$) and tunneling resistance ($R_T$). The relaxation frequency was increased with AC voltage in both the parallel and antiparallel alignment of two magnetic layers. The $R_T$ with AC voltage showed the typical bias voltage dependence. However, the $C_T$ showed large value than the expected geometrical capacitance. The huge increase of $C_T$ was affecting as a limiting factor for the high speed operation of TMR devices. Thus, the supercapacitance of $C_T$ should be considered to design the high speed TMR devices.

터널링 자기저항 소자의 교류 전압 및 주파수 의존성 연구

본 연구에서는 터널링 자기저항(TMR) 소자의 임피던스 스펙트럼을 측정하였으며, 절연체 장벽에 의한 터널링 저항($R_T$)과 터널링 전기 용량을 갖는 축전기($C_T$)가 병렬로 연결된 등가회로를 활용하여 TMR 소자의 완화 특성을 분석하였다. 두 자성체의 자화가 반평행 및 평행 상태일 때 모두 완화 주파수는 교류 전압에 따라 증가하는 경향을 보였다. 스펙트럼 측정 결과로부터 도출한 $R_T$는 TMR소자의 전형적인 바이어스 전압 의존성을 보였으나, $C_T$는 기하학적인 전기 용량에 비하여 약 4,500배 이상 증가하였다. 이러한 $C_T$의 거대한 증가는 TMR 소자의 고속 동작을 제한하는 요소로 작용하므로, 고속 동작을 요구하는 TMR 소자는 초고용량 $C_T$의 특성을 설계에 반영하여야 한다.