Эксπир
Регистрация / Вход

Разработка физических основ технологии изготовления элементов энергонезависимой памяти на основе магнитных туннельных переходов в структурах металл-изолятор-металл

Стадии проекта
Предложение принято
Конкурс завершен
Проект закончен
Проект
02.513.11.3083
Организация
НИЯУ МИФИ
Руководитель работ
Зенкевич Андрей Владимирович
Продолжительность работ
2007, 7 мес.
Бюджетные средства
2 млн
Внебюджетные средства
2,7 млн

Работы должны проводиться в рамках критической технологии «Нанотехнологии и наноматериалы» Работы должны соответствовать по предполагаемому исполнению лучшим мировым стандартам. Создаваемый научно-технический задел должен обеспечивать в будущем проведение опытно-конструкторских и технологических работ на конкурентном уровне. Результаты работ должны способствовать дальнейшему инновационному развитию российских технологий в данном приоритетном направлении Программы.

Соисполнители

Организация
НИИЯФ МГУ

Этапы проекта

1
22.03.2007 - 30.06.2007
В ходе выполнения работ по 1-му этапу Госконтракта №02.513.11.3083 от 22 марта 2007г. проведен анализ научно-технической литературы по тематике проекта с точки зрения перспективности использования заявленных систем материалов для создания элементов энергонезависимой памяти случайного доступа.
Проведены патентные исследования по тематике НИР, из которого можно сделать вывод о патентоспособности предлагаемых подходов (способов) к формированию функциональных струкутр металл-изолятор-металл. Отчет по ГОСТ Р 15.011-96. включен в приложения к данному отчету.
Проведены теоретические разработки по обоснованию возможности использования ферромагнитного силицида , уточненная теоретическая модель включена в отчет.
Проводились разработка методик роста структур ферромагнетик – изолятор – ферромагнетик (ФМ-И-ФМ) методом импульсного лазерного осаждения, где в качестве ферромагнетика использовались тонкопленочные слои Fe, ферромагнитного силицида железа Fe3Si, а в качестве туннельного изолятора сверхтонкие (~2 нм) слои оксида кремния SiO2.
Выработаны общие методики проведения исследований, в частности, методики in situ исследования структур Fe3Si/SiO2/Fe(Co), Fe3Si/MgO/Fe(Co),
Проведены экспериментальные исследования кинетики твердотельных реакций в бислойной системе Fe/Si в процессе термического отжига в комбинации с окислением кремния в плазме кислорода, результаты которых указывают на возможность формирования границы раздела ферромагнитный металл/туннельный изолятор высокого качества.
По результатам работ, проведенных на 1-м этапе Госконтракта, выработаны рекомендации по формированию силицида на границе раздела с туннельным изолятором, что позволяет приступить к формированию всей функциональной структуры.
Экспериментальные исследования проводились совместно с зарубежным партнером- со-инвестором проекта Национальной лабораторией «Материалы и устройства для микроэлектроники» (National Laboratory “Materials and Вevices for Microelectronics”, Италия), который, в частности, взял на себя фазовый анализ образцов Fe-Si/SiO2 методом мёссбауэровской спектроскопии конверсионных электронов (МСКЭ), часть анализов шероховатости методом атомно-силовой микроскопии (АСМ), а также- измерения намагниченности в сформированных структурах методом СКВИД, данные по которым не вошли в данный отчет.
Развернуть
2
01.07.2007 - 31.10.2007
В ходе выполнения работ по 2-му этапу Госконтракта №02.513.11.3083 от 22 марта 2007г. проведено математическое моделирование многослойных наноразмерных структур с использованием различных комбинаций ферромагнитных электродов и туннельных изоляторов.
Отрабатывались методики формирования полностью эпитаксиальных тонкопленочных структур MgO(001)/Fe(011), MgO(001)/Fe3Si(011), MgO(001)/Fe(011)/MgO(001)/Fe3Si(011).
Для заявленных в проекте систем Fe3Si/SiO2, Fe3Si/MgO, Fe/SiO2, Сo/SiO2 исследовались морфологические, структурные и магнитные свойства образцов.
Подготовлены образцы многослойных структур Fe3Si/SiO2/Co для демонстрации возможности независимого переключения намагниченности в одном из ферромагнитных слоев функциональной структуры ФМ-И-ФМ.
Проведен комплекс работ по разработке литографического процесса изготовления прототипа магнитного туннельного перехода на основе функциональной структуры Fe3Si/SiO2/Co для проведения измерений магнитосопротивления.
Проведена оптимизация процесса изготовления функциональной структуры Fe3Si/SiO2/Co методом импульсного лазерного осаждения в одном вакуумном цикле.

3. Результаты (должны отражать результаты по каждой работе из КП)
В результате проведенного математического моделирования заявленных структур на основании построенной теоретической модели выяснены зависимости туннельного тока спин-поляризованных электронов от параметров магнитных туннельных переходов, в т.ч., электрических свойств ФМ, электрических свойств и присутствия парамагнитного материала на границе раздела ФМ/ТИ, величины спиновой поляризации электронов в ФМ, на границе раздела, а также сопоставлены данные моделирования с экспериментальными результатами.
Разработаны методики эпитаксиального роста тонкопленочных структур Fe(011), Fe3Si(011), Fe(011)/MgO(001)/Fe3Si(011) на подложках MgO(001) c использованием метода импульсного лазерного осаждения.
Экспериментально выяснены магнитные свойства заявленных тонкопленочных ФМ материалов, в частности, методами СКВИД, ферромагнитного резонанса, магнито-оптического Керр-эффекта, измерены значения намагниченности насыщения и коэрцитивной силы для тонкопленочных слоев Fe, Co и Fe3Si, сформированных методом импульсного лазерного осаждения.
Разработан оригинальный способ изготовления функциональной структуры Fe3Si/SiO2/Co методом импульсного лазерного осаждения в одном вакуумном цикле, на предложенный способ изготовления магнитных структур была подана заявка на патент.
Отлажен литографический процесс изготовления прототипа магнитного туннельного перехода на основе функциональной структуры Fe3Si/SiO2/Co для проведения измерений магнитосопротивления.
На основании обобщения результатов НИР, дана оценка полноты её выполнения, и возможности разработки конкурентоспособной технологии изготовления устройств магнитной памяти на основе исследованных функциональных структур, а также рекомендации по использованию результатов проведенной НИР и формулирование требований для технического задания на разработку основ технологии.
По результатам проведенной НИР подготовлен отчет.
Развернуть

Программа

Программа "Исследования и разработки по приоритетным направлениям развития научно-технологического комплекса России на 2007-2013 годы"

Программное мероприятие

1.3 Проведение проблемно-ориентированных поисковых исследований и создание научно-технического задела в области индустрии наносистем
Продолжительность работ
2007, 7 мес.
Бюджетные средства
2 млн
Организация
ИФП СО РАН
профинансировано
Продолжительность работ
2007, 7 мес.
Бюджетные средства
2 млн
Организация
ФГБОУ ВО "УГАТУ"
профинансировано
Тема
Работы по проведению проблемно-ориентированных поисковых исследований и созданию научно-технического задела в области индустрии наносистем и материалов по критической технологии «Нанотехнологии и наноматериалы» (мероприятие1.3 Программы)
Продолжительность работ
2007, 7 мес.
Бюджетные средства
92 млн
Количество заявок
241
Тема
Работы по проведению проблемно-ориентированных поисковых исследований и созданию научно-технического задела в области индустрии наносистем и материалов по критической технологии «Нанотехнологии и наноматериалы» (мероприятие 1.3 Программы)
Продолжительность работ
2007 - 2008, 11 мес.
Бюджетные средства
16 млн
Количество заявок
72
Тема
Работы по проведению проблемно-ориентированных поисковых исследований и созданию научно-технического задела в области живых систем
Продолжительность работ
2007, 8 мес.
Бюджетные средства
72 млн
Количество заявок
48
Тема
Работы по проведению проблемно-ориентированных поисковых исследований и созданию научно-технического задела в области живых систем по критической технологии «Биомедицинские и ветеринарные технологии жизнеобеспечения и защиты человека и животных»
Продолжительность работ
2007, 8 мес.
Бюджетные средства
72 млн
Количество заявок
136
Тема
Работы по проведению проблемно-ориентированных поисковых исследований и созданию научно-технического задела в области живых систем по критической технологии «Геномные и посттеномные технологии создания лекарственных средств» (мероприятие 1.2 Программы)
Продолжительность работ
2007, 8 мес.
Бюджетные средства
72 млн
Количество заявок
43