閃光で一瞬!スピンデバイスを作る ―ミリ秒光パルス照射で、磁気メモリ・センサの熱処理を約1.7秒で完了―

2026-05-12 大阪大学

大阪大学産業科学研究所の今井亜希子助教、千葉大地教授らの研究グループは、磁気メモリ(MRAM)や磁気センサに使われる磁気トンネル接合(MTJ)の超高速熱処理技術を開発した。研究成果は2026年にnpj spintronicsへ掲載された。従来、MTJの性能向上には300〜500℃で数十分〜数時間加熱する必要があったが、本研究では「フラッシュランプアニール」と呼ばれるミリ秒単位の強力な光パルスを繰り返し照射することで、わずか約1.7秒で実用的性能を実現した。瞬間的に約1000℃まで加熱しながらも、短時間の非平衡加熱により元素拡散を抑えつつ結晶化を進行させる点が特徴である。実験では約100%のトンネル磁気抵抗(TMR)比を達成し、従来法と同等の特性を確認した。研究は、スピントロニクスデバイス製造の高速化・省エネルギー化に加え、熱に弱いフレキシブル基材や生体親和性材料上へのデバイス形成にも応用可能性を示している。

閃光で一瞬!スピンデバイスを作る ―ミリ秒光パルス照射で、磁気メモリ・センサの熱処理を約1.7秒で完了―
図1. フラッシュランプアニールによる磁気トンネル接合の瞬間熱処理のイメージ

<関連情報>

磁気トンネル接合の超高速フラッシュランプアニーリング Ultrafast flash lamp annealing of magnetic tunnel junctions

Akiko Imai,Shinya Ota,Jun Yamasaki,Teppei Araki,Yasushi Kanai,Tomohiro Koyama,Tsuyoshi Sekitani & Daichi Chiba
npj Spintronics  Published:12 May 2026
DOI:https://doi.org/10.1038/s44306-026-00145-z

Abstract

Thermal annealing is often the rate-limiting step in device fabrication. In magnetic tunnel junctions (MTJs), which are key components of nonvolatile magnetic random access memories and ultra-sensitive magnetic field sensors, high-temperature annealing is required to achieve a high tunnel magnetoresistance (TMR) ratio. Conventional thermal annealing (CTA) in a furnace typically takes several hours, including heating and cooling. Here, we show that flash lamp annealing (FLA) can drastically shorten the process time for MTJs compared with CTA. In FLA, a sequence of millisecond-scale Xe-lamp pulses is directed onto the device surface, rapidly heating it to high temperature and enabling the MTJ to reach a TMR ratio of ~100% within two seconds, completing the annealing process. Additionally, we observed differences in atomic diffusion and ferromagnetic layer crystallization between MTJs subjected to FLA and those subjected to CTA, as revealed by structural and compositional analyses.

0403電子応用
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