A study on the effect of bias voltage and annealing on the spin injection in CoFeB/MgO/Si tunnel contacts

Abstract

이 논문에서는 실리콘으로의 스핀 주입에 대해 인가 전압 및 어닐링의 영향을 알아보았다. 반도체로의 스핀 주입은 스핀 트랜지스터의 구동을 위해 필요한 주요 요소 중 하나이며, 이는 강자성체/부도체/반도체의 접합 구조에 전류를 통함으로써 이루어질 수 있다. 스핀 주입에 대한 검출은 삼전극 구조에 자기장을 인가하며 변하는 저항을 측정하는 Hanle 신호를 통해 확인할 수 있다. 측정된 결과에서는 기존에 보고되었던 신호와는 달리 복잡한 모양의 신호가 검출되었다. 이 신호는 다섯 개의 간단한 신호들의 중첩을 통해 나타낼 수 있으며, 각각의 신호들은 인가 전압과 어닐링에 따라 다른 변화 양상을 보여주었다. 낮은 인가 전압에서 비중이 크던 몇 개의 신호는 인가 전압을 증가시킴에 따라 사라진 것을 확인하였다. 이 신호들은 또한 어닐링 후에 그 크기가 감소하였음을 볼 수 있었다. 인가 전압에 따른 변화 양상을 통해 이 신호들이 중간 단계를 거치는 터널링을 통해 발생한다는 것을 유추할 수 있었고, 어닐링 후에 그 신호의 감소로부터 중간 단계가 결함이라는 것을 생각해 볼 수 있었다. 이 신호들 중 하나는 산화물 부도체의 결함으로부터 온다는 것을 예측할 수 있었고, 강자성체가 없는 대조군에서 측정된 신호로부터 이를 확인할 수 있었다. 다른 한 개의 신호는 이와 비슷하게 경계면에서의 결함으로부터 발생하는 것이라 생각된다. 따라서 반도체 내부로의 스핀 주입을 원활하게 하기 위해서는 결함으로부터 자유로운 산화물 부도체를 형성하는 것이 필요하다는 것을 실험적으로 확인하였다. 또한 인가 전압을 크게 걸어주면 중간 단계를 거치는 터널링을 피할 수 있어 스핀 주입의 효율을 증가시킬 수 있고, 어닐링을 통해 결함이 많은 산화물 부도체의 결함을 줄여 스핀 주입의 효율을 증가시킬 수 있다.