Page 26 - Spin Transport and Spintronics
P. 26

1.2 ปรากฏการณ์ความต้านทานเชิงแม่เหล็กจากการทะลุผ่าน                               27



                       1.2     ปรากฏการณ์ความต้านทานเชิงแม่เหล็กจากการทะลุผ่าน




                             ปรากฏการณ์ TMR ถูกค้นพบครั้งแรกในปี 1975 โดย M. Julliere ซึ่งทำการศึกษาปรากฏ-

                       การณ์ค่าความต้านทานทางแม่เหล็กเชิงการทดลองในโครงสร้างวัสดุสามชั้น Fe/Ge/Co โดยมีค่า
                       อัตราส่วน MR ร้อยละ 14 ที่อุณหภูมิ 4.2 เคลวิน ซึ่งผลการทดลองดังกล่าวแสดงให้เห็นว่าค่าอัตราส่วน

                       MR มีค่าต่ำและมีข้อจำกัดในการประยุกต์ใช้งานในอุปกรณ์หน่วยความจำเชิงแม่เหล็กที่อุณหภูมิห้อง

                       ทำให้การศึกษาปรากฏการณ์ค่าความต้านทานเชิงแม่เหล็กที่อุณหภูมิต่ำยังคงไม่ได้รับความสนใจและ
                       ถูกศึกษาอย่างกว้างขวางมากนัก จนกระทั่งการค้นพบปรากฏการณ์ GMR ในปี 1988 ทำให้การศึกษา

                       ปรากฏการณ์ค่าความต้านทานทางแม่เหล็กในโครงสร้างวัสดุแม่เหล็กหลายชั้นได้รับความสนใจและ

                       ถูกศึกษาอย่างแพร่หลาย เพื่อนำไปสู่การประยุกต์ใช้ในการพัฒนาประสิทธิภาพหัวอ่านข้อมูลในหน่วย
                       ความจำเชิงแม่เหล็กเช่น ฮาร์ดดิสก์ไดร์ฟและ MRAM เป็นต้น โดยในปี 1991 S. Parkin และคณะ ได้

                       ทำการศึกษาการเกิดปรากฏการณ์ GMR ในโครงสร้างวัสดุ [Co/Cu] 60 ซึ่งพบว่าโครงสร้างวัสดุหลาย

                       ชั้นให้ค่าอัตราส่วน MR ร้อยละ 65 ที่อุณหภูมิห้องและถูกประยุกต์ใช้งานในโครงสร้างหัวอ่านข้อมูลใน

                       เวลาต่อมา อย่างไรก็ตามการออกแบบฮาร์ดดิสก์ไดร์ฟให้มีค่าความจุข้อมูล (areal density) มากกว่า
                                2
                       1 Tb/inch นำไปสู่ข้อจำกัดของหัวอ่านข้อมูลแบบ GMR ซึ่งมีค่าอัตราส่วน MR ที่ต่ำ และส่งผลต่อ
                       ประสิทธิภาพในการแยกแยะค่าสัญญาณทางไฟฟ้าของสถานะบิต 1 และ 0


                             การศึกษาปรากฏการณ์ TMR ได้รับความสนใจและถูกศึกษาอย่างกว้างขวางทั้งด้านทฤษฎีและ
                       การทดลองอีกครั้ง เพื่อปรับปรุงค่าอัตราส่วน MR ที่อุณหภูมิห้องให้มีค่าที่สูงขึ้นและสามารถนำไป

                       ประยุกต์ใช้ในการออกแบบและพัฒนาอุปกรณ์หน่วยความจำเชิงแม่เหล็กให้มีประสิทธิภาพที่สูงขึ้น โดย

                       Miyazaki และ Tezuka ได้ทำการศึกษาโครงสร้างวัสดุ Fe/Al 2O 3 /Fe ซึ่งให้ค่าอัตราส่วน TMR ร้อย
                       ละ 30 ที่ 4.2 K และร้อยละ 18 ที่อุณหภูมิห้อง การศึกษาดังกล่าวนำไปสู่การพัฒนาโครงสร้างวัสดุ

                       สามชั้นที่ให้ค่าอัตราส่วน TMR ที่สูงขึ้น ต่อมาในปี 2004 D. Wang และคณะได้ทำการศึกษาโครงสร้าง

                       CoFeB/Al 2O 3 /CoFeB ซึ่งสามารถให้ค่า TMR สูงสุดที่ประมาณร้อยละ 70 ที่อุณหภูมิห้อง อย่างไร

                       ก็ตามยังคงมีข้อมีจำกัดสำหรับการประยุกต์ใช้วัสดุ Al 2O 3 ซึ่งมีโครงสร้างแบบอสัณฐาน (amorphous)
                       เป็นชั้นคั่นกลางในหัวอ่านข้อมูลในฮาร์ดดิสก์ไดร์ฟ เนื่องจากโครงสร้างหัวอ่านข้อมูลที่เหมาะสมต้องมี

                       ค่าอัตราส่วน MR ที่สูงกว่าร้อยละ 150 และมีค่าความต้านทานทางไฟฟ้าของการทะลุผ่านที่ต่ำ ในเวลา

                       ต่อมามีการศึกษาคุณสมบัติของชั้นสเปสเซอร์ในเชิงทฤษฎีและเชิงการทดลอง แสดงให้เห็นว่าการใช้

                       วัสดุฉนวนไฟฟ้า MgO ที่มีโครงสร้างแบบผลึก (crystalline) เป็นชั้นคั่นกลางจะทำให้เกิดค่าอัตราส่วน
                       MR ที่สูง โดยพบว่าในโครงสร้าง Fe/MgO/Fe มีค่าอัตราส่วน MR มีค่าสูงถึงร้อยละ 220 ที่อุณหภูมิ

                       ห้อง
   21   22   23   24   25   26   27   28   29   30   31