CIPT装置
CIPT（Current in-plane technique）装置はTMRウェハ表面の電気抵抗をダイレクトに測定することで、トンネル磁気抵抗（TMR）比およびバリア層の面積抵抗値（RA値）を測定できる装置です。 ピッチが異なった12端子プローブのうち4端子を組み替えることで、異なった平均プローブピッチの組み合わせに対してシート抵抗測定を行うことができます（下図上）。 これらを規定の計算式でフィッティングすることで、TMR比とRA値を求めることができます。 面内磁化型と垂直磁化型の両方のタイプのTMRウェハを計測できます。
従来、これらの値を評価するためには、リソグラフィーやエッチングなどの微細加工プロセスが必要で、装置の使用コストに加え、プロセスを行う時間も必要となります（数日程度）。 CIPTではウェハから直接TMR・RAの評価が可能なためTMR素子開発を高速化できます。
下の図に示したグラフは実際のTMRウェハの計測結果で、赤×が計測データー、青○がフィッティング結果です。 上側のグラフはシート抵抗値と平均プローブピッチの関係を示し、下側のグラフは最大の抵抗変化率（MRCIP）と平均プローブピッチの関係を示しています。 フィッティング結果として、188%のTMR比（MR）と184 Ω・μm2のRA値が得られています。 同時に、上部電極層と下部電極層のシート抵抗値、それぞれRt、Rbも求まります。
ただし、プローブとウェハとの接触状態が重要であるため、ウェハには高い平坦性と清浄性が必要です。 このため、当グループでは上部酸化保護膜として数nm厚さのルテニウム（Ru）層を用い、ウェハの熱処理工程には汚染がない真空磁場中熱処理炉をCIPT専用として用いています。 なお、精度の高い計測にはRA値に合わせた平均ピッチを持つプローブの選択に加え、Rt、Rbを規程の範囲に設計する必要があり、制限が多い測定法です。 プローブのランニングコストも比較的高く、特にウェハ表面状態にプローブ寿命が大きく左右されます。このため、開発途中段階にあるTMR素子の特性改善に向けたスクリーニング目的での利用が向いています。
CIPT測定を用いた研究例
以下の論文（オープンアクセス）のFIG.2 (d),(e)にてCIPTによるデータが掲載されています。 巨大TMR比を示すウェハの計測結果で、617%のTMR比がフィッティングから得られています。
T. Scheike et al., "631% room temperature tunnel magnetoresistance with large oscillation effect in CoFe/MgO/CoFe(001) junctions"
Appl. Phys. Lett. 122, 112404 (2023).
