DE102017001963A1

DE102017001963A1 - Tunnel resistance device and method for its manufacture

Info

Publication number: DE102017001963A1
Application number: DE102017001963.0A
Authority: DE
Inventors: Bernd Jenichen; Jens Hertfort; Samuel Gaucher
Original assignee: Forschungsverbund Berlin FVB eV
Current assignee: Forschungsverbund Berlin FVB eV
Priority date: 2017-03-01
Filing date: 2017-03-01
Publication date: 2018-09-06

Abstract

Es wird ein Tunnelwiderstands-Bauelement (1) beschrieben, das ein Substrat, eine erste Kontaktschicht (3) und eine zweite Kontaktschicht (5), die jeweils ein Metall enthalten, und eine Halbleiter-Tunnelschicht (4) umfasst, die zwischen der ersten und der zweiten Kontaktschicht (3, 5) angeordnet und mit einem elektrischen Tunnelkontakt (6) versehen ist, der zur Beaufschlagung der Halbleiter-Tunnelschicht mit einem Barrierenpotential angeordnet ist, wobei die erste und die zweite Kontaktschicht (3, 5) jeweils ein magnetisierbares Material umfassen und die Halbleiter-Tunnelschicht (4) kristallin und relativ zu der ersten und der zweiten Kontaktschicht (3, 5) gitterangepasst ist. Vorzugsweise ist die Halbleiter-Tunnelschicht (4) durch Festphasenepitaxie gebildet. Es werden auch ein Verfahren zum Betrieb des Tunnelwiderstands-Bauelements und ein Verfahren zur Herstellung des Tunnelwiderstands-Bauelements beschrieben.A tunnel resistance device (1) is described which comprises a substrate, a first contact layer (3) and a second contact layer (5), each containing a metal, and a semiconductor tunnel layer (4) between the first and second the second contact layer (3, 5) is arranged and provided with an electrical tunnel contact (6), which is arranged for applying a barrier potential to the semiconductor tunnel layer, wherein the first and the second contact layer (3, 5) each comprise a magnetizable material and the semiconductor tunneling layer (4) is lattice-matched in crystalline and relative to the first and second contact layers (3, 5). Preferably, the semiconductor tunnel layer (4) is formed by solid phase epitaxy. A method of operating the tunnel resistance device and a method of fabricating the tunnel resistance device will also be described.

Description

Die Erfindung betrifft ein Tunnelwiderstands-Bauelement, insbesondere ein Tunnelwiderstands-Bauelement mit einer Halbleiter-Tunnelschicht, und dessen Verwendungen, ein Verfahren zum Betrieb des Tunnelwiderstands-Bauelements und ein Verfahren zur Herstellung des Tunnelwiderstands-Bauelements. Anwendungen der Erfindung sind zum Beispiel in der Sensorik, Spintronik, und/oder der Informationsverarbeitung gegeben.The invention relates to a tunnel resistance component, in particular a tunnel resistance component with a semiconductor tunnel layer, and its uses, a method for operating the tunnel resistance component and a method for producing the tunnel resistance component. Applications of the invention are given, for example, in sensor technology, spintronics, and / or information processing.

Tunnelwiderstands-Bauelemente sind allgemein bekannte Dünnschicht-Bauelemente mit zwei Kontaktschichten, die durch eine Tunnelschicht getrennt sind. Bei Beaufschlagung der Kontaktschichten mit einer Betriebsspannung kann basierend auf dem Tunneleffekt ein Ladungsträgerstrom durch die Tunnelschicht fließen. Die Tunnelschicht besteht typischerweise aus einem elektrisch isolierenden Material (Isolator) oder alternativ aus einem Halbleiter. Beispielsweise wird in US 6 744 111 B1 ein Schottky-Barrieren-Tunneltransistor beschrieben, bei dem eine Halbleiter-Tunnelschicht aus Silizium (Si) als Basis zwischen zwei Metall-Kontaktschichten z. B. aus Wolfram oder Titan als Emitter und Kollektor angeordnet ist. Ein Tunnelstrom zwischen den Kontaktschichten hängt von einer Betriebsspannung an den Kontaktschichten und einem Barrierenpotential der Tunnelschicht ab. Der Strom durch den Tunneltransistor kann daher über das Barrierenpotential moduliert werden. Das aus US 6 744 111 B1 bekannte Tunnelwiderstands-Bauelement hat jedoch die folgenden Nachteile. Erstens ist die Herstellung des Tunneltransistors mit der Si-Tunnelschicht ein komplexes Verfahren, bei erst dem Dünnschichtstrukturen in getrennten Si-Wafern gebildet und anschließend die Wafer miteinander gebondet werden. Zweitens ist dieses Verfahren auf die Bildung einer Si-Tunnelschicht beschränkt und nicht mit anderen Halbleitern realisiert worden. Des Weiteren ist das Tunnelwiderstands-Bauelement auf die Funktion als Tunneltransistor beschränkt.Tunnel resistance devices are well known thin film devices with two contact layers separated by a tunnel layer. When the contact layers are exposed to an operating voltage, a carrier current can flow through the tunnel layer based on the tunneling effect. The tunneling layer typically consists of an electrically insulating material (insulator) or alternatively of a semiconductor. For example, in US Pat. No. 6,744,111 B1 a Schottky barrier tunnel transistor described in which a semiconductor tunnel layer of silicon (Si) as a base between two metal contact layers z. B. of tungsten or titanium is arranged as emitter and collector. A tunnel current between the contact layers depends on an operating voltage at the contact layers and a barrier potential of the tunnel layer. The current through the tunneling transistor can therefore be modulated via the barrier potential. The end US Pat. No. 6,744,111 B1 However, known tunnel resistance device has the following disadvantages. First, the fabrication of the tunneling transistor with the Si tunneling layer is a complex process, first forming the thin film structures in separate Si wafers, and then bonding the wafers together. Second, this method is limited to the formation of an Si tunneling layer and has not been realized with other semiconductors. Furthermore, the tunnel resistance device is limited to the function as a tunnel transistor.

Wenn die Kontaktschichten eines Tunnelwiderstands-Bauelements aus ferromagnetischen Materialien hergestellt sind, stellt das Tunnelwiderstands-Bauelement einen magnetischen Tunnelwiderstand dar. Der Ladungsträgerstrom durch die Tunnelschicht wird nicht nur durch die Betriebsspannung an den Kontaktschichten, sondern basierend auf dem Tunnel-Magnetowiderstand-Effekt (TMR-Effekt) auch durch deren Magnetisierungsrichtungen bestimmt. Wenn die Magnetisierungen gleich (parallel) ausgerichtet sind, ist die Tunnelwahrscheinlichkeit für einen Ladungsträger größer als bei gegensätzlicher (anti-paralleler) Ausrichtung. Der elektrische Widerstand des magnetischen Tunnelwiderstands kann entsprechend zwischen zwei unterschiedlichen Widerstandszuständen umgeschaltet werden, was z. B. Anwendungen in der Informationsverarbeitung ergibt.When the contact layers of a tunnel resistance device are made of ferromagnetic materials, the tunnel resistance device represents a tunneling magnetic resistance. The carrier current through the tunnel layer is not only affected by the operating voltage at the contact layers, but based on the tunneling magnetoresistance effect (TMR). Effect) also determined by their magnetization directions. If the magnetizations are aligned the same way (parallel), the tunneling probability is greater for one charge carrier than for opposite (anti-parallel) alignment. The electrical resistance of the magnetic tunnel resistance can be switched accordingly between two different resistance states, which z. B. applications in information processing results.

Herkömmliche Tunnelwiderstands-Bauelemente bestehen aus zwei ferromagnetischen Kontaktschichten, zwischen denen eine Isolator-Tunnelschicht angeordnet ist. Die Verwendung des Isolators stellt eine Beschränkung dar, da Freiheitsgrade zur Beeinflussung des Tunnelstroms nur durch die Betriebsspannung und die Magnetisierungsrichtung der Kontaktschichten gegeben sind. Es besteht jedoch beispielsweise ein Interesse an Tunnelwiderstands-Bauelementen, bei denen der Tunnelstrom nicht nur entsprechend den zwei Widerstandszuständen zwischen zwei Zuständen umgeschaltet werden kann.Conventional tunnel resistance devices consist of two ferromagnetic contact layers, between which an insulator tunnel layer is arranged. The use of the insulator is a limitation, since degrees of freedom for influencing the tunnel current are given only by the operating voltage and the magnetization direction of the contact layers. However, there is an interest, for example, in tunnel resistance devices in which the tunneling current can not be switched between two states only in accordance with the two resistance states.

Von M. Julliere wird in „Physics Letters“ (Bd. 54A, 1975, S. 225 ) beschrieben, dass ein Tunnelstrom durch eine Dünnschichtprobe aus einer Kontaktschicht aus Eisen (Fe), einer Halbleiter-Tunnelschicht aus amorphem Germanium (Ge) und einer Kontaktschicht aus Kobalt (Co) von der Magnetisierungsrichtung der Kontaktschichten abhängt. Diese Untersuchung war jedoch auf eine Betriebstemperatur bei 4K beschränkt, und sie ergab ein extrem geringes Widerstandsverhältnis des Tunnelwiderstands bei parallelen und anti-parallelen Magnetisierungsrichtungen, so dass eine praktische Anwendung als Tunnelwiderstands-Bauelement ausgeschlossen war. Von K. Hamaya et al. werden in „Journal of Applied Physics“ (Bd. 113, 2013, S. 183713) weitere Untersuchungen an Dünnschichtproben mit ferromagnetischen Kontaktschichten und einer Halbleiter-Tunnelschicht in einer lateralen Anordnung beschrieben. Es wurde festgestellt, dass der Tunnelstrom eine starke Temperaturempfindlichkeit und bei Raumtemperatur keine Abhängigkeit von den Magnetisierungsrichtungen der Kontaktschichten aufweist, so dass auch in diesem Fall eine praktische Anwendung als Tunnelwiderstands-Bauelement ausgeschlossen war.From M. Julliere is published in Physics Letters (vol. 54A, 1975, p. 225 ) that a tunnel current through a thin film sample of a contact layer of iron (Fe), a semiconductor tunnel layer of amorphous germanium (Ge) and a contact layer of cobalt (Co) depends on the magnetization direction of the contact layers. However, this investigation was limited to an operating temperature of 4K, and it resulted in an extremely low resistance ratio of the tunneling resistance in parallel and anti-parallel magnetization directions, so that practical use as a tunnel resistance device was precluded. From K. Hamaya et al. in "Journal of Applied Physics" (Vol. 113, 2013, p. 183713) Further investigations on thin-film samples with ferromagnetic contact layers and a semiconductor tunnel layer in a lateral arrangement described. It was found that the tunneling current has a strong temperature sensitivity and at room temperature no dependence on the magnetization directions of the contact layers, so that even in this case a practical application was excluded as a tunnel resistance device.

Eine vertikale Anordnung der Schichten in der Dünnschichtprobe wurde bisher nicht in Betracht gezogen, da die MBE-Abscheidung von Halbleitern in der Regel hohe Temperaturen erfordern, bei denen MBE-Metallschicht beschädigt wird, und daher beim Überwachsen einer Metallschicht mit einem Halbleiter die Metallschicht unbrauchbar wurde.Vertical placement of the layers in the thin film sample has not been considered heretofore, as semiconductor MBE deposition typically requires high temperatures to damage the MBE metal layer, and therefore the metal layer has become unusable in overgrowth of a metal layer with a semiconductor ,

Die Aufgabe der Erfindung ist es, ein verbessertes Tunnelwiderstands-Bauelement mit einer Halbleiter-Tunnelschicht, ein Verfahren zu dessen Betrieb bzw. ein Verfahren zu dessen Herstellung bereitzustellen, mit denen Nachteile herkömmlicher Techniken vermieden werden können. Mit der Erfindung sollen insbesondere zusätzliche Freiheitsgrade bei der Beeinflussung des Tunnelstroms ermöglicht, die Beschränkung auf die Verwendung von Si für die Tunnelschicht überwunden, ein vergrößertes Widerstandsverhältnis ermöglicht, neue Anwendungen eines Tunnelwiderstands-Bauelements geschaffen und/oder die Herstellung des Tunnelwiderstands-Bauelements vereinfacht werden.The object of the invention is to provide an improved tunnel resistance device with a semiconductor tunnel layer, a method for its operation or a method for its production, with which disadvantages of conventional techniques can be avoided. The invention is intended, in particular, to allow additional degrees of freedom in influencing the tunneling current, to overcome the restriction to the use of Si for the tunneling layer, to increase the size of the tunneling layer Resistance ratio allows to create new applications of a tunnel resistance device and / or the manufacture of the tunnel resistance device can be simplified.

Diese Aufgaben werden durch ein Tunnelwiderstands-Bauelement, ein Verfahren zu dessen Betrieb bzw. ein Verfahren zu dessen Herstellung mit den Merkmalen der unabhängigen Ansprüche gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen und Anwendungen der Erfindung ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen.These objects are achieved by a tunnel resistance component, a method for its operation or a method for its production with the features of the independent claims. Advantageous embodiments and applications of the invention will become apparent from the dependent claims.

Gemäß einem ersten allgemeinen Gesichtspunkt der Erfindung wird die o. g. Aufgabe durch ein Tunnelwiderstands-Bauelement gelöst, das ein Substrat (vorzugsweise Halbleiter-Substrat), eine erste Kontaktschicht und eine zweite Kontaktschicht, die jeweils ein Metall enthalten, und eine kristalline Halbleiter-Tunnelschicht (oder: Halbleiter-Kanalschicht) umfasst, die zwischen der ersten und der zweiten Kontaktschicht angeordnet und mit einem elektrischen Tunnelkontakt versehen ist, der zur Beaufschlagung der Halbleiter-Tunnelschicht mit einem Barrierenpotential angeordnet ist. Der Tunnelstrom über die Halbleiter-Tunnelschicht ist in Abhängigkeit von dem Barrierenpotential am Tunnelkontakt einstellbar. Die erste Kontaktschicht, die Halbleiter-Tunnelschicht und die zweite Kontaktschicht bilden auf dem Substrat eine Schichtfolge, deren einzelnen Schichten vorzugsweise sequentiell unmittelbar aufeinander abgeschieden sind. Der Tunnelstrom kann einen Elektronenstrom oder einen Löcherstrom umfassen.According to a first general aspect of the invention, the o. G. Problem solved by a tunnel resistance device comprising a substrate (preferably semiconductor substrate), a first contact layer and a second contact layer, each containing a metal, and a crystalline semiconductor tunnel layer (or: semiconductor channel layer) interposed between the arranged and provided with an electrical tunnel junction, which is arranged to act on the semiconductor tunnel layer having a barrier potential. The tunnel current through the semiconductor tunnel layer is adjustable as a function of the barrier potential at the tunnel junction. The first contact layer, the semiconductor tunnel layer and the second contact layer form a layer sequence on the substrate, the individual layers of which are preferably sequentially deposited directly on one another. The tunneling current may include an electron current or a hole current.

Gemäß der Erfindung umfassen die erste und die zweite Kontaktschicht jeweils ein magnetisierbares Material, d. h. die erste und die zweite Kontaktschicht sind jeweils aus einem Material hergestellt, das eine makroskopische Magnetisierung inherent aufweist oder dem in einem äußeren Magnetfeld eine makroskopische Magnetisierung aufgeprägt werden kann (ferromagnetisches Material). Des Weiteren weist die Halbleiter-Tunnelschicht eine Gitteranpassung zu den angrenzenden ersten und zweiten Kontaktschichten auf, d. h. die Gitterkonstanten der Halbleiter-Tunnelschicht und der ersten und zweiten Kontaktschichten sind identisch oder weniger als 1%, insbesondere weniger als 0.02% voneinander abweichend.According to the invention, the first and second contact layers each comprise a magnetizable material, i. H. the first and second contact layers are each made of a material which inherently has macroscopic magnetization or which can be imprinted with macroscopic magnetization (ferromagnetic material) in an external magnetic field. Furthermore, the semiconductor tunnel layer has a lattice match to the adjacent first and second contact layers, i. H. the lattice constants of the semiconductor tunnel layer and the first and second contact layers are identical or less than 1%, in particular less than 0.02% different from each other.

Abweichend von dem herkömmlichen Schottky-Barrieren-Tunneltransistor ist das erfindungsgemäße Tunnelwiderstands-Bauelement dafür ausgelegt, dass der Tunnelwiderstand zwischen den ersten und zweiten Kontaktschichten von deren Magnetisierungsrichtungen abhängt (SpinSelektivität des Tunnelstroms). Dadurch werden zusätzliche Freiheitsgrade bei der Einstellung des Tunnelwiderstands verfügbar. Des Weiteren liefert die Gitteranpassung der Halbleiter-Tunnelschicht mit den ersten und zweiten Kontaktschichten jeweils eine über die Grenzflächen zwischen den Tunnel- und Kontaktschichten gleichförmige Schottky-Barriere. Das Potentialintervall, in dem die Schottky-Barrieren und damit der Tunnelstrom über die Halbleiter-Tunnelschicht in Abhängigkeit von dem Barrierenpotential am Tunnelkontakt reproduzierbar variiert werden kann, ist im Vergleich zu herkömmlichen Techniken vergrößert, woraus sich neue Anwendungen des Tunnelwiderstands-Bauelements ergeben. So bestehen bevorzugte Anwendungen des Tunnelwiderstands-Bauelements gemäß der Erfindung in der Schaffung eines Tunnelwiderstands-Transistors, eines Bauelements zur Einstellung der Spinpolarisierung von Ladungsträgern und/eines oder Magnetfeld-Sensor. Das Tunnelwiderstands-Bauelement ist für einen Betrieb bei Raumtemperatur geeignet. Des Weiteren haben die Erfinder festgestellt, dass die Gitteranpassung der Halbleiter-Tunnelschicht mit den ersten und zweiten Kontaktschichten erlaubt, andere Materialkombinationen einzuführen und insbesondere Tunnelschicht aus anderen kristallinen Halbleitern als reinem Si herzustellen.In contrast to the conventional Schottky barrier tunnel transistor, the tunnel resistance component according to the invention is designed so that the tunneling resistance between the first and second contact layers depends on their magnetization directions (spin selectivity of the tunneling current). This will provide additional degrees of freedom in setting the tunnel resistance. Further, the lattice matching of the semiconductor tunneling layer with the first and second contact layers each provides a uniform Schottky barrier across the interfaces between the tunneling and contact layers. The potential interval in which the Schottky barriers and thus the tunnel current can be reproducibly varied via the semiconductor tunnel layer as a function of the barrier potential at the tunnel junction is increased in comparison to conventional techniques, resulting in new applications of the tunnel resistance device. Thus, preferred applications of the tunnel resistance device according to the invention are to provide a tunnel resistance transistor, a device for adjusting the spin polarization of charge carriers and / or a magnetic field sensor. The tunnel resistance device is suitable for room temperature operation. Further, the inventors have found that lattice matching of the semiconductor tunneling layer with the first and second contact layers allows to introduce other combinations of materials and in particular to fabricate tunneling layers of crystalline semiconductors other than pure Si.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist die Halbleiter-Tunnelschicht eine durch Festphasenepitaxie (engl.: „solid phase epitaxy“, Vakuumdeposition, zum Beispiel Molekularstrahlepitaxie, mit anschließender thermischer Ausheilung) gebildete Halbleiterschicht. Die Halbleiter-Tunnelschicht besteht aus einem unmittelbar auf der ersten Kontaktschicht abgeschiedenen Halbleiter, der durch die Festphasenepitaxie im abgeschiedenen Zustand in den kristallinen, insbesondere monokristallinen, Zustand überführt worden ist (Festphasenepitaxie-Schicht). Die Grenzfläche zwischen der ersten Kontaktschicht und der Halbleiter-Tunnelschicht ist frei von Fremdatomen und elektrischen Defekten, was sich vorteilhaft auf die Homogenität der Schottky-Barriere entlang der Grenzfläche auswirkt.According to a preferred embodiment of the invention, the semiconductor tunneling layer is a semiconductor layer formed by solid phase epitaxy (vacuum deposition, for example molecular beam epitaxy, followed by thermal annealing). The semiconductor tunnel layer consists of a semiconductor deposited directly on the first contact layer, which has been converted into the crystalline, in particular monocrystalline, state by the solid phase epitaxy in the deposited state (solid phase epitaxy layer). The interface between the first contact layer and the semiconductor tunnel layer is free of impurities and electrical defects, which has an advantageous effect on the homogeneity of the Schottky barrier along the interface.

Wenn gemäß einer weiteren, bevorzugten Ausführungsform der Erfindung die erste und die zweite Kontaktschicht jeweils mindestens ein ferromagnetisches Metall und/oder eine ferromagnetische Heusler'sche Legierung umfassen, ergeben sich Vorteile für die Magnetisierung der Kontaktschichten. Heusler'sche Legierungen haben besondere Vorteile bei der Herstellung von gitterangepassten Grenzflächen mittels Molekularstrahlepitaxie (MBE) und aufgrund ihrer Eignung zur Bildung von Spin-Injektionsschichten. Heusler'sche Legierungen mit Gitteranpassung mit Germanium (Ge) oder Ge-Mischkristallen oder III-V-Verbundhalbleitern sind besonders bevorzugt. Als vorteilhaft hat sich beispielsweise erwiesen, wenn die erste und die zweite Kontaktschicht jeweils aus Fe₃Si und/oder Co₂FeSi bestehen. Diese Legierungen haben Vorteile hinsichtlich der Magnetisierbarkeit und der Gitteranpassung zu interessierenden Halbleitern der Tunnelschicht. Gemäß einem weiteren bevorzugten Merkmal der Erfindung weisen die erste und die zweite Kontaktschicht verschiedene Koerzitivfeldstärken auf, wodurch vorteilhafterweise eine Einstellung verschiedener Magnetisierungsrichtungen der Kontaktschichten durch ein externes Magnetfeld bei Betrieb des Tunnelwiderstands-Bauelements ermöglicht wird.If according to a further preferred embodiment of the invention, the first and the second contact layer each comprise at least one ferromagnetic metal and / or a ferromagnetic Heusler alloy, there are advantages for the magnetization of the contact layers. Heusler alloys have particular advantages in the fabrication of lattice-matched interfaces by molecular beam epitaxy (MBE) and their ability to form spin-injection layers. Heusler alloys with lattice matching with germanium (Ge) or Ge mixed crystals or III-V compound semiconductors are particularly preferred. It has proved to be advantageous, for example, if the first and the second contact layer each consist of Fe ₃ Si and / or Co ₂ FeSi. These alloys have advantages in terms of Magnetizability and lattice matching to interesting semiconductors of the tunnel layer. According to a further preferred feature of the invention, the first and the second contact layer have different coercive field strengths, thereby advantageously enabling adjustment of different magnetization directions of the contact layers by an external magnetic field during operation of the tunnel resistance component.

An jeder Grenzfläche zwischen der Halbleiter-Tunnelschicht und den ersten und zweiten Kontaktschichten wird eine Schottky-Barriere gebildet, die eine endliche Ausdehnung in die Halbleiter-Tunnelschicht hat. Die Dicke der Halbleiter-Tunnelschicht wird in Abhängigkeit von der/den Schottky-Barriere(n) so gewählt, dass durch die Halbleiter-Tunnelschicht ein Tunnelstrom fließen kann. Die Ermittlung einer optimalen Dicke kann z. B. durch elektrische Messungen an einem Schichtprobeaufbau erfolgen. Besonders bevorzugt weist die Halbleiter-Tunnelschicht eine Dicke derart auf, dass sich die Schottky-Barrieren zwischen der ersten Kontaktschicht und der Halbleiter-Tunnelschicht und zwischen der Halbleiter-Tunnelschicht und der zweiten Kontaktschicht überlappen. Damit wird vorteilhafterweise die Empfindlichkeit der Beeinflussung der effektiven Schottky-Barriere, die sich durch die Überlagerung beider Schottky-Barrieren ergibt, durch das Barrierenpotential an der Tunnelschicht vergrößert.At each interface between the semiconductor tunneling layer and the first and second contact layers, a Schottky barrier is formed which has a finite extent into the semiconductor tunneling layer. The thickness of the semiconductor tunnel layer is chosen in dependence on the Schottky barrier (s) such that a tunnel current can flow through the semiconductor tunnel layer. The determination of an optimal thickness can, for. B. done by electrical measurements on a Schichtprobeaufbau. Particularly preferably, the semiconductor tunneling layer has a thickness such that the Schottky barriers overlap between the first contact layer and the semiconductor tunneling layer and between the semiconductor tunneling layer and the second contact layer. This advantageously increases the sensitivity of the influence of the effective Schottky barrier, which results from the superposition of both Schottky barriers, through the barrier potential at the tunnel layer.

Wenn gemäß einer weiteren, bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist die Halbleiter-Tunnelschicht aus Ge oder einem SiGe-Mischkristall hergestellt. Diese Halbleiter haben sich aufgrund ihrer Rekristallisationstemperaturen als vorteilhaft für die Schichtbildung auf der ersten Kontaktschicht mittels Festphasenepitaxie ohne eine Veränderung der ersten Kontaktschicht erwiesen. Der Halbleiter kann dotiert sein, z. B. mit As, P oder Sb.In accordance with another preferred embodiment of the invention, the semiconductor tunneling layer is made of Ge or a SiGe mixed crystal. Due to their recrystallization temperatures, these semiconductors have proved to be advantageous for the layer formation on the first contact layer by means of solid-phase epitaxy without a change in the first contact layer. The semiconductor may be doped, e.g. As with As, P or Sb.

Gemäß einer bevorzugten Variante der Erfindung umfasst das Tunnelwiderstands-Bauelement einen Schichtstapel aus der ersten Kontaktschicht mit einem ersten elektrischen Kontakt, der Halbleiter-Tunnelschicht mit dem Tunnelkontakt und der zweiten Kontaktschicht mit einem zweiten elektrischen Kontakt, wobei der erste und der zweite elektrische Kontakt für eine Beaufschlagung des Tunnelwiderstands-Bauelements mit einer Betriebsspannung ausgelegt ist (im Folgenden: erste Ausführungsform der Erfindung). In diesem Fall ist das Tunnelwiderstands-Bauelement vorteilhafterweise für eine Betriebsart konfiguriert, bei der bei Beaufschlagung der ersten Kontaktschicht und der zweiten Kontaktschicht mit der Betriebsspannung durch das Tunnelwiderstands-Bauelement ein Tunnelstrom fließt, dessen Spinpolarisierung von den Magnetisierungsrichtungen der ersten und der zweiten Kontaktschicht abhängig ist. Bei paralleler Magnetisierung ergibt sich ein höherer Tunnelstrom von (Majoritäts-)Ladungsträgern, welche die Spinpolarisierung tragen, die gleich den parallelen Magnetisierungen ist, als bei anti-paralleler Magnetisierung. Gemäß einer weiteren Variante der Erfindung umfasst der Schichtstapel des Tunnelwiderstands-Bauelements zusätzlich eine dritte Kontaktschicht mit einem dritten elektrischen Kontakt, die ein magnetisierbares Material umfasst, eine erste Isolator-Tunnelschicht, die zwischen der dritten Kontaktschicht und der ersten Kontaktschicht angeordnet ist, eine zweite Isolator-Tunnelschicht, die an die erste Kontaktschicht, die Halbleiter-Tunnelschicht und die zweite Kontaktschicht angrenzend angeordnet ist, und eine vierte Kontaktschicht, die an die zweite Isolator-Tunnelschicht angrenzend angeordnet ist (im Folgenden: zweite Ausführungsform der Erfindung). In diesem Fall ist das Tunnelwiderstands-Bauelement vorteilhafterweise für eine Betriebsart konfiguriert, bei der insbesondere bei anti-paralleler Magnetisierung der dritten und der ersten Kontaktschicht und paralleler Magnetisierung der dritten und der zweiten Kontaktschicht und bei Beaufschlagung der dritten Kontaktschicht und der vierten Kontaktschicht mit einer Betriebsspannung durch das Tunnelwiderstands-Bauelement ein Tunnelstrom fließt, dessen Spinpolarisierung vom Barrierenpotential der Halbleiter-Tunnelschicht abhängig ist. Vorteilhafterweise erlaubt die zweite Ausführungsform des Tunnelwiderstands-Bauelements, dass der Tunnelstrom eine ausschließlich elektrisch einstellbare Spinpolarisierung, insbesondere einstellbare Anteile der Spinpolarisierung parallel oder anti-parallel zur Magnetisierungsrichtung der ersten Kontaktschicht aufweist. Dies stellt einen wesentlichen Vorteil gegenüber herkömmlichen Ansätzen dar, die Spinpolarisierung durch Anwendung externer Magnetfelder einzustellen.According to a preferred variant of the invention, the tunnel resistance component comprises a layer stack of the first contact layer with a first electrical contact, the semiconductor tunnel layer with the tunnel contact and the second contact layer with a second electrical contact, wherein the first and the second electrical contact for a Loading the tunnel resistance device is designed with an operating voltage (hereinafter: first embodiment of the invention). In this case, the tunnel resistance device is advantageously configured for an operating mode in which, when the first contact layer and the second contact layer are applied to the operating voltage through the tunnel resistance component, a tunnel current flows whose spin polarization depends on the magnetization directions of the first and second contact layers , With parallel magnetization, a higher tunneling current results for (majority) charge carriers carrying the spin polarization, which is equal to the parallel magnetizations, than for anti-parallel magnetization. According to a further variant of the invention, the layer stack of the tunnel resistance component additionally comprises a third contact layer with a third electrical contact, which comprises a magnetisable material, a first insulator tunnel layer, which is arranged between the third contact layer and the first contact layer, a second insulator Tunnel layer disposed adjacent to the first contact layer, the semiconductor tunnel layer and the second contact layer, and a fourth contact layer disposed adjacent to the second insulator tunnel layer (hereinafter: second embodiment of the invention). In this case, the tunnel resistance component is advantageously configured for an operating mode, in particular in the case of anti-parallel magnetization of the third and first contact layers and parallel magnetization of the third and second contact layers and when the third contact layer and the fourth contact layer are subjected to an operating voltage a tunneling current flows through the tunnel resistance device whose spin polarization depends on the barrier potential of the semiconductor tunnel layer. Advantageously, the second embodiment of the tunnel resistance component allows the tunnel current to have an exclusively electrically adjustable spin polarization, in particular adjustable portions of the spin polarization, parallel or anti-parallel to the magnetization direction of the first contact layer. This represents a significant advantage over conventional approaches to adjusting spin polarization by using external magnetic fields.

Vorzugsweise sind bei der zweiten Ausführungsform des Tunnelwiderstands-Bauelements die zweite Isolator-Tunnelschicht und die vierte Kontaktschicht senkrecht zur Ausdehnung der ersten Kontaktschicht, der Halbleiter-Tunnelschicht und der zweiten Kontaktschicht angeordnet. Vorteilhafterweise wird damit eine besonders kompakte Bauform des Tunnelwiderstands-Bauelements ermöglicht.Preferably, in the second embodiment of the tunnel resistance device, the second insulator tunnel layer and the fourth contact layer are arranged perpendicular to the extension of the first contact layer, the semiconductor tunnel layer and the second contact layer. Advantageously, this allows a particularly compact design of the tunnel resistance component.

Gemäß einem zweiten allgemeinen Gesichtspunkt der Erfindung wird die o. g. Aufgabe durch ein Verfahren zum Betrieb des Tunnelwiderstands-Bauelements gemäß dem ersten allgemeinen Gesichtspunkt der Erfindung gelöst, wobei zunächst die Magnetisierungsrichtungen der ersten Kontaktschicht und der zweiten Kontaktschicht eingestellt werden. Die Einstellung der Magnetisierungsrichtungen erfolgt mit einem externen Magnetfeld, wie z. B. einem Schreib-Lese-Kopf eines Speichergerätes. Des Weiteren wird an die Halbleiter-Tunnelschicht das Barrierenpotential angelegt. Das Barrierenpotential wird mit einer externen Spannungsquelle erzeugt, die mit dem Tunnelkontakt und einem Referenzpotential, z. B. Erdpotential verbunden ist. Zwischen der ersten Kontaktschicht und der zweiten Kontaktschicht wird über die Halbleiter-Tunnelschicht ein Tunnelstrom erzeugt, wobei die Spinpolarisierung des Tunnelstroms von den Magnetisierungsrichtungen der ersten und der zweiten Kontaktschicht und die Amplitude des Tunnelstroms von dem Barrierenpotential abhängig ist.According to a second general aspect of the invention, the above object is achieved by a method for operating the tunnel resistance element according to the first general aspect of the invention, wherein first the magnetization directions of the first contact layer and the second contact layer are adjusted. The adjustment of the magnetization directions takes place with an external magnetic field, such. B. a read-write head of a storage device. Furthermore, the barrier potential is applied to the semiconductor tunnel layer. The barrier potential is provided by an external voltage source generated with the tunneling contact and a reference potential, z. B. earth potential is connected. A tunneling current is generated across the semiconductor tunneling layer between the first contact layer and the second contact layer, the spin polarization of the tunneling current being dependent on the magnetization directions of the first and second contact layers and the amplitude of the tunneling current being dependent on the barrier potential.

Bei Verwendung der o. g. ersten Ausführungsform des Tunnelwiderstands-Bauelements wird der Tunnelstrom durch Anlegen der von einer weiteren externen Spannungsquelle bereitgestellten Betriebsspannung an die erste und die zweite Kontaktschicht erzeugt.When using the o. G. In the first embodiment of the tunnel resistance component, the tunneling current is generated by applying the operating voltage provided by a further external voltage source to the first and the second contact layer.

Bei Verwendung der o. g. zweiten Ausführungsform des Tunnelwiderstands-Bauelements sind eine Magnetisierung der ersten Kontaktschicht, der zweiten Kontaktschicht und der dritten Kontaktschicht jeweils mit einer vorbestimmten Magnetisierungsrichtung, eine Beaufschlagung der Halbleiter-Tunnelschicht mit dem Barrierenpotential, und die Erzeugung des Tunnelstroms zwischen der dritten Kontaktschicht und der vierten Kontaktschicht vorgesehen, wobei die Spinpolarisierung des Tunnelstroms von den Magnetisierungsrichtungen der ersten, der zweiten und der dritten Kontaktschicht und von dem Barrierenpotential abhängig ist.When using the o. G. In the second embodiment of the tunnel resistance component, magnetization of the first contact layer, the second contact layer and the third contact layer are each provided with a predetermined magnetization direction, the semiconductor tunnel layer is exposed to the barrier potential, and the tunnel current is generated between the third contact layer and the fourth contact layer wherein the spin polarization of the tunneling current is dependent on the magnetization directions of the first, second and third contact layers and on the barrier potential.

Gemäß einem dritten allgemeinen Gesichtspunkt der Erfindung wird die o. g. Aufgabe durch ein Verfahren zur Herstellung des Tunnelwiderstands-Bauelements gemäß dem ersten allgemeinen Gesichtspunkt der Erfindung gelöst, wobei die Halbleiter-Tunnelschicht mittels Festphasen-Epitaxie abgeschieden wird. Vorteilhafterweise umfasst die Herstellung des Tunnelwiderstands-Bauelements die Abscheidung einer Folge von Schichten mittels MBE, wobei die Halbleiter-Tunnelschicht zunächst bei einer Temperatur abgeschieden wird, bei der die darunter liegende Kontaktschicht unverändert bleibt, und anschließend einer Ausheilung unterzogen wird. Die Abscheidungstemperatur der Halbleiter-Tunnelschicht ist vorzugsweise im Bereich unterhalb von 200 °C, besonders bevorzugt unterhalb von 170 °C gewählt. Die Ausheilung umfasst eine schrittweise Erhöhung der Temperatur bis zu einer vorbestimmten Ausheilungstemperatur. Die Ausheilungstemperatur ist in Abhängigkeit von der Aktivierungsenergie der Rekristallisation des Halbleiters gewählt. Zur Bestimmung der Ausheilungstemperatur können beispielsweise Referenz-Tabellenwerte oder Tests verwendet werden. Die Ausheilungstemperatur ist z. B. im Bereich von 200 °C bis 380 °C gewählt. Die Ausheilungstemperatur wird vorzugsweise mit einer Ausheilungsgeschwindigkeit (Rate der Erhöhung der Temperatur), die im Bereich von 2 Grad/min bis 10 Grad/min gewählt ist, und/oder einer Ausheilungsdauer, die im Bereich von 2 min bis 20 min gewählt ist. Die Abscheidung erfolgt vorzugsweise auf einem Substrat mit (001)-Orientierung oder (111)-Orientierung.According to a third general aspect of the invention, the o. G. The object is achieved by a method for producing the tunnel resistance component according to the first general aspect of the invention, wherein the semiconductor tunnel layer is deposited by means of solid phase epitaxy. Advantageously, the fabrication of the tunnel resistance device comprises deposition of a sequence of layers by MBE, wherein the semiconductor tunnel layer is first deposited at a temperature at which the underlying contact layer remains unchanged, and then annealed. The deposition temperature of the semiconductor tunnel layer is preferably selected in the range below 200 ° C, more preferably below 170 ° C. The annealing includes a stepwise increase in temperature up to a predetermined annealing temperature. The annealing temperature is selected as a function of the activation energy of the recrystallization of the semiconductor. For example, reference tabular values or tests may be used to determine the annealing temperature. The annealing temperature is z. B. in the range of 200 ° C to 380 ° C. The annealing temperature is preferably selected at an annealing rate (rate of elevation of the temperature) selected in the range of 2 degrees / min to 10 degrees / min and / or an annealing time selected in the range of 2 min to 20 min. Deposition is preferably on a substrate with (001) orientation or (111) orientation.

Weitere Einzelheiten der Erfindung werden im Folgenden unter Bezug auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben. Es zeigen:

1 und 2: eine schematische Illustration der Funktion des Tunnelwiderstands-Bauelements gemäß der ersten Ausführungsform der Erfindung;
3 und 4: eine schematische Illustration der Funktion des Tunnelwiderstands-Bauelements gemäß der zweiten Ausführungsform der Erfindung;
5A und 5B: schematische Illustrationen einer konkreten Gestaltung des Tunnelwiderstands-Bauelements gemäß der ersten Ausführungsform der Erfindung; und
6: eine schematische Perspektivansicht einer konkreten Gestaltung des Tunnelwiderstands-Bauelements gemäß der zweiten Ausführungsform der Erfindung.

Further details of the invention will be described below with reference to the accompanying drawings. Show it:

1 and 2 FIG. 2: a schematic illustration of the function of the tunnel resistance component according to the first embodiment of the invention; FIG.
3 and 4 a schematic illustration of the function of the tunnel resistance element according to the second embodiment of the invention;
5A and 5B : schematic illustrations of a concrete design of the tunnel resistance device according to the first embodiment of the invention; and
6 FIG. 2 is a schematic perspective view of a concrete configuration of the tunnel resistance device according to the second embodiment of the invention. FIG.

Zunächst wird die Schichtfolge und Funktion der ersten Ausführungsform des Tunnelwiderstands-Bauelements anhand der 1 und 2 erläutert. Es wird betont, dass in den 1 und 2 zu Illustrationszwecken die Schichtfolge des Tunnelwiderstands-Bauelements ohne ein Substrat gezeigt ist. Ein konkretes Beispiel des Tunnelwiderstands-Bauelements 1, insbesondere mit dem Substrat 2 und der Anordnung der einzelnen Schichten, ist in 5 illustriert.First, the layer sequence and function of the first embodiment of the tunnel resistance device will be described with reference to FIGS 1 and 2 explained. It is emphasized that in the 1 and 2 For illustration purposes, the layer sequence of the tunnel resistance device without a substrate is shown. A concrete example of the tunnel resistance device 1 , in particular with the substrate 2 and the arrangement of the individual layers, is in 5 illustrated.

Gemäß 1 umfasst das Tunnelwiderstands-Bauelement 1 eine erste Kontaktschicht 3 mit einem ersten elektrischen Kontakt 7, eine Halbleiter-Tunnelschicht 4 mit einem elektrischen Tunnelkontakt 6 und eine zweite Kontaktschicht 5 mit einem zweiten elektrischen Kontakt 8. Die erste Kontaktschicht 3 besteht z. B. aus Fe₃Si, insbesondere mit einer Dicke von 10 bis 50 nm. Die Halbleiter-Tunnelschicht 4 ist eine kristalline Schicht z. B. aus Ge, insbesondere mit einer Dicke von 4 bis 20 nm. Die zweite Kontaktschicht 5 besteht z. B. aus Co₂FeSi, insbesondere mit einer Dicke von 20 bis 30 nm. Die ersten und zweiten elektrischen Kontakte 7, 8 und der elektrische Tunnelkontakt 6 sind z. B. aus Gold, insbesondere mit einer Dicke von 50 bis 100 nm gebildet. Die ersten und zweiten Kontaktschichten 3, 5 haben unterschiedliche Koerzitivfeldstärken, so dass sie voneinander unabhängig parallel oder anti-parallel magnetisiert werden können.According to 1 includes the tunnel resistance device 1 a first contact layer 3 with a first electrical contact 7 , a semiconductor tunnel layer 4 with an electrical tunnel contact 6 and a second contact layer 5 with a second electrical contact 8th , The first contact layer 3 exists z. B. Fe ₃ Si, in particular with a thickness of 10 to 50 nm. The semiconductor tunnel layer 4 is a crystalline layer z. B. Ge, in particular with a thickness of 4 to 20 nm. The second contact layer 5 exists z. B. from Co ₂ FeSi, in particular with a thickness of 20 to 30 nm. The first and second electrical contacts 7 . 8th and the electrical tunnel contact 6 are z. B. of gold, in particular formed with a thickness of 50 to 100 nm. The first and second contact layers 3 . 5 have different coercivities so that they can be independently magnetized in parallel or anti-parallel.

In der praktischen Ausführungsform ist das Tunnelwiderstands-Bauelement 1 ein Vertikal-Bauelement. Die Schichten 3, 4 und 5 sind, vorzugsweise beginnend mit der Schicht 3, aufeinander folgend auf einem Substrat gebildet. Die ersten und zweiten Kontaktschichten 3, 5 sind mittels Molekularstrahlepitaxie (MBE) hergestellt, und die Halbleiter-Tunnelschicht 4 ist mittels Festphasenepitaxie hergestellt.In the practical embodiment, the tunnel resistance device is 1 a vertical component. The layers 3 . 4 and 5 are, preferably starting with the layer 3 formed successively on a substrate. The first and second contact layers 3 . 5 are made by molecular beam epitaxy (MBE), and the semiconductor tunnel layer 4 is made by solid phase epitaxy.

Das Tunnelwiderstands-Bauelement 1 bildet einen Spin-selektiven Schottky-Barrieren-Tunneltransistor, dessen Transistorfunktion an sich realisiert werden kann wie z. B. in US 6 744 111 B1 beschrieben ist. An den Grenzflächen der ersten und zweiten Kontaktschichten 3, 5 mit der Halbleiter-Tunnelschicht 4 werden jeweils entsprechend eine erste und eine zweite Schottky-Barriere gebildet. Die Schottky-Barriere ist eine Potentialbarriere, welche die Tunnelwahrscheinlichkeit von Ladungsträgern an der Halbleiter-Tunnelschicht 4 beeinflusst. Wenn die Halbleiter-Tunnelschicht 4 ausreichend dünn ist (z. B. 5 nm) überlappen die Schottky-Barrieren derart, dass sie als ein gemeinsamer Potentialwall erscheinen. Die Schottky-Barrieren werden allgemein so eingestellt, dass der Ladungsträgerstrom zwischen den ersten und zweiten Kontaktschichten 3, 5 durch Tunnelereignisse dominiert wird. Die Höhe der Schottky-Barriere (Φ_B) beeinflusst die Wahrscheinlichkeit der Tunnelereignisse. Je niedriger die Barriere ist, desto höher ist die Wahrscheinlichkeit eines Ladungsträger-Tunnelns. Die Höhe der Schottky-Barrieren wird durch eine optional vorgesehene Dotierung des Halbleiters der Tunnelschicht 4 und das Tunnelpotential am Tunnelkontakt 6 bestimmt. Wenn eine Spannung an die ersten und zweiten elektrischen Kontakte 7, 8 angelegt wird, fließt ein Tunnelstrom, dessen Amplitude durch das Tunnelpotential am Tunnelkontakt 6 beeinflusst wird.The tunnel resistance device 1 forms a spin-selective Schottky barrier tunnel transistor whose transistor function can be realized in itself such. In US Pat. No. 6,744,111 B1 is described. At the interfaces of the first and second contact layers 3 . 5 with the semiconductor tunnel layer 4 In each case, a first and a second Schottky barrier are respectively formed. The Schottky barrier is a potential barrier that determines the tunneling probability of charge carriers at the semiconductor tunneling layer 4 affected. When the semiconductor tunnel layer 4 sufficiently thin (eg, 5 nm), the Schottky barriers overlap such that they appear as a common potential barrier. The Schottky barriers are generally adjusted so that the charge carrier current between the first and second contact layers 3 . 5 is dominated by tunnel events. The height of the Schottky barrier (Φ _B ) influences the probability of tunneling events. The lower the barrier, the higher the likelihood of carrier tunneling. The height of the Schottky barriers is provided by an optionally provided doping of the semiconductor of the tunnel layer 4 and the tunneling potential at the tunnel junction 6 certainly. When a voltage to the first and second electrical contacts 7 . 8th is applied, a tunnel current flows whose amplitude through the tunneling potential at the tunnel junction 6 being affected.

Die Spinselektivität des Tunnelwiderstands-Bauelements 1 wird im Folgenden unter Bezug auf die Funktion eines herkömmlichen magnetischen Tunnelwiderstands und die schematischen Banddiagramme der 2A und 2B beschrieben. Beim herkömmlichen magnetischen Tunnelwiderstand sind zwei ferromagnetische Schichten durch eine Isolator-Tunnelschicht getrennt, die nicht mit einem Potential beaufschlagt werden kann und in der keine Schottky-Barriere entsteht. Der Ladungsträgertransport erfolgt unter der Bedingung, dass die Spinorientierung der Ladungsträger beim Tunneln erhalten bleibt. Daher können Ladungsträger von der ersten ferromagnetischen Schicht in die zweite ferromagnetische Schicht nur in einen Zustand eines Spin-Subbandes mit derselben Orientierung (Magnetisierungsrichtung) tunneln. Parallele Magnetisierungsrichtungen ergeben daher Tunnelereignisse, bei denen vorrangig Elektronen mit derselben Spinorientierung durch die Tunnelschicht transportiert werden (Spinselektivität).The Spinnenektivität the tunnel resistance device 1 will be described below with reference to the function of a conventional magnetic tunnel resistance and the schematic band diagrams of 2A and 2 B described. In the conventional magnetic tunnel resistance, two ferromagnetic layers are separated by an insulator tunnel layer, which can not be applied to a potential and in which no Schottky barrier is formed. The charge carrier transport takes place under the condition that the spin orientation of the charge carriers is maintained during tunneling. Therefore, carriers from the first ferromagnetic layer into the second ferromagnetic layer can tunnel only to a state of a spin subband having the same orientation (magnetization direction). Parallel magnetization directions therefore result in tunneling events in which primarily electrons with the same spin orientation are transported through the tunnel layer (spinning selectivity).

Wenn gemäß 2 beide der ersten und zweiten Kontaktschichten 3, 5 z. B. aufrecht magnetisiert (polarisiert) sind, werden vorrangig Elektronen mit aufrechter Spinpolarisation als Majoritätsladungsträger durch die Halbleiter-Tunnelschicht 4 transportiert. Bei entgegengesetzter Polarisierung hingegen ist der Tunneltransport unterdrückt. Wenn gemäß 2A ein hohes Tunnelpotential an den Tunnelkontakt 6 angelegt wird, wird die Höhe der Schottky-Barriere Φ_B vergrößert. Die Tunnelereignisse werden weniger wahrscheinlich und der spinpolarisierte Strom durch die Halbleiter-Tunnelschicht 4 sinkt. Wenn hingegen gemäß 2B ein niedriges Tunnelpotential an den Tunnelkontakt 6 angelegt wird, wird die Höhe der Schottky-Barriere Φ_B verringert, so dass die Tunnelereignisse wahrscheinlicher werden und der spinpolarisierte Strom durch die Halbleiter-Tunnelschicht 4 steigt. Das Tunnelpotential wird in Abhängigkeit von den konkreten Anwendungsbedingungen, insbesondere der Höhe der Schottky-Barriere, gewählt.If according to 2 both of the first and second contact layers 3 . 5 z. B. upright magnetized (polarized) are primarily electrons with upright spin polarization as a majority carrier through the semiconductor tunnel layer 4 transported. With opposite polarization, however, the tunneling is suppressed. If according to 2A a high tunneling potential to the tunnel junction 6 is applied, the height of the Schottky barrier Φ _{B is} increased. The tunneling events become less likely and the spin-polarized current through the semiconductor tunneling layer 4 sinks. If, however, according to 2 B a low tunnel potential to the tunnel junction 6 is applied, the height of the Schottky barrier Φ _{B is} reduced so that the tunneling events become more likely and the spin-polarized current through the semiconductor tunneling layer 4 increases. The tunnel potential is chosen depending on the specific application conditions, in particular the height of the Schottky barrier.

Ein derartiger Spin-selektiver Transistor wird vorzugsweise in Spintronik-Schaltkreisen angewendet, in denen die Erhaltung der Spinpolarisation für die Ausführung logischer Operationen wesentlich ist. Anwendungen sind insbesondere bei der Einstellung und/oder Verstärkung spinpolarisierter Ströme gegeben. Eine alternative Anwendung besteht in einem Magnetfeldsensor zur Erfassung eines äußeren Magnetfeldes. Durch Variation des Tunnelpotentials kann ein Schwellwert (Empfindlichkeitsschwelle) des Magnetfeldsensors eingestellt werden.Such a spin-selective transistor is preferably used in spintronic circuits in which the maintenance of spin polarization is essential for the execution of logical operations. Applications are particularly given in the setting and / or amplification spinpolarisierter currents. An alternative application is a magnetic field sensor for detecting an external magnetic field. By varying the tunneling potential, a threshold value (sensitivity threshold) of the magnetic field sensor can be set.

Die Schichtfolge und Funktion der zweiten Ausführungsform des Tunnelwiderstands-Bauelements 1 sind schematisch in den 3 und 4 gezeigt. Ein konkretes Beispiel des Tunnelwiderstands-Bauelements 1 der zweiten Ausführungsform der Erfindung, insbesondere mit einem Substrat 2 und der Anordnung der einzelnen Schichten, ist in 6 illustriert.The layer sequence and function of the second embodiment of the tunnel resistance device 1 are shown schematically in FIGS 3 and 4 shown. A concrete example of the tunnel resistance device 1 the second embodiment of the invention, in particular with a substrate 2 and the arrangement of the individual layers, is in 6 illustrated.

Gemäß 3 umfasst das Tunnelwiderstands-Bauelement 1 wie bei der ersten Ausführungsform der Erfindung die erste Kontaktschicht 3, z. B. aus Fe₃Si mit einer Dicke von 12 nm, die Halbleiter-Tunnelschicht 4, z. B. aus Ge mit einer Dicke von 4 bis 20 nm, und die zweite Kontaktschicht 5. Zusätzlich sind eine dritte Kontaktschicht 9 und eine erste Isolator-Tunnelschicht 10, z. B. aus MgO mit einer Dicke von 2 bis 3 nm, zwischen der dritten Kontaktschicht 9 und der ersten Kontaktschicht 3 angeordnet. Die dritte Kontaktschicht 9 hat eine Koerzitivfeldstärke, die an diejenige der ersten Kontaktschicht 3 angepasst ist. Entsprechend ist die dritte Kontaktschicht 9 z. B. auch aus Fe₃Si, insbesondere mit einer Dicke von 36 nm hergestellt. Die zweite Kontaktschicht 5 hat eine Koerzitivfeldstärke derart, dass sie unabhängig von den ersten und dritten Kontaktschichten 3, 9 magnetisiert werden kann. Die zweite Kontaktschicht 5 ist z. B. aus Co₂FeSi, insbesondere mit einer Dicke von 10 nm hergestellt Die erste Isolator-Tunnelschicht 10 ist z. B. aus MgO, insbesondere mit einer Dicke von 2 nm hergestellt. Des Weiteren ist eine zweite Isolator-Tunnelschicht 11 vorgesehen, die an die erste Kontaktschicht 3, die Halbleiter-Tunnelschicht 4 und die zweite Kontaktschicht 5 angrenzend angeordnet ist und von einer vierten Kontaktschicht 12 bedeckt ist. Mit der zweiten Isolator-Tunnelschicht 11 wird ein Kurzschluss zwischen den Kontaktschichten 3 und 5 verhindert. Die zweite Isolator-Tunnelschicht 11 ist z. B. aus MgO, insbesondere mit einer Dicke von 2 nm hergestellt. Von der vierten Kontaktschicht 12, z. B. aus Fe₃Si können Tunnelströme von beiden Kontaktschichten 3 und 5 gleichzeitig aufgenommen werden.According to 3 includes the tunnel resistance device 1 as in the first embodiment of the invention, the first contact layer 3 , z. B. Fe ₃ Si with a thickness of 12 nm, the semiconductor tunnel layer 4 , z. B. Ge with a thickness of 4 to 20 nm, and the second contact layer 5 , In addition, a third contact layer 9 and a first insulator tunnel layer 10 , z. B. of MgO with a thickness of 2 to 3 nm, between the third contact layer 9 and the first contact layer 3 arranged. The third contact layer 9 has a coercive field strength similar to that of the first contact layer 3 is adjusted. Accordingly, the third contact layer 9 z. B. also made of Fe ₃ Si, in particular with a thickness of 36 nm. The second contact layer 5 has a coercive force such that it is independent of the first and third contact layers 3 . 9 can be magnetized. The second contact layer 5 is z. B. from Co ₂ FeSi, in particular made with a thickness of 10 nm The first insulator tunnel layer 10 is z. B. made of MgO, in particular with a thickness of 2 nm. Furthermore, a second insulator tunnel layer 11 provided to the first contact layer 3 , the semiconductor tunnel layer 4 and the second contact layer 5 is disposed adjacent and of a fourth contact layer 12 is covered. With the second insulator tunnel layer 11 becomes a short circuit between the contact layers 3 and 5 prevented. The second insulator tunnel layer 11 is z. B. made of MgO, in particular with a thickness of 2 nm. From the fourth contact layer 12 , z. B. Fe ₃ Si tunneling currents of both contact layers 3 and 5 be recorded at the same time.

In der praktischen Ausführungsform ist das Tunnelwiderstands-Bauelement 1 ebenfalls zunächst ein Vertikal-Bauelement. Die Schichten 9, 10, 3, 4 und 5 sind, vorzugsweise beginnend mit der Schicht 5, auf einem Substrat 2 (siehe 6) aufeinander folgend gebildet. Die Kontaktschichten und die Isolator-Tunnelschichten sind mittels MBE (oder durch Sputtern) hergestellt, und die Halbleiter-Tunnelschicht 4 ist mittels Festphasenepitaxie hergestellt.In the practical embodiment, the tunnel resistance device is 1 also first a vertical component. The layers 9 . 10 . 3 . 4 and 5 are, preferably starting with the layer 5 , on a substrate 2 (please refer 6 ) are formed consecutively. The contact layers and the insulator tunnel layers are made by MBE (or by sputtering), and the semiconductor tunnel layer 4 is made by solid phase epitaxy.

Bei Beaufschlagung der dritten Kontaktschicht 9 und der vierten Kontaktschicht 12 mit einer Betriebsspannung fließt durch das Tunnelwiderstands-Bauelement 1 gemäß 3 ein Tunnelstrom, dessen Spinpolarisierung von der Magnetisierungsrichtung der ersten, der zweiten und der dritten Kontaktschicht 3, 5 und 9 und vom Tunnelpotential der Halbleiter-Tunnelschicht 4 abhängt, wie im Folgenden unter Bezug auf die schematischen Banddiagramme der 4A und 4B erläutert wird.Upon application of the third contact layer 9 and the fourth contact layer 12 with an operating voltage flowing through the tunnel resistance device 1 according to 3 a tunnel current whose spin polarization from the magnetization direction of the first, second and third contact layers 3 . 5 and 9 and the tunnel potential of the semiconductor tunnel layer 4 depends as described below with reference to the schematic band diagrams of 4A and 4B is explained.

Wenn die erste Kontaktschicht 3 abwärts magnetisiert ist und die dritte und die zweite Kontaktschicht 9, 5 aufwärts magnetisiert sind und eine Betriebsspannung über einen dritten elektrischen Kontakt 13 an die dritte Kontaktschicht 9 und an die vierte Kontaktschicht 12 angelegt wird, fließen Elektronen von der dritten Kontaktschicht 9 zu den ersten und zweiten Kontaktschichten 3, 5. Wenn gemäß 4A ein hohes Tunnelpotential an den Tunnelkotakt 6 angelegt ist, wird die Schottky-Barriere Φ_B erhöht. Der Potentialwall der Schottky-Barriere Φ_B in der Halbleiter-Tunnelschicht 4 wird so erhöht, dass kein Tunnelstrom zur zweiten Kontaktschicht 5 fließt. Die Majoritäts-Ladungsträger mit aufwärts gerichteten Spins (↑) werden blockiert, während Minoritäts-Ladungsträger mit abwärts gerichteten Spins (↓) zu der abwärts polarisierten ersten Kontaktschicht 3 fließen. Folglich ist der an der vierten Kontaktschicht 12 aufgenommene Strom überwiegend abwärts ↓ polarisiert.If the first contact layer 3 downwardly magnetized and the third and second contact layers 9 . 5 are magnetized upward and an operating voltage via a third electrical contact 13 to the third contact layer 9 and to the fourth contact layer 12 is applied, electrons flow from the third contact layer 9 to the first and second contact layers 3 . 5 , If according to 4A a high tunneling potential at the tunnel junction 6 is applied, the Schottky barrier Φ _{B is} increased. The potential barrier of the Schottky barrier Φ _B in the semiconductor tunnel layer 4 is increased so that no tunnel current to the second contact layer 5 flows. The majority carriers with up-directed spins (↑) are blocked, while minority carriers with down-directed spins (↓) are blocked to the down-polarized first contact layer 3 flow. Consequently, it is at the fourth contact layer 12 absorbed current predominantly downwards ↓ polarized.

Alternativ können, wenn gemäß Figur 4B bei geringerem Tunnelpotential die Schottky-Barriere verringert wird, zunehmend Ladungsträger zur zweiten Kontaktschicht 5 fließen. Die aufwärts (↑) polarisierten Ladungsträger können durch die erste Kontaktschicht 3 und die Halbleiter-Tunnelschicht 4 zur zweiten Kontaktschicht 5 tunneln. Da aufgrund der Magnetisierungsrichtung der ersten Kontaktschicht 3 in dieser keine oder nur eine beschränkte Zahl aufwärts (↑) polarisierter Zustände gegeben sind, werden die Ladungsträger mit aufwärts (↑) polarisiertem Spin vorwiegend zu der zweiten Kontaktschicht 5 mit der passenden Magnetisierungsrichtung (↑) tunneln. Der an der an der vierten Kontaktschicht 12 aufgenommene Strom ist eine Mischung der Elektronen aus den Kontaktschichten 3 und 5. Somit wird gleichzeitig zu einer Verringerung der Schottky-Barriere Φ_B der Anteil der aufwärts (↑) polarisierten Elektronen im Strom an der vierten Kontaktschicht 12 vergrößert. Somit erlaubt das Tunnelwiderstands-Bauelement 1, die Anteile der Elektronen mit auf- oder abwärts Spins im Gesamtstrom durch das Tunnelwiderstands-Bauelement 1 durch eine Einstellung des elektrostatischen Tunnelpotentials an der Halbleiter-Tunnelschicht 4 zu variieren. Das Tunnelpotential wird in Abhängigkeit von den konkreten Anwendungsbedingungen, insbesondere der Höhe der Schottky-Barriere, gewählt.Alternatively, if shown in FIG 4B At lower tunneling potential, the Schottky barrier is reduced, increasingly carriers to the second contact layer 5 flow. The upwards (↑) polarized charge carriers can pass through the first contact layer 3 and the semiconductor tunnel layer 4 to the second contact layer 5 tunnel. Because of the magnetization direction of the first contact layer 3 given no or only a limited number of upward (↑) polarized states, the upwardly (↑) polarized spin carriers become predominantly the second contact layer 5 tunnels with the appropriate magnetization direction (↑). The at the on the fourth contact layer 12 absorbed current is a mixture of electrons from the contact layers 3 and 5 , Thus, at the same time, a decrease in the Schottky barrier Φ _B becomes the proportion of the upward (↑) polarized electrons in the current at the fourth contact layer 12 increased. Thus, the tunnel resistance device allows 1 , the portions of the electrons with up or down spins in the total current through the tunnel resistance device 1 by adjusting the electrostatic tunneling potential at the semiconductor tunneling layer 4 to vary. The tunnel potential is chosen depending on the specific application conditions, in particular the height of the Schottky barrier.

Ein praktischer Aufbau des Tunnelwiderstands-Bauelements 1 gemäß der ersten Ausführungsform der Erfindung ist beispielhaft in 5 gezeigt. Auf einem isolierenden Substrat 2, z. B. aus GaAs, mit (001)-Orientierung ist eine Pufferschicht (nicht dargestellt) angeordnet, auf der die erste Kontaktschicht 3 abgeschieden ist. Die Pufferschicht, die zum Beispiel auch aus GaAs besteht, ist mittels MBE auf dem Substrat 2 abgeschieden, und sie dient einer Verbesserung der Substratoberfläche (z. B. Erhöhung Reinheit des Substratmaterials, Beseitigung von Defekten und/oder Ausgleich von Oberflächenstufen). Die erste Kontaktschicht 3 trägt zwei streifenförmige Schichten, welche den ersten elektrischen Kontakt 7 bilden und zwischen denen die Halbleiter-Tunnelschicht 4 angeordnet ist. Die Halbleiter-Tunnelschicht 4 trägt zwei streifenförmige Schichten, welche den Tunnelkontakt 6 bilden und zwischen denen die zweite Kontaktschicht 3 angeordnet ist, die auf ihrer Oberseite mit dem zweiten elektrischen Kontakt 8 kontaktiert ist. Mit den ersten und zweiten elektrischen Kontakten 7, 8 sind über elektrische Leitungen z. B. Spannungsquellen, wie z. B. Signal- oder Betriebsspannungs-Quellen (nicht dargestellt) verbunden.A practical construction of the tunnel resistance device 1 according to the first embodiment of the invention is exemplified in 5 shown. On an insulating substrate 2 , z. B. GaAs, with ( 001 ) Orientation, a buffer layer (not shown) is arranged on which the first contact layer 3 is deposited. The buffer layer, which for example also consists of GaAs, is on the substrate by means of MBE 2 deposited, and serves to improve the substrate surface (eg, increase the purity of the substrate material, eliminate defects and / or compensate for surface steps). The first contact layer 3 carries two strip-shaped layers which make the first electrical contact 7 form and between which the semiconductor tunnel layer 4 is arranged. The semiconductor tunnel layer 4 carries two strip-shaped layers which make the tunnel contact 6 form and between which the second contact layer 3 arranged on its top with the second electrical contact 8th is contacted. With the first and second electrical contacts 7 . 8th are via electrical lines z. B. voltage sources, such. B. signal or operating voltage sources (not shown) connected.

6 zeigt beispielhaft einen praktischen Aufbau des Tunnelwiderstands-Bauelements 1 gemäß der zweiten Ausführungsform der Erfindung, wobei ebenfalls ein isolierendes Substrat 2 aus GaAs mit (001)-Orientierung und eine Pufferschicht (nicht dargestellt) verwendet werden. Das Tunnelwiderstands-Bauelements 1 ist beginnend mit der zweiten Kontaktschicht 5 und der Halbleiter-Tunnelschicht 4 auf der Pufferschicht des Substrats 2 aufgebaut. Die zweite Kontaktschicht 5 und die Halbleiter-Tunnelschicht 4 haben eine flächenhafte Ausdehnung, z. B. in Gestalt eines Kreises oder eines Rechtecks von der einseitig parallel zur Substratebene ein Vorsprung gebildet ist, auf dem der freiliegende Tunnelkontakt 6 angeordnet ist. Auf der Halbleiter-Tunnelschicht 4 folgen die erste Kontaktschicht 3, die erste Isolator-Tunnelschicht 10 und die dritte Kontaktschicht 9 mit dem dritten elektrischen Kontakt 13. Die zweite Isolator-Tunnelschicht 11 und die vierte Kontaktschicht 12 sind senkrecht zur Substratebene ausgerichtet und in Kontakt mit den Schichten 3, 4 und 5 abgeschieden. Mit dem dritten elektrischen Kontakt 13 und der vierten Kontaktschicht 12 sind über elektrische Leitungen z. B. Spannungsquellen, wie z. B. Signal- oder Betriebsspannungs-Quellen (nicht dargestellt) verbunden. 6 shows an example of a practical structure of the tunnel resistance device 1 according to the second embodiment of the invention, wherein also an insulating substrate 2 GaAs with ( 001 ) Orientation and a buffer layer (not shown). The tunnel resistance device 1 is starting with the second contact layer 5 and the semiconductor tunnel layer 4 on the buffer layer of the substrate 2 built up. The second contact layer 5 and the semiconductor tunnel layer 4 have a planar extent, z. B. in the form of a circle or a rectangle of the one side parallel to the substrate plane, a projection is formed, on which the exposed tunnel contact 6 is arranged. On the semiconductor tunnel layer 4 follow the first contact layer 3 , the first insulator tunnel layer 10 and the third contact layer 9 with the third electrical contact 13 , The second insulator tunnel layer 11 and the fourth contact layer 12 are aligned perpendicular to the substrate plane and in contact with the layers 3 . 4 and 5 deposited. With the third electrical contact 13 and the fourth contact layer 12 are via electrical lines z. B. voltage sources, such. B. signal or operating voltage sources (not shown) connected.

Das Verfahren zur Herstellung des Tunnelwiderstands-Bauelements 1, z. B. der ersten Ausführungsform der Erfindung, basiert allgemein auf der Molekularstrahlepitaxie. In einer oder mehreren Wachstumskammern werden im Ultrahochvakuum (UHV) die Substanzen der einzelnen Schichten aus Knudsen-Zellen aufgedampft. Auf ein GaAs-Substrat wird zunächst die Pufferschicht aufgebracht. Danach wird in einer weiteren UHV-Wachstumskammer für Metalle bei einer Substrattemperatur von etwa 200°C eine Fe₃Si-Schicht als erste Kontaktschicht 3 epitaxial abgeschieden. Da die Gitterfehlanpassung zur Pufferschicht gering ist, wächst diese Schicht einkristallin auf. Auf die erste Kontaktschicht 3 wird dann in derselben UHV-Wachstumskammer bei einer Substrattemperatur von etwa 100°C eine amorphe Ge-Schicht aufgedampft, deren Dicke etwa 4 nm bis 10 nm beträgt. Diese Dicke kann in engen Grenzen vorgegeben werden. Die Halbleiter/Ferromagnet-Grenzflächen ist nahezu glatt. Anschließend wird die Doppelschicht aus der ersten Kontaktschicht 3 und der Halbleiter-Tunnelschicht 4 für die Dauer von 10 min einer Ausheilung bei etwa 240°C unterzogen, so dass auch die Halbleiter-Tunnelschicht 4 einkristallin wird (Festphasenepitaxie). Die Kristallinität und die Ebenheit der Oberfläche kann in-situ während der Temperaturbehandlung durch die Beugung schneller Elektronen (RHEED) überwacht werden. Auf der fertigen Halbleiter-Tunnelschicht 4 wird dann wiederum mittels MBE z. B. eine Fe₃Si-Schicht epitaxial abgeschieden, die ihrerseits gitterangepasst ist. Damit ist die Schichtstruktur für des Tunnelwiderstands-Bauelements 1 der ersten Ausführungsform der Erfindung komplett. Anschließend werden die Schichten mit den in der Halbleitertechnologie üblichen Verfahren strukturiert und kontaktiert.The method of manufacturing the tunnel resistance device 1 , z. B. the first embodiment of the invention is generally based on molecular beam epitaxy. In one or more growth chambers, the substances of the individual layers of Knudsen cells are vapor-deposited in ultrahigh vacuum (UHV). On a GaAs substrate, the buffer layer is first applied. Thereafter, in another UHV growth chamber for metals at a substrate temperature of about 200 ° C, an Fe ₃ Si layer as the first contact layer 3 epitaxially deposited. Since the lattice mismatch with the buffer layer is low, this layer grows monocrystalline. On the first contact layer 3 is then deposited in the same UHV growth chamber at a substrate temperature of about 100 ° C, an amorphous Ge layer whose thickness is about 4 nm to 10 nm. This thickness can be specified within narrow limits. The semiconductor / ferromagnet interfaces are nearly smooth. Subsequently, the double layer of the first contact layer 3 and the semiconductor tunnel layer 4 subjected to annealing at about 240 ° C for a period of 10 min, so that also the semiconductor tunnel layer 4 becomes single crystalline (solid phase epitaxy). The crystallinity and the flatness of the surface can be monitored in-situ during the temperature treatment by the fast electron diffraction (RHEED). On the finished semiconductor tunnel layer 4 will then turn by MBE z. As an Fe ₃ Si layer epitaxially deposited, which in turn is lattice matched. Thus, the layer structure for the tunnel resistance device 1 the first embodiment of the invention completely. Subsequently, the layers are patterned and contacted using the methods customary in semiconductor technology.

Zur Herstellung des Tunnelwiderstands-Bauelements 1 der zweiten Ausführungsform der Erfindung werden die dritte Kontaktschicht 9 und die erste Isolator-Tunnelschicht 10 entsprechend mit MBE abgeschieden und anschließend die zweite Isolator-Tunnelschicht 11 und die vierte Kontaktschicht 12 mittels Sputtern abgeschieden.For the production of the tunnel resistance device 1 In the second embodiment of the invention, the third contact layer 9 and the first insulator tunnel layer 10 deposited with MBE and then the second insulator tunnel layer 11 and the fourth contact layer 12 deposited by sputtering.

Die in der vorstehenden Beschreibung, den Zeichnungen und den Ansprüchen offenbarten Merkmale der Erfindung können sowohl einzeln als auch in Kombination oder Unterkombination für die Verwirklichung der Erfindung in ihren verschiedenen Ausgestaltungen von Bedeutung sein.The features of the invention disclosed in the foregoing description, drawings and claims may be significant to the realization of the invention in its various forms both individually and in combination or sub-combination.

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

US Pat. No. 6,744,111 B1 [0002, 0026]

Zitierte Nicht-PatentliteraturCited non-patent literature

M. Julliere is published in "Physics Letters" (vol. 54A, 1975, p. 225 [0005]
K. Hamaya et al. in "Journal of Applied Physics" (vol. 113, 2013, p. 183713) [0005]

Claims

A tunnel resistance device (1) comprising - a substrate (2), - a first contact layer (3) and a second contact layer (5), each containing a metal, and - a semiconductor tunnel layer (4) connected between the first and the second contact layer (3, 5) and provided with an electrical tunnel contact (6), which is arranged to act on the semiconductor tunnel layer (4) with a barrier potential, characterized in that - the first and the second contact layer (3 , 5) each comprise a magnetizable material, and - the semiconductor tunneling layer (4) is crystalline and lattice-matched relative to the first and second contact layers (3, 5).

Tunnel resistance device according to Claim 1 in which - the semiconductor tunnel layer (4) is formed by solid phase epitaxy.

A tunnel resistance device according to one of the preceding claims, in which - The first and the second contact layer (3, 5) each comprise at least one ferromagnetic metal and / or a ferromagnetic Heusler alloy.

A tunnel resistance device according to any one of the preceding claims, wherein - the first and second contact layers (3, 5) each comprise Fe ₃ Si and / or Co ₂ FeSi.

A tunnel resistance device according to one of the preceding claims, in which - The first and the second contact layer (3, 5) have different coercive field strengths.

A tunnel resistance device according to one of the preceding claims, in which - The semiconductor tunnel layer (4) has a thickness such that Schottky barriers between the first contact layer (3) and the semiconductor tunnel layer (4) and between the semiconductor tunnel layer (4) and the second contact layer (5) overlap each other ,

A tunnel resistance device according to one of the preceding claims, in which - The semiconductor tunnel layer (4) of Ge or a SiGe mixed crystal is formed.

A tunnel resistance device according to one of the preceding claims, in which - When the first contact layer (3) and the second contact layer (5) with an operating voltage through the tunnel resistance component (10) flows through a tunnel current whose spin polarization of the magnetization directions of the first and the second contact layer (3, 5) is dependent.

Tunnel resistance device according to one of Claims 1 to 7 comprising - a third contact layer (9) comprising a magnetisable material, - a first insulator tunneling layer (10) arranged between the third contact layer (9) and the first contact layer (3), - a second insulator tunneling layer (11) disposed adjacent to the first contact layer (3), the semiconductor tunnel layer (4) and the second contact layer (5), and - a fourth contact layer (12) connected to the second insulator tunnel layer (11) is arranged adjacent, wherein - when the third contact layer (9) and the fourth contact layer (12) with an operating voltage through the tunnel resistance component (1) flows a tunneling current whose spin polarization from the magnetization directions of the first, the second and the third contact layer (3, 5, 9) and the barrier potential of the semiconductor tunnel layer (4) is dependent.

Tunnel resistance device according to Claim 9 in which - the second insulator tunnel layer (11) and the fourth contact layer (12) are arranged perpendicular to the extension of the first contact layer (3), the semiconductor tunnel layer (4) and the second contact layer (5).

Use of a tunnel resistance component (1) according to one of the preceding claims as a transistor, device for adjusting the spin polarization of charge carriers and / or magnetic field sensor.

Method for operating the tunnel resistance component (1) according to one of Claims 1 to 10 , comprising the steps of - magnetizing the first contact layer (3) and the second contact layer (5) each with a predetermined direction of magnetization, - applying the tunneling potential to the semiconductor tunneling layer (4), and - generating a tunneling current between the first contact layer (3) and the second contact layer (5) via the semiconductor tunneling layer (4), wherein - the spin polarization of the tunneling current is dependent on the magnetization directions of the first and second contact layers (3, 5) and the amplitude of the tunneling current is dependent on the tunneling potential.

Method according to Claim 12 in which the tunnel resistance device according to Claim 9 is operated, with the steps - Magnetization of the first contact layer (3), the second contact layer (5) and the third contact layer (9) each with a predetermined magnetization direction, - loading the semiconductor tunnel layer (4) with the tunneling potential, - generating a tunnel current between the third contact layer (9 ) and the fourth contact layer (12), wherein - the spin polarization of the tunneling current is dependent on the magnetization directions of the first, second and third contact layers (3, 5, 9) and on the tunneling potential.

Method for producing the tunnel resistance component (1) according to one of the Claims 1 to 10 in which the semiconductor tunneling layer (4) is formed by solid phase epitaxy.

Method according to Claim 14 in which the semiconductor tunneling layer (4) is deposited by means of MBE at a temperature below 200 ° C and then subjected to an annealing at an elevated temperature.