JP2000012921A - 磁気抵抗トンネル接合素子 - Google Patents
磁気抵抗トンネル接合素子Info
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- B82Y—SPECIFIC USES OR APPLICATIONS OF NANOSTRUCTURES; MEASUREMENT OR ANALYSIS OF NANOSTRUCTURES; MANUFACTURE OR TREATMENT OF NANOSTRUCTURES
- B82Y25/00—Nanomagnetism, e.g. magnetoimpedance, anisotropic magnetoresistance, giant magnetoresistance or tunneling magnetoresistance
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- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01F—MAGNETS; INDUCTANCES; TRANSFORMERS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR MAGNETIC PROPERTIES
- H01F10/00—Thin magnetic films, e.g. of one-domain structure
- H01F10/32—Spin-exchange-coupled multilayers, e.g. nanostructured superlattices
- H01F10/324—Exchange coupling of magnetic film pairs via a very thin non-magnetic spacer, e.g. by exchange with conduction electrons of the spacer
- H01F10/3254—Exchange coupling of magnetic film pairs via a very thin non-magnetic spacer, e.g. by exchange with conduction electrons of the spacer the spacer being semiconducting or insulating, e.g. for spin tunnel junction [STJ]
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- H01F10/3268—Exchange coupling of magnetic film pairs via a very thin non-magnetic spacer, e.g. by exchange with conduction electrons of the spacer the exchange coupling being asymmetric, e.g. by use of additional pinning, by using antiferromagnetic or ferromagnetic coupling interface, i.e. so-called spin-valve [SV] structure, e.g. NiFe/Cu/NiFe/FeMn
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 複合マンガン酸化物を用いた高感度の磁気抵
抗トンネル接合素子を提供する。 【解決手段】 化学式（ＲxＡ1-x)m+1ＭｎmＯ3m+1によ
り表示され、磁気抵抗効果を有するペロブスカイト型複
合酸化物１２、１４に、Ｂｉ、ＴｌおよびＰｂから選ば
れる少なくとも一種の元素の酸化物からなるバリア層１
３を接合した磁気抵抗トンネル接合素子として、このバ
リア層１３を介して磁気抵抗トンネル効果を得る。ここ
で、Ａはアルカリ土類元素であり、Ｒは希土類元素であ
り、ｍは１以上の整数であり、ｘは０≦ｘ≦１の数値で
ある。
抗トンネル接合素子を提供する。 【解決手段】 化学式（ＲxＡ1-x)m+1ＭｎmＯ3m+1によ
り表示され、磁気抵抗効果を有するペロブスカイト型複
合酸化物１２、１４に、Ｂｉ、ＴｌおよびＰｂから選ば
れる少なくとも一種の元素の酸化物からなるバリア層１
３を接合した磁気抵抗トンネル接合素子として、このバ
リア層１３を介して磁気抵抗トンネル効果を得る。ここ
で、Ａはアルカリ土類元素であり、Ｒは希土類元素であ
り、ｍは１以上の整数であり、ｘは０≦ｘ≦１の数値で
ある。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、低磁場でも高磁場
感度を有する磁気デバイスの要素部品となる磁気抵抗ト
ンネル接合素子に関するものである。
感度を有する磁気デバイスの要素部品となる磁気抵抗ト
ンネル接合素子に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】近年発見されたペロブスカイト型Ｍｎ
（マンガン）酸化物には巨大な磁気抵抗効果が観測され
ており、抵抗率が１０桁以上も変化する大きな磁気抵抗
効果も測定されている。一方、磁気ディスクヘッドや磁
気センサーに用いるためには、低磁場で大きな磁気抵抗
効果を発現させる磁気抵抗素子が求められている。しか
し、ペロブスカイト型Ｍｎ酸化物を用いた磁気抵抗素子
から大きな磁気抵抗効果を得るためには、大きな印加磁
場を必要とし、これが応用に向けての素子開発を妨げる
要因となっていた。
（マンガン）酸化物には巨大な磁気抵抗効果が観測され
ており、抵抗率が１０桁以上も変化する大きな磁気抵抗
効果も測定されている。一方、磁気ディスクヘッドや磁
気センサーに用いるためには、低磁場で大きな磁気抵抗
効果を発現させる磁気抵抗素子が求められている。しか
し、ペロブスカイト型Ｍｎ酸化物を用いた磁気抵抗素子
から大きな磁気抵抗効果を得るためには、大きな印加磁
場を必要とし、これが応用に向けての素子開発を妨げる
要因となっていた。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】低磁場で大きな磁気抵
抗効果を発現させるためには、磁気抵抗効果を示す磁性
材料を、バルク単体として使用するよりも、２つの磁性
材料により薄い絶縁体バリアを挟み込んだ磁気トンネル
構造を構成して使用するほうが有利であることが報告さ
れている（Y. Lu et al., Phys. Rev. B54, (1996) R83
57)。このような磁気トンネル接合は、磁気抵抗効果材
料とバリア材料という異種の材料により構成されるた
め、磁性抵抗効果層とバリア層との界面の状態がその磁
気特性を大きく左右する。界面における急峻な構造変化
があると良好なトンネル接合が得られないため、従来
は、ペロブスカイト型Ｍｎ酸化物のような複合酸化物を
用いて、低磁場でも大きな磁気抵抗効果を得られる磁気
抵抗トンネル接合素子を作製することは、技術的に困難
であった。
抗効果を発現させるためには、磁気抵抗効果を示す磁性
材料を、バルク単体として使用するよりも、２つの磁性
材料により薄い絶縁体バリアを挟み込んだ磁気トンネル
構造を構成して使用するほうが有利であることが報告さ
れている（Y. Lu et al., Phys. Rev. B54, (1996) R83
57)。このような磁気トンネル接合は、磁気抵抗効果材
料とバリア材料という異種の材料により構成されるた
め、磁性抵抗効果層とバリア層との界面の状態がその磁
気特性を大きく左右する。界面における急峻な構造変化
があると良好なトンネル接合が得られないため、従来
は、ペロブスカイト型Ｍｎ酸化物のような複合酸化物を
用いて、低磁場でも大きな磁気抵抗効果を得られる磁気
抵抗トンネル接合素子を作製することは、技術的に困難
であった。
【０００４】本発明は、このような事情に鑑み、ペロブ
スカイト型Ｍｎ酸化物を用いた良好なトンネル接合を実
現し、低磁場でも大きな磁気抵抗効果を発現しうる磁気
抵抗トンネル接合素子を提供することを目的とする。
スカイト型Ｍｎ酸化物を用いた良好なトンネル接合を実
現し、低磁場でも大きな磁気抵抗効果を発現しうる磁気
抵抗トンネル接合素子を提供することを目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するべ
く、本発明の磁気抵抗トンネル接合素子は、化学式(Ｒx
Ａ1-x)m+1ＭｎmＯ3m+1により表示され、磁気抵抗効果を
有するペロブスカイト型複合酸化物と、このペロブスカ
イト型複合酸化物と接合した、Ｂｉ（ビスマス）、Ｔｌ
（タリウム）およびＰｂ（鉛）から選ばれる少なくとも
一種の元素の酸化物からなるバリア層とを含み、このバ
リア層を介して磁気抵抗トンネル効果が得られることを
特徴とする。ここで、Ａはアルカリ土類元素であり、Ｒ
は希土類元素であり、ｍは１以上の整数であり、ｘは０
≦ｘ≦１の数値である。
く、本発明の磁気抵抗トンネル接合素子は、化学式(Ｒx
Ａ1-x)m+1ＭｎmＯ3m+1により表示され、磁気抵抗効果を
有するペロブスカイト型複合酸化物と、このペロブスカ
イト型複合酸化物と接合した、Ｂｉ（ビスマス）、Ｔｌ
（タリウム）およびＰｂ（鉛）から選ばれる少なくとも
一種の元素の酸化物からなるバリア層とを含み、このバ
リア層を介して磁気抵抗トンネル効果が得られることを
特徴とする。ここで、Ａはアルカリ土類元素であり、Ｒ
は希土類元素であり、ｍは１以上の整数であり、ｘは０
≦ｘ≦１の数値である。
【０００６】このように、互いに相性の良い磁気抵抗効
果材料とバリア材料とを接合させることにより、高感度
の磁気抵抗トンネル接合素子とすることができる。しか
も、両材料の相性が良いため、この素子には、作製しや
すいという利点もある。ペロブスカイト型複合酸化物
は、例えばバリア層を挟持するようにバリア層と接合さ
れる。
果材料とバリア材料とを接合させることにより、高感度
の磁気抵抗トンネル接合素子とすることができる。しか
も、両材料の相性が良いため、この素子には、作製しや
すいという利点もある。ペロブスカイト型複合酸化物
は、例えばバリア層を挟持するようにバリア層と接合さ
れる。
【０００７】上記磁気抵抗トンネル接合素子において
は、ペロブスカイト型Ｍｎ複合酸化物のアルカリ土類元
素の一部を希土類元素により置換されていることが好ま
しい（ｘ＞０）。素子構造および素子特性の安定性が向
上するからである。また、両材料の相性をさらに良好と
して感度の向上した磁気抵抗トンネル接合素子を得るた
めには、ｘが０≦ｘ≦０．９であることが好ましい。こ
のような観点から、ｘは０＜ｘ≦０．９であることが好
ましい。
は、ペロブスカイト型Ｍｎ複合酸化物のアルカリ土類元
素の一部を希土類元素により置換されていることが好ま
しい（ｘ＞０）。素子構造および素子特性の安定性が向
上するからである。また、両材料の相性をさらに良好と
して感度の向上した磁気抵抗トンネル接合素子を得るた
めには、ｘが０≦ｘ≦０．９であることが好ましい。こ
のような観点から、ｘは０＜ｘ≦０．９であることが好
ましい。
【０００８】また、上記磁気抵抗トンネル接合素子にお
いては、アルカリ土類元素Ａが、Ｃａ（カルシウム）、
Ｓｒ（ストロンチウム）およびＢａ（バリウム）から選
ばれる少なくとも一種の元素であることが好ましく、希
土類元素Ｒが、Ｌａ（ランタン）、Ｐｒ（プロセオジ
ム）、Ｎｄ（ネオジム）およびＳｍ（サマリウム）から
選ばれる少なくとも一種の元素であることが好ましい。
また、バリア層は０．１〜３ｎｍの厚さを有することが
好ましい。
いては、アルカリ土類元素Ａが、Ｃａ（カルシウム）、
Ｓｒ（ストロンチウム）およびＢａ（バリウム）から選
ばれる少なくとも一種の元素であることが好ましく、希
土類元素Ｒが、Ｌａ（ランタン）、Ｐｒ（プロセオジ
ム）、Ｎｄ（ネオジム）およびＳｍ（サマリウム）から
選ばれる少なくとも一種の元素であることが好ましい。
また、バリア層は０．１〜３ｎｍの厚さを有することが
好ましい。
【０００９】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態につい
て説明する。 （実施の形態１）磁気抵抗効果を有する複合マンガン酸
化物層としてＬａ0.65Ｓｒ0.35ＭｎＯ3を、バリア層と
してＢｉの酸化物を用いて磁気抵抗トンネル接合素子を
作製した。なお、上記複合マンガン酸化物は、Ａm+1Ｍ
ｎmＯ3m+1で表されるマンガン酸化物に対してｍ＝∞の
場合に相当し、さらにアルカリ土類金属Ｓｒの一部を希
土類元素Ｌａにより置換したものである（ＲxＡ1-xにお
いてｘ＝0.65）。
て説明する。 （実施の形態１）磁気抵抗効果を有する複合マンガン酸
化物層としてＬａ0.65Ｓｒ0.35ＭｎＯ3を、バリア層と
してＢｉの酸化物を用いて磁気抵抗トンネル接合素子を
作製した。なお、上記複合マンガン酸化物は、Ａm+1Ｍ
ｎmＯ3m+1で表されるマンガン酸化物に対してｍ＝∞の
場合に相当し、さらにアルカリ土類金属Ｓｒの一部を希
土類元素Ｌａにより置換したものである（ＲxＡ1-xにお
いてｘ＝0.65）。
【００１０】両薄膜は、それぞれＬａ0.65Ｓｒ0.35Ｍｎ
1.1Ｏ3.1およびＢｉ2Ｏ3のターゲットを用いたスパッタ
リング法により、同一真空槽内で作製した。スパッタリ
ングは、酸素を２０％混合した圧力０．５Ｐａのアルゴ
ン雰囲気中で５０Ｗの放電電力により行い、約６８０℃
に加熱した基板上に成膜を実施した。
1.1Ｏ3.1およびＢｉ2Ｏ3のターゲットを用いたスパッタ
リング法により、同一真空槽内で作製した。スパッタリ
ングは、酸素を２０％混合した圧力０．５Ｐａのアルゴ
ン雰囲気中で５０Ｗの放電電力により行い、約６８０℃
に加熱した基板上に成膜を実施した。
【００１１】以下、図１により素子形成の工程を説明す
る。まず、基板１１であるＳｒＴｉＯ3の（１００）面
上に、下部電極１２として複合マンガン酸化物Ｌａ0.65
Ｓｒ0.35ＭｎＯ3薄膜を厚さ５０ｎｍとなるように堆積
させ、その上にバリア層１３としてＢｉ酸化物薄膜を堆
積させ、その上に再び複合マンガン酸化物Ｌａ0.65Ｓｒ
0.35ＭｎＯ3１４を厚さ５０ｎｍとなるように堆積させ
て上部電極１４とした。バリア層１３の膜厚は堆積速度
換算で０．３ｎｍ程度とした（図１（ａ））。
る。まず、基板１１であるＳｒＴｉＯ3の（１００）面
上に、下部電極１２として複合マンガン酸化物Ｌａ0.65
Ｓｒ0.35ＭｎＯ3薄膜を厚さ５０ｎｍとなるように堆積
させ、その上にバリア層１３としてＢｉ酸化物薄膜を堆
積させ、その上に再び複合マンガン酸化物Ｌａ0.65Ｓｒ
0.35ＭｎＯ3１４を厚さ５０ｎｍとなるように堆積させ
て上部電極１４とした。バリア層１３の膜厚は堆積速度
換算で０．３ｎｍ程度とした（図１（ａ））。
【００１２】これらの薄膜は，ｃ軸方位が基板面に垂直
に配向して成長することが確認されている。また、バリ
ア層付近の断面構造を観察した結果、上下複合酸化物層
との間にＢｉ2Ｏ2の２次元的な薄膜層が形成されてお
り、界面が滑らかにつながっていることが確認された。
に配向して成長することが確認されている。また、バリ
ア層付近の断面構造を観察した結果、上下複合酸化物層
との間にＢｉ2Ｏ2の２次元的な薄膜層が形成されてお
り、界面が滑らかにつながっていることが確認された。
【００１３】次に、作製した薄膜上に、素子面積５μｍ
×５μｍに描画したフォトレジスト１５を形成した後、
アルゴンイオンでエッチングを行い、接合部１６の切り
出しを行った（図１（ｂ））。その後、ＣａＦ2薄膜を
絶縁分離層１７として形成し、さらに上部引き出し電極
１８および下部引き出し電極１９を形成して素子を完成
させた（図１（ｃ））。図２に、完成した素子の接合部
１６の断面を斜視図により示す。
×５μｍに描画したフォトレジスト１５を形成した後、
アルゴンイオンでエッチングを行い、接合部１６の切り
出しを行った（図１（ｂ））。その後、ＣａＦ2薄膜を
絶縁分離層１７として形成し、さらに上部引き出し電極
１８および下部引き出し電極１９を形成して素子を完成
させた（図１（ｃ））。図２に、完成した素子の接合部
１６の断面を斜視図により示す。
【００１４】この素子の４．２Ｋにおける磁気抵抗（Ｍ
Ｒ）特性を測定した。図３に、上記素子のＭＲ比の磁場
依存性を示す。なお、図３におけるＭＲ比とは、高磁場
下である程度一定値になった抵抗値Ｒ1に対して磁気抵
抗効果によって得られる抵抗の最大値をＲ2としたとき
に、（Ｒ2−Ｒ1）／Ｒ1（×１００［％］）で定義され
る数値である。Ｌａ0.65Ｓｒ0.35ＭｎＯ3単体のＭＲ効
果が数ｋＧ程度で得られるのに対して、上記素子によれ
ば数１０Ｇの低磁場においてＭＲ効果が発現している。
また、このＭＲ効果は室温でも類似の特性が確認され
た。このような高感度のＭＲ特性は、磁気トンネル構造
を構成したことにより下部と上部の磁性層の抗磁界特性
が異なり、上下磁性層の磁化が反平行になったために得
られたと考えられる。また、このような特性は、上下の
磁性層部の形状の違いなどを反映して、上下層の高磁界
特性が異なると思われる。
Ｒ）特性を測定した。図３に、上記素子のＭＲ比の磁場
依存性を示す。なお、図３におけるＭＲ比とは、高磁場
下である程度一定値になった抵抗値Ｒ1に対して磁気抵
抗効果によって得られる抵抗の最大値をＲ2としたとき
に、（Ｒ2−Ｒ1）／Ｒ1（×１００［％］）で定義され
る数値である。Ｌａ0.65Ｓｒ0.35ＭｎＯ3単体のＭＲ効
果が数ｋＧ程度で得られるのに対して、上記素子によれ
ば数１０Ｇの低磁場においてＭＲ効果が発現している。
また、このＭＲ効果は室温でも類似の特性が確認され
た。このような高感度のＭＲ特性は、磁気トンネル構造
を構成したことにより下部と上部の磁性層の抗磁界特性
が異なり、上下磁性層の磁化が反平行になったために得
られたと考えられる。また、このような特性は、上下の
磁性層部の形状の違いなどを反映して、上下層の高磁界
特性が異なると思われる。
【００１５】このように上記素子に優れた特性が得られ
たのは、上記複合マンガン酸化物と上記バリア層との組
み合わせの相性が非常に良いためであると考えられる。
本素子のバリア層とマンガン酸化物層との界面は、原子
層レベルで良く適合した状態で接合されており、このこ
とにより、高感度の磁気抵抗トンネル接合素子が実現で
きたと思われる。また、このようなＭＲ特性は，再現性
良く得ることができた。
たのは、上記複合マンガン酸化物と上記バリア層との組
み合わせの相性が非常に良いためであると考えられる。
本素子のバリア層とマンガン酸化物層との界面は、原子
層レベルで良く適合した状態で接合されており、このこ
とにより、高感度の磁気抵抗トンネル接合素子が実現で
きたと思われる。また、このようなＭＲ特性は，再現性
良く得ることができた。
【００１６】なお、ここでは、マンガン酸化物としてＬ
ａ0.65Ｓｒ0.35ＭｎＯ3を用いたが、これに代えて(Ｌａ
0.65Ｓｒ0.35)2ＭｎＯ4、(Ｌａ0.65Ｓｒ0.35)3Ｍｎ2Ｏ7
またはＬａ0.65Ｃａ0.35ＭｎＯ3を用いた場合にも、図
３に示した特性と大差無い特性が得られることも併せて
確認した。
ａ0.65Ｓｒ0.35ＭｎＯ3を用いたが、これに代えて(Ｌａ
0.65Ｓｒ0.35)2ＭｎＯ4、(Ｌａ0.65Ｓｒ0.35)3Ｍｎ2Ｏ7
またはＬａ0.65Ｃａ0.35ＭｎＯ3を用いた場合にも、図
３に示した特性と大差無い特性が得られることも併せて
確認した。
【００１７】また、マンガン酸化物としてＳｒＭｎＯ3
を用いた場合にも、素子動作が確認された。しかし、上
記素子のようにＳｒの一部を希土類元素により置換した
ほうが素子構造および素子特性の安定性から好ましい結
果が得られた。また、ＬａxＳｒ1-xＭｎＯ3において、
０≦ｘ≦０．９の範囲で好ましいＭＲ特性が得られた。
また本実施の形態ではバリア層としてＢｉ2Ｏ2を用いた
が、Ｔｌ2Ｏ2または(Ｂｉ，Ｐｂ)2Ｏ2を用いた場合にも
上記と同様の磁気抵抗トンネル特性が観測された。
を用いた場合にも、素子動作が確認された。しかし、上
記素子のようにＳｒの一部を希土類元素により置換した
ほうが素子構造および素子特性の安定性から好ましい結
果が得られた。また、ＬａxＳｒ1-xＭｎＯ3において、
０≦ｘ≦０．９の範囲で好ましいＭＲ特性が得られた。
また本実施の形態ではバリア層としてＢｉ2Ｏ2を用いた
が、Ｔｌ2Ｏ2または(Ｂｉ，Ｐｂ)2Ｏ2を用いた場合にも
上記と同様の磁気抵抗トンネル特性が観測された。
【００１８】（実施の形態２）磁気抵抗効果を有する複
合マンガン酸化物としてＮｄ0.5Ｓｒ0.5ＭｎＯ3を、バ
リア層としてＢｉ2Ｏ2を用いて磁気抵抗トンネル接合素
子の作製を行った。薄膜の作製は、それぞれＮｄ0.5Ｓ
ｒ0.5Ｍｎ1.1Ｏ3およびＢｉ2Ｏ3のターゲットを用いた
スパッタリング法により行い、同一真空槽内で積層を実
施した。スパッタリングは、上記と同様、酸素２０％を
混合した圧力０．５Ｐａのアルゴン雰囲気中において５
０Ｗの放電電力により行い、約６８０℃に加熱した基板
上に成膜を実施した。
合マンガン酸化物としてＮｄ0.5Ｓｒ0.5ＭｎＯ3を、バ
リア層としてＢｉ2Ｏ2を用いて磁気抵抗トンネル接合素
子の作製を行った。薄膜の作製は、それぞれＮｄ0.5Ｓ
ｒ0.5Ｍｎ1.1Ｏ3およびＢｉ2Ｏ3のターゲットを用いた
スパッタリング法により行い、同一真空槽内で積層を実
施した。スパッタリングは、上記と同様、酸素２０％を
混合した圧力０．５Ｐａのアルゴン雰囲気中において５
０Ｗの放電電力により行い、約６８０℃に加熱した基板
上に成膜を実施した。
【００１９】以下、図４により素子形成の工程を説明す
る。まず、基板１１のＭｇＯ（１００）面上に、バッフ
ァ層２０としてビスマス層状物質Ｂｉ2(Ｎｄ0.5Ｓ
ｒ0.5)2ＣｕＯ6薄膜を２０ｎｍ堆積させ、このバッファ
層の上に各層を形成することとした。
る。まず、基板１１のＭｇＯ（１００）面上に、バッフ
ァ層２０としてビスマス層状物質Ｂｉ2(Ｎｄ0.5Ｓ
ｒ0.5)2ＣｕＯ6薄膜を２０ｎｍ堆積させ、このバッファ
層の上に各層を形成することとした。
【００２０】バッファ層の上には下部電極１２として複
合マンガン酸化物Ｎｄ0.5Ｓｒ0.5ＭｎＯ3薄膜を５０ｎ
ｍ堆積させ、その上にバリア層１３としてＢｉ2Ｏ2薄膜
を堆積させ、その上に上部電極１４として再び複合マン
ガン酸化物Ｎｄ0.5Ｓｒ0.5ＭｎＯ3を５０ｎｍ堆積させ
て接合部１６を形成した。バリア層１３の膜厚は堆積速
度換算で０．３ｎｍ程度とした。
合マンガン酸化物Ｎｄ0.5Ｓｒ0.5ＭｎＯ3薄膜を５０ｎ
ｍ堆積させ、その上にバリア層１３としてＢｉ2Ｏ2薄膜
を堆積させ、その上に上部電極１４として再び複合マン
ガン酸化物Ｎｄ0.5Ｓｒ0.5ＭｎＯ3を５０ｎｍ堆積させ
て接合部１６を形成した。バリア層１３の膜厚は堆積速
度換算で０．３ｎｍ程度とした。
【００２１】これらの薄膜は、ｃ軸方位が基板面に垂直
に配向して成長していることが確認されている。素子面
積５μｍ×５μｍに描画したフォトレジスト１５を形成
した後、アルゴンイオンでエッチングを行い、接合部１
６の切り出しを行った。その後ＣａＦ2薄膜の絶縁分離
層１７を形成し、引き出し電極１８、１９を配線して素
子を完成させた。接合の外観は図２と同様である。４．
２Ｋにおいて測定したＭＲ特性は図３と同様であり、高
感度の磁気抵抗トンネル素子が再現性良く実現できた。
に配向して成長していることが確認されている。素子面
積５μｍ×５μｍに描画したフォトレジスト１５を形成
した後、アルゴンイオンでエッチングを行い、接合部１
６の切り出しを行った。その後ＣａＦ2薄膜の絶縁分離
層１７を形成し、引き出し電極１８、１９を配線して素
子を完成させた。接合の外観は図２と同様である。４．
２Ｋにおいて測定したＭＲ特性は図３と同様であり、高
感度の磁気抵抗トンネル素子が再現性良く実現できた。
【００２２】なおここでは、ビスマス層状物質Ｂｉ2(Ｎ
ｄ0.5Ｓｒ0.5)2ＣｕＯ6のバッファ層を採用したが、Ｌ2
(Ａ1-wＲw)2Ａn-1ＣｕnＯ2n+4+y（ＬはＢｉ、Ｔｌおよ
びＰｂから選ばれる少なくとも一種の元素を、Ｒは希土
類元素（好ましくはＬａ、Ｐｒ、ＮｄおよびＳｍから選
ばれる少なくとも一種の元素）を、Ａはアルカリ土類元
素（好ましくはＣａ、ＳｒおよびＢａから選ばれる少な
くとも一種の元素）をそれぞれ示し、ｗは０≦ｗ＜１の
数値、ｎは１以上の整数、ｙは０≦ｙ≦１の数値であ
る）で表される層状酸化物超伝導物質をバッファー層と
して用いてもよい。また、これらの物質は、基板または
電極材料として用いても、接合部を構成する物質との相
性が良く、素子集積化の際の消費電力が低減され、かつ
磁界発生用の線路などを一体に形成することができて好
ましい。このような電極材料は、接合の保護膜としても
有用であって、高感度のＭＲ特性を安定化させるために
好ましい。
ｄ0.5Ｓｒ0.5)2ＣｕＯ6のバッファ層を採用したが、Ｌ2
(Ａ1-wＲw)2Ａn-1ＣｕnＯ2n+4+y（ＬはＢｉ、Ｔｌおよ
びＰｂから選ばれる少なくとも一種の元素を、Ｒは希土
類元素（好ましくはＬａ、Ｐｒ、ＮｄおよびＳｍから選
ばれる少なくとも一種の元素）を、Ａはアルカリ土類元
素（好ましくはＣａ、ＳｒおよびＢａから選ばれる少な
くとも一種の元素）をそれぞれ示し、ｗは０≦ｗ＜１の
数値、ｎは１以上の整数、ｙは０≦ｙ≦１の数値であ
る）で表される層状酸化物超伝導物質をバッファー層と
して用いてもよい。また、これらの物質は、基板または
電極材料として用いても、接合部を構成する物質との相
性が良く、素子集積化の際の消費電力が低減され、かつ
磁界発生用の線路などを一体に形成することができて好
ましい。このような電極材料は、接合の保護膜としても
有用であって、高感度のＭＲ特性を安定化させるために
好ましい。
【００２３】また、本実施の形態ではバリア層１３とし
てＢｉ2Ｏ2を用いたが、Ｔｌ2Ｏ2、(Ｂｉ，Ｐｂ)2Ｏ2を
用いた場合でも、同様の磁気抵抗トンネル特性を観測で
きた。
てＢｉ2Ｏ2を用いたが、Ｔｌ2Ｏ2、(Ｂｉ，Ｐｂ)2Ｏ2を
用いた場合でも、同様の磁気抵抗トンネル特性を観測で
きた。
【００２４】（実施の形態３）実施の形態１と同様の方
法により、複合マンガン酸化物として約１０ｎｍの(Ｌ
ａ0.5Ｓｒ0.5)3Ｍｎ2Ｏ7を、バリア層としてＢｉ酸化物
を用いて素子作製を行った。上記複合マンガン酸化物は
Ａm+1ＭｎmＯ3m+1で表されるマンガン酸化物に対してｍ
＝２の場合の物質に相当し、アルカリ土類金属Ｓｒの一
部を希土類元素Ｌａにより置換したものである（ＲxＡ
1-xにおいてｘ＝0.5）。ＭＲ特性を測定した結果、約２
００Ｋ以下で磁気抵抗効果を観測できた。
法により、複合マンガン酸化物として約１０ｎｍの(Ｌ
ａ0.5Ｓｒ0.5)3Ｍｎ2Ｏ7を、バリア層としてＢｉ酸化物
を用いて素子作製を行った。上記複合マンガン酸化物は
Ａm+1ＭｎmＯ3m+1で表されるマンガン酸化物に対してｍ
＝２の場合の物質に相当し、アルカリ土類金属Ｓｒの一
部を希土類元素Ｌａにより置換したものである（ＲxＡ
1-xにおいてｘ＝0.5）。ＭＲ特性を測定した結果、約２
００Ｋ以下で磁気抵抗効果を観測できた。
【００２５】上記実施の形態では、マンガン酸化物層に
(Ｌａ0.5Ｓｒ0.5)3Ｍｎ2Ｏ7を用いたが、(Ｌａ0.5Ｃａ
0.5)3Ｍｎ2Ｏ7を用いた場合でも同様のＭＲ特性が観測
された。
(Ｌａ0.5Ｓｒ0.5)3Ｍｎ2Ｏ7を用いたが、(Ｌａ0.5Ｃａ
0.5)3Ｍｎ2Ｏ7を用いた場合でも同様のＭＲ特性が観測
された。
【００２６】なお、希土類元素Ｌａは他の希土類元素で
も同様に良好な特性を再現できたが、特にＬａ、Ｐｒ、
ＮｄおよびＳｍの各元素を使用した場合に再現性よく素
子を実現できた。また、アルカリ土類元素としてＢａを
用いた場合や適当な組み合わせにより使用した場合にも
良好な磁気抵抗トンネル素子が形成できた。
も同様に良好な特性を再現できたが、特にＬａ、Ｐｒ、
ＮｄおよびＳｍの各元素を使用した場合に再現性よく素
子を実現できた。また、アルカリ土類元素としてＢａを
用いた場合や適当な組み合わせにより使用した場合にも
良好な磁気抵抗トンネル素子が形成できた。
【００２７】（実施の形態４）実施の形態１と同様の方
法により、複合マンガン酸化物として約１０ｎｍの(Ｌ
ａ0.5Ｓｒ0.5)4Ｍｎ3Ｏ10を、バリア層としてＢｉ酸化
物を用いて素子作製を行った。上記複合マンガン酸化物
は、Ａm+1ＭｎmＯ3m+1で表されるマンガン酸化物に対し
てｍ＝３の場合の物質に相当し、アルカリ土類金属Ｓｒ
の一部を希土類元素Ｌａにより置換したものである（Ｒ
xＡ1-xにおいてｘ＝0.5）。ＭＲ特性を測定した結果、
約２００Ｋ以下で磁気抵抗効果を観測できた。
法により、複合マンガン酸化物として約１０ｎｍの(Ｌ
ａ0.5Ｓｒ0.5)4Ｍｎ3Ｏ10を、バリア層としてＢｉ酸化
物を用いて素子作製を行った。上記複合マンガン酸化物
は、Ａm+1ＭｎmＯ3m+1で表されるマンガン酸化物に対し
てｍ＝３の場合の物質に相当し、アルカリ土類金属Ｓｒ
の一部を希土類元素Ｌａにより置換したものである（Ｒ
xＡ1-xにおいてｘ＝0.5）。ＭＲ特性を測定した結果、
約２００Ｋ以下で磁気抵抗効果を観測できた。
【００２８】上記実施の形態では、マンガン酸化物層に
(Ｌａ0.5Ｓｒ0.5)4Ｍｎ3Ｏ10を用いたが、(Ｌａ0.5Ｃａ
0.5)4Ｍｎ3Ｏ10を用いた場合でも同様のＭＲ特性が観測
できた。
(Ｌａ0.5Ｓｒ0.5)4Ｍｎ3Ｏ10を用いたが、(Ｌａ0.5Ｃａ
0.5)4Ｍｎ3Ｏ10を用いた場合でも同様のＭＲ特性が観測
できた。
【００２９】なお、希土類元素Ｌａは他の希土類元素で
も同様に良質な特性を再現できたが、特にＬａ、Ｐｒ、
ＮｄおよびＳｍの各元素を使用した場合に再現性よく素
子を実現できた。また、アルカリ土類元素としてＢａを
用いた場合や適当な組み合わせにより使用した場合にも
良好な磁気抵抗トンネル素子が形成できた。
も同様に良質な特性を再現できたが、特にＬａ、Ｐｒ、
ＮｄおよびＳｍの各元素を使用した場合に再現性よく素
子を実現できた。また、アルカリ土類元素としてＢａを
用いた場合や適当な組み合わせにより使用した場合にも
良好な磁気抵抗トンネル素子が形成できた。
【００３０】
【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
低磁場で、かつ低温だけでなく室温においても動作可能
な複合マンガン酸化物を用いた高感度の磁気抵抗トンネ
ル接合素子を実現することができる。本発明は、磁気デ
バイスの基本要素部品を提供し、その発展を大いに促す
ものである。
低磁場で、かつ低温だけでなく室温においても動作可能
な複合マンガン酸化物を用いた高感度の磁気抵抗トンネ
ル接合素子を実現することができる。本発明は、磁気デ
バイスの基本要素部品を提供し、その発展を大いに促す
ものである。
【図１】 本発明の磁気抵抗トンネル接合素子の作製工
程の例を示す図である。
程の例を示す図である。
【図２】 本発明の磁気抵抗トンネル接合素子の接合部
の断面の例を切り出して示す斜視図である。
の断面の例を切り出して示す斜視図である。
【図３】 本発明の磁気抵抗トンネル接合素子のＭＲ特
性の例を示す図である。
性の例を示す図である。
【図４】 本発明の磁気抵抗トンネル接合素子の作製工
程の別の例を示す図である。
程の別の例を示す図である。
１１ 基板 １２ 下部電極 １３ バリア層 １４ 上部電極 １５ フォトレジスト １６ 接合部 １７ 絶縁分離層 １８、１９ 引き出し電極 ２０ バッファ層
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 瀬恒 謙太郎 大阪府門真市大字門真1006番地 松下電器 産業株式会社内 Ｆターム(参考） 4M113 AA01 AA25 AC46 AD35 AD36 AD37 BA04 BC04 5E049 AB09 AB10 AC00 AC05 BA12 BA16 DB04 DB14 DB20
Claims (5)
- 【請求項１】 化学式(ＲxＡ1-x)m+1ＭｎmＯ3m+1により
表され、磁気抵抗効果を有するペロブスカイト型複合酸
化物と、前記ペロブスカイト型複合酸化物と接合した、
Ｂｉ、ＴｌおよびＰｂから選ばれる少なくとも一種の元
素の酸化物からなるバリア層とを含み、前記バリア層を
介して磁気抵抗トンネル効果が得られることを特徴とす
る磁気抵抗トンネル接合素子。ここで、Ａはアルカリ土
類元素であり、Ｒは希土類元素であり、ｍは１以上の整
数であり、ｘは０≦ｘ≦１の数値である。 - 【請求項２】 ｘが０＜ｘ≦０．９の数値である請求項
１に記載の磁気抵抗トンネル接合素子。 - 【請求項３】 アルカリ土類元素Ａが、Ｃａ、Ｓｒおよ
びＢａから選ばれる少なくとも一種の元素である請求項
１または２に記載の磁気抵抗トンネル型接合素子。 - 【請求項４】 希土類元素Ｒが、Ｌａ、Ｐｒ、Ｎｄおよ
びＳｍから選ばれる少なくとも一種の元素である請求項
１〜３のいずれかに記載の磁気抵抗トンネル接合素子。 - 【請求項５】 バリア層の厚さが０．１〜３ｎｍである
請求項１〜４のいずれかに記載の磁気抵抗トンネル接合
素子。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP10177527A JP2000012921A (ja) | 1998-06-24 | 1998-06-24 | 磁気抵抗トンネル接合素子 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP10177527A JP2000012921A (ja) | 1998-06-24 | 1998-06-24 | 磁気抵抗トンネル接合素子 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2000012921A true JP2000012921A (ja) | 2000-01-14 |
Family
ID=16032492
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP10177527A Pending JP2000012921A (ja) | 1998-06-24 | 1998-06-24 | 磁気抵抗トンネル接合素子 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2000012921A (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP1162672A2 (en) * | 2000-05-24 | 2001-12-12 | Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. | Magnetoresistive element and magnetic memory element and magnetic head using the same |
| KR100438342B1 (ko) * | 2000-09-11 | 2004-07-02 | 가부시끼가이샤 도시바 | 터널 자기 저항 효과 디바이스 및 포터블 퍼스널 디바이스 |
-
1998
- 1998-06-24 JP JP10177527A patent/JP2000012921A/ja active Pending
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP1162672A2 (en) * | 2000-05-24 | 2001-12-12 | Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. | Magnetoresistive element and magnetic memory element and magnetic head using the same |
| US6594120B2 (en) | 2000-05-24 | 2003-07-15 | Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. | Magnetoresistive element and magnetic memory element and magnetic head using the same |
| EP1162672A3 (en) * | 2000-05-24 | 2003-11-26 | Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. | Magnetoresistive element and magnetic memory element and magnetic head using the same |
| KR100438342B1 (ko) * | 2000-09-11 | 2004-07-02 | 가부시끼가이샤 도시바 | 터널 자기 저항 효과 디바이스 및 포터블 퍼스널 디바이스 |
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