JP2000114508A - Single electron tunneling element - Google Patents

Single electron tunneling element

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JP2000114508A
JP2000114508A JP27590798A JP27590798A JP2000114508A JP 2000114508 A JP2000114508 A JP 2000114508A JP 27590798 A JP27590798 A JP 27590798A JP 27590798 A JP27590798 A JP 27590798A JP 2000114508 A JP2000114508 A JP 2000114508A
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JP
Japan
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electrode
electron tunneling
electron
ferromagnetic
insulator
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JP27590798A
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Japanese (ja)
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Yuzuru Fukuda
譲 福田
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Fuji Xerox Co Ltd
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a single electron tunneling element which has stable fundamental operations as an element, is highly stable against fluctuations in the ambient temperature, can store data for a long time when the element is used as a memory, and can obtain a high S/N(signal/noise ratio). SOLUTION: A single electron tunneling element 10 is provided with a first electrode 13 and a second electrode 14 both of which are constituted of electric conductors, a third electrode 15 which is connected to the first and second electrodes 13 and 14 through a single electron tunneling junction, and a fourth electrode 20 which is connected to the third electrode 15 through an insulating film 19 and constitutes a capacitor together with the electrode 15. The third electrode (intermediate electrode) 15 is constituted to contain at least two or more very small independent areas composed of a ferromagnetic material in an insulator 21 by scattering the particles 22 of the ferromagnetic material in the insulator 21.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は単一電子トンネリン
グ素子に関し、さらに詳細には、電子の属性である電荷
とスピンとを共に利用しうる単一電子トンネリング素子
に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a single electron tunneling device, and more particularly, to a single electron tunneling device capable of utilizing both charge and spin as attributes of electrons.

【0002】[0002]

【従来の技術】近年、物理学や電子工学に関する科学技
術の進展と、他方、半導体分野等における微細加工技術
の進展から、電子のトンネル現象の理解が深まり、極微
細トンネル接合におけるクーロンブロッケイド現象が実
験的に観測されてきている。すなわち、トンネル効果と
競合する効果に静電効果があり、電子がトンネル効果に
より金属に飛び込むと電荷のアンバランスが起こり静電
エネルギーが増加する。よって、トンネル効果は静電効
果により抑えられる。これをクーロン・ブロッケイド現
象という。より具体的には、接合の容量が極めて小さく
なると、1個の電子をトンネル接合が蓄えているか、い
ないかで、静電エネルギーに差が生じ、その差のエネル
ギーはe2 /2Cとなる[eは電気素量 (e=1.6
X10-19クーロン)、Cは接合容量]。Cが非常に小
さくなってくると、上記差のエネルギーは急激に大きく
なり、実験的に観測可能になる。このクーロン・ブロッ
ケイド現象を用いて、いわゆる単一電子トンネル素子と
呼ばれる、トランジスタやメモリなどの機能素子を作製
する試みが、最近行われている。この単一電子トンネル
素子は、素子の微細化、高密度化になじみがよく、かつ
低消費電力化に適する特徴を有するもので、次世代の素
子として研究され、"Introduction to SingleChage Tnn
nling.Coulomb Blockade Phenomena in Nanostructure
s",Proc.NATO Advanced Study Inst. Les Houchs,Franc
e,March 1991,eds.M.H.Devort and H.Grabert(Plenum,1
992)1-19、あるいは、"Room-Temperature Single-Elect
ron Memory ",K.Yano,T.Ishii,T.Hashimoto,T.Kobayash
i,F.Murai,and K.Seki:IEEE TRANSACTIONS ON ELECTRON
DEVICES,VOL.41,No.9,P.1628,1994等の文献に記載され
ている。
2. Description of the Related Art In recent years, advances in science and technology related to physics and electronics, and on the other hand, advances in microfabrication technology in the field of semiconductors, etc., have deepened understanding of electron tunneling phenomena. Has been observed experimentally. That is, the effect competing with the tunnel effect has an electrostatic effect. When electrons jump into the metal due to the tunnel effect, an imbalance of electric charges occurs and the electrostatic energy increases. Therefore, the tunnel effect is suppressed by the electrostatic effect. This is called the Coulomb blockade phenomenon. More specifically, when the capacity of the junction becomes extremely small, a difference occurs in the electrostatic energy depending on whether or not the tunnel junction stores one electron, and the energy of the difference is e 2 / 2C [ e is the elementary charge (e = 1.6
X10 -19 coulomb), and C is the junction capacitance]. When C becomes very small, the energy of the difference rapidly increases and becomes experimentally observable. Attempts to fabricate functional elements such as transistors and memories called so-called single electron tunnel elements using the Coulomb blockade phenomenon have been made recently. This single-electron tunneling device is well-suited to miniaturization and high-density devices, and has features that are suitable for low power consumption. It has been studied as a next-generation device, and the "Introduction to SingleChage Tnn"
nling.Coulomb Blockade Phenomena in Nanostructure
s ", Proc. NATO Advanced Study Inst. Les Houchs, Franc
e, March 1991, eds.MHDevort and H. Grabert (Plenum, 1
992) 1-19 or "Room-Temperature Single-Elect
ron Memory ", K.Yano, T.Ishii, T.Hashimoto, T.Kobayash
i, F.Murai, and K.Seki: IEEE TRANSACTIONS ON ELECTRON
DEVICES, VOL. 41, No. 9, P. 1628, 1994 and the like.

【0003】しかし、上記の文献に開示されている、単
にクーロン・ブロッケイド現象のみに基く従来型単一電
子トンネル素子では、次の複数の欠点があった。すなわ
ち、クーロン・ブロッケイド現象は、いわば静電容量や
帯電現象のみに動作原理(動作の基本)を置くため、ク
ーロン・ブロッケイド現象のみに基く単一電子トンネル
素子は、漏れ電流の影響が大きく、素子としての基本動
作が不安定になる欠点があった。具体的には、実用にた
る十分なS/N 比(信号/ノイズ比)が得られない(すな
わち、S/N 比が低い)という欠点があった。また電荷の
リークしやすい性質と漏れ電流のため、例えばメモリ素
子に応用しょうとすると、ストレージ時間(記憶保持時
間)が十分確保できないという欠点があった。またさら
に、周囲温度変化に対する安定性や、トンネル現象の確
率性に起因する電流の不安定性を改善できないという欠
点があった。
[0003] However, the conventional single-electron tunneling device disclosed in the above-mentioned literature, which is based solely on the Coulomb blockade phenomenon, has the following disadvantages. In other words, since the Coulomb blockade phenomenon puts the operating principle (basic of operation) only on the so-called capacitance and charging phenomena, a single-electron tunneling element based solely on the Coulomb blockade phenomenon has a large effect of leakage current. There is a disadvantage that the basic operation becomes unstable. Specifically, there is a drawback that a practically sufficient S / N ratio (signal / noise ratio) cannot be obtained (that is, the S / N ratio is low). In addition, due to the property of easily leaking electric charge and the leakage current, there is a disadvantage that a storage time (storage holding time) cannot be sufficiently secured when applied to, for example, a memory element. Further, there is a drawback that stability against changes in ambient temperature and instability of current caused by the probability of a tunnel phenomenon cannot be improved.

【0004】また、特開平7-94759 公報には、電子のス
ピンの自由度を特性の一つに含ませた単一電子トンネリ
ング素子が開示されている。この公報には、上述の従来
型単一電子トンネル素子に、電子のスピンの自由度を特
性の一つに含ませることを目的とすることが記述されて
いる。しかしながら、ここに記載の単一電子トンネル素
子においては、スピンの存在する強磁性体が連続した単
一の構造で構成され、この構造によれば電子のスピンは
規則配列をとり、本構造内のスピン方向は、常にすべて
同一に揃っていることになる。そしてまた、スピンの完
全不規則配列を取り得ない構造になっている。従って、
本構造において、スピンの配列を完全不規則配列から規
則配列まで変化させることはできす、よって、スピンの
配向度合いによって電子の伝導(電子の移動)を制御す
るという電子のスピンの自由度を特性に反映させるため
の目的に適合する原理的或いは基本的な構造を達成して
いないのは明らかであり、この公報記載の単一電子トン
ネリング素子の構成によっては、電子のスピンの自由度
を特性に反映することはできず、前記各文献に記載の従
来型単一電子トンネル素子からの飛躍的改善は見られ
ず、各文献に記載の従来型単一電子トンネル素子につい
ての前述の問題点と同様に、特性や信頼性の不十分なも
のであった。
Japanese Patent Application Laid-Open No. 7-94759 discloses a single-electron tunneling element in which the degree of freedom of electron spin is included in one of its characteristics. This publication describes that the object is to include the degree of freedom of electron spin in one of the characteristics in the conventional single-electron tunneling device described above. However, in the single-electron tunneling device described here, the ferromagnetic material having spins is formed in a continuous single structure, and according to this structure, the electron spins take an ordered arrangement, and The spin directions are always always the same. Further, the structure is such that a completely irregular arrangement of spins cannot be obtained. Therefore,
In this structure, the arrangement of spins can be changed from a completely disordered arrangement to an ordered arrangement. Therefore, the degree of freedom of electron spin, which controls electron conduction (electron transfer) depending on the degree of spin orientation, is characteristic. It is clear that the principle or basic structure suitable for the purpose of reflecting the above has not been achieved, and depending on the configuration of the single electron tunneling element described in this publication, the degree of freedom of electron spin can be set to a characteristic. It cannot be reflected, and no remarkable improvement from the conventional single-electron tunneling device described in each of the above documents is seen. In addition, the characteristics and reliability were insufficient.

【0005】[0005]

【発明が解決しようとする課題】本発明は、上述した従
来技術の欠点を解決するためになされたものであり、本
発明の目的は、素子としての基本動作が安定で、高いS/
N 比(信号/ノイズ比)が得られる単一電子トンネリン
グ素子を提供することにある。さらに本発明の目的は、
電流の安定性が高く、また周囲温度変化に対する安定性
の高い単一電子トンネリング素子を提供することにあ
る。さらに加えて、メモリとして用いた場合のストレー
ジ時間(記憶保持時間)が十分長い単一電子トンネリン
グ素子を提供することにある。
SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made to solve the above-mentioned drawbacks of the prior art, and an object of the present invention is to provide a device having a stable basic operation as a device and a high S / O ratio.
An object of the present invention is to provide a single electron tunneling device capable of obtaining an N ratio (signal / noise ratio). Further objects of the present invention are:
An object of the present invention is to provide a single-electron tunneling device having high current stability and high stability against changes in ambient temperature. It is still another object of the present invention to provide a single electron tunneling element having a sufficiently long storage time (storage retention time) when used as a memory.

【0006】[0006]

【課題を解決するための手段】上記本発明の目的を達成
可能な本発明の単一電子トンネリング素子は、第一電極
および第二電極と、これらの第一および第二電極に対し
て、単一電子トンネル接合を介して接続されている第三
電極と、第三電極に対して、絶縁膜を介して接続され、
第三電極とともにキャパシタを構成する第四電極とを備
えた単一電子トンネリング素子において、該第三電極が
その構造内に少なくとも2つの強磁性体からなる微小領
域を有することを特徴とする。ここで、少なくとも2つ
の強磁性体からなる微小領域は、絶縁体中に分散された
強磁性体粒子により形成されいてもよく、また、絶縁体
と交互に積層された少なくとも二層の強磁性体により形
成され、第三電極が絶縁体と強磁性体とからなる人工格
子からなる態様であってもよい。
The single electron tunneling device of the present invention capable of achieving the above object of the present invention comprises a first electrode and a second electrode, and a single electrode with respect to the first and second electrodes. A third electrode connected via a one-electron tunnel junction, and connected to the third electrode via an insulating film;
A single-electron tunneling device including a third electrode and a fourth electrode constituting a capacitor, wherein the third electrode has at least two minute regions made of a ferromagnetic material in its structure. Here, the minute region composed of at least two ferromagnetic materials may be formed by ferromagnetic particles dispersed in an insulator, or at least two layers of ferromagnetic materials alternately stacked with the insulator. And the third electrode may be an artificial lattice made of an insulator and a ferromagnetic material.

【0007】本発明の第三電極における強磁性体は、
鉄、コバルト、ニッケル、およびこれらの合金からなる
群より選択される1種又は2種以上の材料からなり、絶
縁体は、アルミニウム酸化物、ケイ素酸化物およびマグ
ネシウム酸化物からなる群より選択される1種又は2種
以上の材料からなることが好ましい。また、第三電極に
おける少なくとも2つの強磁性体からなる微小領域間の
相互の距離は、零を超えかつ電子のスピンの拡散距離以
下の範囲にあることを特徴とする。さらに、本発明の単
一電子トンネリング素子には、第三電極における少なく
とも2つの強磁性体内の電子のスピンの配列および/ま
たは向きを制御する手段を備えることが好ましい。
[0007] The ferromagnetic material in the third electrode of the present invention is:
It is made of one or more materials selected from the group consisting of iron, cobalt, nickel, and alloys thereof, and the insulator is selected from the group consisting of aluminum oxide, silicon oxide, and magnesium oxide. It is preferable that it is composed of one or more materials. Further, a mutual distance between at least two small regions made of ferromagnetic material in the third electrode is in a range exceeding zero and not more than a diffusion length of electron spin. Furthermore, it is preferable that the single-electron tunneling device of the present invention includes a means for controlling the arrangement and / or direction of the spins of the electrons in at least two ferromagnetic materials in the third electrode.

【0008】本発明の単一電子トンネリング素子の作用
について述べれば、電子間のクーロンエネルギーの変化
に基づく従来の単一電子トンネル素子においては、単一
電子のトンネルによるクーロンエネルギーの増加が単一
電子トンネル素子を作成した時の特性を決定してしま
い、電子の持つもう一つの自由度であるスピンに関して
はまったく依存しない。しかしながら、本発明では中間
電極(第三の電極)を強磁性体で出来た微小領域を少な
くとも2個以上含む電極とし、電子の伝播経路に強磁性
体で出来たそれぞれ独立した微小領域を2つ以上導入し
たため、単一電子トンネリング素子に磁場の効果、すな
わちスピン・ブロッケイド現象の効果をつけ加えること
ができる。
The operation of the single-electron tunneling device of the present invention will be described. In the conventional single-electron tunneling device based on a change in Coulomb energy between electrons, the increase in Coulomb energy due to single-electron tunneling is limited by the single-electron tunneling. It determines the characteristics of the tunnel element when it is created, and does not depend at all on spin, which is another degree of freedom of electrons. However, in the present invention, the intermediate electrode (third electrode) is an electrode including at least two or more minute regions made of a ferromagnetic material, and two independent minute regions made of a ferromagnetic material are provided in the electron propagation path. With the introduction described above, the effect of the magnetic field, that is, the effect of the spin blockade phenomenon can be added to the single-electron tunneling element.

【0009】本発明の単一電子トンネリング素子におい
て、電子は、そのスピンの向きを保存しながら絶縁体中
をトンネルする。この原理を図2の概念図により説明す
る。電子がトンネルする時、例えば外部磁場の印加が無
く、すべての微小領域のスピンの方向が揃っていず不規
則(ランダム)な場合には(図2(A))、トンネル電
子は散乱され易く、電子のトンネルに対する抵抗は大き
く、トンネル(移動)し難くなる。反対に、外部磁場印
加(図2中Hの矢印で示される)により、独立して存在
する複数の微小領域のすべてのスピンの方向が揃ってい
る場合には(図2(B))、トンネル電子は散乱されに
くく、電子のトンネルに対する抵抗は小さく、電子はト
ンネル(移動)し易くなる(スピン依存トンネル)。さ
らに、微小領域間でのスピンの方向の揃い具合を任意に
制御することにより、その不規則性(あるいは規則性)
の変化に応じてトンネル難易を制御できることになる。
この概念図により、独立した強磁性体の領域が少なくと
も2つあることの重要性が理解される。すなわち、クー
ロンエネルギーの変化だけを考えた時のエネルギーの変
化をUc(これは単一の接合では二つ直列に接続した場
合の実効的な静電エネルギーの増加を示す)に、スピン
のフリップ(例えば上向きスピンの下向きスピンへの変
化)に伴うエネルギーの変化をUsが加わり、一方の電
極から中間電極へトンネルする際のUcとUsの大小関
係によって、特性(例えばI−V特性)の変化を制御可
能な本発明の新規単一電子トンネリング素子一電子が実
現可能になる。これより、スピンの効果と静電エネルギ
ーの効果を組み合わせたあたらしい原理の単一トンネリ
ング素子を実現することが可能になる。
In the single electron tunneling device of the present invention, electrons tunnel through the insulator while maintaining their spin directions. This principle will be described with reference to the conceptual diagram of FIG. When electrons tunnel, for example, when there is no application of an external magnetic field and the spin directions of all the small regions are not uniform and irregular (random) (FIG. 2A), the tunnel electrons are easily scattered, The resistance of the electron to the tunnel is large, making it difficult for the electron to tunnel (move). Conversely, when the spin directions of a plurality of independently existing micro regions are aligned (FIG. 2B) due to the application of an external magnetic field (indicated by the arrow H in FIG. 2), the tunnel Electrons are not easily scattered, the resistance of the electrons to the tunnel is small, and the electrons easily tunnel (move) (spin-dependent tunneling). Furthermore, the irregularity (or regularity) can be controlled by arbitrarily controlling the degree of alignment of the spin direction between the micro regions.
The tunnel difficulty can be controlled according to the change of the tunnel.
This conceptual diagram illustrates the importance of having at least two independent ferromagnetic regions. That is, the change in energy when only the change in Coulomb energy is considered is represented by Uc (which indicates an effective increase in electrostatic energy when two are connected in series in a single junction) and the flip of spin ( For example, Us adds a change in energy accompanying a change in upward spin to a downward spin), and changes in characteristics (for example, IV characteristics) due to the magnitude relationship between Uc and Us when tunneling from one electrode to the intermediate electrode. The controllable novel single electron tunneling device of the present invention one electron can be realized. This makes it possible to realize a single tunneling element based on a new principle combining the effect of spin and the effect of electrostatic energy.

【0010】この磁場の効果(スピン依存トンネルの効
果)により、電子のトンネルの制御が容易になり、出力
電流等の高いS/N 比(信号/ノイズ比)が得られる。さ
らに、外部磁場制御により、スピン配向の規則−不規則
を切り替えることにより、電子のトンネル過程をより効
率的に制御可能なものとし、トンネルの確率性に起因す
る電子の移動(電流)の不安定性を補うものである。さ
らにまた、磁場の作用は、強磁性体の磁化現象に基くも
のであり、非容量型すなわち非電荷型であり、基本的に
漏れ電流の影響が無く、これによつてさらにS/N 比が向
上するものである。
The effect of the magnetic field (the effect of the spin-dependent tunneling) facilitates the control of electron tunneling, and provides a high S / N ratio (signal / noise ratio) such as an output current. Furthermore, by switching the spin orientation between regular and irregular by controlling the external magnetic field, the tunneling process of electrons can be more efficiently controlled, and the instability of electron movement (current) due to the stochastic nature of tunneling. Is to supplement. Furthermore, the action of the magnetic field is based on the magnetization phenomenon of the ferromagnetic material, and is of a non-capacitive type, that is, a non-charge type, which is basically free from the influence of leakage current, thereby further increasing the S / N ratio. It will improve.

【0011】[0011]

【発明の実施の形態】以下、本発明を、その実施の基本
形態例によって、詳細に説明する。図1は本発明による
単一電子トンネリング素子10の一態様を示す概略断面
図である。シリコン基板11上のシリコン酸化膜12の
上に素子は形成されており、図1における第一電極13
と第二電極14は電気の導体で構成されている。これら
導体は、アルミニウム、金など公知のものを使用でき
る。第三電極(中間電極)15は強磁性体からなる独立
の微小領域を少なくとも2個以上含む構造となってい
る。具体的には、図1に示すように絶縁体21中に強磁
性体粒子22を分散してなる構造(グラニュラー構造)
や、強磁性体と絶縁体とからなる人工格子により形成さ
れてなる構造とすればよい。中間電極15中の強磁性体
は、公知のものを使用できるが、鉄、コバルト、二ッケ
ル、およびこれらの合金のうちの少なくともいずれか1
種とすることが、より明瞭なスピン配列の効果を得る上
で好ましい。第三電極15中の絶縁体は、公知のものを
使用できるが、アルミニウム酸化物、ケイ素酸化物およ
びマグネシウム酸化物のうちの少なくともいずれか1種
とすることが、より良好なトンネル効果を得る上で好ま
しい。
DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to basic embodiments. FIG. 1 is a schematic sectional view showing one embodiment of a single electron tunneling device 10 according to the present invention. An element is formed on a silicon oxide film 12 on a silicon substrate 11, and a first electrode 13 shown in FIG.
And the second electrode 14 are composed of electric conductors. Known conductors such as aluminum and gold can be used for these conductors. The third electrode (intermediate electrode) 15 has a structure including at least two or more independent minute regions made of a ferromagnetic material. Specifically, as shown in FIG. 1, a structure in which ferromagnetic particles 22 are dispersed in an insulator 21 (granular structure)
Alternatively, a structure formed by an artificial lattice including a ferromagnetic material and an insulator may be used. As the ferromagnetic material in the intermediate electrode 15, a known ferromagnetic material can be used, and at least one of iron, cobalt, nickel, and an alloy thereof is used.
It is preferable to use seeds in order to obtain a clearer spin arrangement effect. As the insulator in the third electrode 15, a known insulator can be used, but it is preferable to use at least one of aluminum oxide, silicon oxide, and magnesium oxide in order to obtain a better tunnel effect. Is preferred.

【0012】本発明は、第三電極15が、上述のよう
に、強磁性体で出来た微小領域を少なくとも2個以上含
む構造となっている点が特徴である。図3は絶縁体21
中に強磁性体粒子22を分散してなる構造(グラニュラ
ー構造)を有する第三電極15中の強磁性体粒子22の
スピン方向を示す概念図である。図3(A)はグラニュ
ラー構造において外部磁場の印加が無く、すべての微小
領域のスピンの方向が揃っていず不規則(ランダム)な
場合を示し、図3(B)は外部磁場印加(図3中矢印H
で示される)により、独立して存在する複数の微小領域
のすべてのスピンの方向が揃っている場合を示す。図4
は強磁性体22と絶縁体21とからなる人工格子により
形成された第三電極15中の強磁性体22のスピン方向
を示す概念図である。図4(A)は人工格子構造におい
て外部磁場の印加が無く、すべての微小領域のスピンの
方向が揃っていず不規則(ランダム)な場合を示し、図
4(B)は外部磁場印加(図4中矢印Hで示される)に
より、独立して存在する複数の微小領域のすべてのスピ
ンの方向が揃っている場合を示す。
The present invention is characterized in that the third electrode 15 has a structure including at least two or more minute regions made of a ferromagnetic material as described above. FIG. 3 shows the insulator 21
It is a conceptual diagram showing the spin direction of ferromagnetic particles 22 in third electrode 15 having a structure (granular structure) in which ferromagnetic particles 22 are dispersed therein. FIG. 3A shows a case where there is no application of an external magnetic field in the granular structure, and the spin directions of all the small regions are not uniform and are random (random). FIG. Middle arrow H
) Indicates that all the spin directions of the plurality of independently existing micro regions are aligned. FIG.
FIG. 4 is a conceptual diagram showing the spin direction of the ferromagnetic material 22 in the third electrode 15 formed by the artificial lattice including the ferromagnetic material 22 and the insulator 21. FIG. 4A shows a case where no external magnetic field is applied in the artificial lattice structure, and the spin directions of all the small regions are irregular and random (random). FIG. 4 indicates the case where all the spin directions of the plurality of independently existing micro regions are aligned.

【0013】図1に示す態様では、第三電極15は絶縁
体21中に強磁性体粒子22を分散してなる構造をとっ
ているが、第三電極15の強磁性領域が直接電極13、
14接するような構造をとる場合には、電極13、14
と第三電極15の間には絶縁膜等の絶縁層を設ける必要
がある。絶縁層は、同様に、アルミニウム酸化物、ケイ
素酸化物およびマグネシウム酸化物等の酸化物で構成す
ることができる。第四電極20はアルミニウム、金など
で構成することができる。図5はグラニュラー構造を有
する第三電極15が、第一電極13と第二電極14間に
配置された状態を示す概略断面図であり、図5(A)は
図1の態様の部分拡大図にあたり、第三電極15と、電
極13、14の間は密着されているが、もちろんグラニ
ュラー構造でも図5(B)に示すように上記電極間に所
定の絶縁領域16を形成することもできる。
In the embodiment shown in FIG. 1, the third electrode 15 has a structure in which ferromagnetic particles 22 are dispersed in an insulator 21, but the ferromagnetic region of the third electrode 15 is
In the case of a structure in which the electrodes 13 and 14 are in contact with each other, the electrodes 13 and 14
It is necessary to provide an insulating layer such as an insulating film between the first electrode 15 and the third electrode 15. Similarly, the insulating layer can be composed of an oxide such as aluminum oxide, silicon oxide, and magnesium oxide. The fourth electrode 20 can be made of aluminum, gold, or the like. FIG. 5 is a schematic cross-sectional view showing a state in which a third electrode 15 having a granular structure is arranged between the first electrode 13 and the second electrode 14, and FIG. 5A is a partially enlarged view of the embodiment of FIG. In this case, the third electrode 15 and the electrodes 13 and 14 are in close contact with each other. However, a predetermined insulating region 16 can be formed between the electrodes as shown in FIG.

【0014】また、図6は人工格子構造を有する第三電
極15が、第一電極13と第二電極14間に配置された
状態を示す概略断面図であり、図6(A)は人工格子の
方向性により強磁性体22が電極13、14と接する構
造であるため、両電極間に所定の絶縁領域16が設けら
れている。図6(B)に示すように人工格子の方向性に
より第三電極15の両端部に絶縁体21が位置する場合
には、第三電極15と、電極13、14の間は密着され
ていてもよい。
FIG. 6 is a schematic sectional view showing a state in which a third electrode 15 having an artificial lattice structure is arranged between the first electrode 13 and the second electrode 14, and FIG. Since the ferromagnetic body 22 is in contact with the electrodes 13 and 14 due to the direction of the above, a predetermined insulating region 16 is provided between the two electrodes. As shown in FIG. 6B, when the insulators 21 are located at both ends of the third electrode 15 due to the directionality of the artificial lattice, the third electrode 15 and the electrodes 13 and 14 are in close contact with each other. Is also good.

【0015】ここで、第三電極15における絶縁体21
で隔てられた強磁性体でできた微小領域22間の相互の
距離は、零を超えかつ電子のスピンの拡散距離以下の範
囲にあることが、スピンの向きを保存しながら電子がト
ンネルする上で重要である。この微小領域間の相互の距
離は、第三電極構成材料の強磁性体と絶縁体の組み合わ
せに依存するが、5 オングストロームから2000オングス
トロームの間とすることが望ましい。5 オングストロー
ムより小さくなると、素子の作製が困難になり、2000オ
ングストロームより大きくなると、スピン依存トンネル
がもはやできなくなる。また、より好ましくは、10オン
グストロームから1500オングストロームの間とすること
が望ましい。10オングストロームより小さくなると、素
子の作製が次第にむずかしくなり、また1500オングスト
ロームより大きくなると、トンネル中スピンの向きの保
存性が次第に悪くなる。
Here, the insulator 21 in the third electrode 15
The mutual distance between the microregions 22 made of ferromagnetic material separated by the above is within a range of more than zero and less than or equal to the diffusion distance of the spin of electrons. Is important. The mutual distance between the minute regions depends on the combination of the ferromagnetic material and the insulator of the third electrode constituting material, but is desirably between 5 Å and 2000 Å. Below 5 Å, device fabrication becomes difficult, and above 2000 Å, spin-dependent tunneling is no longer possible. More preferably, it is desirable to be between 10 angstroms and 1500 angstroms. If it is less than 10 angstroms, device fabrication becomes increasingly difficult, and if it is more than 1500 angstroms, the preservation of the spin direction in the tunnel becomes increasingly poor.

【0016】本発明の第三電極における強磁性体と絶縁
体とから成るグラニュラー構造や人工格子構造は、反応
性スパッタリング法、スパッタリング法、イオンプレー
ティング法、プラズマCVD (プラズマ化学気相蒸着)
法、 CVD(化学気相蒸着)法、分子ビームエピタキシー
(MBE )法、電子ビーム蒸着(EB)法、イオン化蒸着
法、真空蒸着法などの乾式法、あるいは電気メッキ法、
陽極酸化法などの湿式法等の公知の方法を適宜使用して
作製することができる。また、これらの作製条件を制御
することにより、強磁性体微小領域間の相互の距離を調
整することができる。なお乾式法の場合、原料物質が複
数種類セットできるように、いわゆる多元の蒸発元機構
となっていることが好ましい。
The granular structure and artificial lattice structure comprising a ferromagnetic material and an insulator in the third electrode of the present invention can be formed by a reactive sputtering method, a sputtering method, an ion plating method, a plasma CVD (plasma chemical vapor deposition).
Method, CVD (chemical vapor deposition), molecular beam epitaxy (MBE), electron beam evaporation (EB), ionization evaporation, vacuum evaporation, etc., or electroplating,
It can be manufactured by appropriately using a known method such as a wet method such as an anodizing method. Further, by controlling these manufacturing conditions, the mutual distance between the ferromagnetic minute regions can be adjusted. In the case of the dry method, a so-called multiple evaporation source mechanism is preferably used so that a plurality of types of raw material can be set.

【0017】本発明の単一電子トンネリング素子におい
ては、前記の各電極や絶縁膜に加えて、第三電極におけ
る強磁性体内の電子のスピンの配列(配向)変化させ制
御する手段を有することが電子のスピンの自由度を特性
に反映させる効果を向上するという観点から望ましい。
ここで用いうる電子のスピンの配列を制御する手段とし
ては、ワード線電流による磁化や微小磁石による磁化な
どの手段が考えられる。他方、この種の磁化を印加しな
い状態では、スピンはランダム配列(於、グラニュラー
構造)や反強磁性配列(於、人工格子構造)となり、ス
ピン配列(配向)の不規則状態(ランダム配向)化が達
成されるものである。
In the single electron tunneling device of the present invention, in addition to the above-mentioned electrodes and the insulating film, there may be provided a means for changing the arrangement (orientation) of the spins of the electrons in the ferromagnetic material at the third electrode. It is desirable from the viewpoint of improving the effect of reflecting the degree of freedom of electron spin on the characteristics.
As means for controlling the arrangement of electron spins that can be used here, means such as magnetization by a word line current or magnetization by a minute magnet can be considered. On the other hand, when this type of magnetization is not applied, the spins are in a random arrangement (at a granular structure) or an antiferromagnetic arrangement (at an artificial lattice structure), and the spin arrangement (orientation) is in an irregular state (random orientation). Is achieved.

【0018】[0018]

【実施例】以下、本発明を実施例を用いて具体的に説明
するが、本発明はこれらに制限されるものではない。 (実施例1)以下に、本実施例で用いる図1に概略断面
図で示される素子構造を製造する方法を示す。本実施例
1では、第三電極は、絶縁体中に強磁性体粒子を分散し
てなる構造(グラニュラー構造)とした。まず、シリコ
ン基板11上に220nmのシリコン酸化膜12を形成
する。その上にアルミニウム膜を20nm成膜する。つ
づいて、アルミニウム上にレジストを形成し、このレジ
ストを電子ビームリソグラフィ技術を用いてパターニン
グし、その後、反応性イオンエッチング(RIE )法を用
いてアルミニウムを100nm幅のアルミニウム線に加
工する。加工後レジストは除去する。
EXAMPLES Hereinafter, the present invention will be described specifically with reference to Examples, but the present invention is not limited thereto. (Embodiment 1) A method for manufacturing an element structure shown in a schematic sectional view in FIG. 1 used in this embodiment will be described below. In the first embodiment, the third electrode has a structure (granular structure) in which ferromagnetic particles are dispersed in an insulator. First, a 220 nm silicon oxide film 12 is formed on a silicon substrate 11. An aluminum film having a thickness of 20 nm is formed thereon. Subsequently, a resist is formed on the aluminum, and the resist is patterned by using an electron beam lithography technique. Thereafter, the aluminum is processed into an aluminum line having a width of 100 nm by using a reactive ion etching (RIE) method. After processing, the resist is removed.

【0019】次に、シリコン酸化膜18を化学気相蒸着
法によって20nm成膜した後に、電子ビーム露光とRI
E 法よってアルミニウム線と直角の方向に溝を掘る。こ
の時、下地のアルミニウムもいっしょにエッチングを行
ない、その下のシリコン酸化膜まで少しエッチングが及
ぶようにする。なお、本実施例には設けていないが、必
要に応じて絶縁膜を形成する場合には、切断されたアル
ミニウム線の断面を500℃で熱酸化して厚さ数nmの
絶縁膜を形成すればよい。続いて、反応性スパッタリン
グ法を用いて、Alと強磁性体であるCoを酸素雰囲気
中で同時スパッタリングすることにより、Al2
3 (絶縁体)21中に粒径2nm程度のCo粒子(強磁
性体粒子)22を分散してなるグラニュラー構造を有す
る第三電極を45nm堆積し、上面に堆積した分散物を
エッチングする。なお、透過型電子顕微鏡で測定したと
ころ、隣接する粒子22間の距離は平均して約1nmで
あり、これは電子のスピンの拡散距離(約20〜50n
m)以下であった。つづいて、シリコン酸化膜19、ア
ルミニウム膜20を堆積した後、通常の方法によってパ
ターニングして、第四電極20を持つ図1の形状の単一
電子トンネリング素子を形成した。
Next, after a silicon oxide film 18 is formed to a thickness of 20 nm by a chemical vapor deposition method, electron beam exposure and RI
Drill a groove at right angles to the aluminum wire using the E method. At this time, the underlying aluminum is also etched together so that the etching slightly extends to the underlying silicon oxide film. Although not provided in this embodiment, when an insulating film is formed as necessary, the cross section of the cut aluminum wire is thermally oxidized at 500 ° C. to form an insulating film having a thickness of several nm. I just need. Then, Al and Co, which is a ferromagnetic material, are simultaneously sputtered in an oxygen atmosphere by using a reactive sputtering method, so that Al 2 O
3 A 45 nm-thick third electrode having a granular structure in which Co particles (ferromagnetic particles) having a particle size of about 2 nm are dispersed in (insulator) 21 is deposited, and the dispersion deposited on the upper surface is etched. When measured with a transmission electron microscope, the distance between adjacent particles 22 was about 1 nm on average, which was the diffusion distance of electron spin (about 20 to 50 n).
m). Subsequently, after a silicon oxide film 19 and an aluminum film 20 were deposited, patterning was performed by an ordinary method to form a single electron tunneling element having the fourth electrode 20 and having the shape shown in FIG.

【0020】このようにして作製した単一電子トンネリ
ング素子において、約+5kOeの磁場印加により第三
電極内のCo粒子のスピンの向きを一方向に揃えた後、
トンネル電流−ゲート電圧特性を測定したところ、応答
性の良い優れた出力特性が得られ、またS/N 比(信号/
ノイズ比)は54db(デシベル)との高いものであっ
た。また、環境温度を10〜40℃に変化させても同様
の特性を発現することが確認され、周囲温度変化に対し
ても安定してS/N 比の高いものであった。また、印加す
る磁場の大きさを0から+5kOeまで変化させて強磁
性体(Co)のスピン配列の規則度合いを変化させるこ
とにより、トンネル電流が変化し、その制御が可能であ
ることが確認された。
In the single electron tunneling device thus manufactured, after applying a magnetic field of about +5 kOe to align the spin direction of Co particles in the third electrode in one direction,
When the tunnel current-gate voltage characteristics were measured, excellent output characteristics with good responsiveness were obtained, and the S / N ratio (signal /
The noise ratio was as high as 54 db (decibel). Further, it was confirmed that the same characteristics were exhibited even when the environmental temperature was changed to 10 to 40 ° C., and the S / N ratio was stable even when the ambient temperature changed. Further, it was confirmed that the tunnel current was changed by changing the magnitude of the applied magnetic field from 0 to +5 kOe to change the degree of regularity of the spin arrangement of the ferromagnetic material (Co), and it was possible to control the tunnel current. Was.

【0021】(実施例2)以下に、実施例1と同様に図
1の素子構造を製造した。ただし、本実施例2では、第
三電極は、絶縁体と強磁性体の薄膜積層構造体からなる
人工格子構造とした。第三電極以外は、実施例1と同様
にして形成し、第三電極は、次のように形成した。まず
EB法により強磁性体であるFe層を形成する。次にAl
を酸素雰囲気中でスパッタリングすることにより、Al
2 3 層を形成する。各々の層厚は20から40オング
ストロームである。これを12回繰りかえすことによ
り、FeとAl2 3 の人工格子構造からなる第三電極
を得た。なお、この場合は、図6(A)に示すように電
流(電子)は人工格子面に平行に流れる平行磁気抵抗構
造である。
Example 2 An element structure shown in FIG. 1 was manufactured in the same manner as in Example 1. However, in the second embodiment, the third electrode has an artificial lattice structure including a thin-film laminated structure of an insulator and a ferromagnetic material. Except for the third electrode, it was formed in the same manner as in Example 1, and the third electrode was formed as follows. First
A ferromagnetic Fe layer is formed by the EB method. Next, Al
By sputtering in an oxygen atmosphere,
A 2 O 3 layer is formed. Each layer thickness is between 20 and 40 angstroms. This was repeated 12 times to obtain a third electrode having an artificial lattice structure of Fe and Al 2 O 3 . In this case, as shown in FIG. 6A, a current (electrons) has a parallel magnetoresistive structure flowing in parallel to the artificial lattice plane.

【0022】このようにして作製した単一電子トンネリ
ング素子において、磁場の作用により第三電極内のFe
層のスピンの向きを揃えた後、トンネル電流−ゲート電
圧特性を実施例1と同様にして測定したところ、実施例
1と同様の応答性の良い優れた出力特性がえられ、また
S/N 比(信号/ノイズ比)が高く、周囲温度変化に対す
る出力安定性の高いものであった。また、同じく実施例
1と同様に、強磁性体(Fe)のスピン配列の規則度合
いを変化させることにより、トンネル電流が制御可能な
ものであった。なお、この本実施例2では、電流(電
子)は人工格子面に平行に流れる平行磁気抵抗構造(図
6(A))としたが、本来は、電流(電子)は人工格子
面に垂直に流れる垂直磁気抵抗構造(図6(B))とす
ることが一層のぞましい。それに近づけるために、蒸発
源に対して基板面を傾ける、いわゆる斜め蒸着法の使用
は有効である。
In the single-electron tunneling device thus manufactured, the Fe in the third electrode is actuated by the action of the magnetic field.
After aligning the spin directions of the layers, the tunnel current-gate voltage characteristics were measured in the same manner as in Example 1. As a result, excellent output characteristics with good responsiveness similar to those in Example 1 were obtained.
The S / N ratio (signal / noise ratio) was high, and the output stability against ambient temperature changes was high. Similarly to Example 1, the tunnel current was controllable by changing the degree of regularity of the spin arrangement of the ferromagnetic material (Fe). In the second embodiment, the current (electrons) has a parallel magnetoresistive structure (FIG. 6A) flowing in parallel to the artificial lattice plane. However, originally, the current (electrons) is perpendicular to the artificial lattice plane. It is more preferable to use a flowing perpendicular magnetoresistive structure (FIG. 6B). To approach this, it is effective to use a so-called oblique evaporation method in which the substrate surface is inclined with respect to the evaporation source.

【0023】なお、これら実施例1および実施例2にお
いて使用された材料および方法はその一例にすぎず、本
発明の要旨を逸脱しない範囲で種々材料、方法および素
子構造を変形して実施できるものである。その素子用途
も、トランジスタ、メモリ、それらを使った論理回路な
ど種々の応用への展開が可能なものである。
The materials and methods used in Examples 1 and 2 are merely examples, and various materials, methods, and element structures can be modified and implemented without departing from the gist of the present invention. It is. The device can be applied to various applications such as transistors, memories, and logic circuits using them.

【0024】(比較例1)以下に、同様に図1と同様の
素子構造を製造した。ただし、本比較例1では、第三電
極は、非磁性体で作製し、スピンの効果の存在しない構
造とした。第三電極以外は、実施例1と同様にして形成
し、第三電極は、次のように形成した。スパッタリング
により、Alのみからなる第三電極を得た。このように
して作製した単一電子トンネリング素子において、トン
ネル電流−ゲート電圧特性を実施例1と同様に測定した
ところ、応答性の不十分な出力特性がえられ、またS/N
比(信号/ノイズ比)は38dbと、低いものであり、
さらに、周囲温度変化に対する出力安定性の低いもので
あった。また、実施例1に見られるようなスピン配列の
変化を利用したトンネル電流の制御は不可能であった。
Comparative Example 1 An element structure similar to that of FIG. 1 was manufactured in the same manner. However, in Comparative Example 1, the third electrode was made of a non-magnetic material and had a structure having no spin effect. Except for the third electrode, it was formed in the same manner as in Example 1, and the third electrode was formed as follows. A third electrode consisting only of Al was obtained by sputtering. Tunnel current-gate voltage characteristics of the single electron tunneling device thus manufactured were measured in the same manner as in Example 1. As a result, output characteristics with insufficient response were obtained, and S / N
The ratio (signal / noise ratio) is as low as 38 db,
Further, the output stability was low with respect to the ambient temperature change. Further, it was impossible to control the tunnel current using the change in the spin arrangement as seen in Example 1.

【0025】(比較例2)以下に、同様に図1と同様の
素子構造を製造した。ただし、本比較例2では、第三電
極は、連続した単一の構造で出来ている強磁性体とし
た。第三電極以外は、実施例1と同様にして形成し、第
三電極は、EB法により強磁性体であるFeのみからな
る第三電極を得た。このようにして作製した単一電子ト
ンネリング素子において、トンネル電流一ゲート電圧特
性を測定した所、出力特性は、S/N 比(信号/ノイズ
比)は40dbと、低いものであり、さらに、周囲温度
変化に対する出力安定性の低いものであった。また、実
施例1に見られるようなスピン配列の変化を利用したト
ンネル電流の制御は不可能であった。
Comparative Example 2 An element structure similar to that shown in FIG. 1 was manufactured in the same manner. However, in Comparative Example 2, the third electrode was a ferromagnetic material having a continuous single structure. Except for the third electrode, the electrode was formed in the same manner as in Example 1. As the third electrode, a third electrode made of only ferromagnetic Fe was obtained by the EB method. When the tunnel current-gate voltage characteristics of the single electron tunneling device thus manufactured were measured, the output characteristics were as low as 40 / db in S / N ratio (signal / noise ratio). The output stability against temperature changes was low. Further, it was impossible to control the tunnel current using the change in the spin arrangement as seen in Example 1.

【0026】[0026]

【発明の効果】以上説明した様に、本発明によれば単一
電子のクーロンエネルギーの効果だけによる単一電子ト
ンネリング素子の挙動、いわゆるクーロン・ブロッケイ
ドの効果に、さらに電子のもう一つの自由度であるスピ
ンの挙動、いわゆるスピン・ブロッケイドの効果を加え
ることが可能になり、素子としての基本動作が安定で、
高いS/N 比(信号/ノイズ比)が得られる単一電子トン
ネリング素子を実現することができる。さらに、電流の
安定性が高く、また周囲温度変化に対する安定性の高い
単一電子トンネリング素子を提供することができる。さ
らにまた、記憶保持時間が十分長い単一電子トンネリン
グ素子メモリを提供することができる。
As described above, according to the present invention, the behavior of a single-electron tunneling element due to only the effect of the Coulomb energy of a single electron, the so-called Coulomb blockade effect, and one more degree of freedom of electrons. Spin behavior, that is, the effect of the so-called spin blockade, can be added, and the basic operation as an element is stable,
It is possible to realize a single electron tunneling device capable of obtaining a high S / N ratio (signal / noise ratio). Further, it is possible to provide a single-electron tunneling element having high current stability and high stability against a change in ambient temperature. Furthermore, it is possible to provide a single electron tunneling element memory having a sufficiently long storage retention time.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】 本発明の単一電子トンネル素子断面図FIG. 1 is a cross-sectional view of a single electron tunnel device of the present invention.

【図2】 トンネル素子内の強磁性体からなる微小領域
のスピンの向きを示す概念図であり、(A)は外部磁場
は印加されないランダムな状態を示し、(B)は外部磁
場が印加され、スピン方向がそろった状態を示す。
FIGS. 2A and 2B are conceptual diagrams showing the spin directions of a minute region made of a ferromagnetic material in a tunnel element. FIG. 2A shows a random state in which no external magnetic field is applied, and FIG. And the spin directions are aligned.

【図3】 絶縁体中に強磁性体粒子を分散してなる構造
を有する第三電極中の強磁性体粒子のスピン方向を示す
概念図であり、(A)は外部磁場の印加が無く、ランダ
ムな場合を示し、(B)は外部磁場印加により、スピン
の方向が揃っている場合を示す。
FIG. 3 is a conceptual diagram showing the spin direction of ferromagnetic particles in a third electrode having a structure in which ferromagnetic particles are dispersed in an insulator. FIG. (B) shows a case where the spin directions are aligned by application of an external magnetic field.

【図4】 絶縁体と強磁性体との人工格子構造を有する
第三電極中の強磁性体粒子のスピン方向を示す概念図で
あり、(A)は外部磁場の印加が無く、ランダムな場合
を示し、(B)は外部磁場印加により、スピンの方向が
揃っている場合を示す。
FIG. 4 is a conceptual diagram showing a spin direction of ferromagnetic particles in a third electrode having an artificial lattice structure of an insulator and a ferromagnetic material. FIG. (B) shows the case where the spin directions are aligned by application of an external magnetic field.

【図5】 グラニュラー構造を有する第三電極が、第一
電極と第二電極間に配置された状態を示す概略断面図で
あり、(A)は直接配置、(B)は絶縁層を介して配置
された場合を示す。
FIG. 5 is a schematic cross-sectional view showing a state in which a third electrode having a granular structure is arranged between the first electrode and the second electrode, where (A) is directly arranged, and (B) is via an insulating layer. Shows the case where they are arranged.

【図6】 人工格子構造を有する第三電極が、第一電極
と第二電極間に配置された状態を示す概略断面図であ
り、(A)は絶縁層を介して配置され、且つ、平行磁気
抵抗構造の場合を、(B)は直接配置され、且つ、垂直
磁気抵抗構造の場合を示す。
FIG. 6 is a schematic cross-sectional view showing a state in which a third electrode having an artificial lattice structure is arranged between the first electrode and the second electrode, and FIG. (B) shows the case of the magnetoresistive structure, which is directly arranged, and shows the case of the perpendicular magnetoresistive structure.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

10 単一電子トンネリング素子 11 シリコン基板 12 シリコン酸化膜 13 第一電極 14 第二電極 15 第三電極 16 絶縁膜(絶縁領域) 18 シリコン酸化膜(絶縁膜) 19 シリコン酸化膜(絶縁膜) 20 第四電極 21 絶縁体 22 強磁性体(強磁性体からなる微小領域) Reference Signs List 10 single electron tunneling element 11 silicon substrate 12 silicon oxide film 13 first electrode 14 second electrode 15 third electrode 16 insulating film (insulating region) 18 silicon oxide film (insulating film) 19 silicon oxide film (insulating film) 20th Four electrodes 21 Insulator 22 Ferromagnetic material (micro area composed of ferromagnetic material)

Claims (7)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 第一電極および第二電極と、これらの第
一および第二電極に対して、単一電子トンネル接合を介
して接続されている第三電極と、第三電極に対して、絶
縁膜を介して接続され、第三電極とともにキャパシタを
構成する第四電極とを備えた単一電子トンネリング素子
において、該第三電極がその構造内に少なくとも2つの
強磁性体からなる微小領域を有することを特徴とする単
一電子トンネリング素子。
1. A first electrode and a second electrode, a third electrode connected to the first and second electrodes via a single electron tunnel junction, and a third electrode In a single-electron tunneling element having a fourth electrode connected to an insulating film and forming a capacitor together with a third electrode, the third electrode has a small region made of at least two ferromagnetic materials in its structure. A single-electron tunneling device comprising:
【請求項2】 少なくとも2つの強磁性体からなる微小
領域が、絶縁体中に分散された強磁性体粒子により形成
されることを特徴とする請求項1に記載の単一電子トン
ネリング素子。
2. The single-electron tunneling device according to claim 1, wherein the minute region composed of at least two ferromagnetic materials is formed by ferromagnetic particles dispersed in an insulator.
【請求項3】 少なくとも2つの強磁性体からなる微小
領域が、絶縁体と交互に積層された少なくとも二層の強
磁性体により形成され、第三電極が絶縁体と強磁性体と
からなる人工格子からなることを特徴とする請求項1に
記載の単一電子トンネリング素子。
3. An artificial structure comprising at least two ferromagnetic micro-regions formed by at least two layers of ferromagnetic materials alternately laminated with an insulator, and a third electrode comprising an insulator and a ferromagnetic material. The single electron tunneling device according to claim 1, comprising a lattice.
【請求項4】 第三電極の強磁性体が、鉄、コバルト、
ニッケル、およびこれらの合金からなる群より選択され
る1種又は2種以上の材料からなることを特徴とする請
求項1乃至3のいずれか1項に記載の単一電子トンネリ
ング素子。
4. The ferromagnetic material of the third electrode comprises iron, cobalt,
The single-electron tunneling device according to any one of claims 1 to 3, comprising one or more materials selected from the group consisting of nickel and alloys thereof.
【請求項5】 第三電極の絶縁体が、アルミニウム酸化
物、ケイ素酸化物およびマグネシウム酸化物からなる群
より選択される1種又は2種以上の材料からなることを
特徴とする請求項2乃至4のいずれか1項に記載の単一
電子トンネリング素子。
5. The insulator of the third electrode, which is made of one or more materials selected from the group consisting of aluminum oxide, silicon oxide and magnesium oxide. 5. The single electron tunneling device according to any one of 4.
【請求項6】 第三電極における少なくとも2つの強磁
性体からなる微小領域間の相互の距離が、零を超えかつ
電子のスピンの拡散距離以下の範囲にあることを特徴と
する請求項1乃至5のいずれか1項に記載の単一電子ト
ンネリング素子。
6. The method according to claim 1, wherein a mutual distance between at least two small regions made of a ferromagnetic material in the third electrode is in a range of more than zero and less than a diffusion length of electron spin. 6. The single-electron tunneling device according to any one of 5.
【請求項7】 第三電極における少なくとも2つの強磁
性体内の電子のスピンの配列および/または向きを制御
する手段を有することを特徴とする請求項1乃至6のい
ずれか1項に記載の単一電子トンネリング素子。
7. The unit according to claim 1, further comprising: means for controlling the arrangement and / or direction of spins of electrons in at least two ferromagnetic materials in the third electrode. One electron tunneling element.
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