JP2002329902A - Spin valve transistor - Google Patents

Spin valve transistor

Info

Publication number
JP2002329902A
JP2002329902A JP2001133421A JP2001133421A JP2002329902A JP 2002329902 A JP2002329902 A JP 2002329902A JP 2001133421 A JP2001133421 A JP 2001133421A JP 2001133421 A JP2001133421 A JP 2001133421A JP 2002329902 A JP2002329902 A JP 2002329902A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
collector
current
base
emitter
electrons
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
JP2001133421A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Mutsuko Jinbo
睦子 神保
Yuji Fujiwara
裕司 藤原
Shinichi Sekida
真一 関田
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Individual
Original Assignee
Individual
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Individual filed Critical Individual
Priority to JP2001133421A priority Critical patent/JP2002329902A/en
Publication of JP2002329902A publication Critical patent/JP2002329902A/en
Pending legal-status Critical Current

Links

Landscapes

  • Thin Magnetic Films (AREA)
  • Hall/Mr Elements (AREA)
  • Measuring Magnetic Variables (AREA)

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a spin valve transistor which can obtain a large current change rate. SOLUTION: The spin valve transistor is constituted in such a way that its emitter is constituted of a tunnel or semiconductor-metal Schottky barrier, that its base is constituted of a GMR film, and that its collector is constituted of a Schottky barrier. A current source is provided between the emitter and the base, and a voltage source is provided between the base and the collector.

Description

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

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明はスピンバルブトランジス
タに関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a spin valve transistor.

【0002】[0002]

【従来の技術】現在のGMRヘッドに用いられているの
はCIP−GMRである。CIP−GMRでは20%以
上のMR比を得ることはよういではない。そこで、さら
に大きなMR比を得るためにCPP−GMRが検討され
ている。その一つとして、100%近くの変化率が得ら
れるホットエレクトロンを用いたスピンバルブトランジ
スタ(SVT)の報告がなされている。スピンバルブトラ
ンジスタはエミッタにトンネルあるいは半導体−金属の
ショットキーバリア、ベースにGMR膜、コレクタにシ
ョットキーバリヤを用いて構成されている3端子構造で
ありホットエレクトロンがエミッタから注入される。
2. Description of the Related Art A CIP-GMR is used for a current GMR head. CIP-GMR does not seem to achieve an MR ratio of 20% or more. Therefore, CPP-GMR is being studied in order to obtain a larger MR ratio. As one of them, there has been reported a spin valve transistor (SVT) using hot electrons which can obtain a change rate of nearly 100%. The spin valve transistor has a three-terminal structure including a tunnel or a semiconductor-metal Schottky barrier as an emitter, a GMR film as a base, and a Schottky barrier as a collector, and hot electrons are injected from the emitter.

【0003】しかるに、現在より大きな電流変化率を得
ることができるスピンバルブトランジスタが望まれてい
る。
[0003] However, there is a demand for a spin-valve transistor capable of obtaining a higher current change rate than at present.

【0004】[0004]

【発明が解決しようとする課題】大きな電流変化率を得
ることが可能なスピンバルブトランジスタを提供するこ
とを目的とする。
SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is to provide a spin valve transistor capable of obtaining a large current change rate.

【0005】[0005]

【課題を解決するための手段】本発明のスピンバルブト
ランジスタは、エミッタにトンネルあるいは半導体−金
属のショットキーバリア、ベースにGMR膜、コレクタ
にショットキーバリヤを用いて構成され、エミッタ・ベ
ース間に電流源を有し、ベース・コレクタ間に電圧源を
有することを特徴とする。
A spin valve transistor according to the present invention comprises a tunnel or semiconductor-metal Schottky barrier for an emitter, a GMR film for a base, and a Schottky barrier for a collector. It has a current source and a voltage source between the base and the collector.

【0006】[0006]

【実施例】(実施例1)サンプルは、AlOバリア析
出のためAlターゲットを使用して、マグネトロ
ンスパッタリングによりn−Si(100nm)/Si
O/NiFe(5.0nm)/Cu(3.5nm)/C
o(2.0nm)/AlO(1.0nm)/Cu(1
00nm)構造として作製した。析出前にSiウェハ上
の自然酸化層除去は試みなかった。AlO接合のパタ
ーン決定には金属マスクを使用した。接合の径は約1m
mであった。LmaxとLminをそれぞれ最大及び最
小コレクタ電流とするとき、磁場依存コレクタ電流変化
率を(|Lmax−Lmi |)/|Lmin|と定義
する。
EXAMPLES Example 1 A sample was prepared by n-Si (100 nm) / Si by magnetron sputtering using an Al 2 O 3 target for AlO x barrier deposition.
O / NiFe (5.0 nm) / Cu (3.5 nm) / C
o (2.0 nm) / AlO x (1.0 nm) / Cu (1
(00 nm). No attempt was made to remove the native oxide layer on the Si wafer prior to deposition. A metal mask was used to determine the pattern of the AlO x junction. The diameter of the joint is about 1m
m. When the L max and L min the maximum and minimum collector currents respectively, the magnetic field dependence collector current change rate (| L max -L mi n | ) / | L min | to define.

【0007】このサンプルの磁気履歴曲線を図1に示
す。対称曲線が得られるので、サンプルは、一定磁場範
囲内の磁気層の反平行配列を示す磁化反転過程を示すこ
とが分かる。NiFe及びCoの層のスイッチングフィ
ールドはそれぞれ約10Oe及び60Oeであることが
認められる。このサンプルについて、インプレーンジオ
メトリの電流を用いてMR測定もまた行った。MR比は
室温において約3.5%であった。
FIG. 1 shows a magnetic hysteresis curve of this sample. Since a symmetric curve is obtained, it can be seen that the sample exhibits a magnetization reversal process indicating an antiparallel arrangement of the magnetic layers within a certain magnetic field range. It is observed that the switching fields of the NiFe and Co layers are about 10 Oe and 60 Oe, respectively. MR measurements were also performed on this sample using in-plane geometry current. The MR ratio was about 3.5% at room temperature.

【0008】測定設定の図式的表示を図2に示す。エミ
ッタバイアスとコレクタバイアスのため二つの電源を用
いた。エミッタバイアス用には定電流電源を使用した。
エミッタ電流は1Aであった。コレクタ電流とベース電
流の磁場依存性を各種コレクタバイアス電圧について室
温で測定した。この実験では、コレクタバイアス電圧を
ベース電極に対し0.1Vから−0.1Vまで変化させ
た。コレクタバリアに負のバイアスを加えたとき、エミ
ッタからコレクタに対して及びコレクタからエミッタに
対して動く二方向の電子を考慮しなければならない。前
者の電子を逆電子(順電流)と呼び、後者を順電子(逆
電流)と呼ぶ。
[0008] A schematic representation of the measurement settings is shown in FIG. Two power supplies were used for emitter bias and collector bias. A constant current power supply was used for emitter bias.
The emitter current was 1A. The magnetic field dependence of the collector current and the base current was measured at room temperature for various collector bias voltages. In this experiment, the collector bias voltage was changed from 0.1 V to -0.1 V with respect to the base electrode. When applying a negative bias to the collector barrier, two-way electrons moving from emitter to collector and from collector to emitter must be considered. The former electron is called a reverse electron (forward current), and the latter is called a forward electron (reverse current).

【0009】GMR効果測定前に、エミッタとコレクタ
バリアの電流−電圧(I−V)特性を調査した。AlO
層のI−V特性は、−0.5Vと+0.5Vとの間で
線型依存性を示した。抵抗は数百Ωであった。コレクタ
バリアのI−V特性は、非線型で非対称の依存性を示し
たが、これはトンネルバリアの特性のショットキイバリ
アのそれへの重畳と思われる。この特性は、Siサブス
トレート上の厚い自然酸化層よるものであろう。
Before measuring the GMR effect, the current-voltage (IV) characteristics of the emitter and the collector barrier were examined. AlO
The IV characteristics of the x- layer showed linear dependence between -0.5V and + 0.5V. The resistance was several hundred ohms. The IV characteristics of the collector barrier exhibited a non-linear and asymmetrical dependence, which seems to be a superposition of the characteristics of the tunnel barrier on that of the Schottky barrier. This property may be due to the thick native oxide layer on the Si substrate.

【0010】コレクタ電流の200Oeまでの磁場依存
性を図3に示す。この図には、コレクタバイアス電圧の
異なる三つのグラフがある。上、中及び下のパネルは、
それぞれ0.05V、−0.05V及び−0.10Vの
コレクタバイアス電圧を有するコレクタ電流対磁場(I
−H)曲線を示す。
FIG. 3 shows the magnetic field dependence of the collector current up to 200 Oe. In this figure, there are three graphs with different collector bias voltages. The top, middle and bottom panels are
Collector current vs. magnetic field (I) with collector bias voltages of 0.05V, -0.05V and -0.10V respectively.
C- H) shows a curve.

【0011】コレクタバイアス電圧が0.01Vである
とき、コレクタ電流は著しく大きい。この大コレクタ電
流は、コレクタとエミッタバリアの特性から生じること
が考えられる。それにも拘わらず、磁場に依るコレクタ
電流変化が得られた。この変化は、図1の磁化過程に相
当すると思われる。二つの強磁性領域の磁化が反平行配
列であるとき、コレクタ電流は減少する。この場合、G
MR効果はエミッタからコレクタまで移動する逆電子の
スピン依存散乱に帰せられる。コレクタ電流変化及びコ
レクタ電流変化率は、それぞれ約7μA及び約0.5%
である。
When the collector bias voltage is 0.01 V, the collector current is extremely large. It is conceivable that this large collector current arises from the characteristics of the collector and the emitter barrier. Nevertheless, a change in collector current due to the magnetic field was obtained. This change is considered to correspond to the magnetization process of FIG. When the magnetizations of the two ferromagnetic regions are in an antiparallel arrangement, the collector current decreases. In this case, G
The MR effect is attributable to the spin-dependent scattering of inverse electrons traveling from the emitter to the collector. The collector current change and the collector current change rate are about 7 μA and about 0.5%, respectively.
It is.

【0012】図3(c)に示すコレクタバイアス電圧−
0.10Vの場合、コレクタ電流は負符号を有する。負
のコレクタ電流は、コレクタ電流に主として影響する卓
越電子が、コレクタからエミッタまで移動する順電子で
あることを示す。GMR効果は順電子について得られる
ことを予期することが出来る。実際、磁化が反平行配列
であるとき、コレクタ電流絶対値が減少することを見る
ことが出来る。この結果は、GMR効果に貢献する卓越
電子についてを除いて、図3(a)に示したことと符合
する。図3(c)から、コレクタ電流及びコレクタ電流
変化率の変化は、それぞれ約16μA及び約4%と見積
もられる。コレクタ電流の変化は図3(a)から見積も
ったものと同じ位大きい。
The collector bias voltage shown in FIG.
For 0.10V, the collector current has a negative sign. A negative collector current indicates that the predominant electrons that primarily affect the collector current are forward electrons traveling from the collector to the emitter. The GMR effect can be expected to be obtained for forward electrons. In fact, it can be seen that the absolute value of the collector current decreases when the magnetization is in an antiparallel arrangement. This result coincides with that shown in FIG. 3A except for the dominant electrons that contribute to the GMR effect. From FIG. 3C, the changes in the collector current and the collector current change rate are estimated to be about 16 μA and about 4%, respectively. The change in the collector current is as large as that estimated from FIG.

【0013】コレクタバイアスが−0.05Vであった
とき、興味ある特性が観測された。実験結果を図3
(b)に示す。この図では、磁場の掃引によってコレク
タ電圧が負から正に変わることが見出される。磁化の平
行配列においてコレクタ電流が約−8μAであったのに
対し、反平行配列においては約+8μAであった。コレ
クタ電流は、図3(a)及び(c)に示す結果に比べ、
比較的小さい。この結果から、コレクタ電流変化率は約
200%で、コレクタ電流変化は約16μAであると見
積もられる。
[0013] Interesting characteristics were observed when the collector bias was -0.05V. Figure 3 shows the experimental results.
(B). In this figure, it is found that the sweep of the magnetic field changes the collector voltage from negative to positive. The collector current was about −8 μA in the parallel arrangement of magnetization, while it was about +8 μA in the anti-parallel arrangement. The collector current is smaller than the results shown in FIGS. 3 (a) and 3 (c).
Relatively small. From this result, it is estimated that the collector current change rate is about 200% and the collector current change is about 16 μA.

【0014】この実験では、二方向電子、即ち順と逆の
電子の行動を観測した。コレクタバイアス電圧が正であ
るとき、主として、逆電子の行動を観測することが出来
る。反対に、バイアス電圧が負であるとき、順電子の行
動を観測することが出来る。したがって、図3(a)及
び(c)に示すI−H曲線は、それぞれ順及び逆電子
のスピン依存散乱を反映すると考慮することが出来る。
また、コレクタバイアス電圧を用いてGMR効果に影響
する卓越電子を制御することが出来ると考えられる。図
3(b)の小さいコレクタ電流は、順及び逆電子による
電流が互いに殆ど相殺することを示す。この場合、磁化
の反平行配列における順電子の減少によってコレクタ電
流の符号が負から正に変化する。図3(b)に示すGM
R効果に影響する卓越電子は、順電子である。二方向電
子が均衡しているとき、大きいMR比が得られることを
考慮することが出来る。実際、極めて大きい、即ち10
0%を超えるMR比を、コレクタバイアス電圧制御によ
り得ることが出来る。
In this experiment, the behavior of a two-way electron, that is, an electron in the reverse order was observed. When the collector bias voltage is positive, the behavior of the reverse electron can be mainly observed. Conversely, when the bias voltage is negative, the behavior of forward electrons can be observed. Therefore, it can be considered that the I C -H curves shown in FIGS. 3A and 3C reflect the spin-dependent scattering of forward and reverse electrons, respectively.
It is also considered that the dominant electrons that affect the GMR effect can be controlled using the collector bias voltage. The small collector current in FIG. 3 (b) indicates that the currents due to the forward and reverse electrons almost cancel each other. In this case, the sign of the collector current changes from negative to positive due to the decrease of the forward electrons in the antiparallel arrangement of the magnetization. GM shown in FIG. 3 (b)
The dominant electrons affecting the R effect are forward electrons. It can be taken into account that when the two-way electrons are balanced, a large MR ratio is obtained. In fact, very large, ie 10
An MR ratio exceeding 0% can be obtained by controlling the collector bias voltage.

【0015】結論として、NiFe/Cu/Co金属ベ
ースを有するSVTを調査した。順及び逆の両電子がス
ピン依存散乱を示したことは観測することが出来るであ
ろう。GMR効果に影響する卓越電子はコレクタバイア
ス電圧により制御することが出来る。コレクタバイアス
電圧が−0.05Vであったとき、コレクタ電流の符号
が、磁場の掃引により負から正に変わった。この状態
で、約200%の極めて大きいコレクタ電流変化率を室
温において得ることが出来た。
In conclusion, an SVT with a NiFe / Cu / Co metal base was investigated. It can be observed that both the forward and reverse electrons exhibited spin-dependent scattering. The predominant electrons affecting the GMR effect can be controlled by the collector bias voltage. When the collector bias voltage was -0.05 V, the sign of the collector current changed from negative to positive due to the sweep of the magnetic field. In this state, an extremely large collector current change rate of about 200% could be obtained at room temperature.

【0016】結局、順及び逆の両電子がスピン依存散乱
を示したことが観測できた。GMR効果に影響する卓越
電子はコレクタバイアス電圧が−0.05Vであるとき
コレクタ電流の符号が磁場の掃引により負から正に変わ
った。この状態で約200%の極めて大きいコレクタ電
流変化率を室温において得ることができた。
In the end, it was observed that both forward and reverse electrons exhibited spin-dependent scattering. The predominant electrons affecting the GMR effect changed the sign of the collector current from negative to positive due to the sweep of the magnetic field when the collector bias voltage was -0.05V. In this state, an extremely large change rate of the collector current of about 200% could be obtained at room temperature.

【0017】(実施例2)本例においては、エミッタバ
リア用にAlO層を使用した。SVTの中の二方向電
子の行動を調査するため、電子はエミッタとコレクタ電
極から注入した。
Example 2 In this example, an AlO x layer was used for an emitter barrier. To investigate the behavior of bidirectional electrons in the SVT, electrons were injected from the emitter and collector electrodes.

【0018】サンプルは、マグネトロンスパッタリング
により、AlO析出のためAlターゲットを使
用して、n−Si(100nm)/SiO/NiFe
(5.0nm)/Cu(3.5nm)/Co(2.0n
m)/AlO(1.0nm)/Cu(100nm)構
造として作製した。析出前にSiウェハ上の自然酸化層
除去は試みなかった。AlO接合のパターン決定には
金属マスクを使用した。接合の径は約1mmであった。
maxとLminをそれぞれ最大及び最小コレクタ電
流とするとき、磁場依存コレクタ電流変化率を(|L
max−Lmin|)/|Lmin|と定義する。
The samples were prepared by magnetron sputtering using an Al 2 O 3 target for AlO x deposition using n-Si (100 nm) / SiO / NiFe
(5.0 nm) / Cu (3.5 nm) / Co (2.0 n
m) / AlO x (1.0 nm) / Cu (100 nm) structure. No attempt was made to remove the native oxide layer on the Si wafer prior to deposition. A metal mask was used to determine the pattern of the AlO x junction. The diameter of the joint was about 1 mm.
When L max and L min are the maximum and minimum collector currents, respectively, the magnetic field-dependent collector current change rate is (| L
max− L min |) / | L min |.

【0019】コレクタ電流測定の実験設定は実施例1と
同様である。エミッタ及びコレクタバイアス用に電源を
用いた。エミッタバイアスには、定電流電源を用いた。
エミッタ電流は1mAであった。コレクタ電圧はベース
電極に対し−0.1Vから+0.1Vまで変化させた。
コレクタ及びベース電流の磁場依存性を室温で測定し
た。SVT内には二方向の電子が存在することを考慮に
入れることが出来る。
The experimental setup for the collector current measurement is the same as in the first embodiment. Power supplies were used for emitter and collector bias. A constant current power supply was used for the emitter bias.
The emitter current was 1 mA. The collector voltage was changed from -0.1 V to +0.1 V with respect to the base electrode.
The magnetic field dependence of the collector and base currents was measured at room temperature. One can take into account the presence of bidirectional electrons in the SVT.

【0020】SVTの典型的磁気履歴曲線を図1に示
す。対称曲線は、一定の磁場範囲内で磁気層の反平行配
列が得られることを示す。インプレーンジオメトリの電
流を用いるMR測定もまたこのサンプルについて行っ
た。MR比は室温において約3%であった。
FIG. 1 shows a typical magnetic hysteresis curve of the SVT. The symmetry curve shows that an antiparallel arrangement of the magnetic layers is obtained within a certain magnetic field range. MR measurements using in-plane geometry currents were also performed on this sample. The MR ratio was about 3% at room temperature.

【0021】磁場依存コレクタ電流測定前に、エミッタ
バリアの電流−電圧(I−V)特性を調査した。AlO
層のI−V特性は−0.5Vと+0.5Vとの間で線
型依存性を示した。AlOは多くの欠陥を含むと思わ
れる。抵抗は数百Ωであった。
Before measuring the magnetic field-dependent collector current, the current-voltage (IV) characteristics of the emitter barrier were examined. AlO
The IV characteristics of the x- layer showed linear dependence between -0.5V and + 0.5V. AlO x appears to contain many defects. The resistance was several hundred ohms.

【0022】コレクタバリアのI−V特性をもまた調査
した。多くのI−V特性を得た。サンプルは二つ、即ち
タイプA(ダイオード特性)とタイプB(抵抗特性)に
分類した。典型的I−V特性を図4に示す。図4(a)
に示すタイプAのI−V特性はダイオード特性を示す。
しかし大きい漏洩電流を見ることが出来る。反対に、タ
イプBサンプルのI−V特性は線型依存性を示すことを
図4(b)で見ることが出来る。これらの特性はコレク
タ電流の磁場依存性に影響すると考えられる。
The IV characteristics of the collector barrier were also investigated. Many IV characteristics were obtained. The samples were classified into two, namely, type A (diode characteristics) and type B (resistance characteristics). Typical IV characteristics are shown in FIG. FIG. 4 (a)
The IV characteristics of type A shown in FIG.
However, large leakage currents can be seen. On the contrary, it can be seen from FIG. 4B that the IV characteristic of the type B sample shows linear dependence. These characteristics are considered to affect the magnetic field dependence of the collector current.

【0023】2000Oeまでの磁場に対するコレクタ
電流の依存性(I−H)を図5に示す。この場合、コ
レクタバイアス電圧は正である。タイプBサンプルにつ
いては、図5(b)に示す。この結果は、GMRに影響
する卓越電子が逆電子であることを示す。タイプAサン
プルは異なるI−H曲線を示す。結果を図5(a)に
示す。コレクタ電流は、磁化が反平行配列であるとき増
加する。コレクタ電流の増加はコレクタ電極における順
電子の減少に相当することを考慮に入れ得る。
FIG. 5 shows the dependence of the collector current on the magnetic field up to 2000 Oe (I c -H). In this case, the collector bias voltage is positive. FIG. 5B shows the type B sample. This result indicates that the dominant electrons affecting GMR are reverse electrons. Type A samples show different I c -H curve. The results are shown in FIG. The collector current increases when the magnetization is in an anti-parallel arrangement. It can be taken into account that an increase in collector current corresponds to a decrease in forward electrons at the collector electrode.

【0024】図6は、サンプルに負のコレクタバイアス
電圧を加えたときのI−H曲線を示す。タイプA及び
タイプBサンプルのI−H曲線は同一特性を示す。コ
レクタ電流の符号は負なので、コレクタ電流の絶対値は
磁化の反平行配列において減少する。この場合、GMR
効果は主として順電子のスピン依存散乱に帰せられる。
[0024] Figure 6 shows an I c -H curve when adding a negative collector bias voltage to the sample. I c -H curves of type A and type B samples show the same characteristics. Since the sign of the collector current is negative, the absolute value of the collector current decreases in the antiparallel arrangement of magnetization. In this case, GMR
The effect is mainly attributable to the spin-dependent scattering of forward electrons.

【0025】上記に示した実験において、二方向電子、
即ち順及び逆電子、のGMR効果を観測することが出来
た。GMR効果に影響する卓越電子はコレクタバイアス
電圧の影響を受け、またコレクタバリア特性によっても
影響された。二方向電子に基づくコレクタ電流が互いに
ほとんど相殺するとき、大きいコレクタ電流変化率が得
られた。I−H曲線を図7に示す。両タイプにおい
て、磁場の掃引によってコレクタ電流はその符号を変え
る。ベースGMRフィルムの磁化が平行配置であると
き、コレクタ電流の符号は負である。一定磁場範囲内で
磁化層の反平行配置が得られるとき、コレクタ電流は正
の符号を有する。この特性はスピン依存散乱による順電
子の減少から生じる。各サンプルについて約1200%
のコレクタ電流変化が得られた。これらのサンプルは、
コレクタ電流変化率が無限値の可能性を有することを考
慮することが出来る。
In the experiment shown above, two-way electrons,
That is, the GMR effect of forward and reverse electrons could be observed. The predominant electrons affecting the GMR effect were affected by the collector bias voltage and also by the collector barrier properties. When the collector currents based on bidirectional electrons almost cancel each other, a large change rate of the collector current was obtained. The I c -H curve is shown in FIG. In both types, the sweep of the magnetic field changes the sign of the collector current. When the magnetization of the base GMR film is in a parallel configuration, the sign of the collector current is negative. The collector current has a positive sign when an antiparallel arrangement of the magnetization layers is obtained within a constant magnetic field range. This property results from the reduction of forward electrons due to spin-dependent scattering. About 1200% for each sample
Was obtained. These samples are
It can be considered that the rate of change of the collector current has the possibility of an infinite value.

【0026】結局、順及び逆の両電子がスピン依存散乱
を示したことが観測できた。GMR効果に影響する卓越
電子はコレクタバイアス電圧により制御することができ
た。適切なコレクタバイアス電圧を用いて二方向電子に
基づく二方向電流をほぼ平行させたとき、コレクタ電流
の符号は磁場の掃引により変化しコレクタ電流変化率は
コレクタバリア特性にかかわり無く約1200%であっ
た。
After all, it was observed that both forward and reverse electrons exhibited spin-dependent scattering. The dominant electrons affecting the GMR effect could be controlled by the collector bias voltage. When the two-way current based on the two-way electrons is made substantially parallel using an appropriate collector bias voltage, the sign of the collector current changes due to the sweep of the magnetic field, and the collector current change rate is about 1200% regardless of the collector barrier characteristics. Was.

【0027】(実施例3)DC/RFマグネトロンスパ
ッタ装置を用いてサンプルを作成した。膜構造は、Si
/NiFe/Cu/Co/(AlO)の保磁力差型と、
Si/Ta/NiFe/Cu/Co/FeMn/Ta/
(AlO)のスピンバルブ型である。
Example 3 A sample was prepared using a DC / RF magnetron sputtering apparatus. The film structure is Si
/ NiFe / Cu / Co / (AlO) coercive force difference type;
Si / Ta / NiFe / Cu / Co / FeMn / Ta /
(AlO) spin valve type.

【0028】作成した膜構造の一例は図2に示すとおり
である。Si基板は表面の自然酸化m区を処理しない場
合と、フッ酸を用いて除去した場合とを作製したが、本
例では処理しないSi基板を使用した。
FIG. 2 shows an example of the formed film structure. The Si substrate was prepared in a case where the natural oxidation m section on the surface was not treated and a case where the surface was removed using hydrofluoric acid. In this example, an untreated Si substrate was used.

【0029】AlO層はAl23ターゲットにより直接
スパッタしたものと、Alをスパッタした後チャンバー
内で自然酸化させたものと2通りとした。膜面上部をエ
ミッタ、Siをコレクタとし、CoあるいはTa部をベ
ースとした3端子構造である。エミッタ・ベース間に電
流源を、ベース・コレクタ間に電圧源(バイアス電圧)
を用い、ベース・コレクタ間の電圧を変化させてコレク
タ電流を測定した。
The AlO layer was divided into two types: one directly sputtered by an Al 2 O 3 target, and one spontaneously oxidized in a chamber after sputtering Al. It has a three-terminal structure in which the upper part of the film surface is an emitter, Si is a collector, and a Co or Ta part is a base. Current source between emitter and base, voltage source between base and collector (bias voltage)
And the collector current was measured by changing the voltage between the base and the collector.

【0030】Si/NiFe(5nm)/Cu(3.5
nm)/Co(2nm)/(AlO)保磁力差型の膜の
磁化曲線は図1に示したものと同様である。2つの強磁
性層の磁化の反平行状態に対応した段階状態のステップ
が存在することがわかった。この膜のCIPGMRは
3.5%であった。また、この膜のベース・コレクタ間
のIV特性は図4に示すものと同様であった。整流性を
示すもの(タイプA)と測定範囲でオーミック性を示す
もの(タイプB)が得られた。エミッタ・ベース間のA
lOはトンネル特性が十分には得られずほぼオーミック
であった。
Si / NiFe (5 nm) / Cu (3.5
nm) / Co (2 nm) / (AlO) Coercive force difference type film has the same magnetization curve as that shown in FIG. It was found that there was a step in a state corresponding to the antiparallel state of the magnetization of the two ferromagnetic layers. The CIPGMR of this film was 3.5%. The IV characteristics between the base and the collector of this film were the same as those shown in FIG. One exhibiting rectifying properties (type A) and one exhibiting ohmic properties in the measurement range (type B) were obtained. A between emitter and base
10 was almost ohmic because sufficient tunnel characteristics could not be obtained.

【0031】タイプAの試料に磁界を印加したときのコ
レクタ電流の変化は図3に示すものと同様であった。バ
イアス電圧が+0.01Vの時、下に凸の変化が得られ
エミッタからコレクタへ流れる電子が支配的でGMRを
示していることがわkる。−0.1Vでは逆にコレクタ
からベースに流れる電子が支配的でGMRを示してい
る。また、−00535Vの時には2方向の電流がほぼ
平衡になるが上向きに凸の変化が得られている。これら
の電流変化は、図1に示す磁化曲線で段階状の変化が得
られる磁界にほぼ対応している。この試料の電流の変化
分は10μA以上で、バイアス電圧がマイナスの方で少
し値が大きくなっている。コレクタ電流の変化をΔIc
/Ic(parallel)としてMR比を定義した結果を図8
に示す。コレクタ電流がほぼゼロのところで大きなMR
比が得られている。
The change in collector current when a magnetic field was applied to the type A sample was similar to that shown in FIG. When the bias voltage is +0.01 V, a downward convex change is obtained, and it can be seen that electrons flowing from the emitter to the collector are dominant and exhibit GMR. At -0.1 V, on the contrary, electrons flowing from the collector to the base are dominant, indicating GMR. At -00535V, the currents in the two directions are substantially balanced, but a convex change is obtained. These current changes substantially correspond to the magnetic field where a stepwise change is obtained in the magnetization curve shown in FIG. The change of the current of this sample is 10 μA or more, and the value is slightly increased when the bias voltage is negative. Change in collector current ΔIc
FIG. 8 shows the result of defining the MR ratio as / Ic (parallel).
Shown in Large MR where collector current is almost zero
The ratio has been obtained.

【0032】図9にタイプBの試料に磁界を印加したと
きのコレクタ電流の変化を示す。図3に比較するとコレ
クタ電流の値や変化分が小さくなっているのがわかる。
また、+電圧を印加したときにコレクタ電流はエミッタ
からコレクタに流れているもののGMRによる変化は上
に凸を示しており、タイプAとは異なっている。この2
つの試料での変化の現われ方、また電流の変化分がバイ
アス電圧の正負に対して非対称が存在するとも考えられ
る。
FIG. 9 shows a change in the collector current when a magnetic field is applied to the type B sample. It can be seen from the comparison with FIG. 3 that the value and the change of the collector current are small.
Although the collector current flows from the emitter to the collector when the + voltage is applied, the change due to GMR shows an upward convexity, which is different from the type A. This 2
It is also considered that the change appears in the two samples and that the change in the current has asymmetry with respect to the positive or negative of the bias voltage.

【0033】図10にスピンバルブ方の結果を示す。こ
の場合も上記と同様の結果が得られ、スピンバルブ構造
にも適用できることがわかった。
FIG. 10 shows the results of the spin valve method. Also in this case, the same result as described above was obtained, and it was found that the same could be applied to the spin valve structure.

【0034】[0034]

【発明の効果】本発明によれば大きな電流変化率が得る
ことができる。
According to the present invention, a large current change rate can be obtained.

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

【図1】実施例におけるサンプルの磁気履歴曲線であ
る。
FIG. 1 is a magnetic hysteresis curve of a sample in an example.

【図2】実施例における測定装置図である。FIG. 2 is a diagram illustrating a measuring apparatus according to an embodiment.

【図3】実施例1におけるコレクタ電流の磁場依存性を
示すグラフである。
FIG. 3 is a graph showing the magnetic field dependence of the collector current in Example 1.

【図4】実施例2におけるベース・コレクタ間のIV特
性図である。
FIG. 4 is an IV characteristic diagram between a base and a collector in the second embodiment.

【図5】実施例2におけるコレクタ電流の磁場依存性を
示すグラフである。
FIG. 5 is a graph showing magnetic field dependence of a collector current in Example 2.

【図6】実施例2におけるコレクタ電流の磁場依存性を
示すグラフである。
FIG. 6 is a graph showing the magnetic field dependence of a collector current in Example 2.

【図7】実施例2におけるコレクタ電流の磁場依存性を
示すグラフである。
FIG. 7 is a graph showing the magnetic field dependence of the collector current in Example 2.

【図8】タイプAの試料のコレクタ電流の変化率を示す
グラフである。
FIG. 8 is a graph showing a change rate of a collector current of a type A sample.

【図9】タイプBの試料の磁界に対するコレクタ電流の
変化を示すグラフである。
FIG. 9 is a graph showing a change in a collector current of a type B sample with respect to a magnetic field.

【図10】スピンバルブ型の試料の磁化曲線とコレクタ
電流の変化を示すグラフである。
FIG. 10 is a graph showing a change in a magnetization curve and a collector current of a spin valve type sample.

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Fターム(参考) 2G017 AA01 AD58 AD61 AD62 5E049 AA01 AA04 AA07 AC05 BA30 ──────────────────────────────────────────────────続 き Continued from the front page F term (reference) 2G017 AA01 AD58 AD61 AD62 5E049 AA01 AA04 AA07 AC05 BA30

Claims (8)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 エミッタにトンネルあるいは半導体−金
属のショットキーバリア、ベースにGMR膜、コレクタ
にショットキーバリヤを用いて構成され、エミッタ・ベ
ース間に電流源を有し、ベース・コレクタ間に電圧源を
有することを特徴とするスピンバルブトランジスタ。
1. A semiconductor device comprising a tunnel or semiconductor-metal Schottky barrier as an emitter, a GMR film as a base, a Schottky barrier as a collector, a current source between the emitter and the base, and a voltage between the base and the collector. A spin-valve transistor having a source.
【請求項2】 ベース・コレクタ間の電圧を変化させ、
金属から半導体、半導体から金属への2方向電流を制御
できるようにしたことを特徴とする請求項1記載のスピ
ンバルブトランジスタ。
2. A method of changing a voltage between a base and a collector,
2. The spin valve transistor according to claim 1, wherein a two-way current from a metal to a semiconductor and from a semiconductor to a metal can be controlled.
【請求項3】 2方向電子がほぼ均衡するようにしたこ
とを特徴とする請求項2記載のスピンバルブトランジス
タ。
3. The spin valve transistor according to claim 2, wherein the two-way electrons are substantially balanced.
【請求項4】 ベース・コレクタ間の電流・電圧特性が
整流性を示すことを特徴とする請求項1ないし3のいず
れか1項記載のスピンバルブトランジスタ。
4. The spin-valve transistor according to claim 1, wherein the current-voltage characteristics between the base and the collector exhibit rectification.
【請求項5】 ベース・コレクタ間の電流・電圧特性が
オーミック性を示すことを特徴とする請求項1ないし3
のいずれか1項記載のスピンバルブトランジスタ。
5. The current-voltage characteristic between a base and a collector shows ohmic characteristics.
The spin valve transistor according to any one of the preceding claims.
【請求項6】 ベースはNiFe/Cu/Coのサンドウイッチ構
造を有することを特徴とする請求項1ないし5のいずれ
か1項記載のスピンバルブトランジスタ。
6. The spin valve transistor according to claim 1, wherein the base has a sandwich structure of NiFe / Cu / Co.
【請求項7】 エミッタはAlOxからなることを特徴
とする請求項1ないし6のいずれか1項記載のスピンバ
ルブトランジスタ。
7. The spin valve transistor according to claim 1, wherein the emitter is made of AlO x .
【請求項8】 コレクタはn−Siからなることを特徴
とする請求項1ないし7のいずれか1項記載のスピンバ
ルブトランジスタ。
8. The spin valve transistor according to claim 1, wherein the collector is made of n-Si.
JP2001133421A 2001-04-27 2001-04-27 Spin valve transistor Pending JP2002329902A (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2001133421A JP2002329902A (en) 2001-04-27 2001-04-27 Spin valve transistor

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2001133421A JP2002329902A (en) 2001-04-27 2001-04-27 Spin valve transistor

Publications (1)

Publication Number Publication Date
JP2002329902A true JP2002329902A (en) 2002-11-15

Family

ID=18981284

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2001133421A Pending JP2002329902A (en) 2001-04-27 2001-04-27 Spin valve transistor

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP2002329902A (en)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
FR2848727A1 (en) * 2002-12-13 2004-06-18 Thales Sa Transistor with gate of spin for use in e.g. automobile field, has metallic collector separated from base by isolating thin layer that constitutes barrier with tunnel effect between base and collector

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
FR2848727A1 (en) * 2002-12-13 2004-06-18 Thales Sa Transistor with gate of spin for use in e.g. automobile field, has metallic collector separated from base by isolating thin layer that constitutes barrier with tunnel effect between base and collector
WO2004055901A2 (en) * 2002-12-13 2004-07-01 Thales High performance spin-valve transistor
WO2004055901A3 (en) * 2002-12-13 2004-09-16 Thales Sa High performance spin-valve transistor
US7259437B2 (en) 2002-12-13 2007-08-21 Thales High performance spin-valve transistor

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Johnson et al. Hybrid Hall effect device
US8269293B2 (en) Spin transistor and method of operating the same
JP5198754B2 (en) Single charge tunnel device
US10453598B2 (en) Magnetoresistive effect element, magnetic head, sensor, high frequency filter, and oscillation element
US20110063758A1 (en) Spin filter junction and method of fabricating the same
Sun et al. Spin-torque transfer in batch-fabricated spin-valve magnetic nanojunctions
JP3258241B2 (en) Single electron control magnetoresistive element
KR20070048657A (en) Tunnel junction barrier layer comprising a diluted semiconductor with spin sensitivity
Sun et al. Tunneling magnetoresistance and current distribution effect in spin-dependent tunnel junctions
US11163023B2 (en) Magnetic device
EP2264893A1 (en) Logic circuit
KR100334828B1 (en) Spin-valve type magnetoresistive thin film element and spin-valve type magnetoresistive thin film head using the same
JP2002329902A (en) Spin valve transistor
CN111965571B (en) Preparation method of GMR magnetic field sensor
Cabrera et al. Perpendicular magnetic tunneling junction with double barrier layers for MRAM application
KR20220096050A (en) Sipn orbit torque memory device and preparation method thereof
KR20220049710A (en) Voltage controlled magnetoresistance device comprising layered magnetic material
US20050078501A1 (en) Method and arrangement for compensation of a magnetic bias field in a storage layer of a magnetoresistive memory cell
Mazaletskiy et al. Problems of the experimental implementation of MTJ
Husain et al. Exchange bias effects in ferromagnetic wires
KR20040105187A (en) Magnetic tunnel junctions incorporating amorphous CoNbZr alloys and nano-oxide layers
EP3889628A1 (en) Magnetic sensor and hall sensor, each using anomalous hall effect, and method for manufacturing hall sensor
JPH1145415A (en) Magnetoresistance head and its production
JPH11296819A (en) Thin film magnetic head and its manufacture
Perzanowski et al. Magnetization reversal process in flat and patterned exchange-biased CoO/[Co/Pd] thin films