JP2003078147A - 電荷注入型スピントランジスタ - Google Patents
電荷注入型スピントランジスタInfo
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- JP2003078147A JP2003078147A JP2001265073A JP2001265073A JP2003078147A JP 2003078147 A JP2003078147 A JP 2003078147A JP 2001265073 A JP2001265073 A JP 2001265073A JP 2001265073 A JP2001265073 A JP 2001265073A JP 2003078147 A JP2003078147 A JP 2003078147A
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- charge
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 磁場以外の他の制動によって電荷整列相転移
を誘起させ、これをメモリデバイスに用いた電荷注入型
スピントランジスタを得る。 【解決手段】 ペロブスカイト型Ｍｎ酸化物層１２にソ
ース電極１３、ドレイン電極１４を設け、さらに上記電
荷整列相転移を誘起させるために上記ペロブスカイト型
Ｍｎ酸化物層１２上に絶縁層１５を介してゲート電極１
６を有する構造とする。このゲート電極１６に電圧を印
加することによりペロブスカイト型Ｍｎ酸化物層１２内
のキャリア（ホール）密度を制御する。このことで、磁
場以外の他の制動によって電荷整列相転移を誘起させ、
これをメモリデバイスに用いることを可能とする。
を誘起させ、これをメモリデバイスに用いた電荷注入型
スピントランジスタを得る。 【解決手段】 ペロブスカイト型Ｍｎ酸化物層１２にソ
ース電極１３、ドレイン電極１４を設け、さらに上記電
荷整列相転移を誘起させるために上記ペロブスカイト型
Ｍｎ酸化物層１２上に絶縁層１５を介してゲート電極１
６を有する構造とする。このゲート電極１６に電圧を印
加することによりペロブスカイト型Ｍｎ酸化物層１２内
のキャリア（ホール）密度を制御する。このことで、磁
場以外の他の制動によって電荷整列相転移を誘起させ、
これをメモリデバイスに用いることを可能とする。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、大容量メモリやセ
ンサーに利用可能な磁気抵抗効果を用いた電荷注入型ス
ピントランジスタに関し、特に、電流あるいは電荷によ
って誘起される電荷整列相転移を用いた電荷注入型スピ
ントランジスタに関する。
ンサーに利用可能な磁気抵抗効果を用いた電荷注入型ス
ピントランジスタに関し、特に、電流あるいは電荷によ
って誘起される電荷整列相転移を用いた電荷注入型スピ
ントランジスタに関する。
【０００２】
【従来の技術】従来、電荷注入型スピントランジスタ
は、例えば、メモリに適用される。昨今のメモリの動向
を考えると、強誘電体を用いた強誘電体キャパシターメ
モリ（ＦＲＡＭ（登録商標））の開発発展に注力してい
ると言えよう。最近の強誘電体のメモリ応用の分野にお
いては電界効果型メモリ素子（ＦＥ−ＦＥＴ）が注目さ
れており、期待通りに動作すれば究極のメモリと言え
る。
は、例えば、メモリに適用される。昨今のメモリの動向
を考えると、強誘電体を用いた強誘電体キャパシターメ
モリ（ＦＲＡＭ（登録商標））の開発発展に注力してい
ると言えよう。最近の強誘電体のメモリ応用の分野にお
いては電界効果型メモリ素子（ＦＥ−ＦＥＴ）が注目さ
れており、期待通りに動作すれば究極のメモリと言え
る。
【０００３】一方磁気メモリも、情報化社会の発展に伴
い年々高密度化を続けており、現在では年率６０％の面
記憶密度の増加率で推移している。近い将来には１５〜
３０ＭＢｉｔ／ｍ２（１０〜２０ＧＢｉｔ／ｉｎ２）ク
ラスの面密度記憶の磁気メモリが出現するものと考えら
れる。このような高密度記憶への応用に向けては、磁気
抵抗率（ＭＲ比）の大きな変調が重要である。ヘッドを
例にとると現在ＭＲ比（Magneto-Resistive）ヘッドが
使われているが、最近ではより感度の高いスピンバルブ
ＧＭＲヘッドが使われ始めた。ＭＲ比の値としては、Ｍ
Ｒ膜で２％、スピンバルブ膜で７％程度である。更に、
上記磁気抵抗効果を磁気ランダム・アクセス・メモリ
（ＭＲＡＭ）への応用の試みも試験的に開始されつつあ
る。
い年々高密度化を続けており、現在では年率６０％の面
記憶密度の増加率で推移している。近い将来には１５〜
３０ＭＢｉｔ／ｍ２（１０〜２０ＧＢｉｔ／ｉｎ２）ク
ラスの面密度記憶の磁気メモリが出現するものと考えら
れる。このような高密度記憶への応用に向けては、磁気
抵抗率（ＭＲ比）の大きな変調が重要である。ヘッドを
例にとると現在ＭＲ比（Magneto-Resistive）ヘッドが
使われているが、最近ではより感度の高いスピンバルブ
ＧＭＲヘッドが使われ始めた。ＭＲ比の値としては、Ｍ
Ｒ膜で２％、スピンバルブ膜で７％程度である。更に、
上記磁気抵抗効果を磁気ランダム・アクセス・メモリ
（ＭＲＡＭ）への応用の試みも試験的に開始されつつあ
る。
【０００４】上記のＭＲ比が大きくとれる現象として、
Ｆｅ／Ｃｒ金属人工格子を代表とする磁性多層膜の巨大
磁気抵抗効果［ＧＭＲと略す、例えば、M,N, Baibich,
J.M.Broto, A.Fert, Nguyen Van Dau, F, Petroff, P.E
tienne, G.Creuzet, A.Friederich and J.Chazel as:Ph
vs.Rev.Lett.,61(1988),2472］や、強磁性トンネル接合
での磁気抵抗効果［ＴＭＲと略す、例えば、T.Miyazaki
and N.Tezuka:J.Magn. Magn Mater.139(1995)L231］等
の研究も盛んに行われている。これらの文献等で報告さ
れた最大の飽和磁気抵抗変化は、２５％以下のオーダー
である。
Ｆｅ／Ｃｒ金属人工格子を代表とする磁性多層膜の巨大
磁気抵抗効果［ＧＭＲと略す、例えば、M,N, Baibich,
J.M.Broto, A.Fert, Nguyen Van Dau, F, Petroff, P.E
tienne, G.Creuzet, A.Friederich and J.Chazel as:Ph
vs.Rev.Lett.,61(1988),2472］や、強磁性トンネル接合
での磁気抵抗効果［ＴＭＲと略す、例えば、T.Miyazaki
and N.Tezuka:J.Magn. Magn Mater.139(1995)L231］等
の研究も盛んに行われている。これらの文献等で報告さ
れた最大の飽和磁気抵抗変化は、２５％以下のオーダー
である。
【０００５】更に大きな磁気抵抗変化を示す現象に、超
巨大磁気抵抗効果（Colossal Magneto-Resistance effe
ct:CMR）[A.Asamitsu, Y.Morimoto, Y.Tomioka, T.Arim
uraand Y.Tokura: Nature, 373(1995)407]が最近注目さ
れている。
巨大磁気抵抗効果（Colossal Magneto-Resistance effe
ct:CMR）[A.Asamitsu, Y.Morimoto, Y.Tomioka, T.Arim
uraand Y.Tokura: Nature, 373(1995)407]が最近注目さ
れている。
【０００６】上記の効果とは、ここ数年のうちに再発見
されたペロブスカイト型Ｍｎ酸化物Ｒ１−ｘＡｘＭｎＯ
３（ＲはＬａ，Ｐｒ，Ｎｄなどの＋３価の希土類イオ
ン、ＡはＣａ，Ｓｒ，Ｂａ，Ｐｂなどの＋２価のイオ
ン）において観察される巨大な負のＭＲ効果、さらには
ＭＲ効果の究極ともいえる磁場誘起絶縁体−金属転移
（field-induced insulator-metal transition）を指
す。この系における著しい特徴の一つは、Ｒ３＋イオン
をＡ２＋イオンで一部（ｘ）置換しキャリドーピングを
行うと絶縁体−金属転移を起こし、さらに強磁性金属相
がキュリー温度Ｔｃ以下で出現することである。
されたペロブスカイト型Ｍｎ酸化物Ｒ１−ｘＡｘＭｎＯ
３（ＲはＬａ，Ｐｒ，Ｎｄなどの＋３価の希土類イオ
ン、ＡはＣａ，Ｓｒ，Ｂａ，Ｐｂなどの＋２価のイオ
ン）において観察される巨大な負のＭＲ効果、さらには
ＭＲ効果の究極ともいえる磁場誘起絶縁体−金属転移
（field-induced insulator-metal transition）を指
す。この系における著しい特徴の一つは、Ｒ３＋イオン
をＡ２＋イオンで一部（ｘ）置換しキャリドーピングを
行うと絶縁体−金属転移を起こし、さらに強磁性金属相
がキュリー温度Ｔｃ以下で出現することである。
【０００７】この系の第２の特徴は、種々の（Ｒ３＋、
Ａ２＋）の組み合わせによって、キャリアー密度ｘとキ
ャリアーのトランスファー積分（伝達相互作用）ｔ、即
ち、１電子バンド幅Ｗという２つのパラメータをかなり
精密に制御できることである。例えば、ＣＭＲ材料とし
てＬａ１−ｘＳｒｘＭｎＯ３（ｘ＝０．１７５）を例に
とると、Ｔ＝２８３ＫではＭＲ比が９０％（Ｈ＝０とＨ
＝１５ステラの比）、また、Ｐｒ１−ｘＣａｘＭｎＯ３
（ｘ＝０．３）を例にとると、Ｔ＝２０ＫではＭＲ比が
１０１１（Ｈ＝０とＨ＝６テスラの比）もの大きさにな
る。
Ａ２＋）の組み合わせによって、キャリアー密度ｘとキ
ャリアーのトランスファー積分（伝達相互作用）ｔ、即
ち、１電子バンド幅Ｗという２つのパラメータをかなり
精密に制御できることである。例えば、ＣＭＲ材料とし
てＬａ１−ｘＳｒｘＭｎＯ３（ｘ＝０．１７５）を例に
とると、Ｔ＝２８３ＫではＭＲ比が９０％（Ｈ＝０とＨ
＝１５ステラの比）、また、Ｐｒ１−ｘＣａｘＭｎＯ３
（ｘ＝０．３）を例にとると、Ｔ＝２０ＫではＭＲ比が
１０１１（Ｈ＝０とＨ＝６テスラの比）もの大きさにな
る。
【０００８】また、本発明と技術分野の類似する他の従
来例として、特開平１０−２５５４８１号公報がある。
本従来例は、バルクのペロブスカイト型Ｍｎ酸化物（Ｐ
ｒ０ ．７Ｃａ０．３ＭｎＯ３）に電圧を印加することに
より誘起される電荷整列相転移を、メモリに応用しよう
としたものである。
来例として、特開平１０−２５５４８１号公報がある。
本従来例は、バルクのペロブスカイト型Ｍｎ酸化物（Ｐ
ｒ０ ．７Ｃａ０．３ＭｎＯ３）に電圧を印加することに
より誘起される電荷整列相転移を、メモリに応用しよう
としたものである。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記の
従来技術では、ペロブスカイト型Ｍｎ酸化物において大
きなＭＲ比を得る場合には、大きな外部磁場を印加する
必要がある。また、上記従来の特開平１０−２５５４８
１号公報では、高抵抗状態と低抵抗状態を実現するだけ
で、メモリデバイスとしての機能は果たしていない問題
を伴う。
従来技術では、ペロブスカイト型Ｍｎ酸化物において大
きなＭＲ比を得る場合には、大きな外部磁場を印加する
必要がある。また、上記従来の特開平１０−２５５４８
１号公報では、高抵抗状態と低抵抗状態を実現するだけ
で、メモリデバイスとしての機能は果たしていない問題
を伴う。
【００１０】本発明は、磁場以外の他の制動によって電
荷整列相転移を誘起させこれをメモリデバイスに用いた
電荷注入型スピントランジスタを提供することを目的と
する。より詳細には、本発明は、ペロブスカイト型Ｍｎ
酸化物層にソース、ドレイン電極を設け、さらに上記電
荷整列相転移を誘起させるためにペロブスカイト型Ｍｎ
酸化物層上に絶縁層を介してゲート電極を有し、ゲート
電極に電圧を印加することにより、ペロブスカイト型Ｍ
ｎ酸化物層内のキャリア（ホール）密度を制御する電荷
注入型スピントランジスタを提供することを目的とす
る。
荷整列相転移を誘起させこれをメモリデバイスに用いた
電荷注入型スピントランジスタを提供することを目的と
する。より詳細には、本発明は、ペロブスカイト型Ｍｎ
酸化物層にソース、ドレイン電極を設け、さらに上記電
荷整列相転移を誘起させるためにペロブスカイト型Ｍｎ
酸化物層上に絶縁層を介してゲート電極を有し、ゲート
電極に電圧を印加することにより、ペロブスカイト型Ｍ
ｎ酸化物層内のキャリア（ホール）密度を制御する電荷
注入型スピントランジスタを提供することを目的とす
る。
【００１１】
【課題を解決するための手段】かかる目的を達成するた
め、請求項１記載の発明の電荷注入型スピントランジス
タは、基体上に設けられた電荷整列相転移効果を持つ酸
化物層、並びにソース電極、ドレイン電極と、ソース電
極、ドレイン電極とゲート電極間に形成されたこのゲー
ト電極から電荷を注入する酸化物層とを有して構成され
たことを特徴としている。
め、請求項１記載の発明の電荷注入型スピントランジス
タは、基体上に設けられた電荷整列相転移効果を持つ酸
化物層、並びにソース電極、ドレイン電極と、ソース電
極、ドレイン電極とゲート電極間に形成されたこのゲー
ト電極から電荷を注入する酸化物層とを有して構成され
たことを特徴としている。
【００１２】請求項２記載の発明では、請求項１記載の
電荷注入型スピントランジスタにおいて、電荷整列相転
移効果を持つ酸化物層は、ＭｎＯ３を母体とするＭｎ系
ペロブスカイト酸化物であるとよい。
電荷注入型スピントランジスタにおいて、電荷整列相転
移効果を持つ酸化物層は、ＭｎＯ３を母体とするＭｎ系
ペロブスカイト酸化物であるとよい。
【００１３】請求項３記載の発明では、請求項２記載の
電荷注入型スピントランジスタにおいて、Ｍｎ系ペロブ
スカイト酸化物は、Ｐｒ１−ｘＣａｘＭｎＯ３なる構造
を有したＣａを添加したＰｒＣａＭｎＯ３であるとする
とよい。
電荷注入型スピントランジスタにおいて、Ｍｎ系ペロブ
スカイト酸化物は、Ｐｒ１−ｘＣａｘＭｎＯ３なる構造
を有したＣａを添加したＰｒＣａＭｎＯ３であるとする
とよい。
【００１４】請求項４記載の発明では、請求項１に記載
の電荷注入型スピントランジスタにおいて、前記Ｍｎ系
ペロブスカイト酸化物は、Ｎｄ１−ｘＳｒｘＭｎＯ３な
る構造を有したＳｒを添加したＮｄＳｒＭｎＯ３である
とするとよい。
の電荷注入型スピントランジスタにおいて、前記Ｍｎ系
ペロブスカイト酸化物は、Ｎｄ１−ｘＳｒｘＭｎＯ３な
る構造を有したＳｒを添加したＮｄＳｒＭｎＯ３である
とするとよい。
【００１５】請求項５記載の発明では、請求項１乃至４
の何れかに記載の電荷注入型スピントランジスタにおい
て、前記基体はＳｒＴｉＯ３単結晶体であるとするとよ
い。
の何れかに記載の電荷注入型スピントランジスタにおい
て、前記基体はＳｒＴｉＯ３単結晶体であるとするとよ
い。
【００１６】請求項６記載の発明では、請求項１乃至４
の何れかに記載の電荷注入型スピントランジスタにおい
て、前記基体が表面に熱酸化シリコンを有するシリコン
であるとするとよい。
の何れかに記載の電荷注入型スピントランジスタにおい
て、前記基体が表面に熱酸化シリコンを有するシリコン
であるとするとよい。
【００１７】請求項７記載の発明では、請求項１乃至４
の何れかに記載の電荷注入型スピントランジスタにおい
て、前記基体がＭｇＯ単結晶体であるとするとよい。
の何れかに記載の電荷注入型スピントランジスタにおい
て、前記基体がＭｇＯ単結晶体であるとするとよい。
【００１８】
【発明の実施の形態】次に、添付図面を参照して本発明
による電荷注入型スピントランジスタの実施の形態を詳
細に説明する。図１〜図７を参照すると、本発明の電荷
注入型スピントランジスタの一実施形態が示されてい
る。
による電荷注入型スピントランジスタの実施の形態を詳
細に説明する。図１〜図７を参照すると、本発明の電荷
注入型スピントランジスタの一実施形態が示されてい
る。
【００１９】図１は、本発明を適用可能な電荷注入型ス
ピントランジスタの基本構成を示す模式図である。同図
１において、本実施形態の電荷注入型スピントランジス
タは、基体１１、ペロブスカイト型Ｍｎ酸化物層１２、
ソース電極１３、ドレイン電極１４、絶縁層１５、ゲー
ト電極１６とを有して構成される。
ピントランジスタの基本構成を示す模式図である。同図
１において、本実施形態の電荷注入型スピントランジス
タは、基体１１、ペロブスカイト型Ｍｎ酸化物層１２、
ソース電極１３、ドレイン電極１４、絶縁層１５、ゲー
ト電極１６とを有して構成される。
【００２０】基体１１は、積層するペロブスカイト型Ｍ
ｎ酸化物層１２の格子定数に近い格子定数をもつ物質を
用いて構成される。絶縁層１５は、上記ゲート電極１６
とペロブスカイト型Ｍｎ酸化物層１２との間の絶縁をと
るための層である。ゲート電極１６は、上記ペロブスカ
イト型Ｍｎ酸化物層１２の電荷整列相転移を誘起させる
ために電荷を注入するための電極である。
ｎ酸化物層１２の格子定数に近い格子定数をもつ物質を
用いて構成される。絶縁層１５は、上記ゲート電極１６
とペロブスカイト型Ｍｎ酸化物層１２との間の絶縁をと
るための層である。ゲート電極１６は、上記ペロブスカ
イト型Ｍｎ酸化物層１２の電荷整列相転移を誘起させる
ために電荷を注入するための電極である。
【００２１】次に、本発明のスピントランジスタの動作
を図２に基づいて説明する。図２は、本発明の電荷注入
型スピントランジスタの書き込み時、メモリ時、消去時
の状態を模式的に表した図である。尚図２中の各構成部
は、ペロブスカイト型Ｍｎ酸化物層２２、上記ペロブス
カイト型Ｍｎ酸化物層に電荷を注入・引き抜きが行われ
相転移が起こる部分２２１、ソース電極２３、ドレイン
電極２４、上記ペロブスカイト型Ｍｎ酸化物層２２の電
荷整列相転移を誘起させるために電荷を注入するゲート
電極２６、上記ゲート電極２６とペロブスカイト型Ｍｎ
酸化物層２２との間の絶縁をとるための絶縁層２５であ
る。
を図２に基づいて説明する。図２は、本発明の電荷注入
型スピントランジスタの書き込み時、メモリ時、消去時
の状態を模式的に表した図である。尚図２中の各構成部
は、ペロブスカイト型Ｍｎ酸化物層２２、上記ペロブス
カイト型Ｍｎ酸化物層に電荷を注入・引き抜きが行われ
相転移が起こる部分２２１、ソース電極２３、ドレイン
電極２４、上記ペロブスカイト型Ｍｎ酸化物層２２の電
荷整列相転移を誘起させるために電荷を注入するゲート
電極２６、上記ゲート電極２６とペロブスカイト型Ｍｎ
酸化物層２２との間の絶縁をとるための絶縁層２５であ
る。
【００２２】また図３は、図２における各状態に対応す
るソース−ドレイン間の導電率を示している。図３にお
いて、符号ａはゲート電極に負の電位を印加した状態で
図２（ａ）に相当し、図２の部分２２１が強磁性金属層
に層転移し低抵抗状態になっており、書き込みが行われ
ている状態を表す。図２（ｂ）はゲート電極に符号ａの
場合と逆の極性の電位を印加した状態であり、図３にお
いては符号ｂに相当し、図２の部分２２１が常磁性絶縁
体層に層転移し高抵抗状態になっており、消去が行われ
ている状態を表す。図２（ｃ）は図３において符号ａの
ゲート電位から符号ｂのゲート電位に電位を減少させた
途中の状態であり、図３の符号ｃに相当し低抵抗状態を
保持している状態を表す。図２（ｄ）は図３おける符号
ｂのゲート電位から符号ａのゲート電位に電位を増加さ
せている途中の状態であり、図３における符号ｄに相当
し、高抵抗抵抗状態を保持している状態を表す。図３か
ら明らかなように、以上説明した符号ａから符号ｄまで
の状態を経ることで、ソース−ドレイン間の抵抗（導電
率）はヒステリシスを描くことになり、メモリ素子を実
現できる。
るソース−ドレイン間の導電率を示している。図３にお
いて、符号ａはゲート電極に負の電位を印加した状態で
図２（ａ）に相当し、図２の部分２２１が強磁性金属層
に層転移し低抵抗状態になっており、書き込みが行われ
ている状態を表す。図２（ｂ）はゲート電極に符号ａの
場合と逆の極性の電位を印加した状態であり、図３にお
いては符号ｂに相当し、図２の部分２２１が常磁性絶縁
体層に層転移し高抵抗状態になっており、消去が行われ
ている状態を表す。図２（ｃ）は図３において符号ａの
ゲート電位から符号ｂのゲート電位に電位を減少させた
途中の状態であり、図３の符号ｃに相当し低抵抗状態を
保持している状態を表す。図２（ｄ）は図３おける符号
ｂのゲート電位から符号ａのゲート電位に電位を増加さ
せている途中の状態であり、図３における符号ｄに相当
し、高抵抗抵抗状態を保持している状態を表す。図３か
ら明らかなように、以上説明した符号ａから符号ｄまで
の状態を経ることで、ソース−ドレイン間の抵抗（導電
率）はヒステリシスを描くことになり、メモリ素子を実
現できる。
【００２３】
【実施例】以下に本発明の電荷注入型スピントランジス
タの実施例を示し、本発明を詳しく説明する。
タの実施例を示し、本発明を詳しく説明する。
【００２４】（実施例１）図４に、本発明の電荷注入型
スピントランジスタにおける一つの実施形態の模式図を
示す。図４において本実施形態の電荷注入型スピントラ
ンジスタは、チタン酸ストロンチウム（ＳｒＴｉＯ３：
ＳＴＯと略記する）単結晶基板により構成される基体４
１Ｐｒ１−ｘＣａｘＭｎＯ３により構成されるペロブス
カイト型Ｍｎ酸化物層４２、Ｐｔ電極であるソース電極
４３、Ｐｔ電極であるドレイン電極４４、上記ゲート電
極４６とペロブスカイト型Ｍｎ酸化物層４２との間の絶
縁をとるためのＳｉＯ２である絶縁層４５、上記ペロブ
スカイト型Ｍｎ酸化物層４２の電荷整列相転移を誘起さ
せるために電荷を注入するためのＰｔ電極であるゲート
電極４６、を有して構成される。
スピントランジスタにおける一つの実施形態の模式図を
示す。図４において本実施形態の電荷注入型スピントラ
ンジスタは、チタン酸ストロンチウム（ＳｒＴｉＯ３：
ＳＴＯと略記する）単結晶基板により構成される基体４
１Ｐｒ１−ｘＣａｘＭｎＯ３により構成されるペロブス
カイト型Ｍｎ酸化物層４２、Ｐｔ電極であるソース電極
４３、Ｐｔ電極であるドレイン電極４４、上記ゲート電
極４６とペロブスカイト型Ｍｎ酸化物層４２との間の絶
縁をとるためのＳｉＯ２である絶縁層４５、上記ペロブ
スカイト型Ｍｎ酸化物層４２の電荷整列相転移を誘起さ
せるために電荷を注入するためのＰｔ電極であるゲート
電極４６、を有して構成される。
【００２５】次に本発明の電荷注入型スピントランジス
タの作製方法について図５を用いて説明する。
タの作製方法について図５を用いて説明する。
【００２６】工程（１）；基体５１として上記に述べた
ＳＴＯ単結晶基板を用い、これを充分洗浄しておく。 工程（２）；該基板５１上にＰｒ−Ｃａ−Ｍｎゾル溶液
をスピンコートして、Ｐｒ−Ｃａ−Ｍｎゲル膜を形成す
る。次に大気中２５０℃で３０分焼成し脱有機・脱水を
行った後、大気中１０００℃で３時間焼成しＰｒ１−ｘ
ＣａｘＭｎＯ３薄膜を７００Å形成する。 工程（３）； 工程（２）の操作を３回繰り返してＰｒ
１−ｘＣａｘＭｎＯ３薄膜５２を約２０００Å形成す
る。 工程（４）；上記Ｐｒ１−ｘＣａｘＭｎＯ３薄膜上に、
白金ソース電極５３を１０００Å、白金ドレイン電極５
４を１０００Åスッパタ法にて作製する。尚、各白金電
極のこのＰｒ１−ｘＣａｘＭｎＯ３薄膜に対する密着性
を向上させるため、白金の下地としてＴｉを５０Åあら
かじめスパッタしておく。 工程（５）；上記Ｐｒ１−ｘＣａｘＭｎＯ３薄膜を挟む
白金ソース電極５３、白金ドレイン電極５４間に反応性
スパッター法を用いて、絶縁層としてＳｉＯ２を１００
０Åスパッタする。 工程（６）；最後に上記絶縁層上にゲート電極として白
金を１０００Ａスパッタ成膜して、デバイスを完成させ
る。
ＳＴＯ単結晶基板を用い、これを充分洗浄しておく。 工程（２）；該基板５１上にＰｒ−Ｃａ−Ｍｎゾル溶液
をスピンコートして、Ｐｒ−Ｃａ−Ｍｎゲル膜を形成す
る。次に大気中２５０℃で３０分焼成し脱有機・脱水を
行った後、大気中１０００℃で３時間焼成しＰｒ１−ｘ
ＣａｘＭｎＯ３薄膜を７００Å形成する。 工程（３）； 工程（２）の操作を３回繰り返してＰｒ
１−ｘＣａｘＭｎＯ３薄膜５２を約２０００Å形成す
る。 工程（４）；上記Ｐｒ１−ｘＣａｘＭｎＯ３薄膜上に、
白金ソース電極５３を１０００Å、白金ドレイン電極５
４を１０００Åスッパタ法にて作製する。尚、各白金電
極のこのＰｒ１−ｘＣａｘＭｎＯ３薄膜に対する密着性
を向上させるため、白金の下地としてＴｉを５０Åあら
かじめスパッタしておく。 工程（５）；上記Ｐｒ１−ｘＣａｘＭｎＯ３薄膜を挟む
白金ソース電極５３、白金ドレイン電極５４間に反応性
スパッター法を用いて、絶縁層としてＳｉＯ２を１００
０Åスパッタする。 工程（６）；最後に上記絶縁層上にゲート電極として白
金を１０００Ａスパッタ成膜して、デバイスを完成させ
る。
【００２７】尚、上記工程（２）に用いたゾルゲル溶液
の調整法を図６をもとに説明する。
の調整法を図６をもとに説明する。
【００２８】まず、Ｐｒ、Ｃａに対してそれぞれＰｒア
ルコキシド、Ｃａアルコキシドを、またＭｎに対してＭ
ｎカルボン酸塩を選ぶ。ここで好ましくはアルコキシド
はメトキシド、エトキシド、イソプロポキシド、ｎ−プ
ロポキシド、ｎ−ブトキシド、ｓｅｃ−ブトキシド、ｔ
ｅｒｔ−ブトキシドが良好な結果を与える。これらの金
属原料を所望の組成比が得られるよう秤量する。
ルコキシド、Ｃａアルコキシドを、またＭｎに対してＭ
ｎカルボン酸塩を選ぶ。ここで好ましくはアルコキシド
はメトキシド、エトキシド、イソプロポキシド、ｎ−プ
ロポキシド、ｎ−ブトキシド、ｓｅｃ−ブトキシド、ｔ
ｅｒｔ−ブトキシドが良好な結果を与える。これらの金
属原料を所望の組成比が得られるよう秤量する。
【００２９】次に前記の金属原料を有機溶媒中に溶解さ
せるが、この有機溶媒としてはアルコール、アルコキシ
ドアルコール等を用いることができる。好ましくはアル
コールはメタノール、エタノール、イソプロパノール
（ＩＰＡと略記）、ｎ−プロパノール、ｎ−ブタノー
ル、ｓｅｃ−ブタノール、ｔｅｒｔ−ブタノール、アル
コキシドアルコールは２−メトキシエタノール、２−エ
トキシエタノール、２−プロポキシエタノール、２−ブ
トキシエタノール、１−メトキシ−２−プロパノールが
良好な結果を与える。またトルエン、キシレンも良好な
結果を与える。
せるが、この有機溶媒としてはアルコール、アルコキシ
ドアルコール等を用いることができる。好ましくはアル
コールはメタノール、エタノール、イソプロパノール
（ＩＰＡと略記）、ｎ−プロパノール、ｎ−ブタノー
ル、ｓｅｃ−ブタノール、ｔｅｒｔ−ブタノール、アル
コキシドアルコールは２−メトキシエタノール、２−エ
トキシエタノール、２−プロポキシエタノール、２−ブ
トキシエタノール、１−メトキシ−２−プロパノールが
良好な結果を与える。またトルエン、キシレンも良好な
結果を与える。
【００３０】具体的には以下のような手順によりゾルゲ
ル溶液を調整する。まず、Ｐｒアルコキシド、Ｃａアル
コキシドをアルコール、アルコキシアルコールのいずれ
か、あるいはその両方に溶解させた溶液を溶液１とし
（図６ではＩＰＡを例としている）、Ｍｎカルボン酸塩
をアルコール、アルコキシアルコールのいずれか、ある
いはその両方に溶解させた溶液を溶液２とする。次に溶
液１と溶液２を混合した溶液を８０〜１３０℃で還流
し、Ｐｒ−Ｃａ−Ｍｎゾルゲル溶液を得る。
ル溶液を調整する。まず、Ｐｒアルコキシド、Ｃａアル
コキシドをアルコール、アルコキシアルコールのいずれ
か、あるいはその両方に溶解させた溶液を溶液１とし
（図６ではＩＰＡを例としている）、Ｍｎカルボン酸塩
をアルコール、アルコキシアルコールのいずれか、ある
いはその両方に溶解させた溶液を溶液２とする。次に溶
液１と溶液２を混合した溶液を８０〜１３０℃で還流
し、Ｐｒ−Ｃａ−Ｍｎゾルゲル溶液を得る。
【００３１】このようにして得られたスピントランジス
タのゲート電極電圧とソースードレイン間の抵抗率の関
係を測定したところ、図７のようになり、トランジスタ
としての特性を確認した。
タのゲート電極電圧とソースードレイン間の抵抗率の関
係を測定したところ、図７のようになり、トランジスタ
としての特性を確認した。
【００３２】（実施例２）実施例１の図５の工程
（２）、工程（３）においてゾルゲル法の代わりにレー
ザーアブレーション法を用い、その他は実施例１と同一
の工程で本発明のスピントランジスタを作製した。
（２）、工程（３）においてゾルゲル法の代わりにレー
ザーアブレーション法を用い、その他は実施例１と同一
の工程で本発明のスピントランジスタを作製した。
【００３３】表１に本実施例２に用いたレーザーアブレ
ーションの条件を示す。尚、ターゲットは以下のように
作製した。即ち、Ｐｒ６０Ｏ１１とＣａＣＯ３およびＭ
ｎ３Ｏ４の各粉末を、Ｐｒ：Ｃａ：Ｍｎの原子比が、
０．７：０．３：１になる割合で秤量し、これにエタノ
ールを加えて、めのう乳鉢で４０分かき混ぜた。そして
前記混合物を大気中にて１０００℃で２４時間焼成し、
粉砕した後再び混合し更にもう―度焼成し、粉砕混合し
た。得られた粉末混合物を１ｔｏｎ／ｃｍ２でプレス
し、大気中にて１１００℃で４８時間加熱し焼成してタ
ーゲットを作製した。
ーションの条件を示す。尚、ターゲットは以下のように
作製した。即ち、Ｐｒ６０Ｏ１１とＣａＣＯ３およびＭ
ｎ３Ｏ４の各粉末を、Ｐｒ：Ｃａ：Ｍｎの原子比が、
０．７：０．３：１になる割合で秤量し、これにエタノ
ールを加えて、めのう乳鉢で４０分かき混ぜた。そして
前記混合物を大気中にて１０００℃で２４時間焼成し、
粉砕した後再び混合し更にもう―度焼成し、粉砕混合し
た。得られた粉末混合物を１ｔｏｎ／ｃｍ２でプレス
し、大気中にて１１００℃で４８時間加熱し焼成してタ
ーゲットを作製した。
【００３４】
【表１】
このようにして得られたスピントランジスタのゲート電
極電圧とソース−ドレイン間の抵抗率の関係を測定した
ところ、実施例１と同様な特性が得られた。
極電圧とソース−ドレイン間の抵抗率の関係を測定した
ところ、実施例１と同様な特性が得られた。
【００３５】（実施例３）本実施例３では、実施例１の
Ｐｒ１−ｘＣａｘＭｎＯ３薄膜のかわりにＮｄ０ ．５Ｓ
ｒ０．５ＭｎＯ３薄膜を用いたところ、温度５０Ｋにお
いて実施例１と同様なヒステリシスが得られた。
Ｐｒ１−ｘＣａｘＭｎＯ３薄膜のかわりにＮｄ０ ．５Ｓ
ｒ０．５ＭｎＯ３薄膜を用いたところ、温度５０Ｋにお
いて実施例１と同様なヒステリシスが得られた。
【００３６】尚、上述の実施形態は、本発明の好適な実
施の一例である。但し、これに限定されるものではな
く、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々変形
実施が可能である。
施の一例である。但し、これに限定されるものではな
く、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々変形
実施が可能である。
【００３７】
【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
ペロブスカイト型Ｍｎ酸化物層にソース、ドレイン電極
を設け、さらに上記電荷整列相転移を誘起させるために
上記ペロブスカイト型Ｍｎ酸化物層上に絶縁層を介して
ゲート電極を有する構造実現している。このことで、磁
場以外の他の制動によって電荷整列相転移を誘起させ、
これをメモリデバイスに用いることが可能となる。
ペロブスカイト型Ｍｎ酸化物層にソース、ドレイン電極
を設け、さらに上記電荷整列相転移を誘起させるために
上記ペロブスカイト型Ｍｎ酸化物層上に絶縁層を介して
ゲート電極を有する構造実現している。このことで、磁
場以外の他の制動によって電荷整列相転移を誘起させ、
これをメモリデバイスに用いることが可能となる。
【図１】本発明の電荷注入型スピントランジスタの構成
を説明する模式図である。
を説明する模式図である。
【図２】本発明における電荷注入型スピントランジスタ
の動作原理説明するモデル図である。
の動作原理説明するモデル図である。
【図３】本発明における電荷注入型スピントランジスタ
のヒステリシスを示す図である。
のヒステリシスを示す図である。
【図４】本発明の電荷注入型スピントランジスタの実施
例の一例である。
例の一例である。
【図５】本発明の電荷注入型スピントランジスタの作製
工程図である。
工程図である。
【図６】本発明に用いるゾルゲル溶液の調整工程図であ
る。
る。
【図７】本発明の電荷注入型スピントランジスタのゲー
ト電圧とソース−ドレイン間の抵抗率の関係を示す図で
ある。
ト電圧とソース−ドレイン間の抵抗率の関係を示す図で
ある。
１１，４１，５１，：基体（ＳＴＯ）
１２，３１，４２，５２：ペロブスカイトＭｎ酸化物層
ｌ３，４３，５３：ソース電極
ｌ４，４４，５４：ドレイン電極
１５，３２，４５，５５：絶縁層
１６，３３，４６，５６：ゲート電極
フロントページの続き
(72)発明者 寺本 洋二
東京都大田区下丸子３丁目30番２号キヤノ
ン株式会社内
Ｆターム(参考） 5F058 BA11 BB06 BD01 BD04 BD05
BF12 BF46 BH01 BJ01
5F083 FZ10
Claims (7)
- 【請求項１】 基体上に設けられた電荷整列相転移効果
を持つ酸化物層、並びにソース電極、ドレイン電極と、
ゲート電極間に形成された該ゲート電極からの電荷を注
入する酸化物層とを有して構成されたことを特徴とする
電荷注入型スピントランジスタ。 - 【請求項２】 請求項１記載の電荷注入型スピントラン
ジスタにおいて電荷整列相転移効果を持つ酸化物層は、
ＭｎＯ３を母体とするＭｎ系ペロブスカイト酸化物であ
ることを特徴とする電荷注入型スピントランジスタ。 - 【請求項３】 請求項２記載の電荷注入型スピントラン
ジスタにおいて、前記Ｍｎ系ペロブスカイト酸化物は、
Ｐｒ１−ｘＣａｘＭｎＯ３なる構造を有したＣａを添加
したＰｒＣａＭｎＯ３であることを特徴とする請求項１
に記載の電荷注入型スピントランジスタ。 - 【請求項４】 請求項２記載の電荷注入型スピントラン
ジスタにおいて、前記Ｍｎ系ペロブスカイト酸化物は、
Ｎｄ１−ｘＳｒｘＭｎＯ３なる構造を有したＳｒを添加
したＮｄＳｒＭｎＯ３であることを特徴とする請求項１
に記載の電荷注入型スピントランジスタ。 - 【請求項５】 請求項１乃至４の何れかに記載の電荷注
入型スピントランジスタにおいて、前記基体はＳｒＴｉ
Ｏ３単結晶体であることを特徴とする請求項１記載の電
荷注入型スピントランジスタ。 - 【請求項６】 請求項１乃至４の何れかに記載の電荷注
入型スピントランジスタにおいて、前記基体が表面に熱
酸化シリコンを有するシリコンであることを特徴とする
請求項１記載の電荷注入型スピントランジスタ。 - 【請求項７】 請求項１乃至４の何れかに記載の電荷注
入型スピントランジスタにおいて、前記基体がＭｇＯ単
結晶体であることを特徴請求項１記載の電荷注入型スピ
ントランジスタ。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2001265073A JP2003078147A (ja) | 2001-08-31 | 2001-08-31 | 電荷注入型スピントランジスタ |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2001265073A JP2003078147A (ja) | 2001-08-31 | 2001-08-31 | 電荷注入型スピントランジスタ |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2003078147A true JP2003078147A (ja) | 2003-03-14 |
Family
ID=19091586
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2001265073A Withdrawn JP2003078147A (ja) | 2001-08-31 | 2001-08-31 | 電荷注入型スピントランジスタ |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2003078147A (ja) |
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP1385171A2 (en) * | 2002-07-22 | 2004-01-28 | Tohoku University | Method for recording in a nonvolatile solid-state magnetic memory |
| WO2004023563A1 (ja) * | 2002-09-05 | 2004-03-18 | Japan Science And Technology Agency | 電界効果トランジスタ |
| WO2004088753A1 (ja) * | 2003-03-31 | 2004-10-14 | Japan Science And Technology Agency | スピン依存伝達特性を有するトンネルトランジスタ及びそれを用いた不揮発性メモリ |
| WO2006090496A1 (ja) * | 2005-02-25 | 2006-08-31 | Osaka Industrial Promotion Organization | 強磁性伝導体材料およびその製造方法、並びに磁気抵抗素子、電界効果トランジスタ |
| JP2010166039A (ja) * | 2008-12-18 | 2010-07-29 | Hiroshima Univ | ペロブスカイト型酸化物の相転移誘起方法、電子機能素子材料として用いられるペロブスカイト型酸化物、ペロブスカイト型酸化物を用いた電子機能素子及び電子装置 |
-
2001
- 2001-08-31 JP JP2001265073A patent/JP2003078147A/ja not_active Withdrawn
Cited By (11)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP1385171A2 (en) * | 2002-07-22 | 2004-01-28 | Tohoku University | Method for recording in a nonvolatile solid-state magnetic memory |
| EP1385171A3 (en) * | 2002-07-22 | 2004-08-11 | Tohoku University | Method for recording in a nonvolatile solid-state magnetic memory |
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| WO2004088753A1 (ja) * | 2003-03-31 | 2004-10-14 | Japan Science And Technology Agency | スピン依存伝達特性を有するトンネルトランジスタ及びそれを用いた不揮発性メモリ |
| JPWO2004088753A1 (ja) * | 2003-03-31 | 2006-07-06 | 独立行政法人科学技術振興機構 | スピン依存伝達特性を有するトンネルトランジスタ及びそれを用いた不揮発性メモリ |
| KR100737030B1 (ko) * | 2003-03-31 | 2007-07-09 | 도꾸리쯔교세이호징 가가꾸 기쥬쯔 신꼬 기꼬 | 스핀 의존 전달 특성을 갖는 터널 트랜지스터 및 그것을이용한 불휘발성 메모리 |
| US7397071B2 (en) | 2003-03-31 | 2008-07-08 | Japan Science And Technology Agency | Tunnel transistor having spin-dependent transfer characteristics and non-volatile memory using the same |
| US7714400B2 (en) | 2003-03-31 | 2010-05-11 | Japan Science And Technology Agency | Tunnel transistor having spin-dependent transfer characteristics and non-volatile memory using the same |
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| JP2010166039A (ja) * | 2008-12-18 | 2010-07-29 | Hiroshima Univ | ペロブスカイト型酸化物の相転移誘起方法、電子機能素子材料として用いられるペロブスカイト型酸化物、ペロブスカイト型酸化物を用いた電子機能素子及び電子装置 |
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