JP2011009531A - スピン伝導素子 - Google Patents

Abstract

【課題】ノイズを抑制可能なスピン伝導素子を提供する。
【解決手段】チャンネル７、第１絶縁層８１、磁化固定層１２Ｂ、第２絶縁層８２、磁化自由層１２Ｃ、第１配線１８、及び、第２配線１９を備え、以下の要件Ａ及び要件Ｂの少なくとも１つを満たすスピン伝導素子１００である。
要件Ａ：第１配線１８が、磁化固定層１２Ｂ上に磁化固定層１２Ｂの厚み方向に延びる縦部１８ｂと、縦部１８ｂにおける磁化固定層１２Ｂ側から離れた部分から、磁化固定層１２Ｂの厚み方向と交差する方向に延びる横部１８ａと、を有する。
要件Ｂ：第２配線１９が、磁化自由層１２Ｃ上に磁化自由層１２Ｃの厚み方向に延びる縦部１９ｂと、縦部１９ｂにおける磁化自由層１２Ｃ側から離れた部分から、磁化自由層１２Ｃの厚み方向と交差する方向に延びる横部１９ａと、を有する。
【選択図】図１

Description

本発明は、スピン伝導素子に関するものである。

スピンを蓄積または伝導するためのチャンネル上に、磁化自由層及び磁化固定層を設けるスピン伝導素子が知られている。近年、チャンネルに金属材料を用いたスピン伝導素子に代わって、チャンネルに半導体材料を用いたスピン伝導素子が多くの注目を集めている（例えば、特許文献１及び特許文献２参照）。チャンネルに半導体材料を用いたスピン伝導素子は、チャンネルに金属材料を用いたスピン伝導素子よりも、スピン拡散長が長く、スピン出力が大きいという特徴を持っている。

特開２００７−２９９４６７号公報 特許第４０２９７７２号公報

しかしながら、従来のスピン伝導素子では、ノイズが十分に低減できない場合があった。そこで、本発明は、ノイズを十分に抑制可能なスピン伝導素子を提供することを課題とする。

本発明者等が検討したところ、以下のことが判明した。すなわち、スピン伝導素子のノイズの大きな要因として寄生電圧が挙げられる。そして、磁化固定層と磁化自由層とを結ぶ方向（スピン流の流れ方向）と直交し、かつ、磁化固定層や磁化自由層と平行な方向（以下、第１方向と呼ぶことがある）における電位差が、電子注入側となる磁化固定層又は磁化自由層の直下のチャンネルに生じると、寄生電圧によるノイズが大きくなること見出した。そして、このチャンネルの第１方向における電位差は、主として、電子注入側となる磁化固定層又は磁化自由層に接続される配線内の第１方向における電位差に起因する。

本発明のスピン伝導素子は、半導体材料からなるチャンネルと、チャンネル上に第１絶縁層を介して配置された磁化固定層と、チャンネル上に第２絶縁層を介して配置された磁化自由層と、磁化固定層に電気的に接続された第１配線と、磁化自由層に電気的に接続された第２配線と、を備える。そして、以下の要件Ａ及び要件Ｂの少なくとも１つを満たす。
要件Ａ：第１配線が、磁化固定層上に磁化固定層の厚み方向に延びる縦部と、縦部における磁化固定層側から離れた部分から、磁化固定層の厚み方向と交差する方向に延びる横部と、を有する。
要件Ｂ：第２配線が、磁化自由層上に磁化自由層の厚み方向に延びる縦部と、縦部における磁化自由層側から離れた部分から、磁化自由層の厚み方向と交差する方向に延びる横部と、を有する。

本発明によれば、第１配線又は第２配線が縦部を有しており、この縦部において、磁化固定層と磁化自由層とを結ぶ方向と直交し、かつ、磁化固定層や磁化自由層と平行な上記第１方向における電位の分布が均一化されやすい。したがって、この縦部から磁化固定層又は磁化自由層に対して電子が供給される際に、磁化固定層又は磁化自由層において第１方向における電位差の発生を抑制できる。これにより、磁化固定層又は磁化自由層の直下のチャンネルにおける第１方向における電位差が抑制され、スピン伝導素子の寄生電圧を下げることができ、ノイズを低減できる。

ここで、要件Ａ及び要件Ｂの両方を満たすことが好ましい。これによれば、第１配線及び第２配線のいずれからの電子注入も好適に行なえ好ましい。

また、チャンネル上に配置された第１電極及び第２電極と、をさらに備え、チャンネルは所定方向に伸び、第１電極、磁化固定層、磁化自由層、及び、第２電極は、チャンネル上に所定方向に沿ってこの順に配置されていることが好ましい。このようないわゆるチャンネルが細線型のスピン伝導素子では、特に、所定方向（すなわち、スピン流方向）と直交する方向、すなわち、第１方向におけるチャンネル内の電位差の発生によりノイズが発生しやすいが、本発明では、ノイズを効果的に抑制できる。

また、チャンネルを覆う絶縁層をさらに有することが好ましい。これにより、チャンネルから外部への意図しないスピンの漏出を抑制できて好ましい。絶縁層の材料としては、ＳｉＯ_ｘ等の酸化物が好ましい。

また、第１及び第２絶縁層を酸化マグネシウムとすることが好ましい。第１及び第２絶縁層に酸化マグネシウムを用いることにより、スピン注入効率が良くなる。

また、磁化自由層及び磁化固定層の材料を、Ｔｉ、Ｖ、Ｃｒ、Ｍｎ、Ｃｏ、Ｆｅ、及びＮｉからなる群から選択される金属、当該群の元素を１以上含む合金、又は、当該群から選択される１以上の元素及びＢ、Ｃ、及びＮからなる群から選択される１以上の元素を含む合金とすることが好ましい。これらの材料は軟磁性材料であるため、磁化自由層としての機能を好適に実現することが可能である。また、これらの材料はスピン分極率の大きい強磁性材料であるため、磁化固定層としての機能を好適に実現することが可能である。

また、磁化自由層及び磁化固定層には、形状異方性によって保磁力差を付けることが好ましい。これにより、保磁力差をつけるための反強磁性層を省略することが可能である。

また、磁化固定層の保持力を、磁化自由層の保磁力よりも大きくすることが好ましい。これにより、スピン伝導素子における磁化固定層及び磁化自由層としての機能を好適に実現することが可能である。

また、磁化固定層上に形成された反強磁性層を更に備え、反強磁性層により、磁化固定層の磁化の向きを固定することが好ましい。反強磁性層が磁化固定層と交換結合することにより、磁化固定層の磁化方向に一方向異方性を付与することが可能となる。この場合、反強磁性層を設けない場合よりも、高い保磁力を一方向に有する磁化固定層を得られる。

本発明によれば、ノイズを十分に抑制可能なスピン伝導素子を提供することができる。

図１は、第１実施形態に係るスピン伝導素子を示す斜視図である。 図２は、図１におけるII−II線に沿った断面図である。 図３は、第２実施形態に係るスピン伝導素子を示す斜視図である。 図４は、図３におけるIV−IV線に沿った断面図である。 図５は、実施例１に係るスピン伝導素子の印加磁場の強さ（Ｏｅ）と電圧出力（ｎＶ）との関係を示すグラフである。 図６は、比較例１に係るスピン伝導素子の印加磁場の強さ（Ｏｅ）と電圧出力（ｍＶ）との関係を示すグラフである。

以下、添付図面を参照しながら本発明の実施形態を詳細に説明する。なお、図面の説明において、同一の要素には同一の符号を付し、重複する説明を省略する。
（第１実施形態）

図１及び図２を参照して、第１実施形態に係るスピン伝導素子１００を説明する。図１は、スピン伝導素子１００の斜視図である。図２は、図１におけるII−II線に沿った断面図である。

図１に示すように、スピン伝導素子１００は、シリコン基板１、絶縁層２、シリコンチャンネル７、第１絶縁層８１、２絶縁層８２、磁化固定層１２Ｂ、磁化自由層１２Ｃ、第１電極２０Ａ、第２電極２０Ｄ、第１配線１８、及び、第２配線１９を主として備えている。

シリコン基板１上に、絶縁層２及びシリコンチャンネル７がこの順に設けられている。絶縁層２として、例えば酸化シリコンや窒化シリコンが挙げられる。シリコン基板１、絶縁層２、及びシリコンチャンネル７には、例えばＳＯＩ（Ｓｉｌｉｃｏｎ Ｏｎ Ｉｎｓｕｌａｔｏｒ）基板を用いることができる。

シリコンチャンネル７は、スピンが伝導し拡散する層として機能する。シリコンチャンネル７は、シリコンから形成され、導電率を制御すべく必要に応じて所定のドープがなされている。シリコンチャンネル７は、Ｙ軸方向に延びており、Ｙ軸方向を長軸とする、例えば、島状、直方体形状あるいは細線状である。シリコンチャンネル７の上面におけるＸ方向の幅は、１〜１００μｍが好ましい

図１に示すように、シリコンチャンネル７は、側面に傾斜部を有しており、その傾斜角度θは、５０度〜６０度である。ここで、傾斜角度θとは、シリコンチャンネル７の底部と側面のなす角度である。なお、シリコンチャンネル７はウェットエッチングにより形成することができ、シリコンチャンネル７の上面は（１００）面であることが好ましい。

また、シリコンチャンネル７上において、Ｙ軸方向に沿って、第１電極２０Ａ、磁化固定層１２Ｂ、磁化自由層１２Ｃ、及び第２電極２０Ｄがこの順に配置されている。すなわち、第１電極２０Ａと第２電極２０Ｄは、磁化固定層１２Ｂ及び磁化自由層１２Ｃの両外側に配置されている。

第１電極２０Ａ及び第２電極２０Ｄとして、例えば、ＡｌなどのＳｉに対して低抵抗な非磁性金属を用いることができる。

第１絶縁層８１、第２絶縁層８２は、トンネル磁気抵抗効果を発現させるための絶縁層である。第１絶縁層８１及び第２絶縁層８２は、シリコンチャンネル７上に接して設けられている。

抵抗の増大を抑制し、トンネル絶縁層として機能させる観点から、第１絶縁層８１及び第２絶縁層８２の膜厚は、３ｎｍ以下であることが好ましい。また、第１絶縁層８１及び第２絶縁層８２の膜厚は、１原子層厚を考慮して、０．４ｎｍ以上であることが好ましい。第１絶縁層８１及び第２絶縁層８２として、例えば、酸化マグネシウムが用いられる。第１絶縁層８１及び第２絶縁層８２に酸化マグネシウムを用いることにより、スピン注入効率が良くなる。

磁化固定層１２Ｂは、第１絶縁層８１を介してシリコンチャンネル７上に設けられている。磁化自由層１２Ｃは、第２絶縁層８２を介してシリコンチャンネル７上に設けられている。

磁化固定層１２Ｂ及び磁化自由層１２Ｃは、強磁性材料からなる。磁化固定層１２Ｂ及び磁化自由層１２Ｃの材料として、例えば、Ｔｉ、Ｖ、Ｃｒ、Ｍｎ、Ｃｏ、Ｆｅ、及びＮｉからなる群から選択される金属、当該群の元素を１以上含む合金、又は、当該群から選択される１以上の元素及びＢ、Ｃ、及びＮからなる群から選択される１以上の元素を含む合金が挙げられる。これらの材料は軟磁性材料であるため、磁化自由層１２Ｃとしての機能を好適に実現することが可能である。また、これらの材料はスピン分極率の大きい強磁性材料であるため、磁化固定層１２Ｂとしての機能を好適に実現することが可能である。

磁化固定層１２Ｂ及び磁化自由層１２Ｃは、それぞれＸ方向を長軸とした直方体形状を有している。Ｙ方向における幅が、磁化固定層１２Ｂよりも磁化自由層１２Ｃの方が大きい。磁化固定層１２Ｂ及び磁化自由層１２Ｃは、Ｘ方向とＹ方向のアスペクト比の違いによって、反転磁場の差が付けられている。このように、磁化固定層１２Ｂ及び磁化自由層１２Ｃには、形状異方性によって保磁力差が付けられており、磁化固定層１２Ｂは、磁化自由層１２Ｃよりも保磁力が大きい。

第１配線１８は、電極パッドＥ１と磁化固定層１２Ｂとを電気的に接続する配線である。第１配線１８は、磁化固定層１２Ｂ上に磁化固定層１２Ｂの厚み方向（Ｚ方向）に延びる縦部１８ｂと、縦部１８ｂにおける磁化固定層１２Ｂ側から離れた部分から、磁化固定層１２Ｂの厚み方向（Ｚ方向）と交差する方向（−Ｙ方向）、すなわち、シリコンチャンネル７に沿って延びる横部１８ａと、を有する。横部１８ａの先端は、シリコンチャンネル７と対向しない領域にまで伸び、電極パッドＥ１と接続されている。第１配線１８のＸ方向の幅は、磁化固定層１２ＢのＸ方向の幅と同じとされている。

第２配線１９は、電極パッドＥ２と磁化自由層１２Ｃとを電気的に接続する配線である。第２配線１９は、磁化自由層１２Ｃ上に磁化自由層１２Ｃの厚み方向（Ｚ方向）に延びる縦部１９ｂと、縦部１９ｂにおける磁化自由層１２Ｃ側から離れた部分から、磁化自由層１２Ｃの厚み方向（Ｚ方向）と交差する方向（＋Ｙ方向）、すなわち、シリコンチャンネル７に沿って延びる横部１９ａと、を有する。横部１９ａの先端は、シリコンチャンネル７と対向しない領域にまで伸び、電極パッドＥ２と接続されている。第２配線１９のＸ方向の幅は、磁化自由層１２ＣのＸ方向の幅と同じとされている。

縦部１８ｂ、１９ｂのＺ方向の厚みは特に限定されないが、１００〜１０００ｎｍ程度が好ましい。また、横部１８ａ、１９ａのＺ方向の厚みは特に限定されないが、１０〜５０ｎｍ程度が好ましい。

また、縦部１８ｂ、１９ｂは、磁化固定層１２Ｂ，磁化自由層１２Ｃの上面の全面を覆うように形成されている。

第３配線１３は、電極パッドＥ３と第１電極２０Ａとを電気的に接続する配線であり、シリコンチャンネル７に沿う方向に延びている。第４配線１４は、電極パッドＥ４と第２電極２０Ｄとを電気的に接続する配線であり、シリコンチャンネル７に沿う方向に延びている。電極パッドＥ３、電極パッドＥ１、電極パッドＥ２、電極パッドＥ４は、この順に、Ｙ方向に並んで設けられている。

第１配線１８、第２配線１９、第３配線１３、及び、第４配線１４は、例えば、Ｃｕ、ＣｕＡｕ、Ａｇ、Ａｌ、Ａｕ、ＣｕＢｅなどの導電性材料からなる。縦部１８ａ、１８ｂは同一の材料から形成されることが好ましい。電極パッドＥ１〜Ｅ４は、Ａｕなどの導電性材料からなり、図２に示すように、絶縁層５０から露出している。

シリコンチャンネル７、磁化固定層１２Ｂ、磁化自由層１２Ｃにおいて、第１電極２０Ａ、第２電極２０Ｄ，絶縁層８１，８２、縦部１８ｂ、１９ｂに覆われていない露出部は、絶縁層５０により覆われている。これにより、シリコンチャンネル７内のスピン流がシリコンチャンネル７の外側へ漏れ出ることを抑制できる。絶縁層５０には、絶縁材料が用いられ、例えば、酸化シリコンなどの酸化膜や窒化シリコンなどの窒化膜が用いられる。酸化シリコンは保護膜として好適である。また、酸化シリコン膜は、シリコンからなるシリコンチャンネル７上に容易に作製できる。

以下、スピン伝導素子１００の動作を説明する。図１及び図２に示すように、電極パッドＥ１及びＥ３を電流源７０に接続することにより、磁化固定層１２Ｂからシリコンチャンネル７に電子を供給することができる。強磁性体である磁化固定層１２Ｂから、絶縁層８１を介して、非磁性のシリコンチャンネル７へ電子が流れることにより、磁化固定層１２Ｂの磁化の向きに対応するスピンを有する電子がシリコンチャンネル７へ注入される。注入されたスピンは磁化自由層１２Ｃ側へ拡散していく。このように、シリコンチャンネル７に流れるスピン流が、主にＹ方向に流れる。そして、外部からの磁界によって変化される磁化自由層１２Ｃの磁化の向き、すなわち電子のスピンと、シリコンチャンネル７の磁化自由層１２Ｃと接する部分の電子のスピンとの相互作用により、シリコンチャンネル７と磁化自由層１２Ｃの間において電圧出力が発生する。この電圧出力は、電極パッドＥ２及びＥ４に接続した電圧測定器８０により検出することができる。

第１実施形態にかかるスピン伝導素子１００による効果を説明する。第１実施形態にかかるスピン伝導素子１００では、電子注入側である第１配線１８が縦部１８ｂを有しており、この縦部１８ｂにおいて、磁化固定層１２Ｂと磁化自由層１２Ｃとを結ぶ方向（Ｙ方向）と直交し、かつ、磁化固定層１２Ｂや磁化自由層１２Ｃと平行な第１方向、すなわち、Ｘ方向における電位の分布が均一化されやすい。したがって、この縦部１８ｂから磁化固定層１２Ｂに対して電子が供給される際に、磁化固定層１２ＢにおいてＸ方向における電位差の発生を抑制でき、磁化固定層１２Ｂの直下のシリコンチャンネル７における第１方向における電位差が抑制される。これにより、スピン伝導素子１００の寄生電圧を下げることができ、ノイズを低減できる。また、Ｓ／Ｎ比が改善し、より高精度な磁場の検出等が可能となる。さらに、ＭＲ比も向上する。

以上、第１実施形態に係るスピン伝導素子について説明したが、本発明はこれに限定されない。
（第２実施形態）

続いて、図３、図４を参照して、第２実施形態に係るスピン伝導素子２００を説明する。図３は、第２実施形態に係るスピン伝導素子２００を示す斜視図である。図４は、図３におけるIV−IV線に沿った断面図である。

第２実施形態が第１実施形態と異なる点は、第１配線１８、第２配線１９の横部１８ａ，１９ａが、シリコンチャンネル７に沿う方向（Ｙ方向）でなく、Ｘ方向に延びる点である。また、第１配線１８、第２配線１９と同様に、第３配線１３は、縦部１３ｂ及び横部１３ａを有し、第４配線１４は、縦部１４ｂ及び横部１４ａを有し、横部１３ａ及び横部１４ａはＸ方向に延びている。

本実施形態によっても、縦部１８ｂの存在により、第１実施形態と同様の作用効果を奏する。

以上、第１及び第２実施形態で本発明を説明したが、本発明はこれに限定されない。
例えば、上記第１実施形態では、横部１８ａの延在方向がシリコンチャンネル７の延在方向と平行であり、第２実施形態では、横部１８ａの延在方向がシリコンチャンネル７の延在方向と直交する方向であるが、厚み方向であるＺ方向と交差する方向であれば、例えば、斜め方向でもよい。また、配線の長さも特に限定されない。

また、第１、第２実施形態では、磁化固定層１２Ｂから電子を注入しているが、電流源７０と電圧測定器８０とを入れ替えることにより、磁化自由層１２Ｃからシリコンチャンネル７に電子を注入してもよい。この場合、第２配線１９の縦部１９ｂの存在により、上述と同様の効果を奏する。また、本発明では、第１、第２上記実施形態のように、第１配線１８及び第２配線１９の両方に、それぞれ縦部１８ｂ、１９ｂを設けているが、電子を注入する配線側の一方のみに縦部を設ける、すなわち、縦部１８ｂ又は縦部１９ｂの何れかのみを有していても実施可能なことはいうまでもない。

また、第１及び第２実施形態では、チャンネルとしてシリコンからなるチャンネルを用いる例を示したが、チャンネルは半導体材料からなれば良い。例えば、半導体材料からなるチャンネルとして、ＧａＡｓなどの化合物半導体や、炭素系材料などを用いても良い。

また、上記実施形態では、細線型のシリコンチャンネルとしているが、シリコンチャンネルの形状も特に限定されず、例えば、平面視の縦横比がほぼ１の平板状でも実施可能であり、第１電極２０Ａ、磁化固定層１２Ｂ、磁化自由層１２Ｃ、及び、第２電極２０Ｄが一列に並んでいなくても実施は可能である。

また、例えば、磁化固定層１２Ｂ及び磁化自由層１２Ｃに形状異方性によって保磁力差を付けるのではなく、例えば、磁化固定層１２Ｂ上に縦部１８ｂとの間に反強磁性層を更に備えても良い。反強磁性層は、磁化固定層１２Ｂの磁化の向きを固定するものとして機能する。反強磁性層が磁化固定層と交換結合することにより、磁化固定層の磁化方向に一方向異方性を付与することが可能となる。この場合、反強磁性層を設けない場合よりも、高い保磁力を一方向に有する磁化固定層が得られる。反強磁性層に用いられる材料は、磁化固定層に用いられる材料に合わせて選択される。例えば、反強磁性層として、Ｍｎを用いた反強磁性を示す合金、具体的にはＭｎと、Ｐｔ，Ｉｒ，Ｆｅ，Ｒｕ，Ｃｒ，Ｐｄ，及びＮｉのうちから選ばれる少なくとも一つの元素とを含む合金が挙げられる。具体的には、例えば、ＩｒＭｎ、ＰｔＭｎが挙げられる。

以下、実施例１に基づいて本発明をより具体的に説明するが、本発明は以下の実施例１に限定されるものではない。
（実施例１）

シリコン基板、シリコン酸化膜（厚さ２００ｎｍ）、及びシリコン膜（厚さ１００ｎｍ）からなるＳＯＩ基板を準備した。シリコン膜にｎ型の導電性を付与するためのイオン注入を行った。そして、アニールにより不純物を拡散させた。アニール温度は、９００℃とした。その後、洗浄により、シリコン膜の表面の付着物、有機物、酸化膜、及びマスクの除去をした。洗浄液として、ＨＦを用いた。

続いて、シリコン膜上に、酸化マグネシウム膜（厚さ０．８ｎｍ）を超高真空電子ビーム蒸着法により成膜した。さらに、酸化マグネシウム膜上に、鉄膜（厚さ１０ｎｍ）、及びチタン膜をこの順にＭＢＥ法により成膜し、その後基板を洗浄した。なお、チタン膜は、磁化固定層となる鉄膜の酸化による特性劣化を抑制するためのキャップ層である。チタン膜はアモルファスであるため、鉄膜の結晶性への影響は少ない。

続いて、フォトリソグラフィー法により、アライメントマークを作成し、さらに、酸化マグネシウム膜、鉄膜、及び、チタン膜をイオンミリングによりパターニングした。酸化アルミニウム膜、酸化マグネシウム膜、鉄膜、チタン膜、及びレジストをマスクとして、シリコン膜を異方性ウェットエッチングによりパターニングした。

この際、シリコンチャンネルのサイズは、２３μｍ×３００μｍとした。また、得られたシリコンチャンネルの側面を酸化させて、絶縁層としてのシリコン酸化膜を形成した。

その後、イオンミリング及び化学的なエッチングにより鉄膜をパターニングして、磁化固定層及び磁化自由層をそれぞれ得た。次に、磁化固定層及び磁化自由層とシリコンチャンネルとの間以外に位置する酸化膜マグネシウム膜を除去した。これにより、第１絶縁層及び第２絶縁層を得た。露出したシリコンチャンネルのうち、磁化固定層の外側及び磁化自由層の外側に、それぞれＡｌ膜を形成し、第１電極及び第２電極を得た。

さらに、シリコンチャンネル側壁のシリコン酸化膜、第１絶縁層、第２絶縁層、磁化固定層、磁化自由層、第１電極、及び、第２電極の側面上と、シリコンチャンネルの上面のうち磁化固定層、磁化自由層、第１電極、及び、第２電極の形成されていない部分とに、絶縁層としてシリコン酸化膜を形成した。

次に、第１電極及び第２電極上に図１に示す配線１３，１４をそれぞれ形成した。配線１３，１４として、ＣｕＡｕ合金（厚さ５０ｎｍ）を用いた。その後、配線間の絶縁のために基板上にＳｉＯ_ｘを１００ｎｍ形成した。次に、磁化固定層１２Ｂ、磁化自由層１２Ｃ上に、図１に示す配線１８，１９をそれぞれ形成した。配線１８，１９の横部１８ａ，１９ａとしてＺ方向の厚さ５０ｎｍのＣｕＡｕ合金を、縦部１８ｂ、１９ｂとしてＺ方向の厚さ２００ｎｍのＣｕＡｕ合金を用いた。さらに、基板上に保護膜としてＳｉＯ_ｘを１００ｎｍ形成した後、各配線の端部にそれぞれ電極パッドを形成した。電極パッドとして、Ｃｒ（厚さ５０ｎｍ）とＡｕ（厚さ１５０ｎｍ）の積層構造を用いた。こうして、図１に示すスピン伝導素子１００と同様の構成を有する実施例１のスピン伝導素子を作成した。

（比較例１）
配線として、縦部を設けず、横部を磁化固定層及び磁化自由層のＸ方向の端部上に載せた構造とする以外は、実施例１と同様とした。

＜出力電圧の評価＞
実施例１及び比較例１で作製したスピン伝導素子に対して外部磁界をＸ方向に印加し、これに応じて出力される出力電圧を測定した。具体的には、電流源からの検出用電流を磁化固定層へ流すことにより、磁化固定層からシリコンチャンネルへスピンを注入した。そして、外部磁場による磁化自由層の磁化変化に基づく電圧出力を電圧測定器により測定した。

実施例１の結果を図５に、比較例１の結果を図６に示す。図５及び図６は、印加磁場の強さ（Ｏｅ）と電圧出力（図５：ｎＶ、図６：ｍＶ）との関係を示すグラフである。点線は、印加磁場を負から正の値まで増加させた場合、実線は印加磁場を正の値から負の値まで減少させた場合を示す。

図５に示されるように、実施例のスピン伝導素子では、ノイズも少なく磁化自由層の磁化反転、及び、磁化固定層の磁化反転に伴う信号出力が好適に得られた。一方、比較例１のスピン伝導素子では、ノイズが１０００倍程度高く、磁化自由層や磁化固定層の磁化反転に基づく信号出力は明瞭に得られなかった。

１…シリコン基板、２…絶縁層、７…シリコンチャンネル（半導体材料からなるチャンネル）、５０…絶縁層、１２Ｂ…磁化固定層、１２Ｃ…磁化自由層、１３、１４、１８、１９…配線、１８ａ，１９ａ…横部、１８ｂ、１９ｂ…縦部、２０Ａ…第１電極、２０Ｄ…第２電極、１００，２００…スピン伝導素子、Ｅ１〜Ｅ４…電極パッド。

Claims (8)

1. 半導体材料からなるチャンネルと、
   前記チャンネル上に第１絶縁層を介して配置された磁化固定層と、
   前記チャンネル上に第２絶縁層を介して配置された磁化自由層と、
   前記磁化固定層に電気的に接続された第１配線と、
   前記磁化自由層に電気的に接続された第２配線と、を備え、
   以下の要件Ａ及び要件Ｂの少なくとも１つを満たすスピン伝導素子。
   要件Ａ：前記第１配線が、前記磁化固定層上に前記磁化固定層の厚み方向に延びる縦部と、前記縦部における前記磁化固定層側から離れた部分から、前記磁化固定層の厚み方向と交差する方向に延びる横部と、を有する。
   要件Ｂ：前記第２配線が、前記磁化自由層上に前記磁化自由層の厚み方向に延びる縦部と、前記縦部における前記磁化自由層側から離れた部分から、前記磁化自由層の厚み方向と交差する方向に延びる横部と、を有する。
2. 前記要件Ａ及び要件Ｂの両方を満たす請求項１記載のスピン伝導素子。
3. 前記チャンネル上に配置された第１電極及び第２電極と、をさらに備え、
   前記チャンネルは所定方向に伸び、
   前記第１電極、前記磁化固定層、前記磁化自由層、及び前記第２電極は、前記チャンネル上に前記所定方向に沿ってこの順に配置された請求項１又は２記載のスピン伝導素子。
4. 前記チャンネルを覆う絶縁層をさらに有する請求項１〜３の何れか記載のスピン伝送素子。
5. 前記第１絶縁層及び前記第２絶縁層が酸化マグネシウムである、請求項１〜４のいずれか一項に記載のスピン伝導素子。
6. 前記磁化自由層及び前記磁化固定層の材料が、Ｔｉ、Ｖ、Ｃｒ、Ｍｎ、Ｃｏ、Ｆｅ、及びＮｉからなる群から選択される金属、前記群の元素を１以上含む合金、又は、前記群から選択される１以上の元素及びＢ、Ｃ、及びＮからなる群から選択される１以上の元素を含む合金である、請求項１〜５のいずれか一項に記載のスピン伝導素子。
7. 前記磁化自由層及び前記磁化固定層には、形状異方性によって保磁力差が付けられている、請求項１〜６のいずれか一項に記載のスピン伝導素子。
8. 前記磁化固定層と前記第１配線との間に反強磁性層を更に備え、
   前記反強磁性層は、前記磁化固定層の磁化の向きを固定する、請求項１〜７のいずれか一項に記載のスピン伝導素子。

Images