JP2012059725A - スピン注入電極構造、スピン伝導素子及びスピン伝導デバイス - Google Patents
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Abstract
【解決手段】スピン注入電極構造IEは、シリコンチャンネル層12と、シリコンチャンネル層12の第一部分上に設けられた第一酸化マグネシウム膜13Aと、第一酸化マグネシウム膜13A上に設けられた第一強磁性層14Aと、を備える。第一酸化マグネシウム膜13Aには、シリコンチャンネル層12及び第一強磁性層14Aの両方と格子整合している第一格子整合部分Pが部分的に存在している。
【選択図】図4
Description
まず、基板、絶縁膜、及びシリコン膜からなるSOI基板を準備した。基板にはシリコン基板、絶縁膜には200nmの酸化珪素層を用い、シリコン膜は100nmであった。シリコン膜に導電性を付与するイオンの打ち込みを行った。その後、900℃のアニールにより不純物を拡散させて、シリコン膜の電子濃度の調整を行った。この際、シリコン膜全体の平均電子濃度が5.0×1019cm−3となるようにした。
上述したシリコン膜、酸化マグネシウム膜、および鉄膜の結晶構造のXRD測定結果を図7に示す。なお、酸化マグネシウム膜の膜厚が薄いので、酸化マグネシウム膜に起因するピークは図7に現われない。
NL測定法では、実施例1で作製したスピン伝導素子において、第一強磁性層14Aの磁化方向G1および第二強磁性層14Bの磁化方向G2を外部磁場B1の磁化方向と同一方向(図3に示すY軸方向)に固定した。このスピン伝導素子に対して、第一強磁性層14Aおよび第二強磁性層14Bの磁化方向と平行な方向(Y軸方向)から外部磁場B1を印加した。交流電流源70からの検出用電流を第一強磁性層14Aへ流すことにより、第一強磁性層14Aからシリコンチャンネル層12へスピンを注入した。そして、外部磁場B1による磁化変化に基づく出力を出力測定器80により測定した。この際、温度が8Kである場合と300Kである場合の測定を行った。
NL−Hanle測定法では、実施例1で作製したスピン伝導素子において、印加する外部磁場B2の方向(図3に示すZ軸方向)を第一強磁性層14Aの磁化方向(図3に示すY軸方向)G1および第二強磁性層14Bの磁化方向(図3に示すY軸方向)G2と垂直方向とした。図9は、NL−Hanle測定法における印加磁場と電圧出力の関係を示すグラフである。図9(a)におけるQ1は、第一強磁性層14Aの磁化方向を第二強磁性層14Bの磁化方向と平行に固定した場合の温度8Kにおける測定結果である。図9(a)におけるQ2は、第一強磁性層14Aの磁化方向を第二強磁性層14Bの磁化方向と反平行に固定した場合の温度8Kにおける測定結果である。図9(b)のQ6は、第一強磁性層14Aの磁化方向を第二強磁性層14Bの磁化方向と平行に固定した場合の温度300Kにおける測定結果である。図9(b)のQ7は、第一強磁性層14Aの磁化方向を第二強磁性層14Bの磁化方向と反平行に固定した場合の温度300Kにおける測定結果である。
まず、図4(b)と同様の断面のTEM画像を観察することにより、酸化マグネシウム膜全体の面積に対する、酸化マグネシウム膜におけるシリコン膜および鉄膜の両方と格子整合している部分の面積の比を求めた。さらに、断面の構成が断面に垂直な方向に連続していると仮定し、面積比を体積比Tと置き換えた。すなわち、体積比Tは、酸化マグネシウム膜全体の体積に対する、酸化マグネシウム膜におけるシリコン膜および鉄膜の両方と格子整合している部分の体積の比である。ここでは、複数のスピン伝導素子を作製し、それぞれのスピン伝導素子の体積比Tを見積もった。表1に、これらの体積比Tとスピン分極率Psとの関係を示す。
Claims (11)
- シリコンチャンネル層と、
前記シリコンチャンネル層の第一部分上に設けられた第一酸化マグネシウム膜と、
前記第一酸化マグネシウム膜上に設けられた第一強磁性層と、を備え、
前記第一酸化マグネシウム膜には、前記シリコンチャンネル層および前記第一強磁性層の両方と格子整合している第一格子整合部分が部分的に存在している、スピン注入電極構造。 - 前記第一酸化マグネシウム膜全体の体積に対する、前記第一酸化マグネシウム膜における前記第一格子整合部分の体積の比は5〜50%である、請求項1に記載のスピン注入電極構造。
- 前記第一酸化マグネシウム膜の膜厚は0.6nm以上1.6nm以下である、請求項1または請求項2に記載のスピン注入電極構造。
- 前記第一格子整合部分と前記シリコンチャンネル層との界面の面積は、前記第一格子整合部分と前記第一強磁性層との界面の面積以下である、請求項1〜3のいずれか一項に記載のスピン注入電極構造。
- 前記第一強磁性層の結晶構造は体心立方格子構造である、請求項1〜4のいずれか一項に記載のスピン注入電極構造。
- 前記第一強磁性層は、CoおよびFe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以上の元素とBとを含む化合物である、請求項1〜5のいずれか一項に記載のスピン注入電極構造。
- 前記第一強磁性層上に形成された反強磁性層を更に備え、
前記反強磁性層は、前記第一強磁性層の磁化の向きを固定する、請求項1〜6のいずれか一項に記載のスピン注入電極構造。 - 請求項1〜7のいずれか一項に記載のスピン注入電極構造と、更に
前記シリコンチャンネル層の第二部分上に設けられた第二酸化マグネシウム膜と、
前記第二酸化マグネシウム膜上に設けられた第二強磁性層と、を備え、
前記第二酸化マグネシウム膜には、前記シリコンチャンネル層および前記第二強磁性層の両方と格子整合している第二格子整合部分が部分的に存在している、スピン伝導素子。 - 前記第二強磁性層の保磁力は、前記第一強磁性層の保磁力よりも大きい、請求項7に記載のスピン伝導素子。
- 前記シリコンチャンネル層は、前記第一部分と前記第二部分との間に窪みを有し、
前記窪みの深さは10nm以上である、請求項8または請求項9に記載のスピン伝導素子。 - 請求項1〜7のいずれか一項に記載のスピン注入電極構造を有するスピン伝導デバイス。
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