JP2012078580A - Light modulation element and spatial light modulator using the same - Google Patents

Light modulation element and spatial light modulator using the same Download PDF

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a light modulation element having no need to use a transparent electrode for a drive electrode, and capable of increasing an aperture ratio and efficiently modulating polarization besides accurately sensing a magnetization reversal action, and a spatial light modulator using the light modulation element.SOLUTION: A light modulation element 1 is formed on a substrate 7 transmitting light and comprises a spin injection magnetization reversal element structure in which a magnetization free layer 3, intermediate layers 21, 22 and magnetization fixation layers 11, 12 are laminated in this order. The light modulation element 1 further comprises a transparent electrode layer 8 between the substrate 7 and the magnetization free layer 3. In the light modulation element 1, the magnetization fixation layers 11, 12 are made up of two magnetization fixation layers 11 and 12 separated on one same plane and the two magnetization fixation layers 11 and 12 are fixed in magnetization intensity antiparallel to each other, and respectively a magnetic body having a larger coercive force than the magnetization free layer 3.

Description

本発明は、入射した光を磁気光学効果により光の位相や振幅等を空間的に変調して出射する光変調素子およびこれを用いた空間光変調器に関する。   The present invention relates to a light modulation element that emits incident light by spatially modulating the phase and amplitude of the light by a magneto-optic effect, and a spatial light modulator using the light modulation element.

空間光変調器は、画素として光学素子(光変調素子)を用い、これを2次元アレイ状に配列して光の位相や振幅等を空間的に変調するものであって、ホログラフィ装置等の露光装置、ディスプレイ技術、記録技術等の分野で広く利用されている。また、2次元で並列に光情報を処理することができることから光情報処理技術への応用も研究されている。空間光変調器として、従来より液晶が用いられ、表示装置として広く利用されているが、ホログラフィや光情報処理用としては、応答速度や画素の高精細性が不十分であるため、近年では、高速処理かつ画素の微細化の可能性が期待される磁気光学材料を用いた磁気光学式空間光変調器の開発が進められている。   A spatial light modulator uses an optical element (light modulation element) as a pixel and arranges it in a two-dimensional array to spatially modulate the phase and amplitude of light. Widely used in fields such as equipment, display technology, and recording technology. In addition, since optical information can be processed in two dimensions in parallel, its application to optical information processing technology is also being studied. As a spatial light modulator, liquid crystal has been conventionally used and widely used as a display device, but for holography and optical information processing, since response speed and high definition of pixels are insufficient, in recent years, Development of a magneto-optic spatial light modulator using a magneto-optic material that is expected to be capable of high-speed processing and pixel miniaturization is in progress.

磁気光学式空間光変調器(以下、空間光変調器)においては、磁気光学材料すなわち磁性体に入射した光が透過または回折する際にその偏光の向きを変化(旋光)させて出射する、ファラデー効果(回折の場合はカー効果)を利用している。すなわち、選択された画素(選択画素)における光変調素子の磁化方向とそれ以外の画素(非選択画素)における光変調素子の磁化方向を異なるものとして、選択画素から出射した光と非選択画素から出射した光で、その偏光の回転角(旋光角)に差を生じさせる。このような光変調素子の磁化方向を変化させる方法として、光変調素子に磁界を印加する磁界印加方式の他に、近年では光変調素子に電流を供給することでスピンを注入するスピン注入方式(例えば、特許文献1)、磁壁を駆動する磁壁駆動方式(例えば、特許文献2参照)がある。   In a magneto-optical spatial light modulator (hereinafter referred to as a spatial light modulator), when light incident on a magneto-optical material, that is, a magnetic material is transmitted or diffracted, the direction of polarization is changed (rotation) and emitted. The effect (Kerr effect in the case of diffraction) is used. That is, assuming that the magnetization direction of the light modulation element in the selected pixel (selected pixel) is different from the magnetization direction of the light modulation element in the other pixel (non-selected pixel), the light emitted from the selected pixel and the non-selected pixel The emitted light causes a difference in the rotation angle (rotation angle) of the polarized light. As a method of changing the magnetization direction of such a light modulation element, in addition to a magnetic field application method in which a magnetic field is applied to the light modulation element, in recent years, a spin injection method in which spin is injected by supplying a current to the light modulation element ( For example, Patent Document 1) and a domain wall drive system for driving a domain wall (for example, see Patent Document 2) are available.

図13に示すように、スピン注入方式を用いたスピン注入型の空間光変調器100は、基板107上に設けられた光変調素子101の上下に一対の駆動電極(上部電極102および下部電極103)を接続して膜面に垂直に電流を供給することにより、スピンが注入されて積層された磁性膜の一部の層(磁化自由層)の磁化方向が変化(反転)する。そして磁気カー効果により磁化自由層の磁化の向きに応じて出射光(出射偏光)の偏光状態を、θと、−θの2値に変調することができる。このような空間光変調器100においては、入射偏光側と出射偏光側にそれぞれ偏光子PFi,PFoを設け、これら偏光子PFi,PFoの偏光面を互いに所定角度に設定したクロスニコル配置とする。そして、光変調素子101によって偏光面が角度−θ回転すると、出射偏光は偏光子PFoを透過できず暗状態となり、角度θだけ回転すると、その分、出射偏光は偏光子PFoを透過し、明状態となる。 As shown in FIG. 13, a spin injection spatial light modulator 100 using a spin injection method includes a pair of drive electrodes (an upper electrode 102 and a lower electrode 103) above and below a light modulation element 101 provided on a substrate 107. ) To supply a current perpendicular to the film surface, the magnetization direction of a part of the magnetic film (magnetization free layer) laminated by spin injection is changed (reversed). The polarization state of the outgoing light (outgoing polarized light) can be modulated into two values of θ k and −θ k according to the direction of magnetization of the magnetization free layer by the magnetic Kerr effect. In such a spatial light modulator 100, polarizers PFi and Pfo are provided on the incident polarization side and the output polarization side, respectively, and the polarization planes of these polarizers PFi and Pfo are set to a crossed Nicols arrangement with a predetermined angle. When the plane of polarization is rotated by the angle −θ k by the light modulation element 101, the outgoing polarized light cannot pass through the polarizer PFo and becomes dark, and when rotated by the angle θ k , the outgoing polarized light passes through the polarizer PFo. It becomes bright.

図14に示すように、磁壁駆動方式を用いた磁壁駆動型の空間光変調器200は、基板207上に設けられた磁性細線(磁化自由層)201の一方の端部にその中央部の磁化と反平行となる磁化を固定し、磁性細線201の端部に設けた駆動電極202に電流を供給することにより、磁性細線201の一方の端部と中央部との間に生じた磁壁201aを他方の端部側に駆動(移動)して、磁性細線201の中央部の磁化方向を変化(反転)させるものである。そして磁気カー効果により磁性細線201の磁化の向きに応じて出射光(出射偏光)の偏光状態を、θと、−θの2値に変調することができる。このような空間光変調器200においては、入射偏光側と出射偏光側にそれぞれ偏光子PFi,PFoを設け、これら偏光子PFi,PFoの偏光面を互いに所定角度に設定したクロスニコル配置とする。そして、磁性細線201によって偏光面が角度−θ回転すると、出射偏光は偏光子PFoを透過できず暗状態となり、角度θだけ回転すると、その分、出射偏光は偏光子PFoを透過し、明状態となる。 As shown in FIG. 14, the domain wall drive type spatial light modulator 200 using the domain wall drive system has a magnetization at a central portion at one end of a magnetic wire (magnetization free layer) 201 provided on a substrate 207. The magnetic domain wall 201a generated between one end and the center of the magnetic wire 201 is supplied by supplying a current to the drive electrode 202 provided at the end of the magnetic wire 201. It is driven (moved) to the other end side to change (reverse) the magnetization direction at the center of the magnetic wire 201. The polarization state of outgoing light (outgoing polarized light) can be modulated into two values of θ k and −θ k according to the magnetization direction of the magnetic wire 201 by the magnetic Kerr effect. In such a spatial light modulator 200, polarizers PFi and Pfo are provided on the incident polarization side and the output polarization side, respectively, and the polarization planes of these polarizers PFi and Pfo are set to a crossed Nicol arrangement in which the polarization planes are set at a predetermined angle. Then, when the plane of polarization is rotated by the angle −θ k by the magnetic wire 201, the outgoing polarized light cannot pass through the polarizer PFo and becomes dark, and when rotated by the angle θ k , the outgoing polarized light passes through the polarizer PFo. It becomes bright.

特開2008−83686号公報JP 2008-83686 A 特開2010−20114号公報JP 2010-20114 A

しかしながら、従来の技術においては、以下のような問題がある。
スピン注入磁化反転素子には上下に電流を供給するための駆動電極を設けるため、スピン注入磁化反転素子に光を入射するためには、回折型の空間光変調器の光変調素子であれば上または下の一方に、あるいは透過型の空間光変調器の光変調素子であれば上下共に、光を透過する透明電極を適用しなくてはならない。透明電極は、金属電極と比べて導電性が大きく劣るため、複数の画素に均一な電流を供給することが困難であるという問題がある。特により多数の光変調素子を2次元アレイ状に配列した高精細の空間光変調器になるほど中央部で動作が遅れる虞がある。これを防止するためには、駆動電極を厚膜化したり、大電流を供給して空間光変調器を動作させたりする必要があり、省電力化の点で改良の余地がある。
However, the conventional techniques have the following problems.
Since the spin injection magnetization reversal element is provided with drive electrodes for supplying current vertically, the light modulation element of the diffractive spatial light modulator can be used to make light incident on the spin injection magnetization reversal element. Alternatively, a transparent electrode that transmits light must be applied to one of the lower and upper and lower sides of the light modulation element of a transmissive spatial light modulator. The transparent electrode has a problem that it is difficult to supply a uniform current to a plurality of pixels because the transparent electrode is significantly inferior to the metal electrode. In particular, the higher the spatial light modulator having a larger number of light modulation elements arranged in a two-dimensional array, the more the operation may be delayed at the center. In order to prevent this, it is necessary to increase the thickness of the drive electrode or supply a large current to operate the spatial light modulator, and there is room for improvement in terms of power saving.

また、光変調される有効領域の面積率(開口率)を大きくするためには、素子サイズ(面積)を大きくする必要があるが、一方でスピン注入磁化反転素子は、好適に磁化反転させるために一辺が300nm以下程度の微小な素子サイズとする必要がある。そのため、素子サイズを大きくして開口率の増大を図ると共に、効率的な磁化反転を行なうことができる空間光変調器の開発が望まれている。   Further, in order to increase the area ratio (aperture ratio) of the effective region to be light-modulated, it is necessary to increase the element size (area). On the other hand, the spin-injection magnetization reversal element suitably reverses the magnetization. In addition, it is necessary to make the element size as small as 300 nm or less on one side. Therefore, it is desired to develop a spatial light modulator capable of increasing the aperture ratio by increasing the element size and performing efficient magnetization reversal.

特許文献2に記載された空間光変調器においては、駆動電極にCu等の金属電極を用いることができ、特許文献1で用いられていた比抵抗の高いIZOやITO等の透明電極(比抵抗はCu電極の200倍程度)を用いる必要がないため、複数の画素に均一な電流を供給することができるが、以下のような問題がある。   In the spatial light modulator described in Patent Document 2, a metal electrode such as Cu can be used as the drive electrode, and a transparent electrode (specific resistance) such as IZO or ITO having a high specific resistance used in Patent Document 1 is used. Can be supplied with a uniform current to a plurality of pixels, but has the following problems.

磁性細線の端部に反平行磁化が常に存在しているために、磁性細線(光変調素子)の開口率が低下する。また、一般的に磁壁の生成は磁性細線の形状、材料に強く依存し、磁性細線の端部に所望の反平行磁化を安定して形成することが困難であるため、効率的な磁化反転を行うことは困難である。さらに、電極が2つしかないため、磁性細線(光変調素子)の磁化反転動作を正確に知るには、磁性細線の両端に配置された電極間の磁壁抵抗を測定するほかない。なお、磁壁抵抗は、その変化率が小さいため、光変調素子の磁化反転動作を正確に知ることが困難である。   Since antiparallel magnetization always exists at the end of the magnetic wire, the aperture ratio of the magnetic wire (light modulation element) decreases. In general, the domain wall generation depends strongly on the shape and material of the magnetic wire, and it is difficult to stably form the desired antiparallel magnetization at the end of the magnetic wire. It is difficult to do. Furthermore, since there are only two electrodes, the only way to know the magnetization reversal operation of the magnetic wire (light modulation element) is to measure the domain wall resistance between the electrodes arranged at both ends of the magnetic wire. The domain wall resistance has a small rate of change, and it is difficult to accurately know the magnetization reversal operation of the light modulation element.

本発明は前記問題点に鑑み創案されたもので、駆動電極に透明電極を適用する必要がなく、また、開口率を増大させることができると共に、効率的な偏光変調を行なうことができ、さらに、空間光変調器に使用する場合に、磁化反転動作を正確に知ることができる光変調素子およびこの光変調素子を用いた空間光変調器を提供することを課題とする。   The present invention was devised in view of the above problems, and there is no need to apply a transparent electrode to the drive electrode, the aperture ratio can be increased, and efficient polarization modulation can be performed. It is an object of the present invention to provide a light modulation element that can accurately know the magnetization reversal operation and a spatial light modulator using the light modulation element when used in a spatial light modulator.

前記課題を解決するため、本発明者らは、既に発明したデュアルピン構造のスピン注入磁化反転素子を適用した光変調素子(特開2010−60748号公報参照)について、その積層の配置を変え、磁化自由層の上下に配置していた磁化固定層を、両方共、磁化自由層の上に積層することで、磁化自由層を底部としたU字型に電流経路を形成し、磁化自由層の下に駆動電極を要しない構成とすることに至った。また、この構成により、開口率を大きくすると共に、効率的な磁化反転を行なうことを可能とした。さらに基板と、磁化自由層との間に透明電極層を備えることで、磁化自由層での磁化反転動作を正確に知ることを可能とした。   In order to solve the above-mentioned problems, the inventors changed the arrangement of the layers of the light modulation element (see JP 2010-60748 A) to which the spin-injection magnetization reversal element having the dual pin structure already invented was applied, By laminating the magnetization fixed layers arranged above and below the magnetization free layer on the magnetization free layer, a current path is formed in a U shape with the magnetization free layer as the bottom, and It came to the structure which does not require a drive electrode below. In addition, this configuration makes it possible to increase the aperture ratio and perform efficient magnetization reversal. Further, by providing a transparent electrode layer between the substrate and the magnetization free layer, the magnetization reversal operation in the magnetization free layer can be accurately known.

すなわち、本発明に係る光変調素子は、光を透過させる基板上に形成され、磁化自由層と、中間層と、磁化固定層と、がこの順序で積層されたスピン注入磁化反転素子構造を有し、前記磁化固定層上に接続した一対の駆動電極間に電流が供給され、前記磁化自由層の磁化方向を変化させることによって前記基板を透過して入射した光をその偏光方向を変化させて回折して出射する光変調素子であって、前記光変調素子は、さらに、前記基板と前記磁化自由層との間に透明電極層を備え、前記磁化固定層は、同一平面上に分離した2つの磁化固定層からなり、前記2つの磁化固定層は、互いに反平行な磁化に固定され、かつ前記磁化自由層よりも保磁力の大きい磁性体であることを特徴とする。   That is, the light modulation element according to the present invention has a spin-injection magnetization reversal element structure that is formed on a substrate that transmits light and in which a magnetization free layer, an intermediate layer, and a magnetization fixed layer are stacked in this order. Then, a current is supplied between a pair of drive electrodes connected on the magnetization fixed layer, and the polarization direction of light incident through the substrate is changed by changing the magnetization direction of the magnetization free layer. A light modulation element that diffracts and emits, wherein the light modulation element further includes a transparent electrode layer between the substrate and the magnetization free layer, and the magnetization fixed layer is separated on the same plane 2 The two magnetization fixed layers are magnetic bodies which are fixed to antiparallel magnetization and have a coercive force larger than that of the magnetization free layer.

かかる構成によれば、同一平面上に分離した2つの磁化固定層を備えることで、一対の駆動電極の両方を光変調素子の上側に設けることができるため、基板側から光変調素子に入射した光は、駆動電極を介さずに磁化自由層へ到達して回折する。したがって、画素を構成する駆動電極は光を透過させる必要がなく、導電性に優れた金属電極を駆動電極に適用できる。また、2つの磁化固定層を備え、これらが互いに反平行な磁化に固定されていることで、一種の二重スピン注入方式となり、スピントルクが2倍となる。そのため、スピン注入の効率が向上する。また、光の入射面(出射面)の面積を広くしても磁化自由層の磁化反転が効率よく起きるため、画素の開口率を増大させることができる。さらに、基板と、磁化自由層との間に透明電極層を備えることで、磁化自由層の磁化反転動作を電気的に測定することが容易となる。また、透明電極層での多重回折の効果を利用して、磁化自由層におけるカー回転角を増進させることが可能となる。   According to such a configuration, since the two magnetization fixed layers separated on the same plane are provided, both of the pair of drive electrodes can be provided on the upper side of the light modulation element, so that the light is incident on the light modulation element from the substrate side. The light reaches the magnetization free layer without going through the drive electrode and is diffracted. Therefore, the drive electrode constituting the pixel does not need to transmit light, and a metal electrode having excellent conductivity can be applied to the drive electrode. In addition, since two magnetization fixed layers are provided and these are fixed to magnetizations antiparallel to each other, a kind of double spin injection method is obtained, and the spin torque is doubled. Therefore, the efficiency of spin injection is improved. Further, since the magnetization reversal of the magnetization free layer occurs efficiently even if the area of the light incident surface (light exit surface) is increased, the aperture ratio of the pixel can be increased. Furthermore, by providing the transparent electrode layer between the substrate and the magnetization free layer, it becomes easy to electrically measure the magnetization reversal operation of the magnetization free layer. Further, the Kerr rotation angle in the magnetization free layer can be increased by utilizing the effect of multiple diffraction in the transparent electrode layer.

さらに、本発明に係る光変調素子は、前記2つの磁化固定層のうちの一方が、磁気交換結合膜を備えた多層構造であることが好ましい。
かかる構成によれば、容易に2つの磁化固定層を互いに反平行な磁化に固定することができる。
Furthermore, in the light modulation element according to the present invention, it is preferable that one of the two magnetization fixed layers has a multilayer structure including a magnetic exchange coupling film.
According to such a configuration, the two magnetization fixed layers can be easily fixed to magnetizations antiparallel to each other.

さらに、本発明に係る光変調素子は、前記基板と前記透明電極層との間に、厚さ1〜3nmの金属薄膜層を備えることが好ましい。
かかる構成によれば、金属薄膜層により多重回折の効果が増大し、磁化自由層の磁気光学効果が向上する。また、基板と透明電極層の密着性が向上する。
Furthermore, the light modulation element according to the present invention preferably includes a metal thin film layer having a thickness of 1 to 3 nm between the substrate and the transparent electrode layer.
According to this configuration, the effect of multiple diffraction is increased by the metal thin film layer, and the magneto-optical effect of the magnetization free layer is improved. In addition, the adhesion between the substrate and the transparent electrode layer is improved.

本発明に係る空間光変調器は、前記の光変調素子を用いた空間光変調器であって、光を透過させる基板と、この基板上に2次元配列された複数の画素と、この複数の画素から1以上の画素を選択する画素選択手段と、この画素選択手段が選択した画素に所定の電流を供給する電流供給手段と、を備え、前記画素は、前記光変調素子と、前記2つの磁化固定層上にそれぞれ接続され、前記光変調素子に電流を供給する一対の前記駆動電極と、を有し、さらに、前記選択された画素における前記一対のうちの一方の駆動電極と、前記光変調素子の透明電極層との間の電圧値を測定する測定部を備え、前記画素選択手段は、前記測定部で測定された電圧値から電気抵抗値を算出する算出部と、前記選択された画素において予め設定された磁化方向に応じて定められた標準電気抵抗値の設定範囲を記憶する記憶部と、前記算出された電気抵抗値が前記標準電気抵抗値の設定範囲内の値である場合に磁化反転が良好と判断し、前記設定範囲外である場合に磁化反転が不良と判断する判断部と、前記磁化反転が不良と判断した場合に前記駆動電極への電流の再供給を指令する指令部と、を有することを特徴とする。   A spatial light modulator according to the present invention is a spatial light modulator using the above-described light modulation element, and includes a substrate that transmits light, a plurality of pixels that are two-dimensionally arranged on the substrate, and a plurality of the plurality of pixels. Pixel selection means for selecting one or more pixels from the pixel, and current supply means for supplying a predetermined current to the pixel selected by the pixel selection means, wherein the pixel includes the light modulation element, the two A pair of drive electrodes connected to each of the magnetization fixed layers and supplying a current to the light modulation element; and one drive electrode of the pair in the selected pixel; and the light A measuring unit that measures a voltage value between the transparent electrode layer of the modulation element; and the pixel selecting unit is configured to calculate an electric resistance value from the voltage value measured by the measuring unit; In the pre-set magnetization direction in the pixel A storage unit for storing a standard electric resistance value setting range determined in the same time, and determining that the magnetization reversal is good when the calculated electric resistance value is a value within the standard electric resistance value setting range, A determination unit that determines that the magnetization reversal is defective when it is out of the set range; and a command unit that commands resupply of the current to the drive electrode when the magnetization reversal is determined to be defective. And

かかる構成によれば、前記の光変調素子を用いることで、基板側から入射する光を回折する回折型空間光変調器として一対の駆動電極に透明電極を適用する必要がなくなる。また、前記の光変調素子を用いることで、効率的なスピン注入磁化反転により偏光変調の効率が向上し、画素の開口率が増大すると共に、配列された複数の画素全面の磁化反転動作を電気的に測定することが容易となると共に、磁化状態を制御できる。   According to this configuration, the use of the light modulation element eliminates the need to apply a transparent electrode to the pair of drive electrodes as a diffractive spatial light modulator that diffracts light incident from the substrate side. In addition, by using the above light modulation element, the efficiency of polarization modulation is improved by efficient spin injection magnetization reversal, the aperture ratio of the pixels is increased, and the magnetization reversal operation of the entire array of pixels is electrically performed. Measurement can be easily performed and the magnetization state can be controlled.

また、本発明に係る空間光変調器は、前記配列された、前記2つの磁化固定層が同一平面上に並んだ方向に隣り合う2つの画素において、前記光変調素子の2つを、1つの同じ駆動電極に接続される前記2つの光変調素子の磁化固定層を一体として1つの一体型素子としたことを特徴とする。   In the spatial light modulator according to the present invention, in the two pixels adjacent to each other in the arranged direction in which the two magnetization fixed layers are arranged on the same plane, two of the light modulation elements are arranged as one The magnetization fixed layers of the two light modulation elements connected to the same drive electrode are integrated into one integrated element.

かかる構成によれば、光変調素子における2つの磁化固定層の大きさを異なるものとすることができ、それぞれ異なる保磁力とすることができる。そのため、容易に2つの磁化固定層の磁化を互いに反平行の状態に固定した一体型素子とすることができる。   According to such a configuration, the sizes of the two magnetization fixed layers in the light modulation element can be made different, and different coercive forces can be obtained. Therefore, an integrated element in which the magnetizations of the two magnetization fixed layers are easily fixed in an antiparallel state can be obtained.

さらに、本発明に係る空間光変調器は、前記複数の画素のそれぞれが複数の光変調素子を有する構成としてもよい。
かかる構成によれば、1つの画素の複数の光変調素子において、磁化自由層の磁化方向を、それぞれ異なる方向とすることができる。これにより、画素の多段階表示が可能となる。
Furthermore, the spatial light modulator according to the present invention may be configured such that each of the plurality of pixels includes a plurality of light modulation elements.
According to this configuration, the magnetization direction of the magnetization free layer can be made different in each of the plurality of light modulation elements of one pixel. Thereby, multi-stage display of pixels is possible.

本発明に係る光変調素子によれば、空間光変調器に用いる場合に、一対の駆動電極に透明電極を適用する必要がないため、空間光変調器の省電力化を図ることができる。また、2つの磁化固定層を備えることで、スピン注入の効率が向上し、効率的なスピン注入磁化反転を行なうことができるため、効率的な偏光変調を可能とする。また、光の入射面(出射面)の面積を通常のスピン注入磁化反転素子の2倍以上とすることができるため、開口率を増大させた画素とすることができる。さらに、透明電極層を形成することで、磁化自由層での磁化反転動作を正確に知ることができる。   According to the light modulation element of the present invention, when used in a spatial light modulator, it is not necessary to apply a transparent electrode to the pair of drive electrodes, so that it is possible to save power in the spatial light modulator. In addition, by providing two magnetization fixed layers, the efficiency of spin injection is improved, and efficient spin injection magnetization reversal can be performed, thereby enabling efficient polarization modulation. In addition, since the area of the light incident surface (outgoing surface) can be more than twice that of a normal spin injection magnetization reversal element, a pixel with an increased aperture ratio can be obtained. Furthermore, by forming the transparent electrode layer, the magnetization reversal operation in the magnetization free layer can be accurately known.

本発明に係る空間光変調器によれば、前記光変調素子を用いることで、金属電極で一対の駆動電極を形成することができ、効率的なスピン注入磁化反転による偏光変調が可能となり、画素の開口率が増大したものとなる。また、配列された複数の画素全面の磁化反転動作を正確に検知することができ、磁化状態が所望の状態となる。   According to the spatial light modulator of the present invention, by using the light modulation element, a pair of drive electrodes can be formed by metal electrodes, and polarization modulation by efficient spin injection magnetization reversal is possible. The aperture ratio increases. Further, it is possible to accurately detect the magnetization reversal operation on the entire surface of the plurality of arranged pixels, and the magnetization state becomes a desired state.

本発明に係る光変調素子の構成を模式的に示す断面図であり、(a)は第1実施形態、(b)は第2実施形態である。It is sectional drawing which shows typically the structure of the light modulation element which concerns on this invention, (a) is 1st Embodiment, (b) is 2nd Embodiment. 本発明の第1実施形態に係る空間光変調器の構成を模式的に示す基板側から見た底面図である。It is the bottom view seen from the substrate side which shows the composition of the spatial light modulator concerning a 1st embodiment of the present invention typically. 画素選択部の構成を模式的に示すブロック図である。It is a block diagram which shows typically the structure of a pixel selection part. 空間光変調器の駆動および磁化反転動作の検知動作の手順を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the procedure of the drive operation of a spatial light modulator, and the detection operation of a magnetization reversal operation. 本発明の第1実施形態に係る空間光変調器の構成を模式的に示す断面図である。It is sectional drawing which shows typically the structure of the spatial light modulator which concerns on 1st Embodiment of this invention. 本発明に係る光変調素子の動作を説明するための説明図である。It is explanatory drawing for demonstrating operation | movement of the light modulation element which concerns on this invention. 本発明に係る光変調素子における磁化方向の2値状態を説明するための説明図である。It is explanatory drawing for demonstrating the binary state of the magnetization direction in the light modulation element which concerns on this invention. 本発明の第2実施形態に係る空間光変調器の構成を模式的に示す基板側から見た底面図である。It is the bottom view seen from the substrate side which shows the composition of the spatial light modulator concerning a 2nd embodiment of the present invention typically. 本発明の第2実施形態に係る空間光変調器の構成を模式的に示す断面図である。It is sectional drawing which shows typically the structure of the spatial light modulator which concerns on 2nd Embodiment of this invention. 本発明の第2実施形態に係る空間光変調器の光変調素子の製造方法を説明するための模式図である。It is a schematic diagram for demonstrating the manufacturing method of the light modulation element of the spatial light modulator which concerns on 2nd Embodiment of this invention. 本発明の第3実施形態に係る空間光変調器の構成を模式的に示す基板側から見た底面図である。It is the bottom view seen from the substrate side which shows the composition of the spatial light modulator concerning a 3rd embodiment of the present invention typically. 本発明のその他の実施形態に係る空間光変調器の構成を模式的に示す断面図である。It is sectional drawing which shows typically the structure of the spatial light modulator which concerns on other embodiment of this invention. 従来の空間光変調器の構成を模式的に示す断面図である。It is sectional drawing which shows the structure of the conventional spatial light modulator typically. 従来の空間光変調器の構成を模式的に示す断面図である。It is sectional drawing which shows the structure of the conventional spatial light modulator typically.

以下、本発明の実施の形態について図面を参照して詳細に説明する。
≪光変調素子≫
[第1実施形態]
図1(a)に示すように、本発明の光変調素子1は、光を透過させる基板7上に形成され、磁化自由層3と、第1中間層21および第2中間層22(以下、適宜、中間層21,22という)と、第1磁化固定層11および第2磁化固定層12(以下、適宜、磁化固定層11,12という)と、がこの順序で積層されたスピン注入磁化反転素子構造を有する。さらにここでは、光変調素子1は、基板7と磁化自由層3との間に透明電極層8を備える。また、第1磁化固定層11の上面にはX電極51が、第2磁化固定層12の上面にはY電極52が、それぞれ駆動電極層として接続されている。そして光変調素子1は、磁化固定層11,12上に接続した一対の駆動電極であるX電極51とY電極52(以下、適宜、駆動電極51,52という)との間に電流が供給され、磁化自由層3の磁化方向を変化させることによって、下方から基板7を透過して入射した光をその偏光方向を変化させて回折し、異なる2値の光(偏光成分)に変調して下方へ出射するものである。なお、反射光は0次回折光と表現できるので、回折には反射も含むものである。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
≪Light modulation element≫
[First Embodiment]
As shown in FIG. 1 (a), the light modulation element 1 of the present invention is formed on a substrate 7 that transmits light, and includes a magnetization free layer 3, a first intermediate layer 21, and a second intermediate layer 22 (hereinafter referred to as “the second intermediate layer 22”). Spin transfer magnetization reversal in which intermediate layers 21 and 22 are appropriately referred to, and first magnetization fixed layer 11 and second magnetization fixed layer 12 (hereinafter appropriately referred to as magnetization fixed layers 11 and 12) are stacked in this order. It has an element structure. Further, here, the light modulation element 1 includes a transparent electrode layer 8 between the substrate 7 and the magnetization free layer 3. An X electrode 51 is connected to the upper surface of the first magnetization fixed layer 11 and a Y electrode 52 is connected to the upper surface of the second magnetization fixed layer 12 as a drive electrode layer. In the light modulation element 1, a current is supplied between an X electrode 51 and a Y electrode 52 (hereinafter, appropriately referred to as drive electrodes 51 and 52) that are a pair of drive electrodes connected on the magnetization fixed layers 11 and 12. By changing the magnetization direction of the magnetization free layer 3, the light transmitted through the substrate 7 from below is diffracted by changing its polarization direction, and is modulated into different binary light (polarization component) Is emitted. Since reflected light can be expressed as zero-order diffracted light, diffraction includes reflection.

光変調素子1としては、所謂、CPP−GMR(Current Perpendicular to the Plane Giant MagnetoResistance:垂直通電型巨大磁気抵抗効果)型またはTMR(Tunneling MagnetoResistance:トンネル磁気抵抗効果)型の構造を有するものが用いられる。
なお、本実施形態では、光変調素子1として、磁化方向が垂直方向(層表面と直交する方向)の場合について説明する。
以下、光変調素子1の構成について説明する。
As the light modulation element 1, a so-called CPP-GMR (Current Perpendicular to the Plane Giant MagnetoResistance) type or TMR (Tunneling MagnetoResistance) type structure is used. .
In the present embodiment, the light modulation element 1 will be described in the case where the magnetization direction is the vertical direction (direction perpendicular to the layer surface).
Hereinafter, the configuration of the light modulation element 1 will be described.

(磁化自由層)
磁化自由層3は、2つの磁化固定層11,12上にそれぞれ接続した駆動電極層を一対の駆動電極(X電極51およびY電極52)間に電流が供給されることにより、磁化方向が変化するものである。すなわち、X電極51とY電極52との間に供給される電流の向きに応じて、注入される電子のスピンと磁化自由層3内の電子スピンとの相互作用により磁化自由層3内の磁化の向きが反転する。
(Magnetization free layer)
The magnetization free layer 3 changes its magnetization direction when a current is supplied between a pair of drive electrodes (X electrode 51 and Y electrode 52) through the drive electrode layers connected on the two magnetization fixed layers 11 and 12, respectively. To do. That is, according to the direction of the current supplied between the X electrode 51 and the Y electrode 52, the magnetization in the magnetization free layer 3 is caused by the interaction between the spin of injected electrons and the electron spin in the magnetization free layer 3. The direction of is reversed.

磁化自由層3は、磁化固定層11,12と共に、垂直磁気異方性を有する材料を使用する。具体的には、CoFeB、CoFe、Co、Fe、CoFeSi、CoFeGe等の遷移金属系材料を主に用いることができる。また、遷移金属からなる薄膜層と貴金属からなる薄膜層とが交互に積層した多層膜や、遷移金属と貴金属との合金や、希土類金属と遷移金属との合金等、磁気光学効果の大きな材料を用いることができる。   The magnetization free layer 3 uses a material having perpendicular magnetic anisotropy together with the magnetization fixed layers 11 and 12. Specifically, transition metal materials such as CoFeB, CoFe, Co, Fe, CoFeSi, and CoFeGe can be mainly used. In addition, a material having a large magneto-optic effect such as a multilayer film in which a thin film layer made of transition metal and a thin film layer made of noble metal are alternately laminated, an alloy of transition metal and noble metal, an alloy of rare earth metal and transition metal, etc. Can be used.

前記多層膜としては、Co/Pt(左側から記載の材料から順に積層)多層膜、Co/Pd多層膜、Fe/Pd多層膜、CoFe/Pd多層膜、Fe/Pt多層膜等が挙げられる。遷移金属と貴金属との合金としては、CoPt合金、CoPd合金、FePd合金、FePt合金等が挙げられる。希土類金属と遷移金属との合金としては、GdFe合金、GdCoFe合金、GdCo合金、TbFeCo合金等が挙げられる。その他、MnBi合金、Mn/Bi多層膜、PtMnSb合金、Pt/MnSb多層膜等の磁気光学効果の大きな材料を用いることができる。   Examples of the multilayer film include a Co / Pt (laminated in order from the material described from the left side) multilayer film, a Co / Pd multilayer film, an Fe / Pd multilayer film, a CoFe / Pd multilayer film, and an Fe / Pt multilayer film. Examples of the alloy of the transition metal and the noble metal include a CoPt alloy, a CoPd alloy, an FePd alloy, and an FePt alloy. Examples of alloys of rare earth metals and transition metals include GdFe alloys, GdCoFe alloys, GdCo alloys, TbFeCo alloys, and the like. In addition, a material having a large magneto-optical effect such as a MnBi alloy, a Mn / Bi multilayer film, a PtMnSb alloy, or a Pt / MnSb multilayer film can be used.

また、磁化自由層3は、入射した光の波長における磁気光学効果が2つの磁化固定層11,12よりも大きい磁性体であることが好ましい。かかる構成により、光変調素子1は、入射した光が磁化自由層3を透過して2つの磁化固定層11,12に到達した場合に、互いに反平行な磁化による旋光角のばらつきを抑制することができる。   In addition, the magnetization free layer 3 is preferably a magnetic material that has a magneto-optic effect at the wavelength of incident light that is greater than that of the two magnetization fixed layers 11 and 12. With this configuration, the light modulation element 1 suppresses the variation in optical rotation angle due to the magnetizations antiparallel to each other when the incident light passes through the magnetization free layer 3 and reaches the two magnetization fixed layers 11 and 12. Can do.

磁化自由層3の厚さは特に限定されるものではないが、磁化自由層3が薄すぎると保磁力が低下し、一方、厚すぎると垂直磁気異方性が劣化する。したがって、磁化自由層3の厚さは、1.5〜15nmが好ましい。   The thickness of the magnetization free layer 3 is not particularly limited. However, if the magnetization free layer 3 is too thin, the coercive force is reduced, whereas if it is too thick, the perpendicular magnetic anisotropy is deteriorated. Therefore, the thickness of the magnetization free layer 3 is preferably 1.5 to 15 nm.

(磁化固定層)
磁化固定層11,12は、同一平面上に分離した2つの磁化固定層、すなわち、第1磁化固定層11および第2磁化固定層12からなり、この2つの磁化固定層11,12のそれぞれが、1つの磁化自由層3上に、中間層21,22を挟んで積層されている。磁化固定層11,12は、磁化方向が所定方向、すなわち、高さ方向と平行な方向(垂直な方向)の一方の向きに固定されており、第1磁化固定層11および第2磁化固定層12は、互いに反平行な磁化に固定されている。また、磁化固定層11,12は強磁性材料からなり、磁化自由層3よりも保磁力の大きい磁性体である。
(Magnetic pinned layer)
The magnetization fixed layers 11 and 12 include two magnetization fixed layers separated on the same plane, that is, the first magnetization fixed layer 11 and the second magnetization fixed layer 12, and each of the two magnetization fixed layers 11 and 12 is provided. It is laminated on one magnetization free layer 3 with intermediate layers 21 and 22 interposed therebetween. The magnetization pinned layers 11 and 12 are pinned in one direction of a predetermined direction, that is, a direction (perpendicular direction) parallel to the height direction, and the first magnetization pinned layer 11 and the second magnetization pinned layer. 12 are fixed to magnetizations antiparallel to each other. Further, the magnetization fixed layers 11 and 12 are made of a ferromagnetic material and are magnetic bodies having a coercive force larger than that of the magnetization free layer 3.

第1磁化固定層11および第2磁化固定層12の磁化を、互いに反平行な状態とするためには、磁化固定層11,12にCoFe/TbFeCo等の積層膜を用い、一方の膜厚を厚くしたり、一方の磁化固定層11(12)の形状を変えたりすることで、第1磁化固定層11および第2磁化固定層12がそれぞれ異なる保磁力HC1,HC2を有するようにすればよい。あるいは、それぞれ異なる材料を用いることで、それぞれ異なる保磁力HC1,HC2を有するようにすればよい。ただし、磁化自由層3の保磁力をHCfとすると、HCf<HC1<HC2とする必要がある。そして、HC2より大きな磁界Hmaxを印加した後、HC1とHC2の中間の大きさとなる負の磁界−Hmid(HC1<Hmid<HC2)を印加することによって、2つの磁化固定層11,12の磁化を反平行な状態に初期設定することができる。なお、この磁界の印加は、駆動電極51,52を形成する前でもよく、形成した後でもよい。 In order to make the magnetizations of the first magnetization fixed layer 11 and the second magnetization fixed layer 12 antiparallel to each other, a laminated film of CoFe / TbFeCo or the like is used for the magnetization fixed layers 11 and 12, and one of the film thicknesses is increased. By increasing the thickness or changing the shape of one of the magnetization fixed layers 11 (12), the first magnetization fixed layer 11 and the second magnetization fixed layer 12 have different coercive forces H C1 and H C2 , respectively. That's fine. Alternatively, different coercive forces H C1 and H C2 may be used by using different materials. However, the coercive force of the magnetization free layer 3 when the H Cf, it is necessary to set H Cf <H C1 <H C2 . Then, after applying a magnetic field H max larger than H C2 , two magnetizations are applied by applying a negative magnetic field −H mid (H C1 <H mid <H C2 ) having an intermediate magnitude between H C1 and H C2. The magnetizations of the fixed layers 11 and 12 can be initialized to an antiparallel state. This magnetic field may be applied before or after the drive electrodes 51 and 52 are formed.

磁化固定層11,12に用いる材料としては、希土類金属と遷移金属との合金(例えば、TbFeCo、TbFe、TbCo、DyCo、DyCoFe、GdFe、GdCo、GdFeCo等)の上に遷移金属薄膜を積層したものや、遷移金属/貴金属系多層膜(例えば、Co/Pd多層膜、Fe/Pt多層膜、Co/Pt多層膜等)や、遷移金属と貴金属との合金(例えば、CoPt合金、FePt合金等)等が挙げられる。その他,Co/Ni多層膜、CoNi合金/Pt多層膜等がある。なお、前記遷移金属としては、Fe、Co、Ni等、前記貴金属としては、Au、Ag、Ru、Rh、Pd、Os、Ir、Pt等が挙げられる。   As a material used for the magnetization fixed layers 11 and 12, a transition metal thin film is laminated on an alloy of a rare earth metal and a transition metal (for example, TbFeCo, TbFe, TbCo, DyCo, DyCoFe, GdFe, GdCo, GdFeCo, etc.) Transition metal / noble metal-based multilayer films (for example, Co / Pd multilayer films, Fe / Pt multilayer films, Co / Pt multilayer films, etc.) and alloys of transition metals and noble metals (for example, CoPt alloys, FePt alloys, etc.) Etc. In addition, there are a Co / Ni multilayer film, a CoNi alloy / Pt multilayer film, and the like. Examples of the transition metal include Fe, Co, and Ni, and examples of the noble metal include Au, Ag, Ru, Rh, Pd, Os, Ir, and Pt.

また、磁化固定層11,12のうちの一方を、Ru等の磁気交換結合膜を備えた多層構造、例えば、CoFe/Ru/CoFe/TbFeCo等とすることが好ましい。このような構成により、前記のHmaxやHmid等の磁界を印加することなく、2つの磁化固定層11,12の磁化を反平行な状態に初期設定することができる。 Further, it is preferable that one of the magnetization fixed layers 11 and 12 has a multilayer structure including a magnetic exchange coupling film such as Ru, for example, CoFe / Ru / CoFe / TbFeCo. With such a configuration, the magnetizations of the two magnetization fixed layers 11 and 12 can be initialized in an antiparallel state without applying a magnetic field such as H max or H mid .

磁化固定層11,12の厚さは特に限定されるものではないが、磁化固定層11,12が薄すぎると保磁力が低下し、一方、厚すぎると垂直磁気異方性が劣化する。したがって、磁化固定層11,12の厚さは、3〜50nmが好ましい。また、第1磁化固定層11と第2磁化固定層12との間隔は、開口率の増大および加工性等の観点から、10〜300nmが好ましい。なお、磁化自由層3の膜厚が通常素子(すなわち、従来の光変調素子)と同じである場合を想定すると、スピン注入磁化反転のスピントルクを与える磁化固定層が、磁化自由層3に対して2枚あると考えられるので、光変調素子1のサイズは、通常素子(例えば、300nm×100nm×2素子)の2倍程度(例えば、300nm×400nm×1素子)まで大きくすることができる。   The thickness of the magnetization pinned layers 11 and 12 is not particularly limited. However, if the magnetization pinned layers 11 and 12 are too thin, the coercive force is reduced. On the other hand, if the magnetization pinned layers 11 and 12 are too thick, the perpendicular magnetic anisotropy is deteriorated. Therefore, the thickness of the magnetization fixed layers 11 and 12 is preferably 3 to 50 nm. Further, the distance between the first magnetization fixed layer 11 and the second magnetization fixed layer 12 is preferably 10 to 300 nm from the viewpoints of increase in aperture ratio and workability. Assuming that the film thickness of the magnetization free layer 3 is the same as that of a normal element (that is, a conventional light modulation element), the magnetization fixed layer that gives the spin torque of the spin injection magnetization reversal is Therefore, the size of the light modulation element 1 can be increased up to about twice the normal element (for example, 300 nm × 100 nm × 2 element) (for example, 300 nm × 400 nm × 1 element).

(中間層)
第1中間層21および第2中間層22は、それぞれ、磁化自由層3と第1磁化固定層11との間、および、磁化自由層3と第2磁化固定層12との間に配置される層である。中間層21,22は、磁化自由層3の磁化状態と磁化固定層11,12の磁化状態とを分離するために必要であり、後記する「光変調素子の磁区状態の変移」で説明するとおり、磁化自由層3と磁化固定層11,12との間でスピン偏極した電子をやり取りする際の通路として機能する。このように、中間層21、22はスピンの通路として機能するため、中間層21、22には、スピン軌道相互作用が小さく、スピン拡散長(スピンを保持する距離)の長い材料を用いることが好ましい。
(Middle layer)
The first intermediate layer 21 and the second intermediate layer 22 are disposed between the magnetization free layer 3 and the first magnetization fixed layer 11 and between the magnetization free layer 3 and the second magnetization fixed layer 12, respectively. Is a layer. The intermediate layers 21 and 22 are necessary for separating the magnetization state of the magnetization free layer 3 and the magnetization states of the magnetization fixed layers 11 and 12, as will be described later in “Transition of the magnetic domain state of the light modulation element”. It functions as a path when exchanging spin-polarized electrons between the magnetization free layer 3 and the magnetization fixed layers 11 and 12. As described above, since the intermediate layers 21 and 22 function as a spin path, a material having a small spin orbit interaction and a long spin diffusion length (spin holding distance) is used for the intermediate layers 21 and 22. preferable.

光変調素子1がCPP−GMR型の磁気抵抗効果素子の場合には、中間層21、22として、非磁性金属が用いられる。この場合、非磁性金属材料としてはCu、Al、Ag、Au等が好ましく、ZnO等の半導体材料を用いてもよい。また、その厚さは、スピン偏極した電子がスピン状態を十分に保ったまま流れるように、2〜6nmが好ましい。
また、TMR型の磁気抵抗効果素子の場合には、中間層21、22として、マグネシア(MgO)、アルミナ(Al)、MgF等の絶縁材料が用いられる。中間層21、22を絶縁体層とすることにより、光変調素子1の磁気抵抗効果比(MR比)を改善することができ、MR比に反比例する磁化反転電流を低減することができる。また、TMR型の場合には、中間層21、22の厚さは、0.6〜2nm程度が好ましい。
When the light modulation element 1 is a CPP-GMR type magnetoresistive element, a nonmagnetic metal is used for the intermediate layers 21 and 22. In this case, the nonmagnetic metal material is preferably Cu, Al, Ag, Au or the like, and a semiconductor material such as ZnO may be used. The thickness is preferably 2 to 6 nm so that spin-polarized electrons flow while maintaining a sufficient spin state.
In the case of a TMR type magnetoresistive element, an insulating material such as magnesia (MgO), alumina (Al 2 O 3 ), MgF 2 is used for the intermediate layers 21 and 22. By using the intermediate layers 21 and 22 as insulator layers, the magnetoresistive effect ratio (MR ratio) of the light modulation element 1 can be improved, and the magnetization reversal current inversely proportional to the MR ratio can be reduced. In the case of the TMR type, the thickness of the intermediate layers 21 and 22 is preferably about 0.6 to 2 nm.

(透明電極層)
透明電極層8は、基板7と磁化自由層3との間に設けられる層である。空間光変調器10では、後記するように、基板7および透明電極層8を透過して光変調素子1に入射した後に反射される光を利用するため、透明電極層8としては、IZO、ITO等の透明電極材料を用いる。後記するように、透明電極層8を備えることで、X電極51と、透明電極層8との間の電圧値を測定することができ、この電圧値から算出された電気抵抗値と予め記憶された標準電気抵抗値とを比較することで、磁化自由層3の磁化反転動作を電気的に測定することが容易となる。また、透明電極層8での多重回折の効果を利用して、磁化自由層3におけるカー回転角を増進させることが可能となる。
(Transparent electrode layer)
The transparent electrode layer 8 is a layer provided between the substrate 7 and the magnetization free layer 3. As will be described later, the spatial light modulator 10 uses light that is transmitted through the substrate 7 and the transparent electrode layer 8 and is reflected after being incident on the light modulation element 1. Therefore, the transparent electrode layer 8 includes IZO, ITO. A transparent electrode material such as As will be described later, by providing the transparent electrode layer 8, the voltage value between the X electrode 51 and the transparent electrode layer 8 can be measured, and the electrical resistance value calculated from this voltage value is stored in advance. Compared with the standard electric resistance value, it becomes easy to electrically measure the magnetization reversal operation of the magnetization free layer 3. Further, the Kerr rotation angle in the magnetization free layer 3 can be increased by utilizing the effect of multiple diffraction in the transparent electrode layer 8.

以上、本発明に係る光変調素子1の実施形態について説明したが、本発明は前記実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で変更することができる。例えば、以下の構成としてもよい。   As mentioned above, although embodiment of the light modulation element 1 which concerns on this invention was described, this invention is not limited to the said embodiment, It can change in the range which does not deviate from the meaning of this invention. For example, the following configuration may be used.

[第2実施形態]
図1(b)に示すように、本発明に係る光変調素子1Aは、光を透過させる基板7上に形成され、磁化自由層3と、中間層2Aと、第1磁化固定層11および第2磁化固定層12と、保護層41,42と、がこの順序で積層されたスピン注入磁化反転素子構造を有する。そして光変調素子1Aは、基板7と磁化自由層3との間に透明電極層8を備える。中間層2Aの形態および保護層41,42以外については、前記第1実施形態に係る光変調素子1と同様であるため、ここでは、中間層2Aの形態および保護層41,42について説明する。
[Second Embodiment]
As shown in FIG. 1B, the light modulation element 1A according to the present invention is formed on a substrate 7 that transmits light, and includes a magnetization free layer 3, an intermediate layer 2A, a first magnetization fixed layer 11, and a first magnetization fixed layer 11. The dual magnetization fixed layer 12 and the protective layers 41 and 42 have a spin-injection magnetization reversal element structure in which the two magnetization fixed layers 12 and the protective layers 41 and 42 are stacked in this order. The light modulation element 1 </ b> A includes a transparent electrode layer 8 between the substrate 7 and the magnetization free layer 3. Since the configuration of the intermediate layer 2A and the layers other than the protective layers 41 and 42 are the same as those of the light modulation device 1 according to the first embodiment, the configuration of the intermediate layer 2A and the protective layers 41 and 42 will be described here.

(中間層の形態)
図1(b)に示すように、中間層2Aについては、TMR型の素子とする場合には、中間層2Aに絶縁材料を用いるため、同一平面上に分離したものとせず、磁化自由層3と同様に1つの中間層2Aとして形成してもよい。このような構成とすることで、後記する光変調器の製造方法において、素子膜をエッチングやミリング加工等により掘り下げる際に、素子膜の中央を中間層2Aの上面または途中まで除去すればよいため、過度なエッチング等が行なわれた場合であっても、磁化自由層3が損傷することを防止できる。
(Form of intermediate layer)
As shown in FIG. 1B, when the TMR type element is used for the intermediate layer 2A, an insulating material is used for the intermediate layer 2A. Similarly, the intermediate layer 2A may be formed as one intermediate layer. With such a configuration, in the optical modulator manufacturing method described later, when the element film is dug down by etching, milling, or the like, the center of the element film may be removed up to the upper surface or midway of the intermediate layer 2A. Even if excessive etching or the like is performed, the magnetization free layer 3 can be prevented from being damaged.

(保護層)
保護層41,42は、必要に応じて、それぞれ第1磁化固定層11とX電極51との間、および、第2磁化固定層12とY電極52との間に設けられる層である。保護層41,42は、磁化固定層11,12の酸化や現像処理時のアルカリ性薬品等によるダメージを防止する役割を担う層であり、特に、光変調素子1Aを形成する際の熱処理における磁化固定層11,12の酸化を防止する。また、保護層41,42を構成する材料には、熱処理の際に磁化固定層11,12を構成する材料と反応しない性質が求められる。このような要求を満たす材料として、Ta、Ru等を用いることができる。特にRuは、それ自体が酸化されても抵抗率が増大しないため本発明の光変調素子1Aに用いることが好ましい。なお、ここでは、1つの中間層2Aとした光変調素子1Aについて例示しているが、第1実施形態の光変調素子1においても、保護層41,42を備える構成としてもよい。
(Protective layer)
The protective layers 41 and 42 are layers provided between the first magnetization fixed layer 11 and the X electrode 51 and between the second magnetization fixed layer 12 and the Y electrode 52, respectively, as necessary. The protective layers 41 and 42 are layers that play a role of preventing damage to the magnetization pinned layers 11 and 12 due to oxidation or alkaline chemicals during development, and in particular, magnetization pinning in the heat treatment when forming the light modulation element 1A. Prevent oxidation of layers 11 and 12. Further, the material constituting the protective layers 41 and 42 is required to have a property that does not react with the material constituting the magnetization fixed layers 11 and 12 during the heat treatment. Ta, Ru, or the like can be used as a material that satisfies such requirements. In particular, Ru is preferably used in the light modulation element 1A of the present invention because its resistivity does not increase even if it is oxidized itself. Here, the light modulation element 1A as one intermediate layer 2A is illustrated, but the light modulation element 1 of the first embodiment may also be configured to include the protective layers 41 and 42.

[その他]
基板7と透明電極層8との間に、金属薄膜層9を設けてもよい(図12参照)。下地層として金属薄膜層9を備えることで、多重回折の効果を増大させることができる。これにより、磁化自由層3の磁気光学効果を向上させることができる。さらに、基板7と透明電極層8の密着性を向上させることができる。ここで、金属薄膜層9の厚さを1nm以上とすることで、多重回折や密着性の効果を増大させることができ、一方、3nmを超えると、光の透過率が減少するため、その効果も減衰する。したがって、金属薄膜層9の厚さは、1〜3nmとする。後記するように、空間光変調器10Cでは、基板7および透明電極層8を透過して光変調素子1に入射した後に回折される光を利用するため、基板7と透明電極層8との間に設ける金属薄膜層9としては、Ta、Pt、Ru等の金属材料を用いる。
[Others]
A metal thin film layer 9 may be provided between the substrate 7 and the transparent electrode layer 8 (see FIG. 12). By providing the metal thin film layer 9 as an underlayer, the effect of multiple diffraction can be increased. Thereby, the magneto-optical effect of the magnetization free layer 3 can be improved. Furthermore, the adhesion between the substrate 7 and the transparent electrode layer 8 can be improved. Here, by setting the thickness of the metal thin film layer 9 to 1 nm or more, it is possible to increase the effects of multiple diffraction and adhesion. On the other hand, if it exceeds 3 nm, the light transmittance decreases, so that effect Also attenuates. Accordingly, the thickness of the metal thin film layer 9 is set to 1 to 3 nm. As will be described later, in the spatial light modulator 10C, since light that is diffracted after passing through the substrate 7 and the transparent electrode layer 8 and entering the light modulation element 1 is used, the space between the substrate 7 and the transparent electrode layer 8 is used. A metal material such as Ta, Pt, or Ru is used as the metal thin film layer 9 provided on the substrate.

その他、前記各実施形態では、垂直磁化の場合について説明したが、磁化方向が層表面と平行な方向である面内磁化であってもよい。面内磁化の場合には、磁化自由層3および磁化固定層11,12には、面内磁気異方性を有する材料を使用する。なお、磁化固定層11,12のうちの一方を磁気交換結合膜を備えた多層構造とする場合、面内磁化であれば、CoFe/Ru/CoFe/IrMn(IrMnの代わりに、FeMn、PtMn等の反強磁性材料を用いることも可能)等とすることが好ましい。   In addition, in each of the above embodiments, the case of perpendicular magnetization has been described. However, in-plane magnetization in which the magnetization direction is parallel to the layer surface may be used. In the case of in-plane magnetization, a material having in-plane magnetic anisotropy is used for the magnetization free layer 3 and the magnetization fixed layers 11 and 12. When one of the magnetization fixed layers 11 and 12 has a multilayer structure including a magnetic exchange coupling film, if it is in-plane magnetization, CoFe / Ru / CoFe / IrMn (in place of IrMn, FeMn, PtMn, etc. It is also possible to use an antiferromagnetic material.

≪空間光変調器≫
次に、本発明の空間光変調器について、ここでは、図1(a)の光変調素子1を用いた場合を例にして説明する。
[第1実施形態]
図2に、空間光変調器10の構成を底面から見た模式図を示す。
図2に示すように、空間光変調器10は、前記記載の光変調素子1を用いたものであり、光を透過させる基板7(図1参照)と、この基板7上に2次元配列された複数の画素4と、複数の画素4から1以上の画素4を選択する画素選択手段(画素選択部94)と、この画素選択手段が選択した画素4に所定の電流を供給する電流供給手段(電源93)と、を備える。さらに空間光変調器10は、選択された画素4におけるX電極51と透明電極層(以下、適宜、透明電極という)8との間の電圧値を測定する測定部96を備えている。画素選択手段および電流供給手段の駆動(動作)は、電流制御手段である電流制御部90により制御されている。そして、空間光変調器10は、基板7を透過して画素選択手段が選択した画素4に入射した光の偏光の向きを特定の方向に変化させて回折して出射する。なお、ここでは、基板7および透明電極層8を透過して見ているが、便宜上、透明電極層(透明電極)8を符号8として示している。また、図2において、紙面上、上下に2つあるX電極選択部91は、本来同一の1つのX電極選択部91であり、また紙面上、左右に2つある画素選択部94は、本来同一の1つの画素選択部94であるが、ここでは、便宜上、2つに分けて図示している。
以下、各構成について説明する。
≪Spatial light modulator≫
Next, the spatial light modulator of the present invention will be described here by taking as an example the case of using the light modulation element 1 of FIG.
[First Embodiment]
FIG. 2 is a schematic view of the configuration of the spatial light modulator 10 as viewed from the bottom.
As shown in FIG. 2, the spatial light modulator 10 uses the light modulation element 1 described above, and is arranged two-dimensionally on the substrate 7 (see FIG. 1) that transmits light and the substrate 7. A plurality of pixels 4, pixel selection means (pixel selection unit 94) for selecting one or more pixels 4 from the plurality of pixels 4, and current supply means for supplying a predetermined current to the pixels 4 selected by the pixel selection means (Power supply 93). Further, the spatial light modulator 10 includes a measuring unit 96 that measures a voltage value between the X electrode 51 and a transparent electrode layer (hereinafter, referred to as a transparent electrode as appropriate) 8 in the selected pixel 4. The driving (operation) of the pixel selection unit and the current supply unit is controlled by a current control unit 90 that is a current control unit. Then, the spatial light modulator 10 diffracts and emits light by changing the direction of polarization of the light that has passed through the substrate 7 and entered the pixel 4 selected by the pixel selection unit in a specific direction. Here, the substrate 7 and the transparent electrode layer 8 are seen through, but for the sake of convenience, the transparent electrode layer (transparent electrode) 8 is indicated by reference numeral 8. In FIG. 2, two X electrode selectors 91 that are two on the top and bottom of the page are essentially the same one X electrode selector 91, and two pixel selectors 94 that are two on the left and right of the page are originally Although the same pixel selection unit 94 is shown here, it is divided into two for convenience.
Each configuration will be described below.

(基板)
基板7は、光変調素子1、駆動電極51,52を形成するための土台となるものである。空間光変調器10では、後記するように、基板7および透明電極8を透過して光変調素子1に入射した後に回折される光を利用するため、基板7としては、SiO、MgO、サファイア、石英ガラス等の透過性に優れた透明基板を用いる。
(substrate)
The substrate 7 serves as a base for forming the light modulation element 1 and the drive electrodes 51 and 52. As will be described later, since the spatial light modulator 10 uses light that is diffracted after passing through the substrate 7 and the transparent electrode 8 and entering the light modulation element 1, the substrate 7 includes SiO 2 , MgO, and sapphire. A transparent substrate having excellent permeability such as quartz glass is used.

(画素)
画素4は、空間光変調器10の光の入射面に、2次元アレイ状に配列されて画素アレイ40を構成する。すなわち、画素アレイ40は、平面視で複数のX電極51と、平面視でX電極51と直交する複数のY電極52と、を備え、X電極51とY電極52との交点毎に1つの画素4を設ける。本実施形態では、画素アレイ40は、4行×4列の16個の画素4からなる構成で例示される。
(Pixel)
The pixels 4 are arranged in a two-dimensional array on the light incident surface of the spatial light modulator 10 to constitute a pixel array 40. That is, the pixel array 40 includes a plurality of X electrodes 51 in a plan view and a plurality of Y electrodes 52 orthogonal to the X electrode 51 in a plan view, one for each intersection of the X electrode 51 and the Y electrode 52. Pixel 4 is provided. In the present embodiment, the pixel array 40 is exemplified by a configuration including 16 pixels 4 of 4 rows × 4 columns.

画素4は、光変調素子1と、2つの磁化固定層11,12上にそれぞれ接続され、光変調素子1に電流を供給する一対の駆動電極51,52と、を有している。また、光変調素子1の溝部(磁化固定層11,12間、中間層21,22間)や、隣り合うX電極51,51間、光変調素子1,1間、およびY電極52,52間等、すなわち、図2の空白部分は、絶縁部材6で埋められている。   The pixel 4 includes the light modulation element 1 and a pair of drive electrodes 51 and 52 that are connected to the two magnetization fixed layers 11 and 12 and supply current to the light modulation element 1. Further, the groove of the light modulation element 1 (between the magnetization fixed layers 11 and 12 and between the intermediate layers 21 and 22), between the adjacent X electrodes 51 and 51, between the light modulation elements 1 and 1, and between the Y electrodes 52 and 52. In other words, the blank portion in FIG. 2 is filled with the insulating member 6.

〈光変調素子〉
光変調素子1は、X電極51とY電極52との間に一定の電流を供給したときに、光変調素子1に入射した入射光の偏光面をカー効果により一定角度回転させて回折する役割を担う。光変調素子1の平面視での大きさは、一例として、磁化自由層3の幅(横方向の長さ)(ここでの幅とは、2つの磁化固定層11,12が同一平面上に並んだ方向、以下同じ)が400nm、長さ(縦方向の長さ)が300nm、あるいは、幅が300nm、長さが400nm等である。また、第1磁化固定層11および第2磁化固定層12の幅がそれぞれ150nm、第1磁化固定層11と第2磁化固定層12との間隔が100nm等である。ただし、光変調素子1等の大きさは、これに限定されるものではない。
<Light modulation element>
When the light modulation element 1 supplies a constant current between the X electrode 51 and the Y electrode 52, the light modulation element 1 diffracts by rotating the polarization plane of incident light incident on the light modulation element 1 by a Kerr effect by a certain angle. Take on. The size of the light modulation element 1 in a plan view is, for example, the width of the magnetization free layer 3 (the length in the lateral direction) (the width here means that the two magnetization fixed layers 11 and 12 are on the same plane) The alignment direction (hereinafter the same) is 400 nm and the length (length in the vertical direction) is 300 nm, or the width is 300 nm, the length is 400 nm, and the like. In addition, the width of the first magnetization fixed layer 11 and the second magnetization fixed layer 12 is 150 nm, and the distance between the first magnetization fixed layer 11 and the second magnetization fixed layer 12 is 100 nm. However, the size of the light modulation element 1 or the like is not limited to this.

また、空間光変調器10では、光変調素子1は、二次元マトリックス状(縦横に一定間隔で二次元配置された状態)に配置されており、ここでは、1個の光変調素子1が1画素となっている。なお、ここでは透明電極8は、前記配列された、2つの磁化固定層11,12が同一平面上に並んだ方向に隣り合う2つの画素4において、光変調素子1同士で一体として形成されている。また、光変調素子1の形状は、例えば正方形や長方形(矩形)が挙げられるが、その他の形状であってもよい。光変調素子1同士のピッチは、駆動電極51,52および光変調素子1の成膜技術(半導体製造プロセスが好適に用いられる)の精度に依存し、適宜、定められ、例えば1μm以下である。この光変調素子1は、第1磁化固定層11と第2磁化固定層12が、それぞれ一対の駆動電極であるX電極51とY電極52に接続されて、層面に垂直に電流が供給される(図1参照)。   Further, in the spatial light modulator 10, the light modulation elements 1 are arranged in a two-dimensional matrix (a state in which the light modulation elements 1 are arranged two-dimensionally at regular intervals in the vertical and horizontal directions). It is a pixel. Here, the transparent electrode 8 is integrally formed with the light modulation elements 1 in the two pixels 4 adjacent to each other in the direction in which the two magnetization fixed layers 11 and 12 arranged in the same plane are arranged on the same plane. Yes. In addition, examples of the shape of the light modulation element 1 include a square and a rectangle (rectangle), but other shapes may be used. The pitch between the light modulation elements 1 depends on the precision of the drive electrodes 51 and 52 and the film formation technique of the light modulation element 1 (a semiconductor manufacturing process is preferably used), and is appropriately determined, for example, 1 μm or less. In this light modulation element 1, a first magnetization fixed layer 11 and a second magnetization fixed layer 12 are connected to a pair of drive electrodes, an X electrode 51 and a Y electrode 52, respectively, and current is supplied perpendicular to the layer surface. (See FIG. 1).

〈X電極およびY電極〉
X電極51は、光変調素子1に電流を供給するための一対の駆動電極のうち、片方の電極であり、Y電極52は、もう一方の電極である。X電極51およびY電極52を構成する材料としては、安価で導電性に優れた銅(Cu)が好適に用いられるが、これに限定されるものではなく、金(Au)や白金(Pt)等の貴金属を用いてもよい。そして後記するように、入射偏光は基板7側から光変調素子1に入射し、磁化自由層3で回折されるため、駆動電極51,52は光を透過させる必要がない。そのため、駆動電極51,52を、透明材料で構成する必要はない。駆動電極51,52の幅は、基板7上に形成する光変調素子1の形状に合わせて、適宜、定められる。空間光変調器10では、光変調素子1を縦横に一定間隔で二次元配置する構成としているため、X電極51は、帯状の形状を有し、一定幅かつ一定間隔で第1磁化固定層11上に設けられている。また、Y電極52も、その長手方向がX電極51の長手方向と直交するように、一定間隔で平行に配置されて、第2磁化固定層12上に設けられている。
<X electrode and Y electrode>
The X electrode 51 is one of a pair of drive electrodes for supplying a current to the light modulation element 1, and the Y electrode 52 is the other electrode. As a material constituting the X electrode 51 and the Y electrode 52, copper (Cu) which is inexpensive and excellent in conductivity is preferably used, but is not limited to this, and gold (Au) or platinum (Pt) is not limited thereto. You may use noble metals, such as. As will be described later, since the incident polarized light enters the light modulation element 1 from the substrate 7 side and is diffracted by the magnetization free layer 3, the drive electrodes 51 and 52 do not need to transmit light. Therefore, the drive electrodes 51 and 52 need not be made of a transparent material. The widths of the drive electrodes 51 and 52 are appropriately determined according to the shape of the light modulation element 1 formed on the substrate 7. In the spatial light modulator 10, the light modulation elements 1 are two-dimensionally arranged at regular intervals in the vertical and horizontal directions. Therefore, the X electrode 51 has a belt-like shape and has the first magnetization fixed layer 11 at a constant width and a constant interval. It is provided above. The Y electrodes 52 are also arranged on the second magnetization fixed layer 12 so as to be arranged in parallel at regular intervals so that the longitudinal direction thereof is orthogonal to the longitudinal direction of the X electrodes 51.

〈絶縁部材〉
絶縁部材6は、X電極51およびY電極52の駆動電極間や、光変調素子1,1間等を絶縁するための部材である。絶縁部材6としては、SiO2やAl23等の従来公知の絶縁材料を用いればよい。
<Insulating material>
The insulating member 6 is a member for insulating between the drive electrodes of the X electrode 51 and the Y electrode 52 and between the light modulation elements 1 and 1. As the insulating member 6, a conventionally known insulating material such as SiO 2 or Al 2 O 3 may be used.

(測定部)
測定部96は、後記する画素選択部94で選択された画素4における一対の駆動電極51,52うちの一方の駆動電極であるX電極51と、透明電極8との間の電圧値を測定するものである。ここで、X電極51および透明電極8の選択は、X電極選択部91および透明電極選択部95で選択することによって行われる。後記するように、測定部96で測定された電圧値は画素選択部94に送られ、電気抵抗値が算出される。
(Measurement part)
The measurement unit 96 measures the voltage value between the X electrode 51 which is one of the pair of drive electrodes 51 and 52 in the pixel 4 selected by the pixel selection unit 94 which will be described later, and the transparent electrode 8. Is. Here, the selection of the X electrode 51 and the transparent electrode 8 is performed by selection by the X electrode selection unit 91 and the transparent electrode selection unit 95. As will be described later, the voltage value measured by the measurement unit 96 is sent to the pixel selection unit 94, and the electrical resistance value is calculated.

(電源および画素選択部)
電源93および画素選択部94の駆動動作は、電流制御部90により制御される。
〈電流制御部〉
図2に示すように、電流制御部90は、空間光変調器10の駆動動作、および、空間光変調器10(光変調素子1)の磁化反転動作の検知動作を制御する。そして、電流制御部90は、画素選択部94(画素選択手段)と、画素選択部94によって制御される電源93(電流供給手段)とを備える。画素選択部94は、図3に示すように、X電極51、Y電極52、透明電極8を選択し、かつ電源93の駆動を制御する電極選択部94aと、測定部96で測定された電圧値から電気抵抗値を算出する算出部94bと、選択された画素4において予め設定された磁化方向に応じて定められた標準電気抵抗値の設定範囲を記憶する記憶部94cと、算出された電気抵抗値が標準電気抵抗値の設定範囲内の値である場合に磁化反転が良好と判断し、前記設定範囲外である場合に磁化反転が不良と判断する判断部94dと、磁化反転が不良と判断した場合に駆動電極(X電極51およびY電極52)への電流の再供給を指令する指令部94eとを備えている。ここで、標準電気抵抗値とは、図7(a)、(b)で示された2値の磁化方向における電気抵抗値R、Rを意味する。なお、R、Rについては後記する。
(Power supply and pixel selector)
The driving operation of the power supply 93 and the pixel selection unit 94 is controlled by the current control unit 90.
<Current controller>
As shown in FIG. 2, the current control unit 90 controls the driving operation of the spatial light modulator 10 and the detection operation of the magnetization reversal operation of the spatial light modulator 10 (light modulation element 1). The current control unit 90 includes a pixel selection unit 94 (pixel selection unit) and a power source 93 (current supply unit) controlled by the pixel selection unit 94. As shown in FIG. 3, the pixel selection unit 94 selects the X electrode 51, the Y electrode 52, and the transparent electrode 8, and controls the driving of the power source 93, and the voltage measured by the measurement unit 96. A calculation unit 94b that calculates an electric resistance value from the value, a storage unit 94c that stores a setting range of a standard electric resistance value determined in accordance with a magnetization direction set in advance in the selected pixel 4, and a calculated electric value A determination unit 94d that determines that the magnetization reversal is good when the resistance value is within a set range of the standard electric resistance value, and determines that the magnetization reversal is defective when the resistance value is outside the setting range; A command unit 94e that commands resupply of current to the drive electrodes (X electrode 51 and Y electrode 52) when it is determined. Here, the standard electric resistance value means the electric resistance values R H and R L in the binary magnetization directions shown in FIGS. 7 (a) and 7 (b). R H and R L will be described later.

〈空間光変調器の駆動および磁化反転動作の検知動作〉
次に、空間光変調器10の駆動および磁化反転動作の検知動作について、図3、4を参照して、説明する。
図3、4に示すように、まず、画素選択部94に備えられた電極選択部94aからの指令を受けたX電極選択部91によって複数のX電極51の中から電流を供給するX電極51が選択され、電極選択部94aからの指令を受けたY電極選択部92によって複数のY電極52の中から電流を供給するY電極52が選択される。さらに、電極選択部94aからの指令を受けた透明電極選択部95によって複数の透明電極8の中からX電極51との間の電圧値を測定する透明電極8が選択される(S1)。これにより、所定の画素4が選択される。ここで、画素選択部94に備えられた記憶部94cには、予め設定された磁化方向に応じて定められた標準電気抵抗値の設定範囲が記憶されている(S101)。そして、所定の画素4の選択と共に、この画素4に対応する標準電気抵抗値の範囲が選択される。次に、画素選択部94からの指令を受けた電源93によって、選択されたX電極51とY電極52とに電流が供給される(S2)。
<Spatial light modulator drive and magnetization reversal detection operation>
Next, driving of the spatial light modulator 10 and detection operation of the magnetization reversal operation will be described with reference to FIGS.
As shown in FIGS. 3 and 4, first, an X electrode 51 that supplies current from a plurality of X electrodes 51 by an X electrode selection unit 91 that receives a command from an electrode selection unit 94 a provided in the pixel selection unit 94. Is selected, and the Y electrode 52 that supplies a current is selected from the plurality of Y electrodes 52 by the Y electrode selection unit 92 that has received a command from the electrode selection unit 94a. Further, the transparent electrode 8 that measures the voltage value with respect to the X electrode 51 is selected from the plurality of transparent electrodes 8 by the transparent electrode selection unit 95 that has received a command from the electrode selection unit 94a (S1). Thereby, a predetermined pixel 4 is selected. Here, the storage unit 94c provided in the pixel selection unit 94 stores a standard electric resistance value setting range determined according to a preset magnetization direction (S101). Then, along with the selection of the predetermined pixel 4, a standard electric resistance value range corresponding to the pixel 4 is selected. Next, current is supplied to the selected X electrode 51 and Y electrode 52 by the power supply 93 that has received a command from the pixel selection unit 94 (S2).

次に、測定部96により、前記S1で選択されたX電極51および透明電極8の電圧値が測定され(S3)、測定部96で測定された電圧値は画素選択部94に送られる。次に、画素選択部94に備えられた算出部94bによって、電圧値から電気抵抗値が算出される(S4)。算出された電気抵抗値は、判断部94dによって、予め記憶部94cに記憶された標準電気抵抗値(R、R)のうち、設定された磁化反転に対応する一方の値の設定範囲と比較される(S5)。ここで、標準電気抵抗値は、磁化自由層3の磁化方向が下向きの場合(R)は、所定の範囲内の値であるものとし、磁化方向が上向きの場合(R)は、下向きの場合(R)よりも低い所定範囲内の値であるものとする(図7(a)、(b)参照)。そして、算出された電気抵抗値が、所望の範囲内に一致するか否かを判断する(S6)。例えば、所望の磁化反転に対応する一方の値がRの場合、算出された電気抵抗値をRとすると、「RがRの範囲内」であれば、磁化反転が良好と判断し、一方、「RがRの範囲内すなわち、Rの範囲外」であれば、磁化反転が不良と判断する(図7参照:詳細は、後記する「磁化方向の2値状態について」で説明する)。すなわち、所望の範囲内にある場合(S6:Yes)、磁化反転が良好とし、次のステップに進む。一方、所望の範囲内にない場合(S6:No)、磁化反転が不良とし、指令部94eによって、駆動電極51,52への電流の再供給が指令され、電源93から駆動電極51,52へ電流が供給される。そして、すべての画素4において、処理が終了したか否かを判断し、終了していれば(S7:Yes)、処理を終了し、終了していなければ(S7:No)、次の電極を選択する。
これにより、空間光変調器10が駆動するとともに、空間光変調器10(光変調素子1の磁化自由層3)の磁化の方向が検知され、所望の磁化状態に反転する。
Next, the voltage value of the X electrode 51 and the transparent electrode 8 selected in S1 is measured by the measurement unit 96 (S3), and the voltage value measured by the measurement unit 96 is sent to the pixel selection unit 94. Next, the electrical resistance value is calculated from the voltage value by the calculation unit 94b provided in the pixel selection unit 94 (S4). The calculated electric resistance value is determined by the determination unit 94d as a set range of one value corresponding to the set magnetization inversion among the standard electric resistance values (R H , R L ) stored in the storage unit 94c in advance. Compared (S5). Here, the standard electric resistance value is a value within a predetermined range when the magnetization direction of the magnetization free layer 3 is downward (R H ), and is downward when the magnetization direction is upward (R L ). It is assumed that the value is within a predetermined range lower than (R H ) (see FIGS. 7A and 7B). Then, it is determined whether or not the calculated electrical resistance value is within a desired range (S6). For example, when one value corresponding to the desired magnetization reversal is R H , assuming that the calculated electrical resistance value is R 2 , if R 2 is within the R H range, it is determined that the magnetization reversal is good. On the other hand, if “R 2 is within the range of R L , that is, out of the range of R H ”, it is determined that the magnetization reversal is defective (see FIG. 7 for details: “Binary state of magnetization direction” described later) ”). That is, when it is within the desired range (S6: Yes), the magnetization reversal is considered good, and the process proceeds to the next step. On the other hand, when it is not within the desired range (S6: No), the magnetization reversal is determined to be defective, and the command unit 94e commands the resupply of the current to the drive electrodes 51 and 52, and the power source 93 to the drive electrodes 51 and 52. Current is supplied. Then, in all the pixels 4, it is determined whether or not the processing is finished. If the processing is finished (S7: Yes), the processing is finished. If not finished (S7: No), the next electrode is changed. select.
As a result, the spatial light modulator 10 is driven, and the magnetization direction of the spatial light modulator 10 (the magnetization free layer 3 of the light modulation element 1) is detected and reversed to a desired magnetization state.

X電極選択部91は、複数のX電極51にそれぞれ対応して設けられた複数のスイッチング素子から構成される。Y電極選択部92もこれと同様に、複数のY電極52にそれぞれ対応して設けられた複数のスイッチング素子から構成される。各スイッチング素子へは電源93から一定電流が供給されており、駆動対象となる光変調素子1にX電極51を介して接続されているスイッチング素子、および、Y電極52を介して接続されているスイッチング素子が、画素選択部94からの指令(動作信号)を受けて導通動作を行うことにより、その光変調素子1に電流が供給される。   The X electrode selection unit 91 includes a plurality of switching elements provided corresponding to the plurality of X electrodes 51, respectively. Similarly, the Y electrode selection unit 92 includes a plurality of switching elements provided corresponding to the plurality of Y electrodes 52, respectively. A constant current is supplied from the power source 93 to each switching element, and is connected to the light modulation element 1 to be driven via the X electrode 51 and the Y electrode 52. When the switching element receives a command (operation signal) from the pixel selection unit 94 and performs a conduction operation, a current is supplied to the light modulation element 1.

透明電極選択部95は、X電極選択部91およびY電極選択部92と同様に、複数の光変調素子1の透明電極8にそれぞれ対応して設けられた複数のスイッチング素子から構成される。検知対象となる光変調素子1に透明電極8を介して接続されるスイッチング素子が、画素選択部94からの指令(動作信号)を受けて導通動作を行うことにより、光変調素子1の電気抵抗の測定が行われ、光変調素子1の磁化反転動作の検知が行われる。駆動対象または検知対象となっている光変調素子1の選択と、この光変調素子1の駆動、および、磁化反転動作の検知を行うためのスイッチング素子の動作制御は、画素選択部94によって行われる。   Similar to the X electrode selection unit 91 and the Y electrode selection unit 92, the transparent electrode selection unit 95 includes a plurality of switching elements provided corresponding to the transparent electrodes 8 of the plurality of light modulation elements 1, respectively. The switching element connected to the light modulation element 1 to be detected through the transparent electrode 8 performs a conduction operation in response to a command (operation signal) from the pixel selection unit 94, whereby the electric resistance of the light modulation element 1 Is measured, and the magnetization reversal operation of the light modulation element 1 is detected. Selection of the light modulation element 1 to be driven or detected, driving of the light modulation element 1, and operation control of the switching element for detecting the magnetization reversal operation are performed by the pixel selection unit 94. .

電源93は電流反転機能を備えている。つまり、X電極51に正電流を供給すると共に、Y電極52に負電流を供給することができ、逆に、X電極51に負電流を供給すると共に、Y電極52に正電流を供給することもできるようになっている。この電源93の電流反転機能の制御もまた画素選択部94により行われる。
画素選択部94は、所謂、コンピュータであり、図示しない中央演算装置がROMに格納されたプログラムを実行することにより、X電極選択部91、Y電極選択部92、透明電極選択部95および電源93の動作制御が行われる。なお、X電極選択部91、Y電極選択部92、透明電極選択部95による各選択は、画素選択部94に、人為的に予め所望のプログラムを設定し、このプログラムを実行することで行なわれる。
The power supply 93 has a current reversal function. That is, a positive current can be supplied to the X electrode 51 and a negative current can be supplied to the Y electrode 52. Conversely, a negative current can be supplied to the X electrode 51 and a positive current can be supplied to the Y electrode 52. You can also. The pixel selector 94 also controls the current reversal function of the power supply 93.
The pixel selection unit 94 is a so-called computer, and an X electrode selection unit 91, a Y electrode selection unit 92, a transparent electrode selection unit 95, and a power source 93 are executed by a central processing unit (not shown) executing a program stored in the ROM. The operation control is performed. Each selection by the X electrode selection unit 91, the Y electrode selection unit 92, and the transparent electrode selection unit 95 is performed by artificially setting a desired program in the pixel selection unit 94 and executing this program. .

<空間光変調器の動作>
次に、空間光変調器10の動作について、図5を参照して説明する。
まず、光源である光学系OPSから、レーザー光が照射される。この光学系OPSから照射されたレーザー光は様々な偏光成分を含んでいるので、これを基板7の下方の偏光子PFiを透過させて、1つの偏光成分の光とする。以下、1つの偏光成分の光を偏光と称する。この偏光(入射偏光)は、画素アレイ40(図2参照)のすべての画素4に所定の入射角で入射する。入射偏光は、それぞれの画素4において、基板7および透明電極8を透過して光変調素子1に入射し、当該光変調素子1の磁化自由層3によるカー効果により、偏光方向が所定角度回転した出射偏光として光変調素子1から出射し、再び透明電極8および基板7を透過して画素4から出射する。それぞれの画素4から出射したすべての出射偏光は、偏光子PFoに到達する。偏光子PFoは、特定の偏光、ここでは入射偏光に対して角度θ旋光した偏光のみを透過させ、この透過した出射偏光が検出器PDに入射する。一方、角度−θ旋光した偏光は、偏光子PFoを透過できない。なお、偏光子PFi,PFoはそれぞれ偏光板等であり、検出器PDはスクリーン等の画像表示手段やカメラ等である。
<Operation of spatial light modulator>
Next, the operation of the spatial light modulator 10 will be described with reference to FIG.
First, laser light is emitted from an optical system OPS that is a light source. Since the laser light emitted from the optical system OPS includes various polarization components, the laser light is transmitted through the polarizer PFi below the substrate 7 to be light of one polarization component. Hereinafter, light of one polarization component is referred to as polarization. This polarized light (incident polarized light) is incident on all the pixels 4 of the pixel array 40 (see FIG. 2) at a predetermined incident angle. In each pixel 4, incident polarized light passes through the substrate 7 and the transparent electrode 8 and enters the light modulation element 1, and the polarization direction is rotated by a predetermined angle due to the Kerr effect by the magnetization free layer 3 of the light modulation element 1. The light is emitted from the light modulation element 1 as outgoing polarized light, passes through the transparent electrode 8 and the substrate 7 again, and is emitted from the pixel 4. All outgoing polarized light emitted from the respective pixels 4 reaches the polarizer PFo. The polarizer PFo transmits only specific polarized light, here, polarized light whose angle θ k is rotated with respect to incident polarized light, and this transmitted outgoing polarized light is incident on the detector PD. On the other hand, the polarized light having the angle −θ k rotation cannot pass through the polarizer PFo. The polarizers PFi and Pfo are polarizing plates or the like, and the detector PD is an image display means such as a screen, a camera, or the like.

このように、角度θ旋光した場合の回折光(出射偏光)は偏光子PFoを通過することができるが、角度−θ旋光した場合の回折光は偏光子PFoを通過することができない状態を作り出すことができる。空間光変調器10は、前記の通りX電極51とY電極52とを選択的に駆動(電流供給)して所望の光変調素子1に電流を流すことができるようになっているため、光変調素子1毎に(画素4毎に)磁化自由層3の磁化の向きを電流の向きや大きさによって制御し、偏光子PFoを通過可能な回折光とするか通過不能な回折光とするかによって、回折光の強弱(コントラスト)を制御することができる。また、この制御の際、光変調素子1の透明電極8を用いて、光変調素子1の電気抵抗、具体的にはX電極51と透明電極8との間の電気抵抗を測定し、その値で光変調素子1(磁化自由層3)の磁化反転動作が良好に行われているかどうかを検知する。そして、磁化反転動作が不良の場合には、再度、電流供給を行う。 As described above, the diffracted light (emitted polarized light) when the angle θ k is rotated can pass through the polarizer PFo, but the diffracted light when the angle −θ k is rotated cannot pass through the polarizer PFo. Can produce. Since the spatial light modulator 10 can selectively drive (current supply) the X electrode 51 and the Y electrode 52 as described above to flow a current to a desired light modulation element 1, Whether the magnetization direction of the magnetization free layer 3 is controlled by the direction and magnitude of the current for each modulation element 1 (for each pixel 4), and whether the diffracted light can pass through the polarizer PFo or not. Thus, the intensity (contrast) of the diffracted light can be controlled. In this control, the transparent electrode 8 of the light modulation element 1 is used to measure the electric resistance of the light modulation element 1, specifically, the electric resistance between the X electrode 51 and the transparent electrode 8, and the value is measured. Thus, it is detected whether or not the magnetization reversal operation of the light modulation element 1 (magnetization free layer 3) is satisfactorily performed. If the magnetization reversal operation is defective, the current is supplied again.

また、磁化自由層3によるカー効果の大きさ(カー回転角の大きさ)によって回折光のコントラストの強弱比が決まる。図5に示すように、角度θ旋光して回折光を透過するか、または、角度−θ旋光して遮光するかの状態の場合、カー回転角(−θ,θ)が一定角度以上ある場合には、高いコントラストを得ることができるが、カー回転角が小さい場合には、低コントラストとなる。なお、図5のように磁化自由層3の磁化の向きが下向きである場合に光検出器の出力が「明状態」となり、逆に磁化自由層3の磁化の向きが上向きである場合には「暗状態」となる。 The contrast ratio of the diffracted light is determined by the magnitude of the Kerr effect (the Kerr rotation angle) by the magnetization free layer 3. As shown in FIG. 5, or transmitted through the angle theta k rotatory to the diffracted light, or in the case of one of the states to shield angularly - [theta] k optical rotation, the Kerr rotation angle (-θ k, θ k) is constant When the angle is greater than the angle, high contrast can be obtained, but when the Kerr rotation angle is small, the contrast is low. As shown in FIG. 5, when the magnetization direction of the magnetization free layer 3 is downward, the output of the photodetector is “bright”, and conversely, when the magnetization direction of the magnetization free layer 3 is upward. “Dark state”.

<光変調素子の磁区状態の変移>
次に、光変調素子1の磁区状態の変移について、図6を参照して説明する。
図6(a)に示すように、初期状態として、磁化の方向は、磁化自由層3では下向き、第1磁化固定層11では上向き、第2磁化固定層12では下向きであるとする。
<Transition of magnetic domain state of light modulation element>
Next, the transition of the magnetic domain state of the light modulation element 1 will be described with reference to FIG.
As shown in FIG. 6A, in the initial state, the magnetization direction is downward in the magnetization free layer 3, upward in the first magnetization fixed layer 11, and downward in the second magnetization fixed layer 12.

この状態から、図6(b)に示すように、X電極51を負、Y電極52を正としてパルス電流を供給すると、X電極51から注入された電子において、上向きスピンの電子d1は第1磁化固定層11を通過するが、下向きスピンの電子d2は第1磁化固定層11を通過することができない。すなわち、X電極51から注入された電子は第1磁化固定層11によって弁別され、第1磁化固定層11の内部で第1磁化固定層11の磁化方向にスピンを揃え(スピン偏極)、そのスピン偏極した電子(上向きスピンの電子d1)が第1中間層21内をスピンを保持したまま通過し、磁化自由層3に注入される。そして、磁化自由層3の内部では、磁化自由層3の磁化方向を決定づける内部電子と注入されたスピン偏極電子との相互作用により、局所的なスピントルクという力が生じて磁化自由層3内の磁化方向を決定づける内部電子のスピンを反転させる。そのために、結果として第1磁化固定層11の直下付近の磁化自由層3から磁化反転が生ずる。   From this state, as shown in FIG. 6B, when a pulse current is supplied with the X electrode 51 negative and the Y electrode 52 positive, the upward spin electron d1 is the first in the electrons injected from the X electrode 51. Although passing through the magnetization pinned layer 11, the downward spin electron d <b> 2 cannot pass through the first magnetization pinned layer 11. That is, electrons injected from the X electrode 51 are discriminated by the first magnetization fixed layer 11, and spins are aligned in the magnetization direction of the first magnetization fixed layer 11 inside the first magnetization fixed layer 11 (spin polarization). Spin-polarized electrons (upward-spin electrons d1) pass through the first intermediate layer 21 while maintaining spin, and are injected into the magnetization free layer 3. In the magnetization free layer 3, a force called local spin torque is generated by the interaction between the internal electrons that determine the magnetization direction of the magnetization free layer 3 and the injected spin-polarized electrons. It reverses the spin of internal electrons that determines the magnetization direction. For this reason, as a result, magnetization reversal occurs from the magnetization free layer 3 near the first magnetization fixed layer 11.

同時に、第2磁化固定層12の直下付近の磁化自由層3内の電子において、下向きスピンの電子d2は第2磁化固定層12を通過するが、上向きスピンの電子d1は第2磁化固定層12を通過することができない。すなわち、磁化自由層3内の電子は、下向きスピンの電子d2のみが第2磁化固定層12内をスピンを保持したまま通過することで第2磁化固定層12によって弁別される。これにより、第2磁化固定層12の直下付近の磁化自由層3には上向きスピンの電子d1が留まり、この上向きスピンによるトルクのため、第2磁化固定層12の直下付近の磁化自由層3からも磁化反転が生じる。なお、このとき、透明電極層8にもわずかに電流が漏れてしまい、上向きスピンの電子d1の一部が漏れてしまうが、一般的にIZOやITO等の透明電極層8は、磁化自由層3の比抵抗(〜20μΩ・cm)に比べて20倍程度大きいため、漏れ電流の影響を低く抑えることが可能である。このように、適当な幅のパルス電流を供給することにより、磁化自由層3の磁化が反転し、結果的に図6(b)から図6(c)の状態に移行する。   At the same time, among the electrons in the magnetization free layer 3 near the second magnetization fixed layer 12, the downward spin electrons d 2 pass through the second magnetization fixed layer 12, while the upward spin electrons d 1 are transmitted in the second magnetization fixed layer 12. Can not pass. That is, the electrons in the magnetization free layer 3 are discriminated by the second magnetization fixed layer 12 as only the downward spin electrons d2 pass through the second magnetization fixed layer 12 while maintaining the spin. As a result, the upward spin electrons d1 remain in the magnetization free layer 3 near the second magnetization fixed layer 12 and from the magnetization free layer 3 near the second magnetization fixed layer 12 due to the torque due to the upward spin. Also causes magnetization reversal. At this time, a small amount of current also leaks to the transparent electrode layer 8 and a part of the upward spin electrons d1 leaks. Generally, however, the transparent electrode layer 8 such as IZO or ITO is a magnetization free layer. 3 is about 20 times larger than the specific resistance (˜20 μΩ · cm), so that the influence of the leakage current can be kept low. In this way, by supplying a pulse current having an appropriate width, the magnetization of the magnetization free layer 3 is reversed, and as a result, the state shifts from FIG. 6B to FIG. 6C.

そして、図6(c)に示すように、この状態では、磁化自由層3の磁化の方向は、上向きとなる。この状態から、図6(d)に示すように、X電極51を正、Y電極52を負としてパルス電流を供給すると、第2磁化固定層12によって弁別された下向きスピンの電子d2が磁化自由層3に注入され、下向きスピンによるトルクのため、第2磁化固定層12の直下付近の磁化自由層3から磁化反転が生じる。同時に、第1磁化固定層11によって弁別された下向きスピンの電子d2の下向きスピンによるトルクのため、第1磁化固定層11の直下付近の磁化自由層3からも磁化反転が生じる。なお、このとき、透明電極層8にもわずかに電流が漏れてしまい、下向きスピンの電子d2の一部が漏れてしまうが、前記のとおり、漏れ電流の影響を低く抑えることが可能である。このように、適当な幅のパルス電流を供給することにより、磁化自由層3の磁化方向が反転し、結果的に図6(d)から図6(a)の状態に移行する。   As shown in FIG. 6C, in this state, the magnetization direction of the magnetization free layer 3 is upward. In this state, as shown in FIG. 6D, when a pulse current is supplied with the X electrode 51 being positive and the Y electrode 52 being negative, the downward spin electron d2 discriminated by the second magnetization fixed layer 12 is free of magnetization. Magnetization reversal occurs from the magnetization free layer 3 near the second magnetization fixed layer 12 due to the torque caused by the downward spin that is injected into the layer 3. At the same time, due to the torque due to the downward spin electrons d2 discriminated by the first magnetization pinned layer 11, magnetization reversal also occurs from the magnetization free layer 3 immediately below the first magnetization pinned layer 11. At this time, the current slightly leaks to the transparent electrode layer 8 and part of the downward spin electrons d2 leaks. However, as described above, the influence of the leakage current can be kept low. In this way, by supplying a pulse current having an appropriate width, the magnetization direction of the magnetization free layer 3 is reversed, and as a result, the state shifts from FIG. 6D to FIG. 6A.

このように、磁化自由層3の磁化の向きは、パルス電流を流す向きによって制御することができるため、パルス電流によって回折する光の偏光面を制御する光変調素子1として動作させることができる。なお、パルス電流ではなく、直流電流であってもよい。また、ここでは電流を供給するものとして説明したが、電圧を印加するものであってもよい。なお、パルス供給後の磁化の向きはそのまま保持され、別途電流を流す必要はない。すなわち、本発明の光変調素子1は自らメモリ機能を有する。
そして、2つの磁化固定層11,12を備えることで、スピン注入の効率を向上させることができ、また、光の入射面(出射面)の面積を広くしても磁化自由層3の磁化反転が効率よく起きるため、画素4の開口率を増大させることができる。
Thus, since the magnetization direction of the magnetization free layer 3 can be controlled by the direction in which the pulse current flows, it can be operated as the light modulation element 1 that controls the polarization plane of the light diffracted by the pulse current. Note that a direct current may be used instead of the pulse current. Moreover, although it demonstrated as what supplies an electric current here, you may apply a voltage. It should be noted that the direction of magnetization after the pulse supply is maintained as it is, and it is not necessary to separately pass a current. That is, the light modulation element 1 of the present invention has its own memory function.
By providing the two magnetization fixed layers 11 and 12, the efficiency of spin injection can be improved, and the magnetization reversal of the magnetization free layer 3 can be achieved even if the area of the light incident surface (emission surface) is increased. Since this occurs efficiently, the aperture ratio of the pixel 4 can be increased.

<磁化方向の2値状態について>
本発明では、磁化自由層3の磁化反転動作を電気的に測定することが可能である。これについて、図7を参照して説明する。なお、図7(a)は、磁化自由層3の磁化の方向が下向きの状態を示し、図7(b)は、磁化自由層3の磁化の方向が上向きの状態を示す。
図7(a)、(b)に示すように、例えば、第1磁化固定層11、および、第2磁化固定層12の材料が同一で、第1中間層21、および、第2中間層22の材料と膜厚とが同一であるとすると、磁化固定層11,12と磁化自由層3との間の抵抗は、それぞれの磁化方向の組み合わせにより、R,Rのいずれかとなる。ここで、「H」は抵抗値が高く、「L」は抵抗値が低いことを示している。したがって、X電極51とY電極52との間の抵抗をRとすると、図7(a)、(b)の状態において、共に「R=R+R」となり、磁化自由層3の磁化反転を検知できない。しかしながら、X電極51と透明電極層8との間の抵抗をRとすると、Rは、磁化自由層3の磁化の方向が下向きである図7(a)の状態ではR=R、磁化自由層3の磁化の方向が上向きである図7(b)の状態ではR=RLとなり、値が異なる(RまたはR)。
<About the binary state of the magnetization direction>
In the present invention, the magnetization reversal operation of the magnetization free layer 3 can be electrically measured. This will be described with reference to FIG. 7A shows a state in which the magnetization direction of the magnetization free layer 3 is downward, and FIG. 7B shows a state in which the magnetization direction of the magnetization free layer 3 is upward.
As shown in FIGS. 7A and 7B, for example, the first magnetization fixed layer 11 and the second magnetization fixed layer 12 are made of the same material, and the first intermediate layer 21 and the second intermediate layer 22 are the same. If the material and the film thickness are the same, the resistance between the magnetization fixed layers 11 and 12 and the magnetization free layer 3 is either R H or R L depending on the combination of the magnetization directions. Here, “H” indicates that the resistance value is high, and “L” indicates that the resistance value is low. Therefore, if the resistance between the X electrode 51 and the Y electrode 52 is R 1 , both are “R 1 = R H + R L ” in the states of FIGS. Cannot detect magnetization reversal. However, if the resistance between the X electrode 51 and the transparent electrode layer 8 is R 2 , R 2 is R 2 = R H in the state of FIG. 7A in which the magnetization direction of the magnetization free layer 3 is downward. In the state of FIG. 7B where the magnetization direction of the magnetization free layer 3 is upward, R 2 = R L , and the values are different (R H or R L ).

そして、前記したとおり、選択された画素4において予め設定された磁化方向に応じて定められ、記憶された標準電気抵抗値(例えばR)の設定範囲と算出された電気抵抗値Rを比較して、電気抵抗値Rが設定範囲内の値である場合に磁化反転が良好とし、設定範囲外の値である場合に不良として磁化反転の良好または不良を判断することができる。すなわち、透明電極層8を備えることで磁化自由層3の磁化反転動作を正確に知ることができる。これにより、磁化自由層3の磁化反転動作が正確に行われていないと判断した場合には、再度電流を供給して、所望の磁化状態に反転させればよい。このようにすることで、例えば、所望の磁化反転が起きないエラーが生じた場合のエラー訂正に利用することができる。 Then, as described above, the set range of the standard electric resistance value (for example, R H ) determined and stored according to the magnetization direction set in advance in the selected pixel 4 is compared with the calculated electric resistance value R 2 . to the magnetization reversal if the electric resistance value R 2 is a value within the set range is good, it is possible to determine the magnetization reversal good or bad as a defective if a value outside the range. That is, by providing the transparent electrode layer 8, the magnetization reversal operation of the magnetization free layer 3 can be accurately known. As a result, when it is determined that the magnetization reversal operation of the magnetization free layer 3 is not performed accurately, the current may be supplied again to reverse the magnetization state to a desired state. In this way, for example, it can be used for error correction when an error that does not cause desired magnetization reversal occurs.

<光変調器の製造方法>
次に、空間光変調器10の製造方法の一例について、図1、2を適宜参照して説明する。なお、ここでは、金属薄膜層9および保護層41,42を設けない場合について説明する。
<Method for manufacturing optical modulator>
Next, an example of a method for manufacturing the spatial light modulator 10 will be described with reference to FIGS. Here, the case where the metal thin film layer 9 and the protective layers 41 and 42 are not provided will be described.

まず、基板7上に透明電極層8、磁化自由層3、中間層21,22、磁化固定層11,12を構成するための各層膜をこの順に、スパッタリング法(例えば、マグネトロンスパッタリング、イオンビームスパッタリング)等、公知の技術を用いて、真空中で一貫して製膜し、素子膜を形成する。また、基板7上に形成された素子膜に対して、必要に応じて、熱処理を施す。この熱処理は、光変調素子1の特性を向上させ、また、後に行われるフォトリソグラフィプロセス中における光変調素子1の特性変化を抑制するために行われる。熱処理条件としては、例えば190〜500℃で1時間の真空熱処理を行う。   First, each layer film for forming the transparent electrode layer 8, the magnetization free layer 3, the intermediate layers 21, 22 and the magnetization fixed layers 11 and 12 on the substrate 7 is formed in this order by sputtering (for example, magnetron sputtering, ion beam sputtering). ), Etc., to form a device film by consistently forming a film in a vacuum. Further, the element film formed on the substrate 7 is heat-treated as necessary. This heat treatment is performed in order to improve the characteristics of the light modulation element 1 and to suppress changes in the characteristics of the light modulation element 1 during a photolithography process performed later. As heat treatment conditions, for example, vacuum heat treatment is performed at 190 to 500 ° C. for 1 hour.

次に、素子膜の層上に、画素サイズのレジストを形成し、レジストパターンを形成する。レジストの形成は、光変調素子1のサイズに応じて所定サイズのレジストパターンをメサパターンとなるように、EB(電子ビーム)露光法等により形成する。そして、レジストパターンのレジストが形成されていない部位について、素子膜の膜厚方向に、透明電極層8の上面まで(表面が露出するまで)除去する。除去については、エッチング、あるいはArイオン等を用いたイオンビームミリング法によるミリング加工等により行なうことができる。   Next, a pixel-size resist is formed on the element film layer to form a resist pattern. The resist is formed by an EB (electron beam) exposure method or the like so that a resist pattern of a predetermined size becomes a mesa pattern according to the size of the light modulation element 1. Then, the portion of the resist pattern where the resist is not formed is removed up to the upper surface of the transparent electrode layer 8 (until the surface is exposed) in the film thickness direction of the element film. The removal can be performed by etching or milling by an ion beam milling method using Ar ions or the like.

その後、レジストを剥離せずに、アルミナや酸化珪素等の絶縁材料(絶縁部材6)を全面に堆積し、ミリング加工等により形成された溝を絶縁部材6で埋める。絶縁部材6の形成は、反応性スパッタリング法やCVD法、ゾル−ゲル法等により行うことができる。溝に堆積する絶縁部材6の厚さは、溝深さと同程度か、それ以上厚くする。また、レジストを除去する前に堆積するため、レジスト上にも絶縁部材6が堆積する。   Thereafter, without peeling off the resist, an insulating material (insulating member 6) such as alumina or silicon oxide is deposited on the entire surface, and the groove formed by milling or the like is filled with the insulating member 6. The insulating member 6 can be formed by a reactive sputtering method, a CVD method, a sol-gel method, or the like. The thickness of the insulating member 6 deposited in the groove is equal to or greater than the groove depth. In addition, since the insulating member 6 is deposited before the resist is removed, the insulating member 6 is also deposited on the resist.

絶縁部材6を堆積した後、レジスト剥離液に浸して、リフトオフ(レジストの剥離)する。あるいは、CMP(Chemical Mechanical Polishing:化学機械研磨)法により、レジストを除去してもよい。なお、CMP処理等を行う場合には、最上部に形成されている磁化固定層11,12の厚さが所定値となるように、成膜時に研磨厚さ分だけ厚く形成しておいてもよい。   After the insulating member 6 is deposited, it is immersed in a resist stripping solution and lifted off (resist stripping). Alternatively, the resist may be removed by a CMP (Chemical Mechanical Polishing) method. When performing CMP processing or the like, it may be formed thicker by the polishing thickness so that the thickness of the magnetization fixed layers 11 and 12 formed at the uppermost portion has a predetermined value. Good.

次に、素子膜の中央部を分断するような孔の空いたレジストパターンを形成し、ミリング加工等により素子膜の中央を磁化自由層3の上面まで除去するか(図1(a)参照)、あるいは、中間層2Aの上面または途中まで除去する(図1(b)参照)。その後、レジストを剥離せずに、アルミナや酸化珪素等の絶縁材料(絶縁部材6)を再び全面に堆積し、前記と同様の方法でミリング加工等により形成された溝を絶縁部材6で埋める。溝に堆積する絶縁部材6の厚さは、溝深さと同程度か、それ以上厚くする。また、レジストを除去する前に堆積するため、レジスト上にも絶縁部材6が堆積する。絶縁部材6を堆積した後、レジスト剥離液に浸して、リフトオフする。あるいは、CMP法により、レジストを除去してもよい。   Next, a resist pattern having a hole that divides the central portion of the element film is formed, and the center of the element film is removed to the upper surface of the magnetization free layer 3 by milling or the like (see FIG. 1A). Alternatively, the intermediate layer 2A is removed to the upper surface or partway (see FIG. 1B). Thereafter, without peeling off the resist, an insulating material (insulating member 6) such as alumina or silicon oxide is deposited again on the entire surface, and the groove formed by milling or the like is filled with the insulating member 6 by the same method as described above. The thickness of the insulating member 6 deposited in the groove is equal to or greater than the groove depth. In addition, since the insulating member 6 is deposited before the resist is removed, the insulating member 6 is also deposited on the resist. After the insulating member 6 is deposited, it is immersed in a resist stripping solution and lifted off. Alternatively, the resist may be removed by a CMP method.

レジストを除去した後、第1磁化固定層11上にX電極51、第2磁化固定層12上にY電極52を、これらが直交するように所定間隔で形成する。この電極の形成は、素子膜の形成方法と同様にして行うことができる。そして、X電極51間、Y電極52間には、絶縁部材6が充填される。   After removing the resist, the X electrode 51 is formed on the first magnetization fixed layer 11 and the Y electrode 52 is formed on the second magnetization fixed layer 12 at predetermined intervals so as to be orthogonal to each other. This electrode can be formed in the same manner as the element film formation method. The insulating member 6 is filled between the X electrodes 51 and the Y electrodes 52.

以上、本発明に係る空間光変調器10の実施形態について説明したが、本発明は前記実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で変更することができる。例えば、以下の構成としてもよい。   As mentioned above, although embodiment of the spatial light modulator 10 which concerns on this invention was described, this invention is not limited to the said embodiment, It can change in the range which does not deviate from the meaning of this invention. For example, the following configuration may be used.

[第2実施形態]
図8、9に示すように、空間光変調器10Aは、配列された、2つの磁化固定層11,12が同一平面上に並んだ方向に隣り合う2つの画素4において、光変調素子1の2つを、1つの同じY電極52に接続される2つの光変調素子1の第2磁化固定層12を一体として1つの一体型素子15としたものである。具体的には、図9に示すように、1つの光変調素子1の第2磁化固定層12と、この光変調素子1に隣り合う光変調素子1の第2磁化固定層12とが1つの磁化固定層Fとして構成されている。その他の構成については、前記第1実施形態の空間光変調器10と同様である。
[Second Embodiment]
As illustrated in FIGS. 8 and 9, the spatial light modulator 10 </ b> A includes two light-emitting elements 4 arranged adjacent to each other in the direction in which the two magnetization fixed layers 11 and 12 are arranged on the same plane. The two are formed as one integrated element 15 by integrating the second magnetization fixed layers 12 of the two light modulation elements 1 connected to the same Y electrode 52. Specifically, as shown in FIG. 9, there is one second magnetization fixed layer 12 of one light modulation element 1 and one second magnetization fixed layer 12 of the light modulation element 1 adjacent to this light modulation element 1. It is configured as a magnetization fixed layer F. Other configurations are the same as those of the spatial light modulator 10 of the first embodiment.

すなわち、一体型素子15は、磁化固定層が、同一平面上に分離した3つの磁化固定層11,F,11からなり、この3つの磁化固定層11,F,11のそれぞれが、同一平面上に分離した2つの磁化自由層3,3上に、中間層22,22を挟んで積層されたものである。そして、3つの磁化固定層11,F,11のうち中央に位置する磁化固定層Fが2つの磁化自由層3,3を跨いで積層され、他の2つの磁化固定層がそれぞれ2つの磁化自由層3,3のうちのいずれか一方に積層されている。そして、3つの磁化固定層11,F,11は、中央に位置する1つの磁化固定層Fが他の2つの磁化固定層11,11とは反平行な磁化に固定され、かつ2つの磁化自由層3,3よりも保磁力の大きい磁性体である。   That is, the integrated element 15 is composed of three magnetization fixed layers 11, F, 11 separated on the same plane, and each of the three magnetization fixed layers 11, F, 11 is on the same plane. Is laminated on the two magnetization free layers 3 and 3 separated by the intermediate layers 22 and 22 therebetween. The magnetization pinned layer F located at the center of the three magnetization pinned layers 11, F and 11 is laminated so as to straddle the two magnetization free layers 3 and 3, and the other two magnetization pinned layers each have two magnetization free layers. It is laminated on either one of the layers 3 and 3. The three magnetization fixed layers 11, F, 11 have one magnetization fixed layer F located in the center fixed to an antiparallel magnetization to the other two magnetization fixed layers 11, 11, and two magnetization free layers It is a magnetic body having a larger coercive force than the layers 3 and 3.

このような構成とすることで、光変調素子1における第1磁化固定層11と第2磁化固定層12の大きさを異なるものとすることができ、それぞれ異なる保磁力とすることができる。そのため、第1磁化固定層11および第2磁化固定層12の磁化を、容易に反平行の状態に固定することができる。   By setting it as such a structure, the magnitude | sizes of the 1st magnetization fixed layer 11 and the 2nd magnetization fixed layer 12 in the light modulation element 1 can be made different, and it can be set as a different coercive force, respectively. Therefore, the magnetizations of the first magnetization fixed layer 11 and the second magnetization fixed layer 12 can be easily fixed in an antiparallel state.

次に、空間光変調器10Aの製造方法について、図10を参照して説明する。なお、前記した空間光変調器10の製造方法と同様の事項については、適宜説明を省略する。
まず、基板7上に透明電極層用膜300、磁化自由層用膜301、中間層用膜302、磁化固定層用膜303、第1電極層用膜304を積層した素子膜Aを形成する(図10(a))。次に、レジストBにより素子膜Aの中央部を分断するような孔の空いたレジストパターンを形成する(図10(b))。その後、素子膜Aの中央を透明電極層用膜300の上面まで除去し、溝を挟んで、2つの素子膜Aa,Abとする(図10(c))。その後、レジストBを剥離せずに、絶縁部材6を全面に堆積し、形成された溝を中間層用膜302の上面の高さまで絶縁部材6で埋め、さらに、磁化固定層用膜303を全面に積層し、形成された溝を、中間層用膜302上の磁化固定層用膜303の上面の高さまで磁化固定層用膜303で埋める(図10(d))。これにより、磁化固定層用膜303を溝の部分でつなげて一体膜303aとする。なお、これらの際、レジストB上にも絶縁部材6が堆積し、さらに、この絶縁部材6上にも磁化固定層用膜303が堆積する(図10(d))。
Next, a method for manufacturing the spatial light modulator 10A will be described with reference to FIG. In addition, about the matter similar to the manufacturing method of the above-mentioned spatial light modulator 10, description is abbreviate | omitted suitably.
First, an element film A in which a transparent electrode layer film 300, a magnetization free layer film 301, an intermediate layer film 302, a magnetization fixed layer film 303, and a first electrode layer film 304 are stacked on a substrate 7 is formed ( FIG. 10 (a)). Next, a resist pattern having a hole that divides the central portion of the element film A by the resist B is formed (FIG. 10B). Thereafter, the center of the element film A is removed to the upper surface of the transparent electrode layer film 300, and two element films Aa and Ab are formed with a groove interposed therebetween (FIG. 10C). Then, without peeling off the resist B, the insulating member 6 is deposited on the entire surface, the formed groove is filled with the insulating member 6 to the height of the upper surface of the intermediate layer film 302, and the magnetization fixed layer film 303 is further formed on the entire surface. Then, the groove formed is filled with the magnetization fixed layer film 303 up to the height of the upper surface of the magnetization fixed layer film 303 on the intermediate layer film 302 (FIG. 10D). As a result, the magnetization fixed layer film 303 is connected at the groove portion to form an integrated film 303a. In these cases, the insulating member 6 is also deposited on the resist B, and the magnetization fixed layer film 303 is also deposited on the insulating member 6 (FIG. 10D).

その後、レジスト剥離液に浸して、リフトオフする(図10(e))。次に、素子膜Aa,Abのそれぞれの中央部を分断するような孔の空いたレジストパターンを形成し(図10(f))、それぞれの素子膜Aa,Abのそれぞれの中央を磁化自由層用膜301の上面まで除去する(図10(g))。次に、レジストBを剥離せずに、絶縁部材6を再び全面に堆積し、形成された溝を絶縁部材6で埋め、その後、レジスト剥離液に浸して、リフトオフする(図10(h))。次に、一体膜303a上の第1電極層用膜304上、および、一体膜303a上の溝の部分に第2電極層用膜305を積層する(図10(i))。そしてこの第2電極層用膜305とこれに接する第1電極層用膜304(一体膜303a上の第1電極層用膜304)が一体となってY電極52を形成する。また、紙面上、左右両端の第1電極層用膜304,304がX電極51となる。   Then, it is immersed in a resist stripping solution and lifted off (FIG. 10E). Next, a perforated resist pattern is formed so as to divide the central portions of the element films Aa and Ab (FIG. 10F), and the center of each of the element films Aa and Ab is formed in the magnetization free layer. The top surface of the working film 301 is removed (FIG. 10G). Next, the insulating member 6 is deposited again on the entire surface without peeling off the resist B, and the formed groove is filled with the insulating member 6, and then immersed in a resist stripping solution to lift off (FIG. 10 (h)). . Next, the second electrode layer film 305 is laminated on the first electrode layer film 304 on the integrated film 303a and in the groove portion on the integrated film 303a (FIG. 10I). The second electrode layer film 305 and the first electrode layer film 304 (the first electrode layer film 304 on the integral film 303a) in contact with the second electrode layer film 305 are integrated to form the Y electrode 52. Further, the first electrode layer films 304, 304 on both the left and right sides on the paper surface become the X electrode 51.

[第3実施形態]
図11に示すように、空間光変調器10Bは、1つの画素4が3つの光変調素子1から構成されており、これらの光変調素子1は、共通の駆動電極51,52を備えている。その他の構成については、前記第1実施形態の空間光変調器10と同様である。
[Third Embodiment]
As shown in FIG. 11, in the spatial light modulator 10 </ b> B, one pixel 4 includes three light modulation elements 1, and these light modulation elements 1 include common drive electrodes 51 and 52. . Other configurations are the same as those of the spatial light modulator 10 of the first embodiment.

このような構成とすることで、複数の光変調素子1を1つの画素4とするため、画素4の多段階表示を可能とすることができる。すなわち、1つの光変調素子1で1画素を構成する場合、1画素は磁化方向の向きに対応した2状態しか取ることができず、1画素の光の階調が例えば「1」で示す明状態と「0」で示す暗状態との2階調となる。しかし、3つの光変調素子1で1画素を構成する場合には、明状態と暗状態との間にある状態、すなわち、明状態よりも暗く、暗状態よりも明るい状態である中間状態を作り出すことができる。具体的には、3つの光変調素子1の磁化の向きが、それぞれ、(1)「上,上,上」、(2)「上,上,下」、「上,下,上」、または、「下,上,上」、(3)「上,下,下」、「下,上,下」、または、「下,下,上」、(4)「下,下,下」である4状態を形成することができる。この4状態に応じて、明暗状態も4段階に変化させることができる。このように、1画素が3つの光変調素子1を備えると、各画素4を、光変調素子1に流す電流の向きや大きさにしたがって、明状態から暗状態(又は暗状態から明状態)へと段階的に変化させることで、複数の異なる中間状態を作り出すことが可能となる。そのため、例えば、この空間光変調器10Bを用いて映像や画像を表示する場合に、精密な階調表現が可能になる。   With such a configuration, since the plurality of light modulation elements 1 are set as one pixel 4, multi-stage display of the pixel 4 can be performed. In other words, when one light modulation element 1 constitutes one pixel, one pixel can take only two states corresponding to the direction of the magnetization direction, and the light gradation of one pixel is, for example, “1”. There are two gradations, a state and a dark state indicated by “0”. However, when one pixel is constituted by the three light modulation elements 1, a state between the bright state and the dark state, that is, an intermediate state that is darker than the bright state and brighter than the dark state is created. be able to. Specifically, the magnetization directions of the three light modulation elements 1 are respectively (1) “up, up, up”, (2) “up, up, down”, “up, down, up”, or , “Bottom, top, top”, (3) “top, bottom, bottom”, “bottom, top, bottom” or “bottom, bottom, top”, (4) “bottom, bottom, bottom” Four states can be formed. According to these four states, the light / dark state can be changed in four stages. As described above, when one pixel includes three light modulation elements 1, each pixel 4 is changed from a bright state to a dark state (or from a dark state to a bright state) according to the direction and magnitude of a current flowing through the light modulation element 1. It is possible to create a plurality of different intermediate states by changing to stepwise. Therefore, for example, when displaying an image or an image using the spatial light modulator 10B, it is possible to express a precise gradation.

[その他]
その他、前記各実施形態においては、1つの画素4が、1つまたは3つの光変調素子1を備える場合について説明したが、1つの画素4が備える光変調素子1は、2つでも、4つ以上であってもよい。なお、2つの場合は、前記した中間状態は1つとなる。すなわち、複数の画素4のそれぞれが複数の光変調素子1を有するものとしてもよい。また、第2実施形態では、1つの同じY電極52に接続される2つの光変調素子1の第2磁化固定層12を一体として1つの一体型素子15としたが、1つの同じX電極51に接続される各光変調素子1の第1磁化固定層11を一体として1つの一体型素子とし、Y電極52に接続される光変調素子1の第2磁化固定層12を分離する構造であってもよい。なお、第1磁化固定層11同士と第2磁化固定層12同士をともに一体とすると、マトリックス状に配置された駆動電極51,52で任意の1画素を選択できなくなるため、このような構成とはしない。すなわち、配列された、2つの磁化固定層11,12が同一平面上に並んだ方向に隣り合う2つの画素4において、光変調素子1の2つを、2つの駆動電極51,52のうちのいずれか1つの同じ駆動電極(X電極51またはY電極52)に接続される2つの光変調素子1の磁化固定層(第1磁化固定層11または第2磁化固定層12)を一体として1つの一体型素子とする。また、光変調素子の一部のみを一体型素子としてもよい。
[Others]
In addition, in each of the embodiments described above, the case where one pixel 4 includes one or three light modulation elements 1 has been described. However, one pixel 4 includes two light modulation elements 1 or four. It may be the above. In the case of two, the above-described intermediate state is one. That is, each of the plurality of pixels 4 may have a plurality of light modulation elements 1. In the second embodiment, the second magnetization fixed layer 12 of the two light modulation elements 1 connected to the same Y electrode 52 is integrated into one integrated element 15. The first magnetization fixed layer 11 of each light modulation element 1 connected to each other is integrated into one integrated element, and the second magnetization fixed layer 12 of the light modulation element 1 connected to the Y electrode 52 is separated. May be. Note that if the first magnetization fixed layer 11 and the second magnetization fixed layer 12 are integrated together, an arbitrary pixel cannot be selected by the drive electrodes 51 and 52 arranged in a matrix. Don't do it. That is, in the two pixels 4 adjacent in the direction in which the two magnetization fixed layers 11 and 12 arranged in the same plane are aligned, two of the light modulation elements 1 are connected to one of the two drive electrodes 51 and 52. One magnetization fixed layer (first magnetization fixed layer 11 or second magnetization fixed layer 12) of two light modulation elements 1 connected to any one of the same drive electrodes (X electrode 51 or Y electrode 52) is integrated into one It is an integrated element. Further, only a part of the light modulation element may be an integrated element.

さらには、光変調素子1を磁気抵抗効果素子として、磁気ランダムアクセスメモリ(MRAM)に用いてもよい。また、前記各実施形態では、図1(a)に示す光変調素子1を例にして説明したが、図1(b)に示す光変調素子1Aを用いたもので空間光変調器を構成してもよく、その他、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で変更した光変調素子を用いたものであってもよい。例えば、図12に示すように、空間光変調器10Cは、光変調素子1Bを用いたものである。すなわち、基板7と透明電極層8との間に金属薄膜層9が設けられている。これにより、多重回折の効果を増大させることができるため、磁化自由層3の磁気光学効果を向上させた空間光変調器10Cとすることができる。   Furthermore, the light modulation element 1 may be used as a magnetoresistive effect element in a magnetic random access memory (MRAM). In each of the above embodiments, the light modulation element 1 shown in FIG. 1A has been described as an example. However, a spatial light modulator is configured using the light modulation element 1A shown in FIG. Alternatively, a light modulation element that has been changed without departing from the gist of the present invention may be used. For example, as shown in FIG. 12, the spatial light modulator 10C uses a light modulation element 1B. That is, the metal thin film layer 9 is provided between the substrate 7 and the transparent electrode layer 8. Thereby, since the effect of multiple diffraction can be increased, the spatial light modulator 10C in which the magneto-optical effect of the magnetization free layer 3 is improved can be obtained.

また、透明電極層8は、前記配列された、2つの磁化固定層11,12が同一平面上に並んだ方向に隣り合う2つの画素4において、光変調素子1同士で一体として形成したが、光変調素子1毎に分断して構成してもよい。金属薄膜層9を設けた場合には、金属薄膜層9も透明電極層8に合わせて、分断して構成してもよい。さらには、透明電極層8および金属薄膜層9を光変調素子1の構成要素としたが、金属薄膜層9のみ、または、透明電極層8と金属薄膜層9とを空間光変調器の構成要素としてもよい。   Further, the transparent electrode layer 8 is formed integrally with the light modulation elements 1 in the two pixels 4 adjacent in the direction in which the two magnetization fixed layers 11 and 12 arranged in the same plane are arranged in the same plane. You may divide and comprise for every light modulation element 1. FIG. When the metal thin film layer 9 is provided, the metal thin film layer 9 may also be divided and configured in accordance with the transparent electrode layer 8. Furthermore, although the transparent electrode layer 8 and the metal thin film layer 9 are constituent elements of the light modulation element 1, only the metal thin film layer 9 or the transparent electrode layer 8 and the metal thin film layer 9 are constituent elements of the spatial light modulator. It is good.

1,1A 光変調素子
2A 中間層
3 磁化自由層
4 画素
6 絶縁部材
7 基板
8 透明電極層(透明電極)
9 金属薄膜層
10,10A,10B,10C 空間光変調器
11 第1磁化固定層
12 第2磁化固定層
15 一体型素子
21 第1中間層
22 第2中間層
40 画素アレイ
41,42 保護層
51 X電極(駆動電極)
52 Y電極(駆動電極)
90 電流制御部(電流制御手段)
91 X電極選択部
92 Y電極選択部
93 電源(電流供給手段)
94 画素選択部(画素選択手段)
94a 電極選択部
94b 算出部
94c 記憶部
94d 判断部
94e 指令部
95 透明電極選択部
96 測定部
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1,1A Light modulation element 2A Intermediate layer 3 Magnetization free layer 4 Pixel 6 Insulation member 7 Substrate 8 Transparent electrode layer (transparent electrode)
9 Metal thin film layer 10, 10A, 10B, 10C Spatial light modulator 11 First magnetization fixed layer 12 Second magnetization fixed layer 15 Integrated element 21 First intermediate layer 22 Second intermediate layer 40 Pixel array 41, 42 Protective layer 51 X electrode (drive electrode)
52 Y electrode (drive electrode)
90 Current control unit (current control means)
91 X electrode selector 92 Y electrode selector 93 Power supply (current supply means)
94 Pixel selection section (pixel selection means)
94a Electrode selection unit 94b Calculation unit 94c Storage unit 94d Judgment unit 94e Command unit 95 Transparent electrode selection unit 96 Measurement unit

Claims (6)

光を透過させる基板上に形成され、磁化自由層と、中間層と、磁化固定層と、がこの順序で積層されたスピン注入磁化反転素子構造を有し、前記磁化固定層上に接続した一対の駆動電極間に電流が供給され、前記磁化自由層の磁化方向を変化させることによって前記基板を透過して入射した光をその偏光方向を変化させて回折して出射する光変調素子であって、
前記光変調素子は、さらに、前記基板と前記磁化自由層との間に透明電極層を備え、
前記磁化固定層は、同一平面上に分離した2つの磁化固定層からなり、
前記2つの磁化固定層は、互いに反平行な磁化に固定され、かつ前記磁化自由層よりも保磁力の大きい磁性体であることを特徴とする光変調素子。
A pair of spin injection magnetization reversal element structures formed on a substrate that transmits light and having a magnetization free layer, an intermediate layer, and a magnetization fixed layer stacked in this order, and connected to the magnetization fixed layer A light modulation element that diffracts and emits light that is transmitted through the substrate and changes its polarization direction by changing a magnetization direction of the magnetization free layer by supplying a current between the drive electrodes of ,
The light modulation element further includes a transparent electrode layer between the substrate and the magnetization free layer,
The magnetization fixed layer is composed of two magnetization fixed layers separated on the same plane,
The light modulation element, wherein the two magnetization fixed layers are fixed to antiparallel magnetization and have a coercive force larger than that of the magnetization free layer.
前記2つの磁化固定層のうちの一方は、磁気交換結合膜を備えた多層構造であることを特徴とする請求項1に記載の光変調素子。   The light modulation element according to claim 1, wherein one of the two magnetization fixed layers has a multilayer structure including a magnetic exchange coupling film. 前記基板と前記透明電極層との間に、厚さ1〜3nmの金属薄膜層を備えることを特徴とする請求項1または請求項2に記載の光変調素子。   The light modulation element according to claim 1, further comprising a metal thin film layer having a thickness of 1 to 3 nm between the substrate and the transparent electrode layer. 請求項1から請求項3のいずれか一項に記載の光変調素子を用いた空間光変調器であって、
光を透過させる基板と、この基板上に2次元配列された複数の画素と、この複数の画素から1以上の画素を選択する画素選択手段と、この画素選択手段が選択した画素に所定の電流を供給する電流供給手段と、を備え、
前記画素は、前記光変調素子と、前記2つの磁化固定層上にそれぞれ接続され、前記光変調素子に電流を供給する一対の前記駆動電極と、を有し、
さらに、前記選択された画素における前記一対のうちの一方の駆動電極と、前記光変調素子の透明電極層との間の電圧値を測定する測定部を備え、
前記画素選択手段は、前記測定部で測定された電圧値から電気抵抗値を算出する算出部と、前記選択された画素において予め設定された磁化方向に応じて定められた標準電気抵抗値の設定範囲を記憶する記憶部と、前記算出された電気抵抗値が前記標準電気抵抗値の設定範囲内の値である場合に磁化反転が良好と判断し、前記設定範囲外である場合に磁化反転が不良と判断する判断部と、前記磁化反転が不良と判断した場合に前記駆動電極への電流の再供給を指令する指令部と、を有することを特徴とする空間光変調器。
A spatial light modulator using the light modulation element according to any one of claims 1 to 3,
A substrate that transmits light, a plurality of pixels that are two-dimensionally arranged on the substrate, a pixel selection unit that selects one or more pixels from the plurality of pixels, and a predetermined current in the pixel selected by the pixel selection unit Current supply means for supplying
The pixel includes the light modulation element and a pair of drive electrodes connected to the two magnetization fixed layers and supplying a current to the light modulation element,
And a measuring unit that measures a voltage value between one of the pair of drive electrodes in the selected pixel and the transparent electrode layer of the light modulation element,
The pixel selection means includes a calculation unit that calculates an electric resistance value from the voltage value measured by the measurement unit, and a standard electric resistance value that is determined according to a magnetization direction that is set in advance in the selected pixel. A storage unit for storing a range, and when the calculated electrical resistance value is a value within the set range of the standard electrical resistance value, it is determined that the magnetization reversal is good, and when it is outside the set range, the magnetization reversal is A spatial light modulator comprising: a determination unit that determines a defect; and a command unit that commands resupply of current to the drive electrode when the magnetization reversal is determined to be defective.
前記配列された、前記2つの磁化固定層が同一平面上に並んだ方向に隣り合う2つの画素において、前記光変調素子の2つを、1つの同じ駆動電極に接続される前記2つの光変調素子の磁化固定層を一体として1つの一体型素子としたことを特徴とする請求項4に記載の空間光変調器。   In the two pixels arranged adjacent to each other in the direction in which the two magnetization fixed layers are arranged on the same plane, two of the light modulation elements are connected to the same drive electrode. 5. The spatial light modulator according to claim 4, wherein the magnetization fixed layer of the element is integrated into one integrated element. 前記複数の画素のそれぞれが複数の光変調素子を有することを特徴とする請求項4または請求項5に記載の空間光変調器。   6. The spatial light modulator according to claim 4, wherein each of the plurality of pixels includes a plurality of light modulation elements.
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