JP2015138098A - Magnetoresistance effect element and spatial light modulator - Google Patents

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町田 賢司
Kenji Machida
賢司 町田
秀和 金城
Hidekazu Kinjo
秀和 金城
加藤 大典
Daisuke Kato
大典 加藤
賢一 青島
Kenichi Aoshima
賢一 青島
久我 淳
Atsushi Kuga
淳 久我
菊池 宏
Hiroshi Kikuchi
宏 菊池
清水 直樹
Naoki Shimizu
直樹 清水
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a magnetoresistance effect element capable of reducing a switching current, and to provide a spatial light modulator using the magnetoresistance effect element.SOLUTION: A magnetoresistance effect element 120 includes: electrodes 121, 127 formed on a back plane 110; insulator layers 141, 142, 143 formed on peripheries of respective electrodes so as to insulate the electrodes 121, 127; a magnetization fixing layer 122 formed on the electrode 121; a magnetization fixing layer 126 formed on the electrode 127; an intermediate layer 123 formed on the magnetization fixing layer 122; an intermediate layer 125 formed on the magnetization fixing layer 126; and an optical modulation layer 124 formed on the intermediate layers 123, 125. A magnetization direction of the magnetization fixing layer 122 and a magnetization direction of the magnetization fixing layer 126 are antiparallel each other, light made incident on the optical modulation layer 124 is modulated by a magnetoresistance effect and a field application electrode 150 is formed oppositely to the optical modulation layer 124 through the insulator layer 143.

Description

本発明は、磁気カー効果によるカー回転角を2値状態に変調できる磁気光学効果を利用した空間光変調器(Spatial Light Modulator:SLM)に関する。   The present invention relates to a spatial light modulator (SLM) using a magneto-optic effect that can modulate a Kerr rotation angle by a magnetic Kerr effect into a binary state.

光の位相や振幅を空間的に変調する光学素子は、ホログラフィ等の画像露光装置に応用され、ディスプレイ技術や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ため、光情報処理技術等への応用も研究されている。
近年では、磁気光学効果(Magneto-optical effect)を利用した空間光変調器(以下、適宜SLMともいう)において、磁気抵抗効果(Magneto Resistive effect)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型SLM(例えば、特許文献1)や、磁壁を駆動する磁壁駆動型SLM(例えば、特許文献2参照)が知られている。
Optical elements that spatially modulate the phase and amplitude of light are applied to image exposure apparatuses such as holography, and are widely used in fields such as display technology and recording technology. In addition, since optical information can be processed in two dimensions in parallel, application to optical information processing technology and the like has been studied.
In recent years, a spin that injects spin by supplying current to a magnetoresistive effect element in a spatial light modulator (hereinafter also referred to as SLM as appropriate) using a magneto-optical effect. An injection type SLM (for example, Patent Document 1) and a domain wall drive type SLM for driving a domain wall (for example, see Patent Document 2) are known.

特許文献1に開示されたスピン注入型SLMの場合、図17に示すように、例えば、反射型の空間光変調器500が、基板510上に設けられた平面視矩形の磁気抵抗効果素子と、上下に一対の電極とを備えている。この磁気抵抗効果素子は、例えば磁化固定層530と、中間層540と、光変調層(磁化自由層)550とを備えている。基板上に2次元アレイ状に配置された各磁気抵抗効果素子は、画素として機能する。隣接する磁気抵抗効果素子の間には絶縁体580が介在している。なお、磁化固定層や光変調層等の磁性膜において、磁化の向きを見易くするため、断面のハッチングを省略している。他の図面においても同様な趣旨で一部のハッチングを省略している。   In the case of the spin injection type SLM disclosed in Patent Document 1, as shown in FIG. 17, for example, a reflective spatial light modulator 500 includes a magnetoresistive element having a rectangular shape in plan view provided on a substrate 510, and A pair of electrodes are provided on the top and bottom. The magnetoresistive effect element includes, for example, a magnetization fixed layer 530, an intermediate layer 540, and a light modulation layer (magnetization free layer) 550. Each magnetoresistive element arranged in a two-dimensional array on the substrate functions as a pixel. An insulator 580 is interposed between adjacent magnetoresistive elements. In a magnetic film such as a magnetization fixed layer or a light modulation layer, cross-sectional hatching is omitted in order to make the direction of magnetization easier to see. In other drawings, some hatchings are omitted for the same purpose.

ここで、上部電極は、直線状の金属電極570に、並べられた磁気抵抗効果素子に対向した位置にそれぞれ設けられた窓571を備え、窓571は光を透過させるためにIZOやITOなどの透明電極560で構成されている。なお、透明電極560についてはハッチングを省略している。下部電極520は、直線状の金属電極であって上部電極に直交して配置されている。上下電極間の磁気抵抗効果素子に電流源590から電流を供給すると、スピンが注入されて光変調層550の磁化方向が反転する。   Here, the upper electrode is provided with a window 571 provided on each of the linear metal electrodes 570 at positions facing the arranged magnetoresistive elements, and the window 571 is made of IZO, ITO or the like to transmit light. A transparent electrode 560 is used. The transparent electrode 560 is not hatched. The lower electrode 520 is a linear metal electrode and is disposed orthogonal to the upper electrode. When a current is supplied from the current source 590 to the magnetoresistive effect element between the upper and lower electrodes, spins are injected and the magnetization direction of the light modulation layer 550 is reversed.

この空間光変調器500は、磁気カー効果により光変調層550の磁化の向きに応じて、出射光の偏光状態を2値(例えば、光変調層550と磁化固定層530からの反射光の初期カー回転角をαとし、光変調層550のカー回転角をθk1とすると、(θk1+α)と(−θk1+α)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500においては、入射偏光側と出射偏光側にそれぞれ偏光子(入射偏光手段202、出射偏光手段203)を設け、これら偏光子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。 This spatial light modulator 500 uses a magnetic Kerr effect to change the polarization state of the emitted light according to the direction of magnetization of the light modulation layer 550 (for example, the initial reflected light from the light modulation layer 550 and the magnetization fixed layer 530). Assuming that the Kerr rotation angle is α and the Kerr rotation angle of the light modulation layer 550 is θ k1 , it is possible to modulate to (binary values of (θ k1 + α) and (−θ k1 + α)). In such a spatial light modulator 500, polarizers (incident polarization means 202, emission polarization means 203) are provided on the incident polarization side and the emission polarization side, respectively, and the polarization planes of these polarizers are set at a predetermined angle with respect to each other. Nicole arrangement.

図17に示すように、レーザ等の光源201から照射された光は、様々な偏光成分を含んでいるが、入射偏光手段202によって、ある方向の偏光成分だけを含むようにフィルタリングされる。そして、入射偏光手段202を通過したレーザ光は、光変調層550の磁化の向きにより偏光面が回転する。例えば、光変調層550の磁化の向きが下向きであるときに反射したレーザ光の偏光面が、光変調によって、図17のように例えば時計回りにθk1だけ(+θk1)回転する場合は、この反射光は出射偏光手段203を通過するので「明状態」となる。一方、光変調層550の磁化の向きが上向きであるときに反射したレーザ光の偏光面が、光変調によって、図17のように例えば反時計回りにθk1(−θk1)だけ回転する場合は、この反射光は出射偏光手段203を通過しないので「暗状態」となる。 As shown in FIG. 17, the light emitted from the light source 201 such as a laser contains various polarization components, but is filtered by the incident polarization means 202 so as to include only a polarization component in a certain direction. The plane of polarization of the laser light that has passed through the incident polarization means 202 is rotated depending on the direction of magnetization of the light modulation layer 550. For example, if the magnetization direction of the light modulating layer 550 is the plane of polarization of the laser light reflected when a downward, by the light modulation, theta k1 only (+ θ k1) for example clockwise as shown in Figure 17 rotates, Since this reflected light passes through the outgoing polarization means 203, it is in a “bright state”. On the other hand, when the polarization plane of the laser beam reflected when the direction of magnetization of the light modulation layer 550 is upward is rotated by θ k1 (−θ k1 ) counterclockwise, for example, as shown in FIG. Since this reflected light does not pass through the outgoing polarization means 203, it is in a “dark state”.

特許文献2に開示された磁壁駆動型SLMの場合、図18に示すように、例えば、反射型の空間光変調器600が、基板610上に設けられた平面視で細長い形状の磁壁制御層(光変調層)630と、上下に一対の電極とを備えている。磁壁制御層630は、一方の端部の磁化の向きと、その中央部の磁化の向きとが互いに反平行となるように磁化が固定されている。基板上に2次元アレイ状に配置された各磁壁制御層630は、画素として機能する。隣接する磁壁制御層630の間には絶縁体650が介在している。ここで、上部電極640と下部電極620とは直交して配置されている。つまり、図18は45度の斜め方向の断面図である。磁壁制御層630は、各端部が上下の電極にそれぞれ接続されるように斜め方向に配置されており、しかも平面視で細長い形状なので、上からの光は上部電極640をほとんど介することなく磁壁制御層630に到達する。そのため、直線状の上部電極640には透明電極材料が不要であり、Cu等の通常の電極材料だけで構成されている。そして、下部電極620と上部電極640との間の磁壁制御層630に電流源660から電流を供給すると、磁壁制御層630の一方の端部と中央部との間に生じた磁壁631が他方の端部側に駆動し、磁壁制御層630の中央部の磁化方向が反転する。   In the case of the domain wall drive type SLM disclosed in Patent Document 2, as shown in FIG. 18, for example, a reflective spatial light modulator 600 is provided on a substrate 610 and is elongated in a plan view ( Light modulation layer) 630 and a pair of electrodes on the top and bottom. In the domain wall control layer 630, the magnetization is fixed such that the magnetization direction at one end and the magnetization direction at the center are antiparallel to each other. Each domain wall control layer 630 arranged in a two-dimensional array on the substrate functions as a pixel. An insulator 650 is interposed between the adjacent domain wall control layers 630. Here, the upper electrode 640 and the lower electrode 620 are disposed orthogonally. That is, FIG. 18 is a cross-sectional view in an oblique direction of 45 degrees. The domain wall control layer 630 is disposed in an oblique direction so that each end is connected to the upper and lower electrodes, and is elongated in plan view, so that light from above hardly passes through the upper electrode 640 and has a domain wall. The control layer 630 is reached. Therefore, the linear upper electrode 640 does not require a transparent electrode material, and is composed only of a normal electrode material such as Cu. When a current is supplied from the current source 660 to the domain wall control layer 630 between the lower electrode 620 and the upper electrode 640, the domain wall 631 generated between one end and the center of the domain wall control layer 630 becomes the other. Driven to the end side, the magnetization direction of the central portion of the domain wall control layer 630 is reversed.

この空間光変調器600は、磁気カー効果により磁壁制御層630の磁化の向きに応じて出射光(出射偏光)の偏光状態を、例えば(θk2+α)と(−θk2+α)の2値に変調することができる。この空間光変調器600においても、入射偏光手段202と出射偏光手段203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、光源201からレーザ光を照射したときに、磁壁制御層630の中央部の磁化の向きに応じて、レーザ光の偏光面が、光変調によって、+θk1だけ回転する場合、明状態となり、一方、−θk2だけ回転する場合、暗状態となる。 This spatial light modulator 600 changes the polarization state of outgoing light (outgoing polarized light) according to the direction of magnetization of the domain wall control layer 630 by the magnetic Kerr effect, for example, binary values of (θ k2 + α) and (−θ k2 + α). Can be modulated. This spatial light modulator 600 also has a crossed Nicols arrangement in which the polarization planes of the incident polarization means 202 and the emission polarization means 203 are set at a predetermined angle. When the laser light is irradiated from the light source 201, the polarization plane of the laser light is rotated by + θ k1 by light modulation according to the magnetization direction of the central portion of the domain wall control layer 630, and the light state is obtained. On the other hand, when rotating by −θ k2 , the dark state is entered.

ただし、図18に示す空間光変調器600においては、磁壁制御層630の端部の磁化の向きが、その中央部の磁化の向きと反平行であるため、画素(磁壁制御層630)の開口率が低下してしまう。そこで、これまでに、本願発明者らは、スピン注入型SLMを改良して所望の画素の開口率を増大させることのできるSLMを提案している(特許文献3参照)。このSLMにおいて、基板上に2次元アレイ状に配置された各磁気抵抗効果素子は、画素として機能する。   However, in the spatial light modulator 600 shown in FIG. 18, the direction of magnetization at the end of the domain wall control layer 630 is anti-parallel to the direction of magnetization at the center, and therefore the aperture of the pixel (domain wall control layer 630). The rate will drop. So far, the inventors of the present application have proposed an SLM that can improve the spin injection SLM and increase the aperture ratio of a desired pixel (see Patent Document 3). In this SLM, each magnetoresistive element arranged in a two-dimensional array on the substrate functions as a pixel.

そして、特許文献3に開示された磁気抵抗効果素子は、基板上に形成された第1電極及び第2電極と、前記第1電極と前記第2電極とを絶縁するよう各電極の周囲に形成された絶縁体層と、前記第1電極の上に形成された第1磁化固定層と、前記第2電極の上に形成された第2磁化固定層と、前記第1磁化固定層の上に形成された第1中間層と、前記第2磁化固定層の上に形成された第2中間層と、前記第1中間層及び前記第2中間層の上に形成された磁化自由層(光変調層)と、を備えている。この磁気抵抗効果素子では、前記磁化自由層に入射した光を磁気光学効果(カー効果)により変調する。つまり、磁気抵抗効果素子に対して、基板とは反対側から入射する光は、電極を介さずに磁化自由層へ到達して回折するので、画素の開口率を増大させることができる。この磁気抵抗効果素子では、前記第1磁化固定層の磁化の向きと前記第2磁化固定層の磁化の向きとは互いに反平行であるため、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。   The magnetoresistive effect element disclosed in Patent Document 3 is formed around each electrode so as to insulate the first electrode and the second electrode formed on the substrate from each other and the first electrode and the second electrode. An insulating layer formed on the first electrode, a first magnetization fixed layer formed on the first electrode, a second magnetization fixed layer formed on the second electrode, and the first magnetization fixed layer. The formed first intermediate layer, the second intermediate layer formed on the second magnetization fixed layer, and the magnetization free layer (optical modulation) formed on the first intermediate layer and the second intermediate layer Layer). In this magnetoresistive element, light incident on the magnetization free layer is modulated by a magneto-optic effect (Kerr effect). That is, the light incident on the magnetoresistive element from the side opposite to the substrate reaches the magnetization free layer without being passed through the electrode and is diffracted, so that the aperture ratio of the pixel can be increased. In this magnetoresistive effect element, since the magnetization direction of the first magnetization fixed layer and the magnetization direction of the second magnetization fixed layer are antiparallel to each other, it is a kind of double spin injection method, and the spin torque is 2 Doubled. Therefore, the efficiency of spin injection is improved.

なお、従来、電界印加による極薄磁性膜の保磁力制御については、以下のように報告されている(特許文献4又は非特許文献1、2参照)。この報告では、磁性層(磁化自由層)と絶縁体層との界面に電荷が蓄積されるために、磁性層の電子状態が変化し、結果として磁性層の保磁力に変化が生じるとされている。例えば、特許文献4には、ある一定の外部アシスト磁場下のもとで、電圧による保磁力変化を用いた磁化反転制御が可能であることが記載されている。ただし、保磁力変化は一時的なものであって、その電圧を取り除くと、磁化の向きが元の状態に戻ってしまうため、そのままでは、磁気メモリ等の2値の状態間の安定なスイッチングに利用することはできない。   Conventionally, the coercive force control of an ultrathin magnetic film by applying an electric field has been reported as follows (see Patent Document 4 or Non-Patent Documents 1 and 2). In this report, it is said that the electrical state of the magnetic layer changes due to the accumulation of charges at the interface between the magnetic layer (magnetization free layer) and the insulator layer, resulting in a change in the coercivity of the magnetic layer. Yes. For example, Patent Document 4 describes that magnetization reversal control using a coercive force change by voltage is possible under a certain external assist magnetic field. However, the change in coercive force is temporary, and if the voltage is removed, the direction of magnetization returns to the original state. Therefore, as it is, stable switching between binary states of a magnetic memory or the like is achieved. It cannot be used.

特許第4829850号公報Japanese Patent No. 4829850 特開2010−020114号公報JP 2010-020114 A 特開2012−78579号公報JP 2012-78579 A 国際公開第2009/133650号International Publication No. 2009/133650

T. Maruyama, Y. Shiota, T. Nozaki, K. Ohta, N. Toda, M. Mizuguchi, T. Shinjo, M. Shiraishi, S. Mizukami, Y. Ando, and Y. Suzuki: Nat. Nanotechnol. 4 (2009) 158.T. Maruyama, Y. Shiota, T. Nozaki, K. Ohta, N. Toda, M. Mizuguchi, T. Shinjo, M. Shiraishi, S. Mizukami, Y. Ando, and Y. Suzuki: Nat. Nanotechnol. 4 (2009) 158. D. Chiba, M. Kawaguchi, S. Fukami, N. Ishiwata, K. Shimamura, K. Kobayashi and T. Ono: Nat. Commun. 3 (2012) 888.D. Chiba, M. Kawaguchi, S. Fukami, N. Ishiwata, K. Shimamura, K. Kobayashi and T. Ono: Nat. Commun. 3 (2012) 888.

本願発明者らは、SLMを微細化して例えばホログラフィ立体像を表示するために、スピン注入型等のSLMをこれまで提案してきた。スピン注入型SLMには、画素ピッチを狭くするための技術にさらなる改良の余地があった。そして、例えば特許文献3に記載された二重スピン注入型SLMにおいて、目的の画素(二重スピン注入型の磁気抵抗効果素子)を選択的にスイッチングするためには、例えばシリコン基板上に電界効果トランジスタ(Field effect transistor:FET)等の駆動回路を備えたバックプレーン等により、漏れ電流を防止する必要がある。   The inventors of the present application have proposed SLMs such as a spin injection type in order to miniaturize the SLM and display, for example, a holographic stereoscopic image. The spin injection SLM has room for further improvement in the technique for narrowing the pixel pitch. For example, in the double spin injection type SLM described in Patent Document 3, in order to selectively switch a target pixel (double spin injection type magnetoresistive effect element), for example, a field effect is formed on a silicon substrate. It is necessary to prevent leakage current by using a backplane having a drive circuit such as a transistor (Field effect transistor: FET).

しかしながら、特許文献1又は特許文献3に記載されたスピン注入型SLMでは、いずれも磁化反転電流が高いために動作に要する電流が大きくなる。つまり、スイッチング電流が大きい。そのため、画素毎に形成されたMOS−FET等を微細化して画素ピッチを狭くすることが困難であった。その理由は、MOS−FETに流すドレイン電流の大きさは、ゲート長をL、ゲート幅をWとすると、W/Lに比例するため、電流を大きくするにはゲート幅Wを大きくする必要があるからである。したがって、画素ピッチを微細化するためには、スピン注入型SLMのスイッチング電流をいっそう低減する必要があった。   However, in any of the spin injection SLMs described in Patent Document 1 or Patent Document 3, the current required for operation increases because the magnetization reversal current is high. That is, the switching current is large. Therefore, it has been difficult to reduce the pixel pitch by miniaturizing the MOS-FET or the like formed for each pixel. The reason is that the drain current flowing through the MOS-FET is proportional to W / L, where L is the gate length and W is the gate width. Therefore, it is necessary to increase the gate width W in order to increase the current. Because there is. Therefore, in order to reduce the pixel pitch, it is necessary to further reduce the switching current of the spin injection SLM.

本発明は、以上のような問題点に鑑みてなされたものであり、スイッチング電流を低減できる磁気抵抗効果素子及び空間光変調器を提供することを課題とする。   This invention is made | formed in view of the above problems, and makes it a subject to provide the magnetoresistive effect element and spatial light modulator which can reduce a switching current.

前記課題を解決するために、本発明に係る磁気抵抗効果素子は、基板上に形成された第1電極及び第2電極と、前記第1電極と前記第2電極とを絶縁するよう各電極の周囲に形成された絶縁体層と、前記第1電極の上に形成された第1磁化固定層と、前記第2電極の上に形成された第2磁化固定層と、前記第1磁化固定層の上に形成された第1中間層と、前記第2磁化固定層の上に形成された第2中間層と、前記第1中間層及び前記第2中間層の上に形成された磁化自由層と、を備え、前記第1磁化固定層の磁化の向きと前記第2磁化固定層の磁化の向きとは互いに反平行であり、前記磁化自由層に入射した光を磁気抵抗効果により変調する磁気抵抗効果素子であって、前記磁化自由層に対向して前記絶縁体層を介して電界印加用電極を備えることを特徴とする。   In order to solve the above-described problems, a magnetoresistive effect element according to the present invention includes a first electrode and a second electrode formed on a substrate, and each electrode is insulated from the first electrode and the second electrode. An insulating layer formed around, a first magnetization fixed layer formed on the first electrode, a second magnetization fixed layer formed on the second electrode, and the first magnetization fixed layer A first intermediate layer formed on the first intermediate layer, a second intermediate layer formed on the second magnetization fixed layer, and a magnetization free layer formed on the first intermediate layer and the second intermediate layer The magnetization direction of the first magnetization fixed layer and the magnetization direction of the second magnetization fixed layer are anti-parallel to each other, and the magnetic field that modulates the light incident on the magnetization free layer by a magnetoresistive effect A resistance effect element, comprising an electrode for applying an electric field through the insulator layer facing the magnetization free layer It is characterized in.

かかる構成によれば、磁気抵抗効果素子は、スピンを注入するための第1電極及び第2電極の他に、磁化自由層(光変調層)に対向して絶縁体層を介して電界印加用電極を備えている。これにより、磁気抵抗効果素子のスピン注入磁化反転中に、電界印加用電極から磁化自由層に電界を印加することができる。磁化自由層に電界が印加されることで、磁化自由層と電界印加用電極との間に介在する絶縁体層の領域と、磁化自由層と、の界面に電荷が蓄積されるため、磁化自由層の電子状態が変化し、結果として磁化自由層の保磁力に変化が生じる。このように電界を印加することで、磁化自由層の保磁力が一時的に減衰するので、低い電流密度でスピン注入磁化反転させることができる。したがって、本発明に係る磁気抵抗効果素子は、スイッチングに必要な電流を低減できる。   According to such a configuration, the magnetoresistive element is used for applying an electric field through the insulator layer facing the magnetization free layer (light modulation layer) in addition to the first electrode and the second electrode for injecting spin. It has an electrode. Accordingly, an electric field can be applied from the electric field applying electrode to the magnetization free layer during the spin injection magnetization reversal of the magnetoresistive effect element. When an electric field is applied to the magnetization free layer, charges are accumulated at the interface between the magnetization free layer and the region of the insulator layer interposed between the magnetization free layer and the electric field application electrode. The electronic state of the layer changes, resulting in a change in the coercivity of the magnetization free layer. By applying the electric field in this way, the coercive force of the magnetization free layer is temporarily attenuated, so that the spin injection magnetization can be reversed at a low current density. Therefore, the magnetoresistive effect element according to the present invention can reduce the current required for switching.

また、前記課題を解決するために、本発明に係る空間光変調器は、前記磁気抵抗効果素子を、選択スイッチング回路を有するバックプレーンの上に2次元アレイ状に配置し、前記磁化自由層側から偏光を入射し、その反射光又は回折光を利用することを特徴とする。   In order to solve the above-described problem, in the spatial light modulator according to the present invention, the magnetoresistive effect element is arranged in a two-dimensional array on a backplane having a selection switching circuit, and the magnetization free layer side is arranged. In this case, polarized light is incident from the light beam and the reflected light or diffracted light is used.

かかる構成によれば、空間光変調器は、バックプレーン上で選択した磁気抵抗効果素子のスピン注入磁化反転中に、電界印加用電極から磁化自由層(光変調層)に電界を印加することができるので、スイッチング電流を低減できる。したがって、微細な画素ピッチを有する電気アドレス式のSLMを形成することができる。そのため、立体像を視認できる角度(視域角)の広い(30度以上の)立体ホログラフィを提供できる。   According to this configuration, the spatial light modulator can apply an electric field from the electric field application electrode to the magnetization free layer (light modulation layer) during the spin injection magnetization reversal of the magnetoresistive effect element selected on the backplane. As a result, the switching current can be reduced. Therefore, an electrically addressed SLM having a fine pixel pitch can be formed. Therefore, it is possible to provide stereoscopic holography (30 degrees or more) having a wide angle (viewing area angle) at which a stereoscopic image can be visually recognized.

本発明の磁気抵抗効果素子は、電界印加用電極を備えるので、複数の磁気抵抗効果素子を並べて配設するピッチを狭くすることができる。
また、本発明の空間光変調器は、複数の磁気抵抗効果素子を画素として2次元状に並べて配設することで画素ピッチを従来の構成よりも狭くすることができる。
Since the magnetoresistive effect element of the present invention includes the electrode for applying an electric field, the pitch at which the plurality of magnetoresistive effect elements are arranged can be reduced.
Further, the spatial light modulator of the present invention can make the pixel pitch narrower than the conventional configuration by arranging a plurality of magnetoresistive elements as pixels in a two-dimensional arrangement.

本発明の第1実施形態に係る空間光変調器を模式的に示す平面図である。1 is a plan view schematically showing a spatial light modulator according to a first embodiment of the present invention. 本発明の第1実施形態に係る空間光変調器を模式的に示す回路図である。1 is a circuit diagram schematically showing a spatial light modulator according to a first embodiment of the present invention. 本発明の第1実施形態に係る磁気抵抗効果素子を模式的に示す断面図である。It is sectional drawing which shows typically the magnetoresistive effect element which concerns on 1st Embodiment of this invention. 本発明の第1実施形態に係る空間光変調器を模式的に示す断面図である。1 is a cross-sectional view schematically showing a spatial light modulator according to a first embodiment of the present invention. 図5(a)〜図5(d)は、本発明の第1実施形態に係る空間光変調素子における光変調動作の説明図である。FIG. 5A to FIG. 5D are explanatory diagrams of the light modulation operation in the spatial light modulation element according to the first embodiment of the present invention. 図6(a)〜図6(d)は、本発明の第1実施形態に係る空間光変調器の作製手順を模式的に示す断面図(その1)である。FIG. 6A to FIG. 6D are cross-sectional views (part 1) schematically showing a manufacturing procedure of the spatial light modulator according to the first embodiment of the present invention. 図7(a)〜図7(d)は、本発明の第1実施形態に係る空間光変調器の作製手順を模式的に示す断面図(その2)である。FIG. 7A to FIG. 7D are cross-sectional views (part 2) schematically showing the manufacturing procedure of the spatial light modulator according to the first embodiment of the present invention. 図8(a)〜図8(d)は、本発明の第1実施形態に係る空間光変調器の作製手順を模式的に示す断面図(その3)である。FIG. 8A to FIG. 8D are cross-sectional views (part 3) schematically showing the manufacturing procedure of the spatial light modulator according to the first embodiment of the present invention. 図9(a)〜図9(d)は、本発明の第1実施形態に係る空間光変調器の作製手順を模式的に示す断面図(その4)である。FIG. 9A to FIG. 9D are cross-sectional views (part 4) schematically showing the procedure for manufacturing the spatial light modulator according to the first embodiment of the present invention. 図10(a)〜図10(d)は、本発明の第1実施形態に係る空間光変調器の作製手順を模式的に示す断面図(その5)である。FIG. 10A to FIG. 10D are cross-sectional views (part 5) schematically showing the procedure for manufacturing the spatial light modulator according to the first embodiment of the present invention. 図11(a)〜図11(c)は、本発明の第1実施形態に係る空間光変調器の作製手順を模式的に示す断面図(その6)である。FIG. 11A to FIG. 11C are cross-sectional views (part 6) schematically showing a manufacturing procedure of the spatial light modulator according to the first embodiment of the present invention. 本発明の第2実施形態に係る空間光変調器を模式的に示す平面図である。It is a top view which shows typically the spatial light modulator which concerns on 2nd Embodiment of this invention. 本発明の第2実施形態に係る磁気抵抗効果素子を模式的に示す断面図である。It is sectional drawing which shows typically the magnetoresistive effect element 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を模式的に示す回路図である。It is a circuit diagram showing typically a spatial light modulator concerning a 2nd embodiment of the present invention. 本発明に係る磁気抵抗効果素子を模擬した実験試料を模式的に示す断面図である。It is sectional drawing which shows typically the experimental sample which simulated the magnetoresistive effect element which concerns on this invention. 図10に示す実験試料に電圧を印加したときの保磁力を示すグラフである。It is a graph which shows the coercive force when a voltage is applied to the experimental sample shown in FIG. 反射型の空間光変調器の第1従来例を模式的に示す断面図である。It is sectional drawing which shows typically the 1st prior art example of a reflection type spatial light modulator. 反射型の空間光変調器の第2従来例を模式的に示す断面図である。It is sectional drawing which shows typically the 2nd prior art example of a reflection type spatial light modulator.

以下、本発明の空間光変調器について図面を参照して詳細に説明する。なお、各図面で示す部材の膜厚や大きさ、位置関係等は、説明を明確にするため誇張していることがある。   Hereinafter, the spatial light modulator of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. Note that the thickness, size, positional relationship, and the like of the members shown in each drawing may be exaggerated for clarity of explanation.

(第1実施形態)
[空間光変調器の構成]
以下、図1〜図4を適宜参照して空間光変調器の構成について説明する。
図1に示すように、空間光変調器100は、選択スイッチング回路を有するバックプレーン110と、バックプレーン110の上に画素として2次元アレイ状に配置された磁気抵抗効果素子120と、磁気抵抗効果素子120の周囲に設けられた絶縁体層140と、を備えている。この空間光変調器100は、磁気抵抗効果素子120の光変調層124(図4参照)側から偏光を入射し、その反射光又は回折光を利用するものである。
(First embodiment)
[Configuration of spatial light modulator]
The configuration of the spatial light modulator will be described below with reference to FIGS.
As shown in FIG. 1, the spatial light modulator 100 includes a backplane 110 having a selection switching circuit, a magnetoresistive effect element 120 arranged as a pixel on the backplane 110 as a pixel, and a magnetoresistive effect. And an insulator layer 140 provided around the element 120. The spatial light modulator 100 receives polarized light from the side of the light modulation layer 124 (see FIG. 4) of the magnetoresistive effect element 120 and uses the reflected light or diffracted light.

ここで、図1は、バックプレーン110上に、一例として3×3の磁気抵抗効果素子120が配置された部分の模式的な平面図である。実用的には、バックプレーン110上に、画素選択手段161,162,163,164が配置される。図2は、バックプレーン110のMOS−FET上に形成したSLMの等価回路図であり、図4は光照射機構を含めた場合の模式的な断面図であり、図3は、主として1画素(磁気抵抗効果素子120)に対応したバックプレーン110の模式的な断面図である。なお、図1のバックプレーン110上に、書込み/読出し電源170と、電圧印加用電源180と、電気抵抗検出手段190と、のうちの少なくとも1つを搭載してもよい。   Here, FIG. 1 is a schematic plan view of a portion where a 3 × 3 magnetoresistive effect element 120 is disposed on the backplane 110 as an example. Practically, pixel selection means 161, 162, 163, 164 are arranged on the backplane 110. 2 is an equivalent circuit diagram of the SLM formed on the MOS-FET of the backplane 110, FIG. 4 is a schematic cross-sectional view including a light irradiation mechanism, and FIG. It is typical sectional drawing of the backplane 110 corresponding to the magnetoresistive effect element 120). Note that at least one of the write / read power supply 170, the voltage application power supply 180, and the electrical resistance detection means 190 may be mounted on the backplane 110 of FIG.

バックプレーン110としては、画素選択回路として機能するMOS−FET等のシリコンバックプレーンのほか、熱酸化膜付きのSi基板、SiO2基板、MgO基板、サファイア基板などを用いることもできる。ただし、画素選択回路がない場合、画素のスイッチング電流が他の画素に漏れてしまい、目的の画素を確実に駆動(反転)することができなくなるので、基板には画素選択回路付基板を用いることが望ましい。 As the backplane 110, a silicon backplane such as a MOS-FET that functions as a pixel selection circuit, a Si substrate with a thermal oxide film, a SiO 2 substrate, a MgO substrate, a sapphire substrate, or the like can be used. However, if there is no pixel selection circuit, the switching current of the pixel leaks to other pixels, and the target pixel cannot be reliably driven (inverted), so a substrate with a pixel selection circuit should be used as the substrate. Is desirable.

本実施形態では、バックプレーン110は、図3に示すように、基板111と、第1給電配線112と、第2給電配線113と、絶縁体層114と、画素選択信号線115と、第1接合配線116と、第2接合配線117と、第3接合配線118と、を備えることとした。   In the present embodiment, as shown in FIG. 3, the backplane 110 includes a substrate 111, a first power supply wiring 112, a second power supply wiring 113, an insulator layer 114, a pixel selection signal line 115, and a first selection signal line 115. The bonding wiring 116, the second bonding wiring 117, and the third bonding wiring 118 are provided.

基板111は、各配線層を形成するために設けられている。基板111の材料としては、公知の基板材料が適用でき、具体的には、SiO2(酸化ケイ素、ガラス)、MgO(酸化マグネシウム)、サファイア、GGG(ガドリニウムガリウムガーネット)、SiC(シリコンカーバイド)、Ge(ゲルマニウム)単結晶基板等を適用することができる。本実施形態では、一例として、Si基板の表層にMOS−FET(ソースS、ドレインD、ゲートG)が形成された基板を用いた。なお、従来公知の画素選択スイッチング回路のように、隣り合う2つのMOS−FETにおいて1つのソース領域が共有されるように、各MOS−FETが配列される。 The substrate 111 is provided for forming each wiring layer. As a material of the substrate 111, a known substrate material can be applied. Specifically, SiO 2 (silicon oxide, glass), MgO (magnesium oxide), sapphire, GGG (gadolinium gallium garnet), SiC (silicon carbide), A Ge (germanium) single crystal substrate or the like can be used. In the present embodiment, as an example, a substrate in which a MOS-FET (source S, drain D, gate G) is formed on the surface layer of a Si substrate is used. Note that each MOS-FET is arranged so that one source region is shared between two adjacent MOS-FETs as in a conventionally known pixel selection switching circuit.

基板111の上に設けられる各配線層の材料としては、一般的な電極材料を適用でき。具体的には、例えば、導電性のよいCu,Al,Au,Ag,Ta,Cr等の金属やその合金を挙げることができる。一例としては、各配線層の材料に、Cuを用いることが好適である。各配線層の形成方法としては、例えばスパッタリング法等の公知の方法により電極材料を成膜し、フォトリソグラフィ工程と、エッチング又はリフトオフ法等の工程とを用いることができる。   As a material of each wiring layer provided on the substrate 111, a general electrode material can be applied. Specifically, for example, metals such as Cu, Al, Au, Ag, Ta, and Cr having good conductivity and alloys thereof can be used. As an example, it is preferable to use Cu as the material of each wiring layer. As a method for forming each wiring layer, for example, an electrode material is formed by a known method such as a sputtering method, and a photolithography step and a step such as an etching or lift-off method can be used.

第1給電配線112は、図1に示すバックプレーン110上の画素アレイの行毎に、当該行方向に延設された直線状の配線である。第1給電配線112は、図3に示すように、深さ方向において、画素毎に第3接合配線118を介してMOS−FETのソースS側と接続されている。   The first power supply wiring 112 is a linear wiring extending in the row direction for each row of the pixel array on the back plane 110 shown in FIG. As shown in FIG. 3, the first power supply wiring 112 is connected to the source S side of the MOS-FET via the third junction wiring 118 for each pixel in the depth direction.

第2給電配線113は、図1に示すバックプレーン110上の画素アレイの行毎に、当該行方向に延設された直線状の配線である。第2給電配線113は、図3に示すように、深さ方向において、画素毎に第2接合配線117を介して磁気抵抗効果素子120の第2電極127と接続されている。   The second power supply wiring 113 is a linear wiring extending in the row direction for each row of the pixel array on the back plane 110 shown in FIG. As shown in FIG. 3, the second power supply wiring 113 is connected to the second electrode 127 of the magnetoresistive effect element 120 via the second junction wiring 117 for each pixel in the depth direction.

絶縁体層114は、第1給電配線112と、第2給電配線113と、画素選択信号線115と、第1接合配線116と、第2接合配線117と、第3接合配線118等とを絶縁するために各配線の周囲に形成されている。   The insulator layer 114 insulates the first power supply wiring 112, the second power supply wiring 113, the pixel selection signal line 115, the first bonding wiring 116, the second bonding wiring 117, the third bonding wiring 118, and the like. In order to do so, it is formed around each wiring.

画素選択信号線115は、図1に示すバックプレーン110上の画素アレイの列毎に、当該列方向に延設された直線状の配線である。画素選択信号線115は、図3に示すように、画素毎にMOS−FETのゲートGとして機能する。   The pixel selection signal line 115 is a linear wiring extending in the column direction for each column of the pixel array on the back plane 110 shown in FIG. As shown in FIG. 3, the pixel selection signal line 115 functions as a gate G of the MOS-FET for each pixel.

第1接合配線116は、図3に示すように、画素毎に設けられ、MOS−FETのドレインD側と、磁気抵抗効果素子120の第1電極121とを接続する配線である。つまり、磁気抵抗効果素子120の第1電極121は、バックプレーン110の対応するMOS−FETのドレインDと接続され、ソースSを介して第1給電配線112に接続されている(図1及び図2参照)。一方、磁気抵抗効果素子120の第2電極127は、第2給電配線113に接続されている(図1及び図2参照)。なお、図2では、磁気抵抗効果素子120(画素)を可変抵抗の記号で示している。   As shown in FIG. 3, the first junction wiring 116 is provided for each pixel, and connects the drain D side of the MOS-FET and the first electrode 121 of the magnetoresistive effect element 120. That is, the first electrode 121 of the magnetoresistive effect element 120 is connected to the drain D of the corresponding MOS-FET of the backplane 110, and is connected to the first power supply wiring 112 via the source S (FIGS. 1 and 2). 2). On the other hand, the second electrode 127 of the magnetoresistive effect element 120 is connected to the second power supply wiring 113 (see FIGS. 1 and 2). In FIG. 2, the magnetoresistive effect element 120 (pixel) is indicated by a variable resistance symbol.

磁気抵抗効果素子120(画素)は、図3及び図4に示すように、第1電極121と、第1磁化固定層122と、第1中間層123と、光変調層(磁化自由層)124と、第2中間層125と、第2磁化固定層126と、第2電極127と、絶縁体層140と、電界印加用電極150と、を備えている。磁気抵抗効果素子120は、光変調層124に入射した光を磁気抵抗効果により変調するものである。なお、以下では、絶縁体層140を、バックプレーン110側から順に、第1絶縁体層141、第2絶縁体層142、及び第3絶縁体層143の3つの層に区別して説明するが、同じ材料で一体的に形成してもよいし、互いに異なる材料で形成してもよい。以下、特に区別しない場合、絶縁体層140と表記する。   As shown in FIGS. 3 and 4, the magnetoresistive effect element 120 (pixel) includes a first electrode 121, a first magnetization fixed layer 122, a first intermediate layer 123, and a light modulation layer (magnetization free layer) 124. A second intermediate layer 125, a second magnetization fixed layer 126, a second electrode 127, an insulator layer 140, and an electric field applying electrode 150. The magnetoresistive effect element 120 modulates the light incident on the light modulation layer 124 by the magnetoresistive effect. In the following description, the insulator layer 140 will be described in order from the backplane 110 side by distinguishing the three layers of the first insulator layer 141, the second insulator layer 142, and the third insulator layer 143. You may form integrally with the same material, and you may form with a mutually different material. Hereinafter, unless otherwise distinguished, it is expressed as an insulator layer 140.

図3に示すように、第1電極121及び第2電極127は、バックプレーン110上に形成されている。これら第1電極121と第2電極127とを絶縁するように絶縁体層140が各電極の周囲に形成されている。
第1磁化固定層122は、第1電極121の上に形成され、第2磁化固定層126は、第2電極127の上に形成されている。これら第1磁化固定層122の磁化の向きと第2磁化固定層126の磁化の向きとは互いに反平行である。
第1中間層123は、第1磁化固定層122の上に形成され、第2中間層125は、第2磁化固定層126の上に形成されている。
光変調層124は、第1中間層123及び第2中間層125の上に形成されている。
As shown in FIG. 3, the first electrode 121 and the second electrode 127 are formed on the backplane 110. An insulator layer 140 is formed around each electrode so as to insulate the first electrode 121 and the second electrode 127.
The first magnetization fixed layer 122 is formed on the first electrode 121, and the second magnetization fixed layer 126 is formed on the second electrode 127. The magnetization direction of the first magnetization fixed layer 122 and the magnetization direction of the second magnetization fixed layer 126 are antiparallel to each other.
The first intermediate layer 123 is formed on the first magnetization fixed layer 122, and the second intermediate layer 125 is formed on the second magnetization fixed layer 126.
The light modulation layer 124 is formed on the first intermediate layer 123 and the second intermediate layer 125.

電界印加用電極150は、光変調層124に対向して絶縁体層140を介して設けられている。本実施形態では、電界印加用電極150は、光変調層124の上に配設されるものとした。また、絶縁体層140は、少なくとも光変調層124上に積層された部分の絶縁体材料が高誘電率の材料で形成されていることとした。つまり、第3絶縁体層143が高誘電率の材料で形成されている。   The electric field applying electrode 150 is provided through the insulator layer 140 so as to face the light modulation layer 124. In the present embodiment, the electric field application electrode 150 is disposed on the light modulation layer 124. Further, in the insulator layer 140, at least a portion of the insulator material stacked on the light modulation layer 124 is formed of a high dielectric constant material. That is, the third insulator layer 143 is formed of a high dielectric constant material.

第3絶縁体層143を高誘電率の材料で形成することで、光変調層124と電界印加用電極150との間に介在する絶縁体層の領域と光変調層124との界面に生じる電荷を増大させることができるため、光変調層124の電子状態を大きく変化させ、保磁力の変化を増大することができる。こうして光変調層124の保磁力をいっそう減衰させ、スピン注入磁化反転の反転電流をいっそう低減させることができる。なお、保磁力変化については、後記するように、電界印加用電極を有した磁気抵抗効果素子(TMR素子400)において確認した。また、このように、第3絶縁体層143の材料を誘電率の高い材料にすれば、他の条件を変えない場合、光変調層124の膜厚を厚くすることが可能である。   By forming the third insulator layer 143 with a material having a high dielectric constant, charges generated at the interface between the light modulation layer 124 and the region of the insulator layer interposed between the light modulation layer 124 and the electric field application electrode 150. Therefore, it is possible to greatly change the electronic state of the light modulation layer 124 and increase the change in coercive force. In this way, the coercive force of the light modulation layer 124 can be further attenuated, and the reversal current of spin injection magnetization reversal can be further reduced. The coercive force change was confirmed in a magnetoresistive effect element (TMR element 400) having an electric field application electrode, as will be described later. As described above, if the material of the third insulator layer 143 is a material having a high dielectric constant, the thickness of the light modulation layer 124 can be increased unless other conditions are changed.

本実施形態では、一例として、電界印加用電極150は透光性材料で形成されている。このようにすることで、電界印加用電極150側から偏光した光を照射し、その反射光が光変調層124の磁化の向きによって変化する光変調素子を形成することができる。
ここで、透光性とは、入射光が透過し易いような性質であり、入射光を例えば少なくとも70%程度以上透過させる性質を意味する。このような電極材料として、例えばインジウム−スズ酸化物(Indium Tin Oxide:ITO)、インジウム亜鉛酸化物(Indium Zinc Oxide:IZO)等の公知の透明電極材料を挙げることができる。一例として、電界印加用電極150にはIZOを用いることが好適である。
電界印加用電極150の形成方法としては、例えばスパッタリング法等の公知の方法により電極材料を成膜し、フォトリソグラフィ工程と、エッチング又はリフトオフ法等の工程とを用いることができる。なお、透明電極材料の成膜方法は、スパッタリング法の他に、真空蒸着法、塗布法等を用いることもできる。
In the present embodiment, as an example, the electric field applying electrode 150 is formed of a translucent material. By doing so, it is possible to form a light modulation element that irradiates polarized light from the electric field applying electrode 150 side and whose reflected light changes depending on the magnetization direction of the light modulation layer 124.
Here, the translucency is a property that allows incident light to easily pass through, and means a property that transmits incident light, for example, at least about 70% or more. Examples of such an electrode material include known transparent electrode materials such as indium tin oxide (ITO) and indium zinc oxide (IZO). As an example, it is preferable to use IZO for the electric field applying electrode 150.
As a method for forming the electric field applying electrode 150, for example, an electrode material is formed by a known method such as a sputtering method, and a photolithography step and a step such as an etching or lift-off method can be used. Note that, as a method for forming the transparent electrode material, a vacuum deposition method, a coating method, or the like can be used in addition to the sputtering method.

光変調層(磁化自由層)124の材料には、磁化自由層に好適な材料、例えば、CoFeB,CoFe,Co,Fe,CoFeSi,CoFeGeなど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/貴金属]多層膜(Co/Pt多層膜,Co/Pd多層膜,Fe/Pd多層膜,CoFe/Pd多層膜,Fe/Pt多層膜など)、あるいは遷移金属と貴金属との合金(CoPt合金,CoPd合金,FePd合金,FePt合金など)、あるいは希土類金属と遷移金属との合金(GdFe合金,GdCoFe合金,GdCo合金,TbFeCo合金など)又はそれらの多層膜、及び、MnBi合金,Mn/Bi多層膜,PtMnSb合金,Pt/MnSb多層膜など磁気光学効果の大きな材料を用いることができる。   As the material of the light modulation layer (magnetization free layer) 124, materials suitable for the magnetization free layer, for example, transition metal materials such as CoFeB, CoFe, Co, Fe, CoFeSi, and CoFeGe can be mainly used. [Transition metal / noble metal] multilayer film (Co / Pt multilayer film, Co / Pd multilayer film, Fe / Pd multilayer film, CoFe / Pd multilayer film, Fe / Pt multilayer film, etc.), or transition metal / noble metal An alloy (CoPt alloy, CoPd alloy, FePd alloy, FePt alloy, etc.), an alloy of a rare earth metal and a transition metal (GdFe alloy, GdCoFe alloy, GdCo alloy, TbFeCo alloy, etc.) or a multilayer film thereof, and an MnBi alloy, A material having a large magneto-optical effect such as a Mn / Bi multilayer film, a PtMnSb alloy, or a Pt / MnSb multilayer film can be used.

本実施形態では、光変調層124の材料にGdを含むこととした。光変調層124は、多層膜からなり、そのうちの少なくとも1層はGdを含む膜である。本実施形態では、一例として、光変調層124は、垂直磁気異方性材料のGdFe合金を含む構成とした。このような材料を用いることで、磁気抵抗効果素子120は低電流で磁化反転させることができる効果がある。また、電界印加による効果も増大させることができ、光変調層124が比較的厚い膜(9nm)であっても、電界による保磁力の変化を生じさせることができる。したがって、外部からの熱擾乱に強い磁気抵抗効果素子120を提供できる。   In the present embodiment, the material of the light modulation layer 124 includes Gd. The light modulation layer 124 is formed of a multilayer film, and at least one of them is a film containing Gd. In the present embodiment, as an example, the light modulation layer 124 includes a GdFe alloy that is a perpendicular magnetic anisotropic material. By using such a material, the magnetoresistive effect element 120 has an effect that the magnetization can be reversed at a low current. In addition, the effect of applying an electric field can be increased, and even if the light modulation layer 124 is a relatively thick film (9 nm), a change in coercive force due to the electric field can be caused. Therefore, it is possible to provide the magnetoresistive element 120 that is resistant to external thermal disturbances.

第1中間層123及び第2中間層125の材料には、例えばCu,Al,Au,Ag等の金属(膜厚2nm〜6nm程度)や、例えばAl23(比誘電率8.5、屈折率1.77),MgO(比誘電率9.8、屈折率1.74)等の絶縁体(膜厚0.6〜2nm程度)を用いることができる。
光変調層が反転したときの抵抗値変化を読み取るために、第1中間層123及び第2中間層125ののうちの一方を金属層、他方を絶縁体層としてもよい。
第1中間層123及び第2中間層125が共に絶縁体層であれば、各中間層にそれぞれ電荷蓄積効果があるので好ましい。よって、本実施形態では、共に絶縁体層とし、材料をMgOとした。
第1中間層123及び第2中間層125が共に金属層である場合、各中間層にそれぞれ電荷蓄積効果がないので好ましくない。
なお、いずれの場合であっても光変調層124上の第3絶縁体層143には電荷蓄積効果がある。また、第1中間層123及び第2中間層125が共に絶縁体層である場合、絶縁体層の厚さをそれぞれ変えて堆積してもよい。
Examples of the material of the first intermediate layer 123 and the second intermediate layer 125 include metals such as Cu, Al, Au, and Ag (film thickness of about 2 nm to 6 nm), for example, Al 2 O 3 (relative dielectric constant 8.5, An insulator (film thickness of about 0.6 to 2 nm) such as a refractive index of 1.77) or MgO (relative dielectric constant of 9.8, refractive index of 1.74) can be used.
In order to read the change in resistance value when the light modulation layer is inverted, one of the first intermediate layer 123 and the second intermediate layer 125 may be a metal layer, and the other may be an insulator layer.
It is preferable that both the first intermediate layer 123 and the second intermediate layer 125 are insulator layers because each intermediate layer has a charge storage effect. Therefore, in this embodiment, both are insulator layers and the material is MgO.
When the first intermediate layer 123 and the second intermediate layer 125 are both metal layers, each intermediate layer has no charge storage effect, which is not preferable.
In any case, the third insulator layer 143 on the light modulation layer 124 has a charge accumulation effect. Further, when both the first intermediate layer 123 and the second intermediate layer 125 are insulator layers, the thickness of the insulator layers may be changed and deposited.

第1磁化固定層122は、磁化の向きが一方向に固定された磁性層である。すべての磁気抵抗効果素子120において第1磁化固定層122は、例えば、磁化の向きが上向きに固定されている(図4参照)。
第2磁化固定層126は、磁化の向きが他方向に固定された磁性層である。すべての磁気抵抗効果素子120において第2磁化固定層126は、例えば、磁化の向きが下向きに固定されている(図4参照)。
The first magnetization fixed layer 122 is a magnetic layer in which the magnetization direction is fixed in one direction. In all the magnetoresistive effect elements 120, for example, the magnetization direction of the first magnetization fixed layer 122 is fixed upward (see FIG. 4).
The second magnetization fixed layer 126 is a magnetic layer in which the magnetization direction is fixed in the other direction. In all the magnetoresistive effect elements 120, the magnetization direction of the second magnetization fixed layer 126 is fixed downward, for example (see FIG. 4).

第1磁化固定層122及び第2磁化固定層126は、光変調層124と同様に、CPP−GMR素子やTMR素子に用いられる公知の磁性材料にて構成することができる。ただし、第1磁化固定層122及び第2磁化固定層126は磁化が固定されるように、光変調層124よりも保磁力が大きくなるように、磁性材料や厚さが選択される。   The first magnetization fixed layer 122 and the second magnetization fixed layer 126 can be made of a known magnetic material used for a CPP-GMR element or a TMR element, similarly to the light modulation layer 124. However, the magnetic material and thickness of the first magnetization fixed layer 122 and the second magnetization fixed layer 126 are selected so that the coercive force is larger than that of the light modulation layer 124 so that the magnetization is fixed.

前記したように第1磁化固定層122の磁化の向きと第2磁化固定層126の磁化の向きとは互いに反平行である。
2つの磁化固定層の磁化を互いに反平行状態にする1つの方法は、各磁化固定層に同じ材料を用いつつも、その製膜条件(ガス圧)を変え、2つの磁化固定層を異なる保磁力に設定しておけばよい。各磁化固定層の同じ材料として例えばTbFeCoを用い、かつ、ガス種はKrを用いた場合、ガス圧が8.5×10-2Paのときに保磁力H=4kOe、ガス圧が3.1×10-1Paのときに保磁力H=2kOeをそれぞれ得た。
As described above, the magnetization direction of the first magnetization fixed layer 122 and the magnetization direction of the second magnetization fixed layer 126 are antiparallel to each other.
One method for making the magnetizations of the two magnetization fixed layers antiparallel to each other is to use the same material for each magnetization fixed layer, but to change the film forming conditions (gas pressure) and keep the two magnetization fixed layers different. It should be set to magnetic force. When, for example, TbFeCo is used as the same material for each magnetization fixed layer and the gas type is Kr, the coercive force H = 4 kOe and the gas pressure is 3.1 when the gas pressure is 8.5 × 10 −2 Pa. A coercive force H = 2 kOe was obtained when × 10 −1 Pa.

第1磁化固定層122の保磁力をHc1、第2磁化固定層126の保磁力をHc2とした場合、保磁力がHcfであるような光変調層を安定して磁化反転させるには、Hcf<Hc1<Hc2を満たす必要がある。このとき、第1磁化固定層122及び第2磁化固定層126の磁化方向を互いに反平行状態にする操作(初期化)は、次の通りである。すなわち、第1磁化固定層122の保磁力Hc1、及び第2磁化固定層126の保磁力Hc2よりも大きな磁界Hを、膜面垂直の下向きに印加し、第1磁化固定層122及び第2磁化固定層126の磁化をともに下向きとする。引き続き、第1磁化固定層122の保磁力Hc1よりも大きく、かつ第2磁化固定層126の保磁力Hc2よりも小さな磁界Hを膜面垂直の上向きに印加し、第1磁化固定層122の磁化のみを上向きとする。これにより、初期化操作が完了する。
なお、光変調層の磁化方向については、各画素において、第1電極121及び第2電極127間に電流パルスを流すことによって上向き、下向きのいずれにも設定できる。
When the coercive force of the first magnetization fixed layer 122 is H c1 and the coercivity of the second magnetization fixed layer 126 is H c2 , to stably reverse the magnetization of the light modulation layer having the coercive force of H cf , H cf <H c1 <H c2 . At this time, the operation (initialization) for setting the magnetization directions of the first magnetization fixed layer 122 and the second magnetization fixed layer 126 to antiparallel to each other is as follows. That is, the coercive force H c1 of the first magnetization pinned layer 122, and a large magnetic field H than the coercive force H c2 of the second magnetization pinned layer 126, is applied to the downward perpendicular to the film surface, the first magnetization pinned layer 122 and the The magnetizations of the two magnetization fixed layers 126 are both downward. Subsequently, a magnetic field H that is larger than the coercive force H c1 of the first magnetization fixed layer 122 and smaller than the coercive force H c2 of the second magnetization fixed layer 126 is applied upward in the direction perpendicular to the film surface, and the first magnetization fixed layer 122 is applied. Only the magnetization of is upward. Thereby, the initialization operation is completed.
The magnetization direction of the light modulation layer can be set to either upward or downward by passing a current pulse between the first electrode 121 and the second electrode 127 in each pixel.

第1磁化固定層122及び第2磁化固定層126のうちの少なくとも1つを、Ruなどの磁気交換結合膜を用いた多層構造とすることもできる。そのような多層構造としては、中間層側からの積層順で表すと、例えばCoFe/Ru/CoFe/TbFeCo等を挙げることができる。
そのような多層構造を面内磁化で実現する場合、中間層側からの積層順で表すと、例えばCoFe/Ru/CoFe/IrMn(IrMnの替わりにFeMn,PtMnなどの反強磁性材料を用いることも可能)等とすることもできる。
このような構成により、異なる磁界を印加する操作をすることなく、第1磁化固定層122及び第2磁化固定層126の磁化を互いに反平行状態に初期設定しておくこともできる。
At least one of the first magnetization fixed layer 122 and the second magnetization fixed layer 126 may have a multilayer structure using a magnetic exchange coupling film such as Ru. An example of such a multilayer structure is CoFe / Ru / CoFe / TbFeCo when expressed in the stacking order from the intermediate layer side.
When such a multilayer structure is realized by in-plane magnetization, for example, when expressed in the stacking order from the intermediate layer side, for example, CoFe / Ru / CoFe / IrMn (instead of IrMn, use an antiferromagnetic material such as FeMn, PtMn, etc.) Or the like.
With such a configuration, the magnetizations of the first magnetization fixed layer 122 and the second magnetization fixed layer 126 can be initially set in an antiparallel state without performing an operation of applying different magnetic fields.

本実施形態では、一例として、第1磁化固定層122の材料と、第2磁化固定層126の材料とを変えることで、磁化方向を互いに反平行状態にすることにした。
このために、第1磁化固定層122は、第1中間層123側からの積層順で表すと、CoFe/TbFeCo/Ruであるものとした。
また、第2磁化固定層126は、第2中間層125側からの積層順で表すと、CoFe/Ru/CoFe/TbFeCo/Ruであるものとした。下地層のRuは、TbFeCoの保磁力を増大させるために用いた。なお、以下では下地層も含めて磁化固定層と呼ぶ場合もある。
さらに、第1中間層123及び第2中間層125を共にMgOで形成し、磁化固定層の膜厚の差分を吸収できるように、第1磁化固定層122及び第2磁化固定層126の下地層Ruの厚さを変えることで調整した。
なお、第1磁化固定層122と第1電極121との間、及び、第2磁化固定層126と第2電極127との間に、密着性を良好にするための下地層(図示省略)を設けてもよい。
In this embodiment, as an example, the magnetization directions are made antiparallel to each other by changing the material of the first magnetization fixed layer 122 and the material of the second magnetization fixed layer 126.
For this reason, the first magnetization fixed layer 122 is CoFe / TbFeCo / Ru in the stacking order from the first intermediate layer 123 side.
The second magnetization fixed layer 126 is CoFe / Ru / CoFe / TbFeCo / Ru in the order of stacking from the second intermediate layer 125 side. The underlayer Ru was used to increase the coercivity of TbFeCo. In the following, the underlayer may be referred to as a magnetization fixed layer.
Further, the first intermediate layer 123 and the second intermediate layer 125 are both made of MgO, and the underlying layer of the first magnetization fixed layer 122 and the second magnetization fixed layer 126 is so absorbed that the difference in film thickness of the magnetization fixed layer can be absorbed. Adjustment was made by changing the thickness of Ru.
An underlayer (not shown) for improving the adhesion is provided between the first magnetization fixed layer 122 and the first electrode 121 and between the second magnetization fixed layer 126 and the second electrode 127. It may be provided.

保護層128は、光変調層124を保護するものである。また、特に光変調層124が酸化し易いRE−TM合金を含む場合、表面(上面)の酸化を防止するために必要に応じて設けられる。保護層128は、例えば、Ta,Ru,Cuの単層で形成される。又は、光変調層124の側から順にCu/Taの2層の金属膜や、Cu/Ruの2層の金属膜で形成される。一例として、保護層128はRu単層で構成されていることが好適である。   The protective layer 128 protects the light modulation layer 124. In particular, when the light modulation layer 124 contains an easily oxidizable RE-TM alloy, it is provided as necessary to prevent oxidation of the surface (upper surface). The protective layer 128 is formed of a single layer of Ta, Ru, Cu, for example. Alternatively, a Cu / Ta two-layer metal film or a Cu / Ru two-layer metal film is formed in this order from the light modulation layer 124 side. As an example, the protective layer 128 is preferably composed of a Ru single layer.

絶縁体層140を形成する絶縁体は、一般的な絶縁体材料で構成されている。このような材料として、例えばSiO2やAl23等の酸化膜や、Si34やMgF2等を挙げることができる。ここで、第1絶縁体層141は、磁気抵抗効果素子120を作製するプロセスにおいて例えば反応性イオンエッチング(RIE)のようなエッチング選択性の高い方法でエッチングされ易い材料で形成されることが好ましい。本実施形態では、一例として、第1絶縁体層141及び第2絶縁体層142はSiO2で構成され、第3絶縁体層143は、SiNで構成されていることとした。 The insulator forming the insulator layer 140 is made of a general insulator material. Examples of such materials include oxide films such as SiO 2 and Al 2 O 3 , Si 3 N 4 and MgF 2 . Here, the first insulator layer 141 is preferably formed of a material that is easily etched by a method having high etching selectivity such as reactive ion etching (RIE) in the process of manufacturing the magnetoresistive effect element 120. . In the present embodiment, as an example, the first insulator layer 141 and the second insulator layer 142 are made of SiO 2 , and the third insulator layer 143 is made of SiN.

絶縁膜129は、バックプレーン110上に磁気抵抗効果素子120を作製するプロセスにおいてエッチング加工を精度よく行うためのエッチングストッパー層として機能するために設けるものである。絶縁膜129は、磁気抵抗効果素子120を作製する際の第1絶縁体層141のエッチングにおいてエッチングされ難い(エッチングレートが低い)材料で形成されることが好ましい。例えば、第1絶縁体層141がSiO2であれば、絶縁膜129はSi窒化物、MgO、Al23が適用され得る。また、第1絶縁体層141がSi窒化物であれば、絶縁膜129はMgOが適用され得る。本実施形態では、絶縁膜129はMgOで構成されるものとした。なお、上記プロセスにおいて、バックプレーン110と磁気抵抗効果素子120とを電気的に接続する領域では、絶縁膜129が除去される。 The insulating film 129 is provided to function as an etching stopper layer for performing an etching process with high accuracy in the process of manufacturing the magnetoresistive effect element 120 on the backplane 110. The insulating film 129 is preferably formed of a material that is difficult to etch (low etching rate) in the etching of the first insulator layer 141 when the magnetoresistive element 120 is manufactured. For example, if the first insulator layer 141 is SiO 2 , Si nitride, MgO, Al 2 O 3 can be applied to the insulating film 129. In addition, if the first insulator layer 141 is Si nitride, MgO can be applied to the insulating film 129. In the present embodiment, the insulating film 129 is made of MgO. In the above process, the insulating film 129 is removed in a region where the backplane 110 and the magnetoresistive effect element 120 are electrically connected.

本実施形態のようにバックプレーン110がMOS−FETを備えることにより、以下の(1)〜(5)に示すよう各画素を密集配置してSLMを微細化できるという有利な効果を奏する。
(1)MOS−FETのドレイン出力を磁気抵抗効果素子120の一端に入力し、磁気抵抗効果素子120の他端を、第2給電配線113を介して他の素子とまとめてパルス電源(電流源171)に接続することができる。
(2)MOS−FETのソースSを第1給電配線112に接続し、かつ、MOS−FETのドレインDを第2給電配線113に接続することで、第1給電配線112(ソース電極)と第2給電配線113(ドレイン電極)とを平行に引き出すことができる。
(3)MOS−FETのゲートGを画素選択信号線115に接続することで、画素選択信号線115(ゲート電極)を、第1給電配線112(ソース電極)と第2給電配線113(ドレイン電極)とに対して垂直な方向にそれぞれ引き出すことができる。
(4)磁気抵抗効果素子120の特徴部である電界印加用電極150を、画素選択信号線115(ゲート電極)と平行に引き出すことができる。
(5)MOS−FETは、バックプレーン110において例えば、1μm〜5μm程度のピッチで容易に作製することができた。また、さらに微細化して、サブミクロンオーダーのピッチで作製することが可能である。
When the backplane 110 includes the MOS-FET as in the present embodiment, there is an advantageous effect that the SLM can be miniaturized by closely arranging the pixels as shown in the following (1) to (5).
(1) The drain output of the MOS-FET is input to one end of the magnetoresistive effect element 120, and the other end of the magnetoresistive effect element 120 is combined with other elements via the second power supply wiring 113 to generate a pulse power source (current source). 171).
(2) By connecting the source S of the MOS-FET to the first power supply wiring 112 and connecting the drain D of the MOS-FET to the second power supply wiring 113, the first power supply wiring 112 (source electrode) and the first power supply wiring 112 are connected. The two power supply wirings 113 (drain electrodes) can be drawn out in parallel.
(3) By connecting the gate G of the MOS-FET to the pixel selection signal line 115, the pixel selection signal line 115 (gate electrode) is connected to the first power supply wiring 112 (source electrode) and the second power supply wiring 113 (drain electrode). ) And the direction perpendicular to each other.
(4) The electric field applying electrode 150 which is a characteristic part of the magnetoresistive effect element 120 can be drawn out in parallel with the pixel selection signal line 115 (gate electrode).
(5) The MOS-FET could be easily manufactured on the backplane 110 with a pitch of about 1 μm to 5 μm, for example. Further, it can be further miniaturized and manufactured at a submicron order pitch.

画素選択手段161〜164は協働するものであり、図示しない制御部により全体の動作が制御される。
画素選択手段161は、バックプレーン110上の各画素に対応した第1給電配線112及び第2給電配線113と接続されており、スイッチングにより書込み/読出し電源170と接続される。
画素選択手段161は、書込み時に、選択する画素に信号を出力するものであり、例えば図2において信号W1がゲートに入力される選択トランジスタと、信号W2がゲートに入力される選択トランジスタと、信号W3がゲートに入力される選択トランジスタと、を備えている。書込み時には、選択する画素が配列された行に出力するための信号がオンとされ、その他の行に出力するための信号がオフとされる。
The pixel selection means 161-164 cooperate, and the whole operation | movement is controlled by the control part which is not shown in figure.
The pixel selection means 161 is connected to the first power supply wiring 112 and the second power supply wiring 113 corresponding to each pixel on the backplane 110, and is connected to the write / read power supply 170 by switching.
The pixel selection unit 161 outputs a signal to a pixel to be selected at the time of writing. For example, in FIG. 2, a selection transistor in which the signal W 1 is input to the gate, a selection transistor in which the signal W 2 is input to the gate, , And a selection transistor to which the signal W 3 is input to the gate. At the time of writing, a signal for outputting to a row where pixels to be selected are arranged is turned on, and a signal for outputting to other rows is turned off.

画素選択手段162は、オプション構成の電気抵抗検出手段190と共に利用するために設けられている。画素選択手段162は、バックプレーン110上の各画素に対応した第1給電配線112及び第2給電配線113と接続されており、スイッチングにより電気抵抗検出手段190と接続される。
画素選択手段162は、読出し時に、選択する画素に信号を出力するものであり、例えば図2において信号R1がゲートに入力される選択トランジスタと、信号R2がゲートに入力される選択トランジスタと、信号R3がゲートに入力される選択トランジスタと、を備えている。読出し時には、選択する画素が配列された行に出力するための信号がオンとされ、その他の行に出力するための信号がオフとされる。
The pixel selection means 162 is provided for use with the optional electrical resistance detection means 190. The pixel selection means 162 is connected to the first power supply wiring 112 and the second power supply wiring 113 corresponding to each pixel on the backplane 110, and is connected to the electric resistance detection means 190 by switching.
The pixel selection unit 162 outputs a signal to a pixel to be selected at the time of reading. For example, in FIG. 2, a selection transistor in which the signal R 1 is input to the gate and a selection transistor in which the signal R 2 is input to the gate , And a selection transistor to which the signal R 3 is input to the gate. At the time of reading, a signal for outputting to a row where pixels to be selected are arranged is turned on, and a signal for outputting to other rows is turned off.

画素選択手段163は、バックプレーン110上の各画素に対応した画素選択信号線115と接続されている。
画素選択手段163は、書込み時及び読出し時に、選択する画素に信号を出力するものであり、例えば図2において選択トランジスタのゲートに入力される信号G1又は信号G2又は信号G3を供給するための図示しない信号供給手段を備えている。書込み時及び読出し時には、選択する画素が配列された列に出力するための信号がオンとされ、その他の列に出力するための信号がオフとされる。
The pixel selection unit 163 is connected to the pixel selection signal line 115 corresponding to each pixel on the backplane 110.
The pixel selection unit 163 outputs a signal to a pixel to be selected at the time of writing and reading, and supplies, for example, the signal G 1, the signal G 2, or the signal G 3 input to the gate of the selection transistor in FIG. For this purpose, signal supply means (not shown) is provided. At the time of writing and reading, a signal for outputting to the column in which the pixel to be selected is arranged is turned on, and a signal for outputting to the other column is turned off.

画素選択手段164は、電圧印加用電源180と接続されており、スイッチングにより各画素に対応した電界印加用電極150と接続される。
画素選択手段164は、書込み時に、選択する画素に信号を出力するものであり、例えば図2において信号A1がゲートに入力される選択トランジスタと、信号A2がゲートに入力される選択トランジスタと、信号A3がゲートに入力される選択トランジスタと、を備えている。書込み時には、選択する画素が配列された列に出力するための信号がオンとされ、その他の列に出力するための信号がオフとされる。
The pixel selection means 164 is connected to the voltage application power source 180 and is connected to the electric field application electrode 150 corresponding to each pixel by switching.
The pixel selection means 164 outputs a signal to a pixel to be selected at the time of writing. For example, in FIG. 2, a selection transistor in which the signal A 1 is input to the gate, a selection transistor in which the signal A 2 is input to the gate, , And a selection transistor to which the signal A 3 is input to the gate. At the time of writing, a signal for outputting to a column in which pixels to be selected are arranged is turned on, and a signal for outputting to other columns is turned off.

書込み/読出し電源170は、スイッチングにより電圧印加用電源180と接続されると共に、スイッチングにより画素選択手段161と接続される。
書込み/読出し電源170は、図2及び図3に示す書込み電流源171を必須構成として備えている。以下、単に電流源171と表記する。
電流源171は、直流電流であってもよいが、本実施形態では、図2及び図3に模式的にパルス波形を示したようにパルス電流を流すこととした。この電流源171の上流及び下流には、例えば図2において信号T1がゲートに入力される選択トランジスタと、信号T2がゲートに入力される選択トランジスタとが設けられている。書込み時には、各選択トランジスタがオンとされ、読み出し時にはそれぞれがオフとされる。
The writing / reading power supply 170 is connected to the voltage application power supply 180 by switching, and is connected to the pixel selection means 161 by switching.
The write / read power supply 170 includes the write current source 171 shown in FIGS. 2 and 3 as an essential component. Hereinafter, it is simply referred to as a current source 171.
The current source 171 may be a direct current, but in this embodiment, the pulse current is passed as schematically shown in FIGS. 2 and 3. The upstream and downstream of the current source 171, and a selection transistor signal T 1 is input to the gate for example in FIG. 2, and a selection transistor signal T 2 is input to the gate is provided. At the time of writing, each selection transistor is turned on, and at the time of reading, each is turned off.

本実施形態では、書込み/読出し電源170は、図2に示す読出し電源172をさらに備えている。読出し電源172は、光変調層124にて磁化反転状態となった否かを検証するためのオプション構成である。読出し電源172は、DC電流源、又はDC電流源に交流電流を重畳させたものとしてもよいし、電流源の代わりに電圧源としてもよい。
本実施形態では、読出し電源172は、DC電流源であるものとする。この読出し電源172の上流及び下流には、例えば図2において信号T3がゲートに入力される選択トランジスタと、信号T4がゲートに入力される選択トランジスタとが設けられている。読み出し時には各選択トランジスタがオンとされ、書込み時には、それぞれがオフとされる。
In the present embodiment, the write / read power supply 170 further includes a read power supply 172 shown in FIG. The read power source 172 is an optional configuration for verifying whether or not the optical modulation layer 124 is in a magnetization reversal state. The read power source 172 may be a DC current source, a DC current source with an alternating current superimposed thereon, or a voltage source instead of the current source.
In the present embodiment, it is assumed that the read power source 172 is a DC current source. For example, in FIG. 2, a selection transistor to which the signal T 3 is input to the gate and a selection transistor to which the signal T 4 is input to the gate are provided upstream and downstream of the read power source 172. Each read transistor is turned on during reading, and turned off during writing.

電圧印加用電源180は、書込み時(図2において信号T1,Tがオンとされるとき)に電流源171と接続され、書込み時にスイッチングにより、選択された磁気抵抗効果素子120(画素)の電界印加用電極150に接続される。
電圧印加用電源180は、例えば図3に示す直流電源181を備えている。直流電源181は、少なくとも電流源171でパルス電流を流す時間以上の間、DC電圧を印加する。直流電源181の端子間電圧は、一例として1ボルト程度でもよい。
The voltage application power source 180 is connected to the current source 171 at the time of writing (when the signals T 1 and T 2 are turned on in FIG. 2), and is selected by switching at the time of writing to the magnetoresistive effect element 120 (pixel). To the electric field applying electrode 150.
The voltage application power source 180 includes, for example, a DC power source 181 shown in FIG. The DC power source 181 applies a DC voltage for at least the time when the pulse current is passed by the current source 171. As an example, the terminal voltage of the DC power supply 181 may be about 1 volt.

直流電源181の例えば負極端子は、バックプレーン110の第2給電配線113に接続されている。つまり、直流電源181の負極端子は、面内方向の直線状の第2給電配線113から、画素毎の厚み方向の第2接合配線117を介して磁気抵抗効果素子120の第2電極127と接続されている。
直流電源181の例えば正極端子は、画素選択手段164の画素毎(画素列毎)の配線を介してスイッチングにより電界印加用電極150に接続される。
For example, a negative terminal of the DC power supply 181 is connected to the second power supply wiring 113 of the backplane 110. In other words, the negative electrode terminal of the DC power supply 181 is connected to the second electrode 127 of the magnetoresistive effect element 120 from the linear second power supply wiring 113 in the in-plane direction via the second bonding wiring 117 in the thickness direction for each pixel. Has been.
For example, a positive electrode terminal of the DC power supply 181 is connected to the electric field application electrode 150 by switching via a wiring for each pixel (each pixel column) of the pixel selection unit 164.

本実施形態では、一例として、光変調層124は、垂直磁気異方性材料のGdFe合金を含む構成としたので、後記するように、電界印加用電極150には、直流電源181の正極端子側を接続しても負極端子側を接続しても同様の効果を奏する。なお、光変調層124に用いる材料によっては、電界印加用電極150には、直流電源181の負極端子側を接続した場合だけ所望の効果を奏することがある。   In the present embodiment, as an example, since the light modulation layer 124 includes a GdFe alloy of a perpendicular magnetic anisotropic material, the electric field application electrode 150 includes a DC terminal 181 on the positive terminal side, as will be described later. Even if the negative electrode terminal side is connected, the same effect can be obtained. Depending on the material used for the light modulation layer 124, the electric field application electrode 150 may have a desired effect only when the negative electrode terminal side of the DC power supply 181 is connected.

電気抵抗検出手段190は、光変調層124にて磁化反転状態となった否かを検証するために読出し電源172と共に用いられるオプション構成である。電気抵抗検出手段190は、スイッチングにより、選択された磁気抵抗効果素子120(画素)に接続される。電気抵抗検出手段190は、例えば図3に示す電圧計191を備えている。   The electrical resistance detection unit 190 is an optional configuration that is used together with the read power source 172 in order to verify whether or not the light modulation layer 124 is in a magnetization reversal state. The electrical resistance detection means 190 is connected to the selected magnetoresistive effect element 120 (pixel) by switching. The electrical resistance detection unit 190 includes, for example, a voltmeter 191 shown in FIG.

電圧計191は、読出し電源172(DC電流源)からの電流を、選択された磁気抵抗効果素子120(画素)の第1電極121から光変調層124を経由して第2電極127に至る経路で流したときに、当該電極間の電位差を測定するものである。ここで選択された磁気抵抗効果素子120の電気抵抗値は、測定された電圧値を読み出し電流値で除算した値である。この値を所定の閾値で比較することで、選択された磁気抵抗効果素子120(画素)の光変調層124にて磁化反転状態となった否かを検証することができる。   The voltmeter 191 is a path from the read power supply 172 (DC current source) to the second electrode 127 via the light modulation layer 124 from the first electrode 121 of the selected magnetoresistive effect element 120 (pixel). In this case, the potential difference between the electrodes is measured. The electrical resistance value of the magnetoresistive effect element 120 selected here is a value obtained by dividing the measured voltage value by the read current value. By comparing this value with a predetermined threshold value, it is possible to verify whether or not the magnetization reversal state has occurred in the light modulation layer 124 of the selected magnetoresistive effect element 120 (pixel).

電圧計191の正極端子は、バックプレーン110の第2給電配線113に接続されている。つまり、電圧計191の正極端子は、面内方向の直線状の第2給電配線113から、画素毎の厚み方向の第2接合配線117を介して磁気抵抗効果素子120の第2電極127と接続されている。   The positive terminal of the voltmeter 191 is connected to the second power supply wiring 113 of the backplane 110. That is, the positive electrode terminal of the voltmeter 191 is connected to the second electrode 127 of the magnetoresistive effect element 120 from the linear second power supply wiring 113 in the in-plane direction via the second junction wiring 117 in the thickness direction for each pixel. Has been.

電圧計191の負極端子は、接地されており、画素選択手段162の画素毎(画素行毎)の配線を介してスイッチングによりバックプレーン110の第1給電配線112に接続される。つまり、電圧計191の負極端子は、スイッチングにより、面内方向の直線状の第1給電配線112から、画素毎の厚み方向の第3接合配線118、MOS−FETのソースS,ドレインD、第1接合配線116を介して磁気抵抗効果素子120の第1電極121と接続される。   The negative terminal of the voltmeter 191 is grounded, and is connected to the first power supply wiring 112 of the backplane 110 by switching via the wiring for each pixel (each pixel row) of the pixel selection unit 162. That is, the negative terminal of the voltmeter 191 is switched from the linear first power supply wiring 112 in the in-plane direction to the third junction wiring 118 in the thickness direction for each pixel, the source S and drain D of the MOS-FET, the first It is connected to the first electrode 121 of the magnetoresistive effect element 120 through one junction wiring 116.

図1に示す空間光変調器100に、さらに、図4に示す光照射機構を設けることで、ホログラフィ表示装置を構成することができる。図4に示す光照射機構は、例えばレーザ等の光源201と、入射偏光手段202と、出射偏光手段203とを備える。なお、電界印加用電極150は透明電極材料で構成されており、図4の断面図ではハッチングを省略した。   A holographic display device can be configured by providing the spatial light modulator 100 shown in FIG. 1 with the light irradiation mechanism shown in FIG. The light irradiation mechanism shown in FIG. 4 includes a light source 201 such as a laser, incident polarization means 202, and output polarization means 203. The electric field applying electrode 150 is made of a transparent electrode material, and hatching is omitted in the cross-sectional view of FIG.

[空間光変調器の動作]
図示しない制御部の制御の下、画素選択手段161〜164は協働して空間光変調器100において明状態にすべき磁気抵抗効果素子120をターゲット画素として選択し、光変調層124の磁化の向きを、下向きにする制御を行い、暗状態にすべき磁気抵抗効果素子120の光変調層124の磁化の向きを、上向きにする制御を行う。ターゲットとして選択された磁気抵抗効果素子120の光変調層124の磁化の向きは、電流源171からのパルス電流を流す向きによって制御される。本実施形態では、図3に示すように、読出し電源17(DC電流源)からパルス電流は、選択された磁気抵抗効果素子120(画素)の第1電極121から光変調層124を経由して第2電極127に至る経路で流れる。
[Operation of spatial light modulator]
Under the control of a control unit (not shown), the pixel selection units 161 to 164 cooperate to select the magnetoresistive effect element 120 to be brought into the bright state in the spatial light modulator 100 as a target pixel, and to change the magnetization of the light modulation layer 124. Control is performed to make the direction downward, and control to make the magnetization direction of the light modulation layer 124 of the magnetoresistive effect element 120 to be in the dark state upward is performed. The magnetization direction of the light modulation layer 124 of the magnetoresistive effect element 120 selected as the target is controlled by the direction in which the pulse current from the current source 171 flows. In this embodiment, as shown in FIG. 3, the pulse current from the read power supply 17 (DC current source) passes from the first electrode 121 of the selected magnetoresistive effect element 120 (pixel) via the light modulation layer 124. It flows along a route reaching the second electrode 127.

図4に示すように、レーザ等の光源201から照射された光は、様々な偏光成分を含んでいるが、入射偏光手段202によって、一方向の偏光面に揃えられる。そして、入射偏光手段202を通過したレーザ光は、電界印加用電極150を透過して各画素に入射する。各画素における光変調層124の磁化の向きにより偏光面が回転する。例えば、光変調層124の磁化の向きが下向きであるときに反射したレーザ光の偏光面が、光変調によって、図4のように例えば時計回りに(θk+a)だけ回転する場合、この反射光は出射偏光手段203を通過するので「明状態」となる。ここで角度aは、第1磁化固定層122及び第2磁化固定層126の磁化に対するカー回転角の総和などによって変化する値である As shown in FIG. 4, the light emitted from the light source 201 such as a laser contains various polarization components, but is aligned on the polarization plane in one direction by the incident polarization means 202. The laser light that has passed through the incident polarization means 202 passes through the electric field application electrode 150 and enters each pixel. The polarization plane rotates depending on the magnetization direction of the light modulation layer 124 in each pixel. For example, when the polarization plane of the laser beam reflected when the magnetization direction of the light modulation layer 124 is downward is rotated by (θ k + a), for example, clockwise as shown in FIG. Since the light passes through the outgoing polarization means 203, it is in the “bright state”. Here, the angle a is a value that varies depending on the sum of Kerr rotation angles with respect to the magnetizations of the first magnetization fixed layer 122 and the second magnetization fixed layer 126.

一方、光変調層550の磁化の向きが上向きであるときに反射したレーザ光の偏光面が、光変調によって、図4のように例えば反時計回りに(θk+a)だけ回転する場合(時計回りで表すと−(θk+a)の回転)、この反射光は出射偏光手段203を通過しないので「暗状態」となる。以上の原理により、入射偏光を各画素における光変調層124の磁化方向によって変調することができる。 On the other hand, when the polarization plane of the laser light reflected when the magnetization direction of the light modulation layer 550 is upward is rotated by (θ k + a), for example, counterclockwise as shown in FIG. When expressed as a rotation,-(θ k + a) rotation), the reflected light does not pass through the outgoing polarization means 203, and thus becomes a “dark state”. Based on the above principle, the incident polarized light can be modulated by the magnetization direction of the light modulation layer 124 in each pixel.

本実施形態では、上記パルス電流を流している最中に、図3に示すように、選択された磁気抵抗効果素子120(画素)の電界印加用電極150には、直流電源181の正極端子が接続されると共に、直流電源181の負極端子が第2電極127と接続されることとなる。つまり、電界印加用電極150と、第2電極127との間には、直流電源181の端子間電圧が印加される。よって、電界印加用電極150から第2電極127側に向けて電界が印加される。言い換えると、電界印加用電極150から光変調層124に向けて正の電界が印加される。なお、電界印加用電極150は、電界を印加する電極であって電流を流すための電極ではない。   In the present embodiment, during the flow of the pulse current, the positive electrode terminal of the DC power supply 181 is connected to the electric field application electrode 150 of the selected magnetoresistive effect element 120 (pixel) as shown in FIG. In addition to being connected, the negative electrode terminal of the DC power supply 181 is connected to the second electrode 127. That is, the inter-terminal voltage of the DC power supply 181 is applied between the electric field application electrode 150 and the second electrode 127. Therefore, an electric field is applied from the electric field applying electrode 150 toward the second electrode 127 side. In other words, a positive electric field is applied from the electric field applying electrode 150 toward the light modulation layer 124. The electric field applying electrode 150 is an electrode for applying an electric field and is not an electrode for flowing current.

磁気抵抗効果素子120のスピン注入磁化反転中に、光変調層124に電界が印加されることで、光変調層124と電界印加用電極150との間に介在する第3絶縁体層143の領域と光変調層124との界面に電荷が蓄積される。そのため、光変調層124の電子状態が変化し、結果として光変調層124の保磁力が変化して減衰する。スピン注入磁化反転中に光変調層124の保磁力が減衰するので、スピン注入磁化反転の反転電流を低減させることができる。したがって、磁気抵抗効果素子120は、スイッチング電流を低減できる。なお、磁気抵抗効果素子120は、磁気ランダムアクセスメモリとして応用可能である。   The region of the third insulator layer 143 interposed between the light modulation layer 124 and the electric field application electrode 150 by applying an electric field to the light modulation layer 124 during the spin injection magnetization reversal of the magnetoresistive effect element 120. Charge is accumulated at the interface between the light modulation layer 124 and the light modulation layer 124. Therefore, the electronic state of the light modulation layer 124 changes, and as a result, the coercive force of the light modulation layer 124 changes and attenuates. Since the coercive force of the light modulation layer 124 is attenuated during the spin injection magnetization reversal, the reversal current of the spin injection magnetization reversal can be reduced. Therefore, the magnetoresistive effect element 120 can reduce a switching current. The magnetoresistive effect element 120 can be applied as a magnetic random access memory.

なお、電界印加用電極150を直流電源181の負極端子に接続した場合、電界の向きは反対向きになる。光変調層124に用いる材料によっては、このように接続した方がよい。この場合、第2電極127側から電界印加用電極150に向けて電界が印加される。言い換えると、電界印加用電極150から光変調層124に向けて負の電界が印加される。この場合の電界の向きを図3では細く長い矢印で示した。   When the electric field applying electrode 150 is connected to the negative terminal of the DC power supply 181, the direction of the electric field is opposite. Depending on the material used for the light modulation layer 124, it is better to connect in this way. In this case, an electric field is applied from the second electrode 127 side toward the electric field applying electrode 150. In other words, a negative electric field is applied from the electric field applying electrode 150 toward the light modulation layer 124. The direction of the electric field in this case is indicated by a thin and long arrow in FIG.

図4では、磁気抵抗効果素子120(画素)の特徴部である電界印加用電極150を除いた構成のことを、空間光変調機能部130と表記した。空間光変調機能部130は、特許文献3に記載されたSLMと同様の構造である。この空間光変調機能部130における磁化方向の制御の原理について、図5を用いて説明する。ここでは、図5(a)に示すように、初期状態として、磁化の方向は、光変調層124では下向き、第1磁化固定層122では上向き、第2磁化固定層126では下向きであるとする。   In FIG. 4, the configuration excluding the electric field application electrode 150, which is a characteristic part of the magnetoresistive effect element 120 (pixel), is represented as a spatial light modulation function unit 130. The spatial light modulation function unit 130 has the same structure as the SLM described in Patent Document 3. The principle of controlling the magnetization direction in the spatial light modulation function unit 130 will be described with reference to FIG. Here, as shown in FIG. 5A, as an initial state, the magnetization direction is downward in the light modulation layer 124, upward in the first magnetization fixed layer 122, and downward in the second magnetization fixed layer 126. .

この初期状態から変化した状態を想定する。このとき、図5(b)に示すように、電流源171から、空間光変調機能部130に対して第1電極121を負、第2電極127を正としてパルス電流を供給すると、第1電極121から注入された電子において、上向きスピンは第1磁化固定層122を通過するが、下向きスピンは第1磁化固定層122を通過することができない。すなわち、第1電極121から注入された電子は第1磁化固定層122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が第1中間層123内を上向きスピンを保持したまま通過し、光変調層124に注入される。そして、光変調層124の内部では、光変調層124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が生じて光変調層124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122の直上付近の側から光変調層124の磁化反転が生じてくる。   A state changed from this initial state is assumed. At this time, as shown in FIG. 5B, when a pulse current is supplied from the current source 171 to the spatial light modulation function unit 130 with the first electrode 121 negative and the second electrode 127 positive, the first electrode In the electrons injected from 121, the upward spin passes through the first magnetization fixed layer 122, but the downward spin cannot pass through the first magnetization fixed layer 122. That is, the electrons injected from the first electrode 121 align the spin in the magnetization direction of the first magnetization fixed layer 122 (spin polarization), and the spin-polarized electron holds the spin upward in the first intermediate layer 123. The light passes through and is injected into the light modulation layer 124. In the light modulation layer 124, local spin torque is generated due to the interaction between the internal electrons that determine the magnetization direction of the light modulation layer 124 and the injected spin-polarized electrons. It reverses the spin of internal electrons that determines the magnetization direction. Therefore, as a result, the magnetization reversal of the light modulation layer 124 occurs from the side immediately above the first magnetization fixed layer 122.

同時に、光変調層124の第2磁化固定層126の直上付近側において、下向きスピンを保持した電子は、第2磁化固定層126を通過するが、上向きスピンは第2磁化固定層126を通過することができない。そのため、光変調層124の第2磁化固定層126の直上付近側には、上向きスピンを保持した電子が留まる。この上向きスピンによるトルクのため、光変調層124の第2磁化固定層126の直上付近側からも磁化反転が生じてくる。このようにパルス電流を供給することにより、光変調層124の磁化方向が反転し、結果的に図5(b)の状態から図5(c)の状態に移行する。   At the same time, on the side of the light modulation layer 124 immediately above the second magnetization fixed layer 126, the electrons holding the downward spin pass through the second magnetization fixed layer 126, but the upward spin passes through the second magnetization fixed layer 126. I can't. Therefore, electrons holding upward spin remain on the light modulation layer 124 immediately above the second magnetization fixed layer 126. Due to the torque due to the upward spin, magnetization reversal also occurs from the side immediately above the second magnetization fixed layer 126 of the light modulation layer 124. By supplying the pulse current in this way, the magnetization direction of the light modulation layer 124 is reversed, and as a result, the state shown in FIG. 5B is shifted to the state shown in FIG.

そして、図5(c)に示す状態では、光変調層124の磁化の方向は、上向きとなる。この状態からさらに変化した状態を想定する。このとき、図5(d)に示すように、電流源171から、空間光変調機能部130に対して第1電極121を正、第2電極127を負としてパルス電流を供給すると、第2電極127から注入された電子は第2磁化固定層126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が第2中間層125内を下向きスピンを保持したまま通過し、光変調層124に注入される。この下向きスピンによるトルクのために、結果として第2磁化固定層126の直上付近の側から光変調層124の磁化反転が生じてくる。
同時に、光変調層124の第1磁化固定層122の直上付近側における下向きスピンによるトルクのため、光変調層124の第1磁化固定層122の直上付近側からも磁化反転が生じてくる。このようにパルス電流を供給することにより、光変調層124の磁化方向が反転し、結果的に図5(d)の状態から図5(a)の状態に移行する。
In the state shown in FIG. 5C, the direction of magnetization of the light modulation layer 124 is upward. Assume a state in which this state is further changed. At this time, as shown in FIG. 5D, when a pulse current is supplied from the current source 171 to the spatial light modulation function unit 130 with the first electrode 121 being positive and the second electrode 127 being negative, the second electrode The electrons injected from 127 align the spin in the magnetization direction of the second magnetization fixed layer 126 (spin polarization), and the spin-polarized electrons pass through the second intermediate layer 125 while maintaining the downward spin, Injected into the modulation layer 124. Due to the torque due to the downward spin, as a result, magnetization reversal of the light modulation layer 124 occurs from the side immediately above the second magnetization fixed layer 126.
At the same time, due to the torque due to the downward spin on the light modulation layer 124 near the first magnetization fixed layer 122, magnetization reversal also occurs from the light modulation layer 124 near the first magnetization fixed layer 122. By supplying the pulse current in this manner, the magnetization direction of the light modulation layer 124 is reversed, and as a result, the state shown in FIG. 5D is shifted to the state shown in FIG.

このように、光変調層124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。そして、第1磁化固定層122及び第2磁化固定層126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光変調層124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。   Thus, the magnetization direction of the light modulation layer 124 can be controlled by the direction in which the pulse current flows. Further, by providing the first magnetization fixed layer 122 and the second magnetization fixed layer 126, the efficiency of spin injection can be improved, and even if the area of the light incident surface (emission surface) is increased, the light modulation is performed. Since the magnetization reversal of the layer 124 occurs efficiently, the aperture ratio of the pixel can be increased.

[空間光変調器及び磁気抵抗効果素子の作製方法]
図1に示す空間光変調器100及び磁気抵抗効果素子120の作製方法の一例として、下記の23工程のプロセスで作製する場合について図6〜図11を参照(適宜図1及び図3参照)して説明する。
[Method for Fabricating Spatial Light Modulator and Magnetoresistive Element]
As an example of a method of manufacturing the spatial light modulator 100 and the magnetoresistive effect element 120 shown in FIG. 1, with reference to FIGS. I will explain.

第1工程では、図6(a)に示すバックプレーン110を形成する。本実施形態では、公知のシリコンプロセスを利用し、MOS−FETを所望の画素ピッチで形成したMOS−FET付のシリコンバックプレーンを形成した。   In the first step, the back plane 110 shown in FIG. 6A is formed. In this embodiment, a silicon backplane with a MOS-FET in which a MOS-FET is formed at a desired pixel pitch is formed using a known silicon process.

第2工程は、図6(b)に示すように、バックプレーン110の上に、エッチングストッパーとして絶縁膜129を形成し、その上に各磁気抵抗効果素子120(画素)を分離するための第1絶縁体層141を形成する工程である。
製膜方法としては、公知の製膜方法、例えばスパッタリング法、真空蒸着法、塗布法等を用いることができる。本実施形態では、製膜方法としてイオンビームスパッタリング法を用いた。ここでは、絶縁膜129として、MgOを積層し、第1絶縁体層141として、SiO2を用いた。
In the second step, as shown in FIG. 6B, an insulating film 129 is formed as an etching stopper on the backplane 110, and the magnetoresistive effect element 120 (pixel) is separated thereon. This is a step of forming one insulator layer 141.
As a film forming method, a known film forming method such as a sputtering method, a vacuum deposition method, a coating method, or the like can be used. In this embodiment, an ion beam sputtering method is used as the film forming method. Here, MgO is stacked as the insulating film 129, and SiO 2 is used as the first insulator layer 141.

第3工程は、図6(c)に示すように、第1絶縁体層141の上に、第1磁化固定層122用のレジストパターン301を形成する工程である。
レジストパターン301は、バックプレーン110の第1接合配線116の上に対応する領域であって、第1磁化固定層122が配置される領域の部分に孔を空けたパターンとなるように例えば電子線リソグラフィ法により形成される。
The third step is a step of forming a resist pattern 301 for the first magnetization fixed layer 122 on the first insulator layer 141 as shown in FIG.
The resist pattern 301 is a region corresponding to the first bonding wiring 116 of the backplane 110, and has a pattern in which a hole is formed in a portion of the region where the first magnetization fixed layer 122 is disposed, for example, an electron beam It is formed by a lithography method.

第4工程は、図6(d)に示すように、レジストパターン301に空けた孔302を通して第1絶縁体層141を、例えばCF4ガスを用いて反応性イオンエッチング(RIE)によりエッチングする。このとき、前記第2工程で形成した絶縁膜129でエッチングが止まる。 In the fourth step, as shown in FIG. 6D, the first insulator layer 141 is etched by reactive ion etching (RIE) using, for example, CF 4 gas through the holes 302 formed in the resist pattern 301. At this time, etching stops at the insulating film 129 formed in the second step.

第5工程は、孔302の底において不要となったエッチングストッパー(絶縁膜129)を物理的に除去する工程である。本実施形態では、図7(a)に示すように、レジストパターン301及び第1絶縁体層141を貫通した孔303を通して、Arイオンなど不活性ガスイオンを用いて、イオンビームミリング法によって、絶縁膜129をバックプレーン110の第1接合配線116が露出するまで物理的にミリング加工する。   The fifth step is a step of physically removing the etching stopper (insulating film 129) that is no longer necessary at the bottom of the hole 302. In this embodiment, as shown in FIG. 7A, insulation is performed by an ion beam milling method using inert gas ions such as Ar ions through a hole 303 penetrating the resist pattern 301 and the first insulator layer 141. The film 129 is physically milled until the first bonding wiring 116 of the backplane 110 is exposed.

第6工程は、磁気抵抗効果素子120の図3において左側(第1磁化固定層122が配置される側)の材料等をレジストパターン301の上から堆積する工程である。ここでは、図7(b)に示すように、第1電極121の材料、第1磁化固定層122の材料、第1中間層123の材料、保護層304の材料をこの順番に積層する。ここでの保護層304は、Ruを用いてもよい。ただし、後の工程で第1中間層123を露出する必要があるのでSiO2でも充分である。よって、本実施形態では、保護層304としてSiO2を積層した。これにより、図7(b)に示すように、レジストパターン301、第1絶縁体層141及び絶縁膜129を貫通した孔305が第1磁化固定層122の材料等によって埋設される。 The sixth step is a step of depositing a material or the like on the left side (the side on which the first magnetization fixed layer 122 is disposed) of the magnetoresistive effect element 120 in FIG. Here, as shown in FIG. 7B, the material of the first electrode 121, the material of the first magnetization fixed layer 122, the material of the first intermediate layer 123, and the material of the protective layer 304 are laminated in this order. Here, Ru may be used for the protective layer 304. However, since it is necessary to expose the first intermediate layer 123 in a later step, SiO 2 is sufficient. Therefore, in this embodiment, SiO 2 is laminated as the protective layer 304. As a result, as shown in FIG. 7B, the hole 305 penetrating through the resist pattern 301, the first insulator layer 141, and the insulating film 129 is buried with the material of the first magnetization fixed layer 122 or the like.

第7工程は、孔305に埋設された材料以外の余分な材料を除去する工程である。ここでは、リフトオフ法により、レジストパターン301の上に積層された金属多層膜等の余分な材料をレジストパターン301と共に剥離する。これにより、図7(c)に示すように、第1絶縁体層141の表面が露出する。このとき、バックプレーン110の第1接合配線116の上に当たる領域には、保護層304があるため第1中間層123が露出することはない。   The seventh step is a step of removing excess material other than the material embedded in the hole 305. Here, excess material such as a metal multilayer film stacked on the resist pattern 301 is peeled off together with the resist pattern 301 by a lift-off method. As a result, as shown in FIG. 7C, the surface of the first insulator layer 141 is exposed. At this time, the first intermediate layer 123 is not exposed because the protective layer 304 is present in the region of the backplane 110 that is on the first bonding wiring 116.

第8工程は、図7(d)に示すように、第1絶縁体層141の上に、第2磁化固定層126用のレジストパターン306を形成する工程である。
レジストパターン306は、バックプレーン110の第2接合配線117の上に対応する領域であって、第2磁化固定層126が配置される領域の部分に孔を空けたパターンとなるように例えば電子線リソグラフィ法により形成される。
The eighth step is a step of forming a resist pattern 306 for the second magnetization fixed layer 126 on the first insulator layer 141 as shown in FIG.
The resist pattern 306 is a region corresponding to the second bonding wiring 117 of the back plane 110, and is formed, for example, by an electron beam so that a hole is formed in a portion of the region where the second magnetization fixed layer 126 is disposed. It is formed by a lithography method.

第9工程は、図8(a)に示すように、レジストパターン306に空けた孔307を通して第1絶縁体層141を、例えばCF4ガスを用いて反応性イオンエッチング(RIE)によりエッチングする。このとき、前記第2工程で形成した絶縁膜129でエッチングが止まる。 In the ninth step, as shown in FIG. 8A, the first insulator layer 141 is etched by reactive ion etching (RIE) using CF 4 gas, for example, through the holes 307 formed in the resist pattern 306. At this time, etching stops at the insulating film 129 formed in the second step.

第10工程は、孔307の底において不要となったエッチングストッパー(絶縁膜129)を物理的に除去する工程である。本実施形態では、図8(b)に示すように、レジストパターン306及び第1絶縁体層141を貫通した孔308を通して、Arイオンなど不活性ガスイオンを用いて、イオンビームミリング法によって、絶縁膜129をバックプレーン110の第2接合配線117が露出するまで物理的にミリング加工する。   The tenth step is a step of physically removing the etching stopper (insulating film 129) that is no longer necessary at the bottom of the hole 307. In the present embodiment, as shown in FIG. 8B, the insulating pattern is formed by ion beam milling using an inert gas ion such as Ar ions through a hole 308 penetrating the resist pattern 306 and the first insulator layer 141. The film 129 is physically milled until the second bonding wiring 117 of the backplane 110 is exposed.

第11工程は、磁気抵抗効果素子120の図3において右側(第2磁化固定層126が配置される側)の材料等をレジストパターン306の上から堆積する工程である。
ここでは、図8(c)に示すように、第2電極127の材料、第2磁化固定層126の材料、第2中間層125の材料、保護層309の材料をこの順番に積層する。
本実施形態では、第2電極127として第1電極121と同様の材料を同様の膜厚で積層した。また、第2磁化固定層126は、磁気交換結合膜を用いた多層構造として、第1磁化固定層122とは異なる材料を追加して積層した。また、第1磁化固定層122の下地層については、2つの磁化固定層の膜厚の差分を吸収できるように、第2磁化固定層126の下地層よりも厚く形成した。また、保護層309として保護層304と同様の材料を同様の膜厚で積層した。これにより、図8(c)に示すように、レジストパターン306、第1絶縁体層141及び絶縁膜129を貫通した孔310が第2磁化固定層126の材料等によって埋設される。
The eleventh step is a step of depositing the material and the like on the right side (the side on which the second magnetization fixed layer 126 is disposed) of the magnetoresistive effect element 120 in FIG.
Here, as shown in FIG. 8C, the material of the second electrode 127, the material of the second magnetization fixed layer 126, the material of the second intermediate layer 125, and the material of the protective layer 309 are laminated in this order.
In this embodiment, the same material as the first electrode 121 is stacked as the second electrode 127 with the same film thickness. Further, the second magnetization fixed layer 126 is laminated by adding a material different from that of the first magnetization fixed layer 122 as a multilayer structure using a magnetic exchange coupling film. In addition, the underlayer of the first magnetization fixed layer 122 is formed thicker than the underlayer of the second magnetization fixed layer 126 so that the difference in film thickness between the two magnetization fixed layers can be absorbed. Further, a material similar to that of the protective layer 304 was stacked as the protective layer 309 with the same thickness. As a result, as shown in FIG. 8C, the hole 310 penetrating the resist pattern 306, the first insulator layer 141, and the insulating film 129 is buried with the material of the second magnetization fixed layer 126.

第12工程は、孔310に埋設された材料以外の余分な材料を除去する工程である。ここでは、リフトオフ法により、レジストパターン306の上に積層された金属多層膜等の余分な材料をレジストパターン306と共に剥離する。これにより、図8(d)に示すように、第1絶縁体層141の表面が露出する。バックプレーン110の第1接合配線116の上に当たる領域には、保護層304があるため第1中間層123が露出することはない。また、バックプレーン110の第2接合配線117の上に当たる領域には、保護層309があるため第2中間層125が露出することはない。   The twelfth step is a step of removing excess material other than the material embedded in the hole 310. Here, excess material such as a metal multilayer film stacked on the resist pattern 306 is peeled off together with the resist pattern 306 by a lift-off method. As a result, as shown in FIG. 8D, the surface of the first insulator layer 141 is exposed. The first intermediate layer 123 is not exposed because the protective layer 304 is present in the region of the backplane 110 that contacts the first bonding wiring 116. In addition, since the protective layer 309 is present in the region of the backplane 110 that corresponds to the second junction wiring 117, the second intermediate layer 125 is not exposed.

第13工程は、次の工程で光変調層を積むための準備として、これまで保護されていた中間層を露出するための工程である。本実施形態では、図9(a)に示すように、Arイオンなど不活性ガスイオンを用いて、イオンビームミリング法によって、第1絶縁体層141及び保護層304,309の表面を、第1中間層123及び第2中間層125が露出するまで物理的にミリング加工する。   The thirteenth step is a step for exposing the intermediate layer that has been protected so far as preparation for stacking the light modulation layer in the next step. In the present embodiment, as shown in FIG. 9A, the surfaces of the first insulator layer 141 and the protective layers 304 and 309 are formed by the ion beam milling method using inert gas ions such as Ar ions. Physical milling is performed until the intermediate layer 123 and the second intermediate layer 125 are exposed.

第14工程は、第1中間層123及び第2中間層125の上から全面に光変調層124の材料等を堆積する工程である。ここでは、図9(b)に示すように、光変調層124の材料、及び保護層128の材料をこの順番に積層する。本実施形態では、光変調層124を多層膜として第1中間層123及び第2中間層125の側からCoFe/Gd/GdFeを積層した。また、保護層128としてRuを積層した。   The fourteenth step is a step of depositing a material or the like of the light modulation layer 124 over the entire surface from above the first intermediate layer 123 and the second intermediate layer 125. Here, as shown in FIG. 9B, the material of the light modulation layer 124 and the material of the protective layer 128 are laminated in this order. In the present embodiment, CoFe / Gd / GdFe is laminated from the first intermediate layer 123 and the second intermediate layer 125 using the light modulation layer 124 as a multilayer film. Further, Ru was stacked as the protective layer 128.

第15工程は、保護層128の上に光変調層用のレジストパターン311を形成する工程である。レジストパターン311は、その下に配置されている第1中間層123から第2中間層125に渡る領域に対応する領域であって、磁気抵抗効果素子120の図1に破線で示す光変調層124の形状と同様の矩形パターンとなるように例えば電子線リソグラフィ法により形成される。   The fifteenth step is a step of forming a light modulation layer resist pattern 311 on the protective layer 128. The resist pattern 311 is a region corresponding to a region extending from the first intermediate layer 123 to the second intermediate layer 125 disposed thereunder, and the light modulation layer 124 indicated by a broken line in FIG. For example, it is formed by an electron beam lithography method so as to have a rectangular pattern similar to the above-described shape.

第16工程は、レジストパターン311で保護されておらずに露出している保護層128及びその下の光変調層124の不要部分を物理的に除去する工程である。本実施形態では、図9(d)に示すように、Arイオンなど不活性ガスイオンを用いて、イオンビームミリング法によって、第1絶縁体層141が露出するまで物理的にミリング加工する。   The sixteenth step is a step of physically removing unnecessary portions of the protective layer 128 exposed without being protected by the resist pattern 311 and the light modulation layer 124 therebelow. In the present embodiment, as shown in FIG. 9 (d), an inert gas ion such as Ar ion is used for physical milling by ion beam milling until the first insulator layer 141 is exposed.

第17工程は、磁気抵抗効果素子120(画素)間の絶縁膜を堆積する工程である。ここでは、前記第16工程によって露出した光変調層124の周囲の側面及び保護層128の周囲の側面に、第2絶縁体層142を堆積する。本実施形態では、図10(a)に示すように、レジストパターン311の上から全面に第2絶縁体層142としてSiO2を積層し、前の工程で加工した部分を埋め戻す。 The seventeenth step is a step of depositing an insulating film between the magnetoresistive effect elements 120 (pixels). Here, the second insulator layer 142 is deposited on the side surface around the light modulation layer 124 and the side surface around the protective layer 128 exposed in the sixteenth step. In this embodiment, as shown in FIG. 10A, SiO 2 is laminated as a second insulator layer 142 on the entire surface from the top of the resist pattern 311 and the portion processed in the previous process is backfilled.

第18工程は、前記第17工程で埋め戻した絶縁体層以外の余分な絶縁体材料を除去する工程である。ここでは、リフトオフ法により、レジストパターン311の上に積層された絶縁体層をレジストパターン311と共に剥離する。これにより、図10(b)に示すように、保護層128が露出する。この時点で、空間光変調機能部130(図4参照)が完成する。なお、ここで、例えば、第1磁化固定層122の磁化方向は上向き、かつ第2磁化固定層126の磁化方向は下向きのように初期設定してもよい。   The 18th step is a step of removing excess insulator material other than the insulator layer backfilled in the 17th step. Here, the insulator layer stacked on the resist pattern 311 is peeled off together with the resist pattern 311 by a lift-off method. As a result, the protective layer 128 is exposed as shown in FIG. At this point, the spatial light modulation function unit 130 (see FIG. 4) is completed. Here, for example, the magnetization direction of the first magnetization fixed layer 122 may be set upward and the magnetization direction of the second magnetization fixed layer 126 may be initially set.

第19工程は、後の工程で作製する電界印加用電極150と、光変調層124との間の絶縁膜を堆積する工程である。ここでは、図10(c)に示すように、第2絶縁体層142の上に全面に、第3絶縁体層143を堆積する。第3絶縁体層143の材料としては、SiO2、SiN、Ta25の他、誘電率の大きな絶縁材料を用いることができる。特に誘電率が高くかつ屈折率が高いものが好ましい。 The nineteenth step is a step of depositing an insulating film between the electric field applying electrode 150 manufactured in a later step and the light modulation layer 124. Here, as shown in FIG. 10C, the third insulator layer 143 is deposited on the entire surface of the second insulator layer 142. As a material of the third insulator layer 143, an insulating material having a large dielectric constant can be used in addition to SiO 2 , SiN, Ta 2 O 5 . Particularly preferred are those having a high dielectric constant and a high refractive index.

第20工程は、図10(d)に示すように、第3絶縁体層143の上に、電界印加用電極150用のレジストパターン312を形成する工程である。
レジストパターン312は、その下に配置されている光変調層124に対応する領域であって、光変調層124よりも面積が大きな開口を有したパターンとなるように例えば電子線リソグラフィ法により形成される。
The 20th step is a step of forming a resist pattern 312 for the electric field applying electrode 150 on the third insulator layer 143 as shown in FIG.
The resist pattern 312 is a region corresponding to the light modulation layer 124 disposed thereunder, and is formed by, for example, an electron beam lithography method so as to have a pattern having an opening larger in area than the light modulation layer 124. The

第21工程は、図11(a)に示すように、レジストパターン312の開口を通して第3絶縁体層143を、例えばCF4ガスを用いて反応性イオンエッチング(RIE)によりエッチングする。このとき、第3絶縁体層143を保護層128上において、保護層128よりも面積が大きな領域を薄膜化する。この保護層128上の第3絶縁体層143の膜厚は、薄ければ後の工程で作成される電界印加用電極150による印加電圧値を小さくできるメリットがあるものの、薄すぎるとリーク電流が懸念されるので、下限は例えば10nm程度であることが好ましい。また、この膜厚は、電界印加用電極150との絶縁状態を保ち、かつ、電界印加による保磁力変化の効果を得ることのできる範囲とする。よって、例えば10〜30nm程度であると好ましい。 In the twenty-first step, as shown in FIG. 11A, the third insulator layer 143 is etched by reactive ion etching (RIE) using, for example, CF 4 gas through the opening of the resist pattern 312. At this time, the third insulator layer 143 is thinned on the protective layer 128 in a region having a larger area than the protective layer 128. If the film thickness of the third insulator layer 143 on the protective layer 128 is thin, there is a merit that the applied voltage value by the electric field applying electrode 150 created in a later step can be reduced. Because of concern, the lower limit is preferably about 10 nm, for example. Further, this film thickness is set within a range in which an insulation state with the electric field applying electrode 150 can be maintained and an effect of a change in coercive force by applying the electric field can be obtained. Therefore, it is preferable that it is about 10-30 nm, for example.

第22工程は、レジストパターン312の上から全面に電界印加用電極150の材料を堆積する工程である。図11(b)に示すように、レジストパターン312の開口を通して第3絶縁体層143の薄膜領域が電界印加用電極150の材料によって埋設される。本実施形態では、電界印加用電極150の材料としてIZOやITOなどの透明電極材料を積層した。   The 22nd step is a step of depositing the material of the electric field applying electrode 150 on the entire surface of the resist pattern 312. As shown in FIG. 11B, the thin film region of the third insulator layer 143 is buried with the material of the electric field applying electrode 150 through the opening of the resist pattern 312. In this embodiment, a transparent electrode material such as IZO or ITO is laminated as the material for the electric field applying electrode 150.

第23工程は、第3絶縁体層143の薄膜領域上に積層された電界印加用電極150以外の余分な電極材料を除去する工程である。ここでは、リフトオフ法により、レジストパターン312の上に積層された電極層をレジストパターン312と共に剥離する。これにより、図11(c)に示すように、バックプレーン110上に、磁気抵抗効果素子120が完成する。   The 23rd step is a step of removing excess electrode material other than the electric field applying electrode 150 laminated on the thin film region of the third insulator layer 143. Here, the electrode layer laminated on the resist pattern 312 is peeled off together with the resist pattern 312 by a lift-off method. Thereby, as shown in FIG. 11C, the magnetoresistive effect element 120 is completed on the back plane 110.

なお、図11(c)に示す磁気抵抗効果素子のすぐ隣に配置される別の磁気抵抗効果素子は、バックプレーン110のMOS−FETのソース領域を共有するため、第1磁化固定層122が図中右側、第2磁化固定層126が図中左側に配置された対称な構造となる。   In addition, since another magnetoresistive effect element arranged immediately adjacent to the magnetoresistive effect element shown in FIG. 11C shares the source region of the MOS-FET of the backplane 110, the first magnetization fixed layer 122 is The second magnetization fixed layer 126 is symmetrically arranged on the right side in the figure and on the left side in the figure.

前記作製方法では、バックプレーン110のMOS−FETの上に、第1磁化固定層122、第2磁化固定層126、光変調層124等を順番に堆積したが、空間光変調器100及び磁気抵抗効果素子120の作製方法はこれに限定されるものではない。
例えば、一方で前記第1工程にてバックプレーン110を形成しておき、他方で予め用意した透明基板上に、最終的に磁気抵抗効果素子120が上下反転した状態で積層されるように順番に各材料を堆積した素子アレイを作製しておく。その後、この素子アレイが堆積された透明基板を裏返し、素子アレイをバックプレーン110上の各MOS−FETに位置合わせして接合するといった、従来公知のいわゆる貼合せ法を用いて作製することも可能である。このような貼合せ法を用いる場合、透明基板上に各磁気抵抗効果素子120を形成するに際して、例えば保護層128や絶縁膜129を製膜する工程を省略可能である。また、貼り合わせる前に、第1磁化固定層122の磁化方向は上向き、かつ第2磁化固定層126の磁化方向は下向きのように初期設定してもよい。
In the manufacturing method, the first magnetization fixed layer 122, the second magnetization fixed layer 126, the light modulation layer 124, and the like are sequentially deposited on the MOS-FET of the backplane 110. However, the spatial light modulator 100 and the magnetoresistance The manufacturing method of the effect element 120 is not limited to this.
For example, on the one hand, the back plane 110 is formed in the first step, and on the other hand, the magnetoresistive effect element 120 is finally laminated in an inverted state on the transparent substrate prepared in advance. An element array in which each material is deposited is prepared. After that, the transparent substrate on which the element array is deposited can be turned over, and the element array can be manufactured by using a conventionally known so-called bonding method in which the element array is aligned and bonded to each MOS-FET on the backplane 110. It is. When using such a bonding method, when forming each magnetoresistive element 120 on a transparent substrate, the process of forming the protective layer 128 and the insulating film 129, for example, can be omitted. Further, before the bonding, the magnetization direction of the first magnetization fixed layer 122 may be initially set so that the magnetization direction of the second magnetization fixed layer 126 is downward and the magnetization direction of the second magnetization fixed layer 126 is downward.

実際に作製した磁気抵抗効果素子120の実施例における各層の材料、膜厚の一例は、下記の通りである。
製膜方法は、イオンビームスパッタ法を用いた。
バックプレーン110: シリコンバックプレーン基板(MOS−FET付)
保護層128: Ru(3nm)
光変調層124:中間層側から、CoFe(0.3nm)/Gd(0.2nm)/GdFe(9nm)
第1中間層123,第2中間層125: MgO(1nm)
第1磁化固定層122:中間層側からCoFe(0.5nm)/TbFeCo(20nm)/Ru(4.3nm)
第2磁化固定層126:中間層側からCoFe(0.5nm)/Ru(0.8nm)/CoFe(0.5nm)/TbFeCo(20nm)/Ru(3nm)
第1絶縁体層141,第2絶縁体層142の合計膜厚:SiO2(38nm)
第3絶縁体層143: AlN(20nm)
絶縁膜129 : MgO(5nm)
電極121,127: Ta(3nm)/Cu(25nm)
ただし、()内は膜厚を示す。
An example of the material and film thickness of each layer in the example of the magnetoresistive effect element 120 actually manufactured is as follows.
As a film forming method, an ion beam sputtering method was used.
Backplane 110: Silicon backplane substrate (with MOS-FET)
Protective layer 128: Ru (3 nm)
Light modulation layer 124: CoFe (0.3 nm) / Gd (0.2 nm) / GdFe (9 nm) from the intermediate layer side
First intermediate layer 123, second intermediate layer 125: MgO (1 nm)
First magnetization fixed layer 122: CoFe (0.5 nm) / TbFeCo (20 nm) / Ru (4.3 nm) from the intermediate layer side
Second magnetization fixed layer 126: CoFe (0.5 nm) / Ru (0.8 nm) / CoFe (0.5 nm) / TbFeCo (20 nm) / Ru (3 nm) from the intermediate layer side
Total film thickness of the first insulator layer 141 and the second insulator layer 142: SiO 2 (38 nm)
Third insulator layer 143: AlN (20 nm)
Insulating film 129: MgO (5 nm)
Electrodes 121, 127: Ta (3 nm) / Cu (25 nm)
However, the inside of () shows a film thickness.

以上説明したように、第1実施形態に係る磁気抵抗効果素子120は、スピンを注入するための電極の他に、光変調層124に対向して絶縁体層140を介して電界印加用電極150を備えているので、スピン注入磁化反転中に、電界印加用電極150から光変調層124に電界を印加することができる。スピン注入磁化反転中に、光変調層124に電界が印加されることで、絶縁体層140と光変調層124との界面に電荷が蓄積されるため、光変調層124の電子状態が変化し、結果として光変調層124の保磁力が変化して減衰するので、スピン注入磁化反転の反転電流を低減させることができる。したがって、磁気抵抗効果素子120によれば、スイッチング電流を低減できる。そのため、磁気抵抗効果素子120を2次元アレイ状に配設した空間光変調器100によれば、スイッチング電流を低減できる。   As described above, the magnetoresistive effect element 120 according to the first embodiment has the electrode 150 for applying an electric field through the insulator layer 140 facing the light modulation layer 124 in addition to the electrode for injecting spin. Thus, an electric field can be applied from the electric field applying electrode 150 to the light modulation layer 124 during the spin injection magnetization reversal. When an electric field is applied to the light modulation layer 124 during the spin injection magnetization reversal, charges are accumulated at the interface between the insulator layer 140 and the light modulation layer 124, so that the electronic state of the light modulation layer 124 changes. As a result, the coercive force of the light modulation layer 124 is changed and attenuated, so that the reversal current of the spin injection magnetization reversal can be reduced. Therefore, according to the magnetoresistive effect element 120, the switching current can be reduced. Therefore, according to the spatial light modulator 100 in which the magnetoresistive effect elements 120 are arranged in a two-dimensional array, the switching current can be reduced.

(第2実施形態)
図12、図13、図14は、第2実施形態に係る空間光変調器100Aを模式的に示す図である。空間光変調器100Aは、主として、磁気抵抗効果素子120(画素)の電界印加用電極150(図1参照)を2分割した点が、第1実施形態の空間光変調器100と相違する。図12は図1に対応している。図13は図3に対応している。図14は図2に対応している。空間光変調器100Aにおいて、空間光変調器100と同じ構成には同じ符号を付して説明を省略する。
(Second Embodiment)
12, 13, and 14 are diagrams schematically showing a spatial light modulator 100A according to the second embodiment. The spatial light modulator 100A is mainly different from the spatial light modulator 100 of the first embodiment in that the electric field application electrode 150 (see FIG. 1) of the magnetoresistive effect element 120 (pixel) is divided into two. FIG. 12 corresponds to FIG. FIG. 13 corresponds to FIG. FIG. 14 corresponds to FIG. In the spatial light modulator 100A, the same components as those in the spatial light modulator 100 are denoted by the same reference numerals and description thereof is omitted.

空間光変調器100Aは、図13に示すように磁気抵抗効果素子120A(画素)を備えている。磁気抵抗効果素子120Aは、光変調層124に対向して絶縁体層140を介して2つの電界印加用電極151,152を備える。本実施形態では、電界印加用電極151,152は、光変調層124の上に配設されるものとした。また、本実施形態では、電界印加用電極151,152は透光性材料で形成されている。図13の断面図において、電界印加用電極151と電界印加用電極152との間には、例えば数十nm程度の僅かな隙間があり、第3絶縁体層143の材料で埋められている。第3絶縁体層143(図13参照)は高誘電率の材料で形成されている。   The spatial light modulator 100A includes a magnetoresistive effect element 120A (pixel) as shown in FIG. The magnetoresistive effect element 120 </ b> A includes two electric field applying electrodes 151 and 152 facing the light modulation layer 124 via the insulator layer 140. In the present embodiment, the electric field applying electrodes 151 and 152 are disposed on the light modulation layer 124. In the present embodiment, the electric field applying electrodes 151 and 152 are made of a light-transmitting material. In the cross-sectional view of FIG. 13, there is a slight gap of, for example, about several tens of nanometers between the electric field application electrode 151 and the electric field application electrode 152 and is filled with the material of the third insulator layer 143. The third insulator layer 143 (see FIG. 13) is formed of a high dielectric constant material.

図12に示す画素選択手段164Aは、電圧印加用電源180Aと接続されていると共に、画素毎に(画素列毎に)2つの電界印加用電極151,152と接続されている。
画素選択手段164Aは、書込み時に、選択する画素に信号を出力するものであり、例えば図14において信号B1がゲートに入力される選択トランジスタと、信号B2がゲートに入力される選択トランジスタと、信号B3がゲートに入力される選択トランジスタと、をさらに備えている。書込み時には、選択する画素が配列された列n(nは1,2,3の少なくとも1つを表す)に出力するための信号An,Bnが共にオンとされ、その他の列に出力するための信号がオフとされる。
The pixel selection unit 164A shown in FIG. 12 is connected to a voltage application power source 180A and is connected to two electric field application electrodes 151 and 152 for each pixel (for each pixel column).
The pixel selection means 164A outputs a signal to a pixel to be selected at the time of writing. For example, in FIG. 14, a selection transistor in which the signal B 1 is input to the gate, a selection transistor in which the signal B 2 is input to the gate, , And a selection transistor to which the signal B 3 is input to the gate. At the time of writing, the column n of the pixel selecting are arranged (n represents at least one of 1, 2, 3) is a signal A n, B n are both turned on to output, and outputs the other columns Is turned off.

電圧印加用電源180Aは、2つの電界印加用電極151,152に対応して、直流電源181,182(図13及び図14参照)を備えている。
直流電源182は、直流電源181とは電気的に逆の極性になるように接続されている。すなわち、直流電源182の例えば正極端子は、バックプレーン110の第1給電配線112に接続されている。つまり、直流電源182の正極端子は、スイッチングにより、面内方向の直線状の第1給電配線112から、画素毎の厚み方向の第3接合配線118、MOS−FETのソースS,ドレインD、第1接合配線116を介して磁気抵抗効果素子120の第1電極121と接続される。一方、直流電源182の例えば負極端子は、画素選択手段164Aの画素毎(画素列毎)の配線を介してスイッチングにより電界印加用電極152に接続される。
The voltage application power source 180A includes DC power sources 181 and 182 (see FIGS. 13 and 14) corresponding to the two electric field application electrodes 151 and 152, respectively.
The DC power source 182 is connected so as to have a polarity opposite to that of the DC power source 181. That is, for example, the positive terminal of the DC power source 182 is connected to the first power supply wiring 112 of the backplane 110. In other words, the positive terminal of the DC power supply 182 is switched from the linear first power supply wiring 112 in the in-plane direction to the third junction wiring 118 in the thickness direction for each pixel, the source S and drain D of the MOS-FET, the first through switching. It is connected to the first electrode 121 of the magnetoresistive effect element 120 through one junction wiring 116. On the other hand, for example, the negative terminal of the DC power supply 182 is connected to the electric field application electrode 152 by switching via the wiring for each pixel (each pixel column) of the pixel selection unit 164A.

図13に示すように、電界印加用電極151は、第2磁化固定層126の側に配置するように設けられている。第1実施形態と同様に、電界印加用電極151と第2電極127との間には、直流電源181の端子間電圧が印加される。電界印加用電極151は、第2電極127を基準とした正の電界を光変調層124に印加する役割を担っている。
また、電界印加用電極152は、第1磁化固定層122の側に配置するように設けられている。この電界印加用電極152と第1電極121との間には、MOS−FETを介在させて直流電源182の端子間電圧が印加される。ここで、電界印加用電極152には、直流電源182の負極端子が接続され、直流電源182の正極端子が第1給電配線112やMOS−FETを介在させて第1電極121と接続されることとなる。電界印加用電極152は、第1給電配線112を基準とした負の電界を光変調層124に印加する役割を担っている。
As shown in FIG. 13, the electric field application electrode 151 is provided so as to be disposed on the second magnetization fixed layer 126 side. Similar to the first embodiment, a terminal voltage of the DC power supply 181 is applied between the electric field applying electrode 151 and the second electrode 127. The electric field applying electrode 151 plays a role of applying a positive electric field with the second electrode 127 as a reference to the light modulation layer 124.
The electric field applying electrode 152 is provided so as to be disposed on the first magnetization fixed layer 122 side. A voltage between terminals of the DC power source 182 is applied between the electric field applying electrode 152 and the first electrode 121 through a MOS-FET. Here, the negative electrode terminal of the DC power supply 182 is connected to the electric field applying electrode 152, and the positive electrode terminal of the DC power supply 182 is connected to the first electrode 121 through the first power supply wiring 112 and the MOS-FET. It becomes. The electric field application electrode 152 plays a role of applying a negative electric field with the first power supply wiring 112 as a reference to the light modulation layer 124.

第2実施形態に係る空間光変調器100Aは、第1実施形態と同様の効果を奏する。
第2実施形態に係る磁気抵抗効果素子120Aによれば、電界印加用電極151が第2磁化固定層126の側に配置され、電界印加用電極152が第1磁化固定層122の側に配置されるように設けられているので、絶縁体層140と光変調層124との界面において蓄積される電荷について、光変調層124の膜中の位置(図13では左右方向の位置)による偏りが生じないようにすることができる。
The spatial light modulator 100A according to the second embodiment has the same effects as those of the first embodiment.
According to the magnetoresistive effect element 120A according to the second embodiment, the electric field application electrode 151 is disposed on the second magnetization fixed layer 126 side, and the electric field application electrode 152 is disposed on the first magnetization fixed layer 122 side. Therefore, the electric charge accumulated at the interface between the insulator layer 140 and the light modulation layer 124 is biased by the position in the film of the light modulation layer 124 (the position in the left-right direction in FIG. 13). Can not be.

なお、本実施形態では、一例として、光変調層124が垂直磁気異方性材料のGdFe合金を含む構成としたので、直流電源182は、直流電源181とは電気的に逆の極性になるように接続されている。ただし、この材料の場合には、電界印加用電極に正負いずれの電圧を印加しても同様の効果を奏するので、双方の電極に同じ極性の電圧を印加しても構わない。一方、光変調層124に他の材料を用いる場合、電界印加用電極151,152に対して、直流電源181,182のそれぞれ負極端子側を接続した場合だけ所望の効果を奏することが多いので、そのようにすることが好ましい。   In the present embodiment, as an example, since the light modulation layer 124 includes a GdFe alloy that is a perpendicular magnetic anisotropic material, the DC power supply 182 has a polarity that is electrically opposite to that of the DC power supply 181. It is connected to the. However, in the case of this material, the same effect can be obtained regardless of whether positive or negative voltage is applied to the electric field application electrode. Therefore, the same polarity voltage may be applied to both electrodes. On the other hand, when other materials are used for the light modulation layer 124, the desired effect is often obtained only when the negative electrode terminals of the DC power supplies 181 and 182 are connected to the electric field applying electrodes 151 and 152, respectively. It is preferable to do so.

(保磁力の具体例)
本発明の基本原理を確認するため、通常のTMR(Tunnel MagnetoResistance:トンネル磁気抵抗効果)素子を改良し、実験試料として、図15に示す二重絶縁構造のTMR素子400を作製した。TMR素子400は、基板401上に積層された下部電極層402と、下地層403と、2つの材料を用いた磁化固定層404,405と、3つの材料を用いた磁化自由層(光変調層)408,409,410と、磁化固定層と磁化自由層との間を絶縁する障壁層(中間層)406と、他の素子と分離するための絶縁体層407と、磁化自由層上に形成された金属保護層411とを備えると共に、さらに、金属保護層411の上に、絶縁体層412と上部電極層413とをこの順番に備えている。
(Specific examples of coercive force)
In order to confirm the basic principle of the present invention, a normal TMR (Tunnel MagnetoResistance) element was improved, and a TMR element 400 having a double insulation structure shown in FIG. 15 was fabricated as an experimental sample. The TMR element 400 includes a lower electrode layer 402 stacked on a substrate 401, a base layer 403, magnetization fixed layers 404 and 405 using two materials, and a magnetization free layer (light modulation layer using three materials). ) 408, 409, 410, a barrier layer (intermediate layer) 406 that insulates between the magnetization fixed layer and the magnetization free layer, an insulator layer 407 for isolation from other elements, and a magnetization free layer In addition to the metal protective layer 411, an insulator layer 412 and an upper electrode layer 413 are provided in this order on the metal protective layer 411.

通常のTMR素子であれば、金属保護層411の上に直接的に上部電極層413を備ええるため、上部電極層413−下部電極層402間の磁性膜構造において絶縁体からなる層は、障壁層(中間層)406だけである。一方、TMR素子400は、上部電極層413−下部電極層402間の磁性膜構造において、障壁層(中間層)406以外に絶縁体層412も備えている。そのため、TMR素子400のことを二重絶縁構造のTMR素子と呼称している。   In the case of a normal TMR element, the upper electrode layer 413 can be provided directly on the metal protective layer 411. Therefore, the layer made of an insulator in the magnetic film structure between the upper electrode layer 413 and the lower electrode layer 402 has a barrier. Only the layer (intermediate layer) 406 is provided. On the other hand, the TMR element 400 includes an insulator layer 412 in addition to the barrier layer (intermediate layer) 406 in the magnetic film structure between the upper electrode layer 413 and the lower electrode layer 402. Therefore, the TMR element 400 is called a TMR element having a double insulation structure.

TMR素子400のこのような磁性膜構造は、図3に示す磁気抵抗効果素子120の例えば左側半分の第1磁化固定層122を含む磁性膜構造と同様なものと言える。図15に示すTMR素子400の上部電極層413は絶縁体層412を介して磁化自由層408,409,410に電界を印加するための電極(電界印加用電極150に相当)として機能する。   Such a magnetic film structure of the TMR element 400 can be said to be similar to the magnetic film structure including the first magnetization fixed layer 122 in the left half of the magnetoresistive effect element 120 shown in FIG. The upper electrode layer 413 of the TMR element 400 shown in FIG. 15 functions as an electrode (corresponding to the electric field applying electrode 150) for applying an electric field to the magnetization free layers 408, 409, and 410 via the insulator layer 412.

図15に示すTMR素子400において、基板401は、表面に酸化膜が形成されたSi基板である。下部電極層402は、下からTa/Cuが順に積層されて2層構造となっている。上部電極層413は、透明電極材料であるIZOにより形成されている。他の部材については、図15に材料名及び膜厚を示す。このため、図15の断面図ではハッチングを省略した。   In the TMR element 400 shown in FIG. 15, the substrate 401 is a Si substrate having an oxide film formed on the surface. The lower electrode layer 402 has a two-layer structure in which Ta / Cu are sequentially stacked from the bottom. The upper electrode layer 413 is made of IZO, which is a transparent electrode material. About other members, a material name and a film thickness are shown in FIG. For this reason, hatching is omitted in the cross-sectional view of FIG.

上部電極層413から磁化自由層に電界を印加するためには、具体的には、例えば所定のバイアス電圧を発生する電圧印加用電源の正極(+)を下部電極層402に接続し、負極(−)を上部電極層413に接続すればよい。このようにした状態を図15では示している。そして、このときの下部電極層402から上部電極層413までの膜構造の電気抵抗を測定した。   In order to apply an electric field from the upper electrode layer 413 to the magnetization free layer, specifically, for example, a positive electrode (+) of a voltage application power source that generates a predetermined bias voltage is connected to the lower electrode layer 402 and a negative electrode ( -) May be connected to the upper electrode layer 413. FIG. 15 shows such a state. And the electrical resistance of the film | membrane structure from the lower electrode layer 402 to the upper electrode layer 413 at this time was measured.

図15に示すように、下部電極層402をベース(基準)として上部電極層413が負の電位(V-)となるようにして、磁化自由層(CoFe/Gd/GdFe)に電界を印加すると、磁化固定層405にて分極した正の電荷が、障壁層(中間層)406との界面側に蓄積する。同時に、磁化自由層408にて分極した負の電荷が、障壁層(中間層)406との界面側に蓄積する。つまり、MgO絶縁層の上下の界面にそれぞれ分極した電荷が蓄積する。加えて、上記電界を印加したときに、同時に、金属保護層411にて分極した正の電荷が絶縁体層412との界面側に蓄積すると共に、上部電極層413にて分極した負の電荷が、絶縁体層412との界面側に蓄積する。つまり、SiN絶縁層の上下の界面にそれぞれ分極した電荷が蓄積する。 As shown in FIG. 15, when an electric field is applied to the magnetization free layer (CoFe / Gd / GdFe) with the lower electrode layer 402 as a base (reference) so that the upper electrode layer 413 has a negative potential (V ). The positive charges polarized in the magnetization fixed layer 405 accumulate on the interface side with the barrier layer (intermediate layer) 406. At the same time, negative charges polarized in the magnetization free layer 408 accumulate on the interface side with the barrier layer (intermediate layer) 406. That is, polarized charges accumulate at the upper and lower interfaces of the MgO insulating layer. In addition, when the electric field is applied, simultaneously, positive charges polarized in the metal protective layer 411 accumulate on the interface side with the insulator layer 412, and negative charges polarized in the upper electrode layer 413 , Accumulated on the interface side with the insulator layer 412. That is, polarized charges accumulate at the upper and lower interfaces of the SiN insulating layer.

ここで、MgOの薄い膜の上下の界面に電荷が充分に蓄積されると、MgOの上面側のCoFeの電子状態が変化し、保磁力が変化する。CoFeの保磁力が変化すると、薄いGdを介して磁気的に結合しているGdFeの保磁力が変化する。その結果、磁化自由層全体の保磁力が変化すると考えられる。   Here, when charges are sufficiently accumulated at the upper and lower interfaces of the MgO thin film, the electronic state of CoFe on the upper surface side of MgO changes and the coercive force changes. When the coercivity of CoFe changes, the coercivity of GdFe that is magnetically coupled through thin Gd changes. As a result, the coercive force of the entire magnetization free layer is considered to change.

なお、SiNの膜の上下の界面に電荷が充分に蓄積されても、金属保護層411は磁性膜ではないので、磁化自由層への影響がほとんどないと考えられる。   It should be noted that even if charges are sufficiently accumulated at the upper and lower interfaces of the SiN film, the metal protective layer 411 is not a magnetic film, so it is considered that there is almost no influence on the magnetization free layer.

さらに、電圧印加用電源の正極(+)と負極(−)とを入れ替えて接続し、下部電極層402をベース(基準)として上部電極層413が正の電位(V+)となるようにして、磁化自由層に、電圧印加用電源のバイアス電圧で一定値の電界を印加しつつ、磁化自由層にて磁化反転が生じる程度の大きさの外部磁界を印加して、この外部磁界の大きさ及び向きを変化させながら電気抵抗を測定した。横軸に外部印加磁界、縦軸に電気抵抗をとってこのときの測定結果をグラフ化すると、電気抵抗の変化から、磁化自由層(光変調層)の磁化反転を示すヒステリシスループ(MR曲線)を求めることができる。そのグラフ上のヒステリシスループの幅から保磁力を求めることができる。さらに、バイアス電圧の電圧値の条件を変更した上で各条件において同様にして保磁力の測定を繰り返した。 Further, the positive electrode (+) and the negative electrode (−) of the voltage application power source are switched and connected so that the upper electrode layer 413 becomes a positive potential (V + ) with the lower electrode layer 402 as a base (reference). Applying an external magnetic field large enough to cause magnetization reversal in the magnetization free layer while applying a constant electric field to the magnetization free layer with the bias voltage of the power supply for voltage application. The electrical resistance was measured while changing the direction. When the horizontal axis represents the externally applied magnetic field and the vertical axis represents the electrical resistance, the measurement result is plotted in a graph, and a hysteresis loop (MR curve) showing the magnetization reversal of the magnetization free layer (light modulation layer) from the change in electrical resistance. Can be requested. The coercive force can be obtained from the width of the hysteresis loop on the graph. Furthermore, after changing the condition of the voltage value of the bias voltage, measurement of the coercive force was repeated in the same manner under each condition.

このときの各条件(各バイアス電圧の電圧値)においてそれぞれの図示しないグラフ上のヒステリシスループのループ幅から測定された各保磁力を、条件別にプロットしたグラフを図16に示す。図16のグラフにおいて、横軸は、電圧印加用電源のバイアス電圧を示し、縦軸は、磁化自由層の保磁力を示している。
なお、保磁力の単位については、1[Oe]=79.577[A/m]で換算可能である。
FIG. 16 shows a graph in which each coercive force measured from the loop width of a hysteresis loop on a not-shown graph under each condition (voltage value of each bias voltage) is plotted according to the condition. In the graph of FIG. 16, the horizontal axis represents the bias voltage of the voltage application power source, and the vertical axis represents the coercivity of the magnetization free layer.
The unit of coercive force can be converted by 1 [Oe] = 79.577 [A / m].

このとき測定に用いた磁化自由層の場合、上部電極層413が正の電位(V+)となるようにして電界を印加した場合も、負の電位(V-)となるようにして電界を印加した場合も、磁化自由層の保磁力が低下することが分かる。磁性膜の保磁力は、その磁性膜に流れた電流と比例関係にあることから、磁化自由層に電界を印加することにより、スピン注入磁化反転の反転電流を低下させることができる。したがって、スピン注入磁化反転させるためのパルス電流を電流源から磁気抵抗効果素子に供給する際、その電流源とは別の電圧印加用電源のバイアス電圧を電界印加用電極150に印加しておくことで、電界印加用電極150から磁化自由層に対して所定の電界が印加されるようにしておくと、磁化反転を低電流で実現することができる。 In the case of the magnetization free layer used for the measurement at this time, even when the electric field is applied so that the upper electrode layer 413 has a positive potential (V + ), the electric field is set to have a negative potential (V ). It can be seen that the coercive force of the magnetization free layer also decreases when applied. Since the coercive force of the magnetic film is proportional to the current flowing through the magnetic film, the reversal current of spin injection magnetization reversal can be reduced by applying an electric field to the magnetization free layer. Therefore, when a pulse current for reversing the spin injection magnetization is supplied from the current source to the magnetoresistive effect element, a bias voltage of a voltage application power source different from the current source must be applied to the electric field application electrode 150. Thus, if a predetermined electric field is applied from the electric field applying electrode 150 to the magnetization free layer, the magnetization reversal can be realized with a low current.

以上、実施形態に基づいて本発明に係る磁気抵抗効果素子及び空間光変調器について説明したが、本発明はこれらに限定されるものではない。例えば、電界印加用電極150は、光変調層124の上面側(図3において上側)に配設されるものとしたが、光変調層124の側面の側(例えば第2磁化固定層126が配置された側)に設けるようにしてもよい。このとき、光変調層124の側面と電界印加用電極との間に配置される絶縁体の材料は、高誘電率の材料であることが好ましい。このように電界印加用電極を光変調層124の側面の側に設ける場合、光変調層124の上面側から入射する光を電界印加用電極を介さずに光変調層124に入射することができる。よって、電界印加用電極の材料として透光性の電極材料を用いなくて済み、Cu等の一般的な金属の電極材料を適用できる。   Although the magnetoresistive effect element and the spatial light modulator according to the present invention have been described based on the embodiments, the present invention is not limited to these. For example, the electric field applying electrode 150 is disposed on the upper surface side (upper side in FIG. 3) of the light modulation layer 124, but the side surface side of the light modulation layer 124 (for example, the second magnetization fixed layer 126 is disposed). It is also possible to provide it on the other side. At this time, the insulator material disposed between the side surface of the light modulation layer 124 and the electric field application electrode is preferably a high dielectric constant material. When the electric field application electrode is provided on the side surface side of the light modulation layer 124 as described above, light incident from the upper surface side of the light modulation layer 124 can be incident on the light modulation layer 124 without passing through the electric field application electrode. . Therefore, it is not necessary to use a translucent electrode material as the material for applying an electric field, and a general metal electrode material such as Cu can be applied.

また、例えば図1の画素アレイ(磁気抵抗効果素子のアレイ)を想定した場合、隣り合う2つの画素列で1つの電界印加用電極を共有することができる。具体的には、1列目の画素アレイの各光変調層124において右側(第2磁化固定層126が配置された側)の側面に電界印加用電極(正電圧)を設けると、2列目の画素アレイの各光変調層124において左側(第2磁化固定層126が配置された側)に電界印加用電極(正電圧)を設けたことに相当する。よって、この電界印加用電極(正電圧)から、1列目の画素アレイの各光変調層124に電界を印加すると同時に、2列目の画素アレイの各光変調層124に電界を印加することができる。このため、複数の電界印加用電極(正電圧)を、1−2列間、3−4列間、…のように配置すれば、空間光変調器100の全体で必要な電界印加用電極の個数を1/2に減らすことが可能である。   Further, for example, assuming the pixel array of FIG. 1 (array of magnetoresistive effect elements), one electric field application electrode can be shared by two adjacent pixel columns. Specifically, when an electric field application electrode (positive voltage) is provided on the right side surface (the side where the second magnetization fixed layer 126 is disposed) in each light modulation layer 124 of the pixel array in the first column, the second column This corresponds to providing an electric field application electrode (positive voltage) on the left side (side on which the second magnetization fixed layer 126 is disposed) in each light modulation layer 124 of the pixel array. Therefore, an electric field is applied from the electric field application electrode (positive voltage) to each light modulation layer 124 of the pixel array in the first column, and simultaneously, an electric field is applied to each light modulation layer 124 in the pixel array in the second column. Can do. For this reason, if a plurality of electric field application electrodes (positive voltages) are arranged as in the 1-2 rows, the 3-4 rows,..., The electric field application electrodes necessary for the entire spatial light modulator 100 are obtained. The number can be reduced to ½.

さらに、例えば図12の画素アレイ(磁気抵抗効果素子のアレイ)を想定した場合、電界印加用電極(正電圧)を、1−2列間、3−4列間、…のように配置すると共に、電界印加用電極(負電圧)を、2−3列間、4−5列間、…のようにさらに配置すれば、電界印加用電極を光変調層124の上面の側に設けた場合に比べて、空間光変調器100の全体で必要な電界印加用電極の個数を1/2に減らすことが可能である。   Further, for example, assuming the pixel array (magnetoresistance effect element array) in FIG. 12, the electric field application electrodes (positive voltage) are arranged between 1-2 columns, between 3-4 columns, and so on. When the electric field application electrode (negative voltage) is further arranged between 2-3 rows, between 4-5 rows,..., The electric field application electrode is provided on the upper surface side of the light modulation layer 124. In comparison, the number of electric field application electrodes necessary for the entire spatial light modulator 100 can be reduced to ½.

100,100A 空間光変調器
110 バックプレーン
111 基板
112 第1給電配線
113 第2給電配線
114 絶縁体層
115 画素選択信号線
116 第1接合配線
117 第2接合配線
118 第3接合配線
120,120A 磁気抵抗効果素子
121 第1電極
122 第1磁化固定層
123 第1中間層
124 光変調層(磁化自由層)
125 第2中間層
126 第2磁化固定層
127 第2電極
128 保護層
129 絶縁膜
130 空間光変調機能部
140 絶縁体層
141 第1絶縁体層
142 第2絶縁体層
143 第3絶縁体層
150,151,152 電界印加用電極
161,162,163,164,164A 画素選択手段
170 書込み/読出し電源
171 書込み電流源
172 読出し電源
180,180A 電圧印加用電源
181 直流電源
182 直流電源
190 電気抵抗検出手段
191 電圧計
201 光源
202 入射変光手段
203 出射変光手段
D ドレイン
S ソース
G ゲート
100, 100A Spatial light modulator 110 Backplane 111 Substrate 112 First power supply wiring 113 Second power supply wiring 114 Insulator layer 115 Pixel selection signal line 116 First joint wiring 117 Second joint wiring 118 Third joint wiring 120, 120A Magnetic Resistive effect element 121 First electrode 122 First magnetization fixed layer 123 First intermediate layer 124 Light modulation layer (magnetization free layer)
125 Second Intermediate Layer 126 Second Magnetization Fixed Layer 127 Second Electrode 128 Protective Layer 129 Insulating Film 130 Spatial Light Modulation Function Unit 140 Insulator Layer 141 First Insulator Layer 142 Second Insulator Layer 143 Third Insulator Layer 150 151, 152 Electric field application electrode 161, 162, 163, 164, 164A Pixel selection means 170 Write / read power supply 171 Write current source 172 Read power supply 180, 180A Voltage application power supply 181 DC power supply 182 DC power supply 190 Electrical resistance detection means 191 Voltmeter 201 Light source 202 Incident light changing means 203 Outgoing light changing means D Drain S Source G Gate

Claims (6)

基板上に形成された第1電極及び第2電極と、
前記第1電極と前記第2電極とを絶縁するよう各電極の周囲に形成された絶縁体層と、
前記第1電極の上に形成された第1磁化固定層と、
前記第2電極の上に形成された第2磁化固定層と、
前記第1磁化固定層の上に形成された第1中間層と、
前記第2磁化固定層の上に形成された第2中間層と、
前記第1中間層及び前記第2中間層の上に形成された磁化自由層と、を備え、前記第1磁化固定層の磁化の向きと前記第2磁化固定層の磁化の向きとは互いに反平行であり、前記磁化自由層に入射した光を磁気抵抗効果により変調する磁気抵抗効果素子であって、
前記磁化自由層に対向して前記絶縁体層を介して電界印加用電極を備えることを特徴とする磁気抵抗効果素子。
A first electrode and a second electrode formed on the substrate;
An insulator layer formed around each electrode to insulate the first electrode from the second electrode;
A first magnetization pinned layer formed on the first electrode;
A second magnetization fixed layer formed on the second electrode;
A first intermediate layer formed on the first magnetization fixed layer;
A second intermediate layer formed on the second magnetization fixed layer;
A magnetization free layer formed on the first intermediate layer and the second intermediate layer, wherein a magnetization direction of the first magnetization fixed layer and a magnetization direction of the second magnetization fixed layer are opposite to each other. A magnetoresistive element that is parallel and modulates light incident on the magnetization free layer by a magnetoresistive effect,
A magnetoresistive effect element comprising an electrode for applying an electric field opposite to the magnetization free layer via the insulator layer.
前記電界印加用電極は、前記磁化自由層の上に配設され、
前記絶縁体層は、少なくとも前記磁化自由層上に積層された部分の絶縁体材料が高誘電率の材料で形成されていることを特徴とする請求項1に記載の磁気抵抗効果素子。
The electric field applying electrode is disposed on the magnetization free layer,
2. The magnetoresistive element according to claim 1, wherein at least a portion of the insulator material laminated on the magnetization free layer is made of a material having a high dielectric constant.
前記磁化自由層は、多層膜からなり、そのうちの少なくとも1層はGdを含む膜であることを特徴とする請求項1又は請求項2に記載の磁気抵抗効果素子。   The magnetoresistive element according to claim 1, wherein the magnetization free layer is formed of a multilayer film, and at least one of the layers is a film containing Gd. 前記電界印加用電極は透光性材料で形成されていることを特徴とする請求項1から請求項3のいずれか一項に記載の磁気抵抗効果素子。   The magnetoresistive effect element according to any one of claims 1 to 3, wherein the electric field applying electrode is formed of a translucent material. 前記磁化自由層に対向して前記絶縁体層を介して2つの前記電界印加用電極を備えることを特徴とする請求項1から請求項4のいずれか一項に記載の磁気抵抗効果素子。   5. The magnetoresistive effect element according to claim 1, further comprising two of the electric field applying electrodes facing the magnetization free layer through the insulator layer. 6. 請求項1から請求項5のいずれか一項に記載した磁気抵抗効果素子を、前記基板であって選択スイッチング回路を有するバックプレーンの上に2次元アレイ状に配置し、前記磁化自由層側から偏光を入射し、その反射光又は回折光を利用することを特徴とする空間光変調器。   The magnetoresistive effect element according to any one of claims 1 to 5 is arranged in a two-dimensional array on a backplane which is the substrate and has a selective switching circuit, and from the magnetization free layer side. A spatial light modulator characterized by incident polarized light and utilizing reflected or diffracted light.
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