JP2019220544A - Domain wall displacement type spatial light modulator - Google Patents

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諒 東田
Ryo Higashida
諒 東田
信彦 船橋
Nobuhiko Funabashi
信彦 船橋
賢一 青島
Kenichi Aoshima
賢一 青島
町田 賢司
Kenji Machida
賢司 町田
久我 淳
Atsushi Kuga
淳 久我
慎太郎 麻生
Shintaro Aso
慎太郎 麻生
数馬 吉野
Kazuma Yoshino
数馬 吉野
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Abstract

To provide a domain wall displacement type spatial light modulator which shortens a production process by sharing a magnetization fixation layer in adjacent elements and utilizing a change of a coercive force caused by a length of the magnetization fixation layer.SOLUTION: The present invention relates to a domain wall displacement type spatial light modulator comprising a domain wall displacement type spatial light modulation element including: a light modulation section from which an incident light is emitted after changing a direction of polarization; and a first ferromagnetic exchange coupling section and a second ferromagnetic exchange coupling section which are disposed in both ends of the light modulation section while extending in parallel and have coercive forces different from each other. Each of the first ferromagnetic exchange coupling section and the second ferromagnetic exchange coupling section includes: a first ferromagnetic layer consisting of a ferromagnetic material; and a second ferromagnetic layer formed on the first ferromagnetic layer and consisting of a ferromagnetic material, thereby performing ferromagnetic exchange coupling with the first ferromagnetic layer. In the domain wall displacement type spatial light modulator, a length of the first ferromagnetic layer in a direction of the extension in the first ferromagnetic exchange coupling section is longer than a length of the first ferromagnetic layer in a direction of the extension in the second ferromagnetic exchange coupling section.SELECTED DRAWING: Figure 5

Description

本発明は、視域の広い立体ホログラフィ用空間光変調器として有望な磁壁移動により光変調領域の磁区構造を制御することで光の明暗を表示する磁気光学式空間光変調器(以下、「磁壁移動型空間光変調器」と言う。)に関する。   The present invention relates to a magneto-optical spatial light modulator (hereinafter, referred to as a “domain wall”) that controls the magnetic domain structure of a light modulation area by moving a domain wall to control the domain structure of the light modulation area, which is a promising spatial light modulator for stereoscopic holography with a wide viewing area. Mobile spatial light modulator ").

従来、立体ホログラフィにおいて実用に足る30度以上の視域を確保するためには、表示装置である空間光変調器(SLM)の画素ピッチを1ミクロン以下にする必要がある。液晶やデジタルマイクロミラーデバイス(DMD)等、既存のSLMは画素ピッチが5ミクロン程度であり、これ以上の微細化は困難である。一方で、画素の書き換えにスピン注入磁化反転や磁壁移動を用いた磁気光学式空間光変調器(MOSLM)は、光利用効率や動作電流等の観点から性能改善の必要はあるものの、1ミクロン程度の画素ピッチを実現することができる(例えば、特許文献1参照)。   2. Description of the Related Art Conventionally, in order to secure a viewing range of 30 degrees or more that is practical for stereo holography, it is necessary to set a pixel pitch of a spatial light modulator (SLM) as a display device to 1 micron or less. Existing SLMs such as liquid crystals and digital micromirror devices (DMDs) have a pixel pitch of about 5 microns, and further miniaturization is difficult. On the other hand, a magneto-optical spatial light modulator (MOSLM) using spin injection magnetization reversal or domain wall motion for pixel rewriting needs to be improved in terms of light utilization efficiency, operating current, etc. (For example, see Patent Document 1).

MOSLMは、磁化の向きに応じた光の偏光面の回転を明暗に割り当てることにより光の変調を実現するデバイスである。ここで、出願人が提案済みである磁壁移動型SLMは、光変調層の両端に磁化固定層を配した構造により、光変調層に流す電流の向きによって磁区の拡大・縮小を制御することができる(例えば、特許文献2参照)。磁壁移動型SLMは、スピン注入磁化反転を用いたMOSLMに比べて、低消費電力が期待できる一方で、光変調層と両端の磁化固定層(第1磁化固定層及び第2磁化固定層)という3種類の強磁性層に十分な保磁力差を与えるとともに、複雑なデバイス構造を精密に作製する等、1ミクロン以下を前提とする1画素内で高度なデバイス設計を実現する必要がある。   The MOSLM is a device that realizes light modulation by assigning the rotation of the polarization plane of light according to the direction of magnetization to light and dark. Here, the domain wall displacement type SLM proposed by the applicant has a structure in which a magnetization fixed layer is disposed at both ends of a light modulation layer, so that expansion and contraction of a magnetic domain can be controlled by the direction of a current flowing through the light modulation layer. (For example, see Patent Document 2). The domain wall motion type SLM can be expected to consume lower power than the MOSLM using spin injection magnetization reversal, but is called a light modulation layer and magnetization fixed layers at both ends (a first magnetization fixed layer and a second magnetization fixed layer). It is necessary to give a sufficient coercive force difference to the three types of ferromagnetic layers and to realize a sophisticated device design within one pixel on the premise of 1 micron or less, such as precisely manufacturing a complicated device structure.

そこで出願人は、上記特許文献2において、磁化固定層と光変調層が強磁性結合していることを特徴とする磁壁移動型SLMを提案している。この特許文献2のような構成とすることで、作製が困難な磁壁移動型SLMを比較的容易に作製することができる。   In view of the above, the applicant has proposed in Patent Document 2 above a domain wall motion SLM in which the magnetization fixed layer and the light modulation layer are ferromagnetically coupled. With the configuration as in Patent Document 2, it is possible to relatively easily manufacture a domain wall displacement type SLM that is difficult to manufacture.

磁壁移動型SLMでは、磁化固定層の磁化の向きをそれぞれ上向きと下向きとする反平行磁化配置を実現する必要がある。反平行磁化配置は2つの磁化固定層1と2の保磁力(Hc1及びHc2)に差を設計することで実現可能である。ここでHc2>Hc1としたとき、はじめにこれらの磁化固定層の保磁力よりも大きな外部磁界H(H>Hc2>Hc1)によって磁化固定層の磁化を上向きにした後、Hc2>H‘>Hc1のような外部磁界H‘を下向きにかけると、磁化固定層1の磁化の向きのみが下向きに変わるため、これによって反平行磁化配置が実現できる。   In the domain wall motion type SLM, it is necessary to realize an antiparallel magnetization arrangement in which the magnetization directions of the magnetization fixed layer are upward and downward, respectively. The antiparallel magnetization arrangement can be realized by designing a difference in the coercive force (Hc1 and Hc2) between the two magnetization fixed layers 1 and 2. Here, when Hc2> Hc1, the magnetization of the magnetization fixed layer is first turned upward by an external magnetic field H (H> Hc2> Hc1) larger than the coercive force of these magnetization fixed layers, and then Hc2> H ′> Hc1. When such an external magnetic field H ′ is applied downward, only the magnetization direction of the magnetization fixed layer 1 changes downward, thereby realizing an antiparallel magnetization arrangement.

特開2012−141402号公報JP 2012-141402 A 特願2017−109478号明細書Japanese Patent Application No. 2017-109478

ここで、磁化固定層1と2の保磁力に差を設計するには、両者に保磁力の異なる材料・層構成の強磁性材料を適用するか、片方の磁化固定層のみにイオンビームを照射する方法などが考えられる。しかしながらこれらの形成プロセスは、手順が複雑になることに加え、微細加工に高精度な位置合わせが要求される。本発明は、2つの磁化固定層を一度のプロセスで形成することで、手順を簡易化し、高精度な位置合わせの回数を省略する手法を提案するものである。   Here, in order to design the difference in the coercive force between the magnetization fixed layers 1 and 2, either a ferromagnetic material having a different coercive force or a ferromagnetic material having a different layer configuration is used, or only one of the magnetization fixed layers is irradiated with an ion beam. There are various ways to do this. However, in these formation processes, in addition to complicated procedures, high-precision alignment is required for fine processing. The present invention proposes a method of forming two magnetization fixed layers by a single process, thereby simplifying the procedure and eliminating the number of times of high-precision alignment.

本発明は上記に鑑みてなされたものであり、その目的は、より簡易なプロセスで設計され、電極や光変調部との位置合わせの設計マージンを低減可能な磁壁移動型空間光変調器を提供することにある。   The present invention has been made in view of the above, and an object of the present invention is to provide a domain wall displacement type spatial light modulator which is designed by a simpler process and can reduce a design margin for alignment with an electrode or a light modulation unit. Is to do.

(1) 上記目的を達成するため本発明は、入射した光の偏光の向きを変化させて出射する光変調部(例えば、後述の光変調部3)と、前記光変調部の両端に平行に延びて配置され、互いに異なる保磁力を有する第1強磁性交換結合部(例えば、後述の第1強磁性交換結合部1)及び第2強磁性交換結合部(例えば、後述の第2強磁性交換結合部2)と、を有する磁壁移動型空間光変調素子(例えば、後述の磁壁移動型空間光変調素子10)を備える磁壁移動型空間光変調器(例えば、後述の磁壁移動型空間光変調器100)であって、前記第1強磁性交換結合部及び前記第2強磁性交換結合部はいずれも、強磁性材料からなる第1強磁性層(例えば、後述の第1磁化固定層11a及び後述の第2磁化固定層21)と、前記第1強磁性層上に形成され、強磁性材料からなることで前記第1強磁性層と強磁性交換結合する第2強磁性層(例えば、後述の光変調層30)と、を有し、前記第1強磁性交換結合部における前記第1強磁性層の前記延びる方向の長さが、前記第2強磁性交換結合部における前記第1強磁性層の前記延びる方向の長さよりも長い、磁壁移動型空間光変調器を提供する。   (1) In order to achieve the above object, the present invention provides a light modulation unit (for example, a light modulation unit 3 described later) that changes the direction of polarization of incident light and emits the light, and a light modulation unit parallel to both ends of the light modulation unit. A first ferromagnetic exchange coupling section (for example, a first ferromagnetic exchange coupling section 1 described later) and a second ferromagnetic exchange coupling section (for example, a second ferromagnetic exchange coupling section described later) having different coercive forces and extending. And a domain wall motion type spatial light modulator (for example, a domain wall motion type spatial light modulator 10 described later). 100), the first ferromagnetic exchange coupling section and the second ferromagnetic exchange coupling section are both a first ferromagnetic layer (for example, a first magnetization fixed layer 11a to be described later and a On the second magnetization fixed layer 21) and the first ferromagnetic layer. A second ferromagnetic layer (for example, a light modulation layer 30 described later) that is formed and made of a ferromagnetic material and ferromagnetically exchange-coupled with the first ferromagnetic layer. A domain wall displacement type spatial light modulator, wherein a length of the first ferromagnetic layer in the extending direction in the portion is longer than a length of the first ferromagnetic layer in the second ferromagnetic exchange coupling portion in the extending direction. provide.

(2) (1)の磁壁移動型空間光変調器において、複数の前記磁壁移動型空間光変調素子が、第1方向と、前記第1方向に直交する第2方向と、に格子状に整列して配置され、前記第1強磁性層は、前記第1方向に延びており、前記第1方向に並ぶ複数の磁壁移動型空間光変調素子は、それぞれの前記第1強磁性交換結合部が同一の前記第1強磁性層を共有して構成されてもよい。   (2) In the domain wall motion type spatial light modulator of (1), the plurality of domain wall motion type spatial light modulators are arranged in a grid pattern in a first direction and a second direction orthogonal to the first direction. The first ferromagnetic layer extends in the first direction, and the plurality of domain wall displacement type spatial light modulators arranged in the first direction have respective first ferromagnetic exchange coupling portions. The same first ferromagnetic layer may be shared.

(3) また本発明は、 入射した光の偏光の向きを変化させて出射する光変調部と、平行に延びて配置され、互いに異なる保磁力を有する第1強磁性交換結合部及び第2強磁性交換結合部と、を有する磁壁移動型空間光変調素子を備える磁壁移動型空間光変調器であって、前記磁壁移動型空間光変調器では、複数の前記磁壁移動型空間光変調素子が、第1方向と、前記第1方向に直交する第2方向と、に格子状に整列して配置され、前記磁壁移動型空間光変素子では、2つの前記第2強磁性交換結合部が前記光変調部の両端に、1つの前記第1強磁性交換結合部が前記2つの前記第2強磁性交換結合部間に介在して配置され、前記第1強磁性交換結合部及び前記第2強磁性交換結合部はいずれも、強磁性材料からなる第1強磁性層と、前記第1強磁性層上に形成され、強磁性材料からなることで前記第1強磁性層と強磁性交換結合する第2強磁性層と、を有し、前記第1強磁性層は、前記第1方向に延びており、前記第1強磁性交換結合部における前記第1強磁性層の前記延びる方向の長さが、前記第2強磁性交換結合部における前記第1強磁性層の前記延びる方向の長さよりも長く、前記第1方向に並ぶ複数の磁壁移動型空間光変調素子は、それぞれの前記第1強磁性交換結合部が同一の前記第1強磁性層を共有して構成される、磁壁移動型空間光変調器を提供する。   (3) The present invention also provides an optical modulator for changing the direction of polarization of incident light, and a first ferromagnetic exchange coupling unit and a second ferromagnetic exchange unit, which extend in parallel and have different coercive forces. A magnetic exchange coupling unit, and a domain wall motion type spatial light modulator including a domain wall motion type spatial light modulator having the domain wall motion type spatial light modulator, wherein the plurality of domain wall motion type spatial light modulators are: In the domain wall displacement type spatial light modulator, two second ferromagnetic exchange coupling portions are arranged in the first direction and a second direction orthogonal to the first direction in a lattice pattern. One of the first ferromagnetic exchange coupling sections is disposed at both ends of the modulating section and interposed between the two second ferromagnetic exchange coupling sections, and the first ferromagnetic exchange coupling section and the second ferromagnetic exchange coupling section are arranged. Each of the exchange coupling portions includes a first ferromagnetic layer made of a ferromagnetic material and the first ferromagnetic layer. A second ferromagnetic layer formed on the first ferromagnetic layer and made of a ferromagnetic material and ferromagnetically exchange-coupled with the first ferromagnetic layer, wherein the first ferromagnetic layer is And the length of the first ferromagnetic layer in the first ferromagnetic exchange coupling section in the extending direction is equal to the length of the first ferromagnetic layer in the second ferromagnetic exchange coupling section in the extending direction. The plurality of domain wall displacement type spatial light modulators longer than the length and arranged in the first direction are configured such that the first ferromagnetic exchange coupling portions share the same first ferromagnetic layer. A moving spatial light modulator is provided.

本発明によれば、素子の作製において繰り返し要求される高精度な位置合わせの回数を低減することが出来る。また、本発明は2つの磁化固定層1と2を別の材料で実現するプロセスと比較して、光変調層の平坦性に影響が少なく、簡易なプロセスで実現できる。   According to the present invention, it is possible to reduce the number of times of high-precision alignment that is repeatedly required in the fabrication of an element. Further, the present invention can be realized by a simple process with less influence on the flatness of the light modulation layer as compared with a process in which the two magnetization fixed layers 1 and 2 are realized by different materials.

特許文献2に記載の磁壁移動型空間光変調器の構成を示す斜視図である。FIG. 9 is a perspective view illustrating a configuration of a domain wall displacement type spatial light modulator described in Patent Document 2. 特許文献2に記載の磁壁移動型空間光変調器の構成を示す側面図である。FIG. 11 is a side view showing a configuration of a domain wall displacement type spatial light modulator described in Patent Document 2. 特許文献2に記載の磁壁移動型空間光変調器の動作を示す図である。FIG. 9 is a diagram showing an operation of a domain wall motion type spatial light modulator described in Patent Document 2. 特許文献2に記載の磁壁移動型空間光変調器の上面図である。FIG. 9 is a top view of a domain wall displacement type spatial light modulator described in Patent Document 2. 本発明の一実施形態に係る磁壁移動型空間光変調器の上面図である。1 is a top view of a domain wall displacement type spatial light modulator according to an embodiment of the present invention. Co/Pd多層膜細線における保磁力の長さ依存性を示すグラフである。4 is a graph showing the dependence of the coercive force on the Co / Pd multilayer thin film length. 長さの異なるCo/Pd多層膜細線における保磁力の比較を示すグラフである。4 is a graph showing a comparison of coercive force of Co / Pd multilayer thin wires having different lengths. 上記実施形態に係る磁壁移動型空間光変調器の一例を示す断面図である。It is sectional drawing which shows an example of the domain wall displacement type spatial light modulator which concerns on the said embodiment. 上記実施形態に係る磁壁移動型空間光変調器の製造方法を示す図である。It is a figure showing the manufacturing method of the domain wall displacement type spatial light modulator concerning the above-mentioned embodiment. 上記実施形態に係る磁壁移動型空間光変調器の製造方法を示す図である。It is a figure showing the manufacturing method of the domain wall displacement type spatial light modulator concerning the above-mentioned embodiment. 上記実施形態に係る磁壁移動型空間光変調器の製造方法を示す図である。It is a figure showing the manufacturing method of the domain wall displacement type spatial light modulator concerning the above-mentioned embodiment. 上記実施形態に係る磁壁移動型空間光変調器の製造方法を示す図である。It is a figure showing the manufacturing method of the domain wall displacement type spatial light modulator concerning the above-mentioned embodiment. 上記実施形態に係る磁壁移動型空間光変調器の製造方法を示す図である。It is a figure showing the manufacturing method of the domain wall displacement type spatial light modulator concerning the above-mentioned embodiment. 上記実施形態に係る磁壁移動型空間光変調器の製造方法を示す図である。It is a figure showing the manufacturing method of the domain wall displacement type spatial light modulator concerning the above-mentioned embodiment. 上記実施形態に係る磁壁移動型空間光変調器の製造方法を示す図である。It is a figure showing the manufacturing method of the domain wall displacement type spatial light modulator concerning the above-mentioned embodiment. 上記実施形態に係る磁壁移動型空間光変調器の製造方法を示す図である。It is a figure showing the manufacturing method of the domain wall displacement type spatial light modulator concerning the above-mentioned embodiment. 本発明の一実施形態に係る磁壁移動型空間光変調器の上面図である。1 is a top view of a domain wall displacement type spatial light modulator according to an embodiment of the present invention. 本発明の一実施形態に係る磁壁移動型空間光変調器の断面図である。1 is a cross-sectional view of a domain wall displacement type spatial light modulator according to an embodiment of the present invention.

[第1実施形態]
以下、本発明の一実施形態について、図面を参照して詳細に説明する。なお、共通する構成については同一の符号を付している。また、説明の便宜上、図中の上下左右を磁壁移動型空間光変調素子の上下左右として説明する。
[First Embodiment]
Hereinafter, an embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. In addition, the same code | symbol is attached | subjected about a common structure. For convenience of description, the upper, lower, left, and right in the figure will be described as the upper, lower, left, and right sides of the domain wall moving type spatial light modulator.

図1は、特許文献2に記載の磁壁移動型空間光変調器の構成を示す斜視図である。図2は、特許文献2に記載の磁壁移動型空間光変調器の構成を示す側面図である。図3は、特許文献2に記載の磁壁移動型空間光変調器の動作を示す図である。図1及び図3中の矢印は、磁化方向の向きを示している。   FIG. 1 is a perspective view showing a configuration of a domain wall motion type spatial light modulator described in Patent Document 2. As shown in FIG. FIG. 2 is a side view showing a configuration of a domain wall motion type spatial light modulator described in Patent Document 2. As shown in FIG. FIG. 3 is a diagram showing the operation of the domain wall motion type spatial light modulator described in Patent Document 2. The arrows in FIGS. 1 and 3 indicate the direction of the magnetization direction.

これら図1〜図3に示すように、特許文献2に記載の磁壁移動型空間光変調器90は、磁壁移動を利用した磁壁移動型空間光変調素子91を備える。本発明の一実施形態に係る磁壁移動型空間光変調器100の基本構成は、図1〜図4に示す特許文献2に記載の磁壁移動型空間光変調器90の構成と同様であるため、以下、その基本構成について詳しく説明する。   As shown in FIGS. 1 to 3, the domain wall motion type spatial light modulator 90 described in Patent Document 2 includes a domain wall motion type spatial light modulation device 91 using domain wall motion. The basic configuration of the domain wall motion type spatial light modulator 100 according to one embodiment of the present invention is the same as the configuration of the domain wall motion type spatial light modulator 90 described in Patent Document 2 shown in FIGS. Hereinafter, the basic configuration will be described in detail.

図1に示すように、磁壁移動型空間光変調素子91は、第1強磁性交換結合部1と、第2強磁性交換結合部2と、光変調部3と、を有し、図示しないSi等の基板上に形成される。
第1強磁性交換結合部1と第2強磁性交換結合部2は、それぞれ図示しないCu、Al、Au、Ag、Ru、Ta、Cr等の金属やその合金のような一般的な金属電極材料で形成される下部電極を最下層に有し、この下部電極にパルス電流源9が接続されることでパルス電流を印加可能となっている。
As shown in FIG. 1, the domain wall displacement type spatial light modulation device 91 includes a first ferromagnetic exchange coupling unit 1, a second ferromagnetic exchange coupling unit 2, and a light modulation unit 3, and a Si (not shown). Etc. are formed on a substrate.
The first ferromagnetic exchange coupling section 1 and the second ferromagnetic exchange coupling section 2 are made of a common metal electrode material such as a metal (not shown) such as Cu, Al, Au, Ag, Ru, Ta, Cr, or an alloy thereof. Is provided in the lowermost layer, and a pulse current source 9 is connected to the lower electrode, so that a pulse current can be applied.

磁壁移動型空間光変調素子91の形状については特に限定されないが、例えば図1に示すように、光変調部3が所定方向に延びる平板状に形成され、その両端に第1強磁性交換結合部1及び第2強磁性交換結合部2が配置された形状が挙げられる。光変調部3と第1強磁性交換結合部1及び第2強磁性交換結合部2の上面は連続して面一とされ、第1強磁性交換結合部1及び第2強磁性交換結合部2の厚みは光変調部3の厚みよりも厚くなっている。   The shape of the domain wall displacement type spatial light modulator 91 is not particularly limited. For example, as shown in FIG. 1, the light modulator 3 is formed in a flat plate shape extending in a predetermined direction, and first ferromagnetic exchange coupling portions are provided at both ends thereof. A shape in which the first and second ferromagnetic exchange coupling parts 2 are arranged is exemplified. The upper surfaces of the light modulating unit 3, the first ferromagnetic exchange coupling unit 1 and the second ferromagnetic exchange coupling unit 2 are continuously flush with each other, and the first ferromagnetic exchange coupling unit 1 and the second ferromagnetic exchange coupling unit 2 Is thicker than the thickness of the light modulation section 3.

図2に示すように、第1強磁性交換結合部1は、第1磁化固定層11と、非磁性金属層12及びバッファ層13と、光変調層30と、がこの順に積層されて構成される。   As shown in FIG. 2, the first ferromagnetic exchange coupling unit 1 is configured by stacking a first magnetization fixed layer 11, a nonmagnetic metal layer 12, a buffer layer 13, and a light modulation layer 30 in this order. You.

第1磁化固定層11は、強磁性材料からなり、本発明の第1強磁性層に相当する。第1磁化固定層11は、磁化方向が一方向に固定された層であり、大きな保磁力を有する。第1磁化固定層11は、後述する光変調層30と同一方向の磁気異方性を有し、光変調層30に垂直磁気異方性を有する強磁性材料を用いた場合には、第1磁化固定層11も垂直磁気異方性を有する強磁性材料を用いる。好ましくは、第1磁化固定層11及び光変調層30ともに、垂直磁気異方性を有する強磁性材料で構成される。   The first magnetization fixed layer 11 is made of a ferromagnetic material and corresponds to the first ferromagnetic layer of the present invention. The first magnetization fixed layer 11 is a layer whose magnetization direction is fixed in one direction, and has a large coercive force. The first magnetization fixed layer 11 has a magnetic anisotropy in the same direction as a light modulation layer 30 described later, and when the light modulation layer 30 is made of a ferromagnetic material having a perpendicular magnetic anisotropy, The magnetization fixed layer 11 is also made of a ferromagnetic material having perpendicular magnetic anisotropy. Preferably, both the first magnetization fixed layer 11 and the light modulation layer 30 are made of a ferromagnetic material having perpendicular magnetic anisotropy.

第1磁化固定層11は、磁化が垂直方向に固定された磁化固定層と磁化の方向が反転可能な磁化自由層で非磁性層を挟持する構造の垂直磁気異方性を有するCPP−GMR(Current Perpendicular to the Plane Giant MagnetoResistance:垂直通電型巨大磁気抵抗効果)素子やTMR素子等の磁化固定層として公知の強磁性材料で構成可能である。具体的には、Fe、Co、Niのような遷移金属及びそれらを含む合金、例えばTbFe系、TbFeCo系、CoCr系、CoPt系、CoPd系、FePt系の合金を用いることができる。これにより、第1磁化固定層11の保磁力を大きくすることができ、第1磁化固定層11の磁化方向が外部磁場によって容易に変化しないように固定することが可能となる。   The first magnetization fixed layer 11 has a perpendicular magnetic anisotropy (CPP-GMR) having a structure in which a nonmagnetic layer is sandwiched between a magnetization fixed layer whose magnetization is fixed in the vertical direction and a magnetization free layer whose magnetization direction can be reversed. Current Perpendicular to the Plane Giant MagnetoResistance (vertical conduction type giant magnetoresistive effect) A device or a TMR device can be formed of a known ferromagnetic material as a magnetization fixed layer. Specifically, transition metals such as Fe, Co, and Ni and alloys containing them, for example, TbFe-based, TbFeCo-based, CoCr-based, CoPt-based, CoPd-based, and FePt-based alloys can be used. Thereby, the coercive force of the first magnetization fixed layer 11 can be increased, and the magnetization direction of the first magnetization fixed layer 11 can be fixed so as not to be easily changed by an external magnetic field.

また、第1磁化固定層11は、これらの遷移金属の層と非磁性金属の層とを交互に積層した多層の積層体で構成してもよく、Co/Pt、Fe/Pt、Co/Pd等の多層膜を用いることができる。これらの強磁性材料を用いることにより、強い垂直磁気異方性を有するとともに、大きな保磁力を有する第1磁化固定層11が得られる。   Further, the first magnetization fixed layer 11 may be formed of a multilayer laminate in which these transition metal layers and non-magnetic metal layers are alternately laminated, such as Co / Pt, Fe / Pt, and Co / Pd. Etc. can be used. By using these ferromagnetic materials, the first magnetization fixed layer 11 having strong perpendicular magnetic anisotropy and large coercive force can be obtained.

ここで、上述の多層膜は、熱処理することにより保磁力が増大する特性を有する。そのため、上述の多層膜からなる第1磁化固定層11を熱処理してその保磁力を増大させると、光変調層30と結合した後の強磁性交換結合部の保磁力もより大きくなり、光変調部3との保磁力差をより大きくすることができる。   Here, the above-mentioned multilayer film has a characteristic that the coercive force increases by heat treatment. Therefore, if the coercive force of the first magnetization fixed layer 11 composed of the above-described multilayer film is increased by heat treatment, the coercive force of the ferromagnetic exchange coupling portion after coupling with the light modulation layer 30 becomes larger, and the light modulation The difference in coercive force with the portion 3 can be further increased.

非磁性金属層12及びバッファ層13は、第1磁化固定層11と光変調層30との間に配置され、第1磁化固定層11と光変調層30の間の磁気的結合を保つようにすることができる。   The nonmagnetic metal layer 12 and the buffer layer 13 are disposed between the first magnetization fixed layer 11 and the light modulation layer 30 so as to maintain magnetic coupling between the first magnetization fixed layer 11 and the light modulation layer 30. can do.

非磁性金属層12は、上述の第1磁化固定層11上に積層されて形成される。この非磁性金属層12は、後述する製造工程において、第1磁化固定層11にエッチングのダメージが及ばないようにするために設けられる。非磁性金属層12は、非磁性金属からなり、非磁性の各種金属の薄膜層を用いることができる。例えば、非磁性金属層12として、Ta、Mo、Ruを用いることができ、中でも、Taからなるものが好ましく用いられる。   The nonmagnetic metal layer 12 is formed by being laminated on the first magnetization fixed layer 11 described above. The nonmagnetic metal layer 12 is provided to prevent the first magnetization fixed layer 11 from being damaged by etching in a manufacturing process described later. The non-magnetic metal layer 12 is made of a non-magnetic metal, and thin-film layers of various non-magnetic metals can be used. For example, Ta, Mo, and Ru can be used as the nonmagnetic metal layer 12, and among them, a layer made of Ta is preferably used.

バッファ層13は、上述の非磁性金属層12上に積層されて形成される。バッファ層13は、磁壁移動を利用した空間光変調素子でもTMR素子でも電流を流せることが必要であるため、薄膜化したときに抵抗が大き過ぎず、適度な導電性を有するものである。また、バッファ層13は、後述する製造工程におけるエッチングのレートが遅く、且つSIMS(Secondary Ion Mass Spectrometry)の検出感度が高い元素を含み、SIMS式エンドポイントモニターで見える材料であることが望ましい。これにより、エッチングをバッファ層13で確実に止めることが可能となり、第1磁化固定層11にダメージが及ぶのを回避できる。   The buffer layer 13 is formed by being laminated on the nonmagnetic metal layer 12 described above. Since the buffer layer 13 needs to be able to pass a current through both the spatial light modulation element utilizing domain wall motion and the TMR element, the resistance is not too large when the buffer layer 13 is made thin, and has an appropriate conductivity. The buffer layer 13 is desirably a material that includes an element that has a low etching rate in a later-described manufacturing process and a high detection sensitivity of SIMS (Secondary Ion Mass Spectrometry), and is visible on a SIMS-type endpoint monitor. Thus, the etching can be reliably stopped at the buffer layer 13, and damage to the first magnetization fixed layer 11 can be avoided.

バッファ層13は、酸化物又は窒化物からなるもので構成される。より具体的には、バッファ層13は、MgO、Al、MgAl、TiO、ZnO又はRuOから構成されることが好ましい。中でも、バッファ層13としては、MgOからなるものが好ましく用いられる。このMgOからなるMgO層によれば、適度な導電性を有し、エッチングのレートが遅いうえSIMS感度が高いバッファ層13を形成できる。 The buffer layer 13 is made of an oxide or a nitride. More specifically, the buffer layer 13 is preferably made of MgO, Al 2 O 3 , MgAl 2 O 4 , TiO 2 , ZnO or RuO 2 . Above all, the buffer layer 13 is preferably made of MgO. According to the MgO layer made of MgO, it is possible to form the buffer layer 13 having appropriate conductivity, a low etching rate, and a high SIMS sensitivity.

光変調層30は、上述のバッファ層13上に積層されて形成される。この光変調層30は、強磁性材料からなり、本発明の第2強磁性層に相当する。光変調層30は、公知の強磁性材料を適用でき、好ましくは磁気光学効果(カー効果)の大きい材料を適用する。磁気光学効果を大きくするためには、垂直磁気異方性を有する磁性層を用いることが好ましく、具体的には、Co/Pd多層膜のような遷移金属とPd、Pt、Cuとを繰り返し積層した多層膜、又はTbFeCo、GdFe等の希土類金属と遷移金属との合金(RE−TM合金)が挙げられる。中でも、光変調層30としては、GdFeからなるGdFe層が好ましく用いられる。   The light modulation layer 30 is formed by being stacked on the buffer layer 13 described above. This light modulation layer 30 is made of a ferromagnetic material and corresponds to the second ferromagnetic layer of the present invention. For the light modulation layer 30, a known ferromagnetic material can be used, and a material having a large magneto-optical effect (Kerr effect) is preferably used. In order to increase the magneto-optical effect, it is preferable to use a magnetic layer having perpendicular magnetic anisotropy. Specifically, a transition metal such as a Co / Pd multilayer film and Pd, Pt, and Cu are repeatedly laminated. Or an alloy (RE-TM alloy) of a transition metal and a rare earth metal such as TbFeCo or GdFe. Above all, a GdFe layer made of GdFe is preferably used as the light modulation layer 30.

なお、光変調層30は、後述する第2強磁性交換結合部2における第2強磁性層を構成するとともに、光変調部3自体を構成する。   The light modulation layer 30 forms a second ferromagnetic layer in a second ferromagnetic exchange coupling unit 2 described later and also forms the light modulation unit 3 itself.

上述の構成からなる第1強磁性交換結合部1では、第1磁化固定層11と光変調層30は、非磁性金属層12及びバッファ層13を介して強磁性交換結合されている。この強磁性交換結合により、第1磁化固定層11の磁化方向と第1強磁性交換結合部1における光変調層30の磁化方向は同時反転する。   In the first ferromagnetic exchange coupling unit 1 having the above-described configuration, the first magnetization fixed layer 11 and the light modulation layer 30 are ferromagnetic exchange-coupled via the nonmagnetic metal layer 12 and the buffer layer 13. Due to the ferromagnetic exchange coupling, the magnetization direction of the first magnetization fixed layer 11 and the magnetization direction of the light modulation layer 30 in the first ferromagnetic exchange coupling section 1 are simultaneously reversed.

第2強磁性交換結合部2は、第2磁化固定層21と、非磁性金属層22及びバッファ層23と、光変調層30と、がこの順に積層されて構成される。   The second ferromagnetic exchange coupling unit 2 is configured by stacking a second magnetization fixed layer 21, a nonmagnetic metal layer 22, a buffer layer 23, and a light modulation layer 30 in this order.

また、第2強磁性交換結合部2では、第1強磁性交換結合部1と同様に、第2磁化固定層21と光変調層30は、非磁性金属層22及びバッファ層23を介して強磁性交換結合されている。この強磁性交換結合により、第2磁化固定層21の磁化方向と第2強磁性交換結合部2における光変調層30の磁化方向は同時反転する。   Further, in the second ferromagnetic exchange coupling unit 2, similarly to the first ferromagnetic exchange coupling unit 1, the second magnetization fixed layer 21 and the light modulation layer 30 are strongly connected via the nonmagnetic metal layer 22 and the buffer layer 23. Magnetic exchange coupling. Due to this ferromagnetic exchange coupling, the magnetization direction of the second magnetization fixed layer 21 and the magnetization direction of the light modulation layer 30 in the second ferromagnetic exchange coupling section 2 are simultaneously reversed.

第2磁化固定層21は、第1磁化固定層11で使用可能な材料の中から選択され、同様に、非磁性金属層22及びバッファ層23も、それぞれ非磁性金属層12及びバッファ層13で使用可能な材料の中から選択される。   The second magnetization fixed layer 21 is selected from materials that can be used for the first magnetization fixed layer 11, and similarly, the nonmagnetic metal layer 22 and the buffer layer 23 are also formed of the nonmagnetic metal layer 12 and the buffer layer 13, respectively. It is selected from available materials.

ここで、第1強磁性交換結合部1と第2強磁性交換結合部2は、後段で詳述するように磁壁33及び光変調領域300を形成するために、互いの保磁力が異なるように設計される。これにより、第1磁化固定層1と第2磁化固定層2の保磁力差により、光変調制御に必須となる光変調層30両端の互いに反平行な初期磁化方向を外部磁界により実現することが可能となっている。これについては、後段で詳述する。   Here, the first ferromagnetic exchange coupling section 1 and the second ferromagnetic exchange coupling section 2 have different coercive forces to form the domain wall 33 and the light modulation region 300 as described in detail later. Designed. Thereby, the initial magnetization directions antiparallel to each other at both ends of the light modulation layer 30 which are indispensable for the light modulation control can be realized by the external magnetic field due to the coercive force difference between the first magnetization fixed layer 1 and the second magnetization fixed layer 2. It is possible. This will be described in detail later.

上述したように、光変調層30は、光変調部3を構成する。この光変調層30からなる光変調部3には、磁壁33と、磁区31,32が形成されている。これについては、後段で詳述する。   As described above, the light modulation layer 30 forms the light modulation unit 3. A domain wall 33 and magnetic domains 31 and 32 are formed in the optical modulator 3 including the optical modulation layer 30. This will be described in detail later.

なお、各磁化固定層(以下、第1磁化固定層11及び第2磁化固定層21を単に磁化固定層とも言う。)、各非磁性金属層、各バッファ層、及び光変調層30の各層間、又は下部電極との界面に、機能層を適宜設けてもよい。例えば、微細加工プロセス中に光変調層30が受けるダメージを防ぐために、光変調層30上に、Ta、Ru又はSiNを含む、あるいはTa、Ru又はSiNからなるキャップ層を設けてもよい。このキャップ層は、光変調層30の形成に用いられて酸化し易いGdFeやTbFeCoが、素子完成後に大気中で酸化するのを防止する機能を有する。   In addition, each magnetization fixed layer (hereinafter, the first magnetization fixed layer 11 and the second magnetization fixed layer 21 are also simply referred to as a magnetization fixed layer), each nonmagnetic metal layer, each buffer layer, and each layer of the light modulation layer 30. Alternatively, a functional layer may be appropriately provided at the interface with the lower electrode. For example, a cap layer containing Ta, Ru, or SiN or a cap layer made of Ta, Ru, or SiN may be provided on the light modulation layer 30 in order to prevent damage to the light modulation layer 30 during the microfabrication process. The cap layer has a function of preventing GdFe or TbFeCo, which is used to form the light modulation layer 30 and is easily oxidized, from being oxidized in the air after the device is completed.

次に、本実施形態に係る磁壁移動型空間光変調素子10の磁気特性について、詳しく説明する。
上述した通り、第1強磁性交換結合部1は、光変調層30と強磁性交換結合する第1磁化固定層11aを有し、第2強磁性交換結合部2は、同じく光変調層30と強磁性交換結合する第2磁化固定層21を有する。即ち、これら第1強磁性交換結合部1及び第2強磁性交換結合部2は、それぞれ内部に強磁性交換結合を有し、それぞれの磁化方向は同時に反転する。そして、図1及び図3に示すように、第1強磁性交換結合部1の磁化方向は下向きに設計されている一方で、第2強磁性交換結合部2の磁化方向は上向きに設計されている。
Next, the magnetic characteristics of the domain wall displacement type spatial light modulator 10 according to the present embodiment will be described in detail.
As described above, the first ferromagnetic exchange coupling unit 1 includes the first magnetization fixed layer 11a that performs ferromagnetic exchange coupling with the light modulation layer 30, and the second ferromagnetic exchange coupling unit 2 includes the first magnetization fixed layer 11a and the light modulation layer 30. It has a second magnetization fixed layer 21 for ferromagnetic exchange coupling. That is, the first ferromagnetic exchange coupling unit 1 and the second ferromagnetic exchange coupling unit 2 each have a ferromagnetic exchange coupling inside, and their magnetization directions are simultaneously reversed. As shown in FIGS. 1 and 3, the magnetization direction of the first ferromagnetic exchange coupling unit 1 is designed to be downward, while the magnetization direction of the second ferromagnetic exchange coupling unit 2 is designed to be upward. I have.

光変調部3には、前記両強磁性交換結合部に垂直な方向に対して直交する面上に延びる磁壁33が形成されている。即ち、磁壁33の両側に形成される磁区31,32の磁化方向は互いに逆方向となっている。例えば図1及び図3に示すように、磁壁33よりも第1強磁性交換結合部1側の磁区31の磁化方向は上向きであり、磁壁33よりも第2強磁性交換結合部2側の磁区32の磁化方向は下向きとなっている。   The light modulation unit 3 has a domain wall 33 extending on a plane orthogonal to a direction perpendicular to the ferromagnetic exchange coupling units. That is, the magnetization directions of the magnetic domains 31 and 32 formed on both sides of the domain wall 33 are opposite to each other. For example, as shown in FIGS. 1 and 3, the magnetization direction of the magnetic domain 31 on the first ferromagnetic exchange coupling unit 1 side with respect to the domain wall 33 is upward, and the magnetic domain on the second ferromagnetic exchange coupling unit 2 side with respect to the domain wall 33. The magnetization direction of 32 is downward.

このように、磁壁33を介して磁化方向の向きが異なる磁区31,32を光変調部3に形成することにより、磁壁移動型空間光変調素子10を空間光変調素子として機能させることができる。より詳しくは、例えば磁壁移動型空間光変調素子10を反射型の空間光変調素子として構成した場合には、磁壁移動型空間光変調素子10の上方から光変調部3の上面に対して偏光の揃った光を入射すると、磁化方向の向きに応じて反射光の偏光面の回転角度が異なったものとなる。そのため、これら異なる偏光面の回転角度に応じた各反射光を、偏光フィルタを介してそれぞれ光の明暗に割り当てることにより、光の変調が可能となる。ただし、基板を、ガラスやサファイア等の透光性の材料で構成することにより、磁壁移動型空間光変調素子10を透過型の空間光変調素子として機能させることも可能である。   As described above, by forming the magnetic domains 31 and 32 having different magnetization directions through the domain wall 33 in the light modulator 3, the domain wall displacement type spatial light modulator 10 can function as a spatial light modulator. More specifically, for example, when the domain wall motion type spatial light modulation device 10 is configured as a reflection type spatial light modulation device, the polarization of the polarized light from above the domain wall motion type spatial light modulation device 10 to the upper surface of the light modulation unit 3. When uniform light is incident, the rotation angle of the plane of polarization of the reflected light changes depending on the direction of the magnetization direction. Therefore, light can be modulated by assigning each reflected light according to the rotation angles of these different polarization planes to light and dark of the light via a polarizing filter. However, when the substrate is made of a translucent material such as glass or sapphire, the domain wall motion type spatial light modulator 10 can also function as a transmission type spatial light modulator.

ここで、図2及び図3を参照して、磁壁33の生成メカニズムについて説明する。
先ず、光変調部3に磁壁33を形成するためには、光変調層30と強磁性交換結合する第1磁化固定層11の保磁力と、同じく光変調層30と強磁性交換結合する第2磁化固定層21の保磁力とを、互いに異なるものとすることが必要である。
Here, a generation mechanism of the domain wall 33 will be described with reference to FIGS.
First, in order to form the domain wall 33 in the light modulating section 3, the coercive force of the first magnetization fixed layer 11 that is ferromagnetically exchange-coupled with the light modulation layer 30 and the second coercive force that is also ferromagnetically exchanged with the light modulation layer 30. It is necessary to make the coercive force of the magnetization fixed layer 21 different from each other.

特許文献2では、第1磁化固定層11の保磁力と第2磁化固定層21の保磁力を互いに異なるものとする手法として、第1磁化固定層11と第2磁化固定層21とで、互いに形状を異なるもの(例えば、第1磁化固定層11の幅を広くすると保磁力は小さくなる)とするか、一方のみ熱処理するか、あるいは互いの層構成を異なるものとするか、のいずれかが選択される。これにより、第1磁化固定層11の保磁力と第2磁化固定層21の保磁力を互いに異なるものとすることで、第1強磁性交換結合部1の保磁力と第2強磁性交換結合部2の保磁力を異なるものとすることができる。   In Patent Document 2, as a method of making the coercive force of the first magnetization fixed layer 11 and the coercivity of the second magnetization fixed layer 21 different from each other, the first magnetization fixed layer 11 and the second magnetization fixed layer 21 Either the shape is different (for example, if the width of the first magnetization fixed layer 11 is increased, the coercive force is reduced), only one of them is heat-treated, or the layer configuration is different from each other. Selected. Thereby, the coercive force of the first magnetization fixed layer 11 and the coercive force of the second magnetization fixed layer 21 are made different from each other, so that the coercive force of the first ferromagnetic exchange coupling unit 1 and the second ferromagnetic exchange coupling unit 2 can have different coercive forces.

図4は、特許文献2の磁壁移動型空間光変調器90の構成を示す上面図である。
図4に示すように、複数の特許文献2に係る磁壁移動型空間光変調素子91は、図示しない基板上にそれぞれ独立して作製され、整列される。
FIG. 4 is a top view showing the configuration of the domain wall motion type spatial light modulator 90 of Patent Document 2.
As shown in FIG. 4, a plurality of domain wall motion type spatial light modulators 91 according to Patent Document 2 are independently manufactured and aligned on a substrate (not shown).

図5は、本実施形態に係る磁壁移動型空間光変調器100の構成を示す上面図である。図5において、上述した特許文献2に記載の磁壁移動型空間光変調器90と共通する構成については同一の符号を付している。
図5に示すように、本実施形態に係る磁壁移動型空間光変調器100において、前記両強磁性交換結合部が伸びる方向に関して、第1強磁性交換結合部の有する第1強磁性層(すなわち、第1磁化固定層11a)は、前記第2強磁性交換結合部の有する第1強磁性層(すなわち、第2磁化固定層21a)よりも長い。さらに、複数の磁壁移動型空間光変調素子10は格子状に整列しており、前記延びる方向に並ぶ他の磁壁移動型空間光変調素子10と第1磁化固定層11aを共有している。
FIG. 5 is a top view showing the configuration of the domain wall motion type spatial light modulator 100 according to the present embodiment. 5, the same components as those of the domain wall displacement type spatial light modulator 90 described in Patent Document 2 are denoted by the same reference numerals.
As shown in FIG. 5, in the domain wall motion type spatial light modulator 100 according to the present embodiment, the first ferromagnetic exchange coupling unit has the first ferromagnetic layer (that is, , The first magnetization fixed layer 11a) is longer than the first ferromagnetic layer (that is, the second magnetization fixed layer 21a) of the second ferromagnetic exchange coupling section. Further, the plurality of domain wall motion type spatial light modulators 10 are arranged in a lattice pattern, and share the first magnetization fixed layer 11a with the other domain wall motion type spatial light modulators 10 arranged in the extending direction.

より具体的には、図5に示すように、本実施形態の第1磁化固定層11aは第2磁化固定層21よりも前記延びる方向に長くなっている。これにより、第1磁化固定層11aは第2磁化固定層21よりも保磁力が小さいため、両者間に保磁力差が発生する。また、前記延びる方向に並ぶ複数の磁壁移動型空間光変調素子10が第1磁化固定層11aを共有しているため、各素子を個別に製造するプロセスと比較して、工程を減らすことができ、さらに、製造時に上述の位置合わせの回数を低減することができる。   More specifically, as shown in FIG. 5, the first magnetization fixed layer 11a of the present embodiment is longer than the second magnetization fixed layer 21 in the extending direction. Thereby, the first magnetization fixed layer 11a has a smaller coercive force than the second magnetization fixed layer 21, and a coercive force difference is generated between the two. Further, since the plurality of domain wall motion type spatial light modulators 10 arranged in the extending direction share the first magnetization fixed layer 11a, the number of steps can be reduced as compared with a process of manufacturing each element individually. Further, the number of times of the above-described alignment at the time of manufacturing can be reduced.

ここで、本発明に係るCo/Pd多層膜細線における保磁力の長さ依存性について説明する。
図6Aおよび図6Bに幅100nmのCo/Pd多層膜細線における保磁力の長さ依存特性を示す。図6Aは、0.3μmから300μmの長さに加工した細線の保磁力をそれぞれ5素子ずつ測定した値の平均値を結んだグラフである。図6Bは、長さ0.3μmと300μmのCo/Pd多層膜の保磁力の平均値に標準偏差をエラーバーとして挿入したグラフである。
ここで、Co/Pd多層膜細線はRu3nm、Pt2nmを下地層として、Co0.3nm、Pd0.6nmを25回多層した後に、保護層としてRu3nmをヘリコンスパッタ装置で蒸着したものである。
Here, the length dependency of the coercive force in the Co / Pd multilayer thin film according to the present invention will be described.
FIG. 6A and FIG. 6B show the coercive force length-dependent characteristics of a 100 nm wide Co / Pd multilayer thin film. FIG. 6A is a graph in which the coercive force of a thin wire processed to a length of 0.3 μm to 300 μm is averaged for each of five measured coercive forces. FIG. 6B is a graph in which the standard deviation is inserted as an error bar into the average value of the coercive force of the Co / Pd multilayer films having a length of 0.3 μm and 300 μm.
Here, the Co / Pd multilayer thin film is formed by depositing Ru 3 nm and Pt 2 nm as an underlayer, Co 0.3 nm and Pd 0.6 nm 25 times, and then depositing Ru 3 nm as a protective layer by a helicon sputtering device.

図6Aによれば、Co/Pd多層膜細線の長さが長くなるほど、保磁力は小さくなる傾向にある。図6Bによれば、0.3μmと300μmのCo/Pd多層膜細線間では、保磁力に有意に差が存在する。したがって、磁化固定層の長さを最適化することで保磁力差が設計できる。   According to FIG. 6A, the coercive force tends to decrease as the length of the Co / Pd multilayer thin film increases. According to FIG. 6B, there is a significant difference in coercive force between the 0.3 μm and 300 μm Co / Pd multilayer thin wires. Therefore, the coercive force difference can be designed by optimizing the length of the magnetization fixed layer.

例えば、上記の構成により、第1磁化固定層11aの保磁力を第2磁化固定層21の保磁力よりも小さく設計することができる。この場合、図2に示すように第1強磁性交換結合部1の保磁力をHc1とし、第2強磁性交換結合部2の保磁力をHc2とし、光変調層の保磁力をHc_mとすると、Hc2>Hc1>Hc_mの関係が成立する。   For example, with the above configuration, the coercive force of the first magnetization fixed layer 11a can be designed to be smaller than the coercive force of the second magnetization fixed layer 21. In this case, as shown in FIG. 2, if the coercive force of the first ferromagnetic exchange coupling unit 1 is Hc1, the coercive force of the second ferromagnetic exchange coupling unit 2 is Hc2, and the coercive force of the light modulation layer is Hc_m, The relationship of Hc2> Hc1> Hc_m is established.

そして、上述のような保磁力の関係が成立する構造の素子に対して、磁場の強さHが、H>Hc2である磁場を、素子に対して上向きに印加する。すると、第1強磁性交換結合部1、第2強磁性交換結合部2及び光変調部3のいずれにおいても、磁化方向の向きは上向きとなる。   Then, a magnetic field in which the magnetic field strength H is H> Hc2 is applied to the element having a structure in which the relationship of the coercive force is established as described above. Then, in each of the first ferromagnetic exchange coupling unit 1, the second ferromagnetic exchange coupling unit 2, and the light modulation unit 3, the direction of the magnetization direction is upward.

次いで、磁場の強さH’が、Hc2>H’>Hc1である磁場を、素子に対して下向きに印加する。すると、第2強磁性交換結合部2の磁化方向の向きは上向きのままであるのに対して、第1強磁性交換結合部1及び光変調部3の磁化方向の向きは、いずれも下向きに変化する。   Next, a magnetic field in which the magnetic field strength H 'is Hc2> H'> Hc1 is applied to the element downward. Then, while the direction of the magnetization direction of the second ferromagnetic exchange coupling unit 2 remains upward, the direction of the magnetization direction of the first ferromagnetic exchange coupling unit 1 and the direction of the magnetization of the light modulation unit 3 are all downward. Change.

このとき、図3に示すように光変調部3の両端には、初期磁区31a,32aが生成する。より詳しくは、光変調部3の第1強磁性交換結合部1側の端部には、第1強磁性交換結合部1からの漏れ磁界(図3中の破線矢印参照)により、第1強磁性交換結合部1の下向きの磁化とは反平行な上向きの磁化方向の初期磁区31aが生成する。また、光変調部3の第2強磁性交換結合部2側の端部には、第2強磁性交換結合部2からの漏れ磁界(図3中の破線矢印参照)により、第2強磁性交換結合部2の上向きの磁化とは反平行な下向きの磁化方向の初期磁区32aが生成する。   At this time, initial magnetic domains 31a and 32a are generated at both ends of the light modulation unit 3 as shown in FIG. More specifically, the end of the optical modulation unit 3 on the first ferromagnetic exchange coupling unit 1 side is subjected to a first magnetic field (refer to a broken arrow in FIG. 3) from the first ferromagnetic exchange coupling unit 1. An initial magnetic domain 31a having an upward magnetization direction antiparallel to the downward magnetization of the magnetic exchange coupling unit 1 is generated. The end of the optical modulator 3 on the side of the second ferromagnetic exchange coupling unit 2 is exposed to the second ferromagnetic exchange coupling from the second ferromagnetic exchange coupling unit 2 (see the broken arrow in FIG. 3). An initial magnetic domain 32a having a downward magnetization direction antiparallel to the upward magnetization of the coupling portion 2 is generated.

次いでこの状態で、パルス電流源9からパルス電流を印加し、第1強磁性交換結合部1から第2強磁性交換結合部2、又は第2強磁性交換結合部2から第1強磁性交換結合部1に向けてパルス電流を流す。すると、初期磁区31a,32aの生成により形成される磁壁33を、パルス電流の向きと逆向き(電子の流れと同じ向き)に移動させることができる。これにより、図3に示すように、光変調部3の両端を除く光変調領域300の磁化の向きを反転(図3の例では、光変調領域300の磁化の向きを上向きに反転)させることが可能となっている。   Next, in this state, a pulse current is applied from the pulse current source 9 and the first ferromagnetic exchange coupling unit 1 to the second ferromagnetic exchange coupling unit 2 or the second ferromagnetic exchange coupling unit 2 to the first ferromagnetic exchange coupling. A pulse current is applied to the unit 1. Then, the domain wall 33 formed by the generation of the initial magnetic domains 31a and 32a can be moved in the direction opposite to the direction of the pulse current (the same direction as the flow of electrons). Thereby, as shown in FIG. 3, the magnetization direction of the light modulation region 300 except for both ends of the light modulation unit 3 is inverted (in the example of FIG. 3, the magnetization direction of the light modulation region 300 is inverted upward). Is possible.

次に、本実施形態に係る磁壁移動型空間光変調器100の詳細な構成について、図7を参照して説明する。
図7は、本実施形態に係る磁壁移動型空間光変調器100の一例の構成を示す断面図である。図7中、各層の括弧内の数値は、各層の好ましい厚み(nm)の一例を示している。
Next, a detailed configuration of the domain wall displacement type spatial light modulator 100 according to the present embodiment will be described with reference to FIG.
FIG. 7 is a cross-sectional view illustrating a configuration of an example of the domain wall motion type spatial light modulator 100 according to the present embodiment. In FIG. 7, the numerical value in parentheses of each layer shows an example of a preferable thickness (nm) of each layer.

図7に示す例では、磁壁移動型空間光変調素子10は、Siバックプレーン41上に形成されている。
第1強磁性交換結合部1及び第2強磁性交換結合部2はいずれも、Siバックプレーン41側から順に、Ta層44、Ag層45、Co/Pd層11,21、Ta層12,22、MgO層13,23、GdFe層3が積層されて構成されている。図7から明らかであるように、第1強磁性交換結合部1の幅と第2強磁性交換結合部2の幅は同一に設定されている。
In the example shown in FIG. 7, the domain wall motion type spatial light modulator 10 is formed on a Si back plane 41.
Each of the first ferromagnetic exchange coupling section 1 and the second ferromagnetic exchange coupling section 2 is, in order from the Si backplane 41 side, a Ta layer 44, an Ag layer 45, Co / Pd layers 11, 21, and Ta layers 12, 22. , MgO layers 13 and 23 and a GdFe layer 3 are laminated. As is clear from FIG. 7, the width of the first ferromagnetic exchange coupling unit 1 and the width of the second ferromagnetic exchange coupling unit 2 are set to be the same.

Siバックプレーン41には、図示しない下部電極が含まれている。下部電極は、Cu、Al、Au、Ag、Ru、Ta、Cr等の金属やその合金のような一般的な金属電極材料で形成される。
ただし、本実施形態では電流を流すことができればよく、例えばSiバックプレーン41と同様に、アクティブマトリックス駆動する構成としてTFTバックプレーンを用いてもよい。また、例えばSiバックプレーンの代わりに、単純マトリックス駆動する構成としてもよい。
The Si backplane 41 includes a lower electrode (not shown). The lower electrode is formed of a general metal electrode material such as a metal such as Cu, Al, Au, Ag, Ru, Ta, and Cr or an alloy thereof.
However, in the present embodiment, it is sufficient that a current can flow. For example, similarly to the Si backplane 41, a TFT backplane may be used as a configuration for active matrix driving. Further, for example, a configuration in which simple matrix driving is performed instead of the Si backplane may be adopted.

Ta層44及びAg層45は、上述の下部電極への密着性を向上させるために設けられる下地層である。これらTa及びAgであれば、Co/Pd多層膜11,21の磁気特性に悪影響を与えることがないため好ましい。なお、Taの代わりにRuを用いてもよい。   The Ta layer 44 and the Ag layer 45 are base layers provided for improving the adhesion to the lower electrode. These Ta and Ag are preferable because they do not adversely affect the magnetic properties of the Co / Pd multilayer films 11 and 21. Note that Ru may be used instead of Ta.

Co/Pd層11,21はそれぞれ上述の第1,第2磁化固定層を構成し、Ta層12,22は上述の非磁性金属層を構成し、MgO層13,23は上述のバッファ層を構成する。   The Co / Pd layers 11 and 21 constitute the above-described first and second magnetization fixed layers, respectively, the Ta layers 12 and 22 constitute the above-mentioned nonmagnetic metal layer, and the MgO layers 13 and 23 constitute the above-mentioned buffer layer. Constitute.

なお、本実施形態では、第1磁化固定層11aと第2磁化固定層21とでは、前者は後者よりも前記延びる方向に長く、さらに前記延びる方向に並ぶ複数の素子間で共有されている。一方で、後者は素子ごとに独立して形成される点において構成が相違している。これら相違点を除いて、両者の各層の構成材料は全て同一である。   In the present embodiment, in the first magnetization fixed layer 11a and the second magnetization fixed layer 21, the former is longer than the latter in the extending direction, and is shared by a plurality of elements arranged in the extending direction. On the other hand, the latter has a different configuration in that it is formed independently for each element. Except for these differences, the constituent materials of both layers are the same.

本実施形態の第1磁化固定層11aは第2磁化固定層21よりも長くなっていることにより、第1磁化固定層11aと強磁性結合している光変調層30の保磁力が低下し、第1強磁性交換結合部1の保磁力Hc1と第2強磁性交換結合部2の保磁力Hc2との間に、Hc2>Hc1となるような保磁力差が発生する。これにより、Hc2>Hc1>Hc_mという保磁力差が実現可能である。   Since the first magnetization fixed layer 11a of the present embodiment is longer than the second magnetization fixed layer 21, the coercive force of the light modulation layer 30 ferromagnetically coupled to the first magnetization fixed layer 11a decreases, A coercive force difference such that Hc2> Hc1 is generated between the coercive force Hc1 of the first ferromagnetic exchange coupling unit 1 and the coercive force Hc2 of the second ferromagnetic exchange coupling unit 2. Thereby, a coercive force difference of Hc2> Hc1> Hc_m can be realized.

また、前記保磁力差を前記両磁化固定層の前記延びる方向のみに関する長さの差で設計することで、光変調領域開口率の向上が可能となる。詳しくは、第1磁化固定層11aおよび第2磁化固定層21の高さ(層厚さ)を異ならせることは、高い平坦性が求められる磁壁移動型空間光変調器において設計の難易度が高い。そうなると、両者の形状の差により保磁力差を設計するためには幅若しくは奥行きを異ならせることとなるところ、奥行きのみの長さの差によって保磁力差を設計すれば、どちらも幅を最小に設定することができるため、素子上に開口した光変調領域300を広く採れ、光変調領域開口率が向上する。   Further, by designing the coercive force difference based on the difference in length only in the extending direction of the two magnetization fixed layers, the aperture ratio of the light modulation region can be improved. Specifically, making the heights (layer thicknesses) of the first magnetization fixed layer 11a and the second magnetization fixed layer 21 different requires high design difficulty in a domain wall displacement type spatial light modulator requiring high flatness. . Then, in order to design the coercive force difference due to the difference in shape between the two, the width or the depth will be different, but if the coercive force difference is designed only by the difference in the length of the depth, both will minimize the width Since the setting can be made, the light modulation region 300 opened on the element can be widely taken, and the aperture ratio of the light modulation region can be improved.

光変調部、即ち光変調層は、GdFe層3で構成されている。また、GdFe層3上には、キャップ層としてのRu層4が形成されている。Ru層の代わりに、Ta層、W層、Si層を用いてもよい。
なお、第1強磁性交換結合部1の左右両側、及び第2強磁性交換結合部2の左右両側は、絶縁部材としてのSiO層42が隣接して配置されている。
The light modulating section, that is, the light modulating layer is composed of the GdFe layer 3. On the GdFe layer 3, a Ru layer 4 as a cap layer is formed. Instead of the Ru layer, a Ta layer, a W layer, or a Si 3 N 4 layer may be used.
Note that SiO 2 layers 42 as insulating members are arranged adjacent to both the left and right sides of the first ferromagnetic exchange coupling unit 1 and the left and right sides of the second ferromagnetic exchange coupling unit 2.

次に、本実施形態に係る磁壁移動型空間光変調器100の製造方法の一例について、図8A〜図8Hを参照して詳しく説明する。
ここで、図8A〜図8Hは、本実施形態に係る磁壁移動型空間光変調器100の製造方法を示す図である。
Next, an example of a method for manufacturing the domain wall displacement type spatial light modulator 100 according to the present embodiment will be described in detail with reference to FIGS. 8A to 8H.
Here, FIGS. 8A to 8H are views showing a method for manufacturing the domain wall motion type spatial light modulator 100 according to the present embodiment.

本実施形態に係る磁壁移動型空間光変調器100の製造方法は、第1強磁性層形成工程と、非磁性金属層形成工程と、バッファ層形成工程と、キャップ層形成工程と、処理工程と、除去工程と、第2強磁性層形成工程と、を有する。
以下、これらの各工程について説明する。
The method of manufacturing the domain wall displacement type spatial light modulator 100 according to the present embodiment includes a first ferromagnetic layer forming step, a non-magnetic metal layer forming step, a buffer layer forming step, a cap layer forming step, a processing step , A removing step, and a second ferromagnetic layer forming step.
Hereinafter, each of these steps will be described.

先ず、図8Aに示すように、Siバックプレーン41上に形成された絶縁部材のSiO層42に対して、従来公知の電子線リソグラフィ等を用いて、第1磁化固定層及び第2磁化固定層の各形状に対応したレジストパターニングを実施する。即ち、第1磁化固定層及び第2磁化固定層の各形状に対応したレジスト層40を、SiO層42上に形成する。そして、レジストパターニング後、高密度プラズマエッチングを実施する。この高密度プラズマエッチングは、イオンミリングより異方性エッチング特性が優れているため、本工程に特に好適に利用される。 First, as shown in FIG. 8A, a first magnetization fixed layer and a second magnetization fixed layer are formed on the SiO 2 layer 42 of the insulating member formed on the Si back plane 41 by using a conventionally known electron beam lithography or the like. Perform resist patterning corresponding to each shape of the layer. That is, a resist layer 40 corresponding to each shape of the first magnetization fixed layer and the second magnetization fixed layer is formed on the SiO 2 layer 42. After resist patterning, high-density plasma etching is performed. This high-density plasma etching is particularly preferably used in this step because it has better anisotropic etching characteristics than ion milling.

すると、図8Bに示すように、レジスト層40が形成されていない領域のSiO層42がエッチングにより除去される。このSiO層42が除去された領域が、第1磁化固定層及び第2磁化固定層の形状にそれぞれ対応する。ここで、第1磁化固定層に対応する領域のSiO層42のみが、前記第1方向に一貫して除去されることにより、第1磁化固定層のみが前記延びる方向に長く、さらに前記延びる方向に並ぶ複数の素子間で共有される本実施形態の磁壁移動型空間光変調器を形成することができる。 Then, as shown in FIG. 8B, the SiO 2 layer 42 in the region where the resist layer 40 is not formed is removed by etching. The regions from which the SiO 2 layer 42 has been removed correspond to the shapes of the first magnetization fixed layer and the second magnetization fixed layer, respectively. Here, only the SiO 2 layer 42 in a region corresponding to the first magnetization fixed layer is consistently removed in the first direction, so that only the first magnetization fixed layer is elongated in the extending direction and further extends. It is possible to form the domain wall motion type spatial light modulator of the present embodiment shared by a plurality of elements arranged in the direction.

次いで、図8Cに示すように、第1強磁性層を構成する磁化固定層、非磁性金属層、バッファ層、及びバッファ層の酸化を抑制するキャップ層をこの順に形成する(第1強磁性層形成工程、非磁性金属層形成工程、バッファ層形成工程、及びキャップ層形成工程)。具体的には、Ta層44、Ag層45、Co/Pd層11,21,51、Ta層12,22,52、MgO層13,23,53、及びSiO層14,24,54を、この順に連続して製膜する。製膜は、全てイオンビームスパッタ装置により実施可能である。ナノメートルオーダーと開口サイズが小さく、それに対して深さが深い領域の中に材料を製膜する必要があるため、スパッタ粒子の直進性が高いイオンビームスパッタ法が特に好ましいからである。ただし、これに限定されず、例えば分子線エピタキシー(MBE)法等の従来公知の方法を利用できる。 Next, as shown in FIG. 8C, a magnetization fixed layer, a nonmagnetic metal layer, a buffer layer, and a cap layer for suppressing oxidation of the buffer layer, which constitute the first ferromagnetic layer, are formed in this order (first ferromagnetic layer). Forming step, nonmagnetic metal layer forming step, buffer layer forming step, and cap layer forming step). Specifically, the Ta layer 44, the Ag layer 45, the Co / Pd layers 11, 21, 51, the Ta layers 12, 22, 52, the MgO layers 13, 23, 53, and the SiO 2 layers 14, 24, 54 Films are continuously formed in this order. All of the film formation can be performed by an ion beam sputtering apparatus. This is because an ion beam sputtering method in which sputter particles have high rectilinearity is particularly preferable because it is necessary to form a material in a region having a small opening size on the order of nanometers and a large depth. However, the method is not limited thereto, and a conventionally known method such as a molecular beam epitaxy (MBE) method can be used.

次いで、図8Dに示すように、リフトオフを実施し、残存しているレジスト層40を除去する(処理工程)。具体的には、素子を真空中から大気中に取り出した後、リフトオフを実施する。これにより、レジスト層40上に形成されていた層の全てが除去される。レジスト層40の除去には、従来公知のレジスト剥離剤を用いることができる。   Next, as shown in FIG. 8D, lift-off is performed to remove the remaining resist layer 40 (processing step). Specifically, lift-off is performed after the element is taken out of the vacuum into the atmosphere. Thus, all of the layers formed on the resist layer 40 are removed. For removing the resist layer 40, a conventionally known resist stripping agent can be used.

そして、リフトオフ後、必要に応じて、アニール炉にて350℃の熱処理を実施する(処理工程)。この熱処理により、各磁化固定層を構成するCo/Pd層11,21の保磁力が増大する。処理工程における熱処理温度は、例えば300℃以上であることが好ましい。   After the lift-off, a heat treatment at 350 ° C. is performed in an annealing furnace as needed (processing step). By this heat treatment, the coercive force of the Co / Pd layers 11 and 21 constituting each magnetization fixed layer increases. The heat treatment temperature in the treatment step is preferably, for example, 300 ° C. or higher.

次いで、図8Eに示すように、イオンビームミリング(又は高密度プラズマエッチング)を実施する(除去工程)。これにより、最表面のSiO層14,24を全て除去するとともに、MgO層13,23の一部を除去する。即ち、エッチングを、MgO層13,23の途中まで実施する。このとき、MgO層13,23は、エッチングレートが遅いうえ、MgはSIMS感度が高い特性を有するため、SIMS式エンドポイントモニターでの検出に最適である。これにより、エッチングをMgO層13,23の途中で確実に止めることができるようになっている。 Next, as shown in FIG. 8E, ion beam milling (or high-density plasma etching) is performed (removal step). As a result, all the outermost SiO 2 layers 14 and 24 are removed, and a part of the MgO layers 13 and 23 is removed. That is, the etching is performed halfway through the MgO layers 13 and 23. At this time, the MgO layers 13 and 23 have a low etching rate and Mg has high SIMS sensitivity, and thus are most suitable for detection by a SIMS type endpoint monitor. This makes it possible to reliably stop the etching in the middle of the MgO layers 13 and 23.

イオンビームミリング(又は高密度プラズマエッチング)終了後、光変調層製膜装置まで素子を真空(例えば、1×10−6[Pa])搬送する。そして、図8Fに示すように、光変調層製膜装置内で、光変調層としてのGdFe層3を例えばイオンビームスパッタ装置により製膜する。加えて、GdFe層3上に、さらにキャップ層としてのRu層4を例えばイオンビームスパッタ装置により製膜する。 After ion beam milling (or high-density plasma etching) is completed, the element is transferred to a light modulation layer film forming apparatus in a vacuum (for example, 1 × 10 −6 [Pa]). Then, as shown in FIG. 8F, a GdFe layer 3 as a light modulating layer is formed by, for example, an ion beam sputtering apparatus in the light modulating layer forming apparatus. In addition, a Ru layer 4 as a cap layer is further formed on the GdFe layer 3 by, for example, an ion beam sputtering apparatus.

次いで、図8Gに示すように、電子線リソグラフィ等にて光変調層のレジストパターニングを実施する。即ち、Ru層4上に所望のパターンに対応したレジスト層40を形成する。そして、レジストパターニング後、イオンビームミリング(又は高密度プラズマエッチング)を実施する。   Next, as shown in FIG. 8G, resist patterning of the light modulation layer is performed by electron beam lithography or the like. That is, a resist layer 40 corresponding to a desired pattern is formed on the Ru layer 4. After resist patterning, ion beam milling (or high-density plasma etching) is performed.

すると、図8Hに示すように、レジスト層40が形成されていない領域のGdFe層3及びRu層4がエッチングにより除去される。これにより、光変調層を構成するGdFe層3が所望のパターン形状に形成される(第2強磁性層形成工程)。   Then, as shown in FIG. 8H, the GdFe layer 3 and the Ru layer 4 in the region where the resist layer 40 is not formed are removed by etching. Thereby, the GdFe layer 3 constituting the light modulation layer is formed in a desired pattern shape (second ferromagnetic layer forming step).

最後に、最上層に残存しているレジスト層40を、従来公知のレジスト剥離剤で除去する。以上により、図7に示す磁壁移動型空間光変調器100が得られる。   Finally, the resist layer 40 remaining on the uppermost layer is removed with a conventionally known resist stripping agent. Thus, the domain wall displacement type spatial light modulator 100 shown in FIG. 7 is obtained.

以上説明した本実施形態に係る磁壁移動型空間光変調器100によれば、第1強磁性層上に、非磁性金属層、バッファ層、及びバッファ層の酸化を抑制するキャップ層をこの順に形成し、この状態で、リフトオフ処理と必要に応じて熱処理を実施する。そして、キャップ層の全部及びバッファ層の一部を除去した後に、第2強磁性層を形成する。   According to the domain wall motion type spatial light modulator 100 according to the embodiment described above, the nonmagnetic metal layer, the buffer layer, and the cap layer for suppressing the oxidation of the buffer layer are formed in this order on the first ferromagnetic layer. Then, in this state, a lift-off process and, if necessary, a heat treatment are performed. Then, after removing the entire cap layer and a part of the buffer layer, a second ferromagnetic layer is formed.

ここで、本実施形態のように磁壁移動を利用した光変調素子を製造するためには、光変調層30の製膜前に、一旦素子を大気中に取り出してリフトオフする必要がある。そのため、従来の微細加工プロセスでは、その工程上、2つの強磁性薄膜を真空中一貫で連続して製膜できず、強磁性交換結合させることができなかったところ、本実施形態の製造方法によれば、処理工程と製膜工程とを分けることができるため、第1強磁性層と第2強磁性層を強磁性交換結合させることができる。従って、本実施形態によれば、各種微細加工プロセスに適用可能である。   Here, in order to manufacture a light modulation element utilizing domain wall motion as in the present embodiment, it is necessary to take out the element once into the atmosphere and lift it off before forming the light modulation layer 30. For this reason, in the conventional microfabrication process, two ferromagnetic thin films cannot be formed continuously and continuously in a vacuum, and ferromagnetic exchange coupling cannot be performed. According to this, since the processing step and the film forming step can be separated, the first ferromagnetic layer and the second ferromagnetic layer can be subjected to ferromagnetic exchange coupling. Therefore, according to the present embodiment, it is applicable to various fine processing processes.

また、本実施形態によれば、バッファ層13上にバッファ層13以下の層の酸化を抑制するキャップ層を形成するため、素子を真空一貫装置から取り出した際に、別装置にて300℃〜400℃程度で熱処理することもできる。そして、熱処理後、イオンビームミリング等でキャップ層全てとバッファ層13の途中までを除去し、もう一方の熱耐性の無いGdFe、Gd等の第2強磁性層を製膜することで、強磁性交換結合させることができる。   Further, according to this embodiment, in order to form a cap layer on the buffer layer 13 for suppressing oxidation of the layers below the buffer layer 13, when the element is taken out of the integrated vacuum apparatus, the temperature is set to 300 ° C. Heat treatment can be performed at about 400 ° C. After the heat treatment, the entire cap layer and the middle of the buffer layer 13 are removed by ion beam milling or the like, and a second ferromagnetic layer, such as GdFe or Gd, having no heat resistance is formed. It can be exchange coupled.

さらに、本実施形態によれば、第1強磁性交換結合部1における第1強磁性層(第1磁化固定層11)が、第2強磁性交換結合部2における第1強磁性層(第2磁化固定層21)よりも前記延びる方向に長くなっているため、第1磁化固定層11aと強磁性結合している光変調層30の保磁力が低下し、第1強磁性交換結合部1の保磁力Hc1と第2強磁性交換結合部2の保磁力Hc2との間に、Hc2>Hc1となるような保磁力差を設けることができる。これにより、より簡易なプロセスで設計され、電極や光変調部との位置合わせの設計マージンを低減することが可能となる。   Further, according to the present embodiment, the first ferromagnetic layer (first magnetization fixed layer 11) in the first ferromagnetic exchange coupling unit 1 is replaced with the first ferromagnetic layer (second magnetization layer) in the second ferromagnetic exchange coupling unit 2. Since it is longer in the extending direction than the magnetization fixed layer 21), the coercive force of the light modulation layer 30 ferromagnetically coupled to the first magnetization fixed layer 11a decreases, and the first ferromagnetic exchange coupling unit 1 A coercive force difference such that Hc2> Hc1 can be provided between the coercive force Hc1 and the coercive force Hc2 of the second ferromagnetic exchange coupling unit 2. Thus, it is possible to design with a simpler process, and to reduce the design margin for the alignment with the electrodes and the light modulator.

[第2実施形態]
図9は、本発明の第2実施形態に係る磁壁移動型空間光変調器200の一例の構成を示す上面図である。
本実施形態に係る磁壁移動型空間光変調器200は、前記第一実施形態に係る磁壁移動型空間光変調器100における光変調部において、2つの前記第2強磁性交換結合部が前記光変調部両端に配置され、1つの前記第1強磁性交換結合部が前記2つの前記第2強磁性交換結合部間に介在して配置されて構成される。即ち、1つの素子中に3つの強磁性交換結合部が存在する磁壁移動型空間光変調器である。
[Second embodiment]
FIG. 9 is a top view showing the configuration of an example of the domain wall motion type spatial light modulator 200 according to the second embodiment of the present invention.
In the domain wall motion type spatial light modulator 200 according to the present embodiment, in the light modulation unit of the domain wall motion type spatial light modulator 100 according to the first embodiment, two of the second ferromagnetic exchange coupling units are the same. And one of the first ferromagnetic exchange coupling sections is disposed between the two second ferromagnetic exchange coupling sections. That is, it is a domain wall displacement type spatial light modulator in which three ferromagnetic exchange coupling portions exist in one element.

図10は、本発明の第2実施形態に係る磁壁移動型空間光変調素子20の一例の構成を示す断面図である。
磁壁移動型空間光変調器200は、1つの前記第1強磁性交換結合部の両側に2つの前記第2強磁性交換結合部を備えることで、例えば1つの磁壁移動型空間光変調素子20において、上記第1実施形態に係る磁壁移動型空間光変調素子10の有する2倍の面積の光変調領域を有することができる。この時、前記面積あたりの磁壁移動型空間光変調素子10の有する強磁性交換結合部の合計数は4であり、磁壁移動型空間光変調素子20の有する強磁性交換結合部の数は3である。強磁性交換結合部においては光変調領域が開口していない。即ち、同面積の光変調領層30を有する素子において、強磁性交換結合部が少なければ有効な光変調領域300が増加し、光変調領域開口率が向上するため、第2実施形態に係る磁壁移動型空間光変調器200は、第1実施形態に係る磁壁移動型空間光変調器100よりも高い光変調領域開口率を得られる。
FIG. 10 is a cross-sectional view illustrating a configuration of an example of the domain wall motion type spatial light modulator 20 according to the second embodiment of the present invention.
The domain wall displacement type spatial light modulator 200 includes two second ferromagnetic exchange coupling portions on both sides of one first ferromagnetic exchange coupling portion, for example, in one domain wall displacement type spatial light modulation element 20. In addition, it is possible to have the light modulation region twice as large as the domain wall motion type spatial light modulation device 10 according to the first embodiment. At this time, the total number of the ferromagnetic exchange coupling portions of the domain wall displacement type spatial light modulator 10 per area is four, and the number of ferromagnetic exchange coupling portions of the domain wall displacement type spatial light modulation device 20 is three. is there. The light modulation region is not open in the ferromagnetic exchange coupling part. That is, in the element having the light modulation region 30 having the same area, if the number of the ferromagnetic exchange coupling portions is small, the effective light modulation region 300 increases, and the aperture ratio of the light modulation region is improved. The moving spatial light modulator 200 can obtain a higher light modulation area aperture ratio than the domain wall moving spatial light modulator 100 according to the first embodiment.

さらに磁壁移動型空間光変調器200は前記磁壁移動型空間光変調器100と比較して、素子1つあたりの有効面積を大きく採ることができるため、製造時に上記の位置合わせ回数が減少し、生産効率がより向上する。   Furthermore, the domain wall motion type spatial light modulator 200 can take a larger effective area per element as compared with the domain wall motion type spatial light modulator 100. Production efficiency is further improved.

なお、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の目的を達成できる範囲での変形、改良は本発明に含まれる。   It should be noted that the present invention is not limited to the above embodiment, and modifications and improvements as long as the object of the present invention can be achieved are included in the present invention.

1 第1強磁性交換結合部
2 第2強磁性交換結合部
3 光変調部
9 パルス電流源
10,20,91 磁壁移動型空間光変調素子
11,11a,11b 第1磁化固定層(第1強磁性層)
12,22 非磁性金属層
13,23 バッファ層
21 第2磁化固定層(第1強磁性層)
30 光変調層(第2強磁性層)
31,32 磁区
31a,32a 初期磁区
33 磁壁
90,100,200 磁壁移動型空間光変調器
300 光変調領域
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 1st ferromagnetic exchange coupling part 2 2nd ferromagnetic exchange coupling part 3 light modulation part 9 pulse current source 10, 20, 91 domain wall displacement type spatial light modulation element 11, 11a, 11b 1st magnetization fixed layer (1st strong Magnetic layer)
12, 22 nonmagnetic metal layer 13, 23 buffer layer 21 second magnetization fixed layer (first ferromagnetic layer)
30 Light modulation layer (second ferromagnetic layer)
31, 32 Domain 31a, 32a Initial domain 33 Domain wall 90, 100, 200 Domain wall displacement type spatial light modulator 300 Light modulation region

Claims (3)

入射した光の偏光の向きを変化させて出射する光変調部と、
前記光変調部の両端に平行に延びて配置され、互いに異なる保磁力を有する第1強磁性交換結合部及び第2強磁性交換結合部と、
を有する磁壁移動型空間光変調素子を備える磁壁移動型空間光変調器であって、
前記第1強磁性交換結合部及び前記第2強磁性交換結合部はいずれも、
強磁性材料からなる第1強磁性層と、
前記第1強磁性層上に形成され、強磁性材料からなることで前記第1強磁性層と強磁性交換結合する第2強磁性層と、を有し、
前記第1強磁性交換結合部における前記第1強磁性層の前記延びる方向の長さが、前記第2強磁性交換結合部における前記第1強磁性層の前記延びる方向の長さよりも長い、磁壁移動型空間光変調器。
A light modulator that changes the direction of polarization of incident light and emits the light,
A first ferromagnetic exchange coupling unit and a second ferromagnetic exchange coupling unit which are arranged to extend in parallel to both ends of the light modulation unit and have different coercive forces;
A domain wall motion type spatial light modulator including a domain wall motion type spatial light modulation element having
Each of the first ferromagnetic exchange coupling section and the second ferromagnetic exchange coupling section includes:
A first ferromagnetic layer made of a ferromagnetic material;
A second ferromagnetic layer formed on the first ferromagnetic layer and made of a ferromagnetic material and ferromagnetically exchange-coupled with the first ferromagnetic layer;
A domain wall in which the length of the first ferromagnetic layer in the first ferromagnetic exchange coupling section in the extending direction is longer than the length of the second ferromagnetic exchange coupling section in the extending direction of the first ferromagnetic layer. Mobile spatial light modulator.
前記磁壁移動型空間光変調器では、複数の前記磁壁移動型空間光変調素子が、第1方向と、前記第1方向に直交する第2方向と、に格子状に整列して配置され、
前記第1強磁性層は、前記第1方向に延びており、
前記第1方向に並ぶ複数の磁壁移動型空間光変調素子は、それぞれの前記第1強磁性交換結合部が同一の前記第1強磁性層を共有して構成される、請求項1に記載の磁壁移動型空間光変調器。
In the domain wall motion type spatial light modulator, a plurality of the domain wall motion type spatial light modulators are arranged in a grid in a first direction and a second direction orthogonal to the first direction,
The first ferromagnetic layer extends in the first direction,
2. The plurality of domain wall displacement type spatial light modulators arranged in the first direction, each of the first ferromagnetic exchange coupling portions being configured to share the same first ferromagnetic layer. 3. Domain wall displacement type spatial light modulator.
入射した光の偏光の向きを変化させて出射する光変調部と、
平行に延びて配置され、互いに異なる保磁力を有する第1強磁性交換結合部及び第2強磁性交換結合部と、を有する磁壁移動型空間光変調素子を備える磁壁移動型空間光変調器であって、
前記磁壁移動型空間光変調器では、複数の前記磁壁移動型空間光変調素子が、第1方向と、前記第1方向に直交する第2方向と、に格子状に整列して配置され、
前記磁壁移動型空間光変素子では、
2つの前記第2強磁性交換結合部が前記光変調部の両端に、
1つの前記第1強磁性交換結合部が前記2つの前記第2強磁性交換結合部間に介在して配置され、
前記第1強磁性交換結合部及び前記第2強磁性交換結合部はいずれも、
強磁性材料からなる第1強磁性層と、
前記第1強磁性層上に形成され、強磁性材料からなることで前記第1強磁性層と強磁性交換結合する第2強磁性層と、を有し、
前記第1強磁性層は、前記第1方向に延びており、
前記第1強磁性交換結合部における前記第1強磁性層の前記延びる方向の長さが、前記第2強磁性交換結合部における前記第1強磁性層の前記延びる方向の長さよりも長く、
前記第1方向に並ぶ複数の磁壁移動型空間光変調素子は、それぞれの前記第1強磁性交換結合部が同一の前記第1強磁性層を共有して構成される、磁壁移動型空間光変調器。
A light modulator that changes the direction of polarization of incident light and emits the light,
A domain wall displacement type spatial light modulator including a domain wall displacement type spatial light modulator having a first ferromagnetic exchange coupling portion and a second ferromagnetic exchange coupling portion having different coercive forces and arranged in parallel. hand,
In the domain wall motion type spatial light modulator, a plurality of the domain wall motion type spatial light modulators are arranged in a grid in a first direction and a second direction orthogonal to the first direction,
In the domain wall displacement type spatial light variable element,
Two second ferromagnetic exchange coupling sections are provided at both ends of the light modulation section;
One said first ferromagnetic exchange coupling part is disposed interposed between said two said second ferromagnetic exchange coupling parts,
Each of the first ferromagnetic exchange coupling section and the second ferromagnetic exchange coupling section includes:
A first ferromagnetic layer made of a ferromagnetic material;
A second ferromagnetic layer formed on the first ferromagnetic layer and made of a ferromagnetic material and ferromagnetically exchange-coupled with the first ferromagnetic layer;
The first ferromagnetic layer extends in the first direction,
A length of the first ferromagnetic layer in the extending direction of the first ferromagnetic exchange coupling portion is longer than a length of the second ferromagnetic exchange coupling portion in the extending direction of the first ferromagnetic layer;
The plurality of domain wall displacement type spatial light modulators arranged in the first direction are configured such that the first ferromagnetic exchange coupling portions share the same first ferromagnetic layer. vessel.
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