JP2023136629A - Domain wall movement type spatial light modulator - Google Patents

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Nobuhiko Funabashi
真弓 川那
Mayumi Kawana
諒 東田
Ryo Higashida
賢一 青島
Kenichi Aoshima
賢司 町田
Kenji Machida
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Abstract

To provide a domain wall movement type spatial light modulator with which it is possible to increase the numerical aperture of a domain wall movement type spatial light modulation element by a simple process.SOLUTION: A domain wall movement type spatial light modulator 300 comprises domain wall movement type spatial light modulation elements 30 each having light modulation layers 31 that output polarized light of incident light by changing its direction, and a first magnetization fixed layer 32 and second magnetization fixed layers 33 that are each arranged extending to both ends of the light modulation layer 31. Coercive force of the first magnetization fixed layer 32 of the domain wall movement type spatial light modulation element 30 is smaller than coercive force of the second magnetization fixed layer 33, and the second magnetization fixed layer 33 at least partially extends vertically or diagonally with respect to a direction in which the first magnetization fixed layer 32 extends.SELECTED DRAWING: Figure 6

Description

本発明は、磁壁移動型空間光変調器に関する。 The present invention relates to a domain wall moving spatial light modulator.

立体ホログラフィを実現するためには、実用上、30°以上の視域が求められる。そのため、表示装置である空間光変調器(SLM)の画素ピッチを1μm以下にする必要がある。液晶、デジタルマイクロミラーデバイス(DMD)等の既存のSLMは、画素ピッチが5μm程度であり、これ以上微細化するのは困難である。 In order to realize three-dimensional holography, a viewing zone of 30 degrees or more is practically required. Therefore, it is necessary to reduce the pixel pitch of a spatial light modulator (SLM), which is a display device, to 1 μm or less. Existing SLMs such as liquid crystals and digital micromirror devices (DMDs) have a pixel pitch of approximately 5 μm, and it is difficult to miniaturize them any further.

一方、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、動作電流等の観点から、性能を改善する必要があるものの、1μm程度の画素ピッチを容易に実現することができる(例えば、特許文献1参照)。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。 On the other hand, magneto-optical spatial light modulators (MOSLM) that use spin injection magnetization reversal or domain wall movement to rewrite pixels need to improve their performance from the viewpoints of light utilization efficiency, operating current, etc. It is possible to easily realize a pixel pitch of (see, for example, Patent Document 1). A 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 brightness and darkness.

磁壁移動型空間光変調器は、入射した光の偏光の向きを変化させて出射する光変調層と、光変調層の両端部に互いに平行に延びて配置されており、保磁力が異なる第1磁化固定層および第2磁化固定層を有する磁壁移動型空間光変調素子を備え、光変調層に流す電流の向きにより、磁区の拡大および縮小を制御することができる(例えば、特許文献2参照)。磁壁移動型空間光変調器は、スピン注入磁化反転を用いたMOSLMに比べて、低消費電力を期待できるが、光変調層と2つの磁化固定層の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ために、1μm以下の画素ピッチを前提とする高度なデバイス設計を実現する必要がある。 A domain wall motion spatial light modulator includes a light modulation layer that changes the polarization direction of incident light and emits the light, and a first layer that extends parallel to each other at both ends of the light modulation layer and has a different coercive force. It is equipped with a domain wall motion spatial light modulator having a magnetization fixed layer and a second magnetization fixed layer, and can control the expansion and contraction of the magnetic domain by the direction of the current flowing through the light modulation layer (for example, see Patent Document 2) . Domain wall motion spatial light modulators can be expected to consume less power than MOSLMs that use spin injection magnetization reversal, but the three types of ferromagnetic layers, the optical modulation layer and the two fixed magnetization layers, do not have enough coercive force. In order to make a difference and precisely fabricate a complex device structure, it is necessary to realize an advanced device design based on a pixel pitch of 1 μm or less.

特許文献3では、第1磁化固定層および第2磁化固定層の保磁力差を設計する際に、第1磁化固定層および第2磁化固定層を一度のプロセスで形成することで、高精度な位置合わせの回数を省略する方法が記載されている。これにより、簡易なプロセスで磁壁移動型空間光変調素子を形成することができる。 In Patent Document 3, when designing the coercive force difference between the first magnetization fixed layer and the second magnetization fixed layer, high precision can be achieved by forming the first magnetization fixed layer and the second magnetization fixed layer in one process. A method for omitting the number of alignments is described. Thereby, a domain wall displacement type spatial light modulator can be formed with a simple process.

特開2012-141402号公報Japanese Patent Application Publication No. 2012-141402 特開2018-206900号公報JP2018-206900A 特開2019-220544号公報JP2019-220544A

しかしながら、画素選択トランジスタのドレイン電極およびグランド電極上に、磁壁移動型空間光変調素子を形成するため、設計の際には、ドレイン電極およびグランド電極と、第1磁化固定層および第2磁化固定層との間に、位置合わせマージンが必要となる。このため、磁壁移動型空間光変調素子の開口率を増大させることが困難であった。 However, since a domain wall motion spatial light modulator is formed on the drain electrode and ground electrode of the pixel selection transistor, when designing, it is necessary to An alignment margin is required between the two. For this reason, it has been difficult to increase the aperture ratio of domain wall displacement type spatial light modulators.

本発明は、簡易なプロセスで磁壁移動型空間光変調素子の開口率を増大させることが可能な磁壁移動型空間光変調器を提供することを目的とする。 An object of the present invention is to provide a domain wall displacement spatial light modulator that can increase the aperture ratio of the domain wall displacement spatial light modulator with a simple process.

本発明の一態様は、磁壁移動型空間光変調器において、入射した光の偏光の向きを変化させて出射する光変調層と、前記光変調層の両端部に延びて配置されている第1磁化固定層および第2磁化固定層と、を有する磁壁移動型空間光変調素子を備え、前記磁壁移動型空間光変調素子は、前記第1磁化固定層の保磁力が前記第2磁化固定層の保磁力よりも小さく、前記第2磁化固定層の少なくとも一部が、前記第1磁化固定層が延びている方向に対して、垂直または斜めに延びている。 One aspect of the present invention provides a domain wall displacement spatial light modulator including a light modulation layer that changes the direction of polarization of incident light and emits the light, and a first light modulation layer extending from both ends of the light modulation layer. The domain wall motion spatial light modulator includes a domain wall motion spatial light modulator having a magnetization fixed layer and a second magnetization fixed layer, and the domain wall motion spatial light modulation device is such that the coercive force of the first magnetization fixed layer is such that the coercive force of the first magnetization fixed layer is equal to that of the second magnetization fixed layer. At least a portion of the second magnetization fixed layer extends perpendicularly or obliquely to the direction in which the first magnetization fixed layer extends.

前記磁壁移動型空間光変調素子は、前記第2磁化固定層の少なくとも一部が、前記第1磁化固定層が延びている方向に対して、平行に延びていてもよい。 In the domain wall motion spatial light modulator, at least a portion of the second magnetization fixed layer may extend parallel to a direction in which the first magnetization fixed layer extends.

前記第2磁化固定層は、上面視L字形状または上面視逆L字形状であってもよい。 The second magnetization fixed layer may have an L-shape when viewed from above or an inverted L-shape when viewed from above.

前記磁壁移動型空間光変調素子は、前記光変調層が、前記第1磁化固定層が延びている方向に対して、垂直に延びていてもよい。 In the domain wall motion spatial light modulator, the light modulating layer may extend perpendicularly to a direction in which the first magnetization fixed layer extends.

前記第1磁化固定層が延びている方向の長さは、前記第2磁化固定層が延びている方向の長さよりも長くてもよい。 The length in the extending direction of the first magnetization fixed layer may be longer than the length in the extending direction of the second magnetization fixed layer.

本発明によれば、簡易なプロセスで磁壁移動型空間光変調素子の開口率を増大させることが可能な磁壁移動型空間光変調器を提供することができる。 According to the present invention, it is possible to provide a domain wall displacement spatial light modulator that can increase the aperture ratio of the domain wall displacement spatial light modulator with a simple process.

従来の磁壁移動型空間光変調素子の構造を示す斜視図である。FIG. 2 is a perspective view showing the structure of a conventional domain wall displacement type spatial light modulator. 図1の磁壁移動型空間光変調素子の動作を示す側面図である。FIG. 2 is a side view showing the operation of the domain wall displacement spatial light modulator of FIG. 1; 図1の磁壁移動型空間光変調素子の構造および動作を示す側面図である。FIG. 2 is a side view showing the structure and operation of the domain wall displacement spatial light modulator of FIG. 1. FIG. 従来の磁壁移動型空間光変調器の構造を示す上面図である。FIG. 2 is a top view showing the structure of a conventional domain wall displacement spatial light modulator. 図4の磁壁移動型空間光変調素子と画素選択トランジスタのドレイン電極およびグランド電極との位置関係を示す上面図である。FIG. 5 is a top view showing the positional relationship between the domain wall motion spatial light modulator of FIG. 4 and the drain electrode and ground electrode of the pixel selection transistor. 本実施形態の磁壁移動型空間光変調器の一例の構造を示す上面図である。FIG. 2 is a top view showing the structure of an example of a domain wall moving spatial light modulator according to the present embodiment. 図4および図6の磁壁移動型空間光変調器の計算モデルを示す斜視図である。FIG. 7 is a perspective view showing a calculation model of the domain wall moving spatial light modulator shown in FIGS. 4 and 6. FIG. 図4および図6の磁壁移動型空間光変調器の計算モデルの磁界強度の計算結果を示す図である。FIG. 7 is a diagram showing calculation results of magnetic field strength of a calculation model of the domain wall moving spatial light modulator shown in FIGS. 4 and 6. FIG. 図4の磁壁移動型空間光変調器の計算モデルの磁壁電流駆動の計算結果を示す図である。5 is a diagram showing calculation results of domain wall current drive of the calculation model of the domain wall displacement type spatial light modulator of FIG. 4. FIG. 図6の磁壁移動型空間光変調器の計算モデルの磁壁電流駆動の計算結果を示す図(その1)である。7 is a diagram (part 1) showing calculation results of domain wall current drive of the calculation model of the domain wall displacement spatial light modulator of FIG. 6; FIG. 図6の磁壁移動型空間光変調器の計算モデルの磁壁電流駆動の計算結果を示す図(その2)である。FIG. 7 is a diagram (part 2) showing calculation results of domain wall current drive of the calculation model of the domain wall displacement spatial light modulator of FIG. 6; 図6の磁壁移動型空間光変調器の変形例の構造を示す上面図である。7 is a top view showing the structure of a modification of the domain wall displacement spatial light modulator of FIG. 6. FIG. 図6の磁壁移動型空間光変調器の変形例の構造を示す上面図である。7 is a top view showing the structure of a modification of the domain wall displacement spatial light modulator of FIG. 6. FIG.

以下、本発明の実施形態について、図面を参照しながら説明するが、本実施形態の磁壁移動型空間光変調器の基本的な構成(材料、構造、動作等)は、従来の磁壁移動型空間光変調器と同様であるため、まず、従来の磁壁移動型空間光変調器について説明する。 Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings, but the basic configuration (materials, structure, operation, etc.) of the domain wall moving spatial light modulator of this embodiment is different from that of the conventional domain wall moving spatial light modulator. Since it is similar to an optical modulator, a conventional domain wall displacement spatial light modulator will be described first.

[従来の磁壁移動型空間光変調器]
図1に、従来の磁壁移動型空間光変調素子の構造を示す。磁壁移動型空間光変調素子10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層11と、光変調層11の両端部に配置されており、保磁力が異なる第1磁化固定層12および第2磁化固定層13と、を有し、Si等の基板上に形成される。
[Conventional domain wall moving spatial light modulator]
FIG. 1 shows the structure of a conventional domain wall displacement type spatial light modulator. The domain wall motion spatial light modulator 10 includes a light modulating layer 11 that changes the direction of polarization of incident light and outputs the light, and a first magnetization fixed layer that is arranged at both ends of the light modulating layer 11 and has a different coercive force. It has a layer 12 and a second magnetization fixed layer 13, and is formed on a substrate such as Si.

第1磁化固定層12および第2磁化固定層13は、それぞれCu、Al、Au、Ag、Ru、Ta、Cr等の金属およびその合金等の一般的な金属電極材料で構成される下部電極を最下層に有し、下部電極にパルス電流源が接続されている。 The first magnetization fixed layer 12 and the second magnetization fixed layer 13 each have a lower electrode made of a general metal electrode material such as a metal such as Cu, Al, Au, Ag, Ru, Ta, Cr, or an alloy thereof. A pulse current source is connected to the lower electrode on the bottom layer.

磁壁移動型空間光変調素子10は、所定方向に延びている上面視矩形状の光変調層11の両端部に、互いに平行に延びている第1磁化固定層12および第2磁化固定層13が配置されており、光変調層11は、第1磁化固定層12および第2磁化固定層13が平行に延びている方向に対して、垂直に延びている。光変調層11の下面と、第1磁化固定層12および第2磁化固定層13の上面は、同一平面で接しており、第1磁化固定層12および第2磁化固定層13を介して、光変調層11にパルス電流を印加可能となっている。 The domain wall displacement spatial light modulator 10 has a first magnetization fixed layer 12 and a second magnetization fixed layer 13 extending in parallel to each other at both ends of a light modulation layer 11 which is rectangular in top view and extends in a predetermined direction. The light modulation layer 11 extends perpendicularly to the direction in which the first magnetization fixed layer 12 and the second magnetization fixed layer 13 extend in parallel. The lower surface of the light modulation layer 11 and the upper surfaces of the first magnetization fixed layer 12 and the second magnetization fixed layer 13 are in contact with each other on the same plane, and light is transmitted through the first magnetization fixed layer 12 and the second magnetization fixed layer 13. A pulse current can be applied to the modulation layer 11.

図2に、磁壁移動型空間光変調素子10の動作を示す。具体的には、第1磁化固定層12の保磁力(Hc1)および第2磁化固定層13の保磁力(Hc2)の間に、保磁力差(Hc2>Hc1)を設計し、外部磁界を印加することにより、光変調制御に必須となる光変調層11の両端の互いに反平行な初期磁化方向を実現する。まず、Hc2よりも大きい、下向きの外部磁界Hx1(Hx1>Hc2>Hc1)を印加すると、光変調層11、第1磁化固定層12および第2磁化固定層13の磁化が下向きになる(図2(a)参照)。次に、Hc1よりも大きく、Hc2よりも小さい、上向きの外部磁界Hx2(Hc2>Hx2>Hc1)を印加すると、光変調層11および第1磁化固定層12の磁化の向きが上向きに変化する(図2(b)参照)。このとき、第1磁化固定層12からの漏れ磁界Hlによって光変調層11の第1磁化固定層12側の端部に初期磁区11aが形成され、これにより、磁壁移動型空間光変調素子10の開口率が決定される(図2(c)参照)。 FIG. 2 shows the operation of the domain wall displacement type spatial light modulator 10. Specifically, a coercive force difference (Hc2>Hc1) is designed between the coercive force (Hc1) of the first magnetization fixed layer 12 and the coercive force (Hc2) of the second magnetization fixed layer 13, and an external magnetic field is applied. By doing so, mutually antiparallel initial magnetization directions at both ends of the light modulation layer 11, which are essential for light modulation control, are realized. First, when a downward external magnetic field Hx1 (Hx1>Hc2>Hc1), which is larger than Hc2, is applied, the magnetization of the light modulation layer 11, first magnetization fixed layer 12, and second magnetization fixed layer 13 becomes downward (Fig. (see (a)). Next, when an upward external magnetic field Hx2 (Hc2>Hx2>Hc1), which is larger than Hc1 and smaller than Hc2, is applied, the magnetization directions of the light modulation layer 11 and the first magnetization fixed layer 12 change upward ( (See Figure 2(b)). At this time, an initial magnetic domain 11a is formed at the end of the light modulation layer 11 on the first magnetization fixed layer 12 side due to the leakage magnetic field Hl from the first magnetization fixed layer 12, and as a result, the domain wall movement type spatial light modulation element 10 The aperture ratio is determined (see FIG. 2(c)).

図3に、磁壁移動型空間光変調素子10の構造および動作を示す。磁壁移動型空間光変調素子10Aは、光変調層11と、第1磁化固定層12および第2磁化固定層13との間に、微細加工プロセスや磁気的な設計に応じて、中間層14として、非磁性金属層およびバッファ層が形成されている。 FIG. 3 shows the structure and operation of the domain wall displacement type spatial light modulator 10. The domain wall motion spatial light modulator 10A has an intermediate layer 14 between the light modulating layer 11, the first magnetization fixed layer 12, and the second magnetization fixed layer 13, depending on the microfabrication process and magnetic design. , a nonmagnetic metal layer and a buffer layer are formed.

第1磁化固定層12は、強磁性材料からなり、磁化方向が一方向に固定された層であり、保磁力が大きい。第1磁化固定層12は、光変調層11と同一方向の磁気異方性を有し、光変調層11に垂直磁気異方性を有する強磁性材料を用いる場合には、第1磁化固定層12も垂直磁気異方性を有する強磁性材料を用いる。光変調層11および第1磁化固定層12が、垂直磁気異方性を有する強磁性材料で構成されることが好ましい。 The first magnetization fixed layer 12 is made of a ferromagnetic material, has a magnetization direction fixed in one direction, and has a large coercive force. The first magnetization fixed layer 12 has magnetic anisotropy in the same direction as the light modulation layer 11, and when a ferromagnetic material having perpendicular magnetic anisotropy is used for the light modulation layer 11, the first magnetization fixed layer 12 has magnetic anisotropy in the same direction as the light modulation layer 11. No. 12 also uses a ferromagnetic material having perpendicular magnetic anisotropy. It is preferable that the light modulation layer 11 and the first magnetization fixed layer 12 are made of a ferromagnetic material having perpendicular magnetic anisotropy.

第1磁化固定層12および第2磁化固定層13を構成する材料としては、磁化が垂直方向に固定された磁化固定層および磁化の方向が反転可能な磁化自由層で非磁性層が挟持されており、垂直磁気異方性を有するCPP-GMR(垂直通電型巨大磁気抵抗効果)素子、TMR素子等の磁化固定層を構成する公知の強磁性材料を用いることができる。具体的には、Fe、Co、Ni等の遷移金属およびそれらの遷移金属を含む合金を用いることができ、例えば、TbFe系合金、TbFeCo系合金、CoCr系合金、CoPt系合金、CoPd系合金、FePt系合金等が挙げられる。これにより、第1磁化固定層12の保磁力を大きくすることができ、第1磁化固定層12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 materials constituting the first magnetization fixed layer 12 and the second magnetization fixed layer 13 include a nonmagnetic layer sandwiched between a magnetization fixed layer whose magnetization is fixed in the perpendicular direction and a magnetization free layer whose magnetization direction is reversible. Therefore, a known ferromagnetic material constituting the magnetization fixed layer of a CPP-GMR (perpendicularly conducting giant magnetoresistive effect) element having perpendicular magnetic anisotropy, a TMR element, etc. can be used. Specifically, transition metals such as Fe, Co, and Ni and alloys containing these transition metals can be used, such as TbFe-based alloys, TbFeCo-based alloys, CoCr-based alloys, CoPt-based alloys, CoPd-based alloys, Examples include FePt-based alloys. Thereby, the coercive force of the first magnetization fixed layer 12 can be increased, and the magnetization direction of the first magnetization fixed layer 12 can be fixed so as not to be easily changed by an external magnetic field.

また、第1磁化固定層12は、Fe層、Co層、Ni層等の遷移金属層と非磁性金属層とが交互に積層されている多層膜であってもよく、例えば、Co/Pt、Fe/Pt、Co/Pd等の多層膜であってもよい。これらの強磁性材料を用いることにより、垂直磁気異方性が高く、保磁力が大きい第1磁化固定層12が得られる。 Further, the first magnetization fixed layer 12 may be a multilayer film in which transition metal layers such as an Fe layer, a Co layer, and a Ni layer and nonmagnetic metal layers are alternately laminated; for example, Co/Pt, A multilayer film such as Fe/Pt or Co/Pd may be used. By using these ferromagnetic materials, the first magnetization fixed layer 12 with high 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、上述の多層膜を熱処理して第1磁化固定層12の保磁力を増大させると、光変調層11と結合した後の強磁性交換結合部の保磁力も増大し、光変調領域11bとの保磁力差が大きくなる。 Here, the above-mentioned multilayer film has a characteristic that the coercive force increases by heat treatment. Therefore, when the multilayer film described above is heat-treated to increase the coercive force of the first magnetization fixed layer 12, the coercive force of the ferromagnetic exchange coupling portion after coupling with the light modulation layer 11 also increases, and the light modulation region 11b and The difference in coercive force increases.

非磁性金属層およびバッファ層は、光変調層11および第1磁化固定層12の間に配置され、光変調層11および第1磁化固定層12の間の磁気的結合を保つことができる。 The nonmagnetic metal layer and the buffer layer are arranged between the light modulation layer 11 and the first magnetization fixed layer 12, and can maintain magnetic coupling between the light modulation layer 11 and the first magnetization fixed layer 12.

非磁性金属層は、第1磁化固定層12上に積層される。非磁性金属層は、後述する製造工程において、第1磁化固定層12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。非磁性金属層としては、非磁性金属からなる薄膜を用いることができる。非磁性金属としては、例えば、Ta、Mo、Ru等が挙げられ、これらの中でも、Taが好ましい。 A nonmagnetic metal layer is laminated on the first magnetization fixed layer 12. The nonmagnetic metal layer is provided to prevent etching damage from occurring on the first magnetization fixed layer 12 in the manufacturing process described later. A thin film made of nonmagnetic metal can be used as the nonmagnetic metal layer. Examples of the nonmagnetic metal include Ta, Mo, and Ru, and among these, Ta is preferable.

バッファ層は、非磁性金属層上に積層される。バッファ層は、磁壁移動型空間光変調素子10であっても、TMR素子であっても、電流を流す必要があるため、薄膜化したときに、適度な導電性を有する材料で構成される。また、バッファ層は、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(二次イオン質量分析)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構成されることが望ましい。これにより、エッチングをバッファ層で確実に止めることが可能となり、第1磁化固定層12にダメージが及ぶのを回避できる。 The buffer layer is laminated on the nonmagnetic metal layer. The buffer layer is made of a material that has appropriate conductivity when made into a thin film, since it is necessary to flow a current regardless of whether it is a domain wall motion spatial light modulator 10 or a TMR element. In addition, the buffer layer is desirably made of a material that has a slow etching rate in the manufacturing process described below, contains an element that has high detection sensitivity in SIMS (secondary ion mass spectrometry), and is visible on a SIMS endpoint monitor. . Thereby, it becomes possible to reliably stop etching with the buffer layer, and damage to the first magnetization fixed layer 12 can be avoided.

バッファ層を構成する材料としては、酸化物または窒化物を用いることができ、例えば、MgO、Al、MgAl、TiO、ZnO、RuO等が挙げられる。これら中でも、MgOが好ましい。MgO層は、適度な導電性を有し、エッチングのレートが遅い上、SIMS感度が高い。 As a material constituting the buffer layer, an oxide or a nitride can be used, and examples thereof include MgO, Al 2 O 3 , MgAl 2 O 4 , TiO 2 , ZnO, RuO 2 and the like. Among these, MgO is preferred. The MgO layer has moderate conductivity, slow etching rate, and high SIMS sensitivity.

光変調層11は、第1磁化固定層12上またはバッファ層上に積層される。光変調層11を構成する材料としては、公知の強磁性材料を用いることができ、磁気光学効果(カー効果)の大きい材料を用いることが好ましい。磁気光学効果を大きくするためには、光変調層11は、垂直磁気異方性を有する磁性層であることが好ましい。光変調層11の具体例としては、Co/Pd多層膜等の遷移金属と、Pd、Pt、Cu等との多層膜、TbFeCo膜、GdFe膜等の希土類金属と遷移金属との合金(RE-TM合金)膜等が挙げられる。これらの中でも、GdFe膜が好ましい。 The light modulation layer 11 is laminated on the first magnetization fixed layer 12 or the buffer layer. As the material constituting the light modulation layer 11, a known ferromagnetic material can be used, and it is preferable to use a material with a large magneto-optic effect (Kerr effect). In order to increase the magneto-optic effect, the light modulating layer 11 is preferably a magnetic layer having perpendicular magnetic anisotropy. Specific examples of the light modulation layer 11 include multilayer films of transition metals such as Co/Pd multilayer films and Pd, Pt, Cu, etc., alloys of rare earth metals and transition metals such as TbFeCo films, and GdFe films (RE- TM alloy) film, etc. Among these, GdFe film is preferred.

第1磁化固定層12と直上に配置された光変調層11の一部は、非磁性金属層およびバッファ層を介して、強磁性交換結合されている。これにより、第1磁化固定層12の磁化方向と直上に配置された光変調層11の一部の磁化方向は同時反転する。 A part of the light modulating layer 11 disposed directly above the first magnetization fixed layer 12 is ferromagnetically exchange-coupled via the nonmagnetic metal layer and the buffer layer. As a result, the magnetization direction of the first magnetization fixed layer 12 and the magnetization direction of a portion of the light modulation layer 11 disposed directly above are simultaneously reversed.

第2磁化固定層13は、第1磁化固定層12で使用可能な材料の中から選択され、同様に、非磁性金属層およびバッファ層も、それぞれ第1磁化固定層12における非磁性金属層およびバッファ層で使用可能な材料の中から選択される。光変調層11に対しては、第1磁化固定層12の場合と同様に振る舞うように設計する。 The second magnetization fixed layer 13 is selected from materials that can be used in the first magnetization fixed layer 12, and similarly, the nonmagnetic metal layer and the buffer layer are respectively selected from materials that can be used in the first magnetization fixed layer 12. Selected from among the materials available for the buffer layer. The light modulation layer 11 is designed to behave in the same manner as the first magnetization fixed layer 12.

ここで、第1磁化固定層12および第2磁化固定層13は、光変調領域11bおよび磁壁11c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。このため、外部磁界を印加することにより、光変調制御に必須となる光変調層11の両端の互いに反平行な初期磁化方向を実現することが可能となっている。 Here, the first magnetization fixed layer 12 and the second magnetization fixed layer 13 are designed to have different coercive forces in order to form the optical modulation region 11b and the domain wall 11c. Therefore, by applying an external magnetic field, it is possible to realize mutually antiparallel initial magnetization directions at both ends of the light modulation layer 11, which are essential for light modulation control.

なお、光変調層11、第1磁化固定層12、第2磁化固定層13、各非磁性金属層および各バッファ層の各層間または下部電極との界面に、機能層を適宜形成してもよい。例えば、微細加工プロセス中に光変調層11が受けるダメージを防ぐために、光変調層11上に、Ta、RuまたはSiNを含むキャップ層を設けてもよい。キャップ層は、光変調層11の形成に用いられて酸化しやすいGdFeやTbFeCoが、磁壁移動型空間光変調素子10が完成した後に、大気中で酸化するのを防止する機能を有する。 Note that a functional layer may be appropriately formed between the light modulation layer 11, the first magnetization fixed layer 12, the second magnetization fixed layer 13, each nonmagnetic metal layer, and each buffer layer or at the interface with the lower electrode. . For example, a cap layer containing Ta, Ru, or SiN may be provided on the light modulation layer 11 in order to prevent damage to the light modulation layer 11 during the microfabrication process. The cap layer has a function of preventing GdFe and TbFeCo, which are used to form the light modulation layer 11 and are easily oxidized, from being oxidized in the atmosphere after the domain wall motion spatial light modulation element 10 is completed.

上述した通り、第1磁化固定層12と、直上の光変調層11の一部は、強磁性交換結合しており、第2磁化固定層13と直上の光変調層11の一部は、同じく強磁性交換結合しており、それぞれの磁化方向は、同時に反転する。そして、図1および図3に示すように、第1磁化固定層12の磁化方向が上向きになるように設計されている一方で、第2磁化固定層13の磁化方向が下向きになるように設計されている。 As mentioned above, the first magnetization fixed layer 12 and a part of the light modulation layer 11 directly above are ferromagnetic exchange coupled, and the second magnetization fixed layer 13 and a part of the light modulation layer 11 directly above are also ferromagnetic exchange coupled. They are ferromagnetically exchange coupled, and their respective magnetization directions are simultaneously reversed. As shown in FIGS. 1 and 3, the first magnetization fixed layer 12 is designed to have an upward magnetization direction, while the second magnetization fixed layer 13 is designed to have a downward magnetization direction. has been done.

光変調層11には、光変調層11の長手方向に対して直交する磁壁11cが形成されている。即ち、光変調層11の磁壁11cの両側に形成される磁区の磁化方向が互いに逆方向となっている。例えば、図1および図3に示すように、磁壁11cよりも第1磁化固定層12側の磁区の磁化方向が下向きとなっており、磁壁11cよりも第2磁化固定層13側の磁区の磁化方向が上向きとなっている。 A domain wall 11c is formed in the light modulation layer 11 and is perpendicular to the longitudinal direction of the light modulation layer 11. That is, the magnetization directions of the magnetic domains formed on both sides of the domain wall 11c of the light modulating layer 11 are opposite to each other. For example, as shown in FIGS. 1 and 3, the magnetization direction of the magnetic domain closer to the first magnetization fixed layer 12 than the domain wall 11c is downward, and the magnetization direction of the magnetic domain closer to the second magnetization fixed layer 13 than the domain wall 11c is The direction is upward.

このように、磁壁11cを介して、磁化方向の向きが異なる磁区を光変調層11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の上方から光変調層11の上面に対して偏光の揃った光が入射すると、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、これらの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、光を変調させることが可能となる。一方で、ガラス、サファイア等の透光性の材料で基板を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。 In this way, by forming magnetic domains with different magnetization directions in the light modulation layer 11 via the domain wall 11c, the domain wall displacement spatial light modulation element 10 can function as a spatial light modulation element. More specifically, for example, when the domain wall displacement spatial light modulator 10 is configured as a reflective spatial light modulator, polarized light is applied from above the domain wall motion spatial light modulator 10 to the upper surface of the light modulation layer 11. When light with uniform values is incident, the angle of rotation of the plane of polarization of the reflected light differs depending on the direction of magnetization. Therefore, it is possible to modulate the light by assigning each reflected light according to the rotation angle of these different polarization planes to brightness and darkness of the light through the polarizing filter. On the other hand, by configuring the substrate with a transparent material such as glass or sapphire, it is also possible to cause the domain wall movement type spatial light modulation element 10 to function as a transmission type spatial light modulation element.

図4に、従来の磁壁移動型空間光変調器の構造を示す。磁壁移動型空間光変調器200は、複数の磁壁移動型空間光変調素子20を備える。また、磁壁移動型空間光変調素子20は、磁壁移動型空間光変調素子10と同様に、光変調層21と、第1磁化固定層22と、第2磁化固定層23と、を有する。このとき、第1磁化固定層22および第2磁化固定層23を構成する材料は同一であるが、第1磁化固定層22が延びている方向の長さは、第2磁化固定層23が延びている方向の長さよりも長い。このため、第1磁化固定層22の保磁力は、第2磁化固定層23の保磁力よりも小さい。ここで、第1磁化固定層22の両側に配置されている磁壁移動型空間光変調素子20は、第1磁化固定層22を共有している。また、第1磁化固定層22が延びている方向に配置されている磁壁移動型空間光変調素子20は、第1磁化固定層22を共有している。 FIG. 4 shows the structure of a conventional domain wall moving spatial light modulator. The domain wall moving spatial light modulator 200 includes a plurality of domain wall moving spatial light modulators 20. Further, like the domain wall motion spatial light modulator 10, the domain wall motion spatial light modulator 20 includes a light modulation layer 21, a first magnetization fixed layer 22, and a second magnetization fixed layer 23. At this time, the materials constituting the first magnetization fixed layer 22 and the second magnetization fixed layer 23 are the same, but the length in the direction in which the first magnetization fixed layer 22 extends is the same as the length in the direction in which the second magnetization fixed layer 23 extends. longer than the length in the direction shown. Therefore, the coercive force of the first magnetization fixed layer 22 is smaller than the coercive force of the second magnetization fixed layer 23. Here, the domain wall motion spatial light modulators 20 disposed on both sides of the first magnetization fixed layer 22 share the first magnetization fixed layer 22. Furthermore, the domain wall motion spatial light modulators 20 arranged in the direction in which the first magnetization fixed layer 22 extends share the first magnetization fixed layer 22.

一方、図5に示すように、第1磁化固定層22がグランド電極24と接し、第2磁化固定層23の一部が画素選択トランジスタのドレイン電極25と接する。このため、設計の際には、グランド電極24およびドレイン電極25と、第1磁化固定層22および第2磁化固定層23との間に、位置合わせマージンが必要となる。このため、磁壁移動型空間光変調素子20の開口率を増大させることが困難であった。 On the other hand, as shown in FIG. 5, the first magnetization fixed layer 22 is in contact with the ground electrode 24, and a part of the second magnetization fixed layer 23 is in contact with the drain electrode 25 of the pixel selection transistor. Therefore, during design, an alignment margin is required between the ground electrode 24 and drain electrode 25 and the first magnetization fixed layer 22 and second magnetization fixed layer 23. For this reason, it has been difficult to increase the aperture ratio of the domain wall displacement type spatial light modulator 20.

なお、磁壁移動型空間光変調器200の製造方法としては、特に限定されないが、例えば、特許文献3に記載されている方法を用いることができる。具体的には、まず、Siバックプレーン上に形成された絶縁部材のSiO層に対して、第1磁化固定層22および第2磁化固定層23の形状に対応したレジストをパターニングした後、エッチングする。次に、Siバックプレーン上のエッチングされた領域に、第1磁化固定層22および第2磁化固定層23、中間層等を成膜する。次に、レジスト層を除去した後、光変調層21を構成する材料を成膜する。次に、光変調層21の形状に対応したレジストをパターニングした後、エッチングする。最後に、レジスト層を除去し、光変調層21を形成する。 Note that the method for manufacturing the domain wall displacement spatial light modulator 200 is not particularly limited, but for example, the method described in Patent Document 3 can be used. Specifically, first, a resist corresponding to the shapes of the first magnetization fixed layer 22 and the second magnetization fixed layer 23 is patterned on the SiO 2 layer of the insulating member formed on the Si backplane, and then etching is performed. do. Next, the first magnetization fixed layer 22, the second magnetization fixed layer 23, an intermediate layer, etc. are formed in the etched region on the Si backplane. Next, after removing the resist layer, a material constituting the light modulation layer 21 is deposited. Next, a resist corresponding to the shape of the light modulation layer 21 is patterned and then etched. Finally, the resist layer is removed and a light modulation layer 21 is formed.

[本実施形態の磁壁移動型空間光変調器]
図6に、本実施形態の磁壁移動型空間光変調器の一例の構造を示す。磁壁移動型空間光変調器300は、磁壁移動型空間光変調器200と同様に、複数の磁壁移動型空間光変調素子30を備える。また、磁壁移動型空間光変調素子30は、磁壁移動型空間光変調素子20と同様に、光変調層31と、第1磁化固定層32と、第2磁化固定層33と、を有する。このとき、第1磁化固定層32および第2磁化固定層33を構成する材料は同一であるが、第1磁化固定層32が延びている方向の長さは、第2磁化固定層33が延びている方向の長さよりも長い。このため、第1磁化固定層32の保磁力は、第2磁化固定層33の保磁力よりも小さい。ここで、第1磁化固定層32の両側に配置されている磁壁移動型空間光変調素子30は、第1磁化固定層32を共有している。また、第1磁化固定層32が延びている方向に配置されている磁壁移動型空間光変調素子30は、第1磁化固定層32を共有している。
[Domain wall moving spatial light modulator of this embodiment]
FIG. 6 shows the structure of an example of the domain wall moving spatial light modulator of this embodiment. Similar to the domain wall displacement spatial light modulator 200, the domain wall displacement spatial light modulator 300 includes a plurality of domain wall displacement spatial light modulators 30. Further, the domain wall motion spatial light modulator 30 includes a light modulation layer 31, a first magnetization fixed layer 32, and a second magnetization fixed layer 33, similarly to the domain wall motion spatial light modulator 20. At this time, the materials constituting the first magnetization fixed layer 32 and the second magnetization fixed layer 33 are the same, but the length in the direction in which the first magnetization fixed layer 32 extends is the same as the length in the direction in which the second magnetization fixed layer 33 extends. longer than the length in the direction shown. Therefore, the coercive force of the first magnetization fixed layer 32 is smaller than the coercive force of the second magnetization fixed layer 33. Here, the domain wall motion spatial light modulators 30 disposed on both sides of the first magnetization fixed layer 32 share the first magnetization fixed layer 32. Further, the domain wall motion spatial light modulators 30 arranged in the direction in which the first magnetization fixed layer 32 extends share the first magnetization fixed layer 32.

一方、第1磁化固定層32が矩形状のグランド電極34と接し、第2磁化固定層33の一部が画素選択トランジスタの矩形状のドレイン電極35と接するが、第2磁化固定層33が、第1磁化固定層32が延びている方向に対して、垂直に延びている領域および平行に延びている領域を有し、上面視L字形状または上面視逆L字形状となっている。このため、磁壁移動型空間光変調素子30は、磁壁移動型空間光変調素子20と比較して、位置合わせマージンが低減され、開口率が増大する。 On the other hand, the first magnetization fixed layer 32 is in contact with the rectangular ground electrode 34, and a part of the second magnetization fixed layer 33 is in contact with the rectangular drain electrode 35 of the pixel selection transistor. It has a region extending perpendicularly and a region extending parallel to the direction in which the first magnetization fixed layer 32 extends, and has an L-shape or an inverted L-shape when viewed from above. Therefore, the domain wall displacement type spatial light modulator 30 has a reduced alignment margin and an increased aperture ratio compared to the domain wall displacement type spatial light modulation element 20.

なお、第2磁化固定層33が、第1磁化固定層32が延びている方向に対して、垂直に延びている領域および平行に延びている領域の長さの比は、特に限定されない。 Note that the ratio of the length of the region in which the second magnetization fixed layer 33 extends perpendicularly to the region in which it extends parallel to the direction in which the first magnetization fixed layer 32 extends is not particularly limited.

ここで、磁壁移動型空間光変調素子20の光変調領域と比較して、磁壁移動型空間光変調素子30の開口率(光変調領域)が増大するかを、計算機シミュレーションにより検証した。具体的には、磁性体の磁化の動的過程を表すLLG(Landau-Lifsitz-Gilbert)方程式を用いて、磁壁電流駆動を計算した。このとき、メッシュサイズを10nmとした。ここで、LLG方程式は、式 Here, computer simulation was conducted to verify whether the aperture ratio (light modulation region) of the domain wall motion spatial light modulator 30 increases compared to the light modulation region of the domain wall motion spatial light modulator 20. Specifically, domain wall current drive was calculated using the LLG (Landau-Lifsitz-Gilbert) equation representing the dynamic process of magnetization of a magnetic material. At this time, the mesh size was set to 10 nm. Here, the LLG equation is the formula

Figure 2023136629000002
で表される。ここで、Mは、磁化[T]、Heffは、有効磁界[A/m]、γは、磁気ジャイロ定数、αは、ダンピング定数、Pは、スピン分極率、gは、ランデのg因子、μは、ボーア磁子[J/T]、eは、電子の素電荷[C]、Mは、飽和磁化[T]、Jは、電流密度[A/m]である。また、Heffは、式
Figure 2023136629000002
It is expressed as Here, M is magnetization [T], H eff is effective magnetic field [A/m], γ is magnetic gyro constant, α is damping constant, P is spin polarizability, g is Lande g factor , μ B is the Bohr magneton [J/T], e is the electron elementary charge [C], MS is the saturation magnetization [T], and J is the current density [A/m 2 ]. Also, H eff is the formula

Figure 2023136629000003
で表される。ここで、Etotは、全エネルギー、Eaniは、磁気異方性エネルギー、Emagは、静磁エネルギー、Eexは、交換エネルギー、Eextは、ゼーマンエネルギーである。
Figure 2023136629000003
It is expressed as Here, E tot is total energy, E ani is magnetic anisotropy energy, E mag is magnetostatic energy, E ex is exchange energy, and E ext is Zeeman energy.

図7に、磁壁移動型空間光変調器200および300の計算モデルを示す。ここで、光変調層、第1磁化固定層および第2磁化固定層の各方向のサイズは、以下の通りである。
光変調層21;x方向:1460nm、y方向:300nm、z方向:10nm
光変調層31;x方向:1700nm、y方向:300nm、z方向:10nm
第1磁化固定層22、32;x方向:120nm、y方向:2500nm、z方向:20nm
第2磁化固定層23;x方向:120nm、y方向:500nm、z方向:20nm
第2磁化固定層33のx軸方向に延びている領域;x方向:360nm、y方向:120nm、z方向:20nm
第2磁化固定層33のy軸方向に延びている領域;x方向:120nm、y方向:500nm、z方向:20nm
FIG. 7 shows a calculation model of the domain wall displacement spatial light modulators 200 and 300. Here, the sizes of the light modulation layer, the first magnetization fixed layer, and the second magnetization fixed layer in each direction are as follows.
Light modulation layer 21; x direction: 1460 nm, y direction: 300 nm, z direction: 10 nm
Light modulation layer 31; x direction: 1700 nm, y direction: 300 nm, z direction: 10 nm
First magnetization fixed layer 22, 32; x direction: 120 nm, y direction: 2500 nm, z direction: 20 nm
Second magnetization fixed layer 23; x direction: 120 nm, y direction: 500 nm, z direction: 20 nm
Region extending in the x-axis direction of the second magnetization fixed layer 33; x direction: 360 nm, y direction: 120 nm, z direction: 20 nm
Region extending in the y-axis direction of the second magnetization fixed layer 33; x direction: 120 nm, y direction: 500 nm, z direction: 20 nm

また、光変調層21、31、第1磁化固定層22、32および第2磁化固定層23、33の磁気特性のパラメータや構造は、実測と近い以下の値で計算した。
光変調層21、31の飽和磁化M:0.092[T]
光変調層21、31の異方性磁界Hk:3[kOe]
光変調層21、31の交換結合定数A:4.0×10-12[J/m]
第1磁化固定層22、32および第2磁化固定層23、33の飽和磁化M:2[T]
第1磁化固定層22、32および第2磁化固定層23、33の交換結合定数A:1.0×10-11[J/m]
Further, the parameters and structures of the magnetic properties of the light modulation layers 21 and 31, the first magnetization fixed layers 22 and 32, and the second magnetization fixed layers 23 and 33 were calculated using the following values close to actual measurements.
Saturation magnetization M of light modulation layers 21 and 31: 0.092 [T]
Anisotropic magnetic field Hk of light modulation layers 21 and 31: 3 [kOe]
Exchange coupling constant A of light modulation layers 21 and 31: 4.0×10 −12 [J/m]
Saturation magnetization M of the first magnetization fixed layer 22, 32 and the second magnetization fixed layer 23, 33: 2 [T]
Exchange coupling constant A of the first magnetization fixed layer 22, 32 and the second magnetization fixed layer 23, 33: 1.0×10 −11 [J/m]

図8(a)および(b)に、それぞれ磁壁移動型空間光変調器200および300の計算モデルの磁界強度の計算結果を示す。ここで、x方向距離は、図7中、第2磁化固定層23、33の左端部からの距離であり、磁界強度は、第2磁化固定層23、33のみを考慮した、光変調層21、31のz方向の中心面(xy面)における平均値である。 FIGS. 8(a) and 8(b) show the calculation results of the magnetic field strength of the calculation models of the domain wall displacement spatial light modulators 200 and 300, respectively. Here, the distance in the x direction is the distance from the left end of the second magnetization fixed layers 23 and 33 in FIG. , 31 in the center plane (xy plane) in the z direction.

図8から、光変調層21、31のx方向距離が0~0.12μmである領域(第2磁化固定層23、33上に形成されている領域)では、第2磁化固定層23、33により、-z方向の磁界が印加されていることが確認された。また、光変調層21、31のx方向距離が0.12μmである位置の近傍では、+z方向の磁界が大きくなり、約800Oe程度の漏れ磁界が印加されていることが確認された。さらに、光変調層21のx方向距離が大きくなるにつれて、+z方向の磁界が小さくなり、漏れ磁界が0に近付くことが確認された。一方、光変調層31のx方向距離が0.3~0.6μm程度である領域では、+z方向の50~100Oeの磁界が印加されていることが確認され、図8(a)に比べて、図8(b)では、磁界強度がわずかに大きかった。 From FIG. 8, in the region where the distance in the x direction of the light modulation layers 21 and 31 is 0 to 0.12 μm (region formed on the second magnetization fixed layers 23 and 33), the second magnetization fixed layers 23 and 33 It was confirmed that a magnetic field in the -z direction was applied. Furthermore, it was confirmed that near the position where the distance between the light modulation layers 21 and 31 in the x direction is 0.12 μm, the magnetic field in the +z direction becomes large, and a leakage magnetic field of about 800 Oe is applied. Furthermore, it was confirmed that as the distance of the light modulation layer 21 in the x direction becomes larger, the magnetic field in the +z direction becomes smaller and the leakage magnetic field approaches zero. On the other hand, in the region where the distance in the x direction of the light modulation layer 31 is about 0.3 to 0.6 μm, it was confirmed that a magnetic field of 50 to 100 Oe in the +z direction was applied, and compared to FIG. , in Fig. 8(b), the magnetic field strength was slightly larger.

図9に、磁壁移動型空間光変調器200の計算モデルの磁壁電流駆動の計算結果を示す。 FIG. 9 shows calculation results of domain wall current drive of the calculation model of the domain wall moving spatial light modulator 200.

ここで、スピントランスファートルクによる磁壁電流駆動を実施した場合、-y方向へパルス電流を印加すると、電子が+y方向へ移動する。この現象を利用して、磁壁電流駆動の計算を実施した。この計算においては、磁化固定層の構造による磁壁への影響を調べることを目的とし、漏れ磁界による初期磁区の形成等を精密に考慮していない。 Here, when domain wall current driving is performed using spin transfer torque, when a pulse current is applied in the -y direction, electrons move in the +y direction. Using this phenomenon, we calculated domain wall current drive. In this calculation, the purpose is to examine the influence of the structure of the magnetization fixed layer on the domain wall, and the formation of initial magnetic domains due to leakage magnetic fields, etc., are not precisely taken into account.

図9から、磁壁移動型空間光変調素子20にパルス幅5nsのパルス電流を印加した場合、パルス電流を印加した時間と線形に磁壁が右方向へ移動することがわかる。 It can be seen from FIG. 9 that when a pulse current with a pulse width of 5 ns is applied to the domain wall displacement spatial light modulator 20, the domain wall moves to the right linearly with the time of application of the pulse current.

図10および図11に、磁壁移動型空間光変調器300の計算モデルの磁壁電流駆動の計算結果を示す。 FIGS. 10 and 11 show calculation results of domain wall current drive of a calculation model of the domain wall moving spatial light modulator 300.

図10および図11から、磁壁移動型空間光変調素子30は、パルス電流を印加した時間に応じて、光変調層31が延びている方向に磁壁が移動しており、磁壁移動型空間光変調素子20と比較して、光変調領域が1.2倍程度に増大することが確認された。これは、第2磁化固定層33を上面視L字形状または上面視逆L字形状にすることにより、第1磁化固定層32が延びている方向に対して、垂直に延びている領域の分だけ、光変調領域が増大するためであり、これに伴い、位置合わせマージンも低減される。
ここで、パルス電流を印加してから1ns後には、図8(b)における+z方向の50~100Oeの磁界の影響と推測される磁化の揺らぎが見られるが、磁壁電流駆動に及ぼす影響は少なく、磁壁が乱れずに5ns後まで移動することが確認された。また、第2磁化固定層33が隣り合う光変調層31へ及ぼす影響も小さいことが確認された。さらに、磁壁移動型空間光変調器200および磁壁移動型空間光変調器300の計算モデルで、5ns後の磁壁の位置が略同一であることから、磁壁速度も略同一であると推測され、第2磁化固定層33が光変調層31に及ぼす影響が小さいことが確認された。
10 and 11, in the domain wall motion spatial light modulation element 30, the domain wall moves in the direction in which the light modulation layer 31 extends depending on the time when the pulse current is applied. It was confirmed that the light modulation area was increased by about 1.2 times compared to element 20. By forming the second magnetization fixed layer 33 into an L-shape when viewed from above or an inverted L-shape when viewed from above, the area extending perpendicularly to the direction in which the first magnetization fixed layer 32 extends can be reduced. This is because the light modulation area increases, and the alignment margin also decreases accordingly.
Here, 1 ns after the pulse current is applied, fluctuations in magnetization are observed, which is assumed to be due to the influence of the 50 to 100 Oe magnetic field in the +z direction in FIG. 8(b), but the effect on domain wall current drive is small. It was confirmed that the domain wall moved without disturbance until after 5 ns. Furthermore, it was confirmed that the second magnetization fixed layer 33 had little influence on the adjacent light modulating layer 31. Furthermore, in the calculation models of the domain wall moving spatial light modulator 200 and the domain wall moving spatial light modulator 300, since the positions of the domain walls after 5 ns are approximately the same, it is assumed that the domain wall velocities are also approximately the same. It was confirmed that the influence of the two-magnetization fixed layer 33 on the light modulation layer 31 was small.

なお、磁壁移動型空間光変調器300は、第1磁化固定層32および第2磁化固定層33の形状に対応したレジストをパターニングする以外は、磁壁移動型空間光変調器200と同様にして、製造することができる。 Note that the domain wall motion spatial light modulator 300 is manufactured in the same manner as the domain wall motion spatial light modulator 200, except that the resist is patterned to correspond to the shapes of the first magnetization fixed layer 32 and the second magnetization fixed layer 33. can be manufactured.

図12に、磁壁移動型空間光変調器300の変形例の構造を示す。磁壁移動型空間光変調器300Aは、第2磁化固定層33Aが、第1磁化固定層32が延びている方向に対して、垂直に延びている領域および斜めに延びている領域を有する以外は、磁壁移動型空間光変調器300と同様の構成である。このため、磁壁移動型空間光変調素子30Aは、磁壁移動型空間光変調素子20と比較して、開口率が増大する。 FIG. 12 shows the structure of a modification of the domain wall moving spatial light modulator 300. The domain wall motion spatial light modulator 300A has the following features except that the second magnetization fixed layer 33A has a region extending perpendicularly to the direction in which the first magnetization fixed layer 32 extends and a region extending obliquely. , the configuration is similar to that of the domain wall displacement spatial light modulator 300. Therefore, the domain wall displacement type spatial light modulator 30A has an increased aperture ratio compared to the domain wall displacement type spatial light modulation element 20.

第2磁化固定層33Aが、第1磁化固定層32が延びている方向に対して、垂直に延びている方向および第2磁化固定層33Aが、第1磁化固定層32が延びている方向に対して、斜めに延びている方向がなす角度は、特に限定されないが、例えば、90°以上135°以下である。 The second magnetization fixed layer 33A extends perpendicularly to the direction in which the first magnetization fixed layer 32 extends, and the second magnetization fixed layer 33A extends in the direction in which the first magnetization fixed layer 32 extends. On the other hand, the angle formed by the diagonally extending direction is not particularly limited, but is, for example, 90° or more and 135° or less.

図13に、磁壁移動型空間光変調器300の変形例の構造を示す。磁壁移動型空間光変調器300Bは、第2磁化固定層33Bが、第1磁化固定層32が延びている方向に対して、斜めに延びている以外は、磁壁移動型空間光変調器300と同様の構成である。このため、磁壁移動型空間光変調素子30Bは、磁壁移動型空間光変調素子20と比較して、開口率が増大する。 FIG. 13 shows the structure of a modification of the domain wall moving spatial light modulator 300. The domain wall motion spatial light modulator 300B is different from the domain wall motion spatial light modulator 300 except that the second magnetization fixed layer 33B extends obliquely to the direction in which the first magnetization fixed layer 32 extends. It has a similar configuration. Therefore, the domain wall displacement type spatial light modulator 30B has an increased aperture ratio compared to the domain wall displacement type spatial light modulation element 20.

第1磁化固定層が延びている方向および第2磁化固定層33Bが延びている方向がなす角度は、特に限定されないが、例えば、30°以上60°以下である。 The angle formed by the direction in which the first magnetization fixed layer extends and the direction in which the second magnetization fixed layer 33B extends is not particularly limited, but is, for example, 30° or more and 60° or less.

以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は、上記の実施形態に限定されず、本発明の趣旨の範囲内で、上記の実施形態を適宜変更してもよい。例えば、第1磁化固定層の延びている方向の長さを長くする代わりに、第1磁化固定層の幅を広くして、第1磁化固定層の保磁力を小さくしてもよい。 Although the embodiments of the present invention have been described above, the present invention is not limited to the above embodiments, and the above embodiments may be modified as appropriate within the scope of the spirit of the present invention. For example, instead of increasing the length of the first magnetization fixed layer in the extending direction, the width of the first magnetization fixed layer may be increased to reduce the coercive force of the first magnetization fixed layer.

10、20、30、30A、30B 磁壁移動型空間光変調素子
11、21、31 光変調層
11a 初期磁区
11b 光変調領域
11c 磁壁
12、22、32 第1磁化固定層
13、23、33、33A、33B 第2磁化固定層
14 中間層
24、34 グランド電極
25、35 ドレイン電極
200、300、300A、300B 磁壁移動型空間光変調器
10, 20, 30, 30A, 30B Domain wall motion spatial light modulator 11, 21, 31 Light modulation layer 11a Initial magnetic domain 11b Light modulation region 11c Domain wall 12, 22, 32 First magnetization fixed layer 13, 23, 33, 33A , 33B second magnetization fixed layer 14 intermediate layer 24, 34 ground electrode 25, 35 drain electrode 200, 300, 300A, 300B domain wall displacement spatial light modulator

Claims (5)

入射した光の偏光の向きを変化させて出射する光変調層と、前記光変調層の両端部に延びて配置されている第1磁化固定層および第2磁化固定層と、を有する磁壁移動型空間光変調素子を備え、
前記磁壁移動型空間光変調素子は、前記第1磁化固定層の保磁力が前記第2磁化固定層の保磁力よりも小さく、前記第2磁化固定層の少なくとも一部が、前記第1磁化固定層が延びている方向に対して、垂直または斜めに延びている、磁壁移動型空間光変調器。
A domain wall displacement type comprising a light modulation layer that changes the polarization direction of incident light and outputs the light, and a first magnetization fixed layer and a second magnetization fixed layer extending and disposed at both ends of the light modulation layer. Equipped with a spatial light modulation element,
In the domain wall motion spatial light modulator, the coercive force of the first magnetization fixed layer is smaller than the coercive force of the second magnetization fixed layer, and at least a part of the second magnetization fixed layer is A domain wall displacement spatial light modulator that extends perpendicularly or obliquely to the direction in which the layers extend.
前記磁壁移動型空間光変調素子は、前記第2磁化固定層の少なくとも一部が、前記第1磁化固定層が延びている方向に対して、平行に延びている、請求項1に記載の磁壁移動型空間光変調器。 The domain wall displacement type spatial light modulator according to claim 1, wherein at least a portion of the second magnetization fixed layer extends parallel to a direction in which the first magnetization fixed layer extends. Mobile spatial light modulator. 前記第2磁化固定層は、上面視L字形状または上面視逆L字形状である、請求項2に記載の磁壁移動型空間光変調器。 3. The domain wall moving spatial light modulator according to claim 2, wherein the second magnetization fixed layer has an L-shape when viewed from above or an inverted L-shape when viewed from above. 前記磁壁移動型空間光変調素子は、前記光変調層が、前記第1磁化固定層が延びている方向に対して、垂直に延びている、請求項1から3のいずれか一項に記載の磁壁移動型空間光変調器。 The domain wall motion spatial light modulator according to any one of claims 1 to 3, wherein the light modulating layer extends perpendicularly to the direction in which the first magnetization fixed layer extends. Domain wall moving spatial light modulator. 前記第1磁化固定層が延びている方向の長さは、前記第2磁化固定層が延びている方向の長さよりも長い、請求項1から4のいずれか一項に記載の磁壁移動型空間光変調器。 The domain wall displacement space according to any one of claims 1 to 4, wherein the length of the first magnetization fixed layer in the extending direction is longer than the length of the second magnetization fixed layer in the extending direction. light modulator.
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