JP2023136629A - Domain wall movement type spatial light modulator - Google Patents
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Abstract
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.
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.
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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、Al2O3、MgAl2O4、TiO2、ZnO、RuO2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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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SiO2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
[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
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
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
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
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
First magnetization fixed
Second magnetization fixed
Region extending in the x-axis direction of the second magnetization fixed
Region extending in the y-axis direction of the second magnetization fixed
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
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
Exchange coupling constant A of the first magnetization fixed
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
Claims (5)
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.
Priority Applications (1)
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JP2022042409A JP2023136629A (en) | 2022-03-17 | 2022-03-17 | Domain wall movement type spatial light modulator |
Applications Claiming Priority (1)
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