JP3473038B2 - キャリアのスピンのフィルタ及びこれを用いた磁化分布測定方法、走査型トンネル顕微鏡用探針 - Google Patents
キャリアのスピンのフィルタ及びこれを用いた磁化分布測定方法、走査型トンネル顕微鏡用探針Info
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、一方向又は両方向
のスピンのキャリア即ち電子又はホールを取り出すキャ
リアのスピンのフィルタ及びこれを用いた磁化分布測定
方法、走査型トンネル顕微鏡（Scanning Tunneling Mic
roscopy:ＳＴＭ）用探針に係わる。
のスピンのキャリア即ち電子又はホールを取り出すキャ
リアのスピンのフィルタ及びこれを用いた磁化分布測定
方法、走査型トンネル顕微鏡（Scanning Tunneling Mic
roscopy:ＳＴＭ）用探針に係わる。
【０００２】
【従来の技術】近年、ある物質の磁化の微視的な分布を
調べる方法として、ＭＦＭ（MagneticForce Microscop
y;磁気力顕微鏡）やスピン偏極ＳＴＭが用いられるよう
になってきている。ＭＦＭは、磁化した物質を探針とし
て用いて、その探針と磁性試料間のダイポール相互作用
を関知することにより、磁性試料の磁化の分布を調べる
方法である。この場合、磁気モーメントのダイポール相
互作用が原子間力よりも大きくなる領域で探針を走査し
なければならない。その領域は、試料表面から数１０ｎ
ｍ離れたところであり、そのために面内分解能も数１０
ｎｍ程度になってしまう。
調べる方法として、ＭＦＭ（MagneticForce Microscop
y;磁気力顕微鏡）やスピン偏極ＳＴＭが用いられるよう
になってきている。ＭＦＭは、磁化した物質を探針とし
て用いて、その探針と磁性試料間のダイポール相互作用
を関知することにより、磁性試料の磁化の分布を調べる
方法である。この場合、磁気モーメントのダイポール相
互作用が原子間力よりも大きくなる領域で探針を走査し
なければならない。その領域は、試料表面から数１０ｎ
ｍ離れたところであり、そのために面内分解能も数１０
ｎｍ程度になってしまう。
【０００３】この分解能を上回るものとして、スピン偏
極ＳＴＭがある。通常のＳＴＭは、鋭くとがらせた探針
と試料を２つの電極として近づけ、その間にトンネル電
流を流して試料の面内方向に走査しながら電流値が一定
になるように針を上下させ、試料表面の凹凸を測定する
ものである。そして上述のスピン偏極ＳＴＭとは、その
探針として磁性体を用いて、ある特定の向きのスピンを
持った電子のみが担う電流を用いるものである。
極ＳＴＭがある。通常のＳＴＭは、鋭くとがらせた探針
と試料を２つの電極として近づけ、その間にトンネル電
流を流して試料の面内方向に走査しながら電流値が一定
になるように針を上下させ、試料表面の凹凸を測定する
ものである。そして上述のスピン偏極ＳＴＭとは、その
探針として磁性体を用いて、ある特定の向きのスピンを
持った電子のみが担う電流を用いるものである。
【０００４】試料が磁気モーメントをもっていると、そ
の向きと探針からトンネルしてくる電子のスピンの向き
の関係でトンネル抵抗が変化する。この変化を従来のＳ
ＴＭのように検知すれば、試料表面の磁気モーメントの
分布がわかる。本質的に、その原理はトンネル電流の変
化の検出に基づいているので、分解能は従来のＳＴＭと
同様に数Åオーダー程度が得られる。
の向きと探針からトンネルしてくる電子のスピンの向き
の関係でトンネル抵抗が変化する。この変化を従来のＳ
ＴＭのように検知すれば、試料表面の磁気モーメントの
分布がわかる。本質的に、その原理はトンネル電流の変
化の検出に基づいているので、分解能は従来のＳＴＭと
同様に数Åオーダー程度が得られる。
【０００５】しかしながらトンネル電流を生じさせるた
めには、探針は試料から数ｎｍの領域を走査しなければ
ならない。このように、探針と試料との距離が近いと、
探針の磁化が試料の磁化の向きを変化させてしまう場合
がある。特に全体的に磁性体より成る構造の従来のスピ
ン偏極ＳＴＭの探針を用いると、上述したように探針と
試料の距離が近いために、探針の磁化が試料表面の磁化
に影響を及ぼす場合がある。
めには、探針は試料から数ｎｍの領域を走査しなければ
ならない。このように、探針と試料との距離が近いと、
探針の磁化が試料の磁化の向きを変化させてしまう場合
がある。特に全体的に磁性体より成る構造の従来のスピ
ン偏極ＳＴＭの探針を用いると、上述したように探針と
試料の距離が近いために、探針の磁化が試料表面の磁化
に影響を及ぼす場合がある。
【０００６】また、トンネル電流の変化は試料の磁化だ
けでなく、試料表面の電子状態に強く依存するので、ス
ピン偏極ＳＴＭ像から磁気モーメントの分布の情報のみ
を取り出すことは困難であった。
けでなく、試料表面の電子状態に強く依存するので、ス
ピン偏極ＳＴＭ像から磁気モーメントの分布の情報のみ
を取り出すことは困難であった。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】本発明は、キャリアの
スピンの選択性を有するフィルタを提供し、これを例え
ば上述のスピン偏極ＳＴＭの探針として用いることによ
り、試料表面の磁化に影響を及ぼすことなく表面状態を
微視的に探ることができるようにする。更に本発明は、
試料表面の電子状態の情報と磁気モーメントの情報を独
別に得られる磁化分布測定方法を提供する。
スピンの選択性を有するフィルタを提供し、これを例え
ば上述のスピン偏極ＳＴＭの探針として用いることによ
り、試料表面の磁化に影響を及ぼすことなく表面状態を
微視的に探ることができるようにする。更に本発明は、
試料表面の電子状態の情報と磁気モーメントの情報を独
別に得られる磁化分布測定方法を提供する。
【０００８】
【課題を解決するための手段】本発明は、磁性体ポテン
シャル井戸層が障壁層に挟まれた構造を少なくとも１つ
以上有して成り、磁性体ポテンシャル井戸層において
は、この磁性体ポテンシャル井戸層を構成する磁性体の
つくる磁場によりキャリアのスピン状態に対応してその
エネルギーレベルを２つのレベルに離散化させる構造と
して、少なくとも一端の障壁層に接する導電層を非磁性
導電層より構成する。
シャル井戸層が障壁層に挟まれた構造を少なくとも１つ
以上有して成り、磁性体ポテンシャル井戸層において
は、この磁性体ポテンシャル井戸層を構成する磁性体の
つくる磁場によりキャリアのスピン状態に対応してその
エネルギーレベルを２つのレベルに離散化させる構造と
して、少なくとも一端の障壁層に接する導電層を非磁性
導電層より構成する。
【０００９】また本発明は、磁性体ポテンシャル井戸層
が障壁層に挟まれた構造を少なくとも１つ以上有して成
り、少なくとも先端部が非磁性導電層より成るキャリア
のスピンのフィルタ機能を有する探針を用い、この探針
に印加するバイアス電圧を変化させることにより、特定
の向きのスピンをもったキャリアを先端部から取り出し
て、試料表面の磁気的及び電気的情報を測定し、次に探
針に異なるバイアス電圧を印加して両方の向きのスピン
をもったキャリアを先端部から取り出し、試料表面の電
気的情報を測定して、各情報を比較することにより試料
表面の磁気的情報のみを得る。
が障壁層に挟まれた構造を少なくとも１つ以上有して成
り、少なくとも先端部が非磁性導電層より成るキャリア
のスピンのフィルタ機能を有する探針を用い、この探針
に印加するバイアス電圧を変化させることにより、特定
の向きのスピンをもったキャリアを先端部から取り出し
て、試料表面の磁気的及び電気的情報を測定し、次に探
針に異なるバイアス電圧を印加して両方の向きのスピン
をもったキャリアを先端部から取り出し、試料表面の電
気的情報を測定して、各情報を比較することにより試料
表面の磁気的情報のみを得る。
【００１０】更にまた本発明は、走査型トンネル顕微鏡
に用いられる探針であって、磁性体ポテンシャル井戸層
が障壁層に挟まれた構造を少なくとも１つ以上有して成
り、磁性体ポテンシャル井戸層においては、この磁性体
ポテンシャル井戸層を構成する磁性体のつくる磁場によ
りキャリアのスピン状態に対応してそのエネルギーレベ
ルを２つのレベルに離散化させる構造として、少なくと
も試料と対向する先端部を非磁性導電層より構成する。
に用いられる探針であって、磁性体ポテンシャル井戸層
が障壁層に挟まれた構造を少なくとも１つ以上有して成
り、磁性体ポテンシャル井戸層においては、この磁性体
ポテンシャル井戸層を構成する磁性体のつくる磁場によ
りキャリアのスピン状態に対応してそのエネルギーレベ
ルを２つのレベルに離散化させる構造として、少なくと
も試料と対向する先端部を非磁性導電層より構成する。
【００１１】
【作用】本発明においては、磁性体ポテンシャル井戸層
１を障壁層２で挟み込む構成とすることにより、この井
戸層１内においては、磁性体のつくる磁場のために、キ
ャリア即ち電子又はホールのスピンの状態に対応して、
そのエネルギーレベルを２つレベルに離散化させる構成
とすることができる。従って、この井戸層１を挟む障壁
層２の外側に設ける非磁性導電層１１、１２に適切なバ
イアス電圧を印加することによって、離散化したレベル
のうち上述の磁場に平行なスピンを持ったキャリアのみ
を共鳴トンネルさせることができ、更に高いバイアス電
圧を印加することによって、両方の向きのスピンを有す
るキャリアをトンネリングさせることができる。
１を障壁層２で挟み込む構成とすることにより、この井
戸層１内においては、磁性体のつくる磁場のために、キ
ャリア即ち電子又はホールのスピンの状態に対応して、
そのエネルギーレベルを２つレベルに離散化させる構成
とすることができる。従って、この井戸層１を挟む障壁
層２の外側に設ける非磁性導電層１１、１２に適切なバ
イアス電圧を印加することによって、離散化したレベル
のうち上述の磁場に平行なスピンを持ったキャリアのみ
を共鳴トンネルさせることができ、更に高いバイアス電
圧を印加することによって、両方の向きのスピンを有す
るキャリアをトンネリングさせることができる。
【００１２】従って、このような構成をフィルタとして
用いることにより、特定の方向のスピンを有するキャリ
ア又は両方の向きのスピンを有するキャリアを選択的に
取り出すことができる。
用いることにより、特定の方向のスピンを有するキャリ
ア又は両方の向きのスピンを有するキャリアを選択的に
取り出すことができる。
【００１３】そしてこのフィルタをＳＴＭの探針として
用い、図２に示すように本発明磁化分布測定方法を適用
してその測定を行うことによって、試料表面の微細な磁
化分布を、数Å程度の分解能をもって、また試料表面の
磁化分布を変化させることなく測定することができる。
用い、図２に示すように本発明磁化分布測定方法を適用
してその測定を行うことによって、試料表面の微細な磁
化分布を、数Å程度の分解能をもって、また試料表面の
磁化分布を変化させることなく測定することができる。
【００１４】
【実施例】以下図面を参照して本発明実施例を詳細に説
明する。先ず、キャリアのスピンのフィルタをＳＴＭの
探針として用いた場合を示す。
明する。先ず、キャリアのスピンのフィルタをＳＴＭの
探針として用いた場合を示す。
【００１５】図１に示すように、磁性体ポテンシャル井
戸層１（１1 〜１3 ）が障壁層２（２1 〜２4 ）に挟ま
れた構造を少なくとも１つ以上、この場合３つ有して成
り、少なくとも一方の端部、この場合両端部を非磁性の
導電体、例えばＡｌ、Ｗ等の非磁性金属や、ＧａＡｓ、
ＩｎＡｓ等の半導体より成る非磁性導電層１１及び１２
により構成する。
戸層１（１1 〜１3 ）が障壁層２（２1 〜２4 ）に挟ま
れた構造を少なくとも１つ以上、この場合３つ有して成
り、少なくとも一方の端部、この場合両端部を非磁性の
導電体、例えばＡｌ、Ｗ等の非磁性金属や、ＧａＡｓ、
ＩｎＡｓ等の半導体より成る非磁性導電層１１及び１２
により構成する。
【００１６】また障壁層２は、例えばＡｌ2 Ｏ3 、Ｓｉ
ＮX 、ＳｉＯ2 等の絶縁体薄膜より構成するか、又は上
述の非磁性導電層１１及び１２がＧａＡｓの場合はＡｌ
ＧａＡｓ、ＩｎＡｓの場合はＡｌＧａＳｂ等の、いわば
非磁性導電層１１及び１２に対しポテンシャルの障壁と
なり得る半導体より構成し、その厚さｔ2 は電子がトン
ネル現象によって透過が可能な数ｎｍ程度とする。
ＮX 、ＳｉＯ2 等の絶縁体薄膜より構成するか、又は上
述の非磁性導電層１１及び１２がＧａＡｓの場合はＡｌ
ＧａＡｓ、ＩｎＡｓの場合はＡｌＧａＳｂ等の、いわば
非磁性導電層１１及び１２に対しポテンシャルの障壁と
なり得る半導体より構成し、その厚さｔ2 は電子がトン
ネル現象によって透過が可能な数ｎｍ程度とする。
【００１７】また、磁性体ポテンシャル井戸層１は磁性
体薄膜、例えばＦｅ、Ｎｉ等の磁性体金属やＭｎＩｎＡ
ｓ等の磁性体を含む半導体より構成し、その厚さｔ1 は
電子のエネルギーが離散化するのに充分な数ｎｍ程度と
しておく。図１において磁性体ポテンシャル井戸層１の
矢印は各層内の磁化の向きを模式的に示すものである。
体薄膜、例えばＦｅ、Ｎｉ等の磁性体金属やＭｎＩｎＡ
ｓ等の磁性体を含む半導体より構成し、その厚さｔ1 は
電子のエネルギーが離散化するのに充分な数ｎｍ程度と
しておく。図１において磁性体ポテンシャル井戸層１の
矢印は各層内の磁化の向きを模式的に示すものである。
【００１８】図３に非磁性導電層１１及び１２をｎ型Ｉ
ｎＡｓ、障壁層２をＡｌＧａＳｂ、磁性体ポテンシャル
井戸層１をＭｎＩｎＡｓより構成し、井戸層１を１層、
障壁層２を２層設けた場合のバンドダイヤグラムを模式
的に示す。ＥF はフェルミ面を示す。磁性体ポテンシャ
ル井戸層１では、電子のエネルギーは井戸層１中の磁性
体、この場合Ｍｎのつくる磁場Ｂのために矢印ｓ1 及び
ｓ2 で示すスピンの向きに応じて分裂する。
ｎＡｓ、障壁層２をＡｌＧａＳｂ、磁性体ポテンシャル
井戸層１をＭｎＩｎＡｓより構成し、井戸層１を１層、
障壁層２を２層設けた場合のバンドダイヤグラムを模式
的に示す。ＥF はフェルミ面を示す。磁性体ポテンシャ
ル井戸層１では、電子のエネルギーは井戸層１中の磁性
体、この場合Ｍｎのつくる磁場Ｂのために矢印ｓ1 及び
ｓ2 で示すスピンの向きに応じて分裂する。
【００１９】この非磁性導電層１１及び１２の両端にバ
イアス電圧を印加すると、図４のバンドダイヤグラムに
示すように、低バイアス側の非磁性導電層１１内の伝導
電子が、磁性体ポテンシャル井戸層１内のスピンの向き
により分裂したレベルの低エネルギー側のレベル、即ち
磁場Ｂに平衡なスピンを持つ電子のエネルギーレベルを
介して共鳴トンネルする。このとき、非磁性導電層１１
内の全ての伝導電子が共鳴トンネルを起こすのではな
く、伝導電子のうち一方のスピン、即ち磁場Ｂに平行な
スピンｓ2 をもつ電子のみが破線矢印Ｔで示すように共
鳴トンネルする。
イアス電圧を印加すると、図４のバンドダイヤグラムに
示すように、低バイアス側の非磁性導電層１１内の伝導
電子が、磁性体ポテンシャル井戸層１内のスピンの向き
により分裂したレベルの低エネルギー側のレベル、即ち
磁場Ｂに平衡なスピンを持つ電子のエネルギーレベルを
介して共鳴トンネルする。このとき、非磁性導電層１１
内の全ての伝導電子が共鳴トンネルを起こすのではな
く、伝導電子のうち一方のスピン、即ち磁場Ｂに平行な
スピンｓ2 をもつ電子のみが破線矢印Ｔで示すように共
鳴トンネルする。
【００２０】つまり図１に示す構造は、あるバイアス電
圧を印加した状態では、電子のスピンのフィルタとして
機能し、流れる電流は一方のスピンをもった電子しか含
んでいない。
圧を印加した状態では、電子のスピンのフィルタとして
機能し、流れる電流は一方のスピンをもった電子しか含
んでいない。
【００２１】更に非磁性導電層１１、１２の間にバイア
ス電圧を印加すると、図５に示すように、スピンにより
分裂した両方のエネルギーレベルに共鳴しトンネルす
る。この場合に流れる電流は、両方のスピンｓ1 及びｓ
2 を含んでいる。図５において、図３に対応する部分に
は同一符号を付して重複説明を省略する。
ス電圧を印加すると、図５に示すように、スピンにより
分裂した両方のエネルギーレベルに共鳴しトンネルす
る。この場合に流れる電流は、両方のスピンｓ1 及びｓ
2 を含んでいる。図５において、図３に対応する部分に
は同一符号を付して重複説明を省略する。
【００２２】次に、このような構造をＳＴＭの探針に用
いる場合を説明する。従来のスピン偏極ＳＴＭの探針
は、全体が磁性体からできており、ＳＴＭを行う領域で
は、探針と試料間の距離が数ｎｍ程度であることから、
探針の磁化が試料の磁化の分布に影響を及ぼす場合があ
った。
いる場合を説明する。従来のスピン偏極ＳＴＭの探針
は、全体が磁性体からできており、ＳＴＭを行う領域で
は、探針と試料間の距離が数ｎｍ程度であることから、
探針の磁化が試料の磁化の分布に影響を及ぼす場合があ
った。
【００２３】しかしながら図２に示すように、磁性体ポ
テンシャル井戸層１を障壁層２1 及び２2 で挟み込み、
両端が非磁性導電層１１及び１２より成り、一方の非磁
性導電層１２の先端部１０ｓが針状に形成された本発明
構成による探針１０を用いる場合、探針１０の磁化して
いる部分即ち磁性体ポテンシャル井戸層１を、各層
２ 2 、１２の厚さを適切に選定することによってその先
端部１０ｓから数１０ｎｍを越える間隔Ｌをもって配置
させることができて、この磁性体ポテンシャル井戸層１
を試料から数１０ｎｍ以上離間させることが可能である
ことから、ＳＴＭを行う際に探針１０の磁化が試料に及
ぼす影響を格段に低減化することができる。
テンシャル井戸層１を障壁層２1 及び２2 で挟み込み、
両端が非磁性導電層１１及び１２より成り、一方の非磁
性導電層１２の先端部１０ｓが針状に形成された本発明
構成による探針１０を用いる場合、探針１０の磁化して
いる部分即ち磁性体ポテンシャル井戸層１を、各層
２ 2 、１２の厚さを適切に選定することによってその先
端部１０ｓから数１０ｎｍを越える間隔Ｌをもって配置
させることができて、この磁性体ポテンシャル井戸層１
を試料から数１０ｎｍ以上離間させることが可能である
ことから、ＳＴＭを行う際に探針１０の磁化が試料に及
ぼす影響を格段に低減化することができる。
【００２４】図２の探針を用いたＳＴＭの動作態様を以
下に説明する。先ず、非磁性導電層１１と１２との間に
バイアス電圧印加手段２１により所定のバイアス電圧を
印加して、探針１０内のバンドアライメントが前述の図
４に示す状態、即ち一方のスピンもった電子しか含まな
い電流が流れるようにする。この状態で、探針１０を先
端部１０ｓと試料２０の表面との間隔を数ｎｍとして試
料２０の表面に沿って走査させ、試料２０の表面の磁化
Ｍの分布によって生じるトンネル電流の変化を測定して
ＳＴＭの測定を行う。この場合、得られるＳＴＭ像は試
料表面の電子状態と磁気モーメントの分布を重ね合わせ
たものである。
下に説明する。先ず、非磁性導電層１１と１２との間に
バイアス電圧印加手段２１により所定のバイアス電圧を
印加して、探針１０内のバンドアライメントが前述の図
４に示す状態、即ち一方のスピンもった電子しか含まな
い電流が流れるようにする。この状態で、探針１０を先
端部１０ｓと試料２０の表面との間隔を数ｎｍとして試
料２０の表面に沿って走査させ、試料２０の表面の磁化
Ｍの分布によって生じるトンネル電流の変化を測定して
ＳＴＭの測定を行う。この場合、得られるＳＴＭ像は試
料表面の電子状態と磁気モーメントの分布を重ね合わせ
たものである。
【００２５】続いて、更に探針にかけるバイアス電圧を
増加させ、前述の図４に示すバンドアライメントとし、
この状態で上述と同様に探針１０を、先端部１０ｓと試
料２０の表面との間隔を数ｎｍとして試料２０の表面に
沿って走査させ、試料２０の表面の磁化Ｍの分布によっ
て生じるトンネル電流の変化を測定してＳＴＭの測定を
行う。この場合得られる像は電子状態の情報のみを含ん
だものとなる。このようにして得られた２つの像の差を
求めれば磁気モーメントの分布のみを示したＳＴＭ像が
得られ、これにより微細な構造の磁化分布を知ることが
できる。
増加させ、前述の図４に示すバンドアライメントとし、
この状態で上述と同様に探針１０を、先端部１０ｓと試
料２０の表面との間隔を数ｎｍとして試料２０の表面に
沿って走査させ、試料２０の表面の磁化Ｍの分布によっ
て生じるトンネル電流の変化を測定してＳＴＭの測定を
行う。この場合得られる像は電子状態の情報のみを含ん
だものとなる。このようにして得られた２つの像の差を
求めれば磁気モーメントの分布のみを示したＳＴＭ像が
得られ、これにより微細な構造の磁化分布を知ることが
できる。
【００２６】次に、このような探針の作製方法の一例を
説明する。この場合においても、非磁性導電層にｎ型Ｉ
ｎＡｓ、障壁層にＡｌＧａＳｂ、磁性体ポテンシャル井
戸層にＭｎＩｎＡｓを用い、障壁層が２層、井戸層が１
層とされた構成を得る例を示す。
説明する。この場合においても、非磁性導電層にｎ型Ｉ
ｎＡｓ、障壁層にＡｌＧａＳｂ、磁性体ポテンシャル井
戸層にＭｎＩｎＡｓを用い、障壁層が２層、井戸層が１
層とされた構成を得る例を示す。
【００２７】図６にその一製造工程図を示すように、先
ずｎ型ＩｎＡｓより成る基板３上に、ｎ型ＩｎＡｓより
成るバッファ層を兼ねた非磁性導電層１１を厚さ例えば
数１０ｎｍ、ＡｌＧａＳｂより成る障壁層２1 を厚さ例
えば数ｎｍ、ＭｎＩｎＡｓより成る磁性体ポテンシャル
井戸層１を厚さ例えば数ｎｍ、ＡｌＧａＳｂより成る障
壁層２2 を厚さ例えば数ｎｍ、更にｎ型ＩｎＡｓより成
る非磁性導電層１２を厚さ例えば数１０〜数１００ｎｍ
として、ＭＢＥ（分子線エピタキシー法）やＭＯＣＶＤ
（有機金属による化学的気相成長法）等を用いてエピタ
キシャル成長させる。
ずｎ型ＩｎＡｓより成る基板３上に、ｎ型ＩｎＡｓより
成るバッファ層を兼ねた非磁性導電層１１を厚さ例えば
数１０ｎｍ、ＡｌＧａＳｂより成る障壁層２1 を厚さ例
えば数ｎｍ、ＭｎＩｎＡｓより成る磁性体ポテンシャル
井戸層１を厚さ例えば数ｎｍ、ＡｌＧａＳｂより成る障
壁層２2 を厚さ例えば数ｎｍ、更にｎ型ＩｎＡｓより成
る非磁性導電層１２を厚さ例えば数１０〜数１００ｎｍ
として、ＭＢＥ（分子線エピタキシー法）やＭＯＣＶＤ
（有機金属による化学的気相成長法）等を用いてエピタ
キシャル成長させる。
【００２８】次に図７に示すように例えば直径数μｍ程
度にパターニング、即ちレジストの塗布、パターン露
光、現像を施してパターニング形成したレジスト３１を
マスクとして、ＳｉＣｌ4 やＣＨ4 等を含むエッチング
ガスを用いたＲＩＥ（反応性イオンエッチング）等の異
方性エッチングにより各層１２、２2 、１、２1 及び１
１をエッチングして、基板３の表面が露出するまでその
エッチングを行う。
度にパターニング、即ちレジストの塗布、パターン露
光、現像を施してパターニング形成したレジスト３１を
マスクとして、ＳｉＣｌ4 やＣＨ4 等を含むエッチング
ガスを用いたＲＩＥ（反応性イオンエッチング）等の異
方性エッチングにより各層１２、２2 、１、２1 及び１
１をエッチングして、基板３の表面が露出するまでその
エッチングを行う。
【００２９】次に、図８に示すように、例えばレジスト
剥離液を用いてレジストマスクを除去し、電子ビームリ
ソグラフィにより柱状構造の先端に例えば直径数１０ｎ
ｍ程度の電子線レジスト３２をパターニングする。
剥離液を用いてレジストマスクを除去し、電子ビームリ
ソグラフィにより柱状構造の先端に例えば直径数１０ｎ
ｍ程度の電子線レジスト３２をパターニングする。
【００３０】続いてＳｉＣｌ4 又はＣＨ4 等のエッチン
グガスを用いて、上述のレジストをマスクとしてドライ
エッチングを数１０ｎｍ〜数１００ｎｍ程度行う。この
ときアンダーカットが生じる条件でエッチングを行う
と、レジストを除去した後柱状構造の先端に針状の先端
部１０ｓが形成され、ＳＴＭに用いて好適な探針１０を
得ることができる。
グガスを用いて、上述のレジストをマスクとしてドライ
エッチングを数１０ｎｍ〜数１００ｎｍ程度行う。この
ときアンダーカットが生じる条件でエッチングを行う
と、レジストを除去した後柱状構造の先端に針状の先端
部１０ｓが形成され、ＳＴＭに用いて好適な探針１０を
得ることができる。
【００３１】尚、このようなスピン偏極ＳＴＭに用いる
場合を含めて本発明は上述の実施例に限定されることな
くその他上述したように非磁性導電層としてＡｌ、Ｗ
等、井戸層としてＦｅ、Ｎｉ等、障壁層としてＡｌ2 Ｏ
3 等の材料を用いるなど種々の変形変更が可能であるこ
とはいうまでもない。
場合を含めて本発明は上述の実施例に限定されることな
くその他上述したように非磁性導電層としてＡｌ、Ｗ
等、井戸層としてＦｅ、Ｎｉ等、障壁層としてＡｌ2 Ｏ
3 等の材料を用いるなど種々の変形変更が可能であるこ
とはいうまでもない。
【００３２】例えば図１０にその一動作態様のバンドダ
イヤグラムを示すように、磁性体ポテンシャル井戸層１
（１1 〜１4 ）を４層、これを挟む障壁層２（２1 〜２
5 ）を５層、そしてその両端に非磁性導電層１１及び１
２を設けることもできる。
イヤグラムを示すように、磁性体ポテンシャル井戸層１
（１1 〜１4 ）を４層、これを挟む障壁層２（２1 〜２
5 ）を５層、そしてその両端に非磁性導電層１１及び１
２を設けることもできる。
【００３３】この場合、各井戸層１の厚さを変えること
によって、適切なバイアス電圧が印加されたときに、各
井戸層１のキャリアのエネルギーレベルを同等とするこ
とができ、低いレベルのエネルギー準位のスピンｓ2 を
もつキャリアのみを共鳴トンネルさせる構成とすること
ができる。従ってこのとき試料表面の電子状態を磁気モ
ーメントの分布を合わせた情報を得ることができる。
によって、適切なバイアス電圧が印加されたときに、各
井戸層１のキャリアのエネルギーレベルを同等とするこ
とができ、低いレベルのエネルギー準位のスピンｓ2 を
もつキャリアのみを共鳴トンネルさせる構成とすること
ができる。従ってこのとき試料表面の電子状態を磁気モ
ーメントの分布を合わせた情報を得ることができる。
【００３４】次に、更に高いバイアス電圧を印加するこ
とによって両方のスピンｓ1 、ｓ2をもつキャリアを共
鳴トンネルさせ、電子状態のみの情報を得ることがで
き、上述の例と同様に、各情報の差から磁気モーメント
の分布を知ることができる。
とによって両方のスピンｓ1 、ｓ2をもつキャリアを共
鳴トンネルさせ、電子状態のみの情報を得ることがで
き、上述の例と同様に、各情報の差から磁気モーメント
の分布を知ることができる。
【００３５】また、本発明によるキャリアのスピンのフ
ィルタは、上述のスピン偏極ＳＴＭに限定されることな
く、図１１及び図１２に示すように例えばスイッチング
素子や磁場のセンサーとして用いることもできる。図１
１及び図１２において、前述の図２に対応する部分には
同一符号を付して重複説明を省略する。
ィルタは、上述のスピン偏極ＳＴＭに限定されることな
く、図１１及び図１２に示すように例えばスイッチング
素子や磁場のセンサーとして用いることもできる。図１
１及び図１２において、前述の図２に対応する部分には
同一符号を付して重複説明を省略する。
【００３６】図１１においては、本発明によるキャリア
のスピンのフィルタ４０の先端部４０ｓを針状として構
成し、その先端部１０ｓに対向して電極Ｄ1 〜Ｄ4 を配
置する。この場合例えばフィルタ４０から例えばその非
磁性導電層１１及び１２の間に所定のバイアス電圧を印
加することによってトンネル電流を生じさせるか、或い
はその先端部２０ｓの最細部にＣｓ（セシウム）等の低
電子親和力の金属層を選択的に形成することによって、
ここから比較的低電圧の電界放出により電子を放出させ
る。
のスピンのフィルタ４０の先端部４０ｓを針状として構
成し、その先端部１０ｓに対向して電極Ｄ1 〜Ｄ4 を配
置する。この場合例えばフィルタ４０から例えばその非
磁性導電層１１及び１２の間に所定のバイアス電圧を印
加することによってトンネル電流を生じさせるか、或い
はその先端部２０ｓの最細部にＣｓ（セシウム）等の低
電子親和力の金属層を選択的に形成することによって、
ここから比較的低電圧の電界放出により電子を放出させ
る。
【００３７】そして両方のスピンを有する電子がトンネ
リング又は電界放出により得られる場合は先端部４０ｓ
から直進して電極Ｄ1 とＤ2 との間の間隙を通過して、
その背後に設けられる電極Ｄ4 に到達するようになさ
れ、トンネル電流又は電界放出による電子が一方のスピ
ンのみを有する場合には、例えば矢印ｂ1 又はｂ2 で示
すように所定の磁場Ｂを印加することによってその進行
方向が曲げられて、電極Ｄ2 とＤ3 との間の間隙を通過
するように構成する。このような構成とすることによっ
て、磁場のオン／オフによるスイッチング素子を得るこ
とができる。図１１において図２に対応する部分には同
一符号を付して重複説明を省略する。２３は電流計を示
す。
リング又は電界放出により得られる場合は先端部４０ｓ
から直進して電極Ｄ1 とＤ2 との間の間隙を通過して、
その背後に設けられる電極Ｄ4 に到達するようになさ
れ、トンネル電流又は電界放出による電子が一方のスピ
ンのみを有する場合には、例えば矢印ｂ1 又はｂ2 で示
すように所定の磁場Ｂを印加することによってその進行
方向が曲げられて、電極Ｄ2 とＤ3 との間の間隙を通過
するように構成する。このような構成とすることによっ
て、磁場のオン／オフによるスイッチング素子を得るこ
とができる。図１１において図２に対応する部分には同
一符号を付して重複説明を省略する。２３は電流計を示
す。
【００３８】また、図１２に示すように、フィルタ４０
の後端部から、例えばバイアス電圧印加手段２１と第１
の電流計４１及び電極Ｄ11を直列に接続し、これとは並
列に、バイアス電圧印加手段２２と第２の電流計４２及
び電極Ｄ12を直列に接続し、フィルタ４０の先端部から
トンネル電流又は電界放出によりキャリア例えば電子を
取り出す構成とする。そして前述の図１１において示す
例と同様に、バイアス磁場のオン／オフによって、例え
ば磁場が印加されない場合は電子が直進して対向する電
極Ｄ13に到達し、磁場が印加される場合は電子が電極Ｄ
11又はＤ12に到達し、電流計４１又は４２に電流が流れ
るようにすることができる。
の後端部から、例えばバイアス電圧印加手段２１と第１
の電流計４１及び電極Ｄ11を直列に接続し、これとは並
列に、バイアス電圧印加手段２２と第２の電流計４２及
び電極Ｄ12を直列に接続し、フィルタ４０の先端部から
トンネル電流又は電界放出によりキャリア例えば電子を
取り出す構成とする。そして前述の図１１において示す
例と同様に、バイアス磁場のオン／オフによって、例え
ば磁場が印加されない場合は電子が直進して対向する電
極Ｄ13に到達し、磁場が印加される場合は電子が電極Ｄ
11又はＤ12に到達し、電流計４１又は４２に電流が流れ
るようにすることができる。
【００３９】従って、このような構成とする場合、電流
計４１及び４２の値を読むことにより磁場の有無又は向
きを検出することができ、磁場センサー又は例えば磁気
ヘッド等への応用も可能である。
計４１及び４２の値を読むことにより磁場の有無又は向
きを検出することができ、磁場センサー又は例えば磁気
ヘッド等への応用も可能である。
【００４０】
【発明の効果】本発明によれば、所定の一方向のスピン
のみを有するキャリア、又は両方のスピンを有するキャ
リアをそれぞれ取り出し得るキャリアのスピンのフィル
タを構成することができる。
のみを有するキャリア、又は両方のスピンを有するキャ
リアをそれぞれ取り出し得るキャリアのスピンのフィル
タを構成することができる。
【００４１】そしてこのフィルタをＳＴＭの探針として
用いて、先ず一方のスピンのみを有するキャリアを取り
出し得る状態としてＳＴＭ測定を行って磁気的及び電気
的情報を得た後、両方のスピンを有するキャリアを取り
出し得る状態としてＳＴＭ測定を行って電気的情報を得
て、こられの情報を比較考慮して試料表面の微細な磁化
分布を数Å程度の分解能をもって測定することができ、
またその際に試料表面の磁化分布に影響を及ぼすことを
回避できる。
用いて、先ず一方のスピンのみを有するキャリアを取り
出し得る状態としてＳＴＭ測定を行って磁気的及び電気
的情報を得た後、両方のスピンを有するキャリアを取り
出し得る状態としてＳＴＭ測定を行って電気的情報を得
て、こられの情報を比較考慮して試料表面の微細な磁化
分布を数Å程度の分解能をもって測定することができ、
またその際に試料表面の磁化分布に影響を及ぼすことを
回避できる。
【図１】本発明の一実施例の略線的拡大斜視図である。
【図２】本発明の一実施例の説明図である。
【図３】本発明の一実施例の一動作状態におけるバンド
ダイヤグラムの模式図である。
ダイヤグラムの模式図である。
【図４】本発明の一実施例の一動作状態におけるバンド
ダイヤグラムの模式図である。
ダイヤグラムの模式図である。
【図５】本発明の一実施例の一動作状態におけるバンド
ダイヤグラムの模式図である。
ダイヤグラムの模式図である。
【図６】本発明の一実施例の一製造工程図である。
【図７】本発明の一実施例の一製造工程図である。
【図８】本発明の一実施例の一製造工程図である。
【図９】本発明の一実施例の一製造工程図である。
【図１０】本発明の他の実施例の一動作状態におけるバ
ンドダイヤグラムの模式図である。
ンドダイヤグラムの模式図である。
【図１１】本発明の他の実施例の説明図である。
【図１２】本発明の他の実施例の説明図である。
１ 磁性体ポテンシャル井戸層
２ 障壁層
３ 基板
１０ 探針
１１ 非磁性導電層
１２ 非磁性導電層
─────────────────────────────────────────────────────
フロントページの続き
(58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名)
H01L 49/00
G01R 33/02
H01L 29/06
Claims (3)
- 【請求項１】 磁性体ポテンシャル井戸層が障壁層に挟
まれた構造を少なくとも１つ以上有して成り、上記磁性体ポテンシャル井戸層においては、上記磁性体
ポテンシャル井戸層を構成する磁性体のつくる磁場によ
りキャリアのスピン状態に対応してそのエネルギーレベ
ルを２つのレベルに離散化させる構造とされ、 少なくとも一端の障壁層に接する導電層が非磁性導電層
とされて成ることを特徴とするキャリアのスピンのフィ
ルタ。 - 【請求項２】 磁性体ポテンシャル井戸層が障壁層に挟
まれた構造を少なくとも１つ以上有して成り、少なくと
も先端部が非磁性導電層より成るキャリアのスピンのフ
ィルタ機能を有する探針を用い、 上記探針に印加するバイアス電圧を変化させることによ
り、特定の向きのスピンをもったキャリアを上記先端部
から取り出して、試料表面の磁気的及び電気的情報を測
定し、 上記探針に異なるバイアス電圧を印加して両方の向きの
スピンをもったキャリアを上記先端部から取り出し、上
記試料表面の電気的情報を測定して、 上記各情報を比較することにより上記試料表面の磁気的
情報のみを得る ことを特徴とする磁化分布測定方法。 - 【請求項３】 走査型トンネル顕微鏡に用いられる探針
であって、 磁性体ポテンシャル井戸層が障壁層に挟まれた構造を少
なくとも１つ以上有して成り、 上記磁性体ポテンシャル井戸層においては、上記磁性体
ポテンシャル井戸層を構成する磁性体のつくる磁場によ
りキャリアのスピン状態に対応してそのエネルギーレベ
ルを２つのレベルに離散化させる構造とされ、 少なくとも試料と対向する先端部が非磁性導電層とされ
て成ることを特徴とする走査型トンネル顕微鏡用探針。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP05073093A JP3473038B2 (ja) | 1993-03-11 | 1993-03-11 | キャリアのスピンのフィルタ及びこれを用いた磁化分布測定方法、走査型トンネル顕微鏡用探針 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP05073093A JP3473038B2 (ja) | 1993-03-11 | 1993-03-11 | キャリアのスピンのフィルタ及びこれを用いた磁化分布測定方法、走査型トンネル顕微鏡用探針 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH06268283A JPH06268283A (ja) | 1994-09-22 |
| JP3473038B2 true JP3473038B2 (ja) | 2003-12-02 |
Family
ID=12866975
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP05073093A Expired - Fee Related JP3473038B2 (ja) | 1993-03-11 | 1993-03-11 | キャリアのスピンのフィルタ及びこれを用いた磁化分布測定方法、走査型トンネル顕微鏡用探針 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3473038B2 (ja) |
Families Citing this family (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP3223155B2 (ja) | 1998-02-05 | 2001-10-29 | 科学技術振興事業団 | 薄膜スピンプローブ |
| JP3557459B2 (ja) * | 2001-06-26 | 2004-08-25 | 北海道大学長 | 走査型プローブ顕微鏡 |
| JP5603049B2 (ja) * | 2009-10-28 | 2014-10-08 | 国立大学法人東北大学 | 電子回路 |
-
1993
- 1993-03-11 JP JP05073093A patent/JP3473038B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH06268283A (ja) | 1994-09-22 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |