JP5765440B2 - スピン注入電極構造、スピン伝導素子及びスピン伝導デバイス - Google Patents
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Description
まず、基板、絶縁膜、及びシリコン膜からなるSOI基板を準備した。基板にはシリコン基板、絶縁膜には200nmの酸化珪素層を用い、シリコン膜は100nmであった。シリコン膜の電子濃度を調整するためにリンイオンの打ち込みを行った。その後、900℃のアニールにより不純物を拡散させて、シリコン膜の電子濃度の調整を行った。この際、シリコン膜全体の平均電子濃度が5.0×1019cm−3となるようにした。
上述したシリコン膜、非磁性スピネル膜、および鉄膜の結晶構造の断面TEM測定結果の一例を図7に示す。図7の実線は各層の境界を表し、点線は非磁性スピネル膜内でのドメインの境界を表している。なお、ドメインの境界が不明瞭な部分は記載していない。
NL測定法では、実施例1で作製したスピン伝導素子において、第一強磁性層14Aの磁化方向G1および第二強磁性層14Bの磁化方向G2を外部磁場B1の磁化方向と同一方向(図3に示すY軸方向)に固定した。このスピン伝導素子に対して、第一強磁性層14Aおよび第二強磁性層14Bの磁化方向と平行な方向(Y軸方向)から外部磁場B1を印加した。交流電流源70からの検出用電流を第一強磁性層14Aへ流すことにより、第一強磁性層14Aからシリコンチャンネル層12へスピンを注入した。そして、外部磁場B1による磁化変化に基づく出力を出力測定器80により測定した。この際、測定はいずれも室温にて行った。
NL−Hanle測定法では、実施例1で作製したスピン伝導素子において、印加する外部磁場B2の方向(図3に示すZ軸方向)を第一強磁性層14Aの磁化方向(図3に示すY軸方向)G1および第二強磁性層14Bの磁化方向(図3に示すY軸方向)G2と垂直方向とした。図9は、NL−Hanle測定法における印加磁場とスピン出力の関係を示すグラフである。図9は、第一強磁性層14Aの磁化方向を第二強磁性層14Bの磁化方向と平行に固定した場合の測定結果である。
まず、図4と同様の断面のTEM画像を観察することにより、シリコンチャンネル層12とシリコンチャンネル層12上にエピタキシャル成長した第一非磁性スピネル膜13Aが互いに接するドメインの幅X1を求めた。
作成方法は実施例1と同様であるが、積層膜は、MBE法を用いて、シリコン膜上に非磁性スピネル膜であるZnAl2O4、鉄膜、及びチタン膜をこの順に成膜した。評価方法も実施例1と同様であり、図10にシリコンチャンネル層12とシリコンチャンネル層12上にエピタキシャル成長した第一非磁性スピネル膜13Aが互いに接する面の幅X1とスピン出力をグラフにした。
Claims (7)
- シリコンチャンネル層と、
前記シリコンチャンネル層上に設けられた非磁性スピネル膜と、
前記非磁性スピネル膜上に設けられた強磁性層と、を備え、
前記非磁性スピネル膜には、前記シリコンチャンネル層および前記強磁性層の両方と格子整合している格子整合部分が部分的に存在している、スピン注入電極構造。 - 前記シリコンチャンネル層上にエピタキシャル成長させた前記非磁性スピネル膜はMg、Al、Oを含む元素で構成されることを特徴とする請求項1に記載のスピン注入電極構造。
- 前記シリコンチャンネル層上にエピタキシャル成長させた前記非磁性スピネル膜の界面におけるドメインの幅が、0.54nm以上10nm以下であることを特徴とする請求項1または2に記載のスピン注入電極構造。
- 前記非磁性スピネル膜の膜厚は0.6nm以上2.0nm以下である、請求項1〜3のいずれか一項に記載のスピン注入電極構造。
- 前記格子整合部分と前記シリコンチャンネル層との界面のドメインの幅は、前記格子整合部分と前記強磁性層との界面のドメインの幅以下である、請求項1〜4のいずれか一項に記載のスピン注入電極構造。
- 請求項1〜5のいずれか一項に記載のスピン注入電極構造をシリコンチャンネル層の第一部分上に設け、更に
前記シリコンチャンネル層の第二部分上に設けられた第二非磁性スピネル膜と、
前記第二非磁性スピネル膜上に設けられた第二強磁性層と、を備え、
前記第二非磁性スピネル膜には、前記シリコンチャンネル層および前記第二強磁性層の両方と格子整合している第二格子整合部分が部分的に存在している、スピン伝導素子。 - 請求項1〜5のいずれか一項に記載のスピン注入電極構造を有するスピン伝導デバイス。
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