JPH1197766A - 強磁性トンネル接合素子 - Google Patents
強磁性トンネル接合素子Info
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- JPH1197766A JPH1197766A JP9293143A JP29314397A JPH1197766A JP H1197766 A JPH1197766 A JP H1197766A JP 9293143 A JP9293143 A JP 9293143A JP 29314397 A JP29314397 A JP 29314397A JP H1197766 A JPH1197766 A JP H1197766A
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Landscapes
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- Magnetic Heads (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【課題】本発明は、室温以上で大きな磁気抵抗比を示
し、かつ化学的・機械的に安定な強磁性トンネル接合素
子を提供することにある。 【解決手段】強磁性トンネル接合素子を、室温以上のキ
ュリー点を有するハーフメタル酸化物層と絶縁バリア層
で構成することにより、室温以上で１００％の理論スピ
ン分極率に対応した大きな磁気抵抗比を示す素子を提供
できる。この素子は全て酸化物で構成されていることに
より、化学的・機械的熱的に安定した特性を示すので、
磁気センサ・磁気ヘッド・固体素子メモリなどに好適で
ある。
し、かつ化学的・機械的に安定な強磁性トンネル接合素
子を提供することにある。 【解決手段】強磁性トンネル接合素子を、室温以上のキ
ュリー点を有するハーフメタル酸化物層と絶縁バリア層
で構成することにより、室温以上で１００％の理論スピ
ン分極率に対応した大きな磁気抵抗比を示す素子を提供
できる。この素子は全て酸化物で構成されていることに
より、化学的・機械的熱的に安定した特性を示すので、
磁気センサ・磁気ヘッド・固体素子メモリなどに好適で
ある。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、大きな磁気抵抗変化を
示す強磁性トンネル接合素子に関するものであり、垂直
および面内の高密度磁気記録再生用磁気ヘッド、エンコ
ーダ等の各種磁気センサ、および磁化の平行・反平行状
態を利用して記憶する固体メモリ素子への利用が可能で
ある。
示す強磁性トンネル接合素子に関するものであり、垂直
および面内の高密度磁気記録再生用磁気ヘッド、エンコ
ーダ等の各種磁気センサ、および磁化の平行・反平行状
態を利用して記憶する固体メモリ素子への利用が可能で
ある。
【０００２】
【従来の技術】強磁性トンネル接合は図１に示すよう
に、数１０Å以下の薄い絶縁バリア層の両側を強磁性層
で挟みこんだ構造を持つ。この接合の電気伝導は、強磁
性層のスピン電子が数１０Å以下の薄い絶縁バリア層を
トンネリングすることにより生じており、両強磁性層の
磁化の方向が平行か反平行かで電気抵抗が変化する一種
の磁気抵抗効果を示す。このトンネル接合の最初の報告
は、１９７５年にＪｕｌｌｉｅｒｅらによってＦｅ／Ｇ
ｅＯ／Ｃｏ接合の場合について行われており、４２Ｋで
約１４％の磁気抵抗比が得られている。その後、前川、
Ｓｌｏｎｃｚｅｗｓｋｉおよびその他の研究者によっ
て、理論・実験両面から遷移強磁性金属であるＦｅ、Ｎ
ｉ、Ｃｏおよびこれらの合金をベースとしたトンネル接
合の研究が行われてきた。トンネル接合の磁気抵抗比の
理論的上限ΔＲ／Ｒは、（１）式のように各強磁性層Ａ
およびＢのフェルミ面におけるスピン分極率ＰＡおよび
ＰＢによって決まるとされている。 例えば、遷移金属中で比較的スピン分極率Ｐが大きいと
されるＦｅ（Ｐ＝約４４％）では、約４８％の磁気抵抗
比が期待される。しかし、トンネル接合においては均一
で薄い絶縁バリア層の作製が難しいため、実験結果とし
て報告される磁気抵抗比は、室温で１％以下と理論的期
待値よりも小さなものが多かった。最近では、実験技術
の進歩により、良質なトンネル接合が得られるようにな
り、室温で１０〜２０％の磁気抵抗比が得られるように
なっている（Ｍｏｏｄｅｒａら１９９５、および宮崎ら
１９９５）。以上のような遷移強磁性金属をベースとし
た研究の他に、スピン分極率の大きな材料をベースとし
ようという試みも行われている。Ｃ１ｂ型Ｈｅｕｓｌｅ
ｒ合金の一つであるＰｔＭｎＳｂは、室温で最も大きな
極磁気力一回転角を示すが、この電子状態のバンド計算
を行った結果、多数スピン電子は半導体的なバンド構造
を持ち、少数スピン電子は金属的なバンド構造を持つこ
とが明らかとなった（ｄｅ Ｇｒｏｏｔら１９８３）。
このように多数あるいは少数スピン電子が半導体的、も
う片方のスピン電子が金属的な電子状態を持つ磁性体を
ハーフメタル（Ｈａｌｆ−ｍｅｔａｌ）と呼ぶが、この
ハーフメタルのフェルミ面における電子は完全に分極し
ているため、Ｐは１００％である。このようなハーフメ
タルをベースとしたトンネル接合は、（１）式から理論
的には無限大の磁気抵抗比を示すことが理解される。実
験的にはＭＩＴのグループが、Ｃ１ｂ型Ｈｅｕｓｌｅｒ
化合物をベースとしたトンネル接合を試みているが、現
在のところ数％以下の磁気抵抗比しか得られていない。
最近、ＩＢＭのグループによって同じハーフメタルであ
るペロブスカイト型Ｍｎ酸化物をベースとしたトンネル
接合が試みられ、４．２Ｋの極低温で約１００％の磁気
抵抗比が得られているが、キュリー点が室温以下である
ため、室温での磁気抵抗比はほとんど０％となり、実用
性がない。
に、数１０Å以下の薄い絶縁バリア層の両側を強磁性層
で挟みこんだ構造を持つ。この接合の電気伝導は、強磁
性層のスピン電子が数１０Å以下の薄い絶縁バリア層を
トンネリングすることにより生じており、両強磁性層の
磁化の方向が平行か反平行かで電気抵抗が変化する一種
の磁気抵抗効果を示す。このトンネル接合の最初の報告
は、１９７５年にＪｕｌｌｉｅｒｅらによってＦｅ／Ｇ
ｅＯ／Ｃｏ接合の場合について行われており、４２Ｋで
約１４％の磁気抵抗比が得られている。その後、前川、
Ｓｌｏｎｃｚｅｗｓｋｉおよびその他の研究者によっ
て、理論・実験両面から遷移強磁性金属であるＦｅ、Ｎ
ｉ、Ｃｏおよびこれらの合金をベースとしたトンネル接
合の研究が行われてきた。トンネル接合の磁気抵抗比の
理論的上限ΔＲ／Ｒは、（１）式のように各強磁性層Ａ
およびＢのフェルミ面におけるスピン分極率ＰＡおよび
ＰＢによって決まるとされている。 例えば、遷移金属中で比較的スピン分極率Ｐが大きいと
されるＦｅ（Ｐ＝約４４％）では、約４８％の磁気抵抗
比が期待される。しかし、トンネル接合においては均一
で薄い絶縁バリア層の作製が難しいため、実験結果とし
て報告される磁気抵抗比は、室温で１％以下と理論的期
待値よりも小さなものが多かった。最近では、実験技術
の進歩により、良質なトンネル接合が得られるようにな
り、室温で１０〜２０％の磁気抵抗比が得られるように
なっている（Ｍｏｏｄｅｒａら１９９５、および宮崎ら
１９９５）。以上のような遷移強磁性金属をベースとし
た研究の他に、スピン分極率の大きな材料をベースとし
ようという試みも行われている。Ｃ１ｂ型Ｈｅｕｓｌｅ
ｒ合金の一つであるＰｔＭｎＳｂは、室温で最も大きな
極磁気力一回転角を示すが、この電子状態のバンド計算
を行った結果、多数スピン電子は半導体的なバンド構造
を持ち、少数スピン電子は金属的なバンド構造を持つこ
とが明らかとなった（ｄｅ Ｇｒｏｏｔら１９８３）。
このように多数あるいは少数スピン電子が半導体的、も
う片方のスピン電子が金属的な電子状態を持つ磁性体を
ハーフメタル（Ｈａｌｆ−ｍｅｔａｌ）と呼ぶが、この
ハーフメタルのフェルミ面における電子は完全に分極し
ているため、Ｐは１００％である。このようなハーフメ
タルをベースとしたトンネル接合は、（１）式から理論
的には無限大の磁気抵抗比を示すことが理解される。実
験的にはＭＩＴのグループが、Ｃ１ｂ型Ｈｅｕｓｌｅｒ
化合物をベースとしたトンネル接合を試みているが、現
在のところ数％以下の磁気抵抗比しか得られていない。
最近、ＩＢＭのグループによって同じハーフメタルであ
るペロブスカイト型Ｍｎ酸化物をベースとしたトンネル
接合が試みられ、４．２Ｋの極低温で約１００％の磁気
抵抗比が得られているが、キュリー点が室温以下である
ため、室温での磁気抵抗比はほとんど０％となり、実用
性がない。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】従来のトンネル接合の
研究では、遷移強磁性金属Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉおよびそれ
らの合金をベースとしたものがほとんどで、スピン分極
率は最大４０％程度であるために、得られる磁気抵抗比
の大きさは限られている。トンネル接合で強磁性金属上
に数１０Åの薄く、かつ均一な絶縁酸化物層を成長させ
ることは難しいため、再現性のある素子を作製するのは
困難である。また、フェルミ面におけるスピン分極率
が、１００％のハーフメタルを用いる試みもなされてい
る。ハーフメタルの中でも金属間化合物の場合には良質
な絶縁バリア層を形成させることが困難で、化学的およ
び機械的安定性の面でも問題がある。ペロブスカイト型
Ｍｎ酸化物の場合には、極低温でしか大きな抵抗変化を
得ることができないため、室温においては実用に供する
ことはできない。さらに、磁気ヘッド・磁気センサへの
応用には、低磁場における磁気抵抗比の磁場勾配が大き
いことが要求されるので、磁場勾配が問題となる。
研究では、遷移強磁性金属Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉおよびそれ
らの合金をベースとしたものがほとんどで、スピン分極
率は最大４０％程度であるために、得られる磁気抵抗比
の大きさは限られている。トンネル接合で強磁性金属上
に数１０Åの薄く、かつ均一な絶縁酸化物層を成長させ
ることは難しいため、再現性のある素子を作製するのは
困難である。また、フェルミ面におけるスピン分極率
が、１００％のハーフメタルを用いる試みもなされてい
る。ハーフメタルの中でも金属間化合物の場合には良質
な絶縁バリア層を形成させることが困難で、化学的およ
び機械的安定性の面でも問題がある。ペロブスカイト型
Ｍｎ酸化物の場合には、極低温でしか大きな抵抗変化を
得ることができないため、室温においては実用に供する
ことはできない。さらに、磁気ヘッド・磁気センサへの
応用には、低磁場における磁気抵抗比の磁場勾配が大き
いことが要求されるので、磁場勾配が問題となる。
【０００４】
【課題を解決するための手段】上記に述べたように、ト
ンネル接合素子で得られる磁気抵抗比の上限は、強磁性
金属層のフェルミ面におけるスピン分極率で決まるた
め、完全にスピン分極したハーフメタルを用いれば、最
も大きな磁気抵抗比が期待できる。しかし、ハーフメタ
ルであっても、Ｈｅｕｓｌｅｒ化合物のようなＭｎ系金
属間化合物上には、この素子実現のために最も重要とな
る均一で薄い絶縁バリア酸化物層を得ることは困難であ
る。また、ペロブスカイト型Ｍｎ酸化物は、極低温でし
か大きな磁気抵抗変化を得ることができす、実用素子と
して用いることはできない。そこで、キュリー点が室温
以上のハーフメタル酸化物を強磁性層として用いて、同
時に絶縁バリア層として同じ酸化物を選択すれば、濡れ
性が良好なためにマイグレーションが進み、良質な絶縁
バリア層を実現することができる。
ンネル接合素子で得られる磁気抵抗比の上限は、強磁性
金属層のフェルミ面におけるスピン分極率で決まるた
め、完全にスピン分極したハーフメタルを用いれば、最
も大きな磁気抵抗比が期待できる。しかし、ハーフメタ
ルであっても、Ｈｅｕｓｌｅｒ化合物のようなＭｎ系金
属間化合物上には、この素子実現のために最も重要とな
る均一で薄い絶縁バリア酸化物層を得ることは困難であ
る。また、ペロブスカイト型Ｍｎ酸化物は、極低温でし
か大きな磁気抵抗変化を得ることができす、実用素子と
して用いることはできない。そこで、キュリー点が室温
以上のハーフメタル酸化物を強磁性層として用いて、同
時に絶縁バリア層として同じ酸化物を選択すれば、濡れ
性が良好なためにマイグレーションが進み、良質な絶縁
バリア層を実現することができる。
【０００５】トンネル素子を構成する各層は、多結晶体
であってもトンネル磁気抵抗効果は発現するが、より大
きな磁気抵抗比と高い磁場感度を得るためには、素子を
構成する各層をエピタキシャル成長させてやればよい。
これは単結晶であるエピタキシャル膜の７５が、よりバ
ンド計算で得られるような完全なスピン分極に近い状態
が得られ、同時に磁壁移動もスムースに行われ、磁気的
にソフトになるためである。
であってもトンネル磁気抵抗効果は発現するが、より大
きな磁気抵抗比と高い磁場感度を得るためには、素子を
構成する各層をエピタキシャル成長させてやればよい。
これは単結晶であるエピタキシャル膜の７５が、よりバ
ンド計算で得られるような完全なスピン分極に近い状態
が得られ、同時に磁壁移動もスムースに行われ、磁気的
にソフトになるためである。
【０００６】さらに、磁気ヘッドなど高い磁場感度を必
要とする目的には、片側の強磁性層を高い透磁率を有す
る軟磁性体とハーフメタル酸化物で構成すれば、強磁性
層を全てハーフメタルで構成する場合よりも、低磁場で
の立ち上がりの良好な素子を得ることができる。また、
強磁性層を両方ハーフメタルで構成する場合も、片側の
ハーフメタル層表面を軟磁性層でコートすることで、同
様の効果を得ることができる。
要とする目的には、片側の強磁性層を高い透磁率を有す
る軟磁性体とハーフメタル酸化物で構成すれば、強磁性
層を全てハーフメタルで構成する場合よりも、低磁場で
の立ち上がりの良好な素子を得ることができる。また、
強磁性層を両方ハーフメタルで構成する場合も、片側の
ハーフメタル層表面を軟磁性層でコートすることで、同
様の効果を得ることができる。
【０００７】本発明の特徴とするところは次の通りであ
る。第１発明は、絶縁バリア層の両側を室温以上のキュ
リー点を有するハーフメタル強磁性酸化物層が挟みこむ
構造を特徴とする強磁性トンネル接合素子に関する。
る。第１発明は、絶縁バリア層の両側を室温以上のキュ
リー点を有するハーフメタル強磁性酸化物層が挟みこむ
構造を特徴とする強磁性トンネル接合素子に関する。
【０００８】第２発明は、片側のハーフメタル強磁性酸
化物層が、一部または全部が軟磁性体であることを特徴
とする請求項１に記載の強磁性トンネル接合素子に関す
る。
化物層が、一部または全部が軟磁性体であることを特徴
とする請求項１に記載の強磁性トンネル接合素子に関す
る。
【０００９】第３発明は、構成する各層が、エピタキシ
ャル成長していることを特徴とする請求項１ないし請求
項２のいすれか１項に記載の強磁性トンネル接合素子に
関する。
ャル成長していることを特徴とする請求項１ないし請求
項２のいすれか１項に記載の強磁性トンネル接合素子に
関する。
【００１０】第４発明は、ハーフメタル強磁性酸化物層
が、マグネタイトまたは二酸化クロムであることを特徴
とする請求項１ないし請求項３のいずれか１項に記載の
強磁性トンネル接合素子に関する。
が、マグネタイトまたは二酸化クロムであることを特徴
とする請求項１ないし請求項３のいずれか１項に記載の
強磁性トンネル接合素子に関する。
【００１１】第５発明は、絶縁バリア層が、ＮａＣｌ構
造を有する絶縁酸化物または酸化アルミニウムであるこ
とを特徴とする請求項１ないし請求項４に記載の強磁性
トンネル接合素子に関する。
造を有する絶縁酸化物または酸化アルミニウムであるこ
とを特徴とする請求項１ないし請求項４に記載の強磁性
トンネル接合素子に関する。
【００１２】第６発明は、請求項１ないし請求項５のい
すれか１項に記載の強磁性トンネル接合素子からなる磁
気ヘッドに関する。
すれか１項に記載の強磁性トンネル接合素子からなる磁
気ヘッドに関する。
【００１３】第７発明は、請求項１ないし請求項５のい
すれか１項に記載の強磁性トンネル接合素子からなる磁
気センサに関する。
すれか１項に記載の強磁性トンネル接合素子からなる磁
気センサに関する。
【００１４】第８発明は、請求項１ないし請求項５のい
すれか１項に記載の強磁性トンネル接合素子からなる固
体素子メモリに関する。
すれか１項に記載の強磁性トンネル接合素子からなる固
体素子メモリに関する。
【００１５】
【作用】以上述べたように、トンネル接合において、大
きな磁気抵抗変化を得るためには、フェルミ面における
スピン分極率Ｐの大きな強磁性体を用いればよい。従っ
て、フェルミ面において完全にスピン分極したハーフメ
タルカが適しているが、中でもハーフメタル酸化物は、
次の２つの点で優れている。合金や金属間化合物上に酸
化物絶縁バリア層を成長させるよりも、同じ酸化物上に
成長させた方がより良質なバリア層を実現できる。ま
た、酸化物は化学的・機械的に安定であるため、実用素
子として用いる上での利点となる。
きな磁気抵抗変化を得るためには、フェルミ面における
スピン分極率Ｐの大きな強磁性体を用いればよい。従っ
て、フェルミ面において完全にスピン分極したハーフメ
タルカが適しているが、中でもハーフメタル酸化物は、
次の２つの点で優れている。合金や金属間化合物上に酸
化物絶縁バリア層を成長させるよりも、同じ酸化物上に
成長させた方がより良質なバリア層を実現できる。ま
た、酸化物は化学的・機械的に安定であるため、実用素
子として用いる上での利点となる。
【００１６】ハーフメタル酸化物の中でもマグネタイト
は、５８５℃の高いキュリー点を有し、かつ天然に安定
して存在するため化学的および機械的安定性も高く、各
種磁気センサ等の実用素子に用いるためには、最も有利
な材料であるといえる。
は、５８５℃の高いキュリー点を有し、かつ天然に安定
して存在するため化学的および機械的安定性も高く、各
種磁気センサ等の実用素子に用いるためには、最も有利
な材料であるといえる。
【００１７】二酸化クロムもハーフメタルであり、実験
的にも１００％近くのスピン分極率を持つことが確かめ
られている。しかし、キュリー点は約１２０℃であるた
め、比較的低い温度での応用に適している。現在、バン
ド計算から確認されている室温以上にキュリー点を持つ
ハーフメタル酸化物はマグネタイトと二酸化クロムだけ
であるが、今後理論的研究が進めば他にもハーフメタル
酸化物が見出される可能性も存在しているので、これら
の新しいハーフメタル酸化物の使用も考えられる。
的にも１００％近くのスピン分極率を持つことが確かめ
られている。しかし、キュリー点は約１２０℃であるた
め、比較的低い温度での応用に適している。現在、バン
ド計算から確認されている室温以上にキュリー点を持つ
ハーフメタル酸化物はマグネタイトと二酸化クロムだけ
であるが、今後理論的研究が進めば他にもハーフメタル
酸化物が見出される可能性も存在しているので、これら
の新しいハーフメタル酸化物の使用も考えられる。
【００１８】トンネル接合において、より大きな磁気抵
抗比と高い磁場感度を得るためには、各層をエピタキシ
ャル成長させてやればよいが、マグネタイトを強磁性層
としＭｇＯ、ＮｉＯ、ＦｅＯ、ＣｏＯまたはＭｎＯなど
のＮａＣｌ構造を持つ絶縁酸化物をバリア層として用い
れば、格子不整合を小さくできるので、構造的に良好な
接合となり、他の場合に比べて大きな磁気抵抗比が得ら
れる。同時に、磁壁移動もスムースになるため、良好な
低磁場特性が得られる。また、酸化アルミニウムは、絶
縁バリアとしてのエネルギー高さが高いため、安定した
トンネル接合が得られる。
抗比と高い磁場感度を得るためには、各層をエピタキシ
ャル成長させてやればよいが、マグネタイトを強磁性層
としＭｇＯ、ＮｉＯ、ＦｅＯ、ＣｏＯまたはＭｎＯなど
のＮａＣｌ構造を持つ絶縁酸化物をバリア層として用い
れば、格子不整合を小さくできるので、構造的に良好な
接合となり、他の場合に比べて大きな磁気抵抗比が得ら
れる。同時に、磁壁移動もスムースになるため、良好な
低磁場特性が得られる。また、酸化アルミニウムは、絶
縁バリアとしてのエネルギー高さが高いため、安定した
トンネル接合が得られる。
【００１９】トンネル効果を発現させるためには、強磁
性層間で保磁力差をつける必要があるが、一般的にはＦ
ｅＭｎなどの反強磁性体が、ピン止め層として用いられ
る。マグネタイトベースのトンネル接合のピン止め層と
しては、ＮｉＯなどのＮａＣｌ構造を持つ反強磁性酸化
物が格子不整合が小さく、かつ同じ酸化物であるため有
利である。
性層間で保磁力差をつける必要があるが、一般的にはＦ
ｅＭｎなどの反強磁性体が、ピン止め層として用いられ
る。マグネタイトベースのトンネル接合のピン止め層と
しては、ＮｉＯなどのＮａＣｌ構造を持つ反強磁性酸化
物が格子不整合が小さく、かつ同じ酸化物であるため有
利である。
【００２０】
【実施例】以下に図面を参照して本発明の実施例を詳細
に説明する。 実施例１ 試料番号００２の多結晶強磁性トンネル接合
素子の作製と評価 マグネタイトとマグネシア層の成膜には、イオンビーム
スパッタ装置を用いた。最終到達真空度は２×１０−８
Ｔｏｒｒ以下、イオンビーム加速電圧は１０００Ｖであ
る。ハーフメタル酸化物層および絶縁バリア層の成膜用
には酸化物焼結ターゲットを用い、成膜中に酸素ガスを
流すことで酸素組成の制御を行った。メタルマスクを用
いて、図２に示すようなマグネタイトベースのトンネル
接合素子を作製した。中心に位置する１００μｍ×１０
０μｍの大きさの接合部が、図１に示すようなサンドウ
ィッチ構造を持っている。ガラス基板上に最初にマグネ
タイト層を４０００Å、マグネシアバリア層を２０Å、
最後のマグネタイト層を１０００Åに成膜した。層厚を
変えることで、マグネタイト層に保磁力差をつけてい
る。表１には、本発明の強磁性トンネル接合において、
ハーフメタル酸化物強磁性層がマグネタイトおよび二酸
化クロムならびに軟磁性体の場合における磁気抵抗比を
示す。軟磁性体を組み合わせた場合には、磁気抵抗比の
磁場感度も同時に示した。
に説明する。 実施例１ 試料番号００２の多結晶強磁性トンネル接合
素子の作製と評価 マグネタイトとマグネシア層の成膜には、イオンビーム
スパッタ装置を用いた。最終到達真空度は２×１０−８
Ｔｏｒｒ以下、イオンビーム加速電圧は１０００Ｖであ
る。ハーフメタル酸化物層および絶縁バリア層の成膜用
には酸化物焼結ターゲットを用い、成膜中に酸素ガスを
流すことで酸素組成の制御を行った。メタルマスクを用
いて、図２に示すようなマグネタイトベースのトンネル
接合素子を作製した。中心に位置する１００μｍ×１０
０μｍの大きさの接合部が、図１に示すようなサンドウ
ィッチ構造を持っている。ガラス基板上に最初にマグネ
タイト層を４０００Å、マグネシアバリア層を２０Å、
最後のマグネタイト層を１０００Åに成膜した。層厚を
変えることで、マグネタイト層に保磁力差をつけてい
る。表１には、本発明の強磁性トンネル接合において、
ハーフメタル酸化物強磁性層がマグネタイトおよび二酸
化クロムならびに軟磁性体の場合における磁気抵抗比を
示す。軟磁性体を組み合わせた場合には、磁気抵抗比の
磁場感度も同時に示した。
【００２１】
【表１】
【００２２】実施例２ 試料番号０３１のエピタキシャ
ル強磁性トンネル接合素子の作製と評価 実施例１の試料番号００２をＭｇＯ（１００）単結晶基
板上にエピタキシャル成長させたマグネタイトベースト
ンネル接合の結果を示す。実施例１と同様の作製方法を
用いた。最初のマグネタイト層は４０００Åで、バリア
層は２０Å、最後のマグネタイト層は１０００Åの厚さ
とした。図３に、この接合の抵抗の磁場依存性を示す。
５００Ｏｅ前後の磁場で抵抗は極大をとり、約１５％の
磁気抵抗比を示すことがわかる。ＮａＣｌ型の酸化物を
絶縁バリア層とした場合に得られた磁気抵抗比の値と、
マグネタイトと絶縁バリア層間の格子不整合を比較して
表２に示す。
ル強磁性トンネル接合素子の作製と評価 実施例１の試料番号００２をＭｇＯ（１００）単結晶基
板上にエピタキシャル成長させたマグネタイトベースト
ンネル接合の結果を示す。実施例１と同様の作製方法を
用いた。最初のマグネタイト層は４０００Åで、バリア
層は２０Å、最後のマグネタイト層は１０００Åの厚さ
とした。図３に、この接合の抵抗の磁場依存性を示す。
５００Ｏｅ前後の磁場で抵抗は極大をとり、約１５％の
磁気抵抗比を示すことがわかる。ＮａＣｌ型の酸化物を
絶縁バリア層とした場合に得られた磁気抵抗比の値と、
マグネタイトと絶縁バリア層間の格子不整合を比較して
表２に示す。
【００２３】
【表２】
【００２４】
【発明の効果】本発明は、ハーフメタル強磁性酸化物を
用いたトンネル接合素子に関するものである。フェルミ
面で完全にスピン分極したハーフメタルを用いるため、
理論的に無限大の磁気抵抗比が期待でき、強磁性トンネ
ル接合の可能性を最大限に引き出すものである。特に本
発明の室温以上にキュリー点を有するハーフメタル酸化
物の場合には、室温で使用できること、薄く均一な絶縁
酸化物層の成長が容易であること、良質なエピタキシャ
ル薄膜が得られること、片側の強磁性層を軟磁性体とす
れば高い磁場感度も得られること、および化学的・機械
的安定性が高いことなどから、磁気ヘッド・磁気センサ
・固体素子メモリなどに用いる上で、大きな利点を有し
ている。
用いたトンネル接合素子に関するものである。フェルミ
面で完全にスピン分極したハーフメタルを用いるため、
理論的に無限大の磁気抵抗比が期待でき、強磁性トンネ
ル接合の可能性を最大限に引き出すものである。特に本
発明の室温以上にキュリー点を有するハーフメタル酸化
物の場合には、室温で使用できること、薄く均一な絶縁
酸化物層の成長が容易であること、良質なエピタキシャ
ル薄膜が得られること、片側の強磁性層を軟磁性体とす
れば高い磁場感度も得られること、および化学的・機械
的安定性が高いことなどから、磁気ヘッド・磁気センサ
・固体素子メモリなどに用いる上で、大きな利点を有し
ている。
【図１】図１は、強磁性トンネル接合素子の説明図であ
る。
る。
【図２】図２は、マグネタイトベースのトンネル接合の
光学顕微鏡像である。
光学顕微鏡像である。
【図３】図３は、マグネタイトベーストンネル接合の磁
気抵抗比の磁場依存性に関する特性図である。
気抵抗比の磁場依存性に関する特性図である。
Claims (8)
- 【請求項１】絶縁体バリア層の両側を、室温以上のキュ
リー点を有するハーフメタル強磁性酸化物層が挟みこむ
構造を特徴とする強磁性トンネル接合素子。 - 【請求項２】片側のハーフメタル強磁性酸化物層が、一
部または全部が軟磁性体であることを特徴とする請求項
１に記載の強磁性トンネル接合素子。 - 【請求項３】構成する各層が、エピタキシャル成長して
いることを特徴とする請求項１ないし請求項２のいずれ
か１項に記載の強磁性トンネル接合素子。 - 【請求項４】ハーフメタル強磁性酸化物層が、マグネタ
イトまたは二酸化クロムであることを特徴とする請求項
１ないし請求項３のいすれか１項に記載の強磁性トンネ
ル接合素子。 - 【請求項５】絶縁体バリア層が、ＮａＣｌ構造を有する
絶縁酸化物または酸化アルミニワムであることを特徴と
する請求項１ないし請求項４に記載の強磁性トンネル接
合素子。 - 【請求項６】請求項１ないし請求項５のいすれか１項に
記載の強磁性トンネル接合素子からなる磁気ヘッド。 - 【請求項７】請求項１ないし請求項５のいすれか１項に
記載の強磁性トンネル接合素子からなる磁気センサ。 - 【請求項８】請求項１ないし請求項５のいすれか１項に
記載の強磁性トンネル接合素子からなる固体素子メモ
リ。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP9293143A JPH1197766A (ja) | 1997-09-17 | 1997-09-17 | 強磁性トンネル接合素子 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP9293143A JPH1197766A (ja) | 1997-09-17 | 1997-09-17 | 強磁性トンネル接合素子 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH1197766A true JPH1197766A (ja) | 1999-04-09 |
Family
ID=17790986
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP9293143A Withdrawn JPH1197766A (ja) | 1997-09-17 | 1997-09-17 | 強磁性トンネル接合素子 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH1197766A (ja) |
Cited By (10)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR20010030439A (ko) * | 1999-09-22 | 2001-04-16 | 아끼구사 나오유끼 | 자기 센서, 자기 헤드 및 자기 디스크 장치 |
| JP2003525528A (ja) * | 2000-03-02 | 2003-08-26 | フォルシュングツェントルム・ユーリッヒ・ゲーエムベーハー | 磁場を測定する装置および磁場を測定する装置を作製する方法 |
| US6661626B2 (en) | 2001-03-20 | 2003-12-09 | International Business Machines Corporation | Tunnel valve sensor having a pinned layer structure with an iron oxide (Fe3O4) layer |
| US6887717B2 (en) | 1999-05-28 | 2005-05-03 | Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. | Magnetoresistive device and method for producing the same, and magnetic component |
| JP2006188740A (ja) * | 2005-01-07 | 2006-07-20 | Institute Of National Colleges Of Technology Japan | 二酸化クロム系ハーフメタル膜 |
| US7265948B2 (en) | 2001-07-17 | 2007-09-04 | Hitachi Global Storage Technologies Japan, Ltd., | Magnetoresistive element with oxide magnetic layers and metal magnetic films deposited thereon |
| JP2011519151A (ja) * | 2008-03-12 | 2011-06-30 | ユニバーシティー・オブ・ウロンゴン | 新型ギャップレス半導体材料 |
| US8319263B2 (en) | 2004-03-12 | 2012-11-27 | Japan Science And Technology Agency | Magnetic tunnel junction device |
| CN108732791A (zh) * | 2018-06-01 | 2018-11-02 | 厦门大学 | 一种极化率可控的可变波长二维旋光器件及其制备方法 |
| JP2021036570A (ja) * | 2019-08-30 | 2021-03-04 | 公益財団法人電磁材料研究所 | マグネタイト薄膜および磁気トンネル接合素子 |
-
1997
- 1997-09-17 JP JP9293143A patent/JPH1197766A/ja not_active Withdrawn
Cited By (19)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6887717B2 (en) | 1999-05-28 | 2005-05-03 | Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. | Magnetoresistive device and method for producing the same, and magnetic component |
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| US11233193B2 (en) | 2004-03-12 | 2022-01-25 | Japan Science And Technology Agency | Method of manufacturing a magnetorestive random access memeory (MRAM) |
| US8319263B2 (en) | 2004-03-12 | 2012-11-27 | Japan Science And Technology Agency | Magnetic tunnel junction device |
| US8405134B2 (en) | 2004-03-12 | 2013-03-26 | Japan Science And Technology Agency | Magnetic tunnel junction device |
| US9123463B2 (en) | 2004-03-12 | 2015-09-01 | Japan Science And Technology Agency | Magnetic tunnel junction device |
| US9608198B2 (en) | 2004-03-12 | 2017-03-28 | Japan Science And Technology Agency | Magnetic tunnel junction device |
| US11737372B2 (en) | 2004-03-12 | 2023-08-22 | Godo Kaisha Ip Bridge 1 | Method of manufacturing a magnetoresistive random access memory (MRAM) |
| US10367138B2 (en) | 2004-03-12 | 2019-07-30 | Japan Science And Technology Agency | Magnetic tunnel junction device |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A300 | Application deemed to be withdrawn because no request for examination was validly filed |
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