2014 Fiscal Year Research-status Report
強磁性体ナノワイヤのボトムアップ形成による低消費電力磁気メモリの研究
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25600034
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| Research Institution | Hokkaido University |
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Principal Investigator |
原 真二郎 北海道大学, 量子集積エレクトロニクス研究センター, 准教授 (50374616)
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| Project Period (FY) |
2013-04-01 – 2016-03-31
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| Keywords | 強磁性体ナノワイヤ / 強磁性体ナノ構造 / 選択成長 / 3次元磁気メモリ / ボトムアップ形成 / 半導体ナノテクノロジ / スピントロニクス |
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| Outline of Annual Research Achievements |
次世代低消費電力磁気メモリである3次元レーストラック型磁気メモリ(RM)素子実現に向け、独自の強磁性体ナノ構造のボトムアップ作製技術を応用した横型・縦型強磁性体ナノワイヤの複合構造によるRM素子を提案し試作を目指す。本年度は、(a)横型強磁性体ナノワイヤ(NW)のサイズ均一性向上と縦型強磁性体NWの検討および、(b)横型強磁性体NWによる素子試作と物性評価を中心に研究を推進した。
格子不整合系のMnAsによる横型NWを、周期的開口パターンを持つSiO2マスクGaAs(111)B基板上に作製する場合、開口パターンは1本の線状ではなく、隣接する比較的短い線状開口パターンに形成する形状異方性MnAsナノ構造の連結を利用するが、開口パターン間隔の最適化後、MnAsの成長時間を10、15、20分と長くするに従い、隣接するMnAsの連結が促進され、比較的均一性の高い幅350nm、長さ10umの横型NWを作製した。NW幅が従来の300nmから増加し、多結晶を示唆するナノ構造も確認されたためか、印加磁場ゼロの条件下では、<0-11>方向のみならずそれと垂直な<-211>方向にも多磁区が形成されることが判明した。縦型NWの作製では、依然としてMnAsの<0001>方向の成長速度が遅くMnAs単体の縦型NW作製は困難だが、InAs半導体NWとの複合により縦型MnAs/InAsヘテロ接合NWの作製に成功した。1本のNWの物性評価に向け電極形成を行った後、海外研究協力先と連携して磁気抵抗(MR)効果測定を開始した。さらに、試作した横型NW素子(幅300nm、長さ4.5um)のMR測定を行った結果、特定の狭い温度領域(148-155K)で、NW内部の磁区間に形成される微小磁区の磁化方向回転に起因すると思われる熱励起MRジャンプ現象を確認した。物理現象の解明に向け、現在詳細な物性評価を推進中である。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
3: Progress in research has been slightly delayed.
Reason
第2年度の主目標であった横型強磁性体NWによる素子試作と物性評価については、初年度に確立した電極形成プロセスの後、海外研究協力先との連携により、MR測定を鋭意推進した。一方、計画当初に目標としたMnAs単体の縦型強磁性体NWの作製においては、NWを作製するための結晶成長装置である有機金属気相成長(MOVPE)装置で原因不明の不具合が発生したため、概ね2014年11月から2015年3月の期間、サンプル作製が行えなかった関係上、全体の達成度はやや遅れていると判断する。横型強磁性体NWに対しては、従来のGaAs(111)B基板ではなく、Si(111)基板上にAl2O3絶縁膜(厚さ5-20nm)を原子層堆積装置で堆積したものを基板として用いてMnAs/AlGaAsナノ構造による新規の横型強磁性体NWを作製し、海外研究協力先と連携してMR測定を開始した。また縦型強磁性体NWに対しては、MnAs単体の縦型強磁性体NWの代替案として作製した縦型MnAs/InAsヘテロ接合NWのMR測定および磁気力顕微鏡による磁区構造評価も含めて推進しており、物性評価面での達成度はおおむね順調に進展していると判断している。
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| Strategy for Future Research Activity |
第2年度に開始したMR測定および磁区構造評価等の物性評価を中心に引き続き推進し、横型および縦型NWにおける物理現象の解明について主に推進する計画である。横型強磁性体NWに対しては、第2年度にサイズ均一性を向上した幅350nm、長さ10umのNWに対して電極形成プロセスを実施し、MR測定を開始する計画である。これまで、NW作製中にMn原子が基板に熱拡散することに起因したp型GaAs層の形成に伴うGaAs(111)B基板へのリーク電流が確認されているため、新規に作製したAl2O3絶縁膜/Si(111)基板上の横型強磁性体NW構造のMR測定および磁気力顕微鏡による詳細な磁区構造評価による物性評価結果と合わせて、物理現象の解明を目指す。MR測定については、引き続き海外研究協力先と連携する。またMOVPE装置の復旧後、MnAsの<0001>方向への成長促進等に向けた結晶成長実験やサンプル作製を再開するが、縦型強磁性体NWに対しては同時に、代替構造である縦型MnAs/InAsヘテロ接合NWのMR測定および磁気力顕微鏡による詳細な磁区構造評価をさらに推進する。解析結果とのフィードバックにより、横型および縦型NW素子構造の検討と素子試作を行う。
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