トンネル磁気抵抗変調型強磁性単電子トランジスタメモリー技術の研究開発

• 研究課題/領域番号: 16681011
• 研究種目: 若手研究(A)
• 配分区分: 補助金
• 研究分野: マイクロ・ナノデバイス
• 研究機関: 東京農工大学
• 研究代表者: 白樫 淳一 東京農工大学, 大学院・共生科学技術研究院, 准教授 (00315657)
• 研究期間 (年度): 2004 – 2007
• 研究課題ステータス: 完了 (2006年度)
• 配分額: 23,790千円 (直接経費: 18,300千円、間接経費: 5,490千円); 2006年度: 6,500千円 (直接経費: 5,000千円、間接経費: 1,500千円); 2005年度: 7,410千円 (直接経費: 5,700千円、間接経費: 1,710千円); 2004年度: 9,880千円 (直接経費: 7,600千円、間接経費: 2,280千円)
• キーワード: マイクロ・ナノデバイス / 磁性 / スピンエレクトロニクス / ナノテクノロジー / 少数電子素子 / 強磁性単電子トランジスタ / トンネル磁気抵抗効果 / 走査型プローブ顕微鏡 / 強磁性トンネル接合ダイオード

研究概要

本研究課題では、以下の2テーマを目的としている。
(1)様々なゲート構造を有する強磁性単電子トランジスタの作製技術を確立し、素子特性のより詳細な検討を行い、基本3端子素子としての基礎特性を把握する。
(2)ゲート電極にRC直列回路を有するRC結合型強磁性単電子トランジスタを用いたメモリー素子を作製し、電荷と磁気(スピン)を記憶量とする新しいメモリー素子技術の研究開発を行う。
繰越年度(平成19年度)では、前年度に明らかとなったNi系プレナー型強磁性トンネル接合における低温下での100%を越える磁気抵抗効果の発現現象を検討するため、接合の強磁性電極構造と磁化配列状態の関係をマイクロマグネティクスシミュレーションにより計算した。これより、プレナー型の強磁性トンネル接合では、安定な磁気抵抗特性の発現及び制御には最適な強磁性電極形状が存在することが明らかとなった。特に、反平行磁化配列状態の維持には電極形状のアスペクト比や電極の形成位置が重要であることが明らかとなった。更に、このプレナー型強磁性トンネル接合を用いて、強磁性単電子トランジスタの作製を行った。エレクトロマイグレーションを応用した簡便なナノデバイス作製プロセスを新たに開発し、Ni系容量結合型デバイスを作製した。デバイスサイズの精密な制御により、室温において非常に安定な素子動作特性を達成した。これより、強磁性単電子トランジスタの振る舞いに関する特徴的な知見を得ることが出来、今後の研究展開に向けての素子特性の着実な理解と電気的・磁気的特性の把握に成功した。

研究成果

• [雑誌論文] Control of Tunnel Resistance of Nanogaps by Field-Emission-lnduced Electromigration (2007)
  • 著者名/発表者名: S. Kayashima, K. Takahashi, M. Motoyama and J. Shirakashi
  • 雑誌名: Jpn. J. Appl. Phys. 46
• [雑誌論文] Sub-20 nm Scratch Nanolithography for Si Using Scanning Probe Microscopy (2007)
  • 著者名/発表者名: T. Ogino, S. Nishimura and J. Shirakashi
  • 雑誌名: Jpn. J. Appl. Phys. 46 ページ: 6908-6910
  • NAID: 40015642904
• [雑誌論文] SPM Local Oxidation Nanolithography with Active Control of Cantilever Dynamics (2007)
  • 著者名/発表者名: S. Nishimura, Y. Takemura and J. Shirakashi
  • 雑誌名: J. Phys. Conf. Ser. 61 ページ: 1066-1070
• [雑誌論文] Measurement of Faradaic Current during AFM Local Oxidation of Magnetic Metal Thin Films (2007)
  • 著者名/発表者名: Y. Takemura, Y. Shimada, G. Watanabe, T. Yamada and J. Shirakashi
  • 雑誌名: J. Phys. Conf. Ser. 61 ページ: 1147-1151
• [雑誌論文] Magnetoresistance Effect of Planar-Type Ferromagnetic Tunnel Junctions (2006)
  • 著者名/発表者名: Y.Tomoda, Y.Shibata, J.Shirakashi, Y.Takemura
  • 雑誌名: J.Appl.Phys. (印刷中)
• [雑誌論文] AFM Lithography for Fabrication of Magnetic Nanostructures and Devices (2006)
  • 著者名/発表者名: Y.Takemura, J.Shirakashi
  • 雑誌名: J.Magn.Magn.Mat. (印刷中)
• [雑誌論文] Magnetoresistance of Patterned NiFe Thin Films with Structures Modified by Atomic Force Microscope Nanolithography (2005)
  • 著者名/発表者名: G.Watanabe, S.Koizumi, K.Watanabe, T.Yamada, Y.Takemura, J.Shirakashi
  • 雑誌名: J.Vac.Sci.& Technol. B23 ページ: 2390-2393
• [雑誌論文] Modification of Electrical Properties and Magnetic Domain Structures in Magnetic Nanostructures by AFM Nano-Lithography (2005)
  • 著者名/発表者名: Y.Takemura, J.Shirakashi
  • 雑誌名: Adv.Eng.Mat. 7 ページ: 170-173
• [雑誌論文] Direct Modification of Magnetic Domains in Co Nanostructures by Atomic Force Microscope Lithography (2005)
  • 著者名/発表者名: Y.Takemura, S.Hayashi, F.Okazaki, T.Yamada, J.Shirakashi
  • 雑誌名: Jpn.J.Appl.Phys. 44
  • NAID: 10014505822
• [雑誌論文] Fabrication of Magnetic Nanostructures and Devices by AFM Nano-Lithography Technique (2005)
  • 著者名/発表者名: Y.Takemura, J.Shirakashi (Invited)
  • 雑誌名: Proc.SPIE (印刷中)
• [雑誌論文] Direct Modification of Magnetic Domains in Co Nanostructures by AFM-Lithography (2005)
  • 著者名/発表者名: Y.Takemura, S.Hayashi, F.Okazaki, T.Yamada, J.Shirakashi
  • 雑誌名: Jap.J.Appl.Phys. (印刷中)
• [雑誌論文] Finite-Element Capacitance Calculation and Spin-dependent Transport Modeling of Double Magnetic Tunnel Junctions (2004)
  • 著者名/発表者名: M.B.A.Jalil, C.W.Kim, Y.Takemura, J.Shirakashi
  • 雑誌名: Transactions of the Magnetics Society of Japan Vol.4,No.1 ページ: 28-33
• [雑誌論文] SPM Fabrication of Nanometerscale Ferromagnetic Metal-Oxide Devices (2004)
  • 著者名/発表者名: J.Shirakashi, Y.Takemura
  • 雑誌名: J.Magn.Magn.Mat. 272-276P2 ページ: 1581-1583
• [雑誌論文] Ferromagnetic Ultra-Small Tunnel Junction Devices Fabricated by Scanning Probe Microscope (SPM) Local Oxidation (2004)
  • 著者名/発表者名: J.Shirakashi, Y.Takemura
  • 雑誌名: IEEE Trans.Mag. 40 ページ: 2640-2642
• [雑誌論文] Magnetic Nanostructures Fabricated by the Atomic Force Microscopy Nano-Lithography Technique (2004)
  • 著者名/発表者名: K.Watanabe, Y.Takemura, Y.Shimazu, J.Shirakashi
  • 雑誌名: Nanotechnology 15