１０００％以上の磁気抵抗比を有する二重トンネル接合素子の磁気抵抗メカニズムの解明

• 研究課題/領域番号: 22686001
• 研究種目: 若手研究(A)
• 配分区分: 補助金
• 研究分野: 応用物性・結晶工学
• 研究機関: 東北大学
• 研究代表者: 永沼 博 東北大学, 工学(系)研究科(研究院), 助教 (60434023)
• 連携研究者: 宮崎 孝道 東北大学, 大学院・工学研究科, 技術職員 (20422090)
• 研究期間 (年度): 2010-04-01 – 2014-03-31
• 研究課題ステータス: 完了 (2013年度)
• 配分額: 25,870千円 (直接経費: 19,900千円、間接経費: 5,970千円); 2013年度: 3,510千円 (直接経費: 2,700千円、間接経費: 810千円); 2012年度: 3,900千円 (直接経費: 3,000千円、間接経費: 900千円); 2011年度: 4,940千円 (直接経費: 3,800千円、間接経費: 1,140千円); 2010年度: 13,520千円 (直接経費: 10,400千円、間接経費: 3,120千円)
• キーワード: 磁気抵抗 / トンネル素子 / MgO障壁 / 磁気抵抗効果 / トンネル磁気抵抗素子 / 構造解析 / 透過型電子顕微鏡 / 二重トンネル接合 / ゲート変調 / クーロンブロッケード / トンネル磁気抵抗 / 共鳴トンネル効果 / トンネル磁気抵抗効果 / 磁気抵抗比

研究概要

二重トンネル接合素子の磁気抵抗効果について明らかにするためにゲートバイアス電圧依存性および界面の極微構造について系統的な調査を行った。ゲートバイアスはトンネル接合部位の横方向から印加できる素子を新たに作製した。その結果、ゲートバイアス電圧によりクーロンブロッケードが変調できている可能性が示唆される結果を得た。しかし、その変調効果は弱く、ゲート間距離を短くしてバイアス効果を高める必要があることがわかった。また、高分解電子顕微鏡観察から原子拡散と歪みが印加されていることがわかった。本研究によりゲート変調による磁気抵抗比の増大は得られたものの増大量は理論予測よりかなり低いことがわかった。

研究成果

• [雑誌論文] (2013)
  • 著者名/発表者名: N. Tal, D. Mogilyanski, Andras Kovacs, Hiroshi Naganuma, Sumito Tsunegi, Mikihiko Oogane, Yasuo Ando, and Amit Kohn
  • 雑誌名: Journal of Applied Physics 巻: 114巻 号: 16 ページ: 163904-163904
  • DOI: 10.1063/1.4826908
  • 査読あり
• [雑誌論文] Chemical diffusion: Another factor affecting the magnetoresistance ratio in Ta/CoFeB/MgO/CoFeB/Ta magnetic tunnel junction (2013)
  • 著者名/発表者名: Y. Yang, W. X. Wang, Y. Yao, H. F. Liu, Hiroshi Naganuma, T. S. Sakul, Xiufeng Han, and Richeng Yu
  • 雑誌名: Appleid Physics Letters 巻: 101 号: 1 ページ: 12406-12406
  • DOI: 10.1063/1.4732463
  • 査読あり
• [雑誌論文] Fabrication of magnetic tunnel junctions with a bottom synthetic antiferro-coupled free layers for high sensitive magnetic field sensor devices (2012)
  • 著者名/発表者名: Kosuke Fujiwara, Mikihiko Oogane, Saeko Yokota, Takuo Nishikawa, Hiroshi Naganuma, and Yasuo Ando
  • 雑誌名: Journal of Applied Physics 巻: 111巻 号: 7
  • DOI: 10.1063/1.3677266
  • 査読あり
• [雑誌論文] The perpendicular anisotropy of Co_<40>Fe_<40>B_<20> sandwiched between Ta and MgO layers and its application in CoFeB/MgO/CoFeB tunnel junction (2011)
  • 著者名/発表者名: W. X. Wang, Y. Yang, Hiroshi Naganuma, Yasuo Ando, R. C. Yu, and X. F. Han
  • 雑誌名: Applied Physics Letters 巻: 99巻 号: 1 ページ: 12502-12502
  • DOI: 10.1063/1.3605564
  • 査読あり
• [雑誌論文] Retraction : 'Large Tunnel Magnetoresistance of 1056% at Room Temperature in MgO Based Double Barrier Magnetic Tunnel Junction' (2011)
  • 著者名/発表者名: H.Naganuma, L.Jiang, M.Oogane, Y.Ando
  • 雑誌名: Applied Physics Express 巻: 4 ページ: 1-3
  • NAID: 210000014938
  • 査読あり
• [雑誌論文] Magnetotransport properties of CoFeB/MgO/CoFe/MgO/CoFeB double barrier magnetic tunnel junctions with large negative magnetoresistance at room temperature (2010)
  • 著者名/発表者名: L. X. Jiang, Hiroshi Naganuma, Mikihiko Oogane, Kosuke Fujiwara, Takamichi Miyazaki, Kazuhisa Sato, T. J. Konno, Shigemi Mizukami, and Yasuo Ando
  • 雑誌名: Journal of Physics : Conference Series 巻: 200巻 号: 5 ページ: 52009-52009
  • DOI: 10.1088/1742-6596/200/5/052009
  • 査読あり
• [学会発表] Temperature dependence of tunneling conductance in the perpendicular anisotropy CoFeB/MgO/CoFeB magnetic tunnel junctions (2013)
  • 著者名/発表者名: H. Liu, D. Li, P. Guo, Y. Yang, S. Sakul, Hiroshi Naganuma, R. Yu, and X. F. Han
  • 学会等名: 12th Joint Magnetism and Magnetic Materials/Intermag Conference
  • 発表場所: Chicago USA
  • 年月日: 2013-01-15
• [学会発表] Magnetic properties and magnetic domain structures evolution modulated by CoFeB layer thickness in [Co/Pd]/CoFeB/MgO/CoFeB/[Co/Pd] perpendicular MTJ films (2012)
  • 著者名/発表者名: Tian Yu, Hiroshi Naganuma, D. Shi, Yasuo Ando and X. Han
  • 学会等名: International conference on magnetism
  • 発表場所: Vancouver Canada
  • 年月日: 2012-05-08
• [学会発表] Fabrication of the Co_<40>Fe_<40>B_<20> double magnetic tunnel junction with lateral electric field controlled spin transport (2012)
  • 著者名/発表者名: Thamrongsin S., Hiroshi Naganuma, Mikihiko Oogane, and Yasuo Ando
  • 学会等名: the 59th Spring Meeting, 2012, The Japan Society of Applied Physics
  • 発表場所: 早稲田大学
  • 年月日: 2012-03-16
• [学会発表] Fabrication of the Double Magnetic Tunnel Junction with Lateral Electric Field controlled Spin Transport (2012)
  • 著者名/発表者名: Siripongsakul Thamrongsin, Hiroshi Naganuma, Mikihiko
  • 学会等名: 応用物理学会学術講演会
  • 発表場所: 早稲田大学
  • 年月日: 2012-03-16
• [学会発表] 二重強磁性トンネル接合の磁気抵抗効果 (2010)
  • 著者名/発表者名: 安藤 康夫, 永沼 博, 大兼 幹彦
  • 学会等名: 応用物理学会, 第71回応用物理学会学術講演会
  • 発表場所: 長崎大学
  • 年月日: 2010-09-14
• [学会発表] 二重強磁性トンネル接合の磁気抵抗効果 (2010)
  • 著者名/発表者名: 安藤康夫, 永沼博, 大兼幹彦
  • 学会等名: 第71回応用物理学会学術講演会
  • 発表場所: 長崎大学
  • 年月日: 2010-09-14
• [学会発表] 二重強磁性トンネル接合の磁気抵抗効 (2010)
  • 著者名/発表者名: 安藤 康夫, 永沼 博, 大兼 幹彦
  • 学会等名: 第34回日本磁気学会学術講演会
  • 発表場所: つくば国際会議場
  • 年月日: 2010-09-04
• [学会発表] 二重強磁性トンネル接合の磁気抵抗効果 (2010)
  • 著者名/発表者名: 安藤康夫, 永沼博, 大兼幹彦
  • 学会等名: 日本磁気学会
  • 発表場所: つくば国際会議場
  • 年月日: 2010-09-04
• [学会発表] Perpendicularly magnetized magnetic tunnel junctions using L1o-FePd/CoFeB free layer
  • 著者名/発表者名: Hiroshi Naganum, G. Kim, Mikihiko Oogane, and Yasuo Ando
  • 学会等名: IUMRS-International Conference on Electronic Materials
  • 発表場所: PACIFICO Yokohama
• [学会発表] Temperature dependence of tunneling conductance in the perpendicular anisotropy CoFeB/MgO/CoFeB magnetic tunnel junctions
  • 著者名/発表者名: H. Liu, D. Li, P. Guo, Y. Yang, S. Sakul, Hiroshi Naganuma, R. Yu, and X. F. Han
  • 学会等名: 12th Joint Magnetism and Magnetic Materials/Intermag Conference
  • 発表場所: USA Chicago