強磁性体金属－酸化物界面で生じる磁気異方性エネルギーとその電界制御の研究

• 研究課題/領域番号: 24360287
• 研究種目: 基盤研究(B)
• 配分区分: 一部基金
• 応募区分: 一般
• 研究分野: 構造・機能材料
• 研究機関: 東京大学
• 研究代表者: 喜多 浩之 東京大学, 工学(系)研究科(研究院), 准教授 (00343145)
• 研究期間 (年度): 2012-04-01 – 2015-03-31
• 研究課題ステータス: 完了 (2014年度)
• 配分額: 18,070千円 (直接経費: 13,900千円、間接経費: 4,170千円); 2014年度: 1,690千円 (直接経費: 1,300千円、間接経費: 390千円); 2013年度: 3,770千円 (直接経費: 2,900千円、間接経費: 870千円); 2012年度: 12,610千円 (直接経費: 9,700千円、間接経費: 2,910千円)
• キーワード: 強磁性体 / 界面磁気異方性 / 垂直磁化 / 印加電圧 / 不揮発性メモリ / 絶縁膜 / 電界応答 / 界面制御 / 電界効果 / 酸化物 / 表面・界面物性 / 磁性 / 先端機能デバイス / 垂直磁気異方性

研究成果の概要

強磁性体CoFeBのナノ薄膜と酸化物の界面では，電界の印加によって界面磁気異方性エネルギーが変化する。本研究では界面の構成元素やその化学状態がこの現象に与える効果を調査した。電界への応答の大きさは表面酸化量に対して敏感に変化し，酸素が強磁性体金属を覆わない程度に酸化を制限したときに最大化された。また，酸化膜の種類を変えると，CoFeBとの反応性の違いに由来してCoFeB表面酸化の進行が変わり，酸化反応が進行しにくい酸化物との界面で電界応答性が増大された。さらに酸化膜としてTiOxを用いて電圧を印加すると，Tiの化学状態の変化に起因すると思われる磁気異方性の不揮発的な変調の発現が見出された。

研究成果

• [雑誌論文] Control of 4H-SiC (0001) Thermal Oxidation Process for Reduction of Interface State Density (2014)
  • 著者名/発表者名: Koji Kita, Richard Heihachiro Kikuchi, Hirohisa Hirai, and Yuki Fujino
  • 雑誌名: ECS Transactions 巻: 64 号: 8 ページ: 23-28
  • DOI: 10.1149/06408.0023ecst
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Fabrication of SiO2/4H-SiC (0001) Interface with Nearly-Ideal Capacitance-Voltage Characteristics by Thermal Oxidation (2014)
  • 著者名/発表者名: Richard Heihachiro Kikuchi and Koji Kita
  • 雑誌名: Applied Physics Letters 巻: 105 号: 3 ページ: 032106-032106
  • DOI: 10.1063/1.4891166
  • NAID: 120005537750
  • 査読あり
• [雑誌論文] Understanding of Growth Kinetics of Thermal Oxides on 4H-SiC (0001) for Control of MOS Characteristics (2014)
  • 著者名/発表者名: Koji Kita, Richard Heihachiro Kikuchi, and Hirohisa Hirai
  • 雑誌名: ECS Transactions 巻: 61 号: 2 ページ: 135-142
  • DOI: 10.1149/06102.0135ecst
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Voltage-Induced Nonvolatile Change of Magnetic Anisotropy of CoFeB Ultrathin Films Stacked With Multivalent Oxides (2013)
  • 著者名/発表者名: Jiro Koba and Koji Kita
  • 雑誌名: ECS Transactions 巻: 58 (5) 号: 5 ページ: 127-133
  • DOI: 10.1149/05805.0127ecst
  • 査読あり
• [雑誌論文] Impact of Ta Diffusion on the Perpendicular Magnetic Anisotropy of Ta/CoFeB/MgO (2013)
  • 著者名/発表者名: Naruto Miyakawa, D. C. Woriedge, and Koji Kita
  • 雑誌名: IEEE Magnetic Letters 巻: 4 ページ: 1000104-1000104
  • DOI: 10.1109/lmag.2013.2240266
  • 査読あり
• [雑誌論文] Electrci-field-control of magnetic anisotropy of Co_<0.6>Fe_<0.2>B_<0.2>/oxide stacks using reduced voltage (2012)
  • 著者名/発表者名: Koji Kita, David W. Abraham, Martin J. Gajek, and D. C. Worledge
  • 雑誌名: Journal of Applied Physics 巻: 112 号: 3 ページ: 33919-33919
  • DOI: 10.1063/1.4745901
  • 査読あり
• [学会発表] CoFeB と遷移金属酸化物MOx の界面磁気異方性の電界応答性に遷移金属元素M の性質が与える影響 (2015)
  • 著者名/発表者名: 大石竜輔，喜多浩之
  • 学会等名: 第62回応用物理学会春季学術講演会
  • 発表場所: 東海大学湘南キャンパス(平塚市）
  • 年月日: 2015-03-11 – 2015-03-14
• [学会発表] 種々の温度における容量の過渡応答(C-t特性)に基づくSiC MOS界面近傍の膜中トラップ密度の定量化 (2015)
  • 著者名/発表者名: 藤野雄貴，菊地リチャード平八郎，喜多浩之
  • 学会等名: 第62回応用物理学会春季学術講演会
  • 発表場所: 東海大学湘南キャンパス(平塚市）
  • 年月日: 2015-03-11 – 2015-03-14
• [学会発表] CoFeB/MOx界面磁気異方性とその電界応答性の変化に与える金属元素Mの選択の効果 (2014)
  • 著者名/発表者名: 大石竜輔，喜多浩之
  • 学会等名: 第75回応用物理学会秋季学術講演会
  • 発表場所: 北海道大学(札幌市）
  • 年月日: 2014-09-17 – 2014-09-20
• [学会発表] SiC MOS界面近傍の膜中欠陥モデルを用いた容量の過渡応答による遅い準位の定量的解析手法の提案 (2014)
  • 著者名/発表者名: 藤野雄貴，菊地リチャード平八郎，平井悠久，喜多浩之
  • 学会等名: 第75回応用物理学会秋季学術講演会
  • 発表場所: 北海道大学(札幌市）
  • 年月日: 2014-09-17 – 2014-09-20
• [学会発表] Quantitative Characterization of Border Traps with Widely-Spread Time Constant in SiC MOS Capacitors by Transient Capacitance Measurements (2014)
  • 著者名/発表者名: Yuki Fujino, Richard Heihachiro Kikuchi, Hirohisa Hirai and Koji Kita
  • 学会等名: 2014 Int. Conf. on Solid State Devices and Materials (SSDM2014)
  • 発表場所: つくば国際会議場（つくば市）
  • 年月日: 2014-09-09 – 2014-09-11
• [学会発表] Understanding of Growth Kinetics of Thermal Oxides on 4H-SiC (0001) for Control of MOS Characteristics (2014)
  • 著者名/発表者名: Koji Kita, Richard Heihachiro Kikuchi, and Hirohisa Hirai
  • 学会等名: 225th ECS Meeting
  • 発表場所: Orlando, USA
  • 年月日: 2014-05-11 – 2014-05-16
  • 招待講演
• [学会発表] MOX/COFeB界面磁気異方性の様々なMに対して普遍的な電圧応答 (2013)
  • 著者名/発表者名: 栗原隆帆, 古場治朗, 宮川成人, 喜多浩之
  • 学会等名: 第60回春季応用物理学会学術講演会
  • 発表場所: 神奈川工科大学, 厚木
  • 年月日: 2013-03-29
• [学会発表] 誘電体/COFeB界面の磁気異方性とその電圧応答に与える誘電体中アニオン種の効果 (2013)
  • 著者名/発表者名: 宮川成人, 栗原隆帆, 喜多浩之
  • 学会等名: 第60回春季応用物理学会学術講演会
  • 発表場所: 神奈川工科大学, 厚木
  • 年月日: 2013-03-29
• [学会発表] Enhanced Voltage Control of Magnetic Anisotropy of Ta/CoFeB/MgO by Suppression of Ta Diffusion and CoFeB Surface Oxidation (2013)
  • 著者名/発表者名: N. Miyakawa, D. C. Worledge, and K. Kita
  • 学会等名: 12th Joint MMM/Intermag Conference
  • 発表場所: シカゴ, 米国
  • 年月日: 2013-01-15
• [学会発表] Characterization of Voltage Control of Magnetic Anisotropy Up to 8 MV/cm by Using Substrate Bias Structure (2013)
  • 著者名/発表者名: J. Koba, N. Miyakawa, and K. Kita
  • 学会等名: 12th Joint MMM/Intermag Conference
  • 発表場所: シカゴ, 米国
  • 年月日: 2013-01-15
• [学会発表] Voltage-Induced Nonvolatile Change of Magnetic Anisotropy of CoFeB Ultrathin Films Stacked With Multivalent Oxides (2013)
  • 著者名/発表者名: Jiro Koba and Koji Kita
  • 学会等名: 224th ECS Meeting
  • 発表場所: San Francisco, USA
• [学会発表] Voltage-Induced Nonvolatile Change of Magnetic Anisotropy in TiOx/CoFeB/Ta (2013)
  • 著者名/発表者名: Jiro Koba and Koji Kita
  • 学会等名: 2013 International Conference on Solid State Device and Materials
  • 発表場所: ヒルトン福岡シーホーク，福岡県福岡市
• [学会発表] TiOx/CoFeB/Taスタックの磁気異方性の電界による不揮発な制御の実証 (2013)
  • 著者名/発表者名: 古場治朗，喜多浩之
  • 学会等名: 第74回 応用物理学会秋季学術講演会
  • 発表場所: 同志社大学京田辺キャンパス，京都府京田辺市
• [学会発表] Challenges and Opportunities in Voltage Control of Magnetic Anisotropy of Ultrathin Ferromagnetic Metals for Future Spintronics (2012)
  • 著者名/発表者名: Koji Kita and D. C. Worledge
  • 学会等名: International Conference on Emerging Advanced Nanomaterials (ICEAN2012)
  • 発表場所: ブリスベン, オーストラリア(招待講演)
  • 年月日: 2012-10-22
• [学会発表] Voltage Control of Magnetic Anisotropy of CoFeB Thin Films Stacked with Various Oxides (2012)
  • 著者名/発表者名: J. Koba, T. Kuribara, N. Miyakawa, and K. Kita
  • 学会等名: Int. Conf. of Asian Union of Magnetic Society 2012
  • 発表場所: 奈良県新公会堂, 奈良
  • 年月日: 2012-10-05
• [学会発表] Study on Interface Magnetic Anisotropy Deterioration Mechanisms in Ta/CoFeB/MgO stacks (2012)
  • 著者名/発表者名: Naruto Miyakawa, D. C. Worledge, and Koji Kita
  • 学会等名: 2012 Int. Conf. on Solid State Device and Physics
  • 発表場所: 京都国際会館, 京都
  • 年月日: 2012-09-27
• [学会発表] CoFeB表面酸化量による磁気異方性エネルギーの電界応答性の違い (2012)
  • 著者名/発表者名: 宮川成人, D.C. Worledge, 喜多浩之
  • 学会等名: 第73回秋季応用物理学会学術講演会
  • 発表場所: 松山大学, 松山
  • 年月日: 2012-09-13
• [学会発表] CoFeB薄膜の磁気異方性およびその電界制御性の酸化物による違い (2012)
  • 著者名/発表者名: 古場治朗, 栗原隆帆, 宮川成人, 喜多浩之
  • 学会等名: 第73回秋季応用物理学会学術講演会
  • 発表場所: 松山大学, 松山
  • 年月日: 2012-09-13
• [備考] 東京大学大学院工学系研究科マテリアル工学専攻 喜多研究室
  • URL: http://www.scio.t.u-tokyo.ac.jp/index.html
• [備考] 喜多研究室 （研究成果・発表）
  • URL: http://www.scio.t.u-tokyo.ac.jp/publication.html
• [備考]
  • URL: http://www.scio.t.u-tokyo.ac.jp/publication.html