磁性多層膜におけるスピン依存型電子散乱を利用した極微磁電変換素子の研究

1996 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 06452231
• 研究機関: 九州大学
• 研究代表者: 松山 公秀 九州大学, 大学院・システム情報科学研究科, 助教授 (80165919)
• 研究分担者: 浅田 裕法 九州大学, 大学院・システム情報科学研究科, 助手 (70201887)
• キーワード: 磁性薄膜 / 巨大磁気抵抗効果 / スピンバルブ / 強磁性トンネル効果 / スピン依存型電子散乱

研究概要

強磁性金属と非磁性体を積層した多層薄膜に微細加工を施して3次元電流路を形成し、膜面垂直方向電流におけるスピン依存型電子散乱及びその磁電変換素子への応用に関する研究を行い次のような成果を得た。
1.電子ビーム蒸着法による磁界中で成膜したNiFe/Co/Cu/Co非結合型磁性多層膜に微細加工を施し2×5μm^2の磁電変換素子を作製し、幅17nsのパルス電流による高速メモリ動作を実現した。試作素子において、外部磁界と電流磁界による選択的情報書き込み動作を確認した。
2.電子ビーム露光法による直接パタン描画とArイオンミリングによる微細加工を用いることにより最小線幅0.4μmまでの種々の線幅のスピンバルブ細線を作製し、磁電変換特性のサイズ効果を明らかにした。パタン幅1μm以下では形状磁気異方性の効果が顕著となりパタン幅の減少に伴い幅方向の磁界感度が著しく低下するが、長手方向の磁界感度は数10 Oeでパタン幅依存性は比較的小さいことが分かった。
3.マイクロマグネティクスに基づく計算機シミュレーションにより、スピンバルブ細線の磁化過程の詳細を明らかにした。また、磁気ヘッド等への応用において重要となる非一様な外部磁界による磁化過程について解析を行い、素子の磁電変換効率向上のための磁気特性及びパタン設計上の指針を得た。
4.CoPt/非晶質半導体/Co3層膜に微細加工を施すことにより膜面垂直方向の電流路を形成し、その抵抗値が両磁性層の磁化の相対角度に依存して変化することを確認した。真空蒸着法、高周波スパッタ法により成膜した非晶質Si、非晶質Geのいずれの場合にも室温での磁気抵抗変化を確認し、集積化に適した垂直構造の磁電変換素子実現の見通しを得た。

研究成果

• [文献書誌] K.Matsuyama: "Perpendicular Spin Valve Behavior in a Microstructured Co/Cu-cu Oxide trilayer" Journal of Applied Physics. 79. 5318-5320 (1996)
• [文献書誌] H.Asada: "Micromagnetic Study on Write Operation in Sub-micron Magnetic Random Access Memory" Journal of Applied Physics. 79. 6646-6648 (1996)
• [文献書誌] K.Matsuyama: "Magnetoresistance Behavior in Microfabicated Trilayer Strip Pattern" Journal of Magnetism and Magnetic Materials. 156. 301-302 (1996)
• [文献書誌] H.Asada: "Micromagnetic Study on Dynamic Properties of Write Operation in Magnetic Random Access Memory Cell" IEEE Transactions on Magnetics. 32. 4001-4003 (1996)
• [文献書誌] K.Matsuyama: "High Senstive Magnetoresistance in Evaporated Spin Valves with Growth-Induces Uniaxial Anisotropy" IEEE Transactions on Magnetics. 32. 4612-4614 (1996)
• [文献書誌] K.Matsuyama: "Spin Dependent Transport Perpendicular to CoPt/S/Co(S=Si,Ge)Trilayers" Journal of Applied Physics. 81(印刷中). (1997)