スピントランスポートデバイスに関する研究

1997 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 08405001
• 研究機関: 東北大学
• 研究代表者: 宮崎 照宣 東北大学, 大学院・工学研究科, 教授 (60101151)
• 研究分担者: 久保田 均 東北大学, 大学院・工学研究科, 助手 (30261605) ; 安藤 康夫 東北大学, 大学院・工学研究科, 助手 (60250726)
• キーワード: トンネルスピン磁気抵抗効果 / トンネル接合 / スピンバルブ / 再生磁気ヘッドデバイス / 非弾性電子トンネル分光 / ECRイオンビーム / マグノン / 酸化アルミ

研究概要

トンネルスピン磁気抵抗効果をデバイス化するために必要な基礎的研究を多角的に行い多くの重要な成果を得た。以下に主な成果を箇条書きに記す。
1.スピンバルブタイプの接合を作製し、デバイスとしての特性評価を行った。接合の構成は3000Å酸化Si/NiFe(188Å)/Co(33Å)/酸化Al/(10〜18Å)/Co(26Å)/NiFe(188Å)/FeMn(450Å)/Ta(200Å)で、メタルマスクを用いて接合面積を100×100〜500×500μm^2とした。この接合について以下の点が明らかとなった。
(1)磁気抵抗変化率(TMR比)はいずれも10%以上と大きく最大で28%であった。
(2)TMR比は熱処理によって変化し、約250℃での磁界中熱処理がデバイスとして最適であることが明らかとなった。
(3)再生磁気ヘッドデバイスに必要な磁気抵抗曲線の線形化に関し、2段の磁界中熱処理が有効であることを明らかにした。
2.Fe/Al-oxide/FeおよびNiFe/Al-oxide/Co接合のTMRの温度依存性、印加電圧依存性を系統的に調べ、理論的にその後指摘された界面の磁性不純物による効果で実験結果をほぼ説明できることを示した。
3.Al/Al-oside/Co/Al(Co:2〜500Å)接合の界面状態を非弾性電子トンネル分光で解析し、低バイアス側に不純物による励起モードを、数10〜150mVにマグノンによる励起モードを観測し、非弾性電子トンネル分光法は接合界面の状態を調べるのに有効な手段であることを示した。
4.NiFe/Co/Al-oxide/Co接合においてECRイオンビーム酸化法による最適なAl-oxideの作製法を検討し、20%のTMR比が得られることを明らかにした。
5.カ一効果を利用して、約50×50μm^2の微小接合部のカ-ヒステリシスを測定できる装置を製作し、接合部の磁化と接合の磁気抵抗曲線が対応していることを明らかにした。

研究成果

• [文献書誌] T.Miyazaki: "Spin-polarized Magnetic Tunneling Magnetoresistive Effect in Various Junctions" Journal of Physics D. (in press). (1998)
• [文献書誌] Nobuki Tezuka: "Temperature and Applied Voltage Dependence of Magnetoresistance Ratio in Fe/Al oxide/Fe Junction" Japanese Journal of Applied Physics. (in press). (1998)
• [文献書誌] Seiji Kumagai: "Temperature Dependence of the Spin Tunneling Magnetoresistive Effect on NiFe/Co/Al_2O_3/Co/FeMn Junctions" Japanese Journal of Applied Physics. 36. L1498-L1500 (1997)
• [文献書誌] Terunobu Miyazaki: "Spin-polarized tunneling magnetoresistive effect in ferromagnt/insulator/ferromagnet junctions" Physica B. 237-238. 256-260 (1997)
• [文献書誌] 手束展規: ":強磁性トンネル接合における絶縁障壁と磁気抵抗" 日本応用磁気学会誌. 21. 493-496 (1997)
• [文献書誌] 熊谷静似: "微細NiFe/Al_2O_3/Co接合素子の磁気トンネリング効果" 日本応用磁気学会誌. 21. 533-536 (1997)
• [文献書誌] Terunobu Miyazaki: "Electrochemical Technology -Giant Magnetoresistance Effect in Superlattice Multilayrs-" N.Masuko,T.Osaka,Y.Ito(Kodansha), 409(21) (1996)