高品位微小トンネル接合へのスピン注入

2003 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 13305001
• 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: 鈴木 義茂 産業技術創造研究所, エレクトロニクス研究部門, 主任研究員 (50344437) ; 久保田 均 東北大学, 大学院・工学研究科, 助教授 (30261605) ; 安藤 康夫 東北大学, 大学院・工学研究科, 助教授 (60250726)
• キーワード: 微小トンネル接合 / 収束イオンビーム / 電子ビームリソグラフィー / C-AFM / コプレーナ線路 / ホンププローブ法 / ダンピング定数

研究概要

微小トンネル接合の作製と評価
・収束イオンビームを用いてカーボンマスクパターンを作製し、これを用いることにより、130nm×130nm、150nm×260nmのトンネル微小接合を作製した。
・電子ビームリソグラフィーを用いることで0.25〜100μm^2の接合を作製した。
・原子間力顕微鏡(コンタクトモード)で微小トンネル接合の磁気抵抗曲線(MR曲線)を測定する装置を作製した。これを用いて2×0.7μm^2の接合のMR曲線を測定し、29%のMR比を得た。
コプレナー線路からの高速パルス磁界応答信号の測定
・トンネル接合に於ける強磁性電極の磁化反転び伴うトンネル電流の応答信号を測定するためのエア・コプレーナ・プローブシステムを製作した。
・上記のシステムを用いトンネル接合のパーマロイ層の磁化反転信号を測定し、反転時間500psを得た。反転信号はLLG方程式による計算結果とほぼ一致した。
ポンププローブ法による磁化の才差運動の測定
・500ps以上の更に早い時間スケールの磁化の変動を測定するため、ポンププローブ測定が可能な光学系を構築した。
delay line粗動:制度100fs、最長10ns、微動:制度40fs、最長1.33nsのポンプ光の遅延が可能。
・180×90μm^2のパーマロイ薄膜の磁化の才差運動によるシグナルを測定し、1ns以下の振動周期を測した。得られたシグナルを解析し、ダンピング定数α=0.008を得た。この値はFMRから得られた値と一致した。
・更にPt/Py/Pt接合の磁化の才差運動を測定し、Ptでパーマロイを挟むことにより振動周期が減少する(αが増加する)ことを直接的に観測した。

研究成果

• [文献書誌] Terunobu Miyazaki: "Recent Development of MRAM Technology"Journal of Magnetics. 8. 36-44 (2003)
• [文献書誌] Ji Hyung Yu: "Electron transport properties in magnetic tunnel junctions with epitaxial NiFe (111) terromagnetic bottom electrodes"Applied Physics Letters. 82. 4735-4737 (2003)
• [文献書誌] Hitoshi Kubota: "Size dependence of switching field of magnetic tunnel junctions down to 50 nm scale"Journal of Applied Physic. 94. 2028-2032 (2003)
• [文献書誌] 水上 成美: "強磁性体/非磁性体接合におけるスピンポンピング"日本応用磁気学会誌. 27. 934-939 (2003)
• [文献書誌] 宮崎 照宣: "スピントロニクスの発展とMRAMの研究開発動向"電子技術. 2003-5. 34-39 (2003)
• [文献書誌] 宮崎 照宣: "スピンダイナミックス"マテリアルインテグレーション. 16・9. 1-6 (2003)
• [文献書誌] Tomohiko Niizeki: "Nanofabrication of magnetic tunnel junctions by using side-edge thin film deposition"Science and Technology of Advanced Materials. 4. 347-352 (2003)
• [文献書誌] Ji Hyun Lee: "Characterization of thermally annealed tunnel junctions with preoxidized CoFe pinned electrode"Journal of Applied Physic. 94. 7778-7783 (2003)
• [文献書誌] Xiu Feng Han: "Switching properties and dynamic domain structures in double barrier magnetic tunnel junctions"Journal of Magnetism and Magnetic Materials. (In press). (2004)
• [文献書誌] Yasuo Ando: "Time-resolved magnetization precession and reversal dynamics investigated using tunneling current and Kerr effect"Journal of Magnetism and Magnetic Materials. (In press). (2004)
• [文献書誌] Yasuo Ando: "Ferromagnetic tunnel junctions with high thermal stability"Journal of Magnetism and Magnetic Materials. (In press). (2004)
• [文献書誌] Hitoshi Kubota: "CO+NH_3 plasma etching for magnetic thin films"Journal of Magnetism and Magnetic Materials. (In press). (2004)
• [文献書誌] Tomohiko Niizeki: "Nanofabrication of magnetic tunnel junctions using electron beam lithography"Journal of Magnetism and Magnetic Materials. (In press). (2004)
• [文献書誌] Mikihiko Oogane: "Tunnel spectra for Al/Al-oxide/Ni_<80>Fe_<20> junctions under the superconducting transition temperature of Al films"Journal of Magnetism and Magnetic Materials. (In press). (2004)
• [文献書誌] Mikihiko Oogane: "Tunnel Conductance in Ni_<80>Fe_<20>/Al-oxide/Al Junctions below the superconducting transition temperature of the Al films"Transactions of Material Research Society. (In press). (2004)
• [文献書誌] 安藤 康夫: "超高密度磁気メモリ"電子材料. 43・1. 136-141 (2004)
• [文献書誌] 渡邊 大輔: "集束イオンビームを用いた微小強磁性トンネル接合の作製"日本応用磁気学会誌. (In press). (2004)
• [文献書誌] 中田 淳: "CO_2MnAlホイスラー合金を用いた強磁性トンネル接合"日本応用磁気学会誌. (In press). (2004)