強磁性単電子トランジスタ技術の研究開発

2003 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 14750042
• 研究機関: 秋田県立大学
• 研究代表者: 白樫 淳一 秋田県立大学, システム科学技術学部, 助教授 (00315657)
• キーワード: 強磁性単電子トランジスタ / 強磁性金属 / 絶縁体接合ダイオード / トンネル磁気抵抗効果 / 走査型プローブ顕微鏡 / ナノテクノロジー / 超微細加工技術

研究概要

本研究課題では、情報通信技術の高度化を達成するための次世代メモリ素子技術の基礎となる、新しい基本3端子素子の開発を目的としている。具体的には、単電子デバイスの利点(単電子帯電効果(電荷)→超低消費電力性)と、磁気記録の利点(スピン依存トンネル効果(スピン)→不揮発性)を組み合わせた、これまでにない新しい素子機能を有する基本3端子素子である強磁性単電子トランジスタ(Ferromagnetic single-electron transistor : FMSET)の提案・開発と、それを用いた新しい高性能磁気メモリシステムの確立を目指している。強磁性単電子系メモリ素子では高集積化においても低消費電力で不揮発な、いわば現在のHDDとDRAMとを融合させたような、新しいメモリシステムを実現できる可能性を秘めている。
4種類の変調ゲート構造を有する強磁性単電子トランジスタファミリーの提案と動作特性の理論解析を行った。これら素子群の作製技術として、走査型プローブ顕微鏡(SPM)を用いた超微細ナノ加工技術を強磁性金属材料へ世界で初めて適用し、強磁性金属(FM)/酸化物(I)系超微細トンネル接合の作製技術を確立した。本手法をNi及びFe系FM/I/FMダイオードや容量結合型FMSETの作製へ適用し、動作特性の観測に成功した。また、磁気を利用した高性能磁気メモリシステムの基本素子となるRC結合型FMSETメモリ素子の提案を行い、そのメモリ動作特性を明らかにした。以上の結果から、FMSETファミリーの電気的・磁気的な特徴が明らかとなり、それを用いた高性能磁気メモリシステム実現への指針が得られた。

研究成果

• [文献書誌] J.Shirakashi, Y.Takemura: "RC-Coupled Ferromagnetic Single-Electron Transistors"J.Appl.Phys.. 93. 6873-6875 (2003)
• [文献書誌] Y.Takemura, S.Kidaka, K.Watanabe, Y.Nasu, T.Yamada, J.Shirakashi: "Applied Voltage Dependence in Nano-oxidation of Ferromagnetic Thin Films Using Atomic Force Microscope"J.Appl.Phys.. 93. 7346-7348 (2003)
• [文献書誌] Y.Takemura, J.Shirakashi: "Theoretical Study on Tuunel Magnetoresistance Oscillation Due to Coulomb Blockade in Nanoscale Magnetic Tunnel Junction"Mat.Res.Soc.Symp.Proc.. 776. Q11.18.1-Q11.18.6 (2003)
• [文献書誌] J.Shirakashi, Y.Takemura: "SPM Fabrication of Nanometerscale Ferromagnetic Metal-Oxide Devices"J.Magn.Magn.Mat.. (印刷中). (2004)
• [文献書誌] J.Shirakashi, Y.Takemura: "Ferromagnetic Ultra-Small Tunnel Junction Devices Fabricated by Scanning Probe Microscope (SPM) Local Oxidation"IEEE Trans.Mag.. (印刷中). (2004)
• [文献書誌] M.B.A.Jalil, C.W.Kim, Y.Takemura, J.Shirakashi: "Finite-Element Capacitance Calculation and Spin-dependent Transport Modeling of Double Magnetic Tunnel Junctions"日本応用磁気学会誌. (印刷中). (2004)