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Ni/NiOプレーナ型2重強磁性トンネル接合では、2重障壁層に挟まれたアイランド電極のサイズを10nmオーダーに加工することが可能であり、帯電効果の検証が期待される。この基盤構造である微小強磁性トンネル接合を、高周波マグネトロンスパッタ装置にて成膜したNi薄膜(膜厚8〜20nm)を電子線リソグラフィまたはフォトリソグラフィとドライエッチングによりパターニングして作製した。さらに、このパターン薄膜に原子間力顕微鏡(AFM)を用いた局所酸化を施すことにより、Ni/NiOプレーナ型2重強磁性トンネル接合が形成される。基板には熱酸化Si基板(SiO2/Si基板)を用いた。
Ni/NiOプレーナ型2重強磁性トンネル接合の電流電圧測定ではトンネルダイオード特性が得られ、AFM局所酸化により形成した酸化物が障壁層として機能していることを確認しているが、障壁層厚の極薄化が課題であった。そこでAFMナノ酸化をタッピングモードを用いて実施したところ解決された。このようにして作製したプレーナ型強磁性トンネル接合では良好な電流電圧特性が室温から低温(17K)に至るまで観測された。Simmonsの計算式によるフィッティングから、壁高さ1.5eV、障壁層厚1.7nmが得られ、所望のトンネルダイオードが形成されていることが明らかとなった。これらの研究成果は線幅が100nm程度のストライプ構造上にAFMナノ酸化を施すことにより、帯電効果を発生させるのに十分なデバイス作製方法を確立させるものである。
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