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電子伝導に及ぼす磁性の影響は存外に大きく、いわゆるスピンエレクトロニクス分野では、巨大磁気抵抗(GMR)効果、トンネル磁気抵抗(TMR)効果、スピンアキュムレーション、スピントルク磁化反転など、ここ十数年の間に数々の新物理現象の発見が相次いでいる。これらスピンエレクトロニクスの発展には素子サイズの超微細化が重要な役割を果たしており、90年代の薄膜技術の進展による膜厚方向のナノスケール化と、主に今世紀に入って以降の微細加工技術による薄膜面内方向でのサブミクロン化が必要欠くべからざる要素であった。
本研究では、面内方向のナノスケール化を実現すべく、電子ビームの極小フォーカス機能を利用した、選択CVD法による面内寸法10nm以下のハードエッチングマスクの形成と、それによる機能性磁性多層薄膜のパターンニングを目指した。
本年度は、Al-N層をバリア層にもつTMR膜上に、電子ビーム援用選択CVD法によって、C(カーボン)ならびにW(タングステン)製のナノピラーを形成し、それをパターニングマスクとしたイオンミリング法による極小TMR素子形成について検討を行った。その結果、電子ビーム照射量・加速電圧ならびにアパーチャー径の制御、およびイオンミリング角度を二段階に調節することにより、最小寸法径34nmの極小TMR素子を得た。得られたTMR素子の磁気抵抗効果を評価した結果、通常のフォトリソグラフィー法により加工した素子と同程度のMR特性を保持しており、本研究の微細加工法が有用であることを実証した。
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