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2009 Fiscal Year Annual Research Report

Co基ホイスラー合金を用いたSi中への高効率スピン注入

Research Project

Project/Area Number 20760478
Research InstitutionNational Institute for Materials Science

Principal Investigator

介川 裕章  National Institute for Materials Science, 磁性材料センター, 研究員 (30462518)

Keywordsスピンエレクトロニクス / 超薄膜 / 磁性
Research Abstract

本研究課題では,スピントロニクスを既存の半導体デバイス技術に応用し,新規不揮発性高集積ロジック回路への展開のために「室温で高いスピン分極率を持つことが期待されるCFAS合金を用いたSi半導体への高いスピン注入効率の実現」を目指す。具体的には完全スピン偏極したハーフメタルを用い,不揮発性を持つシリコントランジスタの実現に必要な要素技術の開発を行う。ハーフメタルの候補として,L2_1構造を有するCo基フルホイスラー合金,特にCo_2Fe(Al_<0.5>Si<0.5>)合金(以下CFAS)に注目する。CFAS合金は高いキュリー点を持ち,フェルミ準位がマイノリティスピンバンドギャップのほぼ中央に位置するため,熱による影響を受けにくく室温以上でも高スピン分極率を保持できる。平成21年度の研究内容として,まず,MgO単結晶基板上に成長したCFAS/MgAlOx/CoFe接合を用いてCFAS合金のハーフメタル性を実証した。室温で102%,低温で162%の大きなTMR比に加え,コンダクタンスのバイアス依存性からマイノリティーバンドギャップの存在が明らかになりCFASがスピン注入に有効な材料であることがわかった。次に,CFASを用いたスピン注入デバイスを実現するため,Si(001)基板とCFAS層のミキシングを押え,接合抵抗を制御するために挿入するトンネルバリアの開発を行なった。まずMgOはSi(001)と大きな格子不整合(9%)のため高品質な接合の実現が極めて難しいことがわかった。そこで,上記のCFAS/MgAlOx/CoFeで発見されたMgAlOxバリアを発展させて,新規にエピタキシャルMgAl_2O_4(スピネル)バリアの開発を行なった。MgAl_2O_4はSi(001)との格子不整合が5%以下と小さく,またMgOに代る新規結晶性バリアとして使用できる。Fe/MgAl_2O_4/Fe(001)構造の作製を通して,室温で117%の大きなTMR比を実現し,非常に良好なバイアス電圧特性を得ることに成功した。したがって,Si上への高品質MgAl_2O_4バリア作製技術の確立がなされれば高効率スピン注入デバイスの実現に期待が持たれる。

  • Research Products

    (9 results)

All 2010 2009 Other

All Journal Article (2 results) (of which Peer Reviewed: 2 results) Presentation (6 results) Patent(Industrial Property Rights) (1 results)

  • [Journal Article] Demonstration of Half-Metallicity in Fermi-Level-Tuned Heusler Alloy Co_2FeAl_<0.5>Si_<0.5> at Room Temperature2009

    • Author(s)
      R.Shan, H.Sukezawa, W.H.Wang, M.Kodzuka, T.Furubayashi, T.Ohkubo, S.Mitani, K.Inomata, K.Hono
    • Journal Title

      Physical Review Letters 102

      Pages: 246601-1-4

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Tunnel Magnetoresistance with Improved Bias Voltage Dependence in Lattice-Matched Fe/Spinel MgAl_2O_4/Fe(001)Junctions

    • Author(s)
      Hiroaki Sukegawa, Huixin Xiu, Tadakatsu Ohkubo, Takao Furubayashi, Tomohiko Niizeki, Wenhong Wang, Shinya Kasai, Seiji Mitani, Koichiro Inomata, Kazuhiro Hono
    • Journal Title

      Applied Physics Letters (in-press)

    • Peer Reviewed
  • [Presentation] スピネル型MgAl_2Oxバリアを有する強磁性トンネル接合のTMR効果2010

    • Author(s)
      介川裕章
    • Organizer
      第28回「スピンエレクトロニクス専門研究会」(社団法人日本磁気学会)
    • Place of Presentation
      中央大学駿河台記念館320号室
    • Year and Date
      2010-01-12
  • [Presentation] ホイスラー合金Co_2FeAl_<0.5>Si_<0.5>とスピネルMgAl_2O_4トンネルバリア用いたエピタキシャル強磁性トンネル接合2009

    • Author(s)
      R.Shan, 介川裕章, W.H.Wang, 小塚雅也, 古林孝夫, 大久保忠勝, 三谷誠司, 猪俣浩一郎, 宝野和博
    • Organizer
      2009年秋期(145回)日本金属学会講演会(社団法人日本金属学会)
    • Place of Presentation
      京都大学吉田キャンパス, 京都市
    • Year and Date
      2009-09-16
  • [Presentation] Co_2FeAl_<0.5>Si_<0.5>/MgAl_2O_4/CoFe強磁性トンネル接合のトンネル磁気抵抗効果と微細構造2009

    • Author(s)
      介川裕章, R.Shan, W.H.Wang, 小塚雅也, 古林孝夫, 大久保忠勝, 三谷誠司, 猪俣浩一郎, 宝野和博
    • Organizer
      第33回日本磁気学会学術講演会(社団法人日本磁気学会)
    • Place of Presentation
      長崎大学文教キャンパス
    • Year and Date
      2009-09-12
  • [Presentation] Co_2FeAl_<0.5>Si_<0.5>/(Mg, Al)Ox/CoFe強磁性トンネル接合のTMR効果2009

    • Author(s)
      R.Shan, 介川裕章, W.H.Wang, 小塚雅也, 古林孝夫, 大久保忠勝, 三谷誠司, 猪俣浩一郎, 宝野和博
    • Organizer
      2009年秋季 第70回 応用物理学会 学術講演会(社団法人応用物理学会)
    • Place of Presentation
      富山大学(富山県富山市五福3190番地)
    • Year and Date
      2009-09-08
  • [Presentation] Tunnel Magnetoresistance in Full-Heusler Co_2FeAl_<0.5>Si_<0.5>/MgO/Co_2FeAl_<0.5>Si_<0.5> Magnetic Tunnel Junctions2009

    • Author(s)
      介川裕章, 中谷友也, W.H.Wang, R.Shan, 三谷誠司, 猪俣浩一郎, 宝野和博
    • Organizer
      International Conference on Magnetism(ICM)(International Union for Pure and Applied Physics(IUPAP))
    • Place of Presentation
      Congress center Karlsruhe, Karlsruhe, Germany
    • Year and Date
      2009-07-26
  • [Presentation] High tunnel magnetoresistance in fully-epitaxial magnetic tunnel junctions with full Heusler Co_2FeAl_<0.5>Si_<0.5> alloys2009

    • Author(s)
      介川裕章, 中谷友也, W.H.Wang, R.Shan, 三谷誠司, 猪俣浩一郎, 宝野和博
    • Organizer
      20th International Colloquiumon Magnetic Films and Surfaces(International Union for Pure and Applied Physics(IUPAP))
    • Place of Presentation
      Freie Universitat, Germany, Berlin, Germany
    • Year and Date
      2009-07-22
  • [Patent(Industrial Property Rights)] 強磁性トンネル接合とそれを用いた磁気抵抗効果素子並びにスピントロニクスデバイス2009

    • Inventor(s)
      介川裕章, 猪俣浩一郎, シャンロン, 小塚雅也, 宝野和博, 古林孝夫, ワンウェンホン
    • Industrial Property Rights Holder
      独立行政法人物質・材料研究機構
    • Industrial Property Number
      特許・特願2009-123922
    • Filing Date
      2009-04-15

URL: 

Published: 2011-06-16   Modified: 2016-04-21  

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