スピンバルブ型バリスティックMR薄膜の作製

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2つの強磁性体のナノコンタクトで観測されるバリスティック磁気抵抗(BMR)効果を解明・実用化するためには、電子伝導の量子化が発現するナノメートルオーダーの電流の絞込み領域を完全に制御して形成することが最も重要な技術である。本研究の第一目的は、極薄絶縁膜面内へのナノメートルオーダーの導電領域(ナノコンタクトホール:NCH)の均一形成手法を開発し、強磁性層/NCH絶縁層/強磁性層/反強磁性層の基本4層構成からなるスピンバルブ型バリスティックMR薄膜を作製することにある。NCHを有するスピンバルブ素子において、BMR効果を観測するためには、素子面積内にNCHの存在数を1〜数個のオーダーとするために、素子サイズを数十nmのサイズに加工する必要がある。同時に、そのような微細素子においても反磁界に抗して2枚の強磁性層の磁化の平行/反平行配列を確実に制御する必要がある。本年度は数十nmサイズの素子加工を行うためのハードマスクとしての30nm径のC(カーボン)ピラーの成長技術を、電子ビーム援用CVD法によって確立した。また、数十nmサイズのスピンバルブ素子の固定層磁化の固着能力を確保するために、巨大な一方向異方性定数を発現できるMn_3Ir合金を新たな反強磁性層材料として開発した。さらにNCH形成のために、MgO絶縁膜の初期成長過程をconductive AFM法を用いて詳細に検討を行い、膜厚0.8nmを境にMgO膜が二次元連続状に変化するために、強磁性ピンホールが消失することを明らかにした。現時点ではスピンバルブ素子でのBMR効果の観測には至っていないが、本研究成果を統合した数十nmサイズのスピンバルブ型MR素子の実現によって、再現性の高いBMR効果の観測が期待できる。