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半導体トンネル磁気抵抗デバイスの基礎研究

半导体隧道磁阻器件基础研究

基本信息

批准号：
14655115
负责人：
田中雅明
金额：
$ 1.92万
依托单位：
The University of Tokyo
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Exploratory Research
财政年份：
2002
资助国家：
日本
起止时间：
2002 至 2004
项目状态：
已结题

来源：
https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-14655115/
关键词：
強磁性トンネル接合トンネル磁気抵抗効果(TMR)GaMnAs 共鳴トンネル効果 InGaMnAs 強磁性半導体負のTMR TMR比の振動トンネル磁気抵抗効果 MnAs トンネル磁気抵抗デバイススピントロニクス三端子デバイス量子効果デバイス分子線エピタキシーヘテロ構造スピン電子スピントロニクスデバイス

项目摘要

非磁性半導体や強磁性半導体を量子井戸層として有する強磁性半導体GaMnAs二重障壁強磁性トンネル接合においては、量子サイズ効果とトンネル磁気抵抗効果(TMR)を組み合わせた新しい様々な機能が実現できると期待される。しかし、共鳴トンネル効果とTMR効果が同時に起こる現象は磁性半導体ヘテロ構造においては未だ明瞭に観測されていない。本研究では、In_<0.4>Ga_<0.6>Asの非磁性量子井戸層を有するGa_<0.94>Mn_<0.06>As(20nm)/AlAs(dnm)/In_<0.4>Ga_<0.6>As(0.42nm)/AlAs(dnm)/Ga_<0.94>Mn_<0.06>As(20nm)二重障壁強磁性トンネル接合を、p型GaAs(001)基板上に分子線エピタキシー法を用いて作製した。測定温度は7.0K、磁場は面内[100]方向に印加し、10mVのバイアス電圧を印加して測定を行ったところ、反平行磁化の時の抵抗が平行磁化の時の抵抗に対して低くなる負のTMRがAlAs膜厚(dnm)が2.07nmおよび1.24nmのときに観測された。さらに、TMR比のAlAs膜厚依存性を測定したところ、TMRがAlAsの膜厚に対して、0%を中心に振動することが分かった。振動の周期は約0.8nmである。このような負のTMRとTMR比の振動が観測されたのは、磁性半導体系では初めてである。この現象を理解するために、Luttinger Kohn k・p Hamiltonianモデルおよびtransfer matrix法を用いてGaMnAs/AlAs/InGaAs/AlAs/GaMnAs RTDにおけるTMRの振る舞いに関する理論計算を行い、実験的に観測されたTMR振動がInGaAs量子井戸における量子サイズ効果に起因することを示唆した。トンネル確率のk_<//>依存性を計算・解析することにより、負のTMRは共鳴トンネル現象が起こるAlAs膜厚よりわずかに薄い膜厚で起こることがわかった。

Non-magnetic semiconductor, ferromagnetic semiconductor, quantum well layer, ferromagnetic semiconductor, GaMnAs double barrier, ferromagnetic joint,ては, quantum サイズ effect and とトンネルmagnetic resistance effect (TMR) をgroup み合わせた新しい々なfunctionality が実行できるとlook forward to される.しかし, resonance トンネル effect and TMR effect が Simultaneous にrise こる phenomenon は Magnetic semiconductor ヘテロ structure においてはだ明に TES されていない. In this study, the non-magnetic quantum well layer of In_<0.4>Ga_<0.6>As has Ga_<0.94>Mn_<0.06>As(20nm)/AlAs(dnm)/In_<0.4>Ga_<0.6>As( 0.42nm)/AlAs(dnm)/Ga_<0.94>Mn_<0.06>As(20nm) double Barrier ferromagnetic polyurethane bonding, molecular wires on p-type GaAs (001) substrate are fabricated using the polyester method. The measurement temperature is 7.0K, the magnetic field is in the plane [100] direction, the 10mV electric voltage is applied, the measurement line is measured, and the anti-parallel magnetization time is reached. Resistance to parallel magnetization, resistance to parallel magnetization, low resistance to negative TMR, AlAs film thickness (dnm), 2.07nm, 1.24nm, のときに観measurement, された.さらに、TMR ratioのAlAs film thickness dependenceをmeasurementしたところ、TMRがAlAsのfilm thicknessに対して、0%をcenter vibrationすることが分かった. The vibration period is approximately 0.8nm.このようなnegative のTMR and とTMR ratio の観measurement されたのは, magnetic semiconductor system ではInitial めてである.このphenomenonをUnderstandingするために、Luttinger Kohn k・p Hamiltonianモデルおよびtransfer matrix methodを用いてGaMnAs/AlAs/InGaAs/AlAs/GaMnAs RTD's におけるTMR's vibration dance いに关するTheoretical calculation を行い、実験's に観measurement されたTM R vibrationがInGaAs quantum welldoにおけるquantumサイズeffectにcauseすることをshows instigationした.することにより, negative のTMR は resonance The トンネル phenomenon is caused by the thin film thickness of AlAs and the thin film thickness of AlAs.