強磁性トンネル接合素子の微細化と磁区検出器応用に関する研究

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微細加工技術を施すことにより種々の大きさの接合部を有する強磁性層/絶縁層/強磁性層の3層膜からなる強磁性トンネル接合素子を作製し、その特性評価を行った。 1.今回、両強磁性層には低保磁力のNiFeとCoを用いており、成膜はこれまで報告例の少ないスパッタ法(RF2極スパッタ)により行った。良好な特性を得るためには両磁性層間の保磁力に充分な差があること、角形比が良いことが必要であるため成膜条件を変え磁化特性を検討した。その結果、基板温度に対する依存性が大きいことがわかった。これを適正化することで、3層膜の磁化曲線として肩の位置が両磁性層の保磁力に一致する2段階のヒステリシスカーブが得られ、外部磁界によって両者の相対角が制御できた。 2.絶縁層としてAl表面を酸化したAl-Al_2O_3を用いたが、その酸化膜形成に酸素雰囲気中でのプラズマスパッタ酸化の適応を試みた。酸化条件を酸素圧20〜80mTorr、投入電力0.1〜1.0W/cm^2の範囲で変化させ試作を行ったが、Pbのプラズマ酸化で報告されたようなトンネル接合部抵抗の酸素圧依存性は得られなかった。また、室温から-150℃の範囲で接合部抵抗の温度依存性を測定したところ金属性であり、トンネル電流の特徴である低温時の抵抗増加は得られておらず、RF2極スパッタ装置を用いたプラズマ酸化法による均一なトンネル障壁は今回は得られなかった。 3.素子におけるトンネル接合領域の規定はAl膜上にスパッタにより成膜したSiO_2にスルーホールを形成することにより行った。このSiO_2は磁性層電極パタン端部での短絡防止を兼ねている。Co膜のパタ-ニングはウェットエッチングによりNiFe、AlおよびSiO_2膜のパタ-ニングはウェットまたはドライエッチングにより行った。以上のようなフォトリソグラフィー技術を用いて試作した接合領域5×5μm^2の素子において0.2%の磁気抵抗変化率を得た。