ナノメーターサイズトンネル磁気抵抗素子の作製とクーロンブロッケイド

纳米隧道磁阻元件的制作及库仑封锁

• 批准号: 04J03141
• 负责人: 新関 智彦
• 金额: $ 1.22万
• 依托单位: Tohoku University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for JSPS Fellows
• 财政年份: 2004
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2004 至 2005
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-04J03141/
• 关键词: 強磁性トンネル接合; 単一電子素子; 微小接合; 電子線リソグラフィ; ナノ加工; 微細加工プロセス; 低温測定

・前年度に確立した作製プロセスを用いて高品質強磁性単一電子素子(FM-SED)の試料を作製した.超高真空スパッタ装置(現有)を用いてTMR素子膜を作製し(本経費で申請したターゲットを使用),これを電子線描画装置(共同利用)とArミリング装置(現有)を用いて微小ギャップを有する二つの電極に加工した(申請した電子線レジストを使用).次にこのギャップを橋渡しするようにTiのナノ細線を形成し(申請した蒸着母材を使用),これをハードマスクとして上からArミリングを行った.この結果,幅20nm,長さ200nmの極微小TMR素子を有するFM-SEDが形成された.・極低温-室温においてFM-SEDの抵抗値およびTMR比を評価し,Coulomb blockade現象を確認した.ヘリウム希釈冷凍機(東北大学大野研究室所有)を用いて温度範囲10mK〜室温を実現し,単一および二重接合を有するFM-SEDの抵抗値(R)およびTMR比の温度依存性を調べた.単一接合では温度の低下に伴いRとTMR比が増加したが,2K以下では一定値を示した.一方,二重接合では2K以下でもこれらの値は増加し続けた.以上から理論通りに二重接合の系のみでCoulomb blockade現象が発現することが確認された.・極低温下においてFM-SEDの諸特性を評価し,しきい値電圧以下においてTMR比の増大現象を観測した.極低温下(10-50mK)においてバイアス電圧を数μV-数mVまで変化させ,RおよびTMR比のバイアス電圧依存性を調べた.単一接合ではバイアスを数μVまで下げてもRとTMR比に変化は見られなかったのに対し,二重接合では約400μVをしきい値としてRおよびTMR比が急激に増大した.特にTMRの増大率は通常値の10倍以上であり,これらは従来の理論では説明できない新しい現象が関与している可能性がある.

·In the past year, the preparation of samples for high-quality ferromagnetic single-electron (FM-SED) was established. Ultra-high vacuum device (existing) is used to manufacture TMR thin films (application fee is required to use), electron wire drawing device (common use) and Ar thin film device (existing) are used to manufacture micro-electrodes (application fee is required to use). The next step is to form a thin line of Ti. As a result, the FM-SED was formed in the small TMR particles with amplitude of 20nm and length of 200nm. The Coulomb blockade phenomenon was confirmed by evaluating the resistance value and TMR ratio of FM-SED at extremely low temperature and room temperature. The temperature dependence of FM-SED resistance (R) and TMR ratio is adjusted in the temperature range from 10mK to room temperature. The temperature of a joint is low, and the R/TMR ratio increases. One side, double joint The Coulomb blockade phenomenon is confirmed by the above theory. The characteristics of FM-SED at very low temperatures were evaluated, and the increase of TMR ratio was measured below high voltage. At extremely low temperatures (10-50mK), the voltage dependence of the voltage is adjusted from μV to mV. Single junction is about 400 μV, double junction is about 400μV, In particular, the increase rate of TMR is more than 10 times the normal value.

项目成果

Fabrication of ferromagnetic single-electron tunneling devices by utilizing metallic nanowire as hard mask stencil

利用金属纳米线作为硬掩模模板制备铁磁单电子隧道器件

• 发表时间: 2005
• 期刊: J. Appl. Phys. 97
• 作者: Tomohiko Niizeki