ホイスラー合金を用いた強磁性エピタキシャルトンネル接合の製作技術と特性評価の研究

霍斯勒合金铁磁外延隧道结制备技术及性能评价研究

• 批准号: 06J04338
• 负责人: 丸亀 孝生
• 金额: $ 0.64万
• 依托单位: Hokkaido University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for JSPS Fellows
• 财政年份: 2006
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2006 至 2008
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-06J04338/
• 关键词: ハーフメタル強磁性体; ホイスラー合金; 強磁性トンネル接合; トンネル磁気抵抗; エピタキシャル成長; スピン依存トンネリング; MgOトンネルバリア; MRAM

本研究では,これまでに,Co系ホイスラー合金に属するCo_2Cr_<0.6>Fe_<0.4>Al(CCFA)の単結晶MgO基板上へのエピタキシャル成長を実証するとともに,これらの単結晶エピタキシャル薄膜とMgOトンネルバリアを組み合せた単結晶エピタキシャルMTJ(CCFA-MTJ)を製作し,室温において比較的高いTMR比である室温で42%を実証した.しかし,この以前に報告したCCFA-MTJにおけるCCFA薄膜の組成はCo_<2.0>Cr_<0.61>Fe_<0.38>Al_<0.81>と,フルホイスラー合金Co_2YZの本来の2:1:1の組成比に対し無視できない組成ずれを有していた.これに対して,本年度の研究成果として,保磁力差型CCFAIMgO/Co_<50>Fe_<50>MTJにおいて,CCFA薄膜の組成を化学量論的な値に近づけることにより,室温で90%(4.2Kで240%)に達するTMR比が得られた.さらに,上部強磁性Co_<50>Fe_<50>電極に対して反強磁性体を用いて交換バイアスを与えた構造の,交換バイアス型エピタキシャルCCFA/MgO/Co_<50>Fe_<50>MTJを製作し,室温で109%,4.2Kで317%の高いTMR比が得られた.また,得られたTMR比よりB2構造を有するエピタキシャルCCFA薄膜の実効的なスピン偏極率を見積もったところ,4.2Kで0.88(室温で0.57)の高い値が得られた.この結果より,コヒーレントトンネリングによりエピタキシャルCCFA/MgO/Co_<50>Fe_<50>MTJのTMR比が増大している可能性が示唆された.以上の結果より,Co系ホイスラー合金薄膜の本質的に高いスピン偏極率を活用する上で,すべての層が単結晶エピタキシャル成長の強磁性トンネル接合の構造が有用であることを示した.

In this study, we demonstrated the growth of Co-based amorphous alloys on Co_2Cr_<0.6>Fe_<0.4>Al(CCFA) single crystal MgO substrates, and the fabrication of MgO thin films and single crystal MTJ(CCFA-MTJ) at room temperature. CCFA thin films are composed of Co_<2.0>Cr_ Fe_ Al_2 and Co_ Cr_<0.61>Fe_<0.38>Al<0.81>_2. In this year's research results, <50><50>the composition of CCFA thin films is close to stoichiometric, and the TMR ratio is 90%(4.2 K 240%) at room temperature. In addition, the upper ferromagnetic Co_<50>Fe_<50>electrode was fabricated by using the exchange-type CCFA/MgO/Co_<50>Fe_<50>MTJ structure with a high TMR ratio of 317% at room temperature of 109% at 4.2K. The polarization ratio of CCFA thin films is 0.88 at 4.2 K (0.57 at room temperature) and the high value is obtained. As a result, the TMR ratio of CCFA/MgO/Co_ Fe_MTJ increases, and the possibility of CCFA/MgO/Co_<50>Fe_<50>MTJ transition increases. The above results show that the structure of ferromagnetic junction of Co-based alloy thin films with high polarization ratio is useful.

项目成果

Exchange Bias Effect in Full-Heusler Alloy Co$_2$Cr$_0.6$Fe$_0.4$Al Epitaxial Thin Films

• DOI: 10.1109/tmag.2006.879154
• 发表时间: 2006-09
• 期刊: IEEE Transactions on Magnetics
• 影响因子: 2.1
• 作者: T. Ishikawa;T. Marukame;K. Matsuda;T. Uemura;M. Yamamoto

Epitaxial Growth of Full-Heusler Alloy Co$_2$MnSi Thin Films on MgO-Buffered MgO Substrates

• DOI: 10.1109/tmag.2006.878850
• 发表时间: 2006-05
• 期刊: IEEE Transactions on Magnetics
• 影响因子: 2.1
• 作者: H. Kijima;T. Ishikawa;T. Marukame;H. Koyama;K. Matsuda;T. Uemura;M. Yamamoto

Highly spin-polarized tunneling in fully epitaxial Co2Cr0.6Fe0.4Al∕MgO∕Co50Fe50 magnetic tunnel junctions with exchange biasing

• DOI: 10.1063/1.2428412
• 发表时间: 2007
• 期刊: Applied Physics Letters
• 影响因子: 4
• 作者: T. Marukame

Spin-dependent tunneling characteristics of fully epitaxial magnetic tunnel junctions with a full-Heusler alloy Co_2MnSi thin film and MgO tunnel barrier

全Heusler合金Co_2MnSi薄膜和MgO隧道势垒的全外延磁隧道结的自旋相关隧道特性

• 发表时间: 2006
• 期刊: Appl.Phys.Lett. 89
• 作者: 貞方 毅;et. al.;T.Ishikawa
• 通讯作者: T.Ishikawa

High tunnel magnetoresistance in fully epitaxial magnetic tunnel junctions using a full-Heusler alloy Co_2Cr_<0.6>Fe_<0.4>Al thin film

使用全 Heusler 合金 Co_2Cr_<0.6>Fe_<0.4>Al 薄膜的全外延磁隧道结中的高隧道磁阻

• 发表时间: 2006
• 期刊: Applied Physics Letters 88
• 作者: A. D' Adda;S. Arianos;N.Kawamoto;J. Saito;斉藤 準;Takao Marukame;Takao Marukame
• 通讯作者: Takao Marukame