電界アシストを利用したスピン注入磁気メモリの研究

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昨年度に引き続き，Co超薄膜に強い電界を印加した際の磁気特性の変化を調べる基礎的実験を行った．また，電界アシストスピン注入磁化反転の基本素子となる高配向ZnO膜を用いたCPP-GMR（Current perpendicular to the plane - giant magneto-resistance）素子を作成し，極薄のZnO膜を介した巨大磁気抵抗効果の観測を行った．Co超薄膜の作成では昨年度問題となったスカム除去プロセスを開発した．また，Co超薄膜の磁気特性を改善するため，Pt下地層厚依存性，MgO層とCo超薄膜層界面への極薄Pt層の挿入を検討した．これらの検討で良好な磁気特性が得られた膜構成：熱酸化膜付きSi基板 / Ta (3 nm) / Pt (2.0 nm) / Co (0.4 nm) / Pt (0.1 nm) / MgO (2 nm)をスパッタリング法により成膜し，これを細線と細線に直交方向に異常ホール効果検出電極を有する十字形状に加工した．この十字形状の上にAl2O3を100 nm，Pt電極を成膜し，電界印加中の磁気特性を観測できるような素子を作成した．電界非印加時のCo超薄膜は保磁力90 Oeを示したのに対し，1.5 MV/cmの電界を絶縁層に印加することで，保磁力が75 Oeに減少（約16%減少）することが分かった．極薄ZnO層を用いたCPP-GMR素子では上下磁性層にCo/Pd多層膜を用いたTa (10 nm) / AlCu (20 nm) / Ta (5 nm) / [Pd (1.2 nm) / Co(0.6 nm)]6 / Zn (0.7 nm) / ZnO (1.6 nm) / Zn (0.7 nm) / [Co (0.35 nm) / Pd (1.6 nm)]6 / Ta (5 nm)を成膜し，フォトリソグラフィー，Arイオンエッチングにより20 μm 角のCPP-GMR素子に加工した．ZnO層厚やその上下のZn層厚などの膜構造の最適化は不十分であるが，上下磁性層の磁化方向変化に対応し，0.02 %程度の磁気抵抗変化が得られた．