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。

预计可以在铁电磁半导体GAMNAS双屏障铁电磁隧道连接中实现多种新功能，这些隧道连接包含非磁性半导体，而铁电磁半导体作为量子层层，将量子尺寸效应和隧道磁力效果（TMR）结合在一起（TMR）。然而，在磁性半导体异质结构中尚未明确观察到共振隧穿和TMR效应的现象。在这项研究中，ga_ <0.94> mn_ <0.06> as（20nm）/alas（DNM）/in_ <0.4> ga___ <0.6> as（0.42nm）/alas（dnm）/alas（dnm）/ga__ <0.94> mn_ <0.06> mn_ <0.06>与（20nm）双屏障ferromagnet量与不量子的nonmagn tement nonmagt and and nonmagt and tenter nonmagn tenter anmag fermaig plaseent and Nont量In_ <0.4> ga__ <0.6> AS（20nm）使用分子束外延在P型GAA（001）底物上制造。测得的温度为7.0k，并在平面内[100]方向上施加磁场，并将10MV的偏置电压应用于测量。当观察到负TMR时，当Alas膜厚度（DNM）为2.07 nm和1.24 nm时，抗平行磁化的电阻低于平行磁化时的电阻。此外，当测量TMR比对Alas膜厚度的依赖性时，发现TMR相对于Alas膜厚度振动约0％。振动周期约为0.8 nm。这是第一次在磁性半导体系统中观察到这种负TMR和TMR比振动。 To understand this phenomenon, we performed theoretical calculations on the behavior of TMR in GaMnAs/AlAs/InGaAs/AlAs/AlAs/GaMnAs RTD using the Luttinger Kohn k.p Hamiltonian model and transfer matrix method, suggesting that the experimentally observed TMR oscillations are due to the quantum size effect in InGaAs quantum wells.通过计算和分析隧道概率的K _ <//>依赖性，发现负TMR在膜厚度上发生的薄膜厚度比Alas膜厚度略薄，在这种膜厚度中发生谐振隧道。