MgOトンネル障壁を用いた超低抵抗MTJ素子技術

摘要

厚さ数nm以下の絶縁体層（トンネル障壁）を2枚の強磁性金属層（強磁性電極）で挟んだ磁気トンネル接合素子（Magnetic Tunnel Junction；MTJ素子）は，電子のスピン依存トンネル伝導に起因してトンネル磁気抵抗効果（Tunneling Magneto Resistance；TMR効果）を示す（Fi＆1参照）．低温でTMR効果が発現することば1970年代から知られていたが，室温で磁気抵抗が得られなかったため，その後十数年の問あまり注召されることはなかった．しかし，1988年に磁性金属多層膜の巨大磁気抵抗（GMR）効果が発見され，これを用いた磁気センサー（ハードディス'クの磁気ヘッドなど）の研究開発が盛んになるにつれて，TMR効果にも再び注目が集まるようになった．1995年に宮崎ら4）とムデーラ（J．Moodera）ら5）は，トンネル障壁にアモルファス酸化アルミニウム（Al-O），強磁性電極に多結晶の3d強磁性金属層を用いたMTJ素子を作製し，室温で20％近い磁気抵抗比（MR比）を実現した．これが，スピンバルブ素子の室温MR比の最高値（当時）であったため，TMR効果が一躍脚光を浴びることとなった．その後，Al-Oトンネル障壁の作製法や電極材料の最適化が精力的に研究され，現在までに室温で70％を超えるTMR効果が実現されている（Fig．2参照）．