成果報告書詳細
管理番号20110000001396
タイトル平成18年度~平成22年度成果報告書 スピントロニクス不揮発性機能技術プロジェクト(7)
公開日2011/12/13
報告書年度2006 - 2010
委託先名国立大学法人大阪大学
プロジェクト番号P06016
部署名電子・材料・ナノテクノロジー部
和文要約「スピントロニクス不揮発性機能技術プロジェクト」
「低電力磁化反転TMR 素子技術」
大阪大学は産業技術総合研究所で作られたFeCoB/MgO/FeCoBトンネルナノ接合のスピンダイナミクスを本プロジェクトで開発された装置を用いて研究した。その結果、熱活性化磁化反転におけるごく初期の段階に非常に磁化の反転確率が小さい時間帯があることを見出した。この効果は熱平衡状態から電流下における準安定状態に遷移する時間に対応する「不感時間」の概念を導入することによりよく理解された。磁化困難軸方向に磁界を印加することにより、この時間は短くなり与えられた反転時間を達成するのに必要な電流は効果的に小さくなった。また、大阪大学は垂直自発磁化を持つFeCo合金からなる強磁性接合のスピンダイナミクスの研究を行った。電流パルスの長さおよび高さを変化させて、接合の反転確率を詳細に測定した。その結果、非反転確率はパルス長の増大に伴い指数関数的に減少することを見出した。この結果は、短時間におけるむ磁化の高確度スイッチングを保証するものである。
「スピン能動素子設計技術」
大阪大学はスピンに加わるスピントルクを用いたスピントランジスタの基本的な概念を開発した。高性能CoFeB/ MgO/ CoFeBトンネル素子を用いることにより、大阪大学は産業技術総合研究所とキヤノンアネルバとの共同により負性抵抗効果を観察した。そして、この負性抵抗を用いてさらに増幅器を開発した。増幅器は室温において1.2にいたる電圧および電力増幅率を示した。スピントロニクス素子が室温で増幅効果を示した初めての例である。
大阪大学は産業技術総合研究所が作製したトンネル磁気抵抗膜から円形の三端子スピントランジスターを作製した。ホモダイン測定の結果から直径2mの円形トランジスタの電圧増幅率は室温において約0.1であると見積もられた。モデル計算からサブミクロンの大きさの素子は1を超える電圧増幅率を持つことが見出された。産業技術総合研究所が作製した強磁性トンネル接合をつかって電流磁界がスピンに及ぼすトルクを用いたスピントランジスタの研究を行った。素子は、室温において電力および電流増幅を示した。さらに、5.7のファンアウトを室温で得た。これらの素子はモデル化されそのスケーリングの性質が明らかにされた。
英文要約“Spintronics nonvolatile function technology project”
MTJ technology for low power magnetization reversal
Osaka University investigated spin-dynamics in FeCoB/MgO/FeCoB magnetic nano-tunnel junctions fabricated in AIST using the measurement method that has been developed in this project. As a result, significantly low switching probability in the very initial stage of thermally excited switching was found. The effect was well understood by introducing the “non-reactive time” in which the nanomagnetic spin system undergoes a transition from a thermal equilibrium state to a metastable state under a finite current. By applying hard axis magnetic field, the time was shortened and the required current for a given switching time was effectively lowered.
Osaka University also investigated spin-dynamics in FeCo based magnetic junctions with perpendicular spontaneous magnetizations. By changing current pulse length and height, the switching probability of the junction was measured in detail. As results, we found that the non-switching probability decreases exponentially with increase of the pulse length. The behavior assures us the very certain switching of the magnetization in short time.
Design of active spin devices
Osaka University developed a basic concept to design spin transistors using torques those are exerted on the spins. Using high performance CoFeB/ MgO/ CoFeB tunneling junctions, Osaka University observed negative resistance effect in collaboration with AIST and Canon ANELVA. Then, we have further developed an amplifier using this negative resistance. The amplifier showed voltage and power gain of up to 1.2 at room temperature. This is the first observation of an amplification function of a spintronic device at room temperature.
Osaka University fabricated 3 terminals round shape spin-torque transistors using magnetic tunnel junction films developed by AIST. From homodyne detection measurements, voltage gain in a round shape transistor of 2m in diameter was estimated to be about 0.1 at room temperature. From model calculation, it was found that the transistors with submicron diameter may show voltage gain > 1. Spin-transistors using a torque exerted by a current induced field were also fabricated using magnetic tunnel junction films made by AIST. The device showed both power and current gain at room temperature. In addition Fan-Out of 5.7 was obtained at room temperature. These devices were modeled and scaling properties were also obtained.
ダウンロード成果報告書データベース(ユーザ登録必須)から、ダウンロードしてください。

▲トップに戻る