自旋阀元件的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明有关一种自旋阀元件。
【背景技术】
[0002]以往，在自旋电子学(spin electronics)的领域，使用利用电子的自旋状态的自旋阀元件(例如，参照专利文献I)。该自旋阀元件具备由强磁性体构成的自旋注入元件及自旋检测元件、和桥接了自旋注入元件及自旋检测元件的由非磁性体所构成的通道部，通过所谓非局部的手法在自旋注入元件与自旋检测元件之间的通道部产生不伴有电荷流动的自旋流，检测在自旋检测元件与通道部的界面产生的自旋蓄积电压。此外，已知在自旋阀元件中，自旋流即电子的角动量的流与和自旋注入元件相隔的距离及自旋的扩散长度相依存地呈指数函数地衰减(例如，参照专利文献2)。
[0003]先行技术文献
[0004]专利文献
[0005]专利文献1:JP特开2012-151307号公报
[0006]专利文献2:JP特开2009-158554号公报
【发明内容】
[0007][发明要解决的课题]
[0008]在设计自旋阀元件之际，有必要考虑上述自旋流的衰减以设定自旋注入元件和自旋检测元件之间的长度。即，因为有自旋注入元件和自旋检测元件之间的长度必须是可检测衰减后的自旋流的长度这样的一定的限制，所以自旋注入元件及自旋检测元件的配置自由度有限制且被要求可满足上述限制的加工技术。因此，本技术领域中可抑制自旋流的衰减的自旋阀元件是被企盼的。
[0009][解决课题的手段]
[0010]本发明的一态样的自旋阀元件，具有:由强磁性体构成的自旋注入元件；由强磁性体构成的自旋检测元件；及由非磁性体构成的通道部，自旋检测元件配置在与自旋注入元件分离的位置，通道部直接或经由绝缘层连接于自旋注入元件及自旋检测元件，在通道部形成有在与自旋流正交的方向的剖面积被扩大的自旋扩散部。
[0011]通过此构成，当电流或电压施加于由强磁性体构成的自旋注入元件和由非磁性体构成的通道部时，在通道部会产生朝向自旋检测元件的自旋流。由于在通道部的一部分形成有在与自旋流正交的方向的剖面积被扩大的自旋扩散部，所以自旋扩散部使得在通道部产生的自旋流朝与自旋流正交的方向扩散。如此，由于可通过自旋扩散部的形状控制自旋流的扩散，所以例如可将自旋扩散部的形状作成使从自旋注入元件朝向自旋检测元件的自旋流比从自旋检测元件朝向自旋注入元件的自旋流还容易流动的形状。即，通过控制自旋扩散部的形状，可抑制自旋流在所期望方向衰减。由于自旋流的衰减受抑制，故可将自旋注入元件和自旋检测元件之间扩大，提升设计的自由度。
[0012]在一实施方式中，自旋扩散部可形成为，使得从自旋注入元件朝向自旋检测元件的第I方向的路径的自旋阻力比起从自旋检测元件朝向自旋注入元件的第2方向的路径的自旋阻力还小。
[0013]通过此构成，第I方向的路径的自旋阻力比第2方向的路径的自旋阻力还低。因此，朝第I方向流入通道部的自旋流的扩散和朝第2方向流入通道部的自旋流的扩散会产生差异，故可抑制例如第I方向的自旋流的衰减。
[0014]在一实施方式中，可为自旋扩散部具有剖面积最大的前端部，从自旋注入元件侧朝向前端部的情况与从前端部朝向自旋检测元件侧的情况相比，自旋扩散部在与自旋流正交的方向的剖面积的变化率较大。
[0015]通过此构成，从自旋注入元件侧流到扩散部的剖面积最大的前端部的自旋流的扩散程度和从前端部朝自旋检测元件侧流动的自旋流的扩散程度是不相同，能使从自旋注入元件朝向自旋检测元件的自旋流容易流动。因此可抑制自旋流的衰减。
[0016]在一实施方式中，自旋注入元件、自旋检测元件及通道部形成于基板上，自旋注入元件及自旋检测元件可在与基板的主面平行的方向相互分离配置。如此，在所谓面内自旋阀构造中可抑制自旋流的衰减。
[0017]在一实施方式中，由基板的上表面观之，自旋扩散部也可为，以通过所述剖面积最大的前端部且在与自旋流正交的方向延伸的线为基准形成为非对称。如此，因以通过前端部的线为基准将自旋扩散部设为非对称，所以从自旋注入元件朝向自旋检测元件流动的自旋流的扩散程度与从自旋检测元件朝向自旋注入元件流动的自旋流的扩散程度是不相同，例如可使从自旋注入元件朝向自旋检测元件的自旋流容易流动，故可抑制自旋流的衰减。
[0018]在一实施方式中，由基板的上表面观之，自旋扩散部也可为，以通道部的轴线为基准形成为对称。自旋流沿着通道部的轴线方向产生。通过上述构成，由于自旋流的传递以轴线方向为基准成为对称，故可使朝向轴线方向的自旋流容易流动。
[0019]在一实施方式中，在通道部也可形成多个自旋扩散部。通过此构成，可更有效率地扩散自旋。
[0020]在一实施方式中，也可使用非局部的手法检测电压。通过此构成，可控制不伴有电荷的流动的自旋极化电子的易流动性。
[0021][发明效果]
[0022]如以上所说明，依据本发明的一态样及实施方式，可提供能抑制自旋流的衰减的自旋阀元件。
【附图说明】
[0023]图1是本发明一实施方式的自旋阀元件的立体图。
[0024]图2是一实施方式的自旋阀元件的顶视图。
[0025]图3是表示自旋扩散部的变形例的概要图。
[0026]图4是表示模拟中的自旋阀元件与所注入的自旋的关系的概要图。
[0027]图5是表示用于模拟的模型的概要图。
[0028]图6是表示自旋流传递的模拟结果的概要图。
[0029]图7是自旋流传递的模拟结果的概要图。
[0030]图8是表示自旋流的电流密度的模拟结果的图表。
[0031]图9是表示自旋扩散部的前端部大小与自旋流的电流密度变化的关系的模拟结果的图表。
[0032]图10是表示自旋扩散部的剖面积大小与自旋流的电流密度变化的关系的模拟结果的图表。
【具体实施方式】
[0033]以下，参照附图就本发明一实施方式作具体说明。此外，在附图的说明中对相同要素赋予相同符号且省略重复的说明。且附图的尺寸比例未必与所说明的一致。
[0034]一实施方式的自旋阀元件，例如是适合被采用作为具有所谓的面内自旋阀构造的元件。图1为一实施方式的自旋阀元件10的立体图。图2为本实施方式的自旋阀元件10的顶视图。
[0035]如图1及图2所示，自旋阀元件10具备形成于基板20上的自旋注入元件12、通道部14及自旋检测元件16。基板20采用例如S1、GaAs、MgO基板等的半导体或绝缘体基板。自旋注入元件12、通道部14及自旋检测元件16以通道部14对自旋注入元件12及自旋检测元件16进行桥接的方式形成连接于自旋注入元件12及自旋检测元件16的面内自旋阀构造。
[0036]自旋注入元件12是朝通道部14注入自旋的端子，例如为线形构件。自旋注入元件12以其轴线方向和面内方向(和基板面平行的方向)一致的方式配置于基板20上。自旋注入元件12由向指定方向被磁化的强磁性体所构成，例如由Fe、NiFe等所形成。图1所示的自旋注入元件12中的虚线箭头记号表示自旋注入元件12的磁化方向。自旋注入元件12的线宽例如为10 μπι以下。此外，自旋注入元件12的线宽也可为例如0.1 μπι以上。自旋注入元件12及通道部14相互接触(直接接合)。也可在自旋注入元件12的一端部形成用以施加电流或电压的端子部12a。此外，自旋注入元件12也可配置于通道部14上。此夕卜，自旋注入元件12和通道部14也可经由绝缘层而接合。
[0037]自旋检测元件16为从通道部14检测自旋的端子，例如是线形构件。自旋检测元件16在基板20上且在和基板20的主面平行的方向与自旋注入元件12分离地配置。自旋检测元件16以其轴线方向和面内方向一致的方式配置于基板20上。自旋检测元件16由向指定方向被磁化的强磁性体所构成，例如由Fe、NiFe等所形成。磁化方向设为和自旋注入元件12的磁化方向平行或反平行。图1所示的自旋检测元件16中的虚线箭头记号表示自旋检测元件16的磁化方向，例如，呈现和自旋注入元件12的磁化方向平行的磁化方向。自旋检测元件16的线宽为例如10 μπι以下。此外，自旋检测元件16的线宽也可为例如0.1 μπι以上。自旋检测元件16及通道部14相互接触(直接接合)。此外，自旋检测元件16也可配置于通道部14上。此外，自旋检测元件16和通道部14也可经由绝缘层而接合。
[0038]通道部14为线形构件且以其轴线LI的方向和面内方向一致的方式配置。通道部14直接或经由绝缘层连接于自旋注入元件12及自旋检测元件16。自旋注入元件12及自旋检测元件16的接合位置为和通道部14的两端部分离的位置。通道部14由非磁性体所构成，例如由Si或砷化镓(GaAs)等的半导体材料，或Ag或Cu等的非磁性金属所形成。在通道部14的一端部(两端部中的靠