(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１の希土類窒化物材料の第１の強磁性層と、第２の希土類窒化物材料の第２の強磁性層と、第１および第２の強磁性層の各々の間の且つそれらと接触しているブロッキング層とを含む磁性材料において、前記第１および第２の強磁性層が異なった抗電界を有し、前記第１および第２の希土類窒化物材料が各々独立に窒化プラセオジム（ＰｒＮ）、窒化ネオジム（ＮｄＮ）、窒化サマリウム（ＳｍＮ）、窒化ユウロピウム（ＥｕＮ）、窒化ガドリニウム（ＧｄＮ）、窒化テルビウム（ＴｂＮ）、窒化ジスプロシウム（ＤｙＮ）、窒化ホルミウム（ＨｏＮ）、窒化エルビウム（ＥｒＮ）、窒化ツリウム（ＴｍＮ）、および窒化イッテルビウム（ＹｂＮ）、ならびにそれらの任意の２つ以上のみからなる合金からなる群から選択され、
前記第１および前記第２の希土類窒化物材料は、それぞれ付加的なドーパントまたは他の不純物を１０２１原子／ｃｍ３未満含み、
前記ブロッキング層は、ＬａＮ、ＬｕＮ、ＨｆＮ、ＡＩＮ、ＧａＮおよび（Ａｌ、Ｉｎ、Ｇａ）Ｎ合金からなる群から選択される、磁性材料。
【請求項２】
前記第１および第２の希土類窒化物材料の一方または両方が、１つまたは複数の付加的なドーパントを含む、請求項１に記載の磁性材料。
【請求項３】
前記第１の希土類窒化物材料がＧｄＮを含み、前記第２の希土類窒化物材料がＳｍＮを含む、又は、
前記第１の希土類窒化物材料がＳｍＮを含み、前記第２の希土類窒化物材料がＧｄＮを含む、請求項１又は２に記載の磁性材料。
【請求項４】
前記ブロッキング層が厚さ約１〜２００ｎｍである、請求項１〜３の何れか１項に記載の磁性材料。
【請求項５】
前記第１の強磁性層と接触している基材をさらに含む、請求項１〜４の何れか１項に記載の磁性材料。
【請求項６】
前記第１の強磁性層が前記基材とエピタキシャルであり、前記ブロッキング層が前記第１の強磁性層とエピタキシャルであり、前記第２の強磁性層が前記ブロッキング層とエピタキシャルである、請求項５に記載の磁性材料。
【請求項７】
前記第２の強磁性層と接触しているキャッピング層をさらに含む、請求項１〜６の何れか１項に記載の磁性材料。
【請求項８】
第１の希土類窒化物材料の第１の強磁性層と、第２の希土類窒化物材料の第２の強磁性層と、第１および第２の強磁性層の各々の間の且つそれらと接触しているブロッキング層とを含む磁性材料において、前記第１および第２の強磁性層が異なった抗電界を有し、前記第１および第２の希土類窒化物材料が各々独立に窒化プラセオジム（ＰｒＮ）、窒化ネオジム（ＮｄＮ）、窒化サマリウム（ＳｍＮ）、窒化ユウロピウム（ＥｕＮ）、窒化ガドリニウム（ＧｄＮ）、窒化テルビウム（ＴｂＮ）、窒化ジスプロシウム（ＤｙＮ）、窒化ホルミウム（ＨｏＮ）、窒化エルビウム（ＥｒＮ）、窒化ツリウム（ＴｍＮ）、および窒化イッテルビウム（ＹｂＮ）、ならびにそれらの任意の２つ以上のみからなる合金からなる群から選択され、前記第１および前記第２の希土類窒化物材料は、それぞれ付加的なドーパントまたは他の不純物を１０２１原子／ｃｍ３未満含む磁性材料を作製する方法であって、
（ａ）前記第１の希土類窒化物材料を含む前記第１の強磁性層を堆積させる工程と、
（ｂ）工程（ａ）において形成された前記第１の強磁性層上に前記ブロッキング層を堆積させる工程と、
（ｃ）工程（ｂ）において形成された前記ブロッキング層上に前記第２の希土類窒化物材料を含む前記第２の強磁性層を堆積させる工程とを含み、
前記ブロッキング層は、ＬａＮ、ＬｕＮ、ＨｆＮ、ＡＩＮ、ＧａＮおよび（Ａｌ、Ｉｎ、Ｇａ）Ｎ合金からなる群から選択される、方法。
【請求項９】
前記第１および第２の希土類窒化物材料の一方または両方が、１つまたは複数の付加的なドーパントをさらに含む、請求項８に記載の方法。
【請求項１０】
前記第１の希土類窒化物材料がＧｄＮを含み、前記第２の希土類窒化物材料がＳｍＮを含む、又は、
前記第１の希土類窒化物材料がＳｍＮを含み、前記第２の希土類窒化物材料がＧｄＮを含む、請求項８又は９に記載の方法。
【請求項１１】
前記ブロッキング層が厚さ約１〜２００ｎｍである、請求項８〜１０の何れか１項に記載の方法。
【請求項１２】
前記第１の強磁性層が基材上に堆積される、請求項８〜１１の何れか１項に記載の方法。
【請求項１３】
前記第１の強磁性層が前記基材とエピタキシャルであり、前記ブロッキング層が前記第１の強磁性層とエピタキシャルであり、前記第２の強磁性層が前記ブロッキング層とエピタキシャルである、請求項１２に記載の方法。
【請求項１４】
工程（ｃ）において形成された前記第２の強磁性層上にキャッピング層を堆積させる工程をさらに含む、請求項８〜１３の何れか１項に記載の方法。
【請求項１５】
希土類と窒素供給源とを組み合わせることによって前記第１又は第２の希土類窒化物材料の１つまたは複数がＭＢＥによって堆積される、請求項８〜１４の何れか１項に記載の方法。
【請求項１６】
前記窒素供給源が、高純度分子窒素、アンモニア、および活性窒素の供給源、またはそれらの任意の２つ以上の混合物からなる群から選択される、請求項１５に記載の方法。
【請求項１７】
前記窒素供給源フラックスが、希土類フラックスよりも少なくとも１００倍大きい、請求項１６に記載の方法。
【請求項１８】
工程（ｃ）において形成された前記第２の強磁性層上にキャッピング層を堆積させる工程をさらに含まない場合は、前記第１の強磁性層、前記第２の強磁性層、および前記ブロッキング層からなる群より選択される少なくとも一種；又は
工程（ｃ）において形成された前記第２の強磁性層上にキャッピング層を堆積させる工程をさらに含む場合は、前記第１の強磁性層、前記第２の強磁性層、前記ブロッキング層および前記キャッピング層からなる群より選択される少なくとも一種が、
周囲温度または高温で堆積される、請求項８〜１７の何れか１項に記載の方法。
【請求項１９】
請求項１〜７の何れか１項に記載の磁性材料と、任意選択により、電気接点とを含む磁気デバイス。
【請求項２０】
基材および／またはキャッピング層が電気接点を提供する、請求項１９に記載の磁気デバイス。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、希土類窒化物を含む磁性材料および、より詳しくは、１つの比較的軟質および１つの比較的硬質磁性層を含む複数層構造材料を含む磁性材料に関する。本発明はさらに、磁性材料を含むデバイスに関する。
【背景技術】
【０００２】
希土類は、５７（Ｌａ）から７１（Ｌｕ）の原子番号を有し、４ｆ軌道が満たされている元素：すなわち、ランタン（Ｌａ）、セリウム（Ｃｅ）、プラセオジム（Ｐｒ）、ネオジム（Ｎｄ）、プロメチウム（Ｐｍ）、サマリウム（Ｓｍ）、ユウロピウム（Ｅｕ）、ガドリニウム（Ｇｄ）、テルビウム（Ｔｂ）、ジスプロシウム（Ｄｙ）、ホルミウム（Ｈｏ）、エルビウム（Ｅｒ）、ツリウム（Ｔｍ）、イッテルビウム（Ｙｂ）、およびルテチウム（Ｌｕ）を含む。それらは原子配置［Ｘｅ］６ｓ２５ｄ１４ｆｎまたは［Ｘｅ］６ｓ２４ｆｎ＋１を有し、ｎがＬａについて０からＬｕについて１４まで変化する。それらの最も一般的なイオン電荷状態は３＋であり、４ｆ準位はフェルミエネルギーに及ぶ。それらは、最低限よりも多く満たされたｆ殻電子軌道を有する安定な元素であり、結果として、それらは最大スピンおよび軌道モーメントを有する元素である。秩序化固体においてそれらは最強の強磁性材料に寄与し、強い永久磁石を必要とする技術においてそれらの実用性を確実にしている寄与となっている。それらの名称にもかかわらずそれらは、安定核同位体を有さないプロメチウムを例外として、決して珍しくない。
【０００３】
最初に希土類窒化物は１９６０年代に検討され、その時に技術開発は、希土類系列の化学的に似た要素を分離する際に直面する問題を克服した。希土類窒化物はほとんど全て強磁性であり、成長条件に強く依存して系列全体にわたりそして抗電界で強く変化する磁性状態を有する。例えば、ＳｍＮは唯一の公知のほぼ零モーメントの強磁性半導体であり、非常に大きな抗電界を有し、ＧｄＮは約三桁小さい抗電界を有する。希土類窒化物は、スピントロニクス、赤外線（ＩＲ）検知器、およびＩＩＩ族窒化物半導体化合物への接点など多用な用途において有望である。
【０００４】
磁気抵抗ランダムアクセスメモリ（ＭＲＡＭ）は、不揮発性ランダムアクセスメモリ技術である。ＭＲＡＭ内のデータは、磁気記憶素子によって記憶されるが、他方、他のＲＡＭ技術が典型的にデータを電荷または電流フローとして記憶する。ＭＲＡＭ内の磁気記憶素子は２つの磁性層から形成され、それらの各々が、バリア層によって隔てられた磁界を保持することができる。一方の磁性層は、特定の磁気整列にされる永久磁石である。他方の磁性層は、外部磁界に整列することによってデータを記憶する。そこで、素子は、平行なまたは反平行な磁化方向のどちらかを有する、異なった配位で存在する。絶縁バリア層を有する素子の電気抵抗、または金属バリア層に沿う抵抗は、磁性層が平行に整列されるとき小さめであるので、２つの磁界配位はそこで、区別される。
【０００５】
巨大磁気抵抗（ＧＭＲ）およびトンネリング磁気抵抗（ＴＭＲ）磁界センサーの構造および動作原理は同様である。
【０００６】
しかしながら、既存のデバイスの全てが、金属磁性層を有する。
【０００７】
したがって、上記の不利な点を避ける或る方法に至ること、および／または一般利用者に有用な選択を少なくとも提供することが本発明の目的である。
【０００８】
本発明の他の目的は、例として与えられるにすぎない以下の説明から明らかになるであろう。
【０００９】
本明細書に含まれている文書、行為、材料、デバイス、物品等のいかなる考察も、本発明のために文脈を提供する目的のためにすぎない。これらの問題のいずれかまたは全てが先行技術の基礎の一部を形成するかまたは優先日の前にそれが存在するので本発明に関連する分野の共通の一般的情報であったことを認めるものとしてとられるべきではない。
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【００１０】
第１の態様において、本発明は、第１の強磁性層と、第２の強磁性層と、第１および第２の強磁性層の各々の間の且つそれらと接触しているブロッキング層とを含む磁性材料を提供し、そこで第１および第２の強磁性層が異なった抗電界を有し、第１の強磁性層が第１の希土類窒化物材料を含み、第２の強磁性層が第２の希土類窒化物材料を含み、第１および第２の希土類窒化物材料が各々独立に窒化プラセオジム（ＰｒＮ）、窒化ネオジム（ＮｄＮ）、窒化サマリウム（ＳｍＮ）、窒化ユウロピウム（ＥｕＮ）、窒化ガドリニウム（ＧｄＮ）、窒化テルビウム（ＴｂＮ）、窒化ジスプロシウム（ＤｙＮ）、窒化ホルミウム（ＨｏＮ）、窒化エルビウム（ＥｒＮ）、窒化ツリウム（ＴｍＮ）、および窒化イッテルビウム（ＹｂＮ）、ならびにそれらの任意の２つ以上の合金からなる群から選択される。
【００１１】
第２の態様において、本発明は、第１の態様の磁性材料と、任意選択により、電気接点とを含む磁気デバイスを提供する。
【００１２】
第３の態様において、本発明は、
（ａ）第１の希土類窒化物材料を含む第１の強磁性層を堆積させる工程と、
（ｂ）工程（ａ）において形成された第１の強磁性層上にブロッキング層を堆積させる工程と、
（ｃ）工程（ｂ）において形成されたブロッキング層上に第２の希土類窒化物材料を含む第２の強磁性層を堆積させる工程とを含む、第１の態様の磁性材料を作製する方法を提供する。
【００１３】
第４の態様において、本発明は、第３の態様の方法によって作製される時に磁性材料を提供する。
【００１４】
また、本発明は、第３の態様の方法によって得ることができる磁性材料を提供する。
【００１５】
また、本発明は一般的に、個々にまたは一括して適用の明細に言及されるかまたは示される部分、要素および特徴、ならびに任意の２つ以上の前記部分、要素または特徴の任意のまたは全ての組合せに存すると言われてもよく、そして本発明が関連する本技術分野に公知の同等物を有する特定の完全体が本明細書において言及される場合、このような公知の同等物は、あたかも個々に示されるかのように本明細書に組み込まれるとみなされる。
【００１６】
さらに、本発明の特徴または態様がマーカッシュグループを用いて説明される場合、本発明はまた、マーカッシュグループの任意の個々の要素または要素のサブグループを用いてそれによって説明されることを当業者は理解するであろう。
【００１７】
本明細書中で用いられるとき名詞の後の「（ｓ）」は、名詞の複数形および／または単数形を意味する。
【００１８】
本明細書中で用いられるとき用語「および／または」は、「および」または「または」または両方を意味する。
【００１９】
本明細書において使用されるとき用語「含む（ｃｏｍｐｒｉｓｉｎｇ）」は、「〜の少なくとも一部に存する（ｃｏｎｓｉｓｔｉｎｇ  ａｔ  ｌｅａｓｔ  ｉｎ  ｐａｒｔ  ｏｆ）」を意味する。用語「含む（ｃｏｍｐｒｉｓｉｎｇ）」を包含する本明細書中の各々の言明を解釈するとき、この用語によって導入される特徴以外の特徴もまた、存在していてもよい。「含む（ｃｏｍｐｒｉｓｅ）」および「含む（ｃｏｍｐｒｉｓｅｓ）」などの関連用語は同様に解釈されなければならない。
【００２０】
本明細書に開示される数の範囲（例えば、１〜１０）への言及もまた、その範囲内の全ての有理数（例えば、１、１．１、２、３、３．９、４、５、６、６．５、７、８、９および１０）そしてまたその範囲内の有理数の任意の範囲（例えば、２〜８、１．５〜５．５および３．１〜４．７）への言及を包含することが意図され、したがって、本明細書に明白に開示される全ての範囲の全ての部分範囲がこれによって明白に開示される。これらは明確に意図されるものの例にすぎず、列挙される最小値と最高値との間の数値の全ての可能な組合せが同様な方法で本出願において明白に言明されると考えられなければならない。
【００２１】
本発明は一般的に上に定義された通りであるが、本発明はそれに限定されず、また、本発明は、以下の説明が例を示す実施形態を包含すると当業者は理解するであろう。
本発明は図を参照してここで説明される。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】本発明の一実施形態に従う磁性材料の横断面である。
【図２】ＳｍＮ／ＧｄＮ材料およびＳｍＮ／ＬａＮ／ＧｄＮ材料のＸ線磁気円二色性（ＸＭＣＤ）スペクトルを示す。
【図３】（以下に考察される）Ｓｉｍｍｏｎｓのトンネリングモデルを使用して適合された、ＧｄＮ／ＧａＮ／ＧｄＮ材料を含むトンネル接合の電流−電圧特性を示す。挿入図は、１．９１ｎｍの固定バリア幅を仮定して抽出された、温度に対してプロットされたモデル化されたバリア高さ（順方向および逆方向電流の平均）を示す。
【図４ａ】５Ｋで約３０ｎＡの電流によって得られたＧｄＮ／ＧａＮ／ＧｄＮ材料を含むトンネル接合の磁気抵抗の磁界依存性を示す。データの上の線図は電極の主磁化方向を示す。
【図４ｂ】ＧｄＮ／ＧａＮ／ＧｄＮ材料を含むトンネル接合の磁界依存磁化を示す。
【図５】様々な印加電流を使用して測定されたＧｄＮ／ＧａＮ／ＧｄＮ材料を含むトンネル接合の温度依存抵抗を示す。挿入図は、バルクＧｄＮ層の抵抗率を示す。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
第１の態様において、本発明は、第１の強磁性層と、第２の強磁性層と、第１および第２の強磁性層の各々の間の且つそれらと接触しているブロッキング層とを含む磁性材料を提供し、そこで第１および第２の強磁性層が異なった抗電界を有し、第１の強磁性層が第１の希土類窒化物材料を含み、第２の強磁性層が第２の希土類窒化物材料を含み、第１および第２の希土類窒化物材料が各々独立に窒化プラセオジム（ＰｒＮ）、窒化ネオジム（ＮｄＮ）、窒化サマリウム（ＳｍＮ）、窒化ユウロピウム（ＥｕＮ）、窒化ガドリニウム（ＧｄＮ）、窒化テルビウム（ＴｂＮ）、窒化ジスプロシウム（ＤｙＮ）、窒化ホルミウム（ＨｏＮ）、窒化エルビウム（ＥｒＮ）、窒化ツリウム（ＴｍＮ）、および窒化イッテルビウム（ＹｂＮ）、ならびにそれらの任意の２つ以上の合金からなる群から選択される。
【００２４】
いくつかの実施形態において、第１および第２の希土類窒化物材料が各々独立にＰｒＮ、ＮｄＮ、ＳｍＮ、ＥｕＮ、ＧｄＮ、ＴｂＮ、ＤｙＮ、ＨｏＮ、ＥｒＮ、ＴｍＮ、およびＹｂＮからなる群から選択される。
【００２５】
いくつかの実施形態において、第１および第２の希土類窒化物材料が各々独立にＰｒＮ、ＮｄＮ、ＳｍＮ、ＧｄＮ、ＴｂＮ、ＤｙＮ、ＨｏＮ、ＥｒＮ、およびＴｍＮ、ならびにそれらの任意の２つ以上の合金からなる群から選択される。
【００２６】
いくつかの実施形態において、第１および第２の希土類窒化物材料が各々独立にＰｒＮ、ＮｄＮ、ＳｍＮ、ＧｄＮ、ＴｂＮ、ＤｙＮ、ＨｏＮ、ＥｒＮ、およびＴｍＮからなる群から選択される。
【００２７】
いくつかの実施形態において、第１および第２の希土類窒化物材料が各々独立にＮｄＮ、ＳｍＮ、ＥｕＮ、ＧｄＮ、ＤｙＮ、ＨｏＮ、ＥｒＮ、およびＹｂＮ、ならびにそれらの任意の２つ以上の合金からなる群から選択される。
【００２８】
いくつかの実施形態において、第１および第２の希土類窒化物材料が各々独立にＮｄＮ、ＳｍＮ、ＥｕＮ、ＧｄＮ、ＤｙＮ、ＨｏＮ、ＥｒＮ、およびＹｂＮからなる群から選択される。
【００２９】
いくつかの実施形態において、第１および第２の希土類窒化物材料が各々独立にＮｄＮ、ＳｍＮ、ＧｄＮ、ＤｙＮ、ＨｏＮ、およびＥｒＮ、ならびにそれらの任意の２つ以上の合金からなる群から選択される。
【００３０】
いくつかの実施形態において、第１および第２の希土類窒化物材料が各々独立にＮｄＮ、ＳｍＮ、ＧｄＮ、ＤｙＮ、ＨｏＮ、およびＥｒＮからなる群から選択される。
【００３１】
いくつかの実施形態において、第１および第２の希土類窒化物材料の一方または両方が希土類窒化物合金である。いくつかの実施形態において、希土類窒化物合金が、（Ｓｍ，Ｇｄ）Ｎ、（Ｇｄ，Ｈｏ）Ｎ、および（Ｇｄ，Ｄｙ）Ｎからなる群から選択される。いくつかの実施形態において、希土類窒化物合金が（Ｓｍ，Ｇｄ）Ｎである。いくつかの実施形態において、希土類窒化物合金が（Ｇｄ，Ｈｏ）Ｎである。いくつかの実施形態において、希土類窒化物合金が（Ｇｄ，Ｄｙ）Ｎである。
【００３２】
いくつかの実施形態において、第１および第２の希土類窒化物材料の一方または両方が、１つまたは複数の付加的なドーパントをさらに含む。一般的に、第１および第２の希土類窒化物材料が、付加的なドーパントまたは他の不純物を約１０２１原子／ｃｍ３未満で含む。いくつかの実施形態において、第１および第２の希土類窒化物材料が、付加的なドーパントまたは他の不純物を約１０２０原子／ｃｍ３未満で含む。いくつかの実施形態において、第１および第２の希土類窒化物材料が、付加的なドーパントまたは他の不純物を約１０１９原子／ｃｍ３未満で含む。
【００３３】
いくつかの実施形態において、第１の強磁性層が、第１の希土類窒化物材料からなる。他の実施形態において、第１の強磁性層が、本質的に第１の希土類窒化物材料からなる。
【００３４】
いくつかの実施形態において、第２の強磁性層が、第２の希土類窒化物材料からなる。他の実施形態において、第２の強磁性層が、本質的に第２の希土類窒化物材料からなる。
【００３５】
いくつかの実施形態において、第１の強磁性層および第２の強磁性層の組成が異なっている。いくつかの実施形態において、第１の強磁性層および第２の強磁性層の組成が同じである。
【００３６】
いくつかの実施形態において、第１の希土類窒化物材料および第２の希土類窒化物材料が異なっている。いくつかの実施形態において、第１の希土類窒化物材料および第２の希土類窒化物材料が同じである。
【００３７】
第１および第２の強磁性層が異なった抗電界を有し、すなわち、強磁性層のうちの一方の抗電界が、他方の強磁性層の抗電界よりも高い。これは、以下に考察されたブロッキング層と一緒に、より高い抗電界を有する強磁性層の磁気整列を変化させずにより低い抗電界を有する強磁性層の磁気整列を外部磁界によってまたはスピントランスファートルクによって変化させることを可能にする。
【００３８】
いくつかの実施形態において、第１の強磁性層の抗電界が第２の強磁性層の抗電界よりも高い。他の実施形態において、第２の強磁性層の抗電界が第１の強磁性層の抗電界よりも高い。
【００３９】
より低い抗電界を有する強磁性層の抗電界が典型的に約５００Ｏｅ未満である。いくつかの実施形態において、より低い抗電界を有する強磁性層の抗電界は約２００Ｏｅ未満である。
【００４０】
より高い抗電界を有する強磁性層の抗電界が典型的に、より低い抗電界を有する層の抗電界より少なくとも約２倍大きい。いくつかの実施形態において、より高い抗電界を有する強磁性層の抗電界が、より低い抗電界を有する層の抗電界より少なくとも約１０倍大きい。いくつかの実施形態において、より高い抗電界を有する強磁性層の抗電界が、より低い抗電界を有する層の抗電界より少なくとも約１００倍大きい。
【００４１】
いくつかの実施形態において、抗電界が約７０Ｋに測定される。他の実施形態において、抗電界が約５０Ｋに測定される。他の実施形態において、抗電界が約４Ｋに測定される。
【００４２】
いくつかの実施形態において、第１および第２の強磁性層の間の抗電界の差が温度感受性である。このような温度感受性は、磁性材料を異なった用途において使用するために調節することを可能にする場合がある。
【００４３】
有利には、約６０％以下のスピン偏極率を有する、磁気センサーにおいてまたはＭＲＡＭ構造（例えば、ＣｏＦｅおよびＮｉＦｅ）のために典型的に使用される通常強磁性金属と対照的に、いくつかのＲＥＮは非常に高スピン偏極される。
【００４４】
例えば、スピントロニクスデバイスは、磁気作用と電気伝導との間の相互作用に基づいて作動し、それは、伝導電子（または正孔）の全てがスピン偏極される場合はもっとより強い。本発明の磁性材料は、例えば、第２の強磁性層の磁化が第１の強磁性層の磁化と反対である時の抵抗と、両方の層の磁化が整列される時の抵抗との間のより強い対比（より弱くスピン偏極した材料を含む材料と比較して）を示すことが予想される。
【００４５】
有利には、希土類窒化物は、フェルミ準位に弱く偏極したｓ電子を有する通常強磁性金属と対照的に、非常に強く希土類ｄ電子に基づいている伝導帯を有する。ｓ電子がトンネリングを支配し、それは若干のデバイスにおいて不利な点である。
【００４６】
いくつかの実施形態において、第１の強磁性希土類窒化物材料がＧｄＮを含む。
【００４７】
いくつかの実施形態において、第２の強磁性希土類窒化物材料がＳｍＮを含む。有利には、ＳｍＮは、強磁性的に秩序化していても、ほとんど無いに等しいくらい小さいフリンジ磁界を有し、それは外部印加磁界がオフにされる時に隣接したより軟質な磁性層の再整列を妨げる。
【００４８】
いくつかの実施形態において、第１の強磁性希土類窒化物材料および第２の強磁性希土類窒化物材料の両方がＧｄＮを含む。
【００４９】
いくつかの実施形態において、第１の強磁性希土類窒化物材料がＧｄＮを含み、第２の強磁性希土類窒化物材料がＳｍＮを含む。いくつかの実施形態において、第１の強磁性希土類窒化物材料がＳｍＮを含み、第２の強磁性希土類窒化物材料がＧｄＮを含む。
【００５０】
ＧｄＮおよびＳｍＮの抗電界の差は約３桁である。
【００５１】
ブロッキング層は非磁性材料であり、すなわち、ブロッキング層は、永久磁気モーメントも固有電子スピンの秩序化も有さない。ブロッキング層は、外部磁界またはスピントランスファートルクによって第１および第２の強磁性層の磁気整列の独立制御を可能にし、すなわち、ブロッキング層は、第１および第２の強磁性層の間の磁気交換を防ぐ。
【００５２】
適したブロッキング層は第１および第２の強磁性層と非反応性であり、磁性材料を作製するために使用される加工条件の間安定している。
【００５３】
いくつかの実施形態において、ブロッキング層が、ＬａＮ、ＬｕＮ、ＨｆＮ、ＡｌＮ、ＧａＮ、および（Ａｌ，Ｉｎ，Ｇａ）Ｎ合金からなる群から選択される。
【００５４】
いくつかの実施形態において、ブロッキング層が、ＬａＮ、ＬｕＮ、およびＧａＮからなる群から選択される。
【００５５】
いくつかの実施形態において、ブロッキング層がＧａＮを含む。いくつかの実施形態において、ブロッキング層がＧａＮからなる。他の実施形態において、ブロッキング層が本質的にＧａＮからなる。
【００５６】
いくつかの実施形態において、ブロッキング層が導体である。他の実施形態において、ブロッキング層が半導体である。他の実施形態において、ブロッキング層が絶縁体である。
【００５７】
ブロッキング層が導体であるそれらの実施形態において、磁性材料はＧＭＲ磁界センサーにおいて使用するために適しているが、他方、絶縁ブロッキング層を含む磁性材料はＭＲＡＭデバイスおよびＴＭＲ磁界センサーにおいて使用するために適しており、半導性ブロッキング層を含む磁性材料は磁気トンネル接合において使用するために適している。
【００５８】
いくつかの実施形態において、ブロッキング層が第１の強磁性層とエピタキシャルである。他の実施形態において、ブロッキング層が多結晶質である。
【００５９】
いくつかの実施形態において、第２の強磁性層がブロッキング層とエピタキシャルである。他の実施形態において、第２の強磁性層が多結晶質である。
【００６０】
いくつかの実施形態において、ブロッキング層が第１の強磁性層とエピタキシャルであり、第２の強磁性層がブロッキング層とエピタキシャルである。
【００６１】
ＬａＮについて約５．３Å〜ＬｕＮについて約４．７６Åの範囲の格子定数を有し、系列全体にわたって合計１０％の差および隣接する原子種の窒化物の間に約０．７％の差がある面心立方ＮａＣｌ構造に希土類窒化物が形成される。したがって、希土類窒化物はエピタキシー適合性である。
【００６２】
したがって、いくつかの実施形態において、ブロッキング層が第３の希土類窒化物材料を含む。
【００６３】
いくつかの実施形態において、ブロッキング層がＬａＮまたはＬｕＮを含む。
【００６４】
いくつかの実施形態において、ブロッキング層がＬａＮからなる。他の実施形態において、ブロッキング層が本質的にＬａＮからなる。
【００６５】
いくつかの実施形態において、ブロッキング層がＬｕＮからなる。他の実施形態において、ブロッキング層が本質的にＬｕＮからなる。
【００６６】
また、適したブロッキング層が複数層構造材料を含有する。
【００６７】
いくつかの実施形態において、第１および第２の強磁性層が各々独立に厚さ約５〜２００ｎｍである。いくつかの実施形態において、第１の強磁性層および第２の強磁性層が実質的に同じ厚さである。他の実施形態において、第１の強磁性層および第２の強磁性層が異なった厚さを有する。
【００６８】
ブロッキング層が典型的に厚さ約１〜２００ｎｍである。いくつかの実施形態において、特にブロッキング層が絶縁体である実施形態において、ブロッキング層が厚さ約１〜１０ｎｍである。いくつかの実施形態において、特にブロッキング層が導体である実施形態において、ブロッキング層が厚さ約５〜２００ｎｍである。
【００６９】
いくつかの実施形態において、磁性材料が、第１の強磁性層と接触している基材をさらに含む。
【００７０】
適した基材が、第１の強磁性層と非反応性であり、磁性材料を作製するために使用される加工条件の間安定している。
【００７１】
いくつかの実施形態において、基材が導体である。他の実施形態において、基材が半導体である。他の実施形態において、基材が絶縁体である。
【００７２】
いくつかの実施形態において、第１の強磁性層が基材とエピタキシャルである。他の実施形態において、第１の強磁性層が多結晶質である。
【００７３】
いくつかの実施形態において、第１の強磁性層が基材とエピタキシャルであり、ブロッキング層が第１の強磁性層とエピタキシャルである。
【００７４】
いくつかの実施形態において、第１の強磁性層が基材とエピタキシャルであり、ブロッキング層が第１の強磁性層とエピタキシャルであり、第２の強磁性層がブロッキング層とエピタキシャルである。
【００７５】
いくつかの実施形態において、基材がＡｌＮ、ＧａＮまたは（Ａｌ，Ｉｎ，Ｇａ）Ｎ合金である。
【００７６】
他の適した基材には、限定されないが、イットリア安定化ジルコニア（ＹＳＺ）およびＭｇＯなどが含まれる。
【００７７】
さらに適した基材には、限定されないが、Ａｌ、Ｗ、Ｃｒ、Ｃｕ、Ｇｄ、Ｍｇ、ＴａＮ、ＮｂＮ、ＧａＡｓ、およびＭｇＦ２などが含まれる。
【００７８】
適した基材は複数層構造材料を含有する。例えば、複数層構造基材は、第１の強磁性層と接触している緩衝層を含んでもよい。
【００７９】
いくつかの実施形態において、基材が、任意選択によりＡｌＮまたはＧａＮの緩衝層と共にＳｉまたはＡｌ２Ｏ３を含む。他の実施形態において、緩衝層が（Ａｌ，Ｉｎ，Ｇａ）Ｎ合金である。
【００８０】
いくつかの実施形態において、基材がＡｌ２Ｏ３を含む。いくつかの実施形態において、基材は、（１１１）面に沿って配向されたＡｌ２Ｏ３を含む。いくつかの実施形態において、基材が、ＡｌＮまたはＧａＮのエピタキシャル（六回対称軸）緩衝層と共に（１１１）面に沿って配向されたＡｌ２Ｏ３を含む。
【００８１】
いくつかの実施形態において、磁性材料が、第２の強磁性層と接触しているキャッピング層をさらに含む。
【００８２】
空気中でそれらが分解するために、基材上の希土類窒化物の薄い薄膜は一般的に、周囲大気との反応を避けるために有効キャッピング層で不動態化される。
【００８３】
適したキャッピング層が第２の強磁性層と非反応性である。
【００８４】
キャッピング層は第２の強磁性層とエピタキシャルであっても、多結晶質、または非晶質であってもよい。
【００８５】
キャッピング層のための適した材料には、限定されないが、Ａｌ、Ｗ、Ｃｒ、Ｃｕ、Ｇｄ、Ｍｇ、ＴａＮ、ＮｂＮ、Ｓｉ、ＹＳＺ、ＧａＮ、ＧａＡｓ、ＡｌＮ、（Ａｌ，Ｉｎ，Ｇａ）Ｎ合金、およびＭｇＦ２などが含まれる。
【００８６】
いくつかの実施形態において、キャッピング層がＡｌＮ、ＧａＮ、（Ａｌ，Ｉｎ，Ｇａ）Ｎ合金、およびＳｉから選択される。
【００８７】
いくつかの実施形態において、キャッピング層がＡｌＮおよびＧａＮから選択される。有利には、ＡｌＮおよびＧａＮは透明であり、光学測定を可能にする。ＡｌＮおよびＧａＮの他の利点には、それらの成長の容易性および経時的な良好な化学安定性などが含まれる。
【００８８】
いくつかの実施形態において、キャッピング層がＧａＮである。
【００８９】
本発明の磁性材料の一実施形態が図１に示される。
【００９０】
図１を参照して、磁性材料（１）が、第１の強磁性層（５）、第２の強磁性層（１０）および第１（５）および第２（１０）の強磁性層の各々の間の且つそれらと接触しているブロッキング層（１５）を含む。第１の強磁性層（５）が第１の希土類窒化物材料を含み、第２の強磁性層（１０）が第２の希土類窒化物材料を含む。第１（５）および第２（１０）の希土類窒化物材料が異なった抗電界を有する。図１に示される磁性材料（１）の実施形態は、第１の強磁性層（５）と接触している任意選択の基材（２０）および第２の強磁性層（１０）と接触している任意選択のキャッピング層（２５）をさらに含む。
【００９１】
第２の態様において、本発明は、第１の態様の磁性材料と、任意選択により、電気接点とを含む磁気デバイスを提供する。
【００９２】
このような電気接点は、例えば或るデバイスの書き込みおよび／または読み出しプロセスのために必要とされる場合がある。適した電気接点には、トンネリングデバイス（例えばＭＲＡＭおよびＴＭＲ磁界センサー）のための伝導性基材または下部金属ストリップおよび上部金属ストリップあるいは面内抵抗読み出し（例えばＧＭＲ磁界センサー）のための接点が含まれる。
【００９３】
このような電気接点はデバイスの製造中に前または後に堆積されてもよいが、本発明はそれに限定されない。
【００９４】
いくつかの実施形態において、基材および／またはキャッピング層が電気接点を提供する。
【００９５】
第３の態様において、本発明は、
（ａ）第１の希土類窒化物材料を含む第１の強磁性層を堆積させる工程と、
（ｂ）工程（ａ）において形成された第１の強磁性層上にブロッキング層を堆積させる工程と、
（ｃ）工程（ｂ）において形成されたブロッキング層上に第２の希土類窒化物材料を含む第２の強磁性層を堆積させる工程とを含む、第１の態様の磁性材料を作製する方法を提供する。
【００９６】
いくつかの実施形態において、第１の強磁性層が基材上に堆積される。適した基材が上に考察される。
【００９７】
したがって、いくつかの実施形態において、本発明は、
（ａ）基材上に、第１の希土類窒化物材料を含む第１の強磁性層を堆積させる工程と、
（ｂ）工程（ａ）において形成された第１の強磁性層上にブロッキング層を堆積させる工程と、
（ｃ）工程（ｂ）において形成されたブロッキング層上に第２の希土類窒化物材料を含む第２の強磁性層を堆積させる工程とを含む、第１の態様の磁性材料を作製する方法を提供する。
【００９８】
いくつかの実施形態において、方法は、
（ｄ）工程（ｃ）において形成された第２の強磁性層上にキャッピング層を堆積させる工程をさらに含む。
【００９９】
層が、典型的には当業者に公知の超高真空技術を使用して順次に堆積される。適した技術には、限定されないが、パルス化レーザー堆積（ＰＬＤ）およびＤＣ／ＲＦマグネトロンスパッタリングなどの物理的蒸着（ＰＶＤ）、熱的蒸発、および分子線エピタキシー（ＭＢＥ）などが含まれる。限定されないが金属有機化学蒸着などの他の技術（ＭＯＣＶＤ）もまた使用されてもよい。
【０１００】
いくつかの実施形態において、層がＭＢＥによって順次に堆積される。これらの実施形態のいくつかにおいて、層の成長をモニタするために反射高エネルギー電子回折（ＲＨＥＥＤ）が使用される。
【０１０１】
ＭＢＥ装置のベース圧力は典型的に約１０−８トール以下である。
【０１０２】
例えば、ＧｄＮとＳｍＮは、希土類と窒素供給源とを組み合わせることによってＭＢＥによって薄い薄膜として容易に成長する。
【０１０３】
窒素供給源が、成長表面に反応性窒素原子を提供する。いくつかの実施形態において、窒素供給源が、高純度分子窒素、アンモニア、および活性窒素の供給源、例えば窒素プラズマまたはイオン化窒素、またはそれらの任意の２つ以上の混合物からなる群から選択される。
【０１０４】
いくつかの実施形態において、窒素供給源が、高純度分子窒素、アンモニア、および活性窒素の供給源、例えば窒素プラズマまたはイオン化窒素からなる群から選択される。
【０１０５】
いくつかの実施形態において、窒素供給源が高純度分子窒素である。
【０１０６】
希土類は、堆積中に蒸発される、固体希土類を含有するエフュージョンセルなどの希土類元素の供給源から提供され得る。
【０１０７】
窒素供給源フラックスは典型的に、希土類フラックスよりも少なくとも１００倍大きい。窒素供給源フラックスの、希土類フラックスに対する比が約１００より小さい場合、得られた薄膜は、窒素空孔によって濃くドープされる可能性が高い。
【０１０８】
希土類窒化物材料がＭＢＥによって堆積されるいくつかの実施形態において、窒素供給源の分圧またはビーム等価圧力（ＢＥＰ）が約１０−５〜１０−３トールである。
【０１０９】
いくつかの実施形態において、希土類のＢＥＰが約１０−８〜１０−７トールである。
【０１１０】
層は典型的に約０．０１〜１ｎｍ／秒の速度で堆積される。いくつかの実施形態において、層が約０．０１〜０．５ｎｍ／秒の速度で堆積される。いくつかの実施形態において、層が約０．０１〜０．１５ｎｍ／秒の速度で堆積される。いくつかの実施形態において、層が約０．０１〜０．１ｎｍ／秒の速度で堆積される。
【０１１１】
いくつかの実施形態において、層が周囲温度または高温で堆積される。
【０１１２】
層が層またはそれが堆積される基材とエピタキシャルであることが望ましい場合、層が一般的に高温において堆積される。
【０１１３】
例えば、ＧｄＮおよびＳｍＮ薄膜は周囲温度で成長される時に強く（１１１）テクスチャー化されるが、それらは３００℃を超える温度で適した基材上にエピタキシャルに成長する。
【０１１４】
したがって、いくつかの実施形態において、層が約５００〜９００℃の温度で堆積される。いくつかの実施形態において、層が約５００〜８００℃の温度で堆積される。
【０１１５】
しかしながら、層が、特に多結晶質が望ましい場合、上記の温度よりも低い温度、またはさらに周囲温度で堆積されてもよい。例えば、より低い温度で希土類窒化物の層を堆積させることは典型的に、より少ない窒素空孔をもたらす。
【０１１６】
堆積中の温度は、光高温計、または本技術分野に公知の他の適した装置、例えば熱電対によって測定されるのが便利である場合がある。
【０１１７】
いくつかの実施形態において、２つ以上の稀土類元素が高純度Ｎ２ガス、または上に記載したような代替の窒素供給源の存在下で同時に蒸発され、希土類窒化物材料の合金を含む層を提供する。
【０１１８】
同様に、基材、ブロッキング層、および／またはキャッピング層がＩＩＩ族窒化物を含むそれらの実施形態において、ＩＩＩ族窒化物の合金もまた考えられる。
【０１１９】
１つまたは複数のドーパントが層の１つまたは複数を堆積する間に導入されてもよいことを当業者は理解するであろう。このようなドーパントは、得られた層の磁気および／または電気的性質を変えることができる。
【０１２０】
第４の態様において、本発明は、第３の態様の方法によって作製される時に、磁性材料を提供する。
【０１２１】
また、本発明は、第３の態様の方法によって得ることができる磁性材料を提供する。
【０１２２】
以下の非限定的な実施例は本発明を説明するために提供されるが、決してそれらの範囲を限定しない。
【実施例】
【０１２３】
実施例１
図１を参照して、ＧｄＮの第１の強磁性層（５）およびＳｍＮの第２の強磁性層（１０）を非磁性ＬａＮブロッキング層（１５）と共に含む磁性材料（１）が分子線エピタキシーを使用して（１１１）配向Ａｌ２Ｏ３基材（２０）上に成長された。
【０１２４】
ＧｄＮの第１の強磁性層（５）およびＳｍＮの第２の強磁性層（１０）を含むが非磁性ブロッキング層（１５）を含まない相当する材料もまた、分子線エピタキシーを使用して（１１１）配向Ａｌ２Ｏ３基材（２０）上に成長された。
【０１２５】
受け取られただけのＧａ、Ｌａ、Ｓｍ、およびＧｄ固体装入物の各々の純度は少なくとも３Ｎであった。
【０１２６】
超高真空チャンバのベース圧力は１０−８トールであった。基材（２０）は、希土類窒化物層の成長の間７５０℃に保持された。ＧｄＮの第１の強磁性層（５）は、高純度（少なくとも４Ｎ）の分子窒素の３×１０−４トール分圧の存在下で電子銃を使用してＧｄ金属を蒸発させることによって成長された。ＧｄＮの成長速度は０．０５ｎｍ／ｓであり、Ｇｄのビーム等価圧力は８×１０−８トールであった。ＧｄＮは１００ｎｍの厚さに成長された。存在しているとき、ＬａＮの非磁性ブロッキング層（１５）は、ＧｄＮ層のために使用されたのと同じ窒素圧力下で電子銃を使用してＬａ金属を蒸発させることによってＧｄＮの第１の強磁性層（５）の上に成長された。ＬａＮの成長速度は０．０４ｎｍ／ｓであり、Ｌａのビーム等価圧力は７×１０−８トールであった。ＬａＮは６ｎｍの厚さに成長された。ＳｍＮの第２の強磁性層（１０）は、先行層のために使用されたのと同じ窒素分圧下で熱蒸発器内でＳｍ金属を蒸発させることによって、第１の材料についてはＧｄＮの上にそして第２の材料についてはＬａＮの上に成長された。ＳｍＮの成長速度は０．０２ｎｍ／ｓであり、Ｓｍのビーム等価圧力は３×１０−８トールであった。ＳｍＮは５．５ｎｍの厚さに成長された。
【０１２７】
両方の材料がキャッピング層（２５）を含み、具体的には０．０６ｎｍ／ｓの成長速度および１×１０−７トールのビーム等価圧力で周囲温度で成長された厚さ２５ｎｍのＧａＮ層を含んだ。電子銃を使用してＧａ金属を蒸発させ、３×１０−４トールの分圧の商用イオン化窒素供給源からのイオン化窒素を使用して窒化物を形成した。
【０１２８】
ＳｍＮ／ＧｄＮ材料およびＳｍＮ／ＬａＮ／ＧｄＮ材料について図２のＸ線磁気円二色性（ＸＭＣＤ）スペクトルは、薄いスペーサー層をそれらの間に導入することによってＳｍＮ層およびＧｄＮ層の磁化方向の分断を示す。ＸＭＣＤが本質的に磁化の各層を測定し、各層からの寄与を個々に精査することができる（図２のプロットは、ＳｍＮからの寄与を示す）。２つのタイプのスペクトルがある：表面だけを精査するＴＥＹ（全電子収量、プロットの上側部分）、および下にあるＧｄＮ層との境界面までずっと下ってＳｍＮ層の全厚さを精査するＴＦＹ（全蛍光収量、プロットの下側部分）。したがってＴＥＹスペクトルはＧｄＮへの近接によって影響を与えられないＳｍＮ部分を表わし、他方、ＴＦＹは、ＧｄＮに近いことがＳｍＮに及ぼす効果を示す。
【０１２９】
ＧｄＮに直接隣接したＳｍＮを有する材料についてＴＦＹは、ＴＥＹと同じ形状を有するが反対符号を有する。これは、ＳｍＮの表面の磁化がＧｄＮ境界面付近の磁化の反対方向に向いていることを意味し、ＧｄＮが、隣接したＳｍＮに影響を与えることが明らかに認められる。ＳｍＮとＧｄＮとの間にブロッキング層を有する材料について信号のこの逆転は観察されず、ＳｍＮの磁化が層全体にわたって一様な方向に向いており、ＧｄＮからの強い影響がないことを意味する。このように、図２は、２つの磁性層が分断されることを実証する。
【０１３０】
実施例２
図１を参照して、薄いＧａＮトンネルバリア（ブロッキング層（１５））によって隔てられたＧｄＮ電極（第１の強磁性層（５）、第２の強磁性層（１０））からなる多結晶磁気トンネル接合として構成された磁性材料（１）が、ベース圧力１×１０−８ミリバール（７．５×１０−９トール）を有する真空装置内で室温で成長された。ＧｄＮ層（５，１０）について、ガドリニウム金属が、１〜１０×１０−５ミリバール（７．５〜７５×１０−６トール）の窒素分圧下で０．２〜０．５Å／ｓの速度で電子銃から蒸発された。カウフマンイオン源から供給される活性化窒素を使用して、ＧａＮバリア（１５）が同様な方法で成長された。
【０１３１】
トンネル接合は、フォトリソグラフィによって交差接触幾何学的形状に形成された。フォトリソグラフィおよび金属リフトオフ法によって狭い（１００μｍ）金接触ストリップ（図示せず）がサファイア基材（２０）上に堆積された。幅２００μｍのチャネルを金ストリップに直交してフォトリソグラフィによって製造した。次に、ＧｄＮ／ＧａＮ／ＧｄＮトンネル接合（５，１５，１０）を堆積させ、その後に、キャッピング層（２５）として作用してＧｄＮの酸化を防ぐ約４５ｎｍのガドリニウム金属の上層を堆積させた。トンネル接合およびＧｄ層（２５）の成長後に第２のリフトオフ法によってフォトレジストを除去した。金属Ｇｄ層（２５）は室温まで強磁性であり、上部および下部強磁性ＧｄＮ層（５，１０）の磁性間の対称性を壊すことが予想された。
【０１３２】
断面走査電子顕微鏡（ＳＥＭ）画像は、ＧｄＮ層（５，１０）が各々厚さ約６０ｎｍであることを示した。同様な条件下で成長したＧａＮ層上で行なわれたＸ線反射率測定は、厚さ数ｎｍ（約５ｎｍ）の厚さとなり、ＳＥＭの結果と一致していた。
【０１３３】
トンネル接合に比較するためにサファイア基材（２０）上に約１００ｎｍのＧｄＮ薄膜（５）を含むが、ブロッキング層（１５）も第２の強磁性層（１０）も含まない相当する材料を公称で同じ成長条件下で作製し、Ｇｄ層の代わりに厚さ約３０ｎｍのＧａＮ層（２５）でキャップした。Ｘ線回折（Θ−２Θ走査）は、ＧｄＮ（５）が多結晶質であり、強く（１１１）テクスチャー化され、５．００±０．０１Åの面外の格子パラメーターを有することを明らかにした。
【０１３４】
図３は、典型的なトンネルバリアの５および２９０Ｋでの電流密度−電圧（Ｊ−Ｖ）特性を示す。曲線は、トンネリングによって支配されるシステムについて予想されるように、示されたそれらを含めて全ての温度５〜２９０Ｋで非線形である。データは、矩形バリアを通るトンネリングのためにＳｉｍｍｏｎｓによって開発されたモデルによく適合する（Ｊ．Ｇ．Ｓｉｍｍｏｎｓ，Ｊ．Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．３４  １７９３（１９６３年）およびＪ．Ｇ．Ｓｉｍｍｏｎｓ，Ｊ．Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．３５  ２４７２（１９６４年）を参照）。
【０１３５】
全ての温度でのデータは、１．９１ｎｍのバリア幅に非常によく適合し、バリア高さが唯一の温度依存フィッティングパラメーターのままである。図３への挿入図は、フィッティングから抽出された温度依存バリア高さ（順方向および逆方向電流の平均）を示す。
【０１３６】
モデル化されたバリア厚さはＳＥＭおよびＸ線反射率測定値と同様であったが、トンネリングがバリアの最も薄い部分によって支配されるという事実のためにこれらの最良の推定値よりもわずかに薄いというのが最も可能性が高い。バリア高さは室温で１．５ｅＶであり低温で１．６５ｅＶであったが、それはフェルミ準位がＧａＮバリアの隙間の中央付近にあることを示唆する（ＧｄＮのＥＦが伝導帯の最低に近いと仮定する）。
【０１３７】
層に平行に印加された増加および減少磁界の両方で測定された５Ｋでの磁気抵抗は、１つの層が他の層よりも低い磁界で変化する場合磁気トンネル接合において予想される磁気抵抗のヒステリシス特性を示した−図４（ａ）を参照。スイッチング磁界は、図４（ｂ）に示される磁気ヒステリシスにおいて観察される抗電界と一致する。磁気抵抗のヒステリシスは、高い抵抗状態をもたらす低い磁界でのＧｄＮ層（５，１０）の主磁化方向の差に帰せられる。
【０１３８】
異なった印加電流で測定されたトンネルバリアの温度依存抵抗が図５に示される。最小電流（１０ｎＡ）で測定されたトンネルバリアの抵抗はＧｄＮの抵抗率だけから計算される抵抗よりも（５Ｋで）４桁〜（３００Ｋで）６桁大きく、それで磁気トンネル接合抵抗がＧａＮバリアによって支配されることは明らかである。しかしバルクＧｄＮの抵抗率の特徴は磁気トンネル接合の性質に反映される。
【０１３９】
確かに、ＧａＮバリアを有さない他の点では同様なＧｄＮ制御装置は、縦の輸送向きの非常に低い抵抗（＜１Ω）を有した。比較のために、ｖａｎ  ｄｅｒ  Ｐａｕｗ幾何学配置で測定された均質なＧｄＮ薄膜の抵抗率が図５の挿入図に示される。均質な薄膜とトンネルバリアの両方の抵抗は、ＧｄＮ帯の交換分裂の開始によって生じさせられるＧｄＮのキューリー温度付近の５０Ｋでのピークなど、同様な電子構造を示し、それは多数キャリア活性化エネルギーを低下させ、したがって抵抗を低下させる。ＴＣ付近のピークは抑えられ、より高い電流においてトンネル接合では全抵抗が減少するが、バルクＧｄＮについてはこれらの効果は見られない。より大きい印加電流、したがって電圧について、帯分裂の相対的な効果は、印加電圧がバリア高さに与える効果と比較して低下する。明らかに、トンネル接合を通る輸送は、ＧａＮ層の存在によって支配されるが、電極の状態密度もまた、デバイス特性に重要な効果をもつ。
【０１４０】
本発明の様々な箇条は以下の箇条によって説明される：
１．  第１の強磁性層と、第２の強磁性層と、第１および第２の強磁性層の各々の間の且つそれらと接触しているブロッキング層とを含む磁性材料において、第１および第２の強磁性層が異なった抗電界を有し、第１の強磁性層が第１の希土類窒化物材料を含み、第２の強磁性層が第２の希土類窒化物材料を含み、第１および第２の希土類窒化物材料が各々独立に窒化プラセオジム（ＰｒＮ）、窒化ネオジム（ＮｄＮ）、窒化サマリウム（ＳｍＮ）、窒化ユウロピウム（ＥｕＮ）、窒化ガドリニウム（ＧｄＮ）、窒化テルビウム（ＴｂＮ）、窒化ジスプロシウム（ＤｙＮ）、窒化ホルミウム（ＨｏＮ）、窒化エルビウム（ＥｒＮ）、窒化ツリウム（ＴｍＮ）、および窒化イッテルビウム（ＹｂＮ）、ならびにそれらの任意の２つ以上の合金からなる群から選択される、磁性材料。
【０１４１】
２．  第１および第２の希土類窒化物材料が各々独立にＰｒＮ、ＮｄＮ、ＳｍＮ、ＧｄＮ、ＴｂＮ、ＤｙＮ、ＨｏＮ、ＥｒＮ、およびＴｍＮ、ならびにそれらの任意の２つ以上の合金からなる群から選択される、箇条１の磁性材料。
【０１４２】
３．  第１および第２の希土類窒化物材料が各々独立にＮｄＮ、ＳｍＮ、ＥｕＮ、ＧｄＮ、ＤｙＮ、ＨｏＮ、ＥｒＮ、およびＹｂＮ、ならびにそれらの任意の２つ以上の合金からなる群から選択される、箇条１の磁性材料。
【０１４３】
４．  第１および第２の希土類窒化物材料が各々独立にＮｄＮ、ＳｍＮ、ＧｄＮ、ＤｙＮ、ＨｏＮ、およびＥｒＮ、ならびにそれらの任意の２つ以上の合金からなる群から選択される、箇条１〜３の磁性材料。
【０１４４】
５．  第１および第２の希土類窒化物材料が各々独立にＰｒＮ、ＮｄＮ、ＳｍＮ、ＥｕＮ、ＧｄＮ、ＴｂＮ、ＤｙＮ、ＨｏＮ、ＥｒＮ、ＴｍＮ、およびＹｂＮからなる群から選択される、箇条１の磁性材料。
【０１４５】
６．  第１および第２の希土類窒化物材料が各々独立にＰｒＮ、ＮｄＮ、ＳｍＮ、ＧｄＮ、ＴｂＮ、ＤｙＮ、ＨｏＮ、ＥｒＮ、およびＴｍＮからなる群から選択される、箇条１、２および５の磁性材料。
【０１４６】
７．  第１および第２の希土類窒化物材料が各々独立にＮｄＮ、ＳｍＮ、ＥｕＮ、ＧｄＮ、ＤｙＮ、ＨｏＮ、ＥｒＮ、およびＹｂＮからなる群から選択される、箇条１、３および５の磁性材料。
【０１４７】
８．  第１および第２の希土類窒化物材料が各々独立にＮｄＮ、ＳｍＮ、ＧｄＮ、ＤｙＮ、ＨｏＮ、およびＥｒＮからなる群から選択される、箇条１〜７の磁性材料。
【０１４８】
９．  第１および第２の希土類窒化物材料の一方または両方が希土類窒化物合金である、箇条１〜４の磁性材料。
【０１４９】
１０．  希土類窒化物合金が、（Ｓｍ，Ｇｄ）Ｎ、（Ｇｄ，Ｈｏ）Ｎ、および（Ｇｄ，Ｄｙ）Ｎからなる群から選択される、箇条９の磁性材料。
【０１５０】
１１．  第１および第２の希土類窒化物材料の一方または両方が、１つまたは複数の付加的なドーパントをさらに含む、箇条１〜１０の磁性材料。
【０１５１】
１２．  第１および第２の希土類窒化物材料が、付加的なドーパントまたは他の不純物を約１０２１原子／ｃｍ３未満で含む、箇条１〜１１の磁性材料。
【０１５２】
１３．  第１の強磁性層が、本質的に第１の希土類窒化物材料からなる、箇条１〜１２の磁性材料。
【０１５３】
１４．  第２の強磁性層が、本質的に第２の希土類窒化物材料からなる、箇条１〜１３の磁性材料。
【０１５４】
１５．  より低い抗電界を有する強磁性層の抗電界が約５００Ｏｅより小さい、箇条１〜１４の磁性材料。
【０１５５】
１６．  より高い抗電界を有する強磁性層の抗電界が、より低い抗電界を有する層の抗電界より少なくとも約２倍大きい、箇条１〜１５の磁性材料。
【０１５６】
１７．  抗電界が約７０Ｋに測定される、箇条１〜１６の磁性材料。
【０１５７】
１８．  抗電界が約５０Ｋに測定される、箇条１〜１６の磁性材料。
【０１５８】
１９．  抗電界が約４Ｋに測定される、箇条１〜１６の磁性材料。
【０１５９】
２０．  第１および第２の強磁性層の間の抗電界の差が温度感受性である、箇条１〜１９の磁性材料。
【０１６０】
２１．  第２の強磁性層の抗電界が第１の強磁性層の抗電界よりも高い、箇条１〜２０の磁性材料。
【０１６１】
２２．  第１の強磁性層の抗電界が第２の強磁性層の抗電界よりも高い、箇条１〜２０の磁性材料。
【０１６２】
２３．  第１の強磁性希土類窒化物材料がＧｄＮを含む、箇条１〜２１の磁性材料。
【０１６３】
２４．  第１および第２の強磁性希土類窒化物材料がＧｄＮを含む、箇条１〜２３の磁性材料。
【０１６４】
２５．  第２の強磁性希土類窒化物材料がＳｍＮを含む、箇条１〜２１および２３の磁性材料。
【０１６５】
２６．  第１の強磁性希土類窒化物材料がＧｄＮを含み、第２の強磁性希土類窒化物材料がＳｍＮを含む、箇条１〜２１、２３および２５の磁性材料。
【０１６６】
２７．  第１の強磁性希土類窒化物材料がＳｍＮを含み、第２の強磁性希土類窒化物材料がＧｄＮを含む、箇条１〜２０および２２の磁性材料。
【０１６７】
２８．  ブロッキング層が第１の強磁性層とエピタキシャルである、箇条１〜２７の磁性材料。
【０１６８】
２９．  第２の強磁性層がブロッキング層とエピタキシャルである、箇条１〜２８の磁性材料。
【０１６９】
３０．  ブロッキング層が第１の強磁性層とエピタキシャルであり、第２の強磁性層がブロッキング層とエピタキシャルである、箇条１〜２９の磁性材料。
【０１７０】
３１．  ブロッキング層が第３の希土類窒化物材料を含む、箇条１〜３０の磁性材料。
【０１７１】
３２．  ブロッキング層がＬａＮまたはＬｕＮを含む、箇条１〜３１の磁性材料。
【０１７２】
３３．  ブロッキング層が本質的にＬａＮからなる、箇条１〜３３の磁性材料。
【０１７３】
３４．  ブロッキング層が本質的にＬｕＮからなる、箇条１〜３３の磁性材料。
【０１７４】
３５．  ブロッキング層が、ＬａＮ、ＬｕＮ、ＨｆＮ、ＡｌＮ、ＧａＮ、および（Ａｌ，Ｉｎ，Ｇａ）Ｎ合金からなる群から選択される、箇条１〜２７の磁性材料。
【０１７５】
３６．  ブロッキング層がＧａＮを含む、箇条１〜２７および３５の磁性材料。
【０１７６】
３７．  第１および第２の強磁性層が各々独立に厚さ約５〜２００ｎｍである、箇条１〜３６の磁性材料。
【０１７７】
３８．  ブロッキング層が厚さ約１〜２００ｎｍである、箇条１〜３７の磁性材料。
【０１７８】
３９．  磁性材料が、第１の強磁性層と接触している基材をさらに含む、箇条１〜３８の磁性材料。
【０１７９】
４０．  第１の強磁性層が基材とエピタキシャルである、箇条３９の磁性材料。
【０１８０】
４１．  第１の強磁性層が基材とエピタキシャルであり、ブロッキング層が第１の強磁性層とエピタキシャルである、箇条３９または４０の磁性材料。
【０１８１】
４２．  第１の強磁性層が基材とエピタキシャルであり、ブロッキング層が第１の強磁性層とエピタキシャルであり、第２の強磁性層がブロッキング層とエピタキシャルである、箇条３９〜４１の磁性材料。
【０１８２】
４３．  基材が、第１の強磁性層と接触している緩衝層を含む、箇条３９〜４２の磁性材料。
【０１８３】
４４．  磁性材料が、第２の強磁性層と接触しているキャッピング層をさらに含む、箇条１〜４３の磁性材料。
【０１８４】
４５．  キャッピング層が第２の強磁性層とエピタキシャルである、箇条４４の磁性材料。
【０１８５】
４６．  第１の強磁性層と、第２の強磁性層と、第１および第２の強磁性層の各々の間の且つそれらと接触しているブロッキング層とを含む磁性材料において、第１および第２の強磁性層が異なった抗電界を有し、第１の強磁性層が第１の希土類窒化物材料を含み、第２の強磁性層が第２の希土類窒化物材料を含み、第１および第２の希土類窒化物材料が各々独立に窒化プラセオジム（ＰｒＮ）、窒化ネオジム（ＮｄＮ）、窒化サマリウム（ＳｍＮ）、窒化ユウロピウム（ＥｕＮ）、窒化ガドリニウム（ＧｄＮ）、窒化テルビウム（ＴｂＮ）、窒化ジスプロシウム（ＤｙＮ）、窒化ホルミウム（ＨｏＮ）、窒化エルビウム（ＥｒＮ）、窒化ツリウム（ＴｍＮ）、および窒化イッテルビウム（ＹｂＮ）、ならびにそれらの任意の２つ以上の合金からなる群から選択される磁性材料を作製する方法であって、
（ａ）第１の希土類窒化物材料を含む第１の強磁性層を堆積させる工程と、
（ｂ）工程（ａ）において形成された第１の強磁性層上にブロッキング層を堆積させる工程と、
（ｃ）工程（ｂ）において形成されたブロッキング層上に第２の希土類窒化物材料を含む第２の強磁性層を堆積させる工程とを含む方法。
【０１８６】
４７．  第１および第２の希土類窒化物材料が各々独立にＰｒＮ、ＮｄＮ、ＳｍＮ、ＧｄＮ、ＴｂＮ、ＤｙＮ、ＨｏＮ、ＥｒＮ、およびＴｍＮ、ならびにそれらの任意の２つ以上の合金からなる群から選択される、箇条４６の方法。
【０１８７】
４８．  第１および第２の希土類窒化物材料が各々独立にＮｄＮ、ＳｍＮ、ＥｕＮ、ＧｄＮ、ＤｙＮ、ＨｏＮ、ＥｒＮ、およびＹｂＮ、ならびにそれらの任意の２つ以上の合金からなる群から選択される、箇条４６の方法。
【０１８８】
４９．  第１および第２の希土類窒化物材料が各々独立にＮｄＮ、ＳｍＮ、ＧｄＮ、ＤｙＮ、ＨｏＮ、およびＥｒＮ、ならびにそれらの任意の２つ以上の合金からなる群から選択される、箇条４６〜４８の方法。
【０１８９】
５０．  第１および第２の希土類窒化物材料が各々独立にＰｒＮ、ＮｄＮ、ＳｍＮ、ＥｕＮ、ＧｄＮ、ＴｂＮ、ＤｙＮ、ＨｏＮ、ＥｒＮ、ＴｍＮ、およびＹｂＮからなる群から選択される、箇条４６の方法。
【０１９０】
５１．  第１および第２の希土類窒化物材料が各々独立にＰｒＮ、ＮｄＮ、ＳｍＮ、ＧｄＮ、ＴｂＮ、ＤｙＮ、ＨｏＮ、ＥｒＮ、およびＴｍＮからなる群から選択される、箇条４６、４７および５０の方法。
【０１９１】
５２．  第１および第２の希土類窒化物材料が各々独立にＮｄＮ、ＳｍＮ、ＥｕＮ、ＧｄＮ、ＤｙＮ、ＨｏＮ、ＥｒＮ、およびＹｂＮからなる群から選択される、箇条４６、４８および５０の方法。
【０１９２】
５３．  第１および第２の希土類窒化物材料が各々独立にＮｄＮ、ＳｍＮ、ＧｄＮ、ＤｙＮ、ＨｏＮ、およびＥｒＮからなる群から選択される、箇条４６〜５２の方法。
【０１９３】
５４．  第１および第２の希土類窒化物材料の一方または両方が希土類窒化物合金である、箇条４６〜４９の方法。
【０１９４】
５５．  希土類窒化物合金が、（Ｓｍ，Ｇｄ）Ｎ、（Ｇｄ，Ｈｏ）Ｎ、および（Ｇｄ，Ｄｙ）Ｎからなる群から選択される、箇条５４の方法。
【０１９５】
５６．  第１および第２の希土類窒化物材料の一方または両方が、１つまたは複数の付加的なドーパントをさらに含む、箇条４６〜５５の方法。
【０１９６】
５７．  第１および第２の希土類窒化物材料が、付加的なドーパントまたは他の不純物を約１０２１原子／ｃｍ３未満で含む、箇条４６〜５６の方法。
【０１９７】
５８．  第１の強磁性層が、本質的に第１の希土類窒化物材料からなる、箇条４６〜５７の方法。
【０１９８】
５９．  第２の強磁性層が、本質的に第２の希土類窒化物材料からなる、箇条４６〜５８の方法。
【０１９９】
６０．  より低い抗電界を有する強磁性層の抗電界が約５００Ｏｅより小さい、箇条４６〜５９の方法。
【０２００】
６１．  より高い抗電界を有する強磁性層の抗電界が、より低い抗電界を有する層の抗電界より少なくとも約２倍大きい、箇条４６〜６０の方法。
【０２０１】
６２．  抗電界が約７０Ｋに測定される、箇条４６〜６１の方法。
【０２０２】
６３．  抗電界が約５０Ｋに測定される、箇条４６〜６１の方法。
【０２０３】
６４．  抗電界が約４Ｋに測定される、箇条４６〜６１の方法。
【０２０４】
６５．  第１および第２の強磁性層の間の抗電界の差が温度感受性である、箇条４６〜６４の方法。
【０２０５】
６６．  第２の強磁性層の抗電界が第１の強磁性層の抗電界よりも高い、箇条４６〜６５の方法。
【０２０６】
６７．  第１の強磁性層の抗電界が第２の強磁性層の抗電界よりも高い、箇条４６〜６５の方法。
【０２０７】
６８．  第１の強磁性希土類窒化物材料がＧｄＮを含む、箇条４６〜６６の方法。
【０２０８】
６９．  第１および第２の強磁性希土類窒化物材料がＧｄＮを含む、箇条４６〜６８の方法。
【０２０９】
７０．  第２の強磁性希土類窒化物材料がＳｍＮを含む、箇条４６〜６６および６８の方法。
【０２１０】
７１．  第１の強磁性希土類窒化物材料がＧｄＮを含み、第２の強磁性希土類窒化物材料がＳｍＮを含む、箇条４６〜６６、６８および７０の方法。
【０２１１】
７２．  第１の強磁性希土類窒化物材料がＳｍＮを含み、第２の強磁性希土類窒化物材料がＧｄＮを含む、箇条４６〜６５および６７の方法。
【０２１２】
７３．  ブロッキング層が第１の強磁性層とエピタキシャルである、箇条４６〜７２の方法。
【０２１３】
７４．  第２の強磁性層がブロッキング層とエピタキシャルである、箇条４６〜７３の方法。
【０２１４】
７５．  ブロッキング層が第１の強磁性層とエピタキシャルであり、第２の強磁性層がブロッキング層とエピタキシャルである、箇条４６〜７４の方法。
【０２１５】
７６．  ブロッキング層が第３の希土類窒化物材料を含む、箇条４６〜７５の方法。
【０２１６】
７７．  ブロッキング層がＬａＮまたはＬｕＮを含む、箇条４６〜７６の方法。
【０２１７】
７８．  ブロッキング層が本質的にＬａＮからなる、箇条４６〜７７の方法。
【０２１８】
７９．  ブロッキング層が本質的にＬｕＮからなる、箇条４６〜７８の方法。
【０２１９】
８０．  ブロッキング層が、ＬａＮ、ＬｕＮ、ＨｆＮ、ＡｌＮ、ＧａＮ、および（Ａｌ，Ｉｎ，Ｇａ）Ｎ合金からなる群から選択される、箇条４６〜７２の方法。
【０２２０】
８１．  ブロッキング層がＧａＮを含む、箇条４６〜７２および８０の方法。
【０２２１】
８２．  第１および第２の強磁性層が各々独立に厚さ約５〜２００ｎｍである、箇条４６〜８１の方法。
【０２２２】
８３．  ブロッキング層が厚さ約１〜２００ｎｍである、箇条４６〜８２の方法。
【０２２３】
８４．  （ａ）第１の希土類窒化物材料を含む第１の強磁性層を堆積させる工程と、
（ｂ）工程（ａ）において形成された第１の強磁性層上にブロッキング層を堆積させる工程と、
（ｃ）工程（ｂ）において形成されたブロッキング層上に第２の希土類窒化物材料を含む第２の強磁性層を堆積させる工程とを含む、箇条１〜３８の磁性材料を作製するための方法。
【０２２４】
８５．  第１の強磁性層が基材上に堆積される、箇条４６〜８４の方法。
【０２２５】
８６．  第１の強磁性層が基材とエピタキシャルである、箇条８５の方法。
【０２２６】
８７．  第１の強磁性層が基材とエピタキシャルであり、ブロッキング層が第１の強磁性層とエピタキシャルである、箇条８５または８６の方法。
【０２２７】
８８．  第１の強磁性層が基材とエピタキシャルであり、ブロッキング層が第１の強磁性層とエピタキシャルであり、第２の強磁性層がブロッキング層とエピタキシャルである、箇条８５〜８７の方法。
【０２２８】
８９．  基材が、第１の強磁性層と接触している緩衝層を含む、箇条８５〜８８の方法。
【０２２９】
９０．  （ｄ）工程（ｃ）において形成された第２の強磁性層上にキャッピング層を堆積させる工程をさらに含む、箇条４６〜８９の方法。
【０２３０】
９１．  キャッピング層が第２の強磁性層とエピタキシャルである、箇条９０の方法。
【０２３１】
９２．  層が超高真空技術を使用して順次に堆積される、箇条４６〜９１の方法。
【０２３２】
９３．  超高真空技術が、物理的蒸着（ＰＶＤ）、パルス化レーザー堆積（ＰＬＤ）、ＤＣ／ＲＦマグネトロンスパッタリング、熱的蒸発、および分子線エピタキシー（ＭＢＥ）からなる群から選択される、箇条９２の方法。
【０２３３】
９４．  層がＭＢＥによって順次に堆積される、箇条４６〜９３の方法。
【０２３４】
９５．  希土類と窒素供給源とを組み合わせることによって希土類窒化物材料の１つまたは複数がＭＢＥによって堆積される、箇条４６〜９１の方法。
【０２３５】
９６．  窒素供給源が、高純度分子窒素、アンモニア、および活性窒素の供給源、またはそれらの任意の２つ以上の混合物からなる群から選択される、箇条９５の方法。
【０２３６】
９７．  活性窒素の供給源が窒素プラズマまたはイオン化窒素である、箇条９６の方法。
【０２３７】
９８．  窒素供給源が高純度分子窒素である、箇条９７の方法。
【０２３８】
９９．  窒素供給源フラックスが、希土類フラックスよりも少なくとも１００倍大きい、箇条９５〜９８の方法。
【０２３９】
１００．  窒素供給源の分圧またはビーム等価圧力（ＢＥＰ）が約１０−５〜１０−３トールである、箇条９５〜９９の方法。
【０２４０】
１０１．  希土類のＢＥＰが約１０−８〜１０−７トールである、箇条９５〜１００の方法。
【０２４１】
１０２．  層が約０．０１〜１ｎｍ／秒の速度で堆積される、箇条４６〜１０１の方法。
【０２４２】
１０３．  層が周囲温度または高温で堆積される、箇条４６〜１０２の方法。
【０２４３】
１０４．  層の１つまたは複数が約５００〜９００℃の温度で堆積される、箇条４６〜１０３の方法。
【０２４４】
１０５．  層の１つまたは複数が約５００〜８００℃の温度で堆積される、箇条４６〜１０４の方法。
【０２４５】
１０６．  箇条４６〜１０５の方法によって調製されるときの磁性材料。
【０２４６】
１０７．  箇条４６〜１０５の方法によって得ることができる磁性材料。
【０２４７】
１０８．  箇条１〜４５、１０６および１０７の磁性材料と、任意選択により、電気接点とを含む磁気デバイス。
【０２４８】
１０９．  基材および／またはキャッピング層が電気接点を提供する、箇条１０８の磁気デバイス。
【０２４９】
本発明の範囲を上記の実施例だけに限定することを意図しない。当業者によって理解されるように、添付した特許請求の範囲に示される本発明の範囲から逸脱せずに多くの変型が可能である。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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