(57)【要約】【課題】  スピン偏極率の高い電流を高率よく放出することができ、電気的耐圧の良好なスピン偏極エミッタの提供。【解決手段】  金属膜よりなる第１の電極１と、第１の電極１に積層されたトンネル絶縁膜３と、トンネル絶縁膜３を挟むように第１の電極１と積層され、固定磁化が付与された複数の強磁性金属層と非磁性金属層とが積層形成された強磁性積層膜５と、非磁性の金属よりなる第２の電極７を備えることを特徴とするスピン偏極エミッタを提供する。第２の電極７の表面が電子放出面となる。【選択図】  図１
2005190878.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
金属膜と、
前記金属膜に積層形成されたトンネル絶縁膜と、
前記トンネル絶縁膜に積層形成され、一方向の固定磁化が付与された複数の強磁性金属層と前記複数の強磁性金属層間に形成された非磁性金属層を具備する強磁性積層膜と、
前記強磁性積層膜に積層形成された非磁性金属膜とを備えることを特徴とするスピン偏極エミッタ。
【請求項２】
前記トンネル絶縁膜は、複数の絶縁層と前記複数の絶縁層間に形成された金属層とを備える積層膜よりなることを特徴とする請求項１記載のスピン偏極エミッタ。
【請求項３】
前記トンネル絶縁膜は、絶縁層と前記絶縁層中に分散された複数の金属粒子を備えることを特徴とする請求項１記載のスピン偏極エミッタ。
【請求項４】
金属膜と、
前記金属膜に積層形成され、絶縁膜と、前記絶縁層中に分散形成された一方向の固定磁化が付与された複数の強磁性粒子とを備えたトンネル絶縁膜と、
前記トンネル絶縁膜に積層され、前記トンネル絶縁膜を介して前記金属膜と対向する非磁性金属膜とを備えることを特徴とするスピン偏極エミッタ。
【請求項５】
前記非磁性金属膜の電子放出面にアルカリ金属元素、アルカリ土類金属元素を含む層を備えることを特徴とする請求１乃至４のいずれかに記載のスピン偏極エミッタ。
【請求項６】
前記金属膜が前記固定磁化と同じ向きに固定された磁化を備える強磁性層を備えることを特徴とする請求項１乃至５のいずれかに記載のスピン偏極エミッタ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、スピン偏極電子を放出するスピン偏極エミッタに関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、伝導電子の電荷に加え、スピンの性質を利用したデバイスが開発されている（スピン・エレクトロニクス）。スピン・エレクトロニクスでは、磁性半導体や磁性金属等の材料が用いられるため、その微小領域の磁気的性質を評価する必要性がある。その有力な評価方法の一つに、スピン偏極電流を用いる方法があるが、その実現には、微小かつ高効率のスピン偏極エミッタの開発が不可欠である。
【０００３】
従来、スピン偏極電流の放出は強磁性探針を用いる方法やＧａＡｓ等のIII−V化合物の探針に円偏光を照射する方法等が知られている。しかし、強磁性深針を用いる方法では偏極率の高い電流を得るのが困難であり、III−V化合物の深針を用いる方法は放出時に光照射が必要なため、その結果生じる種々の問題点が指摘されている。
【０００４】
また、従来のエミッタは探針の先端に強い電界を集中させ電子放出を行うが、強電界の印加により先端が劣化するため放出効率が低下してしまう。近年、比較的低電界で電子を放出する金属―絶縁体―金属（MIM）型の電子放出素子が開発されているが（特許文献１参照）、ホットエレクトロンを生成するトンネル接合の電気的耐圧が低いという欠点や、電子放出の効率が低いという欠点を持っている。
【特許文献１】米国特許出願公開第２００３／７１５５５号明細書
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明は、スピン偏極率の高い電子を高効率で放出することができ、電気的耐圧の良好なスピン偏極エミッタを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記課題を解決するために、本発明の第１によれば、金属膜と、金属膜に積層形成されたトンネル絶縁膜と、トンネル絶縁膜に積層形成され、一方向の固定磁化が付与された複数の強磁性金属層と複数の強磁性金属層間に形成された非磁性金属層を具備する強磁性積層膜と、強磁性積層膜に積層形成された非磁性金属膜とを備えることを特徴とするスピン偏極エミッタを提供する。
【０００７】
また、本発明の第２によれば、金属膜と、金属膜に積層形成され、絶縁膜と、絶縁層中に分散形成された一方向の固定磁化が付与された複数の強磁性粒子とを備えたトンネル絶縁膜と、トンネル絶縁膜に積層され、トンネル絶縁膜を介して金属膜と対向する非磁性金属膜とを備えることを特徴とするスピン偏極エミッタを提供する。
【０００８】
このようなスピン偏極エミッタは、スピン偏極走査プローブ顕微鏡及びスピン偏極電子回折装置等に用いて、高精度の分析を可能にすることができる。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、強磁性からなるスピンフィルター部を備えることにより、高スピン偏極率かつ高い電子放出効率を持つスピン偏極エミッタを得ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
以下に、本発明の各実施の形態について図面を参照しながら説明する。尚、実施の形態や実施例を通して共通の構成には同一の符号を付すものとし、重複する説明は省略する。また、参照する各図は発明の説明とその理解を促すための模式図であり、図面表示の便宜上、形状や寸法、比等は実際の装置と異なる個所があるが、これらは以下の説明と公知の技術を参酌して適宜、設計変更することができる。
【００１１】
（第１の実施の形態）
まず、本発明のスピン偏極エミッタに関する第１の実施の形態について説明する。
【００１２】
図１は、第１の実施の形態に係るスピン偏極エミッタの断面模式図である。
【００１３】
スピン偏極エミッタは、第１の電極１、第１の電極１上に形成されたトンネル絶縁膜３、トンネル絶縁膜３上に形成された強磁性積層膜５、及びトンネル絶縁膜３及び強磁性積層膜５を介して第１の電極１と対向する第２の電極７とを備える。
【００１４】
第１の電極１、強磁性積層膜５は金属であり、第１の電極１、絶縁体のトンネル絶縁膜３、強磁性積層膜５は、MIM構造を形成する。このMIM構造はホットエレクトロン生成部をなし、第１の電極１と強磁性積層膜５の間に電圧を印加することにより、一方の金属から他方の金属へホットエレクトロン１１を注入することができる。
【００１５】
第１の電極１は非磁性金属膜であっても強磁性金属膜であってもよい。第１の電極１にＦｅ，Ｃｏ、Ｎｉ、やこれらのいずれかを含む合金、化合物等による強磁性金属膜を用い、この強磁性金属膜に強磁性積層膜５が持つ磁化と同じ向きの固定磁化を与えると、注入するホットエレクトロンのスピンの向きを揃えることができ、非磁性金属膜を用いたエミッタに比べてエミッション効率を最大で２倍程度高めることができる。
【００１６】
強磁性積層膜５は、複数の強磁性金属層と非磁性金属層とが交互に積層された膜であり、複数の強磁性金属層の磁化方向を揃えることで、ホットエレクトロン１１をそのスピンの向きにより選択的に透過させる（フィルタリングする）ことができる。つまり、強磁性金属層の磁化方向に平行な向きのスピンを持つホットエレクトロンのみがこの膜５を透過して、第２の電極７に伝達することができる。このような強磁性積層膜５をスピンフィルター膜という。
【００１７】
強磁性積層膜５の強磁性金属層には、Ｆｅ，Ｃｏ、Ｎｉ、これらの金属を少なくとも１つを含む合金や化合物等の強磁性金属材料を用いることができる。また、その積層方向の厚さは、約１ｎｍ以上約１０ｎｍ以下とすることができる。
【００１８】
強磁性積層膜中の非磁性金属層には、Ａｕ、Ｃｕ、Ａｇ、Ａｌ、及びこれらの金属の少なくとも一つを含む合金や化合物等の非磁性金属材料を用いることができる。また、その積層方向の厚さは、約１ｎｍ以上約３０ｎｍ以下とすることができる。
【００１９】
強磁性積層膜５中の非磁性金属層を介して隣接する強磁性金属層は、互いに強磁性的に結合しており、互いの磁化は略平行に揃っている。強磁性積層膜５中の磁性金属層と非磁性金属層との積層回数は、１回以上５回以下にする。
【００２０】
第１の電極１には、Ａｕ、Ａｇ、Ｃｕ、Ａｌ、Ｐｔ，Ｔｉ、Ｃｒ、Ｖ、Ｔａ，Ｗ、Ｎｂ、Ｍｏ等の磁性を示さない金属膜を用いることができ、その厚さは約１０ｎｍ以上約２００ｎｍ以下とする。また、上述のように、第１の電極１に磁性材料を用いてエミッション効率を上げることもできる。
【００２１】
第２の電極７にはＡｕ、Ｐｔ、Ｐｄ、カーボン等の非磁性金属膜を用いることができ、その厚さは約１ｎｍ以上約２０ｎｍ以下とすることができる。
【００２２】
トンネル絶縁膜３には、ＡｌＯ、ＨｆＯ、ＡｌＮ、ＨｆＮ、ＡｌＨｆＯ、ＡｌＨｆＮ、ＭｇＯ等を用いることができる。また、その厚さは約１ｎｍ以上約２ｎｍ以下とすることができる。
【００２３】
尚、スピン偏極エミッタの形状は、例えば、幅（図１の紙面左右方向）が約１ｎｍ以上約１０ｎｍ以下、奥行き（図１の紙面垂直方向）が約１μｍ以上約１０μｍの四角柱とすることができる。
【００２４】
次に、このスピン偏極エミッタの動作について説明する。
【００２５】
第１及び第２の電極１，７間に電圧源９により電圧を印加すると、第１の電極１から第２の磁性積層膜５へホットエレクトロン１１を注入することができる。注入されたホットエレクトロンは磁性積層膜５において、そのスピンの向きにより選択的に透過／非透過される。磁性積層膜５を透過した一部のホットエレクトロン１１、つまり所定のスピンを持つホットエレクトロンは第２の電極７の放出面よりスピン偏極電子１３として真空中に放出される。
【００２６】
次に、このスピン偏極エミッタの電子放出効率、スピン偏極率について説明する。
【００２７】
このようなスピン偏極エミッタの電子放出効率はエミッション電流ＩEと素子に流れるダイオード電流Ｉ0の比として、近似的に（１）式で与えられる。
【００２８】
【数１】
2005190878.tif 000003
【００２９】
ここでＴM→Sは第２の電極と真空の界面における電流透過率、ＴM→Mは磁性積層膜５中の磁性金属層と非磁性金属層の界面における電流透過率、Ｄは磁性積層膜５の厚さ、λは同じく減衰長である。
【００３０】
本実施の形態のスピン偏極エミッタでは、スピン偏極率の高い電流を放出することができる。これは、磁性積層膜５におけるホットエレクトロン電流の減衰長λがスピンの向きに大きく依存するためである。
【００３１】
ここで、後述する実施例で述べる方法により測定した磁性積層膜５中のスピン依存減衰長を表１に示す。
【００３２】
【表１】
2005190878.tif 000004
【００３３】
表１からわかるように、磁性積層膜５中の減衰長は電子のスピンの向きに大きく依存し、上向きスピン電子の減衰長λ↑は５０オングストローム程度であるが、下向きスピン電子の減衰長λ↓は僅か１０オングストローム程度である。
【００３４】
放出されるホットエレクトロンのスピン偏極率は、アップスピンのホットエレクトロンによる電流Ｉ↑とダウンスピンのホットエレクトロンによる電流Ｉ↓を用いて（４）式のようにあらわされる。
【００３５】
【数２】
2005190878.tif 000005
【００３６】
ここで、電流Ｉ↑と電流Ｉ↓は、磁性積層膜５中の強磁性層の厚さｄとスピンに依存したホットエレクトロンの減衰長λとにより（２）式や（３）式で表される。
【００３７】
例えば、約１．５ｅＶのエネルギーを持つホットエレクトロンを厚さｄが２０オングストローム程度のＣｏ84Ｆｅ16層を透過させる。表１から、Ｃｏ84Ｆｅ16層のアップスピン電子の減衰長λ↑は５０オングストローム、ダウンスピン電子の減衰長λ↓は８オングストロームであることから、スピン偏極率は（４）式から、約９０％という高い偏極率の電流が得られることが分かる。
【００３８】
一方、強磁性積層膜５中の強磁性金属層と非磁性金属層の界面の電流透過率は一般的に数１０％と高いことが知られている。また、非磁性金属層中の減衰長も一般的に長くＡｕやＣｕ等の貴金属中では２００オングストローム程度である。
【００３９】
従って、磁性積層膜５を用いることにより、ホットエレクトロン電流に対して電流透過率が数１０％、スピン偏極率が約９０％程度のスピンフィルターを実現することができる。
【００４０】
尚、強磁性積層膜５中の磁性金属層の数を増やせば放出電子のスピン偏極率をさらに高めることができる。但し、電子放出効率は低下する。
【００４１】
次に、本実施の形態の変形例について、説明する。
【００４２】
変形例１のスピン偏極エミッタでは第２の電極７の電子放出面に仕事関数の小さいＬｉ，Ｎａ等のアルカリ金属やＭｇ，Ｂａ等のアルカリ土類金属あるいはこれらの金属を含む
合金若しくは化合物を設ける。Ｌｉ，Ｎａ等のアルカリ金属やＭｇ，Ｂａ等のアルカリ土類金属あるいはこれらの金属を含む合金、化合物については、光電子放出や熱電子放出の効率向上に有効であり、電流透過率ＴM→Sを改良することができる。
【００４３】
探針を用いた強電界電子放出では材料強度の点から難点があり、これらの金属を用いることは難しい。しかし、本実施の形態によるスピン偏極エミッタは強電界を用いずに放出できるホットエレクトロン型なので、これらの材料を放出効率改善のために用いることができる。
【００４４】
この放出効率の改善について、図２のエネルギーダイアグラムを用いて説明する。
【００４５】
図２中のＥFはフェルミエネルギー準位を示す。アルカリ金属等の仕事関数の小さい金属を表面に用いると、実線で示したようにバリアーが低くなり、ホットエレクトロン１１の真空への透過率を高めることができる。このような仕事関数の小さい金属は、Ｌｉ，Ｎａ等のアルカリ金属や、Ｍｇ，Ｂａ等のアルカリ土類金属、あるいはこれら金属を含む化合物である。
【００４６】
これに対し、仕事関数の大きい金属やその化合物では、図２中に点線で示したように真空との界面に高いバリアーが存在するため、ホットエレクトロンの透過率は低くなり放出効率は低下する。つまり、この変形例１によれば、第２の電極７から真空への電流透過率ＴM→Sを改良することができる。
【００４７】
次に、第１の実施の形態の変形例２に関するスピン偏極エミッタについて説明する。
【００４８】
この変形例２では、多重トンネル接合あるいは微粒子多重トンネル接合を用いることにより、トンネル接合の電気的耐圧を改善することができる。
【００４９】
ホットエレクトロン型エミッタの弱点はトンネル接合の電気的耐圧が低いことであり、トンネル接合が外部の電気的雑音や静電気等により破壊することが予想される。しかし、電気的耐圧を高めるためにトンネル絶縁膜を厚くするとトンネル接合抵抗が高くなり放出電流が減少してしまう。
【００５０】
そこで、図１のトンネル絶縁膜３に替えて、図３（ａ）の断面模式図に示した多重トンネル接合膜３Ａあるいは図３（ｂ）の断面模式図に示した微粒子多重トンネル接合膜３Ｂを用いる。このような多重トンネル接合膜３Ａや微粒子多重トンネル接合膜３Ｂによれば、外部からの印加電圧を各接合に分散させることができ、トンネル接合の耐圧を著しく高めることができる。
【００５１】
多重トンネル接合膜３Ａは、金属層３１とこれを挟むように積層された複数の絶縁層３３を備える。図３（ａ）に示すように、複数の金属層３１と複数の絶縁層３３を交互に積層してもよい。この金属層３１には、Ａｌ、Ｃｕ等を用いることができ、その厚さは、例えば、約１ｎｍ以上約５ｎｍ以下とすることができる。絶縁層３３には、ＡｌＯ、ＡｌＮ、ＡｌＣｕＯを用いることができ、その厚さは、例えば、約１ｎｍ以上約２ｎｍ以下とすることができる。
【００５２】
微粒子多重トンネル接合膜３Ｂは、金属層３５と微粒子多重トンネル層３７の積層膜である。金属層３５は、例えば、Ａｌ、Ｃｕ、Ａｇ、Ｐｔ等よりなり、厚さを約１０ｎ以上約２００ｎｍとする。微粒子多重トンネル層３７は、ＡｌＯ、ＢＮ、ＡｌＮ、ダイヤモンドライクカーボン等の非磁性絶縁膜中に、直径約１ｎｍ以上約１０ｎｍ以下程度の導電性の微粒子が分散された層である。微粒子多重トンネル層３７の厚さは、例えば、約２０ｎ
ｍ以上約１００ｎｍ以下とすることができる。
【００５３】
微粒子多重トンネル接合膜３Ｂの微粒子多重トンネル層３７は、絶縁体中に金属微粒子が分散されたものであるため、２つの金属微粒子間のトンネル接合が破壊して短絡が生じても、これにより微粒子多重トンネル層３７全体が破壊されて金属層３５と第２の電極７間が短絡することはない。従って、外部からの電気的雑音や静電気等に対する耐性を大幅に高めることができる。
【００５４】
次に、第１の実施の形態の変形例３について図４の断面模式図を用いて説明する。
【００５５】
変形例３では、図３（ｂ）に示す微粒子多重トンネル接合膜３Ｂの金属微粒子に強磁性微粒子を用い、膜全体の強磁性微粒子に固定磁化を付与する。このような固定磁化を付与した多重トンネル接合膜を用いることで、スピンのフィルタリンングとホットエレクトロンの生成を同時に行うことができる。
【００５６】
この微粒子多重トンネル接合膜３Ｂでは、強磁性微粒子の材料にＦｅ、Ｃｏ、ＮＩ、及びこれらのうちいずれかの金属を含む合金や化合物等を用い、各粒子の平均の径を約５ｎｍ以上約２０ｎｍ以下とする。また、微粒子多重トンネル接合膜の厚さは約５０ｎｍとすることができる。
【００５７】
図４の断面模式図に示したように、非磁性金属の第１及び第２の電極と微粒子多重トンネル膜３９の３層のみによりスピン偏極エミッタを構成することができる。この３層構成のスピン偏極エミッタによるスピン偏極率は約２０％以上約３０％以下と低いものの、第１及び第２の電極１，７に強磁性材料を用いる必要がないため、電流透過率を高めることができ、電流放出効率をさらに改善することが可能になる。
【実施例】
【００５８】
（実施例１）  磁性体中を進むホットエレクトロンの減衰長の測定
実施例１について図５の断面模式図を参照しつつ説明する。
【００５９】
Ｓｉ層上に厚さ約１ｎｍのＣｏＳｉ2を介してＣｏＦｅ層、Ｃｕ層、ＣｏＦｅ層からなるベース層、Ａｌ2Ｏ3トンネル絶縁膜を形成した。ベース層の各層の作製は、マルチチャンバーのMBE装置（２×１０-10ｔｏｒｒ）を用いた。
【００６０】
はじめに第１のチャンバー内でｎ+Ｓｉ（１１１）基板を約５００℃、約２時間、続いて約７００℃、約０．５時間加熱し、表面の吸着ガスを除去した。引き続き、弱いＳｉフラックス中でＳｉ基板を約８４０℃に加熱し、表面酸化膜を除去した。この段階でＲＨＥＥＤによりＳｉ表面の７ｘ７構造を確認した。
【００６１】
次に、この表面上にバッファー層としてノンドープＳｉを７００℃で１μｍの厚さに形成した。その後、化学量論組成のＣｏとＳｉを同時蒸着し、約６００℃において１０分間程度アニールすることにより厚さ約１ｎｍのＣｏＳｉ2膜を形成した。
【００６２】
ベース積層膜（ＣｏＦｅ層、Ｃｕ層、ＣｏＦｅ層）はMBE装置の第２のチャンバー内でイオンビーム・スパッタ法により形成した。Ｃｕ層の厚さを約２ｎｍに固定し、二つのＣｏＦｅの膜厚を約１ｎｍ以上約１０ｎｍ以下の間でそれぞれ変化させた。また磁気的な一軸異方性を付与するためＣｏＦｅは約１０００Ｏｅの磁場を印加しつつ形成した。
【００６３】
続いて、第３のチャンバー内でＡｌ2Ｏ3トンネル絶縁膜を形成した。Ｏ2分圧１０-5ｔｏｒｒの下で、Ａｌソースを用いてＡｌ2Ｏ3を約１．５ｎｍの厚さに形成した。
【００６４】
その後、厚さ約２００ｎｍのＣａＦ2層間絶縁膜を形成して、ベース／エミッタ間トンネル接合の面積を約５０×５０μｍとした後、エミッタとしてＡｌ（１０ｎｍ）／Ａｕ（１００ｎｍ）積層膜を形成した。
【００６５】
ＣｏＦｅの膜厚を変えたそれぞれのトランジスターについて、面内に磁場を印加して、電圧計９、電流計５３を用いて電流／電圧特性を測定し電流透過率（コレクター電流／エミッタ−電流の比）を求めた。この電流透過率のＣｏＦｅ膜厚依存性からＣｏＦｅ膜中のスピンに依存したホットエレクトロン電流の減衰長を求めた。結果は、表１に示すように、エミッタ電圧約１．５Ｖでは、アップスピン電子の減衰長λ↑＝約５０オングストローム、ダウンスピン原子の減衰長λ↓＝約８オングストロームであり、約２．０Ｖではλ↑＝４３オングストローム、λ↓＝８オングストロームであった。
【００６６】
この結果から、強磁性積層膜を透過するホットエレクトロンの減衰長は、電子スピンの向きによって異なり、アップスピン電子の方が高い透過率を得られることがわかる。
【００６７】
（実施例２）スピンフィルター部にＣｕ／ＣｏＦｅ／Ａｕ／Ｃｓ積層膜を用いたスピン偏極エミッタ
実施例１で用いた製造装置を用いて、Ｓｉ基板上に図６に断面模式図を示したスピン偏極エミッタを作製した。
【００６８】
まず、下部電極として厚さ約２００ｎｍのＡｌ膜を蒸着法により形成し、その表面を酸素雰囲気中で酸化することにより厚さ約２ｎｍ程度のＡｌ2Ｏ3を形成してトンネル絶縁膜とした。引き続き、トンネル絶縁膜上にイオンビーム・スパッタ法によりスピンフィルター部のＣｕ層（約１０ｎｍ厚）、ＣｏＦｅ層（約２ｎｍ厚）、Ａｕ層（約１ｎｍ厚）の積層膜を形成した。ＣｏＦｅ層は実施例１と同様の方法で磁化を付与した。
【００６９】
得られたＳｉ基板上の膜を、光リソグラフィー法とイオンミリング装置を用いて５０×５０μｍ2の接合サイズに加工し、スピン偏極エミッタを作製した。このエミッタに電流リードを取り付けた後、再び真空槽にセットして電子放出特性を測定した。電圧４０Ｖを印加した時、ダイオード電流約１０ｍＡに対してエミッション電流は約０．１μＡで、電子放出効率は１０-5程度だった。
【００７０】
真空槽内で、同じエミッタの上部電極Ａｕ上にＣｓを約０．５ｎｍ程度蒸着した後、再び電子放出特性を測定した。約４０Ｖの印加電圧において、ダイオード電流約１０ｍＡに対してエミッション電流は約０．７μＡで、電子放出効率は約７×１０ー5となり、Ｃｓを表面に蒸着することにより、電子放出効率の向上が見られた。
【００７１】
スピン偏極率の測定はモット検出器を用いて行った。モット検出器はスピン偏極電子が重原子によって散乱されるとき、スピン・軌道相互作用によってその空間分布が非対称になることを利用している。約４０Ｖの印加電圧でのエミッション電流のスピン偏極率は、約６０％だった。Ｃｓを表面に蒸着した素子とＡｕのみの素子とでは、スピン偏極率に大きな違いは見られなかった。この素子は、約６０Ｖを印加すると絶縁破壊が起こった。
（実施例３）  微粒子多重トンネル層を用いたスピン偏極エミッタ
図７の断面模式図に示すような、絶縁層中に分散された微粒子層を多重トンネル伝導するスピン偏極エミッタを作製した。
【００７２】
Ｓｉ基板上に下部電極Ｃｕ層（約１００ｎｍ厚）をイオンビーム・スパッタにより成膜した後、Ａｌ2Ｏ3とＣｏＦｅを交互にスパッタし、Ａｌ2Ｏ3絶縁層にＣｏＦｅ微粒子が分散した微粒子層（約４０ｎｍ厚）を作製した。
【００７３】
その後、ＣｏＦｅ層（約１ｎｍ厚）とＡｕ層（約１０ｎｍ厚）をスパッタし、上部電極を成膜した。実施例１と同様な方法でＣｏＦｅ層に一軸異方性を付与し、約５０μｍ×５０μｍの接合サイズに加工し、電子放出特性を測定した。
【００７４】
電圧５０Ｖを印加したときのダイオード電流５ｍＡに対して、エミッション電流は５０ｎＡで、電子放出効率は１０ー5であった。電圧１００Ｖを印加したときのダイオード電流は２０ｍＡに対して、エミッション電流は２μＡで、電子放出効率は１０ー4であった。この素子は１２０Ｖの電圧を印加しても絶縁破壊を起こさなかった。モット検出器によりスピン偏極率を測定したところ、１００Ｖ印加時のエミッション電流のスピン偏極率は、約４０％だった。
【００７５】
この実施例３は、実施例２のエミッタと比較してスピン偏極率は低下するものの、耐圧が高いためエミッション電流を大きくすることができた。
【図面の簡単な説明】
【００７６】
【図１】本発明の第１の実施の形態に関わるスピン偏極エミッタを説明するための断面模式図。
【図２】第１の実施の形態の変形例１を説明するためのエネルギーダイアグラム
【図３】第１の実施の形態の変形例２を説明するための断面模式図
【図４】第１の実施の形態の変形例３を説明するための断面模式図
【図５】実施例１を説明するための断面模式図
【図６】実施例２を説明するための断面模式図
【図７】実施例３を説明するための断面模式図
【符号の説明】
【００７７】
１・・・第１の電極
３・・・トンネル絶縁膜
５・・・強磁性積層膜
７・・・第２の電極
９・・・電圧源
１１・・・ホットエレクトロン
１３・・・スピン偏極電子
３Ａ・・・多重トンネル接合膜
３Ｂ・・・微粒子多重トンネル接合膜
３１・・・金属膜
３３・・・絶縁膜
３５・・・金属膜
３７・・・微粒子多重トンネル膜
３９・・・強磁性微粒子多重トンネル接合膜
５３・・・電流計
【図１】
2005190878.tif 000006
【図２】
2005190878.tif 000007
【図３】
2005190878.tif 000008
【図４】
2005190878.tif 000009
【図５】
2005190878.tif 000010
【図６】
2005190878.tif 000011
【図７】
2005190878.tif 000012