(57)【要約】本発明は電流依存性の抵抗構成素子に関する。本発明の課題は、素子を流れる電流の大きさに依存して高い又は低い電気抵抗を有し、それによって特にスイッチ、センサ又は記憶素子として使用可能な容易に構成される素子を作成することである。前記課題は基板上に施与され、電気定数が設けられた≦４ｎｍ厚のマンガン酸塩層からなる素子によって解決される。該素子で使用される本発明により非常に薄いマンガン酸塩層は電流の大きさに依存して明らかに異なる電気抵抗を有する２つの状態を示す。それによって、公知のトンネル磁性抵抗素子に対して両方の抵抗状態は電流の大きさの設定によって切り換えることができる。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
スイッチ、センサ又は記憶素子として特に使用可能な電流依存性の抵抗素子において、該抵抗素子が、基板上に施与され電気接点が設けられた≦４ｎｍ厚のマンガン酸塩層からなることを特徴とする電流依存性の抵抗素子。
【請求項２】
マンガン酸塩層が１ｎｍ〜３ｎｍの厚さを有する、請求項１記載の抵抗素子。
【請求項３】
マンガン酸塩層がマンガン−ペロフスカイトからなる、請求項１記載の抵抗素子。
【請求項４】
マンガン酸塩層が一般式Ｒ１−ｘＡｘＭｎＯ３＋ｄ（式中、ＲはＬａ、希土類元素、Ｙ又は複数の前記の元素からの混合物を表し、Ａは三価でない金属であり、かつｄ＝−０．１〜０．０５である）で表される材料からなる、請求項１から３までのいずれか１項記載の抵抗素子。
【請求項５】
三価でない金属がＣａ、Ｓｒ、Ｂａ、Ｐｂ、Ｃｅ、Ｎａ又はＫである、請求項４記載の抵抗素子。
【請求項６】
マンガン酸塩層がＬａ０．７Ｃａ０．３ＭｎＯ３又はＬａ０．７Ｓｒ０．３ＭｎＯ３からなる、請求項１記載の抵抗素子。
【請求項７】
マンガン酸塩層が、有利にはＮｄＧａＯ３又はＳｒＴｉＯ３からなるエピタキシャル単結晶基板上に配置されている、請求項１記載の抵抗素子。
【請求項８】
マンガン酸塩層が構造化されて形成されている、請求項１記載の抵抗素子。
【請求項９】
マンガン酸塩層が拡散隔壁層で覆われている、請求項１記載の抵抗素子。
【請求項１０】
マンガン酸塩層と基板との間に媒介層及び／又は拡散隔壁層が配置されている、請求項１記載の抵抗素子。
【請求項１１】
複数のマンガン酸塩層が複層構造で積層されており、その際、マンガン酸塩層の間にそれぞれ１ｎｍ〜５ｎｍ厚の絶縁材料層が配置されており、かつ該マンガン酸塩層の少なくとも１つに電気接点が設けられている、請求項１から１０までのいずれか１項記載の抵抗素子。
【請求項１２】
絶縁材料層がエピタキシャル成長されたＳｒＴｉＯ３、ＣａＴｉＯ３、ＮｄＧａＯ３又はＣｅＯ２からなる、請求項１１記載の抵抗素子。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は素子中を流れる電流の大きさに依存して高い又は低い電気抵抗を有する素子に関する。規定の電流値における抵抗の切替は前記の素子において磁界の影響によっても生じる。該素子は、特にスイッチ、センサ又は記憶素子として使用できる。
【背景技術】
【０００２】
磁気抵抗効果を利用し、かつ種々の適用分野に、例えば運動センサとして又は磁気記録媒体のための書き込みヘッド／読み取りヘッドにおいて適当な素子は既に知られている。この場合に、磁力抵抗性材料のオーム抵抗の値がそこに存在する磁化に依存して変化する現象が利用される。この抵抗の変化は慣用の測定法を用いて、例えば材料中を流れる電流の強さの変化を検知することによって測定される。
【０００３】
こうして、例えばＵＳ５１３４５３３号から、前記の効果を基礎とし、機能素子として、非磁性材料からなる層によって互いに分離されている磁性材料からなる層の積層からなる複層構造を有するセンサが知られている。この場合に、磁性材料は金属のＦｅ、Ｃｏ及びＮｉで形成される群から選択されるが、一方で非磁性材料は金属のＭｎ、Ｃｒ、Ｖ及びＴｉから選択されている。このセンサにおいては、磁界の影響下に磁性材料中で隣接した磁性材料層の磁化の逆平行の配向を有する状態とスイッチ効果のために利用される平行な配向の状態の間の移行が生じる。
【０００４】
伝導性の酸化マンガンを薄層抵抗において、抵抗性窒化物層と電気接点との間に中間層として使用して、約１５０℃の高められた温度において抵抗素子の長時間安定性の機能を改善することは知られている（ＵＳ−ＰＳ４７３７７５７号）。酸化マンガン層はこの場合に窒化物層と電気接点との間の拡散プロセスの回避に用いられる。この抵抗素子はただ電気抵抗の切替のためには不適である。
【０００５】
また２つの強磁性のマンガン酸塩層がエピタキシャル成長されかつ数ナノメーターの厚さの絶縁材料からなるトンネル層によって分離されている層系は既に知られている（M. Viret et al., Europhys. Lett. 39 (5), pp. 545-549 (1997)）。マンガン酸塩層はこの場合２５ｎｍ及び３３ｎｍ厚である。この層系ではマンガン酸塩層の間での電圧の印加の際に、磁界の影響下に同様に層系に対して垂直方向に間断的な抵抗の変化が確認され、この場合にも該変化は隣接した磁性層の磁化の逆平行の配向の状態と平行な配向の状態との間の移行に原因がある。
【０００６】
更に基材としてＭｎＯ３を有する反強磁性の絶縁性の酸化マンガンは公知であり、該酸化マンガンは電界又は十分な大きさの電流の影響下に強く低減された電気抵抗を有する強磁性材料状態が想定される（ＥＰ８６４５３８号Ａ１）。これは、例えば電界又は電流の影響下に材料中に金属製の伝導路（Leitungskanal）が生じるＰｒ１−ｘＣａｘＭｎＯ３からの大きな結晶である。そのために必要な磁界は１テスラの規模を有し、かつ電圧は１００Ｖだけ印加せねばならない。絶縁性基材相内の伝導回路（Leitungspfad）の状態及び安定性は熱履歴及び磁界における早期の老化に強く依存する。この理由からまたセンサ又は記憶素子に必要な再現性の挙動を保証することは困難である。
【特許文献１】
ＵＳ５１３４５３３号
【特許文献２】
ＵＳ−ＰＳ４７３７７５７号
【特許文献３】
ＥＰ８６４５３８号Ａ１
【非特許文献１】
M. Viret et al., Europhys. Lett. 39 (5), pp. 545-549 (1997)Ｅ
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明の課題は、素子を流れる電流の大きさに依存して高い又は低い電気抵抗を有し、それによって特にスイッチ、センサ又は記憶素子として使用可能な容易に構成される素子を作成することである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
前記課題は基板上に施与され、電気接点が設けられた≦４ｎｍ厚のマンガン酸塩層からなる素子によって解決される。
【０００９】
該素子において使用される本発明による非常に薄いマンガン酸塩層は、電流の大きさに依存して明らかに異なる電気抵抗を有する２つの状態を示す。更に公知のトンネル磁気抵抗素子に対して、両者の抵抗状態は電流の大きさの設定によって切り替えることができる。更に該素子は磁界の印加によって影響される電気抵抗の切替挙動をも有する。両者の効果は有利には互いに組み合わされて応用的に利用可能である。
【００１０】
マンガン酸塩の具体的な厚さは本発明により示される厚さ範囲において実際に変える場合に該層のために使用される原料及び該層の微細構造に依存している。この場合、１ｎｍ〜３ｎｍの範囲のマンガン酸塩層の厚さで有利な特性を達成できることを出発点としている。厚さの規定にあたり、選択された厚さが大きすぎる場合にマンガン酸塩層は強磁性配向温度Ｔｃ未満で金属であり、かつ電流及び電圧の間での線形の依存、従って一定の抵抗を示すことが依然として考慮される。他方で、薄すぎるマンガン酸塩層は、極めて大きな、測定に実際に利用できない抵抗値を有する電気絶縁体と同じ特性を示す。
【００１１】
有利にはマンガン酸塩層はマンガン−ペロフスカイト又は一般式Ｒ１−ｘＡｘＭｎＯ３＋ｄ（式中、ＲはＬａ、希土類元素、Ｙ又は複数の前記の元素からの混合物を表す）で表される材料からなる。Ａは三価でない金属である。ｄのための値は−０．１〜０．０５である。三価でない金属としては、特にＣａ、Ｓｒ、Ｂａ、Ｐｂ、Ｃｅ、Ｎａ又はＫが該当する。
【００１２】
有利にはマンガン酸塩層はＬａ０．７Ｃａ０．３ＭｎＯ３又はＬａ０．７Ｓｒ０．３ＭｎＯ３からなる。
【００１３】
該層は有利にはＮｄＧａＯ３（１１０）からなってよいエピタキシャル単結晶基板上に配置されてよい。
【００１４】
マンガン酸塩層は、本発明によれば構造化されて形成されていてよい。
【００１５】
良好な寿命の達成のために及び該素子特性の維持のために、マンガン酸塩層を拡散隔壁層で覆ってよい。
【００１６】
マンガン酸塩層及び基板の間に、適宜に媒介層及び／又は拡散隔壁層が配置されていてよい。
【００１７】
有利には、複数のマンガン酸塩層を複層の構成で積層してよく、その際、マンガン酸塩層の間にそれぞれ１ｎｍ〜５ｎｍ厚の絶縁材料層が配置され、かつマンガン酸塩層の少なくとも１つに電気接点が設けられている。更に絶縁材料層は、エピタキシャル成長されたＳｒＴｉＯ３、ＣａＴｉＯ３、ＮｄＧａＯ３又はＣｅＯ２からなってよい。
【００１８】
本発明の実施態様
本発明を以下に２つの実施例をもとに詳細に説明する。該当する図面の図１及び図２において、それぞれ実施例１及び２に記載される両者の素子で測定されているグラフが示されている。グラフ１は素子中で一様にされた電流の大きさに依存する電気抵抗の経過を示している。グラフ２において、外部磁界に依存する電気抵抗の経過が示されている。
【実施例１】
【００１９】
この例は、０．５ｍｍ厚のＮｄＧａＯ３（１１０）からの単結晶基板１上にマンガン酸塩層が施与されている素子に関する。該マンガン酸塩層はＬａ０．７Ｃａ０．３ＭｎＯ３からなり、約２ｎｍの厚さを有する。該層は化学量論的ターゲットの使用下にパルスレーザ蒸着によって０．５ミリバールの酸素を有する雰囲気下に製造されている。該マンガン酸塩層は２つの電気接点を備えており、それを介してマンガン酸塩層に電流が供給される。
【００２０】
種々の電流を電流端子に供給した場合に、３００Ｋの温度で図１から明らかなマンガン酸塩層の抵抗挙動が生じる。供給される電流はこの場合に小さい値から大きい値に、かつその逆に変更されている。抵抗の切替の場合の種々の電流値を特徴とする抵抗のヒステリシス挙動を示している。
【００２１】
この実施例において抵抗挙動はマンガン酸塩層上の電圧降下値から測定され、電圧降下値は電圧タップ端子で測定された。
【００２２】
この特性によって、該素子を電流依存性及び磁場依存性のスイッチ又はセンサとして、又は電流依存性及び電圧依存性の記憶素子として使用することが可能である。
【実施例２】
【００２３】
この実施例は、０．５ｍｍ厚のＳｒＴｉＯ３（１００）からの単結晶基板上に間に存在する２０層の絶縁材料層を有する２１層のマンガン酸塩層が積層されている素子に関する。該マンガン酸塩層はＬａ０．７Ｓｒ０．３ＭｎＯ３からなり、かつ約２ｎｍの厚さを有する。絶縁材料層はＳｒＴｉＯ３からなり、かつ同様に約２ｎｍの厚さを有する。該複層は、化学量論的ターゲットの使用下にパルスレーザ蒸着によって、例１のように製造されている。これに２つの電気接点を備えており、それを介してマンガン酸塩層に電流が供給される。
【００２４】
０．１μＡの電流の供給において、５０Ｋの温度において、該層に対して平行に印加された磁界に対する電気抵抗の図２に示される依存性が生じる。該電場は、更に０から１テスラまで、かつその逆で、まず正の電場方向及び次いで負の電場方向で変更された。抵抗のヒステリシス挙動が示された。
【００２５】
該抵抗挙動は、例１と同様に測定された。
【００２６】
またこの素子も、電流依存性及び磁界依存性のスイッチ又はセンサ又は記憶素子としても使用できる。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】図１は実施例１に記載される素子で測定された素子中で一様にされた電流の大きさに依存する電気抵抗の経過のグラフを示している
【図２】図２は実施例２に記載される素子で測定された外部磁界に依存する電気抵抗の経過のグラフを示している
【国際公開パンフレット】
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【国際公開パンフレット（コレクトバージョン）】
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【国際調査報告】
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