(57)【要約】  スピン保持力を制御できるトンネルジャンクション素子を提供する。  トンネルジャンクション素子において、ＬａＡｌＯ3-δ（電気的絶縁層）１３を強磁性（フェリ磁性を含む）金属材料としてＬａ0.6Ｓｒ0.4ＭｎＯ3-δ電極１２とＬａ0.6Ｓｒ0.4Ｍｎ1-yＲｕyＯ3-δ電極１４で挟むように構成した。【特許請求の範囲】
【請求項１】
Ａ1-xＢxＭ1-yＭ′yＯ3-δ型酸化物（０≦ｘ≦１、０≦ｙ≦１、δは酸素欠損量）で、ＡとしてＣａ，Ｓｒ，Ｂａなどのアルカリ土類元素もしくはＬａなどの希土類元素、Ｙ，Ｂｉ，Ｐｂからなる元素、ＢとしてＡ以外のＣａ，Ｓｒ，Ｂａなどのアルカリ土類元素もしくはＬａなどの希土類元素、Ｙ，Ｂｉ，Ｐｂからなる元素、ＭとしてＭｎ，Ｆｅ，Ｃｏ，Ｎｉ，Ｃｕなどの遷移金属元素、Ｍ′としてＭ以外のＭｎ，Ｆｅ，Ｃｏ，Ｎｉ，Ｃｕなどの遷移金属元素を用いた強磁性（フェリ磁性を含む）導電性固体材料からなる電極と、これと異なる成分比ｙ≠ｙ’からなるＡ1-x’Ｂx’Ｍ1-y’Ｍ′y’Ｏ3-δ型酸化物（０≦ｘ’≦１、０＜ｙ’≦１、ｙ≠ｙ’、δは酸素欠損量）を用いた強磁性（フェリ磁性を含む）導電性固体材料からなる電極と、これらの電極に挟まれた電気的絶縁層とからなる構造をもつトンネルジャンクション素子。
【請求項２】
請求項１記載のトンネルジャンクション素子において、前記二つの電極のうち何れか一方の電極がＡ1-xＢxＭｎＯ3-δ型酸化物（０≦ｘ≦１、δは酸素欠損量）で、ＡとしてＣａ，Ｓｒ，Ｂａなどのアルカリ土類元素もしくはＬａなどの希土類元素、Ｙ，Ｂｉ，Ｐｂからなる元素、ＢとしてＡ以外のＣａ，Ｓｒ，Ｂａなどのアルカリ土類元素もしくはＬａなどの希土類元素、Ｙ，Ｂｉ，Ｐｂからなる元素を用いた強磁性（フェリ磁性を含む）導電性固体材料からなる電極と、他方の電極が、これと異なるＡ1-x’Ｂx’Ｍｎ1-y’Ｒｕy’Ｏ3-δ型酸化物（０≦ｘ’≦１、０＜ｙ’≦１、δは酸素欠損量）を用いた強磁性（フェリ磁性を含む）導電性固体材料からなる電極と、これらの電極に挟まれた電気的絶縁層とからなる構造をもつトンネルジャンクション素子。
【請求項３】
請求項２記載のトンネルジャンクション素子において、前記二つの電極のうち何れか一方の電極がＬａ1-xＳｒxＭｎＯ3-δ型酸化物（０．２≦ｘ≦０．５、δは酸素欠損量）とした強磁性（フェリ磁性を含む）導電性固体材料からなる電極と、他方の電極がＬａ1-x’Ｓｒx’Ｍｎ1-yＲｕyＯ3-δ型酸化物（０．２≦ｘ’≦０．５、０＜ｙ≦ｘ、δは酸素欠損量）とした強磁性（フェリ磁性を含む）導電性固体材料電極と、これらの電極に挟まれた電気的絶縁層とからなる構造をもつトンネルジャンクション素子。
【請求項４】
請求項３記載のトンネルジャンクション素子において、前記電極がＬａ1-xＳｒxＭｎＯ3-δ型酸化物（０．２≦ｘ≦０．５、δは酸素欠損量）を用いた強磁性（フェリ磁性を含む）導電性固体材料からなる電極で素子を支持する基板側に形成された電極と、これと異なるＬａ1-x’Ｓｒx’Ｍｎ1-yＲｕyＯ3-δ型酸化物（０．２≦ｘ’≦０．５、０＜ｙ≦ｘ、δは酸素欠損量）を用いた強磁性（フェリ磁性を含む）導電性固体材料からなる電極は電気的絶縁層を介して、Ｌａ1-xＳｒxＭｎＯ3-δ型酸化物（０．２≦ｘ≦０．５、δは酸素欠損量）導電性電極材料の上部に配置された構造をもつトンネルジャンクション素子。
【請求項５】
請求項１から４の何れか一項記載のトンネルジャンクション素子において、前記電気的絶縁層は、Ａ1-xＢxＭ1-yＭ′yＯ3-δ型酸化物（０≦ｘ≦１、０≦ｙ≦１、δは酸素欠損量）で、ＡとしてＣａ，Ｓｒ，Ｂａなどのアルカリ土類元素もしくはＬａなどの希土類元素、Ｙ，Ｂｉ，Ｐｂからなる元素、ＢとしてＡ以外のＣａ，Ｓｒ，Ｂａなどのアルカリ土類元素もしくはＬａなどの希土類元素、Ｙ，Ｂｉ，Ｐｂからなる元素、ＭとしてＭｎ，Ｆｅ，Ｃｏ，Ｎｉ，Ｃｕなどの遷移金属元素、Ｍ′としてＭ以外のＭｎ，Ｆｅ，Ｃｏ，Ｎｉ，Ｃｕなどの遷移金属元素を用いた電気的絶縁層であるトンネルジャンクション素子。
【請求項６】
請求項１から４の何れか一項記載のトンネルジャンクション素子において、前記電気的絶縁層は、ＳｒＴｉＯ3-δ（δは酸素欠損量）であるトンネルジャンクション素子。
【請求項７】
請求項１から４の何れか一項記載のトンネルジャンクション素子において、前記電気的絶縁層は、ＬａＡｌＯ3-δ（δは酸素欠損量）であるトンネルジャンクション素子。
【請求項８】
請求項１から７の何れか一項記載のトンネルジャンクション素子において、前記電極を構成する前記強磁性（フェリ磁性を含む）導電性固体材料と、これらの電極に挟まれた電気的絶縁層を構成する固体材料の少なくとも一つはパルスレーザー堆積法にて製造されたトンネルジャンクション素子。
【請求項９】
請求項８記載のトンネルジャンクション素子において、Ｌａ1-xＳｒxＭｎ1-yＲｕyＯ3-δ型酸化物（０．２≦ｘ≦０．５、０＜ｙ≦ｘ、δは酸素欠損量）固体材料を強磁性（フェリ磁性を含む）導電性電極としてパルスレーザー堆積法を用いて製造する場合、Ｌａ1-xＳｒxＭｎ1-yＲｕyＯ3-δ型酸化物（０．２≦ｘ≦０．５、０＜ｙ≦ｘ、δは酸素欠損量）の格子定数が３．８２オングストロームから３．８７オングストロームを示す材料で製造されたトンネルジャンクション素子。
【請求項１０】
請求項８記載のトンネルジャンクション素子において、Ｌａ1-xＳｒxＭｎ1-yＲｕyＯ3-δ型酸化物（０．２≦ｘ≦０．５、０＜ｙ≦ｘ、δは酸素欠損量）固体材料を強磁性（フェリ磁性を含む）導電性電極としてパルスレーザー堆積法を用いて製造する場合、基板温度が７５０℃から９００℃で酸素雰囲気圧力を１３３ｍＰａ（１ｍＴｏｒｒ）から１３．３Ｐａ（１００ｍＴｏｒｒ）の製造条件で製造されたトンネルジャンクション素子。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、トンネルジャンクション素子に係り、磁化によって記憶された情報を読み出すのに必要な磁気ヘッドに利用される。またさらにこの技術は磁気メモリ素子に展開するであろうＴＭＲ（ｔｕｎｎｅｌ  ｍａｇｎｅｔｏｒｅｓｉｓｔｉｖｅ）素子に関する技術に応用できる。
【背景技術】
【０００２】
膨大な画像処理等情報のストレージデバイスに対する要求は止まる事を知らない。磁気記録を応用したハードディスクドライブ（ＨＤＤ）は、大容量、不揮発、低価格という特徴を備え、ストレージデバイスとして中核的な位置を占めている。最近ではＰＣに加えて、ビデオレコーダなどのＡＶ機器やカーナビゲーションなどへの応用が広がり、その市場はさらに広がろうとしている。このような市場はメモリサイズに関して限りない微小化を要求している。現在の予測では、２００４年には１００Ｇｂｐｓｉのメモリ容量を磁性材料サイズ３０ｎｍ（３００Å）で、２０１０年には１０００Ｇｂｐｓｉのメモリ容量を磁性材料サイズ１０ｎｍ（１００Å）程度で実現できると言われている。【０００３】
このような記憶を担う磁性材料の微細化、高密度化に対応するために、再生ヘッド、もしくは磁気センサーの感度の向上も必須である。この感度はＭＲ（ｍａｇｎｅｔｏｒｅｓｉｓｔｉｖｅ）比として表現される。再生ヘッドの微小化はこれを構成するセンサー素子のＭＲ比の向上によって実現されてきた。【０００４】
このＭＲ比に関しては、１９９４年頃からＭＲ比が４％であるＧＭＲ（ｇｉａｎｔ  ｍａｇｎｅｔｏｒｅｓｉｓｔｉｖｅ）素子が開発され、実用化されつつある（下記特許文献１）。また、現在ではＭＲ比１０％程度のものが登場しつつある。しかし、１００Ｇビット／（インチ）2以上の記憶密度になると現在のＧＭＲ素子のＭＲ比では足りず、１０から数１０％レベルのＭＲ比が必要となる。【０００５】
そこで、２０００年に、開発段階でＭＲ比が１０％以上のＴＭＲ（ｔｕｎｎｅｌ  ｍａｇｎｅｔｏｒｅｓｉｓｔｉｖｅ）素子が登場し、このＴＭＲ素子により、従来のＧＭＲ素子で難しかったより高いＭＲ比が実現できることが示された（下記非特許文献１）。【０００６】
ＴＭＲ素子は、磁気センサーとしての応用だけでなく、磁気メモリとしての応用展開も可能である。すでにＩＢＭが２００４年に２５６Ｍｂｉｔ−ＭＲＡＭを市場に投入するための共同開発計画を発表した事もあり、さらに重要性を帯び始めている。
【特許文献１】特開２０００−１１３３０号公報
【非特許文献１】Ｏｈａｓｈｉ  ｅｔ  ａｌ，ＮＥＣ“Ｌｏｗ  Ｒｅｓｉｓｔａｎｃｅ  Ｔｕｎｎｅｌ  Ｍａｇｎｅｔｏｒｅｓｉｓｔｉｖｅ  Ｈｅａｄ”，ＩＥＥＥ  Ｔｒａｎｓａｃｔｉｏｎ  ｏｎ  Ｍａｇｎｅｔｉｃｓ，Ｖｏｌ．３６，Ｎｏ．５，ｐｐ．２５４９−２５５３，２０００
【非特許文献２】Ｍ．Ｂｏｗｅｎ  ｅｔ  ａｌ．Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．８２（２００３）２３３
【非特許文献３】Ｍ．Ｋａｗａｓａｋｉ，Ｙ．Ｔｏｋｕｒａ  ｅｔ  ａｌ，Ｊｐｎ．Ｊ．Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．Ｖｏｌ．４２（２００３）Ｌ３６９−Ｌ３７２
【発明の開示】
【０００７】
ＴＭＲ素子は、強磁性（フェリ磁性を含む）トンネル接合（ジャンクション）におけるスピン分極トンネル磁気抵抗効果を利用する素子である。強磁性（フェリ磁性を含む）トンネル接合は、鉄などの遷移金属を強磁性（フェリ磁性を含む）金属層とし、これにＡｌ2Ｏ3などの十分に薄い絶縁体膜を挟み込んだサンドイッチ構造をしている。ＴＭＲの基本的な物理現象は上下の強磁性（フェリ磁性を含む）層のスピンの向きによって、伝導電子が絶縁層の障壁をトンネルできる確率が変化することに起因している。ＴＭＲ素子を構成する強磁性（フェリ磁性を含む）金属層にペロブスカイト型酸化物を使用すると、通常の遷移金属を使ったものよりさらに大きなＭＲ比が得られることが示されている（上記非特許文献２）。この素子のＭＲ比は、実に４Ｋにおいて１８００％を超える。このようなＴＭＲ素子をＣＭＲ（ｃｏｌｏｓｓａｌ  ｍａｇｎｅｔｏｒｅｓｉｓｔｉｖｅ）素子と呼ぶ。
【０００８】
ペロブスカイト型酸化物を強磁性（フェリ磁性を含む）金属層に使用したＣＭＲ素子においては、従来のＴＭＲ素子特性を大きく凌駕する特性が期待できるが、実用上問題となる課題としてスピン保持力を制御する困難性がある。
【０００９】
本発明は、上記状況に鑑みて、室温下においても、スピン保持力を制御できる素子を提供することを目的とする。
【００１０】
ＣＭＲ素子の実用化にあたって、上部強磁性電極と下部強磁性電極のスピンの保持力差をつける必要がある。その理由を図１，２を用いて説明する。下部強磁性電極のスピンの向き及びこのときの磁化ヒステリシス曲線を実線で、上部強磁性電極のスピンの向き及びヒステリシス曲線を破線で示す。
【００１１】
今、外部磁場が左向き（磁場がマイナス方向）で上下強磁性電極のスピンが左に向く十分強い磁場からスタートする〔（１）の状態〕。外部磁場を減少させゼロを横切り、右向き磁場に印加し出すとＨｃ１の低い強度の外部磁場で下部強磁性電極のスピンは右向きに反転する。このＨｃ１の外部磁場強度を下部強磁性電極のスピンの保持力の強さと定義する。このＨｃ１が小さいと、小さい磁場でスピンの向きを反転することができる。上部強磁性電極のスピン保持力をＨｃ２とすると、外部磁場ＨがＨｃ２＞Ｈ＞Ｈｃ１においては〔（２）の状態〕、下部強磁性電極のスピンは右に向くが、上部強磁性電極は左に向いたままである。（２）のスピン状態でのＴＭＲ素子の抵抗値は（１）の状態に対して大きくなる。さらに右向きの外部磁場強度が大きくなり、Ｈ＞Ｈｃ２となる〔（３）の状態〕と、上部強磁性電極のスピンの向きは右向きに反転し、上下のスピンの向きは平行となり素子の抵抗値は小さくなる。さらに（４）、（５）、（６）の状態を通過し、（１）の状態に戻る。このときの抵抗変化を図２に示した。外部磁場ＨがＨｃ２＞Ｈ＞Ｈｃ１において〔（２）の状態〕、もしくは外部磁場が負の場合の（５）において、ＴＭＲ素子の抵抗値は大きくなる。
【００１２】
図３に、ＴＭＲ素子と記憶媒体との関係を示した。ＴＭＲ素子は記憶媒体の近接した位置に配置され、記憶媒体に埋め込まれたスピンドメインから発生する漏れ磁場を読み取る。この漏れ磁場をＴＭＲ素子に対する外部磁場として、その外部磁場の変化を抵抗値の変化として読み取るわけである。こうして、記憶媒体に埋め込まれた０，１情報をＴＭＲ素子の両電極間の抵抗変化として読み取る。図３に示した例の場合０⇔１へのデータに対応する外部磁場の変化を読み取る。この場合、Ｈｃ２、Ｈｃ１の値の差が小さい場合、すなわち上下強磁性電極の保持力差が小さい場合、抵抗値のバラツキが発生し、ひいては動作しなくなる。Ｈｃ２が大きすぎても外部磁場に対する感度が低くなる。この場合、記憶媒体材料の磁化の強さや、記憶媒体からの距離でセンサー位置での漏れ磁場が決まるので、これらの条件下で適切なＨｃ２を選択、制御できることが解決すべき必須の課題となる。
【００１３】
上下強磁性電極にペロブスカイト型強磁性（フェリ磁性を含む）導電性酸化物材料を用いた場合、この保持力を制御することが実用上の大きな課題の一つであった。この保持力を制御する一つの方法は、図４（ａ）に示すように、強磁性電極の形状を制御して磁気異方性を与える方法である。下部強磁性電極構造を凸形状にすることによって、上部強磁性電極より高い外部磁場でのスピン保持力を得ている（上記非特許文献３）。しかし、実用化にあたっては、上下の強磁性電極の保持力差がきちんと制御される必要がある。すなわち、情報を記憶したスピンドメインの磁化強度は、その構成する材料によっても異なるし、センサーの感じるドメインからの漏れ磁場強度は、スピンドメインとセンサーとの配置関係にも強く依存することになるから、二つの電極の保持力を制御することは実用上大変重要な課題となる。上記従来例のような形状効果を利用したストレスなどの制御方法では、両電極の保持力差は実用に供するほど大きくない。また、外部環境（製造プロセスや素子の保護膜などからのストレス）に大きく依存し、磁気センサー素子の抵抗特性の不安定要因を引き起こすため、解決すべき大きな課題となる。
【００１４】
本願発明者らは、上下強磁性電極の保持力を制御するために、複数の遷移金属元素からなるペロブスカイト型強磁性（フェリ磁性を含む）導電性酸化物で、それぞれ異なる組成の材料を用いればよいことを発明した（請求項１）。また、一つの電極がＭｎ遷移金属元素からなるペロブスカイト型強磁性（フェリ磁性を含む）導電性酸化物であって、他方の電極がＭｎとＲｕ遷移金属元素からなるペロブスカイト型強磁性（フェリ磁性を含む）導電性酸化物であってもよい（請求項２）。素子を構成する二つの電極のうち何れか一方の強磁性（フェリ磁性を含む）導電性固体材料をＬａ1-xＳｒxＭｎＯ3-δ型酸化物（０．２≦ｘ≦０．５、δは酸素欠損量）とした電極と、他方の強磁性（フェリ磁性を含む）導電性固体材料をＬａ1-xＳｒxＭｎ1-yＲｕyＯ3-δ型酸化物（０．２≦ｘ≦０．５、０＜ｙ≦ｘ、δは酸素欠損量）とした電極と、これらの電極に挟まれた電気的絶縁層とからなる構造をもつ素子であってもよい（請求項３）。前記素子を構成する電極がＬａ1-xＳｒxＭｎＯ3-δ型酸化物（０．２≦ｘ≦０．５、δは酸素欠損量）を用いた強磁性（フェリ磁性を含む）導電性固体材料からなる電極で素子を支持する基板側に形成された電極と、これと異なるＬａ1-x’Ｓｒx’Ｍｎ1-yＲｕyＯ3-δ型酸化物（０．２≦ｘ’≦０．５、０＜ｙ≦ｘ、δは酸素欠損量）を用いた強磁性（フェリ磁性を含む）導電性固体材料からなる電極であって、電気的絶縁層を介して、Ｌａ1-xＳｒxＭｎＯ3-δ型酸化物（０．２≦ｘ≦０．５、δは酸素欠損量）導電性電極材料の上部に配置された構造をもつ素子であってよい（請求項４）。前記の電気的絶縁層は、Ａ1-xＢxＭ1-yＭ′yＯ3-δ型酸化物（０≦ｘ≦１、０≦ｙ≦１、δは酸素欠損量）で、ＡとしてＣａ，Ｓｒ，Ｂａなどのアルカリ土類元素もしくはＬａなどの希土類元素、Ｙ，Ｂｉ，Ｐｂからなる元素、ＢとしてＡ以外のＣａ，Ｓｒ，Ｂａなどのアルカリ土類元素もしくはＬａなどの希土類元素、Ｙ，Ｂｉ，Ｐｂからなる元素、ＭとしてＭｎ，Ｆｅ，Ｃｏ，Ｎｉ，Ｃｕなどの遷移金属元素、Ｍ′としてＭ以外のＭｎ，Ｆｅ，Ｃｏ，Ｎｉ，Ｃｕなどの遷移金属元素を用いた電気的絶縁層である素子である（請求項５）。また、前記の電気的絶縁層は、ＳｒＴｉＯ3-δ（δは酸素欠損量）である素子であってよい（請求項６）。また、前記の電気的絶縁層は、ＬａＡｌＯ3-δ（δは酸素欠損量）である素子であってよい（請求項７）。上記の何れか一項記載の素子において、電極を構成する前記強磁性（フェリ磁性を含む）導電性固体材料と、これらの電極に挟まれた電気的絶縁層を構成する固体材料の少なくとも一つはパルスレーザー堆積法にて製造された素子であってよい（請求項８）。前記のパルスレーザー堆積法にて製造された素子において、Ｌａ1-xＳｒxＭｎ1-yＲｕyＯ3-δ型酸化物（０．２≦ｘ≦０．５、０＜ｙ≦ｘ、δは酸素欠損量）固体材料を強磁性（フェリ磁性を含む）導電性電極としてパルスレーザー堆積法を用いて製造する場合、Ｌａ1-xＳｒxＭｎ1-yＲｕyＯ3-δ型酸化物（０．２≦ｘ≦０．５、０＜ｙ≦ｘ、δは酸素欠損量）の格子定数が３．８２オングストロームから３．８７オングストロームを示す材料で製造された素子である（請求項９）。前記のパルスレーザー堆積法にて製造された素子において��Ｌａ1-xＳｒxＭｎ1-yＲｕyＯ3-δ型酸化物（０．２≦ｘ≦０．５、０＜ｙ≦ｘ、δは酸素欠損量）固体材料を強磁性（フェリ磁性を含む）導電性電極としてパルスレーザー堆積法を用いて製造する場合、基板温度が７５０℃から９００℃で酸素雰囲気圧力を１３３ｍＰａ（１ｍＴｏｒｒ）から１３．３Ｐａ（１００ｍＴｏｒｒ）の製造条件で製造された素子である（請求項１０）。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】トンネルジャンクション素子と上下強磁性電極の磁化特性の説明図である。
【図２】トンネルジャンクション素子の抵抗の外部磁場応答特性図である。
【図３】トンネルジャンクション素子と記憶媒体との関係を示す図である。
【図４】本発明にかかるトンネルジャンクション素子と従来のトンネルジャンクション素子との構造を比較した図である。
【図５】本発明にかかるトンネルジャンクション素子の構造の模式図である。
【図６】本発明の実施例を示すトンネルジャンクション素子の模式図である。
【図７】本発明の実施例を示すトンネルジャンクション素子の製造方法を示す図である。
【図８】本発明のトンネルジャンクション素子の強磁性電極ＬＳＭＲＯ，ＬＳＭＯの磁化の温度特性と磁化ヒステリシス曲線を示す図である。
【図９】本発明のトンネルジャンクション素子のスピン保持力の格子定数による制御特性図である。
【図１０】本発明の実施例に示したトンネルジャンクション素子と同じ膜構成であるＬＳＭＯ／ＬＡＯ／ＬＳＭＲＯ構造多層膜の磁化ヒステリシス曲線を示す図である。
【図１１】本発明のトンネルジャンクション素子のトンネル抵抗比を示す図である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
Ａ1-xＢxＭ1-yＭ′yＯ3-δ型酸化物（０≦ｘ≦１、０≦ｙ≦１、δは酸素欠損量）で、ＡとしてＣａ，Ｓｒ，Ｂａなどのアルカリ土類元素もしくはＬａなどの希土類元素、Ｙ，Ｂｉ，Ｐｂからなる元素、ＢとしてＡ以外のＣａ，Ｓｒ，Ｂａなどのアルカリ土類元素もしくはＬａなどの希土類元素、Ｙ，Ｂｉ，Ｐｂからなる元素、ＭとしてＭｎ，Ｆｅ，Ｃｏ，Ｎｉ，Ｃｕなどの遷移金属元素、Ｍ′としてＭ以外のＭｎ，Ｆｅ，Ｃｏ，Ｎｉ，Ｃｕなどの遷移金属元素を用いた強磁性（フェリ磁性を含む）導電性固体材料からなる電極と、これと異なる成分比ｙ≠ｙ’からなるＡ1-x’Ｂx’Ｍ1-y’Ｍ′y’Ｏ3-δ型酸化物（０≦ｘ’≦１、０＜ｙ’≦１、δは酸素欠損量）を用いた強磁性（フェリ磁性を含む）導電性固体材料からなる電極と、これらの電極に挟まれた電気的絶縁層とからなる構造を有する。
【実施例】
【００１７】
図５は本発明にかかるトンネルジャンクション素子の断面模式図である。この図において、１は下部金属、２はＡ1-xＢxＭ1-yＭ′yＯ3-δ型酸化物強磁性（フェリ磁性を含む）導電性電極、３はＡ1-xＢxＭ1-yＭ′yＯ3-δ型酸化物電気的絶縁層、４はＡ1-xＢxＭ1-y’Ｍ′y’Ｏ3-δ（ｙ≠ｙ’）型酸化物強磁性（フェリ磁性を含む）導電性電極、５は上部金属である。【００１８】
すなわち、素子を構成する二つの電極のうち何れか一方の電極はＡ1-xＢxＭ1-yＭ′yＯ3-δ型酸化物強磁性（フェリ磁性を含む）導電性電極、他方の電極はＡ1-x’Ｂx’Ｍ1-y’Ｍ′y’Ｏ3-δ（ｙ≠ｙ’）型酸化物強磁性（フェリ磁性を含む）導電性電極を有する。【００１９】
ここで、上記素子において、素子を構成する二つの電極のうち何れか一方の電極はＡ1-xＢxＭｎＯ3-δ型酸化物（０≦ｘ≦１、δは酸素欠損量）で、ＡとしてＣａ，Ｓｒ，Ｂａなどのアルカリ土類元素もしくはＬａなどの希土類元素、Ｙ，Ｂｉ，Ｐｂからなる元素、ＢとしてＡ以外のＣａ，Ｓｒ，Ｂａなどのアルカリ土類元素もしくはＬａなどの希土類元素、Ｙ，Ｂｉ，Ｐｂからなる元素を用いた強磁性（フェリ磁性を含む）導電性固体材料からなる電極で、他方の電極は、これと異なるＡ1-x’Ｂx’Ｍｎ1-y’Ｒｕy’Ｏ3-δ型酸化物（０≦ｘ’≦１、０＜ｙ’≦１、δは酸素欠損量）を用いた強磁性（フェリ磁性を含む）導電性固体材料からなる電極を有する。【００２０】
また、上記素子において、素子を構成する二つの電極のうち何れか一方の電極はＬａ1-xＳｒxＭｎＯ3-δ型酸化物（０．２≦ｘ≦０．５、δは酸素欠損量）とした強磁性（フェリ磁性を含む）導電性固体材料からなる電極と、他方の電極はＬａ1-x’Ｓｒx’Ｍｎ1-yＲｕyＯ3-δ型酸化物（０．２≦ｘ’≦０．５、０＜ｙ≦ｘ、δは酸素欠損量）を用いた強磁性（フェリ磁性を含む）導電性固体材料からなる電極を有する。【００２１】
また、上記素子において、素子を構成する電極がＬａ1-xＳｒxＭｎＯ3-δ型酸化物（０．２≦ｘ≦０．５、δは酸素欠損量）を用いた強磁性（フェリ磁性を含む）導電性固体材料からなる電極で素子を支持する基板側に形成された電極と、これと異なるＬａ1-x’Ｓｒx’Ｍｎ1-yＲｕyＯ3-δ型酸化物（０．２≦ｘ’≦０．５、０＜ｙ≦ｘ、δは酸素欠損量）を用いた強磁性（フェリ磁性を含む）導電性固体材料からなる電極は電気的絶縁層を介して、Ｌａ1-xＳｒxＭｎＯ3-δ型酸化物（０．２≦ｘ≦０．５、δは酸素欠損量）導電性電極材料の上部に配置された構造を有する。【００２２】
また、上記素子において、電気的絶縁層は、Ａ1-xＢxＭ1-yＭ′yＯ3-δ型酸化物（０≦ｘ≦１、０≦ｙ≦１、δは酸素欠損量）で、ＡとしてＣａ，Ｓｒ，Ｂａなどのアルカリ土類元素もしくはＬａなどの希土類元素、Ｙ，Ｂｉ，Ｐｂからなる元素、ＢとしてＡ以外のＣａ，Ｓｒ，Ｂａなどのアルカリ土類元素もしくはＬａなどの希土類元素、Ｙ，Ｂｉ，Ｐｂからなる元素、ＭとしてＭｎ，Ｆｅ，Ｃｏ，Ｎｉ，Ｃｕなどの遷移金属元素、Ｍ′としてＭ以外のＭｎ，Ｆｅ，Ｃｏ，Ｎｉ，Ｃｕなどの遷移金属元素を用いる。【００２３】
また、上記素子において、電気的絶縁層は、ＳｒＴｉＯ3-δ、もしくはＬａＡｌＯ3-δ（δは酸素欠損量）である。【００２４】
また、上記素子において、電極を構成する前記強磁性（フェリ磁性を含む）導電性固体材料と、これらの電極に挟まれた電気的絶縁層を構成する固体材料の少なくとも一つはパルスレーザー堆積法にて製造するようにした。【００２５】
また、上記素子において、Ｌａ1-xＳｒxＭｎ1-yＲｕyＯ3-δ型酸化物（０．２≦ｘ≦０．５、０＜ｙ≦ｘ、δは酸素欠損量）固体材料を強磁性（フェリ磁性を含む）導電性電極としてパルスレーザー堆積法を用いて製造する場合、Ｌａ1-xＳｒxＭｎ1-yＲｕyＯ3-δ型酸化物（０．２≦ｘ≦０．５、０＜ｙ≦ｘ、δは酸素欠損量）の格子定数が３．８２オングストロームから３．８７オングストロームを示す材料で製造するようにした。【００２６】
また、上記素子において、Ｌａ1-xＳｒxＭｎ1-yＲｕyＯ3-δ型酸化物（０．２≦ｘ≦０．５、０＜ｙ≦ｘ、δは酸素欠損量）固体材料を強磁性（フェリ磁性を含む）導電性電極としてパルスレーザー堆積法を用いて製造する場合、基板温度が７５０℃から９００℃で酸素雰囲気圧力を１３３ｍＰａ（１ｍＴｏｒｒ）から１３．３Ｐａ（１００ｍＴｏｒｒ）の製造条件で製造するようにした。【００２７】
図６は本発明の具体例を示すトンネルジャンクション素子の断面図である。【００２８】
この図において、１１は下部金属、１２は下部強磁性（フェリ磁性を含む）導電性電極の強磁性金属材料Ｌａ0.6Ｓｒ0.4ＭｎＯ3-δ、１３はＬａＡｌＯ3-δ（電気的絶縁層）、１４は上部強磁性（フェリ磁性を含む）導電性電極の強磁性金属材料Ｌａ0.6Ｓｒ0.4Ｍｎ1-yＲｕyＯ3-δ、１５は上部金属である。【００２９】
これらの強磁性金属材料１２，１４、電気的絶縁層１３はパルスレーザー堆積法で積層した。【００３０】
図７はパルスレーザー堆積法による図６に示すトンネルジャンクション素子の製造方法を示す図である。【００３１】
この図に示すように、まず、下部電極上にパルスレーザー堆積法により、導電性電極の強磁性金属材料Ｌａ0.6Ｓｒ0.4ＭｎＯ3-δ（ＬＳＭＯ）を形成する（ステップＳ１）。次に、その上にパルスレーザー堆積法により、ＬａＡｌＯ3-δ（電気的絶縁層）を積層する（ステップＳ２）。次に、その上にパルスレーザー堆積法により、導電性電極の強磁性金属材料Ｌａ0.6Ｓｒ0.4Ｍｎ1-yＲｕyＯ3-δ（ＬＳＭＲＯ）を積層する。最後に、その上に上部電極を形成する（ステップＳ３）。【００３２】
このときＬａ0.6Ｓｒ0.4ＭｎＯ3-δ（ＬＳＭＯ）の磁化の温度依存性を図８に示した。スピンの保持力（Ｈｃ１）は、図８（ｂ）に示すように１０エルステッド以下であった。図８に、パルスレーザー堆積法によるＬａ0.6Ｓｒ0.4Ｍｎ1-yＲｕyＯ3-δ（ＬＳＭＲＯ）の製造条件の基板の温度、酸素分圧を変化させた場合の磁化の温度依存性と磁化ヒステリシス曲線を図８（ａ）に示した。それらの製造条件は（１）８５０℃、１３３ｍＰａ（１ｍＴｏｒｒ）、（２）８４０℃、６．６５０Ｐａ（５０ｍＴｏｒｒ）、（３）７９０℃、６．６５０Ｐａ（５０ｍＴｏｒｒ）の場合である。Ｌａ0.6Ｓｒ0.4Ｍｎ1-yＲｕyＯ3-δ（ＬＳＭＲＯ）の磁化の温度依存性とスピン保持力はその製造条件に強く依存することがわかる。このときのレーザー照射をするターゲット試料はＲｕ濃度ｙ＝０．０５であるＬａ0.6Ｓｒ0.4Ｍｎ0.95Ｒｕ0.05Ｏ3-δ（ＬＳＭＲＯ）である。これらのスピンの保持力の変化は、素子に成膜されたＬａ0.6Ｓｒ0.4Ｍｎ1-yＲｕyＯ3-δ（ＬＳＭＲＯ）の格子定数によって記述できることを図８に示した。すなわち、Ｌａ0.6Ｓｒ0.4Ｍｎ1-yＲｕyＯ3-δ（ＬＳＭＲＯ）のスピンの保持力は、図９に示すように、その格子定数を適切に選べば制御できる。その格子定数は、製造条件であるレーザー照射ターゲット材料であるＬａ0.6Ｓｒ0.4Ｍｎ1-yＲｕyＯ3-δ（ＬＳＭＲＯ）であるＲｕ濃度や、基板温度、酸素分圧を適切に決めて製造すればよい。この場合、基板温度は７５０℃から９００℃、酸素分圧は１３３ｍＰａ（１ｍＴｏｒｒ）から１３．３Ｐａ（１００ｍＴｏｒｒ）の範囲である。【００３３】
図１０に、トンネルジャンクション素子を構成する多層膜ＬＳＭＯ／ＬＡＯ／ＬＳＭＲＯの磁化ヒステリシス曲線を示した。この図から明らかなように、数Ｏｅの外部磁場の印加にＬａ0.6Ｓｒ0.4ＭｎＯ3-δ（ＬＳＭＯ）のスピンのみが外部磁場方向に揃いだす。このときトンネルジャンクションの抵抗は大きくなる。次に３００Ｏｅ付近の外部磁場強度からＬａ0.6Ｓｒ0.4Ｍｎ1-yＲｕyＯ3-δ（ＬＳＭＲＯ）のスピンが揃いトンネルジャンクションの抵抗は小さくなる。このときの飽和磁化は３μＢの磁化強度を示す。次に実際に上部下部に電極を備えたジャンクション素子におけるＭＲ比を図１１に示す。□は、Ｒｕをドープしていない膜構成であるＬＳＭＯ／ＬＡＯ／ＬＳＭＯ構造の場合のトンネルジャンクション素子のＭＲ比である。◆は、本発明にかかるＲｕをドープした膜構成であるＬＳＭＯ／ＬＡＯ／ＬＳＭＲＯ構造の場合のトンネルジャンクション素子のＭＲ比である。前者と比較して後者は外部磁化に対する高抵抗範囲が広く、保持力が大きくなっていることが分かる。【００３４】
このことから、ＬＳＭＯ／ＬＡＯ／ＬＳＭＲＯ構造の場合のトンネルジャンクション素子において保持力をきちんと確保したトンネルジャンクション素子が、他に例をみないスピン偏極率をもつＭｎ酸化物材料で構成できることが分かる。また、成膜時の製造条件によって、上下強磁性電極の保持力差を制御できる。この結果、記憶媒体材料の磁化の強さや、記憶媒体からの距離にセンサー位置での漏れ磁場に相応して、適切なスピンの保持力を制御できる。【００３５】
本発明によれば、新ＣＭＲ素子は、スピン保持力が制御され、安定的に動作する磁気センサーとして動作することが可能となる。このことにより、１００Ｇビット、テラビット領域の巨大な磁気メモリデバイスを提供する事が可能になり、今後の巨大情報量を扱う情報通信を担うにふさわしい巨大メモリを提供することが可能となる。また、この発明に基づく新ＣＭＲ素子は磁気センサーへの応用にとどまらない。この新ＣＭＲ素子は、現在急速に開発されようとしている磁気メモリ素子に応用展開することが可能である。また、強磁性（フェリ磁性を含む）導電性電極材料のスピンの向きを反並行状態に保持した場合、酸化膜を通過するトンネル電流の劇的な低減に寄与することができることからＤＲＡＭ素子の容量用酸化膜に応用展開をはかることも可能であろう。また、微小領域の磁場を敏感に検知することが可能であるから、たとえば微小磁石を一方に配置し、他方に本発明による磁気センサーを搭載すれば、開閉センサー（たとえば携帯電話の開閉センサー）としての応用も可能である。このように磁気メモリ用にとどまらず、広範な情報ネットワークの基本素子としての発明の応用が考えられる。【００３６】
なお、本発明は上記実施例に限定されるものではなく、本発明の趣旨に基づいて種々の変形が可能であり、これらを本発明の範囲から排除するものではない。【００３７】
本発明によれば、以下のような効果を奏することができる。【００３８】
本発明によれば、ＣＭＲ素子の課題である制御された保持力を示す磁気センサーを提供することができる。これを用いれば、１００Ｇビット／（インチ）2もしくは１０００Ｇビット／（インチ）2の記録密度に対応できる磁気ヘッドを供給することができる。また、ＤＲＡＭ、ＦｅＲＡＭと肩を並べる磁気メモリの構成素子としての特性を示すＣＭＲ素子を提供することができる。
【産業上の利用可能性】
【００３９】
本発明の素子は、スピン保持力が制御された高性能の磁気センサーに適している。
【図９】
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【図１１】
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【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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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図１０】
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【手続補正書】
【提出日】平成18年9月1日(2006.9.1)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】請求項１
【補正方法】変更
【補正の内容】
【請求項１】
Ａ1-x Ｂx Ｍ1-y Ｍ′y Ｏ3-δ型酸化物（０≦ｘ≦１、０≦ｙ≦１、δは酸素欠損量）で、ＡとしてＣａ，Ｓｒ，Ｂａなどのアルカリ土類元素もしくはＬａなどの希土類元素、Ｙ，Ｂｉ，Ｐｂからなる元素、ＢとしてＡ以外のＣａ，Ｓｒ，Ｂａなどのアルカリ土類元素もしくはＬａなどの希土類元素、Ｙ，Ｂｉ，Ｐｂからなる元素、ＭとしてＭｎ，Ｆｅ，Ｃｏ，Ｎｉ，Ｃｕなどの遷移金属元素、Ｍ′としてＭ以外のＭｎ，Ｆｅ，Ｃｏ，Ｎｉ，Ｃｕなどの遷移金属元素を用いた強磁性（フェリ磁性を含む）導電性固体材料からなる電極と、これと異なる成分比ｙ≠ｙ’からなるＡ1-x'Ｂx'Ｍ1-y'Ｍ′y'Ｏ3-δ型酸化物（０≦ｘ’≦１、０＜  ｙ’≦１、ｙ≠ｙ’、δは酸素欠損量）を用いた強磁性（フェリ磁性を含む）導電性固体材料からなる電極と、これらの電極に挟まれた電気的絶縁層とからなる構造をもつトンネルジャンクション素子。
【国際調査報告】
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