【公開日：2025.06.10】【最終更新日：2025.02.28】
課題データ / Project Data
課題番号 / Project Issue Number
24NU0251
利用課題名 / Title
Grayscale Lithographyを用いた磁気特性の3次元空間変調
利用した実施機関 / Support Institute
名古屋大学 / Nagoya Univ.
機関外・機関内の利用 / External or Internal Use
外部利用/External Use
技術領域 / Technology Area
【横断技術領域 / Cross-Technology Area】（主 / Main）加工・デバイスプロセス/Nanofabrication（副 / Sub）-
【重要技術領域 / Important Technology Area】（主 / Main）量子・電子制御により革新的な機能を発現するマテリアル/Materials using quantum and electronic control to perform innovative functions（副 / Sub）-
キーワード / Keywords
イオン注入,リソグラフィ/ Lithography,スピン制御/ Spin control,スピントロニクス/ Spintronics
利用者と利用形態 / User and Support Type
利用者名（課題申請者）/ User Name (Project Applicant)
関 剛斎
所属名 / Affiliation
東北大学金属材料研究所
共同利用者氏名 / Names of Collaborators in Other Institutes Than Hub and Spoke Institutes
伊藤 啓太
ARIM実施機関支援担当者 / Names of Collaborators in The Hub and Spoke Institutes
加藤 剛志,大島 大輝
利用形態 / Support Type
（主 / Main）共同研究/Joint Research（副 / Sub）-
利用した主な設備 / Equipment Used in This Project
NU-201：イオン注入装置
NU-231：マスクレス露光装置
NU-259：磁気特性評価システム群
報告書データ / Report
概要（目的・用途・実施内容）/ Abstract (Aim, Use Applications and Contents)
近年、反強磁性体の性質を活用することでエレクトロニクスデバイスの高集積化・高速化を目指す反強磁性スピントロニクスが注目を集めている。強磁性層/非磁性層の積層構造における層間の交換相互作用を活用した人工反強磁性体は、反強磁性スピントロニクスを系統的に研究するためのモデルシステムになるが、人工反強磁性体の磁気特性を薄膜面内方向に変調することができれば、人工反強磁性体の新しい機能性を発現できる可能性がある。本研究課題では、磁気特性の面内変調の手法として、イオン照射とその保護膜となるフォトレジスト厚さを傾斜させたGrayscale Lithographyを組み合わせたプロセスに着目し、イオン照射によって磁気特性がどの程度変調されるかを明らかにすることを目的として、Photo Lithographyおよびイオン照射の実験を実施した。
実験 / Experimental
東北大学金属材料研究所において、熱酸化Si基板上にTa(2 nm)/Pt(5 nm)/Co(1.3 nm)/Ir(t nm)/Co(0.5 nm)/Pt(3 nm)の積層構造をスパッタ成膜した。ここでIr層厚は0.5, 0.78および1.3と変化させた試料を複数用意した。成膜したままの薄膜サンプルに加え、薄膜をホール素子構造に微細加工したサンプルも準備した。薄膜サンプルについては、名古屋大学の設備でイオン照射を行い、極カー効果を用いて磁気特性の変化を調べた。ホール素子構造については、名古屋大学の設備を用いたGrayscale Lithographyによってレジスト厚さを傾斜させたフォトレジストをマスクとしてイオン照射を行い、東北大学にて輸送特性を調べることで磁気特性の変調を評価した。
結果と考察 / Results and Discussion
イオン照射を行う前のサンプルは、全てのIr層厚のサンプルが上下Co層は垂直磁化を示し、且つ層間交換結合により反強磁性的な磁化配置を示した。これらのサンプルに対して、イオン照射後に極カー効果を測定した。図1は、t = 0.5 nm (サンプル#02), 0.78 nm (#04)および1.3 nm (#07)におけるイオン照射のドーズ量の飽和磁場(Hs)依存性である。t = 0.5 nm (#02)および0.78 nm (#04)ではドーズ量の増加に伴いHsが減少しており、イオン照射によって層間交換結合の強度が変調されていることが示唆された。一方で、1.3 nm (#07)はドーズ量の増加に伴いHsが増加する逆の傾向を示した。この結果から、イオン照射によるCo/Pt界面での乱れの導入により、垂直磁気異方性が低下した可能性が示唆された。以上より、今年度の実験においてイオン照射による人工反強磁性体の磁気特性の変調を観測することに成功した。しかしながら、今回の実験からは層間交換結合の強度と垂直磁気異方性の低下のどちらが支配的な因子となって磁気特性変化が現れているかの判断は難しく、今後の実験を進めていく上での課題となる。
図・表・数式 / Figures, Tables and Equations
図１ 垂直磁化を有する人工反強磁性体における飽和磁場のイオン照射ドーズ量依存性
その他・特記事項（参考文献・謝辞等） / Remarks(References and Acknowledgements)
成果発表・成果利用 / Publication and Patents
論文・プロシーディング（DOIのあるもの） / DOI (Publication and Proceedings)
口頭発表、ポスター発表および、その他の論文 / Oral Presentations etc.
特許 / Patents
特許出願件数 / Number of Patent Applications：0件
特許登録件数 / Number of Registered Patents：0件