Экстраординарный против гигантского

Рис. СЭМ изображения считывающей головки: вертикальный вид (a) и под углом 300(b).

В выпуске ПерсТ'а (вып. 21 за 2000-й год) сообщалось о наблюдении японскими специалистами ф.NECэкстраординарного магнетосопротивления (EMR) на миллиметровом образце специальной конструкции. Тогда авторы пообещали спуститься до нанометровых размеров, позволяющих использовать этот эффект в считывающих головках магнитной памяти плотностью свыше 100Гбит/дюйм2. Свое обещание они выполнили. В новой публикации [1] представлена чувствительная головка размером около 100нм.

Различают три магнеторезистивных эффекта. Эффект колоссального магнетосопротивления (CMR) возникает в перовскитах (типаLaMnO₃) в колоссальных же магнитных полях. Эффект гигантского магнетосопротивления (GMR) основан на фильтрации электронов с различной ориентацией спина при прохождении из одного магнитного материала в другой. А вот экстраординарное магнетосопротивление (EMR) происходит из орбитального движения электронов, его можно отнести к разряду баллистических эффектов, когда искривление траектории движения в магнитном поле вызывает изменение проводимости.

EMRдатчик ф.NECизготовлен из немагнитного материала и представляет собой тонкий слой полупроводника с высокой подвижностью носителей. Часть полупроводника зашунтирована хорошо проводящим материалом, например, металлом. Он может вставляться внутрь полупроводника или накладываться на его поверхность. Главное, обеспечить хороший контакт. Измерение производится четырехзондовым методом. На два зонда подается напряжение, с двух других снимается ток. Шунтирующий участок расположен асимметрично относительно зондов. При измерениях ток в основном течет по металлу, как по наиболее легкому пути, но вот условия попадания электронов из полупроводника в металлическую часть зависят от величины магнитного поля. Дифференциальная чувствительность датчика для разных диапазонов магнитных полей разная. Поэтому, наряду с измеряемым магнитным полем, предлагается использовать и постоянное магнитное поле для выбора рабочей точки, соответствующей максимальной чувствительности.

В эксперименте постоянное поле равнялось 0.27Тл, чувствительность к измеряемому полю до 0.05Тл составляет 147 Ом/Тл. Величина магнетосопротивления 6% при комнатной температуре, это вполне достаточно для практического применения. Полученные размеры головки позволяют ее применить в магнитной памяти с плотностью 116Гбит/дюйм2. Авторы не видят препятствий в продвижении к 1Тбит/дюйм2. Для этого достаточно уменьшить размеры датчика. Датчик на основе гигантского магнетосопротивления на этой дистанции должен отстать из-за больших магнитных шумов, поскольку он изготавливается из магнитных материалов, в отличие от датчика наEMR.

Однако величинаEMRуменьшается при уменьшении размеров. Это связано с тем, что пространственным масштабом, который характеризует этот эффект, является радиус циклотронной орбиты. В результате этого величина эффекта уменьшилась от 2000% для датчика миллиметровых размеров до нескольких процентов при размере 100нм.

Авторы отмечают большое влияние поверхностного рассеяния на величину эффекта. Основную трудность в создании тонкого проводящего слоя авторы преодолели за счет формирования 20нм слояInSbв качестве квантовой ямы в гетероструктуре.

В. Вьюрков

1. Appl.Phys.Lett., 2002 80 4012

PERST