オンアクシススパッタリング法でTmIG薄膜を作製：大面積の薄膜作製が容易に

九州大学とリーズ大学による国際共同研究グループは、大面積の成膜に適したオンアクシススパッタリング法を用い、ツリウム鉄ガーネット（TmIG）の垂直磁化膜を作製することに成功した。高速磁壁移動デバイスやスキルミオンデバイスなどの製造に適用していく。

[馬本隆綱，EE Times Japan]

磁気モーメントや垂直磁気異方性は、従来手法と同程度

　九州大学とリーズ大学による日英国際共同研究グループは2024年1月、大面積の成膜に適したオンアクシススパッタリング法を用い、ツリウム鉄ガーネット（TmIG）の垂直磁化膜を作製することに成功したと発表した。高速磁壁移動デバイスやスキルミオンデバイスなどの製造に適用していく。

　TmIGは、従来の金属材料に比べ、2倍以上も高い電流誘起磁壁移動度が得られ、高速動作と低消費電力を両立させることができる材料として期待されている。ところが、オンアクシススパッタリング法によるTmIG薄膜の作製は、高エネルギーの酸素負イオンにさらされて薄膜がダメージを受け磁気特性が劣化するため、極めて難しいといわれてきた。

　こうした中で国際共同研究グループはまず、カソードから見た基板の位置によって、薄膜の組成が変わることを実験およびシミュレーションで確認した。そして、作製した薄膜を酸素ガス中で熱処理することにより、垂直磁気異方性を有するTmIG薄膜が作製できることを示した。

オンアクシススパッタリング法のイメージ図［クリックで拡大］ 出所：九州大学、リーズ大学

　作製したTmIG薄膜について、静的あるいは動的な磁気特性を評価した。この結果、オンアクシススパッタリング法でも従来手法で作製した薄膜と同程度の磁気モーメントや垂直磁気異方性を備えた薄膜が得られることを確認した。オンアクシススパッタリング法では、大きなカソードを用いることで、大面積の薄膜を作製することができ、デバイスの大量生産が容易となる。

　今回の研究成果は、九州大学大学院システム情報科学府のMarlis Nurut Agusutrisno氏、システム情報科学研究院の山下尚人助教、リーズ大学のChristopher Marrows教授らによるものである。