用于磁性物質元件的層疊體、包括該層疊體的熱電轉換元件及制造該層疊體的方法

用于磁性物質元件的層疊體、包括該層疊體的熱電轉換元件及制造該層疊體的方法
【專利摘要】從下述層疊體來構造根據本發明的磁性物質元件，在該層疊體中，在不具有結晶結構的襯底之上形成有磁性絕緣體膜。該磁性絕緣體膜具有柱狀結晶結構。
【專利說明】用于磁性物質元件的層疊體、包括該層疊體的熱電轉換元件及制造該層疊體的方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及用于磁性元件的層疊體、具有這樣的層疊體的熱電轉換元件和制造層疊體的方法。
【背景技術】
[0002]用于在襯底上沉積高質量磁性結晶膜的技術在諸如信息處理裝置、信息記錄介質和能量轉換元件的各種應用中具有重要的角色。具體地說，諸如鐵磁材料或亞鐵磁材料的、因為自旋極化導致具有磁化并且是電絕緣材料(由于自由電子運動具有低導電率的材料)的“磁性絕緣體”已經被預期作為實現具有高能量效率和低的損耗的自旋裝置的材料，因為它具有較少的能量損耗因數，包括由于自由電子和渦流等導致的自旋散射。
[0003]為了產生這樣的高品質的結晶絕緣膜結構，具有緊密的晶格常數的單晶襯底已經被用作模板。已經主要使用在單晶襯底上生長結晶膜以便獲得晶格匹配的外延生長方法。使用氣態材料的化學氣相沉積(CVD)方法、使用液體材料的液相外延(LPE)方法和使用分子束材料的分子束外延(MBE)方法已經已知為這樣的外延生長方法。
[0004]使用這樣的生長方法，結晶利用底層襯底的結晶結構的模板生長。在最初生長時唯一地限定結晶陣列結構。結果，抑制了晶粒邊界或結晶缺陷的產生。因此，有可能產生單晶膜和單晶襯底的薄膜結構。
[0005]此外，除上述的外延生長方法之外，也已經報道有使用溶液型材料的濕式沉積方法，如溶膠-凝膠法或金屬有機分解(MOD)方法。使用那些方法，材料溶液被施加在襯底上，然后被加熱和退火以固化。因此，形成薄膜。取決于生產方法或目標材料而使用不同的材料溶液。通常，在溶膠-凝膠法中使用金屬醇鹽等。此外，金屬的有機化合物溶解于有機溶劑中，并被用作在MOD法中的材料溶液。也有報道使用這種材料溶液來產生磁性膜的方法(專利文獻I和非專利文獻I)。使用那些方法，通常在空氣中或在特定的氣體的氣氛中進行沉積。具體地講，那些方法與其他沉積方法不同在于:通過在施加材料后在退火時從環境氣體獲取氧原子等，使結晶進展。
[0006]通過這些方法準備的磁性結晶膜結構已被應用于各種元件。
[0007]例如，根據專利文獻2，通過LPE方法經由外延生長在釓鎵石榴石(GGG)單晶襯底上形成鐵石榴石磁性絕緣體結晶膜。因此，已經開發了磁泡存儲器，其使用在磁性結晶膜中的圓形的磁疇作為存儲比特。在這種情況下，GGG襯底的晶格用作種子，并且，鐵石榴石的磁性結晶膜的結晶生長被執行，以便實現與這樣的種子的晶格匹配。
[0008]另外，在專利文獻3中，通過汽相外延法形成的類似的鐵石榴石磁性絕緣體結晶膜結構通過CVD方法生長在單晶襯底上。
[0009]此外，近年來，已報道了使用新的自由度“自旋流”的信息處理和熱電轉換的技術的發展，“自旋流”是自旋角動量的流。在這樣的技術中，已經需要自旋流傳輸薄膜，該自旋流傳輸薄膜能夠抑制自旋流的散射，并具有良好的結晶質量以高效率地傳送信息或者能量。
[0010]非專利文獻2已經報告了熱電轉換元件，熱電轉換元件向磁性層施加溫度梯度，以便產生自旋角動量的流(自旋流)，并且從鄰近的金屬膜獲得該能量來作為電動勢。在這個元件中，磁性層優選地應具有高品質的結晶結構，以便取出熱感應能量。在本示例的一種特定的元件結構中，為磁性材料的釔鐵石榴石(YIG)結晶膜通過LPE法形成于釓鎵石榴石(GGG)的單晶襯底上。此外，通過濺射法在HG結晶膜上沉積用于獲得電功率的Pt金屬膜。
[0011]在使用這種效應的熱電轉換元件中，可以采用具有低的熱導率的絕緣體作為熱電材料。因此，有可能設計一種具有高絕熱性能的高效率的熱電裝置。此外，與具有多個相連接的熱電偶的傳統的熱電模塊作比較，配置了新的自由度或者自旋流的熱電模塊在結構上顯著地簡化。
[0012]此外，在非專利文獻3中，已經報告了使用流經磁性膜的多個自旋流的干涉效果的邏輯運算元件。類似地，YIG的磁性結晶膜沉積在GGG單晶襯底上。YIG磁性結晶膜用作自旋流傳播器。在該技術中，磁性膜應當優選地具有高品質的結晶結構，以抑制自旋流的散射和實現高度可靠的邏輯運算。
[0013]以這種方式，已經在信息處理、信息記錄和熱電轉換等中提出了對于高品質的磁性結晶膜的期望。在這些應用中，磁性膜具有完美的單晶是最佳的。如果晶粒邊界表面(在具有不同的結晶取向的結晶粒之間的邊界)垂直于膜表面，則在許多情況下展示出等效性倉泛。
[0014]例如，在垂直于金屬膜/磁性膜的方向上施加溫度梯度以便產生電力的熱電轉換裝置中，在磁性膜中沿著這個方向(垂直平面方向:垂直于平面的方向)自旋流被感應。在這種情況下，如果晶粒邊界表面平行于磁性膜中的膜表面，則由在晶粒邊界表面處的結晶結構的干擾散射在垂直平面方向上驅動的自旋流。因此，熱電轉換性能劣化。與此相反，垂直于膜表面的晶粒邊界表面不易散射垂直平面自旋流，并且對于性能施加較少的影響。
[0015]由于上述原因，如上所述的磁性裝置應優選地具有不具有晶粒邊界的單晶膜結構或具有多個區域的膜結構，其中，從磁性膜的背面到前面不存在晶粒邊界。在后一種情況下，具體地，要求磁性裝置具有柱狀結晶結構，其中，結晶粒相對于薄膜的厚度足夠小，或者其中，只在橫向方向上產生晶粒邊界。
[0016]現有技術文獻
[0017]專利文獻I JP-B3743440
[0018]專利文獻2 JP-B62-6。756
[0019]專利文獻3 JP-A60-10611
[0020]非專利文獻I Journal of Crystal Growth275, (2005) e2427_e2431
[0021]非專利文獻2:Nature Materials, September26, 2010, 894-897
[0022]非專利文獻3:Appl.Phys.Lett.92，022505 (2008)
[0023]非專利文獻4:Appl.Phys.Lett.97，252506

【發明內容】

[0024]本發明要解決的一個或多個問題
[0025]然而，如專利文獻2或3中所述的常規磁性結晶薄膜裝置使用單晶襯底，并且采用“磁性單晶膜和單晶襯底”的結構作為用于外延結晶生長的模板。因此，已經存在以下四個問題。
[0026](I)單晶襯底本身是昂貴的，這阻礙了對于便宜的、通用的裝置上的應用。結晶膜生長在便宜的、通用的非晶襯底上是不可能的。
[0027](2)存在可以允許外延生長的結晶膜和單晶襯底的有限組合。具體地說，結晶膜和單晶襯底應該共享具有在幾個百分點內匹配的晶格常數的類似的結晶結構。因此，當要產生特定的結晶膜時，可以用于特定的結晶膜的襯底和載體的選擇是相當有限的。此外，平坦的薄膜的外延生長需要在襯底的表面的原子水平的平坦度。因此，裝置的實現方式在具有粗糙度的表面或彎曲的表面上是不可能的。
[0028](3)即使在具有接近的晶格常數的結晶膜與襯底的結合的情況下，完美的晶格匹配也是困難的。在大多數情況下，因為晶格常數的差異而產生的應變在膜的生長期間積累，或者發生重排。這樣的應變或重排引起損失或故障，例如自旋流的散射，從而使裝置性能劣化。
[0029](4)在大多數的外延生長方法中，要求需要控制的高自由度的專用的沉積設備，以獲得高真空度或調整氣氛。一直難以實現勻質的大面積沉積并產生高生產率的裝置。
[0030]可以通過使用上述的濕沉積工藝來解決上述問題(4)。但是，即使通過溶膠-凝膠法或MOD法來在非結晶襯底上生長高品質的結晶膜也是困難的。因此，問題(I)至(3)不能得到解決。
[0031]實際上，非專利文獻I提出通過MOD方法在GGG單晶襯底上外延產生高質量的磁性石榴石結晶膜。然而，已經看到降低了在玻璃或硅襯底上沉積的磁性薄膜的結晶質量，該襯底不作為用于結晶膜的模板。用X射線的膜質量的評估結果表明，該磁性薄膜是具有許多邊界的多結晶。
[0032]“磁多晶膜和非晶襯底”的這樣的結構允許基于便宜的襯底的高生產率裝置實現方式。另一方面，“磁多晶膜和非晶襯底”的這樣的結構不能避免裝置性能的劣化，諸如自旋自由度的散射的增加。
[0033]特別是，不像具有相對簡單的結晶結構并有可能通過電子的移動提供結晶結構的穩定性的“磁性金屬”材料那樣，難以在具有較少的電子運動并且硬的磁性絕緣體材料中形成穩定的結晶結構。一直認為，即使通過使用諸如利用等離子體或高溫退火的激勵的加熱裝置，也不能在沒有用于結晶生長的種子的非晶襯底上產生高品質的結晶膜。
[0034]如上所述，傳統的磁性絕緣體結晶膜結構落在或者使用外延生長等的“磁性單晶膜和單晶襯底”的高質量的和昂貴的結構內或者使用濕法工藝的“磁性多晶膜和單晶襯底”的低質量和便宜的結構內。尚不知道高質量和昂貴的結構，諸如在應用中期望的“磁性單晶膜和非晶襯底”或“磁性柱狀結晶膜和非晶襯底”。
[0035]為方便起見，在下面的描述中，將結晶結構進行區分如下:有具有各種取向的晶粒邊界表面的結晶結構被稱為“多晶”，并且僅具有基本上垂直于薄膜的晶粒邊界表面的結晶結構被稱為“柱狀結晶”。
[0036]本發明的目的是提供一種用于磁性元件的層疊體，該磁性元件有具有高質量和便宜的磁性絕緣體結晶膜。
[0037]而且，本發明的另一個目的是提供使用層疊體的磁性元件的熱電轉換元件和制造層疊體的方法。
[0038]解決一個或多個問題的手段
[0039]根據本發明的第一方面，提供了一種用于磁性元件的層疊體。在此層疊體中，在包括在其表面上不具有結晶結構的材料的襯底上形成磁性絕緣體結晶膜。在磁性絕緣體結晶膜內的厚度方向上沒有結晶粒的晶粒邊界。特別是，優選地使用用于磁性絕緣體結晶膜和襯底的氧化物材料的組合。所述襯底可在其表面上具有不平坦的結構。
[0040]可以例如通過使用旋涂方法向襯底上施加包含金屬材料的有機溶液并且在正確的條件下將所述襯底退火來形成這樣的磁性絕緣體結晶膜。如果在作為氧化物材料的組合的示例的氧化物襯底上形成結晶氧化膜，則襯底的表面用作氧的吸收膜。結果，結晶結構的取向有可能被定向到特定的方向。因此，也可以得到接近單晶的膜。
[0041]此外，根據本發明的第二方面的熱電轉換元件其特征在于，表現出自旋-軌道相互作用的金屬膜(導電膜)形成在層疊體的磁性絕緣體結晶膜之上。熱電轉換元件被配置為接收在熱電轉換元件的底表面和上表面之間的溫度差。因此，在金屬膜的面內方向上產生電動勢。
[0042]此外，根據本發明的第三方面，一種制造用于磁性元件的層疊體的方法包括:準備襯底，所述襯底包括在其表面上不具有結晶結構的材料；并且，通過濕法工藝在襯底上形成磁性絕緣體膜。磁性絕緣體膜的形成包括:向所述襯底上施加含有磁性絕緣體材料的溶液；并且，然后在大氣下將所述襯底退火，使得所述襯底的表面作為氧的吸收膜。因此，所述磁性絕緣體膜具有結晶結構，并且在磁性絕緣體膜中的厚度方向內沒有結晶粒的晶粒邊界。
[0043]根據本發明的第四方面，一種制造熱電轉換元件的方法其特征在于包括:在通過上述的制造方法已經制造的用于磁性元件的層疊體的磁性絕緣體膜上形成呈現自旋-軌道相互作用的導電膜。
[0044]此外，根據本發明，提供了一種熱電轉換方法，包括:使用上述熱電轉換元件的一個表面作為高溫側，并且使用上述熱電轉換元件的另一表面作為低溫側，以施加溫度差。所述熱電轉換方法其特征在于通過使用磁性絕緣體膜附近的表面作為低溫側。使用這種方法，環境的熱量可以有效地被利用以獲得高的熱電轉換輸出。
[0045]發明的有益效果
[0046]根據本發明，能夠提供一種用于磁性元件的層疊體，該磁性元件有具有高質量和便宜的磁性絕緣體結晶膜。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0047]圖1A是說明根據本發明第一實施例的磁性元件的圖。
[0048]圖1B是說明根據本發明第一實施例的磁性元件的期望柱狀結晶條件的圖。
[0049]圖2是示出作為本發明第一實施例的具體示例的磁性元件的示例I的圖。
[0050]圖3是模擬示出作為本發明的第一實施例的具體示例的示例I的膜結構的截面TEM圖形的圖(左側)和說明對應的結晶結構的圖(右側)。
[0051]圖4是說明根據本發明第二實施例的磁性元件的圖。
[0052]圖5是示出作為本發明的第二實施例的具體示例的磁性元件的示例2的圖。
[0053]圖6是根據本發明的第三實施例的多層磁性元件的透視圖。[0054]圖7是示出作為本發明的第三實施例的具體示例的多層磁性元件的示例3的圖。
[0055]圖8A是說明根據本發明的第四實施例的熱電轉換元件的圖。
[0056]圖SB是說明在根據本發明的第四實施例的熱電轉換元件中的磁性膜的期望的柱狀結晶條件的圖。
[0057]圖9是說明根據本發明的第四實施例的熱電轉換元件的標度律的圖。
[0058]圖10是說明包括模擬縮影照片的圖的、作為本發明的第四實施例的具體示例的熱電轉換元件的示例4的圖。
[0059]圖11是說明在本發明的第四實施例中的熱電轉換元件中的聲子曳引效應。
[0060]圖12是用于將(b)根據本發明的“柱狀結晶膜和非晶襯底”的結構的結晶生長處理與(a) “多晶膜和非晶襯底”的傳統已知結構的結晶生長處理作比較的圖。
[0061]圖13是說明具有如圖10中所示的相同結構的元件的熱電動勢的性能的實驗結果的圖，包括(a)使用縮短的初級退火時間產生的元件和(b)使用足夠的初級退火時間產生的元件。
[0062]圖14是用于將(a)通過在8分鐘中將溫度緩慢地增加到暫時的退火溫度而產生的磁性絕緣體膜的質量與(b)包括模擬縮影照片的圖的、通過在30秒內將溫度迅速地增加到暫時退火溫度而產生的磁性絕緣體膜的質量作比較的圖。
[0063]圖15是說明根據本發明的第五實施例的熱電轉換元件的圖。
[0064]圖16是說明作為本發明的第五實施例的具體示例的熱電轉換元件的示例5的圖。
[0065]圖17是示出與作為本發明的第五實施例的具體示例的示例5不同的熱電轉換元件的示例的圖。
[0066]圖18是根據本發明的第六實施例的多層熱電轉換元件的透視圖。
[0067]圖19是作為本發明的第六實施例的具體示例的多層熱電轉換元件的示例6的圖。
[0068]圖20是說明與(a)現有技術作比較的、(b)根據本發明的第七實施例的熱電轉換功能的實現示例的圖。
[0069]圖21是說明根據本發明的第七實施例的熱電轉換功能的圖。
[0070]圖22是說明根據本發明的第七實施例的熱電轉換功能中的聲子曳引效應的圖。
[0071]圖23是說明根據本發明的第八實施例的在不平坦表面上形成的磁性元件的圖。
[0072]圖24是示出在本發明的第八實施例中使用的不平坦結構的一些示例的圖。
[0073]圖25是示出包括模擬縮影照片的圖的、作為本發明的第八實施例的具體示例的在不平坦表面上形成的磁性元件的示例8的圖。
[0074]圖26是說明根據本發明的第九實施例的熱電轉換元件的圖。
[0075]圖27是包括模擬縮影照片的圖的、作為本發明的第九實施例的具體示例的熱電轉換元件的示例9的圖。
[0076]圖28是說明根據本發明的第十實施例的熱電轉換功能的圖。
[0077]圖29是說明用于實現根據本發明的第十實施例的熱電轉換功能的方法的圖。
【具體實施方式】
[0078][第一實施例:包括非晶襯底和磁性絕緣體膜的層疊體的磁性元件]
[0079]將參考附圖詳細描述本發明的第一實施例。[0080](結構)
[0081]圖1A示出根據本發明的第一實施例的磁性元件的透視圖。第一實施例的磁性元件具有磁性絕緣體膜(磁性絕緣體結晶膜)2和支撐磁性絕緣體膜2的非晶襯底4的層疊體。
[0082]在此，磁性絕緣體指的是為磁性物質(由于諸如鐵磁材料或亞鐵磁材料的自旋極化的具有磁性的物質)并且電絕緣(由于自由電子的移動的具有低導電率的材料)的材料。
[0083]第一實施例的磁性絕緣體膜2是由具有均勻的化學成分的磁性絕緣體材料形成的結晶膜，并且具有在垂直于元件的膜表面的方向(垂直平面方向)上單個晶粒的原子陣列結構。具體地說，如圖1A中所示，具有不同的結晶取向的多個結晶粒可以位于磁性絕緣體膜2內的平面內方向上，而那些結晶粒在其間插入晶粒邊界3。那些晶粒邊界的每一個表面大體垂直于磁性絕緣體膜2的表面延伸(以便在磁性絕緣體膜2的表面內劃分晶粒)。換句話說，在磁性絕緣體膜2的厚度方向上在磁性絕緣體膜2內沒有結晶粒的晶粒邊界。
[0084]結果，當在單個晶粒長度尺度的范圍內局部觀察膜表面時，可以將磁性絕緣體膜2看作具有從膜的前面至后面的良好的結晶取向。
[0085]當考慮應用于熱電轉換元件或記錄介質時，磁性絕緣體膜2的膜厚度t應當優選地是至少50nm，并且更優選地為至少300nm，以便展示高裝置性能。類似地，為了獲得高的裝置性能，在平面內的晶粒大小d的平均值應當優選地至少是磁性絕緣體膜2的膜厚度t(d>t)。更優選地，d>5t，以便保證有益性能。而且，優選地具有多個晶粒，該多個晶粒具有至少I μ m的晶粒大小，而與I吳厚度t無關。
[0086]在使用如下所述的根據本發明的柱狀結晶磁性材料等的熱電轉換元件中，在垂直平面方向上熱驅動的自旋流可以達到金屬膜5，而不在熱電轉換元件中被散射。因此，如圖1B中所示，可以使用在晶粒邊界的表面大體垂直于膜表面的條件下具有高的長寬比的柱狀結晶粒結構來產生滿意的裝置。
[0087]在用于柱狀結晶結構的更優選的條件下，相對于晶粒邊界表面的垂直平面方向的傾斜角Θ應當優選地被設置使得從最小化垂直平面自旋流的晶粒邊界散射的視點看，Θ <arctan(d/t)。例如,在其中晶粒大小d = 200nm和膜厚度t = I μ m的柱狀結晶粒結構的情況下，晶粒邊界表面的角度Θ優選地被設置使得Θ <arctan(0.2)=11.3°。
[0088]例如，諸如石榴石鐵素體或尖晶石鐵素體的磁性氧化物材料可以被應用到用于磁性絕緣體膜2的特定材料。可以通過諸如金屬有機分解方法(MOD方法)或凝膠-溶膠方法的濕法工藝來在各種襯底上產生這樣的磁性絕緣體結晶膜結構。
[0089]例如，石英玻璃或無堿玻璃構成的玻璃襯底可以被用作非晶襯底4。可以取代使用由金屬氧化物構成的其它襯底。
[0090]如在下面的示例中具體說明，當氧化物薄膜在氧化物襯底的表面(上表面)上生長時，通過氧向襯底的表面上的附加來限定在初始生長時的結晶取向。結果，有可能產生具有接近單晶的結晶取向膜的結構。因此，為了將磁性絕緣體膜2的結晶結構定向到特定方向，特別優選地使用用于非晶襯底4的非晶氧化物材料和用于磁性絕緣體膜2的氧化物磁性材料的組合。
[0091](有益效果)
[0092]使用上述磁性絕緣體結晶膜結構，可以在磁性裝置中避免由于自旋流的晶粒邊界散射的性能劣化。該磁性裝置在膜的垂直平面方向上驅動自旋流，該磁性裝置例如是磁記錄介質或熱電轉換元件。
[0093](示例I)
[0094]圖2示出本發明的示例I。在這個示例中,將具有0.5mm的厚度的石英玻璃襯底用作非晶襯底4。鉍取代釔鐵石榴石(具有BiY2Fe5O12的成分的Bi HG)被用作磁性絕緣體膜2。
[0095]通過金屬有機分解方法(MOD方法)來沉積B1:YIG膜。例如，由Kojundo ChemicalLab有限公司制造的MOD溶液用于B 1: YIG溶液。在該溶液內，具有適當的摩爾分數(B1: Y: Fe=1:2:5)的金屬材料以3%的濃度被羧化并溶解在乙酸酯中。通過旋涂方法(具有1，OOOrpm的旋轉速度和30秒的旋轉)來將該溶液施加在石英玻璃襯底4上。將石英玻璃襯底4使用150°C的熱板干燥5分鐘。然后，將石英玻璃襯底4在550°C下暫時退火5分鐘。最后，將石英玻璃襯底4在電爐中在720°C的高溫下主要退火14小時。因此，在石英玻璃襯底上形成具有大約65nm的膜厚度的Bi = YIG膜2。
[0096]為了獲得更厚的B1:YIG膜，可以增加溶液的濃度或粘度，或者，可以將上述旋涂沉積和加熱處理多次重復。因此，可以獲得300nm或更大的厚膜。
[0097]在最后的主要退火時從空氣獲取為B1:YIG結晶結構的主要元素之一的氧。因此，通過濕法工藝生長的氧化物結晶的顯著特征之一是通過從外部獲取的氧來動態地執行結晶生長。
[0098]圖3是示出使用透射型電子顯微鏡觀察的所產生的B1:YIG膜的截面的圖形(左側)。該圖形示出了接近單晶的B1: YIG膜形成在不具有結晶結構的石英玻璃襯底上。晶粒大小比結晶膜厚度大得多。本發明人已經確認，在具有至少Iym的大小的區域中結晶取向被對準(單晶化)。
[0099]如在下述的第八實施例中所述，通過示例I的制造方法形成的B1:YIG膜中的晶粒邊界的產生主要源自襯底的不平坦結構。已經建議，當使用具有高平坦度的襯底時，可以獲得極其接近單晶的結晶結構。
[0100]作為結晶結構分析的結果，將Bi = YIG的[111]結晶取向定向得與界面(垂直于在圖3中的紙張的方向)平行。(11-2)表面接觸與石英玻璃襯底的界面。該石榴石(11-2)表面的顯著特征之一是氧原子以高密度在二維平面上對準。氧具有有可能附接到諸如玻璃的氧化娃表面的屬性。在MOD沉積期間的退火時,在空氣中的氧附接到氧化娃的表面(上表面)。因此，建議在初始生長時的結晶取向被限定，使得滿意的結晶可以在下述狀態中生長:在其中，從B1: YIG膜的下部向B1: YIG膜的上部對準結晶取向。
[0101]具體地說，雖然非晶材料用于襯底，但是上述的氧吸收表面作為有效的生長核心，使得B1: YIG的有益結晶生長通過動態的氧獲取處理而進行。
[0102]當考慮這樣的生長機制時，與示例I相同，在獲得有益的結晶膜結構的角度上，用于非晶襯底4的非晶氧化物材料和用于磁性絕緣體膜2的磁性氧化物材料的組合的使用特別有益。
[0103][第二實施例:包括非晶緩沖層和磁性絕緣體膜的層疊體的磁性元件]
[0104](結構)
[0105]圖4是示出根據本發明的第二實施例的磁性元件的透視圖。在第二實施例中，在載體15的表面(上表面)上形成非晶緩沖層14。而且，在非晶緩沖層14上形成磁性絕緣體膜2。
[0106]在第二實施例中，磁性絕緣體膜2具有在垂直于元件的膜表面的方向上單晶粒的原子排列結構。
[0107]用于載體15的材料的細節無關，只要載體15支撐膜。載體15不限于絕緣體，并且可以由金屬或半導體材料構成。
[0108]非晶緩沖層14用作用于沉積磁性絕緣體膜2的底層。例如，在熱氧化的硅的表面上的非晶硅層或在金屬的表面上的氧化物涂層等可以被用作非晶緩沖層14。
[0109]如上所述，當氧化物薄膜在氧化物襯底的表面上生長時，有可能通過向襯底的表面上附加氧來唯一地確定生長初始表面。因此，特別有益的是，使用用于非晶緩沖層14的非晶氧化物材料和用于磁性絕緣體膜2的磁性氧化物材料的組合，以便將磁性絕緣體膜2的結晶結構定向到特定方向。
[0110]這樣的應用允許經由非晶緩沖層14在諸如金屬、半導體和塑料的各種載體15上形成磁性絕緣體膜2。因此，可以在各種載體上形成和利用熱電轉換元件、自旋信息處理裝置等。
[0111](示例2)
[0112]圖5示出作為第二實施例的具體示例的示例2。在這個示例中，具有大約0.5mm的厚度的熱氧化硅襯底用于非晶緩沖層14和載體15。在該襯底中，在具有0.5mm的厚度的單晶硅襯底的表面上形成具有300nm的厚度的非晶氧化硅膜(非晶緩沖層14)。與示例I同樣，將鉍取代釔鐵石榴石(具有BiY2Fe5O12的成分的BiAIG)用作磁性絕緣體膜2。
[0113]通過金屬有機分解方法(MOD方法)來沉積B1: YIG膜。例如，由KojundoChemical Lab有限公司制造的MOD溶液用于B1: YIG溶液。在該溶液內，具有適當的摩爾分數(B1:Y:Fe=l:2:5)的金屬材料以3 %的濃度被溶解在乙酸酯中。通過旋涂方法(具有1，OOOrpm的旋轉速度和30秒的旋轉)來將該溶液施加在非晶氧化硅膜(非晶緩沖層14)上。將非晶氧化硅膜使用150°C的熱板干燥5分鐘。然后，將非晶氧化硅膜在550°C下暫時退火5分鐘。最后，將非晶氧化硅膜在電爐中在720°C的高溫下主要退火14小時。因此，在非晶氧化硅膜上形成具有大約65nm的膜厚度的B1: YIG膜。
[0114][第三實施例:多層磁性元件]
[0115]傳統的結晶膜結構限于諸如結晶襯底的基礎材料，該結晶襯底在晶格上匹配，使得結晶在結晶襯底上生長。因此，已經難以產生具有保持有益的結晶膜結構的多層形式。相反，根據本發明的在非晶材料的表面上的磁性結晶膜結構的使用允許將有益結晶膜多層化。
[0116]因此，多層磁性結晶膜結構的使用可以實現熱電轉換元件的能力的進一步增強或信息處理/信息記錄裝置的集成的進一步增強。
[0117](結構)
[0118]圖6是示出根據本發明的第三實施例的多層磁性元件的透視圖。在第三實施例中，在第二實施例中圖示的非晶緩沖層上形成的磁性絕緣體結晶膜結構上重復地堆疊包括磁性絕緣體膜和非晶緩沖層的多個多層結構。因此，實現多層磁性裝置。
[0119](示例3)
[0120]圖7示出多層結構的具體示例。在這個元件中，在硅襯底(載體)15上形成和堆疊具有B1: YIG膜和氧化硅膜(SiO2)的結構的三層。為了產生這個元件，通過濺射在具有0.5mm的厚度的硅襯底15上沉積具有150nm的膜厚度的氧化硅膜。通過與在第一實施例中相同的MOD方法來在氧化硅膜上形成具有65nm的膜厚度的B1:YIG膜。該處理將重復三次，以產生在圖7中所示的多層磁性元件。
[0121][第四實施例:熱電轉換元件]
[0122]接下來，將作為本發明的第四實施例描述使用根據本發明的第一實施例的磁性絕緣體結晶膜結構的熱電轉換元件。
[0123](結構)
[0124]圖8A是示出根據本發明的第四實施例的熱電轉換元件的透視圖。與在第一實施例中相同，通過具有在磁性絕緣體膜2上形成的金屬膜(導電膜)5和非晶襯底4的層疊體來形成熱電轉換元件。金屬膜5應當優選地被覆蓋以在圖8A中的虛線所示的覆蓋層6。這也對于下述的其他實施例成立。根據本發明的使用柱狀結晶磁材料的熱電轉換元件的本質是通過自旋塞貝克效應使用磁性絕緣體膜2驅動的在垂直平面方向上的自旋流到達金屬膜5，而不在元件內被散射。從這一點的角度看，優選地對于晶粒大小d和膜厚度t設置相對于晶粒邊界表面的垂直平面方向的傾斜角Θ，使得特別地Θ <arctan(d/t)(圖8B)。例如，在其中d=200nm并且t=l μ m的柱狀結晶粒結構的情況下，優選地設置晶粒邊界表面的角度 9 ,使得 Θ〈arctan (0.2) =11.3°。
[0125]與第一實施例相同，例如，諸如石榴石鐵素體或尖晶石鐵素體的磁性氧化物材料可以被應用到用于磁性絕緣體膜2的特定材料。可以通過諸如金屬有機分解方法(MOD方法)或溶膠-凝膠方法的濕法工藝來在各種襯底上產生這樣的磁性絕緣體結晶膜結構。
[0126]假定磁性絕緣體膜2在平行于膜表面的方向上具有磁化。從實際的視點看，優選地使用具有抗磁力的材料或結構用于磁性絕緣體膜2。首先，在垂直于其中在金屬膜5中得出熱電動勢V的方向的、在磁性膜的表面上的方向上施加外部磁場，使得初始化磁化方向。因此，一旦初始化了磁化方向，磁性絕緣體膜2在這個方向上保持自發磁化。因此，可以即使在零磁場的環境中執行熱電轉換操作。優選地將上述的抗磁力設置為至少500e，以便在各種電磁場環境中穩定地使用該裝置。
[0127]金屬膜5包括材料，該材料呈現自旋軌道相互作用，以便使用逆自旋霍爾效應來獲得熱電動勢。這樣的材料的示例包括諸如Au、Pt、Pd或Ir的、呈現較高程度的自旋軌道相互作用的金屬材料和包含這樣的金屬的合金。當使用Au、Pt、Pd、Ir等的材料以僅大約
0.5%至大約10%來摻雜諸如Cu的通用金屬膜材料時，可以獲得相同的效果。
[0128]通過濺射方法或氣相沉積方法等來沉積這樣的金屬膜5。而且，噴墨方法或絲網印刷方法等可以用于生產。
[0129]在此，為了高效地將自旋流轉換為電而沒有任何浪費，優選地將金屬膜的厚度設置為至少金屬材料的自旋擴散長度。例如，優選地如果金屬膜由Au構成，則將金屬膜的厚度設置為至少50nm。優選地如果金屬膜由Pt構成，則將金屬膜的厚度設置為至少10nm。
[0130]在使用熱電效應作為電壓信號的感測應用中，有可能使用金屬膜5的更高薄層電阻來獲得更大的熱電動勢信號。因此，優選地將金屬膜的厚度設置為等于大約金屬材料的自旋擴散長度。例如，優選地如果金屬膜由Au構成，則將金屬膜的厚度設置在大約50nm至大約150nm的范圍中。優選地如果金屬膜由Pt構成，則將金屬膜的厚度設置在大約IOnm至大約30nm的范圍中。
[0131](操作的說明)
[0132]當向在垂直于平面的方向上具有這樣的結構的熱電轉換元件施加溫度梯度時，在磁性絕緣體膜2中通過自旋塞貝克效應來在這個溫度梯度的方向上感應角動量的流(自旋流)。
[0133]在磁性絕緣體膜2中產生的那些自旋流流入相鄰的金屬膜5內。在金屬膜5中通過逆自旋霍爾效應來將自旋流轉換為電流(電動勢)。因此，呈現熱電轉換效應。
[0134]因為基于自旋塞貝克效應和逆自旋霍爾效應的對稱，在垂直于其中施加溫度梯度的方向和磁性絕緣體膜2的磁化方向、即向量乘積的方向兩者的方向上產生在金屬膜5中的熱電動勢。當將磁化或溫度梯度的方向反轉時，熱電動勢的符號反轉。
[0135]已經描述了實施例，其中，在垂直于磁性絕緣體膜的表面的方向上施加溫度梯度。然而，如在非專利文獻2中所報告，可以通過下述方法來執行熱電轉換:該方法提供其中在磁性絕緣體膜的端部布置金屬膜的元件結構，并且施加與磁性絕緣體膜平行的平面內溫度梯度，以在金屬膜中產生電動勢。
[0136](熱電轉換元件的使用)
[0137]當利用如上所述的具有包括襯底和磁性絕緣體膜等的堆疊結構的熱電轉換元件來實際地產生電力時，在將元件的一個表面用作高溫側而將該元件的另一個表面用作低溫側的同時，來向元件施加溫度差。例如，將元件的一個表面(高溫側)接近具有高溫的熱源，并且因此被設置在溫度TH。元件的另一個表面(低溫側)根據需要被空氣冷卻或水冷卻，并且被設置在溫度?Υ。因此，產生溫度差Λ T=Th-1Y。
[0138]那時，如果在根據本發明的熱電轉換元件中磁性絕緣體部分的溫度超過居里溫度Τ。，則損害自旋塞貝克效應。結果，不能執行用于功率生成的操作。因此，當使用在圖8Α中所示的熱電轉換元件來執行熱電功率生`成時，優選地使用與磁性絕緣體膜2分開的表面(在圖8Α中的非晶襯底4定位的下表面)作為高溫側，并且使用接近磁性絕緣體膜2定位的表面(在圖8Α中的金屬膜5的上表面)作為低溫側。
[0139]為了保證用于通過上述的溫差施加方法的熱電功率生成的操作，至少低溫側不應當超過磁性絕緣體的居里溫度，使得IY〈TC。然而，如果低溫側可以被適當地冷卻以便滿足上面的條件，則高溫側可以超過居里溫度。因此，該條件可以使得IY〈TC〈TH。這樣的溫差施加方法的使用使得更容易向高溫區域應用本發明的熱電轉換元件。
[0140](有益效果)
[0141]如上所述，當在被自旋流驅動的熱電轉換元件中使用柱狀結晶結構時，在磁性膜內的垂直平面方向上熱驅動的自旋流可以傳播，而不被大程度地散射。因此，自旋流可以被有效地轉換為在金屬膜中的電功率。如果應當在圖8A的垂直方向上(在垂直于膜表面的方向上)存在任何晶粒邊界表面，則它具有阻擋垂直平面自旋流的較少的效果。因此，熱電性能不會出現特別大的劣化。
[0142]使用自旋流的熱電裝置的有益之處在于:它與使用熱電偶連接結構的傳統熱電裝置作比較具有更簡單的配置，并且也具有方便的標度律:可以容易地使用較大的面積來產生熱電生成的較高的輸出。下面更具體地描述該熱電生成的標度律。
[0143]在圖9中所示的熱電轉換元件中，在平行于其中產生熱電動勢的方向的方向上的金屬膜5的長度被定義為L，并且在垂直于其中產生熱電動勢的方向的方向上的金屬膜5的長度被定義為W。此時，如果在W保持恒定的同時增大L，則熱電動勢V (如下所述，在當打開輸出端而沒有任何負載被連接時的時間的輸出電壓，如圖10的(d)中所示)和熱電轉換元件的內部電阻R0與L (Rci ~ L)成比例地增大。如果在L保持恒定的同時增大W，則在熱電動勢V不改變的同時內部電阻Rtl與W成反比地減小。
[0144]上面的關系提供了下面的關系:
[0145]V L, R0 L/W
[0146]從那些結果，假定外部連接的負載100的電阻(外部電阻R)在阻抗上相對于熱電轉換元件的內部電阻Rtl適當地匹配，則可以使用外部負載得出的最佳電功率W (-V2/R0 00 LXff)大體與熱電轉換元件的面積S=LXW.成比例。
[0147]根據上面的研究，在根據第四實施例的使用自旋流的熱電轉換元件中，更多的自旋流流入金屬膜，并且有助于隨著元件的面積(長度X寬度)增大的功率生成。結果，可以獲得較大的電能。如在圖9的下部所示，隨著熱電轉換元件的面積增大，在磁性絕緣體膜中晶粒邊界的數量增大。然而，那些晶粒邊界不是非常有助于在垂直平面方向上熱驅動的自旋流的散射，并且因此，不會損害熱電轉換性能。
[0148]圖9示出在其右側上的負載連接和釋放(用于電壓測量)時的等效電路模型。
[0149]通過諸如在上述示例I和下面的示例4中所示的MOD方法或凝膠-溶膠方法的基于涂敷的處理，可以沉積具有這樣的結構的結晶。因此，可以通過諸如高生產率的旋涂沉積的制造過程來容易地實現大面積裝置。
[0150]以這種方式，根據本發明的具有“柱狀結晶膜和非晶襯底”結構的熱電轉換元件可以避免由結晶缺陷引起的性能劣化，也允許在低成本襯底上的大面積實現方式，并且因此是可以實現性能和低成本兩者的特別優選的熱電轉換結構。
[0151](示例4)
[0152]接下來，將參考圖10作為第四實施例的具體示例來描述示例4。
[0153]圖10的圖(a)示出熱電轉換元件的具體材料和結構。具有0.5mm的厚度的石英玻璃襯底被用作非晶襯底4。其中Bi已經取代Y地點的一部分的釔鐵石榴石(Bi HG)膜被用作磁性絕緣體膜2。Pt被用作金屬膜5。石英玻璃襯底的厚度是0.5mm, B1: YIG膜的厚度是65nm，并且Pt膜的厚度是10nm。
[0154]與示例I相同，通過金屬有機分解方法(MOD方法)來沉積B1:YIG膜。使用由Kojundo Chemical Lab.有限公司制造的MOD溶液。在該溶液內，具有適當的摩爾分數(B1:Y:Fe=l:2:5)的金屬原材料以3 %的濃度被溶解在乙酸酯中。通過旋涂方法(具有1，OOOrpm的旋轉速度和30秒的旋轉)來將該溶液施加在石英玻璃襯底上。將石英玻璃襯底使用150°C的熱板干燥5分鐘。然后，將石英玻璃襯底在550°C下暫時退火5分鐘。最后，將石英玻璃襯底在電爐中在720°C的高溫下主要退火14小時。因此，在石英玻璃襯底上形成具有大約65nm的膜厚度的Bi = YIG膜。
[0155]通過濺射方法來在B1: YIG膜上沉積具有IOnm的膜厚度的Pt膜。
[0156]圖10的圖(b)和(C)示出使用在這個膜的結晶結構上的截面TEM和與結晶結構對應的布置圖的評估的結果。與第一實施例相同，已經確認，在作為非晶襯底的石英玻璃襯底上形成接近單晶的Bi = YIG膜。在示例4的熱電轉換元件中，應當從Pt膜得出在Bi = YIG膜中熱感應的自旋流。B1: YIG膜具有結晶結構，其中，取向已經與其端部(接近界面)對準。在Pt和Bi = YIG之間的該有益界面結構允許熱電轉換功能起作用。
[0157]通過在圖10中所示的方法來評估該熱電轉換元件的熱電動勢性能。在這個示例中，在下述狀態中測量在金屬膜5的終端之間的電壓(熱電動勢)V:其中，在熱電轉換元件的上側和下側、即Pt膜的上表面和石英玻璃襯底的下表面之間施加溫度差ΛΤ=3Κ。在該實驗中，利用被施加于基于自旋塞貝克效應的熱電轉換對稱的實驗驗證的外部磁場H( Oe ),執行測量。如上所述，在Pt膜中產生的熱電動勢被定向到與Bi = YIG膜的溫度梯度方向和磁化方向的向量乘積對應的方向。因此，當通過外部磁場H來反轉B1: YIG膜的磁化時，熱電動勢V的符號也被反轉。
[0158]圖10的圖(d)示出使用該設置的測量結果。使用外部磁場H的水平軸來繪制熱電動勢V的測量結果。清楚地示出了通過改變外部磁場H的符號來反轉熱電動勢V的符號，以便將磁化方向反轉。使用溫度差Λ T=3K來測量熱電動勢V=大約0.6 (μ V)。根據V的符號被反轉的磁場，示出了熱電轉換元件具有至少500e的抗磁力，并且可以在實際中穩定地運行。
[0159]此時在石英玻璃襯底上形成的Bi = YIG膜具有抗磁力。因此，熱電動勢V對于外部磁場H的依賴性呈現磁滯。具體地說，一旦通過外部磁場在一個方向上磁化了元件，則它呈現有限的熱電動勢，即使磁場H返回到O。因此，使用該原理，一旦通過外部磁場等首先初始化元件的磁化方向(在大體垂直于其中得出熱電動勢的方向的方向上被磁化)，則即使在其中磁場為O的環境中，也可以通過磁性絕緣體膜2的自發磁化而穩定地產生熱電動勢。
[0160](由于自旋流的聲子曳引效應的熱電效應的增大)
[0161]如圖11中所示，在上述示例4的實驗中，在熱電轉換元件的上表面和底表面之間施加溫度差ΛΤ=3Κ，并且測量熱電動勢。具有0.5mm的厚度的石英玻璃襯底上的磁性絕緣體(Bi HG)膜的膜厚度薄達65nm。因此，假定向其中熱驅動自旋流的磁性絕緣體部分(B1: YIG的膜厚部分)施加的溫度差Λ TyiJP使在最高的估計也是大約幾mK，并且極小。盡管如此，根據在圖10中所示的本發明的示例4，在μ V的數量級上測量熱電動勢。僅通過在金屬膜5和磁性絕緣體膜2中的自旋流熱電效應不容易解釋示出相對大熱電動勢的實驗結果。因此，該實驗結果強烈地表明“聲子曳引效應”的貢獻，其中，通過與在襯底中的聲子的相互作用來增強熱電效應。
[0162]聲子曳引指的是下述現象:其中，在金屬膜和磁性絕緣體膜的結構中的自旋流與包括襯底的整體元件的聲子非局部地相互作用(非專利文獻4)。考慮到該聲子曳引過程，通過與聲子的非局部地相互作用，如在示例4中那樣，在很薄的膜中的自旋流對于在比該薄膜厚得多的襯底中的溫度分布敏感。因此，有效的熱電效應大大增大。
[0163]具體地說，不僅向薄磁性絕緣體(Bi HG的膜厚部分)施加的溫度差Λ Tyig,而且向厚襯底施加的溫度差Λ Telass有助于自旋流的熱驅動。結果，在金屬膜(Pt膜)中產生較大的熱電動勢。
[0164]雖然已經報告了這樣的聲子曳引效應的基本原理的驗證，但是還沒有對于使用該效應來設計大面積和低成本熱電裝置的方法的具體建議。在根據本發明的金屬膜和磁性絕緣體膜的結構中，該聲子曳引效應的使用允許僅通過在便宜的非晶襯底上沉積具有IOOnm或更小的厚度的金屬膜和磁性絕緣體膜的薄結構來安裝熱電轉換裝置。因此，與其中使用大塊磁性材料等的情況作比較，可以顯著地降低用于原材料的成本或其他制造成本。另外，如在示例4中那樣，涂敷用于磁性絕緣體膜的生產過程。因此，可以以高生產率來制造大面積裝置。
[0165]可以以不大于諸如HG的磁性絕緣體膜材料的那些的1/10的體積成本來產生大部分非晶襯底材料。因此，當設計使用聲子曳引效應的低成本熱電元件時，優選地將磁性絕緣體膜的厚度(tYrc)設置為總的厚度(tPtv+tYrc+telass)的1/10或更小，其中，已經向磁性絕緣體膜的厚度(tYK)加上電極(金屬膜)的厚度(tpt)和非晶襯底的厚度(telass)。
[0166]然而，實驗結果表明，如果磁性絕緣體膜的厚度(tYrc)過小，則不能獲得高的熱電性能。因此，tYI(；應當優選地是至少50nm。
[0167](在所述示例和現有技術之間關于磁性絕緣體膜結構的比較)
[0168]迄今已經試圖在非晶襯底上產生磁性絕緣體材料。然而，從不在非晶襯底上產生與在上面的示例中一樣的接近單晶的任何高質量膜。而且，迄今還沒有清楚地發現其中所有晶粒邊界表面垂直于膜表面的任何柱狀結晶膜。
[0169]為什么不能產生這樣的結晶膜有兩個主要原因。(I)因為沒有結晶周期的非晶襯底不作為用于膜生長的模板，所以穩定的結晶不可能形成于在電子的移動等中沒有靈活性的絕緣體膜上。(2)如果結晶生長應當利用位于膜的某些點處的內核開始，則從多個內核通過360°生長的結晶粒彼此沖突。結果，在各種位置和在各種方向上產生晶粒邊界(參見圖12 的圖(a))。
[0170]相反，假定因為下面的原因而形成如圖10中所示的有益結晶膜:(1)在非晶的、諸如石英玻璃的氧化物材料的表面上優先地吸收氧。被吸收的氧作為有效生長內核，其限定在初始生長時的結晶取向。(2)結晶生長僅在與材料溶液對應的適當的退火溫度、退火時間和退火氣氛下從在襯底的界面上的有限的生長內核起在一個方向上(主要在從下至上的180°的方向上)進展。因此，存在由結晶粒的沖突產生晶粒邊界的低可能性。如果應當產生晶粒邊界，則該晶粒邊界被固定在垂直于膜的表面上(參見圖12的圖(b))。
[0171]例如，在專利文獻I中公開的MOD方法提出了在GGG單晶襯底上的高質量磁性石榴石結晶膜的外延產生。盡管如此，在非晶襯底上的膜具有降低的結晶質量。使用X射線的膜質量評估的結果顯示，在非晶襯底上的膜是具有許多邊界的多晶。事實上，如在圖13的圖(a)中所示，本發明人遵循在專利文獻I中公開的制造方法(燒結時間的條件)。用于MOD沉積的主要退火時間被縮短到4小時以形成磁性絕緣體膜。與在示例4中相同的金屬膜被堆疊在磁性絕緣體膜上，以便形成熱電轉換元件。在這樣的情況下，磁性絕緣體膜具有低的結晶質量，并且未發現清楚的熱電轉換信號。另一方面，如圖13的圖(b)中所示，通過主要退火14小時來形成有益的磁性絕緣體結晶膜，并且，可以操作熱電轉換元件。
[0172]而且，一系列沉積和評估實驗已經披露，磁性絕緣體膜的結晶質量取決于用于MOD沉積的暫時退火或主要退火的加熱溫度而產生極大的變化。例如，使用掃描電子顯微鏡(SEM)的觀察已經披露，磁性絕緣體(Bi HG)的膜質量取決于在涂敷和干燥MOD溶液厚將溫度增加到暫時的退火溫度(550°C )的速度(用于溫度增加所花費的時間段)而產生極大的變化。具體地說，如在圖14的圖(a)中所示，當將溫度在大約8分鐘中增加到暫時退火溫度時，僅獲得在其表面上以高密度的具有凹凸的低質量的膜，如在模擬SEM照片的圖中所示(圖14的圖(a)的下部)。不能確認使用該膜的熱電轉換操作。相反，在圖14的圖(b)中所示的其中溫度在30秒內被迅速地增加到暫時退火溫度的沉積條件下，獲得有益的磁性絕緣體結晶膜，如在模擬SEM照片(圖14的圖(b)的下部)的圖中所示。成功地驗證了使用該磁性絕緣體結晶膜的熱電轉換操作。作為迅速地增加溫度的具體方法，樣品被引入到被預熱到暫時退火溫度(550°C)的電爐內。使用該方法，該樣品可以在3秒內被迅速地加熱到大約暫時退火溫度。而且，已經確認，樣品在30秒或更少內達到在暫時退火溫度下的穩定狀態。在這個示例中，將其中在硅的表面上形成的20nm的非晶氧化硅膜的熱氧化的硅襯底用作襯底。
[0173]如該系列的實驗結果所示，即使使用適當的材料溶液，也不能獲得有益的磁性絕緣體結晶膜和熱電轉換元件，除非在最佳的沉積條件下形成膜。根據本發明，如在圖14的圖(b)中所示縮短了用于溫度增加所花費的時間段。因此，在襯底的表面上的有限位置處產生生長內核。結果，建議使用較少的晶粒邊界來產生有益的結晶膜。同時，圖13的結果建議，在限制生長內核的生成的這樣的條件下，沒有充分完成整個膜的結晶，除非將主要退火進行足夠長的時間段。具體地說，在圖10中所示的石英玻璃襯底上的熱電轉換操作的驗證表示，通過使用根據該研究的適當退火溫度曲線和退火時間，在襯底的界面上在從生長內核的一個方向上出現結晶生長。
[0174]在與在示例4中相同的在玻璃襯底上形成的熱電轉換元件的情況下，促進了成本降低和面積擴大。因此，這樣的熱電轉換元件可以被應用到使用在房間內部和外部之間的在窗戶等處的溫度差的功率生成和顯示器等。
[0175][第五實施例:熱電轉換元件的另一個示例]
[0176]接下來，下面將說明根據本發明的第五實施例的熱電轉換元件的另一個示例。
[0177](結構)
[0178]圖15示出作為本發明的第五實施例的熱電轉換元件的透視圖。與第二實施例相同，在載體15上依序形成非晶緩沖層14和磁性絕緣體膜2。在磁性絕緣體膜2上形成金屬膜5，以得出由熱梯度引起的所產生的功率。
[0179]與在第二實施例中所述的相同的材料可以用于非晶緩沖層14。與在第四實施例中所述相同的材料和膜厚度可以用于金屬膜5。
[0180](示例5)
[0181]圖16示出作為第五實施例的具體示例的示例5。具有大約0.5mm的厚度的熱氧化硅襯底用于非晶緩沖層14和載體15。在這個襯底中，在具有0.5_的厚度的單晶硅的表面上形成300nm的非晶氧化硅膜。與示例2相同，鉍取代釔鐵石榴石(具有BiY2Fe5O12的成分的Bi HG)被用作磁性絕緣體膜2。
[0182]與示例2相同，通過金屬有機分解方法(MOD方法)來沉積Bi = YIG膜。在該溶液內，具有適當的摩爾分數(B1:Y:Fe=l:2:5)的金屬材料以3%的濃度被溶解在乙酸酯中。通過旋涂方法(具有1，OOOrpm的旋轉速度和30秒的旋轉)來將該溶液施加在非晶氧化硅膜上。將非晶氧化硅膜使用150°C的熱板干燥5分鐘。然后，將非晶氧化硅膜在550°C下暫時退火5分鐘。最后，將非晶氧化硅膜在電爐中在720°C的高溫下主要退火14小時。因此，在非晶氧化硅膜上形成具有大約65nm的膜厚度的B1: YIG膜。在B1: YIG膜上將具有IOnm的膜厚度的Pt膜沉積為金屬膜5。
[0183]與示例4相同，檢查熱電轉換操作。圖16的圖(b)示出了結果。與圖10的圖(b)相同，驗證熱電動勢的生成和熱電轉換的基本對稱。
[0184](示例5的另一實現配置)
[0185]這樣的熱電轉換膜結構可以不僅形成于上述的絕緣體或半導體上，而且形成于由金屬材料構成的載體上。
[0186]在圖17中所示的熱電轉換元件中，具有0.1mm的厚度的銅箔被用作載體15。在100°C下在空氣環境中將銅箔加熱30分鐘，以便在其表面上形成具有大約200nm的厚度的氧化銅膜(氧化物膜)。然后，通過與如上所述相同的方法依序在銅箔上沉積B1: YIG層和Pt層，以便實現熱電轉換元件。
[0187]以這種方式，熱電轉換膜結構可以被實現在金屬氧化物膜/金屬載體上，并且可以被應用到工業結構或各種裝置的殼體。
[0188][第六實施例:具有多層磁性結晶膜結構的熱電轉換元件]
[0189]在上面的實施例中所示的熱電轉換元件中，可以通過向金屬膜和磁性絕緣體膜的結構施加垂直于膜表面的溫度梯度來獲得熱電動勢。
[0190]如果可以以多層來堆疊金屬膜和磁性絕緣體膜，則可以從多個金屬膜得出熱電動勢。因此，可以實現更有效的熱電轉換。然而，在現有技術中已經限制了可以形成有益的磁性絕緣體結晶膜的基礎材料。因此，還沒有實現使用自旋流的高性能多層熱電轉換元件。
[0191]相反，如在第三實施例中所述，可以利用根據本發明的非晶材料的底層的使用來生長有益的磁性結晶膜。因此，可以使用非晶緩沖層來將金屬膜和磁性絕緣體膜的結構多層化。
[0192](結構)
[0193]圖18是根據本發明的第六實施例的多層熱電轉換元件的透視圖。在第六實施例中，另外在第五實施例中所示的結構上堆疊金屬膜5和磁性絕緣體膜2與非晶緩沖層14，以便實現多層熱電轉換裝置。
[0194]如果在垂直平面方向上向這個熱電轉換裝置施加溫度梯度，則根據在第四實施例中描述的操作原理，在金屬膜5的每一個中在平面內方向上產生熱電動勢。因此，當通過電串聯那些金屬膜5等而有效地相加那些熱電動勢時，可以獲得較高的輸出。因此，與第五實施例的熱電轉換元件作比較，可以實現更有效的熱電轉換元件。
[0195](示例6)
[0196]圖19示出作為第六實施例的具體示例的具有多層結構的熱電轉換元件的示例6。在這個元件中，在硅襯底15上堆疊包括Pt膜、BiAIG膜和氧化硅膜(SiO2)的結構的三層。
[0197]為了產生該元件，通過濺射在具有0.5mm的厚度的硅襯底15上沉積具有150nm的膜厚度的氧化硅膜(非晶緩沖層14)。通過與在第一實施例中相同的MOD方法在氧化硅膜上形成具有65nm的膜厚度的B1: YIG膜(磁性絕緣體膜2)。最后，通過濺射來沉積具有IOnm的膜厚度的Pt膜(金屬膜5)。將該處理重復三次以產生在圖19中所示的熱電轉換元件。
[0198][第七實施例:通過熱電涂敷的熱電功能的直接實現]
[0199]接下來，將作為本發明的第七實施例描述“熱電涂敷”，其中，直接在任何熱源上實現熱電轉換功能。
[0200]在基于熱電偶的傳統熱電轉換的情況下，多個熱電偶在襯底上連接，并且將整個結構封裝以便實現“熱電轉換模塊”。該熱電轉換模塊的一側附接到高溫熱源等的表面上，以產生溫度差，以便執行熱電功率生成(圖20的圖(a))。然而，使用這樣的封裝方法，包括襯底和封裝的熱電轉換模塊的熱阻變高。因此，如果將具有這樣的高熱阻的熱電轉換模塊由于諸如LSI或電子裝置的需要散熱的熱表面，則它極大地禁止了散熱，由此引起電子裝
置等的故障。
[0201]相反，對于根據第七實施例的“熱電涂敷”，氧化物膜形成在任何熱源的表面上，并且然后使用在圖20的圖(b)中所示的自旋流以熱電轉換膜結構被直接地涂敷，在該情況下，可以僅通過向熱源的表面上增加薄熱電膜(低熱阻)來執行熱電功率生成，而不使用封裝或襯底。因此，通過熱電轉換元件的散熱的禁止施加了較少的不利影響。而且，如下所述，預期由于聲子曳引效應由熱電膜非局部地得出在熱源處的熱(聲子)能量。因此，可以向各種電子裝置內弓I入該熱電轉換模塊。
[0202]另外，可以與傳統的熱電轉換作比較實現下面的有用的熱功率生成功能。
[0203](I)使用熱的效率高，因為直接磁高溫熱源得出熱，而不使用封裝或襯底。
[0204](2)可以在具有曲面或不平坦表面的熱源上進行直接的涂敷。因此，該技術具有寬范圍的應用。
[0205](3)可以通過旋涂方法或噴射方法來實現生產性大面積實現方式。
[0206](結構)
[0207]圖21示出第七實施例的基本配置(示例7)。不像假定在襯底上產生熱電轉換元件的上述實施例的每一個那樣，在具有在其表面上形成的非晶緩沖層14的熱源25上直接地實現包括金屬膜5和磁性絕緣體膜2的熱電轉換功能。
[0208]與在第三和第五實施例中所述的相同的材料可以用于金屬膜5和磁性絕緣體膜2。
[0209]非晶緩沖層14和熱源25的優選組合的示例(和假設的熱生成因數)如下:
[0210]氧化硅膜層和硅襯底(在LSI等處的熱生成)
[0211 ] 氧化鋁層和鋁框(在飛機等處的熱生成)
[0212]氧化鐵膜層和鐵框(汽車主體的熱生成或在管道或加強構件處生成的工業廢熱)
[0213](增加由于聲子曳弓丨的熱電轉換的輸出的效果)
[0214]將參考圖22來描述在根據第七實施例的熱電轉換功能中的聲子曳引效應。
[0215]在這個第七實施例中，通過在第四實施例中描述的“聲子曳引效應”來增強熱電效應。當使用這個聲子曳引效應時，在金屬膜和磁性絕緣體膜的結構中的自旋流通過非晶緩沖層14與在熱源25處的聲子非局部地相互作用。結果，增強了有效的熱電效應。具體地說，不僅向薄熱電膜(磁性絕緣體膜2)的結構施加的溫度差ATte而且在熱源25處的溫度分布有助于自旋流的熱驅動。結果，在金屬膜5中產生更大的熱電動勢。
[0216]因此，僅通過在熱源25上沉積具有I μ m或更小的厚度的薄金屬膜和磁性絕緣體膜來實現大的熱電轉換功能。結果，通過聲子曳引效應可以大大地減少實現熱電轉換功能所需的材料成本和實現成本。盡管如此，如在第四實施例中所述，優選地將磁性絕緣體膜的膜厚度設置為至少50nm，以便展示高的熱電性能。
[0217]如在第四實施例中所述，如果熱電膜部分的溫度超過居里溫度使得損害了磁材料的功能，則熱電轉換變得不可能。然而，使用上述的聲子曳引效應，也可以非局部地回收在居里溫度之上的熱能量。因此，熱源25可以具有居里溫度或更高的溫度。[0218][第八實施例:在具有凹凸的載體上的磁性絕緣體膜結構]
[0219]在上面的實施例中，已經描述了在平坦載體上的磁性絕緣體膜結構(磁性絕緣體統一膜結構)及其應用。在下面的實施例中，將描述在具有凹凸或一些圖案的載體上的磁性絕緣體膜結構及其應用。
[0220]對于“單晶膜和單晶襯底”的傳統結構，在襯底的表面上要求以原子水平的平坦度，以便通過在膜和襯底之間的晶格匹配來執行外延生長。相反，利用根據本發明的“柱狀結晶膜和非晶襯底”的結構，襯底的表面不必然需要平坦度，并且可以包括曲面或具有凹凸或臺階的表面。
[0221]結晶粒有可能由于不同的內核生長而在不平坦結構上彼此沖突。結果，以高概率來產生垂直于膜的晶粒邊界表面。因此，通過使用該機制，當預先在襯底上形成不平坦圖案時，可以控制產生晶粒邊界的位置。
[0222]在第八實施例中，總是大體垂直于膜地產生晶粒邊界表面。因此，在包括在使用在垂直平面方向上的溫度梯度的熱電轉換元件的許多自旋裝置中，一在晶粒邊界表面等上散射的自旋流的性能劣化是可忽略地小。
[0223]圖23示出根據第八實施例的具體結構。在非晶襯底4的表面上形成多個不平坦結構31，以便沿著一個方向彼此平行地延伸。在非晶襯底4上沉積磁性絕緣體膜2。在形成磁性絕緣體膜時從兩側生長的結晶粒32正好在那些不平坦結構31上彼此沖突。結果，將晶粒邊界33形成得垂直于膜。
[0224]各種結構可以用于不平坦結構31。例如，不平坦結構31可以使用在圖24的圖(a)中所示的沿著一個方向延伸的具有三角形截面的突起、如圖24的圖(b)中所示的具有三角形截面的凹槽、如圖24的圖(c)中所示的沿著一個方向延伸的具有梯形截面的平臺和在圖24的圖(d)中所示的臺階。當通過控制晶粒邊界33來有意地產生不平坦結構時，優選地設計凹凸或臺階的大小，使得高度h是3nm或更大，并且步距角Θ (凹凸的陡峭程度)是20°或更大。
[0225]相反，實驗表明，在其中凹凸的高度小于3nm的平坦襯底或其中步距角Θ〈20°的緩和的粗糙度的情況下，未發現用于產生晶粒邊界的因數，即使襯底具有凹凸。換句話說，在這樣的襯底上形成極其接近單晶的膜結構。類似地，也可以在緩和的曲面上產生這樣的
結晶膜。
[0226]傳統外延生長方法已經受到兩個約束:(1)要使用的襯底的表面應當具有在Inm或更小的原子水平上的平坦度。(2)優選地設計襯底的表面以具有具有特定取向的結晶平面。
[0227]相反，使用根據本發明的方法，可以在各種類型的表面上形成膜，因為結晶可以在粗糙表面或曲面上生長。因此，與傳統技術作比較，預期應用的更大擴展。
[0228](示例8)
[0229]圖25示出作為第八實施例的具體示例的示例8。圖25的圖(a)圖示了元件結構。石英玻璃襯底用于非晶襯底4，并且B1:YIG膜用于磁性絕緣體膜2。以與在示例I中所述相同的方式來形成B1: YIG膜。
[0230]具有沿著一個方向延伸的三角形截面的突起在石英玻璃襯底的表面上形成為特定的不平坦結構。在示例8中，設置突起的高度，使得h = 5nm，并且設置步距角使得θ =25°。
[0231]圖25的圖(b)示出模擬這個磁性膜結構的截面TEM圖形的圖。可以從膜的對比度差看出，在具有對比度的位置處產生晶粒邊界33。在晶粒邊界33的左側和右側上存在具有不同的結晶取向的結晶粒。
[0232]根據結晶結構分析，那些結晶粒兩者在界面上具有石榴石(11-2)表面，并且具有結晶取向配置，其中，[111]方向被在平面內方向上略微移位。在石英玻璃襯底上的石榴石結晶生長中，玻璃表面作為氧吸收層。因此，結晶膜的底表面以高概率具有(11-2)表面。不從對稱唯一地確定平面內方向(在平面中被取向的方向[111])的取向。因此，建議平面內取向取決于具有從不同位置生長的內核的域而變化。
[0233](有益效果)
[0234]如上所述，根據第八實施例，可以通過預先在襯底的表面上形成圖案來控制其中產生在垂直平面方向上的晶粒邊界表面的位置。所產生的晶粒邊界的密度也是可控的。如果意欲減少在圖案之間的間隔，則有可能產生高長寬比的柱狀結晶結構，其中，在平面中的晶粒大小d小于膜厚度t (d〈t)。這樣的晶粒的圖案控制可以不僅用于其中自旋流的散射抑制是重要因數的熱電轉換裝置，而且用于信息處理裝置等的應用。
[0235]例如，在使用磁性絕緣體的磁記錄裝置中，可以通過將襯底圖案化使得對于每個記錄單元(信息比特)形成單個晶粒結構來實現信息的可靠的讀取和寫入。
[0236]而且，可以通過將襯底圖案化來將單晶粒磁性膜結構形成為波導形狀。該技術可以被應用到在非專利文獻3中公開的使用自旋流或邏輯電路的信息傳輸。
[0237][第九實施例:在具有不平坦表面的襯底上的熱電轉換元件]
[0238]將參考圖26來描述根據本發明的第九實施例的熱電轉換元件。第九實施例是第八實施例的應用，并且涉及在具有不平坦表面的襯底上形成的熱電轉換元件。
[0239]與第八實施例相同，在非晶襯底4的表面上形成具有鋸齒狀截面的不平坦結構31。在非晶襯底4上沉積磁性絕緣體膜2。第九實施例與先前的實施例的不同在于:在磁性絕緣體膜2上形成金屬膜5，以得出電動勢。因此，通過與在第四實施例中相同的原理呈現了使用溫度梯度的熱電動勢產生(熱電轉換)功能。
[0240]在圖26中，也將磁性絕緣體膜2和金屬膜5根據在非晶襯底4的表面上形成的不平坦結構31形成為具有鋸齒狀截面的不平坦形狀。圖26圖示了規則地布置的不平坦結構的示例。然而，可能不必然規則地布置不平坦結構。通常從處理襯底時產生的凹凸可以被用作不平坦結構。
[0241](有益效果)
[0242]傳統的單晶沉積技術已經限于在原子水平平坦的晶格匹配的襯底。相反，根據第九實施例的在具有不平坦表面的襯底上形成的熱電轉換元件不要求高水平的平坦度，并且不需要襯底的精確的拋光。因此，顯著地改善了選擇襯底的靈活性。
[0243]另外，在提高熱電轉換效率方面期望下面兩個效果。
[0244]( I)在與金屬膜的結合部分處散發(或增加)磁性絕緣體膜的低溫側(或高溫側)的熱。結果，可以在磁性絕緣體膜的部分處產生大的溫度差。
[0245](2)可以利用結合面積的有效增加，從更多的表面得出電動勢。因此，增加輸出電壓。[0246]因此，與在第四實施例中所示的熱電轉換元件作比較，可以進一步改善有效的熱電轉換性能。
[0247]優選地將凹凸的高度h設計為至少lnm，以便展示上述的效果。盡管如此，優選地將凹凸的高度h設計為不大于膜厚度t的1/2，以便防止膜質量大幅度地劣化。
[0248]取決于磁性絕緣體膜的材料或生產方法甚至對于不平坦的結構也不產生晶粒邊界。如上所述，垂直于膜的晶粒邊界表面的存在不對熱電性能施加大的影響。因此，也可以在該情況下獲得由于不平坦結構的上述效果。
[0249](示例9)
[0250]圖27示出第九實施例的具體示例的示例9。圖27的圖(a)圖示了元件結構。石英玻璃襯底用于非晶襯底4，B1: YIG膜用于磁性絕緣體膜2，并且Pt膜用于金屬膜5。如圖27的圖(b)中所示，具有沿著一個方向延伸的三角形截面的突起形成為在石英玻璃襯底的表面上的特定的不平坦結構。在該突起的位置處產生晶粒邊界33。在示例9中，設置突起的高度，使得h=15nm。
[0251]通過與在示例4中相同的方法來沉積B1:YIG膜和Pt膜。在示例9中，通過使用低粘度材料溶液的旋涂方法來沉積B1: YIG膜。因此，在襯底上的膜結構不會特別大地反映襯底的表面的凹凸。因此，大體是在平坦狀態中形成Bi = YIG膜和Pt膜的上部。
[0252]以這種方式，實際上在非晶襯底的不平坦結構上產生晶粒邊界。然而，晶粒邊界直接地大體垂直于膜。因此，那些晶粒邊界不對于在垂直平面方向上熱感應的自旋流的傳播上施加大的影響。事實上，實驗未發現由于這樣的晶粒邊界的熱電轉換性能的大的劣化。
[0253][第十實施例:在具有不平坦表面的熱源或輻射體上的熱電轉換功能的直接實現]
[0254]在第九實施例中，在具有凹凸的非晶襯底上實現熱電轉換元件。相反，直接在熱源等上實現熱電轉換功能經常在效率和方便性上有益，如在第七實施例中所述。在第十實施例中，直接地在不同種類的具有凹凸的熱源或諸如用于使用不平坦結構來散熱的散熱片的輻射體上實現根據本發明的熱電轉換功能。
[0255]圖28圖示了第十實施例的結構。在有具有沿著在其表面上的一個方向延伸的三角形截面的多個不平坦結構的熱源或輻射體35上實現磁性絕緣體膜2和金屬膜5，同時在磁性絕緣體膜2和熱源或輻射體35之間插入非晶緩沖層34。
[0256]IT裝置的殼體或具有凹凸或粗糙度的散熱片被用作熱源或輻射體35。而且，在熱源或輻射體35上實現的磁性絕緣體膜2和金屬膜5反映在熱源或輻射體35的表面上形成的不平坦結構，并且因此具有類似的不平坦結構。
[0257](有益效果)
[0258]以這種方式，如在第七實施例中所述，可以通過直接地在熱源上實現熱電轉換功能來更有效地得出熱源的熱和將該熱用于功率生成。具體地說，如果熱源的表面如在本發明的情況下一樣具有不平坦的結構，則與熱電層疊體(金屬膜和磁性絕緣體膜)的界面的表面面積增加，使得在界面處的熱阻減小。因此，可以更有效地從熱源向熱電層疊體傳送熱。因此，可以實現有效的熱功率生成。
[0259]而且，如果直接地在具有不平坦結構的輻射體上實現熱電轉換功能，則可以更有效地向輻射體散發在熱電層疊體(金屬膜和磁性絕緣體膜)的低溫側上的表面的熱。即使使用相同的熱源，向熱電層疊體施加的溫度差有效地增加。使用該配置，可以實現更有效的熱功率生成。
[0260](制造方法)
[0261]圖29圖示了該結構的制造方法。首先，(a)在具有不平坦結構的熱源或輻射體35的表面上形成非晶緩沖層34，在該不平坦結構中，通過諸如加熱(表面氧化等)或化學反應或諸如涂敷的沉積的表面處理來連續地形成具有三角形界面的多個突起。然后，(b)通過使用如在第一實施例等中所述的方法，沉積具有柱狀結晶結構的磁性絕緣體膜2。隨后，(c)通過濺射等來在磁性絕緣體膜2上沉積金屬膜5。結果，磁性絕緣體膜2和金屬膜5也具有皺褶的不平坦結構，在其中，連續地形成三角形截面。
[0262]使用這樣的實現方法，可以在不同位置處實現與高溫熱源或輻射體集成的熱電生成功能。
[0263]雖然已經參考一些實施例和其具體示例描述了本發明，但是它不限于那些實施例或示例。本領域內的技術人員可以在權利要求中限定的本發明的精神和范圍內對于本發明的配置和細節進行各種修改。
[0264]本申請要求在2011年7月15日提交的日本專利申請N0.2011-156618的優先權的權益，其公開通過引用被整體包含在此。
[0265]附圖標號和標記的說明
[0266]2磁性絕緣體膜
[0267]3 晶粒邊界
[0268]4非晶襯底
[0269]5金屬膜
[0270]6覆蓋層
[0271]14非晶緩沖層
[0272]25 熱源
[0273]31不平坦結構
[0274]34非晶緩沖層
[0275]35熱源或輻射體
【權利要求】
1.一種用于磁性元件的層疊體，其中，在襯底上形成磁性絕緣體膜，并且，所述磁性絕緣體膜具有柱狀結晶結構，所述襯底在其表面上包含不具有結晶結構的材料。
2.根據權利要求1所述的用于磁性元件的層疊體，其中，所述磁性絕緣體膜包括氧化物材料或石榴石鐵素體磁性材料。
3.根據權利要求1或2所述的用于磁性元件的層疊體，其中，所述襯底的表面包括氧化物材料或氧化硅材料。
4.根據權利要求1至3的任何一項所述的用于磁性元件的層疊體，其中，所述襯底包括玻璃襯底。
5.根據權利要求1至4的任何一項所述的用于磁性元件的層疊體，其中，所述襯底在其表面上具有不平坦的結構。
6.根據權利要求1至5的任何一項所述的用于磁性元件的層疊體，其中，在所述磁性絕緣體膜上方進一步形成導電膜。
7.根據權利要求6所述的用于磁性元件的層疊體，其中，所述導電膜包括呈現自旋軌道相互作用的材料。
8.根據權利要求7所述的用于磁性元件的層疊體，其中，所述磁性絕緣體膜在平面內方向上具有磁化。
9.根據權利要求1至8的任何一項所述的用于磁性元件的層疊體，其中，所述磁性絕緣體膜具有抗磁力。
10.根據權利要求1至9的任何一項所述的用于磁性元件的層疊體，其中，磁性絕緣體膜的膜厚度不大于所述襯底的膜厚度的1/10。
11.一種熱電轉換元件，包括根據權利要求6至10的任何一項中所述的用于磁性元件的層疊體，其中，所述熱電轉換元件被配置為接收在所述層疊體的底表面和上表面之間的溫度差，以便在所述導電膜的平面內方向上產生電動勢。
12.一種熱電轉換元件，包括根據權利要求6至10的任何一項中所述的用于磁性元件的層疊體，其中，所述熱電轉換元件被配置為接收在所述層疊體的平面內方向上的溫度差，以便在所述導電膜的平面內方向上產生電動勢。
13.—種制造用于磁性元件的層疊體的方法，包括: 準備襯底，該襯底在其表面上包含不具有結晶結構的材料；以及 通過濕法工藝在所述襯底上形成磁性絕緣體膜， 其中，所述磁性絕緣體膜的形成包括向所述襯底之上施加含有磁性絕緣體材料的溶液，并且然后在大氣中將所述襯底退火，以使得所述襯底的表面作為氧的吸收膜，由此使得，所述磁性絕緣體膜具有結晶結構，并且在所述磁性絕緣體膜內的厚度方向上沒有結晶粒的晶粒邊界。
14.根據權利要求13所述的制造用于磁性元件的層疊體的方法，其中，所述退火包括:在少于8分鐘的時間段內將溫度增加到預定退火溫度。
15.根據權利要求13或14所述的制造用于磁性元件的層疊體的方法，其中，將在其表面上具有不平坦的結構的襯底準備為所述襯底。
16.一種制造用于磁性元件的層疊體的方法，包括:在通過根據權利要求13至15的任何一項中所述的制造方法制造出的用于磁性元件的層疊體的所述磁性絕緣體膜上，形成呈現自旋軌道相互作用的導電膜。
17.—種熱電轉換方法,包括: 使用根據權利要求11或12中所述的熱電轉換元件的一個表面作為高溫側，以及使用所述熱電轉換元件的另一個表面作為低溫側，以施加溫度差，其特征在于: 使用接近所述磁性絕 緣體膜的表面作為所述低溫側。
【文檔編號】H01L29/82GK103718257SQ201280035199
【公開日】2014年4月9日 申請日期:2012年7月10日 優先權日:2011年7月15日
【發明者】桐原明宏, 石田真彥, 真子隆志, 內田健一, 齊藤英治 申請人:日本電氣株式會社, 國立大學法人東北大學