磁致电阻效应元件及其制造方法
专利名称：磁致电阻效应元件及其制造方法
技术领域：
本发明涉及具有控制在纳米量级的精细形状的电子器件、具有控制在纳米量级的精细形状的磁致电阻效应元件；利用磁致电阻效应元件的磁头、记录/再现设备、存储元件和存储阵列；用于制造电子器件的方法；和用于制造磁致电阻效应元件的方法。
背景技术：
用于将材料的结构控制在纳米量级的纳米技术已经被评价为信息和通信等的基础技术，并且已经积极地进行研究和开发。近年来，已经提出具有控制在纳米量级的精细形状的磁器件和电子器件。
在磁器件领域中，由于利用GMR(巨磁致电阻效应)膜的常规磁致电阻效应元件(M.N.Baibich等人的“Phys.Rev.Lett.，Vol.61”(1988)p.2472)的MR比(磁致电阻变化)仅为大约10％，所以需要展现出较高MR比的磁致电阻效应元件。针对上述需求所提出的利用TMR(隧穿磁致电阻)元件的磁致电阻效应元件展现出大约50％的高MR比(T.Miyazaki等人的“J.Magn.Mater.，Vol.139”(1995)，pL231)。TMR元件的电阻与TMR元件宽度的平方成反比，所述TMR元件宽度与信息记录介质的轨道宽度成比例。由于记录密度越高且轨道宽度越窄，TMR元件的宽度变得越窄，所以TMR元件的电阻变得极高。因此，难以将该元件应用于精细结构的磁头。
而且，已经提出一种利用TMR膜的磁阻存储器(MRAM)。然而，利用TMR膜的磁阻存储器的MR比为50％，这不足以作为存储元件。
在这种情况下，有人试图制造一种磁致电阻效应元件，其中在电极之间形成具有控制在纳米量级的精细形状的连接部分并在该连接部分执行能够允许电子通过但不被散射的冲猾导(ballisticconduction)。在常规的光刻技术中，很难形成控制在纳米量级的精细形状。通过利用碳纳米管(下文中称之为CNT)，已经提出一种其中在电极之间形成控制在纳米量级的精细形状的连接部分的结构(“Nature Vol.401”(1999)，p572，下文中将其称之为非专利文献3)。在该文献中，公开了一种用于通过碳纳米管来电连接两个电极的磁致电阻效应元件。
在电子器件的领域中，通过利用被称为量子电导的现象来控制布线的横截面积，提出其中消除电导偏差(variation)的电子器件，在所述量子电导中，电导相对于精细布线的横截面积阶梯式变化。当电导相对于布线的横截面积连续变化时产生电导偏差。在Adv.Mater.Vol.12，2000，p890中提出具有这种由碳纳米管形成的精细布线的电子器件，下文中将该文献称之为非专利文献4。
此外，在利用Ni晶须(whisker)的纳米接触元件中，据报道MR比在室温下达到100,000％(参见Physical Review B67，2003，p60401，下文中将其称之为非专利文献5)。
然而，取决于手征(chirality)，碳纳米管的导电率不同，以至于难以控制形成的碳纳米管成为展现出金属性的特性的手扶椅类型或展现出半导体特性的之字形类型或者展现出绝缘体特性的手征性类型。
因此，在非专利文献3中所公开的磁致电阻效应元件的结构中，由于不能控制为连接两个电极而形成的碳纳米管的导电率，所以电特性不稳定。如果可以将碳纳米管形成为展现出金属导电性的手扶椅类型的形状，则碳纳米管与两电极之间的接触电阻变得极高，例如在电极为Ni电极的情况下为15至30MΩ。因此，该结构存在磁致电阻效应元件的MR比在极低的温度下才不过10％且在室温下不能获得高MR比的问题。
为了通过控制被控制在纳米量级的精细布线的横截面积来获得没有导电率偏差的电子器件，同样在具有非专利文献4的布线碳纳米管的结构中，也不能控制碳纳米管的导电率，如上所述。由于存在电子稳定性低的问题，所以不适合于实际应用。此外，电阻高至10kΩ。
在文献5中所公开的采用Ni晶须的纳米接触元件中，由镀金属形成的纳米接触部分具有不能受控的结构。因此，其不能实际应用。
发明内容
基于前面所述，本发明的目的是提供具有控制在纳米量级的精细形状的电子器件、磁致电阻效应晶体管；利用磁致电阻效应元件的磁头、记录/再现设备、存储元件和存储阵列；用于制造电子器件的方法；和用于制造磁致电阻效应元件的方法。
本发明的第一电子器件包括第一电极和第二电极；以及电连接到第一电极和第二电极的金属导体薄膜。金属导体薄膜包括金属导体部分，该金属导体部分横跨(bridge)从垂直于第一电极和第二电极的底表面的方向看到的第一电极与第二电极之间的间隙；金属导体部分的横跨长度L不超过在电子器件的操作温度下金属导体部分中的电子的平均自由程Λ。通过在衬底上以具有横跨长度L的间隙形成第一电极和第二电极；形成包括选自由纳米管和纳米布线组成的组的至少一个的支撑体并横跨从垂直于底表面的方向上所看到的第一电极与第二电极之间的间隙；和通过在支撑体上以及在第一和第二电极上淀积金属导体薄膜的方法形成金属导体部分，来制造电子器件。
在说明书中，术语“电子的平均自由程Λ”表示其中电子可以传播而不被散射的距离。术语“金属导体部分的横跨长度L”表示沿着中心轴从在其处横截面积沿着电子器件的中心轴迅速下降的点P1到在其处电子器件的横截面积迅速增加的点P2的长度。特别地，在实施例中将详细说明测量金属导体部分的横跨长度L的方法。
由于通过在衬底上以具有横跨长度L的间隙形成第一电极和第二电极，所述横跨长度L不超过在电子器件的操作温度下在金属导体部分中的电子的平均自由程Λ；形成包括选自由纳米管和纳米布线组成的组的至少一个并横跨从垂直于底表面的方向上所看到的第一电极与第二电极之间的间隙的支撑体；和通过在支撑体上、在第一电极和第二电极上淀积金属导体薄膜的方法形成金属导体部分，来制造根据本发明的第一电子器件，所以能够在支撑体上形成具有不超过电子的平均自由程Λ的横跨长度L的金属导体部分，所述支撑体包括选自由纳米管和纳米布线组成的组的至少一个。
在具有不超过电子的平均自由程Λ的横跨长度L的金属导体部分中，出现称为量子电导的现象，其中电导相对于横截面积阶梯式变化。
因为本发明的金属导体部分由金属形成，与非专利文献4中所描述的不能够控制导电率的碳纳米管不同，本发明的金属导体部分具有稳定的导电率。此外，与第一电极和第二电极的接触电阻变得极小。因此，电特性变得稳定。
因此，通过利用量子电导来控制金属导体部分的横截面积，能够获得在导电率相对于横截面积呈线性变化的情况下不产生导电率偏差的电子器件。
优选地，通过淀积金属导体薄膜并且然后除去支撑体的工艺来制造电子器件。通过除去不能够控制导电率的支撑体，电子器件的电特性更加稳定。
可以通过淀积金属导体薄膜并且然后除去衬底的工艺来制造电子器件。当CNT用于衬底时，由于CNT衬底展示出导体、半导体和绝缘体三种特性，所以通过除去由CNT构成的衬底，电子器件的电特性变得更加稳定。
优选地，第一电极和第二电极包括磁性物质。这是有利的，因为可以将电子器件用作磁致电阻效应元件和存储元件。
优选地，第一电极和第二电极包括选自由Fe、Co和Ni组成的组中的至少一种元素。这是有利的，因为可以获得具有优良磁特性的磁致电阻效应元件和存储元件。
优选地，金属导体薄膜包括磁性物质。因为将磁畴壁固定到金属导体部分，所以可以获得根据磁畴壁的存在与否来工作的磁致电阻效应元件。
优选地，金属导体薄膜包括选自由Fe、Co和Ni组成的组中的至少一种元素。可以将磁畴壁牢固地固定在金属导体部分上。
优选地，第一电极的横截面积S1、第二电极的横截面积S2和金属导体部分的横截面积S3满足下述关系S3＜S1且S3＜S2。将磁畴壁牢固地固定在金属导体部分上。
优选地，金属导体部分的横截面积S3不小于1nm2并不大于1.0×106nm2。当横截面积S3小于1nm2时，往往很难以高再现性形成被控制在纳米量级的金属导体部分。当横截面积S3大于1.0×106nm2时，往往很难实现量子电导。
优选地，支撑体包括碳纳米管。采用碳纳米管，可以容易控制支撑体的精细形状。此外，可以以所希望的方式精确地控制金属导体部分的形状。因为与包含有机物质的诸如蛋白质纳米布线等材料相比，碳纳米管具有高耐热性并且具有高的机械强度，所以容易制造。
优选地，形成支撑体的步骤包括将用于促进碳纳米管的形成反应的催化剂设置在第一电极和第二电极上；以及通过化学气相沉积(CVD)方法形成包括碳纳米管的支撑体。可以容易制造碳纳米管。
优选地，形成支撑体的步骤包括形成包括碳纳米管的支撑体，同时分别向第一电极和第二电极施加不同的电压。这是有利的，因为在第一电极与第二电极之间提供电场，由此使得能够容易地形成碳纳米管。
优选地，第一电极和第二电极包括磁性物质；而催化剂包括选自由Fe、Co和Ni组成的组中的至少一种元素。因为Fe、Co和Ni为磁性物质，所以如果在制造电子器件之后磁性物质保留在第一和第二电极中，则不会使电特性和磁特性恶化。
支撑体可以包括可自组织的(self-organizable)蛋白质纳米布线和硅纳米布线中的至少一个。通过控制蛋白质纳米布线的DNA，可以精确地控制支撑体的精细形状。此外，可以精确地将金属导体部分的精细形状控制成所希望的形状。
优选地，形成金属导体部分的步骤包括通过物理气相沉积(PVD)方法来淀积金属导体薄膜。采用物理气相沉积(PVD)方法，可以容易地形成金属导体部分。
优选地，电子器件的操作温度不小于4.2K且不大于523K。如果操作温度小于4.2K，用于冷却电子器件的系统趋于复杂，而且由于利用诸如液体He的昂贵冷却介质，成本往往大幅升高。如果操作温度大于523K，则可以在大于523K的操作温度下使用的外围设备(用在电子器件组合中的诸如半导体元件、磁性介质等外围设备)非常受限制。因此，必须使用耐气候性(耐热性等)优良的外围设备。当操作温度不小于4.2K且不大于523K时，通过利用量子电导控制金属导体部分的横截面积，同时利用本发明的优点，即，可以避免当导电率相对于金属导体部分的横截面积展现出连续值时产生的导电率偏差，可以确保其它外围设备的性能。因此，可以获得作为整体的设备的期望性能。
本发明的第二电子器件包括第一电极和第二电极；以及横跨第一电极与第二电极之间的间隙的金属导体。金属导体部分的横跨长度L不大于在电子器件的操作温度下电子在金属导体中的平均自由程Λ。通过在衬底上以具有横跨长度L的间隙形成第一电极和第二电极；形成包括选自由纳米管和纳米布线组成的组中的至少一个并且横跨第一电极与第二电极之间的间隙的支撑体；以及在支撑体上淀积金属导体，来制造该电子器件。
在本发明的第二电子器件中，在衬底上以具有横跨长度L的间隙形成第一电极和第二电极；形成包括选自由纳米管和纳米布线组成的组中的至少一个并且横跨第一电极与第二电极之间的间隙的支撑体；并且在支撑体上淀积金属导体。可以形成具有不超过电子平均自由程Λ的横跨长度L并且直接跨接支撑体上的第一电极与第二电极的金属导体，该支撑体包括选自由纳米管和纳米布线组成的组中的至少一个并且直接跨在第一电极与第二电极之间。
在本发明的第二电子器件中，与本发明的第一电子器件相似，在金属导体中，出现被称为量子电导的现象。该金属导体不同于在非专利文献4中所描述的碳纳米管并且具有稳定的导电率。此外，与第一电极和第二电极的接触电阻减小。因此，通过利用量子电导，通过控制金属导体部分的横截面积，可以获得没有导电率偏差的电子器件。
本发明的第三电子器件包括第一电极膜；形成在第一电极膜上的绝缘膜；形成在绝缘膜上的第二电极膜；以及穿透绝缘膜并将第一电极膜与第二电极膜电连接的金属导体。金属导体的长度L不超过在电子器件的操作温度下电子在金属导体中的平均自由程Λ。通过在衬底上形成第一电极膜；在第一电极膜上形成厚度为金属导体的长度L的绝缘膜；通过利用来自扫描隧道显微镜(STM)的探针的场发射电子束照射绝缘膜，提供具有到达第一电极薄膜的通孔的绝缘膜，该扫描隧道显微镜包括选自由纳米管和纳米布线组成的组中的至少一个；使用金属导体填充通孔内侧；并且在绝缘膜和金属导体上形成第二电极膜，来制造电子器件。
在本发明的第三电子器件中，通过在衬底上形成第一电极膜；在第一电极膜上形成厚度为金属导体的长度L的绝缘膜；通过利用来自扫描隧道显微镜(STM)的探针的场发射电子束照射绝缘膜，提供具有到达第一电极薄膜的通孔的绝缘膜，该扫描隧道显微镜包括选自由纳米管和纳米布线组成的组中的至少一个；使用金属导体填充通孔内侧；并且在绝缘膜和金属导体上形成第二电极膜，来制造电子器件。因此，在通过利用来自包括选自由纳米管和纳米布线组成的组中的至少一个的STM的探针的场发射电子束照射而形成的通孔中，可以制造具有不超过电子平均自由程Λ的长度L的金属导体。
因此，在具有控制在纳米量级的精细形状的金属导体中，发生被称之为量子电导的现象，其中导电率(电导)相对于横截面积阶梯式变化，并且发生被称之为冲猾导的现象，其中电子穿过金属导体而不出现散射。
因为本发明的金属导体由金属形成，与非专利文献4中所描述的不能够控制导电率的碳纳米管不同，其具有稳定的导电率。此外，与第一电极膜和第二电极膜的接触电阻大大地减小。因此，电特性变得稳定。
因此，通过利用量子电导控制金属导体的横截面积，可以获得能够避免当导电率相对于横截面积线性变化时所发生的导电率偏差的电子器件。此外，通过控制第一电极膜和第二电极膜的磁化方向，由于冲猾导，可以获得具有非常高的MR比的磁致电阻效应元件。
根据本发明的第四电子器件包括第一电极和第二电极；以及在第一电极与第二电极之间所形成的与第一电极和第二电极接触的绝缘膜。绝缘膜设置有从第一电极到达第二电极的沟槽；该沟槽填充有金属导体，其使得第一电极与第二电极接触；并且金属导体的长度L不超过在电子器件的操作温度下电子在金属导体中的平均自由程Λ。通过在衬底上形成以具有长度L的间隙设置的第一电极和第二电极来制造电子器件。绝缘膜在衬底上的第一电极与第二电极之间，使得第一电极与第二电极接触。通过利用来自包括选自由纳米管和纳米布线组成的组中的至少一个的扫描隧道显微镜(STM)的探针的场发射电子束照射绝缘膜；并使用金属导体填充沟槽，绝缘膜设置有从第一电极到达第二电极的沟槽。
通过在衬底上形成以具有长度L的间隙设置的第一电极和第二电极，来制造本发明的第四电子器件。绝缘膜在衬底上的第一电极与第二电极之间，使得第一电极与第二电极接触。通过利用来自包括选自由纳米管和纳米布线组成的组中的至少一个的扫描隧道显微镜STM的探针的场发射电子束照射绝缘膜；并使用金属导体填充沟槽，绝缘膜设置有从第一电极薄膜到达第二电极薄膜的沟槽。因此，在通过利用来自包括选自由纳米管和纳米布线组成的组中的至少一个的STM的探针的场发射束照射而形成的沟槽中，可以制造具有不超过电子平均自由程Λ的长度L的金属导体。
因此，在具有控制在纳米量级的精细形状的金属导体中，发生被称之为量子电导的现象，其中导电率(电导)相对于横截面积阶梯式变化，并且发生被称之为冲猾导的现象，其中电子穿过金属导体而不出现散射。
因为本发明的金属导体由金属形成，与非专利文献4中所描述的不能够控制导电率的碳纳米管不同，其具有稳定的导电率。此外，与第一电极膜和第二电极膜的接触电阻大大地减小。因此，电特性变得稳定。
因此，通过利用量子电导控制金属导体的横截面积，可以获得能够避免当导电率相对于横截面积线性变化时所发生的导电率偏差的电子器件。此外，通过控制第一电极膜和第二电极膜的磁化方向，由于冲猾导，可以获得具有非常高的MR比的磁致电阻效应元件。
优选地，第一电极和第二电极包括磁性物质；并且金属导体设置有凹面部分。当通过形成凹面部分来将电子器件用于磁致电阻效应元件时，可以将磁畴壁牢固地固定在金属导体的凹面部分的位置处。通过形成凹面部分，可以在金属导体部分中形成其中横截面积迅速下降的部分，并且可以将磁畴壁的位置固定在该位置上。当需要减小在电子器件操作期间所产生的噪声时，该结构有效。本发明人确定可以通过利用STM来形成该凹面部分。
根据本发明的磁致电阻效应元件包括包含磁性物质的第一电极和第二电极；以及电连接到第一电极和第二电极的金属导体薄膜。金属导体薄膜包括横跨从垂直于第一电极和第二电极的底表面的方向上所看到的第一电极与第二电极之间的间隙的金属导体部分。金属导体部分的横跨长度L不超过是在磁致电阻效应元件的操作温度下在金属导体部分中的电子自旋扩散的长度值和在磁致电阻效应元件的操作温度下金属导体部分中的电子的平均自由程Λ的值中的较大值的值。第一电极的横截面积S1、第二电极的横截面积S2和金属导体部分的横截面积S3满足下述关系式S3＜S1且S3＜S2。通过在衬底上以具有横跨长度L的间隙形成第一电极和第二电极；形成包括选自由纳米管和纳米布线组成的组中的至少一个并横跨从垂直于底表面的方向上所看到的第一电极与第二电极之间的间隙的支撑体；并且通过在支撑体上、在第一电极和第二电极上淀积金属导体薄膜的方法形成金属导体部分，来制造磁致电阻效应元件。
本发明中“电子自旋扩散长度”是其中电子在保持磁化状态(向上自旋状态或向下自旋状态)下可以传播的距离。
在根据本发明的磁致电阻效应元件中，通过在衬底上以具有横跨长度L的间隙形成第一电极和第二电极，该横跨长度L不超过是在磁致电阻效应元件的操作温度下在金属导体部分中的电子自旋扩散的长度值和在磁致电阻效应元件的操作温度下金属导体部分中的电子的平均自由程Λ的值中的较大值的值；形成包括选自由纳米管和纳米布线组成的组中的至少一个并横跨从垂直于底表面的方向上所看到的第一电极与第二电极之间的间隙的支撑体；并且通过在支撑体上、在第一电极和第二电极上淀积金属导体薄膜的方法形成金属导体部分，来制造磁致电阻效应元件。因此，可以在支撑体上制造具有值为在电子自旋扩散的长度值和电子的平均自由程Λ的值中的较大值的横跨长度L的金属导体部分，所述支撑体包括选自由纳米管和纳米布线组成的组中的至少一个。
在具有这种横跨长度L的金属导体部分中，发生被称为冲猾导的现象，其中电子穿过金属导体部分而没有出现散射。
因为本发明的金属导体部分由金属形成，与非专利文献3中所描述的不能够控制导电率的碳纳米管不同，其具有稳定的导电率。此外，在第一电极与第二电极之间的接触电阻变得极小。因此，电特性变得稳定。
因此，通过控制第一电极和第二电极的磁化方向，由于冲猾导，可以获得具有非常高的MR比的磁致电阻效应元件。
优选地，通过淀积金属导体薄膜并且然后除去支撑体来制造磁致电阻效应元件。通过除去不能够控制导电率的支撑体，电特性更加稳定。此外，可以减小第一电极与金属导体部分之间的接触电阻，并且还可以减小第二电极与金属导体部分之间的接触电阻。
可以通过在淀积金属导体薄膜之后除去衬底的步骤来制造磁致电阻效应元件。当CNT用于衬底时，CNT的衬底展现出导体、半导体和绝缘体三种特性，并且通过除去由CNT构成的衬底，磁致电阻效应元件的电特性变得更加稳定。
优选地，第一电极包括自由层，其中磁化容易相对于外部磁场旋转；第二电极包括固定层，其中磁化不容易相对于外部磁场旋转；并且自由层的磁化容易轴垂直于待探测的外部磁场的方向。采用该结构，可以提高从磁致电阻效应元件输出的信号的线性度。
关于自由层，“磁化容易相对于外部磁场旋转”，而关于固定层，“磁化不容易相对于外部磁场旋转”，分别表示自由层相对于施加到磁致电阻效应元件的外部磁场被磁化旋转而固定层不被磁化旋转。
优选地，固定层包括反铁磁性膜；并且在反铁磁性膜上形成磁性层并由反铁磁性膜固定，其中磁性膜电连接到金属导体部分。根据该结构，磁致电阻效应元件的特性(MR比)热稳定。
优选地，支撑体包括碳纳米管。采用碳纳米管，可以容易控制支撑体的精细形状。此外，可以将金属导体部分的精细形状精确地控制成所希望的形状。因为与例如作为包含有机材料的材料的蛋白质纳米布线相比，碳纳米管具有高耐热性和高机械强度，所以可以容易地制造。
优选地，形成支撑体的步骤包括将用于促进碳纳米管的形成反应的催化剂设置在第一电极和第二电极上；以及通过化学气相沉积(CVD)方法形成包括碳纳米管的支撑体。可以容易形成碳纳米管。
优选地，形成支撑体的步骤包括形成包括碳纳米管的支撑体，同时分别向第一电极和第二电极施加不同的电压。可以通过在第一电极与第二电极之间形成电场来容易地形成碳纳米管。
优选地，催化剂包括选自由Fe、Co和Ni组成的组中的至少一种元素。因为Fe、Co和Ni为磁性物质，所以即使在制造后磁性物质保留在第一和第二电极中，电特性和磁特性也不会恶化。
支撑体可以包括可自组织的蛋白质纳米布线和硅纳米布线中的至少一个。通过控制蛋白质纳米布线的DNA，可以精确地控制支撑体的精细形状。此外，可以精确地将金属导体部分的精细形状控制成所希望的形状。
优选地，形成金属导体部分的步骤包括通过物理气相沉积(PVD)方法来淀积金属导体薄膜。采用物理气相沉积(PVD)方法，可以容易地形成金属导体部分。
优选地，金属导体薄膜包括选自由Fe、Co和Ni组成的组中的至少一个。可以将磁畴壁牢固地固定到金属导体部分。
优选地，第一电极与第二电极包括选自由Fe、Co和Ni组成的组中的至少一种元素。可以获得具有优良磁特性的磁致电阻效应元件。
优选地，磁致电阻效应元件的操作温度不小于4.2K且不大于523K。如果操作温度小于4.2K，用于冷却电子器件的系统趋于复杂，而且由于利用诸如液体He的昂贵冷却介质，成本往往大幅升高。如果操作温度大于523K，则可以在大于523K的操作温度下使用的外围设备(用在电子器件组合中的诸如半导体元件、磁性介质等外围设备)非常受限制。因此，必须使用耐气候性(耐热性等)优良的外围设备。当操作温度不小于4.2K且不大于523K时，同时利用本发明的优点，即，可以容易和安全地获得MR比，可以确保其它外围设备的性能。因此，可以确保设备作为整体的期望性能。
根据本发明的磁头包括根据本发明的磁致电阻效应元件；第一引线，电连接到磁致电阻效应元件的第一电极；以及第二引线，电连接到磁致电阻效应元件的第二电极。
根据本发明的磁头设置有根据本发明的具有100％或更高的高MR比的磁致电阻效应元件。因此，可以获得非常高的灵敏度和非常高的输出。
根据本发明的记录/再现设备包括用于在磁介质中记录信息的记录头；以及用于再现记录在磁介质上的信息的再现头。再现头为本发明的磁头。
在本发明的记录/再现设备中，将本发明的具有100％或更高的高MR比的磁致电阻效应元件设置为再现头。因此，可以利用记录头执行高输出并且轻松且精确地再现以100Gb/inch2或更高的高记录密度记录在磁介质中的信息。
本发明的第一存储元件包括根据本发明的磁致电阻效应元件。磁致电阻效应元件的第一电极包括自由层，其中磁化容易相对于外部磁场旋转；而第二电极包括固定层，其中磁化不容易相对于外部磁场旋转。存储元件还包括产生外部磁场的字线，该外部磁场可以根据电流来将自由层和固定层的磁化方向变为平行或反平行；以及电流供给器，用于为字线提供电流。根据由字线产生的外部磁场，通过将磁化方向改变为相互平行或反平行，将信息写入磁致电阻效应元件中，并通过测量磁致电阻效应元件的电阻，来读取写入磁致电阻效应元件中的信息。
在本发明的第一存储元件中，通过根据由字线产生的外部磁场来使自由层的磁化方向反转，将信息写入磁致电阻效应元件中。通过测量磁致电阻效应元件的电阻，可以读取写入磁致电阻效应元件中的信息。因为磁致电阻效应元件为本发明的磁致电阻效应元件，所以与具有大约60％的MR比的常规磁致电阻效应元件相比，可以实现非常高的MR比。
本发明的第二存储元件包括根据本发明的磁致电阻效应元件、以及电流供给器，其用于提供从第一电极朝向第二电极流进金属导体部分的电流或者从第二电极朝向第一电极流进金属导体部分的电流。通过使流进磁致电阻效应元件的金属导体部分中的电流方向反转，以便将第一电极与第二电极的磁化方向改变为平行或反平行，来将信息写入磁致电阻效应元件；并通过测量根据第一电极与第二电极的磁化方向而不同的磁致电阻效应元件的电阻值，读出写入磁致电阻效应元件中的信息。
在本发明的第二存储元件中，通过使流进磁致电阻效应元件中的金属导体部分的电流方向反转并且通过将磁化方向改变为平行或反平行，将信息写入磁致电阻效应元件。通过测量根据第一电极与第二电极的磁化方向而不同的磁致电阻效应元件的电阻值，可以读出写入磁致效应元件中的信息。因为磁致电阻效应元件为本发明的磁致电阻效应元件，所以与具有大约60％的MR比的常规磁致电阻效应元件相比，可以实现非常高的MR比。因为第二存储元件不需要字线作为组成部分，如在本发明的第一存储元件中那样，可以使结构小而简单。因此，可以实现具有简单且尺寸小的结构的存储元件，在该结构中，单元面积小、用于安装存储器的间隔小并且记录密度高。
优选地，由电流供给器供给到磁致电阻效应元件的电流的电流密度为1.0×105A/cm2或更高。当供给到磁致电阻效应元件的电流的电流密度为1.0×105A/cm2或更高时，可以容易且安全地将信息写入磁致电阻效应元件中。当电流密度小于1.0×105A/cm2时，不能安全地写入信息。
本发明的存储阵列包括设置成矩阵的根据本发明的磁致电阻效应元件；用于独立地将信息写入磁致电阻效应元件和读取信息的布线；写单元，用于通过使流进磁致电阻效应元件的金属导体部分中的电流方向反转以便将第一电极与第二电极的磁化方向改变为平行或反平行，来经布线独立地将信息写入磁致电阻效应元件；以及读取单元，用于通过测量取决于第一电极和第二电极的磁化方向而不同的磁致电阻效应元件的电阻值，来独立地读取写入磁致电阻效应元件中的信息。
在本发明的存储阵列中，提供多个本发明的第二存储元件的磁致电阻效应元件。与本发明的第二存储元件相似，存储阵列不需要字线。因此，可以实现具有简单且尺寸小的结构的存储元件，在该结构中，单元面积小、用于安装存储器的间隔小且记录密度高。
本发明的用于制造电子器件的方法包括在衬底上形成第一电极和第二电极，其间具有间隙L；形成包括选自由纳米管和纳米布线组成的组中的至少一个并横跨从垂直于第一电极和第二电极的底表面的方向上所看到的第一电极与第二电极之间的间隙的支撑体；以及通过在支撑体上、在第一电极和第二电极上淀积金属导体薄膜的方法形成横跨从垂直于底表面的方向上所看到的第一电极和第二电极之间的间隙的金属导体部分。间隙L不超过在电子器件的操作温度下金属导体部分中的电子的平均自由程Λ。
因此，可以在支撑体上提供具有不超过电子平均自由程Λ的横跨长度L的金属导体部分，所述支撑体包括选自由纳米管和纳米布线组成的组中的至少一个。
在具有不超过电子平均自由程Λ的长度L的金属导体部分中，发生被称之为量子电导的现象，其中观察到相对于金属导体部分的横截面积的导电率(电导)的阶梯式变化。
因为本发明的金属导体部分由金属形成，所以与非专利文献4中所描述的不能够控制导电率的碳纳米管不同，其具有稳定的导电率。此外，大大减小第一电极和第二电极之间的接触电阻。因此，电特性变得稳定。
因此，通过利用量子电导来控制金属导体部分的横截面积，可以获得能够避免当导电率相对于横截面积线性变化时所产生的导电率偏差的电子器件。
用于制造本发明的磁致电阻效应元件的方法包括在衬底上形成包含磁性物质的第一电极和第二电极，其间具有间隙L；形成包括选自由纳米管和纳米布线组成的组中的至少一个并横跨从垂直于第一电极和第二电极的底表面的方向上所看到的第一电极与第二电极之间的间隙的支撑体；以及通过在支撑体上、在第一电极和第二电极上淀积金属导体薄膜的方法形成横跨从垂直于底表面的方向上所看到的第一电极和第二电极之间的间隙的金属导体部分。间隙L不超过是在磁致电阻效应元件的操作温度下在金属导体部分中的电子自旋扩散的长度值和在磁致电阻效应元件的操作温度下金属导体部分中的电子的平均自由程Λ的值中的较大值的值。第一电极的横截面积S1、第二电极的横截面积S2和金属导体部分的横截面积S3满足下述关系S3＜S1且S3＜S2。
因此，在支撑体上形成具有是电子自旋扩散的长度值和电子平均自由程Λ的值中的较大值的横跨长度L的金属导体部分，该支撑体包括选自由纳米管和纳米布线组成的组中的至少一个。
在具有这种横跨长度L的金属导体部分中，发生被称之为冲猾导的现象，其中电子穿过金属导体部分而没有出现散射。
因为本发明的金属导体部分由金属形成，所以与非专利文献3中所描述的不能够控制导电率的碳纳米管不同，其具有稳定的导电率。此外，与第一电极和第二电极的接触电阻变得极小。因此，电特性变得稳定。
因此，控制第一和第二电极的磁化方向，由于冲猾导，可以制造具有非常高的MR比的磁致电阻效应元件。
根据本发明，可以提供具有控制在纳米量级的精细形状的电子器件、磁致电阻效应元件；利用磁致电阻效应元件的磁头、记录/再现设备、存储元件和存储阵列；用于制造电子器件的方法；以及用于制造磁致电阻效应元件的方法。
附图简述
图1A是示出根据实施例1的电子器件的平面图；图1B是沿图1A的线1B-1B截取的横截面图；图1C是沿图1B的线1C-1C截取的横截面图；图1D是用以说明用于制造根据实施例1的电子器件的方法的横截面图；图1E是用以说明用于制造根据实施例1的电子器件的方法的横截面图；图2A是示出用来说明用于测量根据实施例1的金属导体部分的横跨长度L的方法的电子器件的横截面图；图2B是用以说明用于测量根据实施例1的横跨长度L的方法的正视图；图2C是用于测量根据实施例1的横跨长度L的曲线图；图2D是示出用来说明用于测量根据实施例1的金属导体部分的横跨长度L的方法的电子器件的横截面图；图2E是示出用来说明用于测量根据实施例1的横跨长度L的方法的另一电子器件的正视图；图2F是用于测量根据实施例1的横跨长度L的另一曲线图；图2G是用于测量根据实施例1的横跨长度L的又一曲线图；图2H是用于测量根据实施例1的横跨长度L的再一曲线图；图2I至2U是示出根据实施例1的电子器件的金属导体部分的各种横截面形状和中心轴的视图；图3A是示出根据实施例1的另一电子器件的平面图；图3B是沿图3A的线3B-3B截取的横截面图；图3C是沿图3B的线3C-3C截取的横截面图；图3D是示出根据实施例1的另一电子器件的平面图；图3E是示出根据实施例1的另一电子器件的正视图；图3F是沿图3E的线3F-3F截取的横截面图；图3G是示出根据实施例1的又一电子器件的平面图；图3H是示出根据实施例1的又一电子器件的正视图；图3I是沿图3H的线3I-3I截取的横截面图；图3J是示出根据实施例1的另一电子器件的平面图；图3K是沿图3J的线3K-3K截取的横截面图；图3L是沿图3K的线3L-3L截取的横截面图；
图4A是示出根据实施例2的磁致电阻效应元件的平面图；图4B是示出根据实施例2的磁致电阻效应元件的正视图；图4C是沿图4B的线4C-4C截取的横截面图；图4D是用以说明根据实施例2的磁致电阻效应元件的操作的平面图；图4E是用以说明根据实施例2的磁致电阻效应元件的操作的平面图；图5A是示出根据实施例3的磁头的平面图；图5B是示出根据实施例3的磁头的正视图；图6是示出根据实施例4的记录/再现设备的正视图；图7A是示出根据实施例5的第一存储元件的平面图；图7B是示出根据实施例5的第一存储元件的正视图；图7C是用以说明根据实施例5的第一存储元件的操作的平面图；图8A是示出根据实施例5的第二存储元件的平面图；图8B是用以说明根据实施例5的第二存储元件的操作的平面图；图9是示出根据实施例5的存储阵列的透视图；图10是示出根据实施例6的磁致电阻效应元件的透视图；图11是用以说明用于制造根据实施例6的磁致电阻效应元件的方法的透视图；图12A是用以说明根据实施例6的电子器件的透视图；图12B是用以说明用于制造根据实施例6的电子器件的方法的透视图；图13A是用以说明用于制造根据实施例6的另一电子器件的方法的平面图；图13B是用以说明用于制造根据实施例6的另一电子器件的方法的平面图；图13C是用以说明用于制造根据实施例6的另一电子器件的方法的平面图。
本发明的最佳执行方式实施例1图1A是示出根据实施例1的电子器件100的平面图；图1B是沿图1A的线1B-1B截取的横截面图；而图1C是沿图1B的线1C-1C说明的横截面图。
电子器件100具有形成在衬底8上的长方体形状的电极2和3。电极2和3具有彼此分别相对的相对表面5和6。用于电极2和3的材料期望为金属或合金。
电子器件100设置有包含用于跨接电极2的相对表面5与电极3的相对表面6的碳纳米管的圆柱支撑体4。碳纳米管可以是单层碳纳米管(SWCNT)或者可以是多层碳纳米管(MWCHT)。
电子器件100具有电连接到电极2和3的金属导体薄膜7。金属导体薄膜7包括金属导体部分1。当从垂直于电极2和3的底表面的方向看时，金属导体部分1沿着支撑体4横跨电极2与3之间的间隙。金属导体部分1的横跨长度L不大于在电子器件100的操作温度下电子在金属导体部分1中的平均自由程Λ。
电子在金属导体部分1中的平均自由程Λ的值取决于电子器件100的操作温度以及实际用于电子器件的金属导体部分1的材料而不同。当材料为纯Au、Ag和Cu时，电子的平均自由程Λ为100nm或更大。然而，当材料为纯Fe、Co、Ni等时，该值在大约10nm的数量级上。当金属导体部分1的材料包括杂质时，电子在金属导体部分1中的平均自由程Λ的值比针对纯材料的平均自由程值短。因此，根据金属导体部分1的化学组分，金属导体部分1的横跨长度L例如在1nm到1000nm的范围内。
优选地，电子器件100的操作温度不小于4.2K且不大于523K。此外，考虑到电子器件100的冷却剂可以为取代液体He的液体N2，以及可以减小制造成本和操作成本，操作温度优选为不小于77K且不大于523K。此外，当设备结合根据本实施例的电子器件100和其它电子器件(例如，半导体器件、磁介质等)时，如果需要考虑除本实施例的电子器件100之外的电子器件的操作温度，则操作温度可以为不小于273K且不大于523K。
将说明用于制造这样构造的电子器件100的方法。图1D和1E是用以说明用于制造电子器件100的方法的横截面图。首先，在衬底8上形成电极2和3，其间存在具有横跨长度L的间隙。然后，在电极2和3上设置用于促进碳纳米管形成反应的催化剂9。接着，例如，通过化学气相淀积方法来允许碳纳米管从各催化剂9开始生长，以便横跨在电极2与3之间，并且由此形成支撑体4。
之后，在支撑体4上并且在电极2和3上，例如通过气相淀积方法来淀积金属导体薄膜7，并且由此沿着支撑体4形成金属导体部分1，以便完成图1A至1C中示出的电子器件100。
当完成金属导体薄膜7的形成时，在催化剂9与金属导体薄膜7之间的结临界面以及在催化剂9与电极2和3之间的结临界面变得不清晰，并且由此催化剂9与金属导体薄膜7或电极2和3集成在一起。
因此，可以制造设置有金属导体部分1的电子器件100，该金属导体部分1具有不超过电子平均自由程Λ的横跨长度L。在该电子器件100中，金属导体部分1负责电极2和3之间的导电。该金属导体部分1由金属形成。因此，与不能控制导电率的非专利文献4的碳纳米管不同，金属导体部分1具有稳定的导电率。此外，因为包含金属导体部分1的金属导体薄膜7由金属形成，所以与非专利文献4的碳纳米管不同，在电极2与3之间的接触电阻变得非常小。因此，电特性稳定，并且可以解决在碳纳米管与电极之间产生的大接触电阻的问题。
下文中，将说明特定用于测量金属导体部分1的横跨长度L的方法。图2A是示出用来说明用于测量金属导体部分的横跨长度L的方法的电子器件100的横截面图；图2B是用以说明用于测量横跨长度L的方法的正视图；而图2C是用于测量横跨长度L的曲线图。如上所述，术语“金属导体部分的横跨长度L”表示沿着中心轴从在其处横截面积沿着电子器件的中心轴迅速下降的点P1到在其处电子器件的横截面积迅速增加的点P2的长度。
首先，制备在相同条件下制造的且具有相同形状和尺寸的相同标准的多个电子器件100。可以通过诸如利用TEM(透射电子显微镜)的摄影术的分析技术来确定多个电子器件100的金属导体部分1的形状和尺寸是否相同。
然后，通过利用多个电子器件100中的一个，采用STM(扫描隧道显微镜)或三维TEM来切割电子器件100，从而可以获得同时包含金属导体部分1和金属导体薄膜7的横截面。图2A示出通过该切割获得的横截面形状的一个例子。
然后，根据所获得的横截面，确定金属导体部分1的中心轴。根据金属导体部分1的横截面形状来确定中心轴X。在图2A所示的例子中，金属导体部分1的横截面形状为矩形，而中心轴X为连接矩形在电极2侧的边中点与在电极3侧的边中点的直线。
接着，通过利用多个电子器件100中的至少另一个，沿着中心轴X确定沿着垂直于中心轴X的横截面的电子器件100的横截面积S。例如，沿着垂直于中心轴X的横截面，采用例如STM来切割电子器件100。然后，通过诸如STM、三维TEM等的显微镜照相术，或通过图像数据等的分析技术来分析形状，得到由切割所获得的横截面的横截面积S。因此，横截面积S的数据沿着中心轴X被确定并且形成图2C所示的曲线图，在图2C中，中心轴X示为横轴，而横截面积S示为纵轴。
然后，在所形成的曲线图中，确定在其处横截面积S沿着中心轴X迅速下降的点P1和在其处横截面积S迅速增加的点P2。从点P1开始，电极2的横截面积不包含在横截面积S中，导致横截面积S在点P1处快速下降。从点P2开始，电极3的横截面积包含在横截面积S中，导致横截面积S在点P2处迅速增加。例如，从图2C所示的曲线图中看出，在点P1横截面积S下降不连续，并且在点P2横截面积S增加不连续。
然后，将在点P1与点P2之间沿着中心轴X的长度限定为金属导体部分1的横跨长度。
图2D是示出用来说明用于测量金属导体部分的横跨长度L的方法的另一电子器件100P的横截面图；图2E是其正视图，而图2F是用于测量横跨长度L的另一曲线图。如图2D所示，电子器件100P的电极2P和3P、金属导体薄膜7P和金属导体部分1P的轮廓包括与在图2A至2C中示出的例子不同的曲线。
与在图2A至2C中示出的例子类似，确定中心轴X，沿着中心轴X确定横截面积S，以及形成图2F所示的横截面积S的曲线图。然后，确定在其处横截面积S沿着中心轴X迅速下降的点P1和在其处横截面积S迅速增加的点P2。将在点P1与点P2之间沿着中心轴X的长度限定为金属导体部分1的横跨长度。金属导体部分1P和金属导体薄膜7P的横截面的轮廓包括曲线，然而，由于在其处横截面积S迅速下降的点P1和在其处横截面积S迅速增加的点P2出现在相似于在图2A至2C中示出的例子中的曲线图中，所以可以测量在点P1与点P2之间沿着中心轴X的横跨长度L。
这里值得注意的是，如图2G和2H所示，在所形成的曲线图中，根据金属导体部分的形状和电极的形状，清晰的不连续点没有出现并且横截面积S可能连续变化。在这种情况下，将与在其中横截面积S迅速下降的区域中的变形点D1相对应的点限定为点P1，而将与在其中横截面积S迅速增加的区域中的变形点D2相对应的点限定为点P2，并且然后测量金属导体部分1的横跨长度L。
图2I至2U是示出金属导体部分1的各种横截面形状和中心轴X的视图。金属导体部分1的横截面可以形成为如图2I至2U所示的各种形状。如上所述，根据金属导体部分的横截面形状来限定中心轴X。在图2I至2U中，纸的左侧示出电极2一侧，而纸的右侧示出电极3一侧。
金属导体部分具有包含两个底表面和形成在两个底表面之间的圆柱体侧表面的形状。则，本实例中的金属导体部分的横截面形状可以满足下述条件[a]至[g]中的任何一个。
也就是说，在上述金属导体部分的横截面形状中，示出金属导体部分的外围的线(在纵向上的两条线)为下述[a]至[g]中的任意一种。
具有固定宽度(较短方向上的长度)的直线；[b]宽度(较短方向上的长度)从电极2一侧到电极3一侧单调下降的直线或曲线；[c]宽度(较短方向上的长度)从电极3一侧到电极2一侧单调下降的直线或曲线；[d]上述[b]和[c]的结合；[e]上述[a]和[b]的结合；[f]上述[a]和[c]的结合；以及[g]上述[a]、[b]和[c]的结合。
图2I至2U示出横截面形状的例子，这些横截面形状仅示出满足上述条件[a]至[g]的金属部分1。图2I所示的金属导体部分1的横截面形状对应于参考图1A至1C所述的金属导体部分1的横截面形状并满足条件[a]。图2J所示的横截面形状对应于参考图2D至2E所述的金属导体部分1P的横截面形状并满足条件[d]。图2K所示的横截面形状满足条件[g]。图2L所示的横截面形状满足条件[d]。
图2M满足条件[f]。图2N和2O满足条件[c]。图2P和2Q满足条件[f]。图2R满足条件[c]。图2S和2T满足条件[d]。图2U满足条件[g]。
本实例中的金属导体部分的底表面的形状不受特别限制。而且，两个底表面(在电极2侧和电极3侧的表面)的形状和尺寸可以彼此相同或彼此不同。此外，形成在两个底表面之间的侧表面可以是平面或曲面或者是平面与曲面的结合。
此外，考虑到获得更可靠的稳定性能，本实施例中的圆柱金属导体部分具有同时满足全部下述条件[h]至[l]的形状。
两个底表面具有相同的形状；[i]两个底表面具有相同的面积；[j]两个底表面彼此平行；[k]金属导体部分的中心轴为直线；以及[l]两个底表面相对于与上述[k]的中心轴垂直且包括中心轴的中点的平面彼此对称。
具有同时满足条件[h]至[l]的形状的圆柱金属导体部分的例子可以包括具有图2I和2L所示的横截面形状的金属导体部分。
金属导体部分1的中心轴X通常为一条直线。然而，通过结合两条直线，来限定具有图2P所示的横截面形状的金属导体部分1的中心轴X；而通过结合直线和曲线，来限定具有图2R所示的横截面形状的金属导体部分1的中心轴X。通过曲面来限定具有图2O、2S和2T所示的横截面形状的金属导体部分1的中心轴X。
此外，可以通过诸如STM的处理技术来形成凹面部分和凸面部分中的至少一个。然而，在这种情况下，优选地，在形成凹面部分和凸面部分之前的金属导体部分的横截面形状(或假设没有形成凹面部分和凸面部分的金属导体部分)具有上述形状[a]至[g]中的任何一种。
只要可以形成上述金属导体部分1，支撑体4的形状就不受特别限制。
在本实施例的电子器件100中，负责导电的金属导体部分1的横跨长度L不大于在电子器件的操作温度下电子在金属导体部分1中的平均自由程Λ。因此，发生被称为冲猾导的现象，其能够允许电子穿过金属导体部分1而不被散射，并且发生被称之为量子电导的现象，其中导电率(电导)相对于金属导体部分1的横截面积阶梯式变化。在本实施例的电子器件中，金属导体部分的尺寸处在纳米的数量级上，因为金属导体部分形成在碳纳米管上，并且在相对较高的温度下也可以观察到冲猾导和量子电导。
当利用金属导体部分1中的量子电导时，通过控制金属部分1的横截面积，在大规模生产中，电子器件没有在导电率相对于金属导体部分1的横截面积连续变化时所产生的导电率偏差。
在图1A中，在金属导体部分1的附近设置栅极部分，并且由磁性膜形成的电极2和3用作源极和漏极。由此，可以获得自旋晶体管。此外，如果金属导体部分1和支撑体4与电极2和3分离，则可以获得利用库仑阻绝(coulomb brocade)现象的单电子晶体管。
在图1A至1C所示的电子器件100中，如果至少电极2和3是由磁性物质构成的，则通过利用金属导体部分1中的冲猾导，可以获得具有高MR比的自旋电子器件(磁致电阻效应元件)，在该器件中，磁致电阻在电极2和3的磁化方向上变化。在这种情况下，金属导体部分1的横跨长度L为不大于在磁致电阻效应元件的操作温度下金属导体部分中的电子自旋扩散的长度值和在磁致电阻效应元件的操作温度下金属导体部分中的电子的平均自由程Λ的值中的较大值的值。
在通常的材料中，电子自旋扩散的长度值大于电子平均自由程Λ。例如，在Co的情况下，电子自旋扩散的长度为大约50nm而电子平均自由程Λ为5nm。因此，通常可以将金属导体部分1的横跨长度L设置成不大于电子自旋扩散的长度。然而，存在诸如Ni的材料，其电子平均自由程Λ大于电子自旋扩散的长度。当金属导体部分1由这种材料形成时，可以将横跨长度L设置为不大于电子平均自由程Λ。这里值得注意的是，当电子自旋扩散的长度和电子平均自由程Λ彼此相等时，可以将横跨长度L设置为不大于该相等值。
当金属导体部分1和支撑体4与电极2和3相分离时，根据所分离的金属导体部分1和电极2与3的自旋条件，不仅能利用自旋阻绝现象还能利用上述库仑阻绝现象来实现自旋电子器件。
当电极2和3由磁性物质构成时，希望催化剂9使用包含选自由Fe、Co和Ni组成的组中的至少一种原子的金属/合金颗粒或膜。认为这些催化剂促进其中当通过CVD方法等形成碳纳米管时通过分解CH4等所产生的碳(C)生长为碳纳米管的反应。
在以上述方法形成电子器件之后，可以除去由碳纳米管制成的支撑体。可以通过氧气灰化(oxygen asher)来选择性地除去支撑体4。此外，可以通过采用激光照射支撑体4来除去支撑体4。然而，考虑到强度，可以保留支撑体4。此外，在以上述方法形成电子器件之后，可以除去衬底8。特别地，当CNT用于衬底8时，因为CNT的衬底8展现出导体、半导体和绝缘体三种特性，所以通过除去由CNT形成的衬底8，电子器件的电特性变得更加稳定。
图3A是示出根据实施例1的另一电子器件100A的平面图；图3B是沿图3A的线3B-3B截取的横截面图；而图3C是沿图3B的线3C-3C截取的横截面图。使用相同的参考标记表示参考图1A至1E所述的相同部件，并可以省略重复说明。
在两个电极的表面上形成支撑体。在电极2的表面上和电极3的表面上形成电子器件100A的支撑体4A。当从垂直于电极2和3的底表面的方向上看时，支撑体4A横跨电极2与3之间的间隙。在电极2和3上形成电子器件100A的金属导体薄膜7A。当从垂直于电极2和3的底表面的方向上看时，金属导体部分7A包括沿着支撑体4A横跨电极2和之间的间隙的金属导体部分1A。金属导体部分1A的横跨长度L不大于在电子器件100A的操作温度下电子在金属导体部分1A中的平均自由程Λ。这样构造的电子器件100A具有与上述电子器件100相同的效果。
图3D是示出根据实施例1的另一电子器件100B的平面图；图3E是沿图3D的线3E-3E截取的横截面图；而图3F是沿图3E的线3F-3F截取的横截面图。使用相同的参考标记表示参考图1A至1E所述的相同部件，并可以省略重复说明。
电极可以具有三棱柱形状。电子器件100B设置有三棱柱电极2B和3B。分别在位置处形成电极2B和3B以便当从垂直于底表面的方向上看时，其表面的顶点彼此相对。电子器件100B的支撑体4B横跨三棱柱形电极2B和3B之间的间隙。电子器件100B的金属导体薄膜7B包括横跨从垂直于底表面的方向上看沿着支撑体4B在电极2B和3B之间的间隙的金属导体部分1B。金属导体部分1B的横跨长度不大于电子在金属导体部分1B中的平均自由程Λ。这样构造的电子器件100B也具有与上述电子器件100相同的效果。
图3G是示出根据实施例1的又一电子器件100C的平面图；图3H是沿图3G的线3H-3H截取的横截面图；而图3I是沿图3H的线3I-3I截取的横截面图。电极可以具有圆柱体形状。电子器件100C具有圆柱体形电极2C和3C。电子器件100C的支撑体4C横跨电极2C和3C之间的间隙。电子器件100C具有包含金属导体部分1C的金属导体薄膜7C。金属导体部分1C的横跨长度L不大于电子在金属导体部分1C中的平均自由程Λ。这样构造的电子器件100C也具有与上述电子器件100相同的效果。
图3J是示出根据实施例1的另一电子器件100D的平面图；图3K是沿图3J的线3K-3K截取的横截面图；而图3L是沿图3K的线3L-3L截取的横截面图。可以形成用于直接跨接两电极的相对表面的金属导体。电子器件100D包括由横跨在电极2的相对表面5与电极3的相对表面6之间的碳纳米管制成的圆柱体支撑体4；以及金属导体1D，其沿着支撑体4直接横跨在电极2的相对表面5与电极3的相对表面6之间。在电极2和3的表面上，与金属导体1D分离地形成金属导体薄膜7D。金属导体1D的横跨长度L不大于电子在金属导体部分1D中的平均自由程Λ。这样构造的电子器件100D也具有与上述电子器件100相同的效果。
实施例2图4A是示出根据实施例2的磁致电阻效应元件200的平面图；图4B是其正视图；而图4C是沿图4B的线4C-4C截取的横截面图。使用相同的参考标记表示与实施例1所述的那些部件相同的部件，并可以省略重复说明。
磁致电阻效应元件200包括由磁性物质制成的电极2E和3E。电极2E和3E分别具有彼此相对的相对表面5E和6E。电极2E和3E分别包括具有宽度D朝向相对表面5E和6E减小到宽度d的弯曲部分。
磁致电阻效应元件200设置有由跨接电极2E的相对表面5E与电极3E的相对表面6E的碳纳米管制成的圆柱体支撑体4E。
磁致电阻效应元件200具有电连接到电极2E和3E的金属导体薄膜7E。优选地，金属导体薄膜7E包括磁性物质。金属导体薄膜7E包括金属导体部分1E。金属导体部分1E横跨从垂直于电极2E和3E的底表面的方向上看到的在电极2E与3E之间沿着支撑体4E的间隙。金属导体部分1E的横跨长度L不大于是
技术领域：
本发明涉及具有控制在纳米量级的精细形状的电子器件、具有控制在纳米量级的精细形状的磁致电阻效应元件；利用磁致电阻效应元件的磁头、记录/再现设备、存储元件和存储阵列；用于制造电子器件的方法；和用于制造磁致电阻效应元件的方法。
背景技术：
用于将材料的结构控制在纳米量级的纳米技术已经被评价为信息和通信等的基础技术，并且已经积极地进行研究和开发。近年来，已经提出具有控制在纳米量级的精细形状的磁器件和电子器件。
在磁器件领域中，由于利用GMR(巨磁致电阻效应)膜的常规磁致电阻效应元件(M.N.Baibich等人的“Phys.Rev.Lett.，Vol.61”(1988)p.2472)的MR比(磁致电阻变化)仅为大约10％，所以需要展现出较高MR比的磁致电阻效应元件。针对上述需求所提出的利用TMR(隧穿磁致电阻)元件的磁致电阻效应元件展现出大约50％的高MR比(T.Miyazaki等人的“J.Magn.Mater.，Vol.139”(1995)，pL231)。TMR元件的电阻与TMR元件宽度的平方成反比，所述TMR元件宽度与信息记录介质的轨道宽度成比例。由于记录密度越高且轨道宽度越窄，TMR元件的宽度变得越窄，所以TMR元件的电阻变得极高。因此，难以将该元件应用于精细结构的磁头。
而且，已经提出一种利用TMR膜的磁阻存储器(MRAM)。然而，利用TMR膜的磁阻存储器的MR比为50％，这不足以作为存储元件。
在这种情况下，有人试图制造一种磁致电阻效应元件，其中在电极之间形成具有控制在纳米量级的精细形状的连接部分并在该连接部分执行能够允许电子通过但不被散射的冲猾导(ballisticconduction)。在常规的光刻技术中，很难形成控制在纳米量级的精细形状。通过利用碳纳米管(下文中称之为CNT)，已经提出一种其中在电极之间形成控制在纳米量级的精细形状的连接部分的结构(“Nature Vol.401”(1999)，p572，下文中将其称之为非专利文献3)。在该文献中，公开了一种用于通过碳纳米管来电连接两个电极的磁致电阻效应元件。
在电子器件的领域中，通过利用被称为量子电导的现象来控制布线的横截面积，提出其中消除电导偏差(variation)的电子器件，在所述量子电导中，电导相对于精细布线的横截面积阶梯式变化。当电导相对于布线的横截面积连续变化时产生电导偏差。在Adv.Mater.Vol.12，2000，p890中提出具有这种由碳纳米管形成的精细布线的电子器件，下文中将该文献称之为非专利文献4。
此外，在利用Ni晶须(whisker)的纳米接触元件中，据报道MR比在室温下达到100,000％(参见Physical Review B67，2003，p60401，下文中将其称之为非专利文献5)。
然而，取决于手征(chirality)，碳纳米管的导电率不同，以至于难以控制形成的碳纳米管成为展现出金属性的特性的手扶椅类型或展现出半导体特性的之字形类型或者展现出绝缘体特性的手征性类型。
因此，在非专利文献3中所公开的磁致电阻效应元件的结构中，由于不能控制为连接两个电极而形成的碳纳米管的导电率，所以电特性不稳定。如果可以将碳纳米管形成为展现出金属导电性的手扶椅类型的形状，则碳纳米管与两电极之间的接触电阻变得极高，例如在电极为Ni电极的情况下为15至30MΩ。因此，该结构存在磁致电阻效应元件的MR比在极低的温度下才不过10％且在室温下不能获得高MR比的问题。
为了通过控制被控制在纳米量级的精细布线的横截面积来获得没有导电率偏差的电子器件，同样在具有非专利文献4的布线碳纳米管的结构中，也不能控制碳纳米管的导电率，如上所述。由于存在电子稳定性低的问题，所以不适合于实际应用。此外，电阻高至10kΩ。
在文献5中所公开的采用Ni晶须的纳米接触元件中，由镀金属形成的纳米接触部分具有不能受控的结构。因此，其不能实际应用。
发明内容
基于前面所述，本发明的目的是提供具有控制在纳米量级的精细形状的电子器件、磁致电阻效应晶体管；利用磁致电阻效应元件的磁头、记录/再现设备、存储元件和存储阵列；用于制造电子器件的方法；和用于制造磁致电阻效应元件的方法。
本发明的第一电子器件包括第一电极和第二电极；以及电连接到第一电极和第二电极的金属导体薄膜。金属导体薄膜包括金属导体部分，该金属导体部分横跨(bridge)从垂直于第一电极和第二电极的底表面的方向看到的第一电极与第二电极之间的间隙；金属导体部分的横跨长度L不超过在电子器件的操作温度下金属导体部分中的电子的平均自由程Λ。通过在衬底上以具有横跨长度L的间隙形成第一电极和第二电极；形成包括选自由纳米管和纳米布线组成的组的至少一个的支撑体并横跨从垂直于底表面的方向上所看到的第一电极与第二电极之间的间隙；和通过在支撑体上以及在第一和第二电极上淀积金属导体薄膜的方法形成金属导体部分，来制造电子器件。
在说明书中，术语“电子的平均自由程Λ”表示其中电子可以传播而不被散射的距离。术语“金属导体部分的横跨长度L”表示沿着中心轴从在其处横截面积沿着电子器件的中心轴迅速下降的点P1到在其处电子器件的横截面积迅速增加的点P2的长度。特别地，在实施例中将详细说明测量金属导体部分的横跨长度L的方法。
由于通过在衬底上以具有横跨长度L的间隙形成第一电极和第二电极，所述横跨长度L不超过在电子器件的操作温度下在金属导体部分中的电子的平均自由程Λ；形成包括选自由纳米管和纳米布线组成的组的至少一个并横跨从垂直于底表面的方向上所看到的第一电极与第二电极之间的间隙的支撑体；和通过在支撑体上、在第一电极和第二电极上淀积金属导体薄膜的方法形成金属导体部分，来制造根据本发明的第一电子器件，所以能够在支撑体上形成具有不超过电子的平均自由程Λ的横跨长度L的金属导体部分，所述支撑体包括选自由纳米管和纳米布线组成的组的至少一个。
在具有不超过电子的平均自由程Λ的横跨长度L的金属导体部分中，出现称为量子电导的现象，其中电导相对于横截面积阶梯式变化。
因为本发明的金属导体部分由金属形成，与非专利文献4中所描述的不能够控制导电率的碳纳米管不同，本发明的金属导体部分具有稳定的导电率。此外，与第一电极和第二电极的接触电阻变得极小。因此，电特性变得稳定。
因此，通过利用量子电导来控制金属导体部分的横截面积，能够获得在导电率相对于横截面积呈线性变化的情况下不产生导电率偏差的电子器件。
优选地，通过淀积金属导体薄膜并且然后除去支撑体的工艺来制造电子器件。通过除去不能够控制导电率的支撑体，电子器件的电特性更加稳定。
可以通过淀积金属导体薄膜并且然后除去衬底的工艺来制造电子器件。当CNT用于衬底时，由于CNT衬底展示出导体、半导体和绝缘体三种特性，所以通过除去由CNT构成的衬底，电子器件的电特性变得更加稳定。
优选地，第一电极和第二电极包括磁性物质。这是有利的，因为可以将电子器件用作磁致电阻效应元件和存储元件。
优选地，第一电极和第二电极包括选自由Fe、Co和Ni组成的组中的至少一种元素。这是有利的，因为可以获得具有优良磁特性的磁致电阻效应元件和存储元件。
优选地，金属导体薄膜包括磁性物质。因为将磁畴壁固定到金属导体部分，所以可以获得根据磁畴壁的存在与否来工作的磁致电阻效应元件。
优选地，金属导体薄膜包括选自由Fe、Co和Ni组成的组中的至少一种元素。可以将磁畴壁牢固地固定在金属导体部分上。
优选地，第一电极的横截面积S1、第二电极的横截面积S2和金属导体部分的横截面积S3满足下述关系S3＜S1且S3＜S2。将磁畴壁牢固地固定在金属导体部分上。
优选地，金属导体部分的横截面积S3不小于1nm2并不大于1.0×106nm2。当横截面积S3小于1nm2时，往往很难以高再现性形成被控制在纳米量级的金属导体部分。当横截面积S3大于1.0×106nm2时，往往很难实现量子电导。
优选地，支撑体包括碳纳米管。采用碳纳米管，可以容易控制支撑体的精细形状。此外，可以以所希望的方式精确地控制金属导体部分的形状。因为与包含有机物质的诸如蛋白质纳米布线等材料相比，碳纳米管具有高耐热性并且具有高的机械强度，所以容易制造。
优选地，形成支撑体的步骤包括将用于促进碳纳米管的形成反应的催化剂设置在第一电极和第二电极上；以及通过化学气相沉积(CVD)方法形成包括碳纳米管的支撑体。可以容易制造碳纳米管。
优选地，形成支撑体的步骤包括形成包括碳纳米管的支撑体，同时分别向第一电极和第二电极施加不同的电压。这是有利的，因为在第一电极与第二电极之间提供电场，由此使得能够容易地形成碳纳米管。
优选地，第一电极和第二电极包括磁性物质；而催化剂包括选自由Fe、Co和Ni组成的组中的至少一种元素。因为Fe、Co和Ni为磁性物质，所以如果在制造电子器件之后磁性物质保留在第一和第二电极中，则不会使电特性和磁特性恶化。
支撑体可以包括可自组织的(self-organizable)蛋白质纳米布线和硅纳米布线中的至少一个。通过控制蛋白质纳米布线的DNA，可以精确地控制支撑体的精细形状。此外，可以精确地将金属导体部分的精细形状控制成所希望的形状。
优选地，形成金属导体部分的步骤包括通过物理气相沉积(PVD)方法来淀积金属导体薄膜。采用物理气相沉积(PVD)方法，可以容易地形成金属导体部分。
优选地，电子器件的操作温度不小于4.2K且不大于523K。如果操作温度小于4.2K，用于冷却电子器件的系统趋于复杂，而且由于利用诸如液体He的昂贵冷却介质，成本往往大幅升高。如果操作温度大于523K，则可以在大于523K的操作温度下使用的外围设备(用在电子器件组合中的诸如半导体元件、磁性介质等外围设备)非常受限制。因此，必须使用耐气候性(耐热性等)优良的外围设备。当操作温度不小于4.2K且不大于523K时，通过利用量子电导控制金属导体部分的横截面积，同时利用本发明的优点，即，可以避免当导电率相对于金属导体部分的横截面积展现出连续值时产生的导电率偏差，可以确保其它外围设备的性能。因此，可以获得作为整体的设备的期望性能。
本发明的第二电子器件包括第一电极和第二电极；以及横跨第一电极与第二电极之间的间隙的金属导体。金属导体部分的横跨长度L不大于在电子器件的操作温度下电子在金属导体中的平均自由程Λ。通过在衬底上以具有横跨长度L的间隙形成第一电极和第二电极；形成包括选自由纳米管和纳米布线组成的组中的至少一个并且横跨第一电极与第二电极之间的间隙的支撑体；以及在支撑体上淀积金属导体，来制造该电子器件。
在本发明的第二电子器件中，在衬底上以具有横跨长度L的间隙形成第一电极和第二电极；形成包括选自由纳米管和纳米布线组成的组中的至少一个并且横跨第一电极与第二电极之间的间隙的支撑体；并且在支撑体上淀积金属导体。可以形成具有不超过电子平均自由程Λ的横跨长度L并且直接跨接支撑体上的第一电极与第二电极的金属导体，该支撑体包括选自由纳米管和纳米布线组成的组中的至少一个并且直接跨在第一电极与第二电极之间。
在本发明的第二电子器件中，与本发明的第一电子器件相似，在金属导体中，出现被称为量子电导的现象。该金属导体不同于在非专利文献4中所描述的碳纳米管并且具有稳定的导电率。此外，与第一电极和第二电极的接触电阻减小。因此，通过利用量子电导，通过控制金属导体部分的横截面积，可以获得没有导电率偏差的电子器件。
本发明的第三电子器件包括第一电极膜；形成在第一电极膜上的绝缘膜；形成在绝缘膜上的第二电极膜；以及穿透绝缘膜并将第一电极膜与第二电极膜电连接的金属导体。金属导体的长度L不超过在电子器件的操作温度下电子在金属导体中的平均自由程Λ。通过在衬底上形成第一电极膜；在第一电极膜上形成厚度为金属导体的长度L的绝缘膜；通过利用来自扫描隧道显微镜(STM)的探针的场发射电子束照射绝缘膜，提供具有到达第一电极薄膜的通孔的绝缘膜，该扫描隧道显微镜包括选自由纳米管和纳米布线组成的组中的至少一个；使用金属导体填充通孔内侧；并且在绝缘膜和金属导体上形成第二电极膜，来制造电子器件。
在本发明的第三电子器件中，通过在衬底上形成第一电极膜；在第一电极膜上形成厚度为金属导体的长度L的绝缘膜；通过利用来自扫描隧道显微镜(STM)的探针的场发射电子束照射绝缘膜，提供具有到达第一电极薄膜的通孔的绝缘膜，该扫描隧道显微镜包括选自由纳米管和纳米布线组成的组中的至少一个；使用金属导体填充通孔内侧；并且在绝缘膜和金属导体上形成第二电极膜，来制造电子器件。因此，在通过利用来自包括选自由纳米管和纳米布线组成的组中的至少一个的STM的探针的场发射电子束照射而形成的通孔中，可以制造具有不超过电子平均自由程Λ的长度L的金属导体。
因此，在具有控制在纳米量级的精细形状的金属导体中，发生被称之为量子电导的现象，其中导电率(电导)相对于横截面积阶梯式变化，并且发生被称之为冲猾导的现象，其中电子穿过金属导体而不出现散射。
因为本发明的金属导体由金属形成，与非专利文献4中所描述的不能够控制导电率的碳纳米管不同，其具有稳定的导电率。此外，与第一电极膜和第二电极膜的接触电阻大大地减小。因此，电特性变得稳定。
因此，通过利用量子电导控制金属导体的横截面积，可以获得能够避免当导电率相对于横截面积线性变化时所发生的导电率偏差的电子器件。此外，通过控制第一电极膜和第二电极膜的磁化方向，由于冲猾导，可以获得具有非常高的MR比的磁致电阻效应元件。
根据本发明的第四电子器件包括第一电极和第二电极；以及在第一电极与第二电极之间所形成的与第一电极和第二电极接触的绝缘膜。绝缘膜设置有从第一电极到达第二电极的沟槽；该沟槽填充有金属导体，其使得第一电极与第二电极接触；并且金属导体的长度L不超过在电子器件的操作温度下电子在金属导体中的平均自由程Λ。通过在衬底上形成以具有长度L的间隙设置的第一电极和第二电极来制造电子器件。绝缘膜在衬底上的第一电极与第二电极之间，使得第一电极与第二电极接触。通过利用来自包括选自由纳米管和纳米布线组成的组中的至少一个的扫描隧道显微镜(STM)的探针的场发射电子束照射绝缘膜；并使用金属导体填充沟槽，绝缘膜设置有从第一电极到达第二电极的沟槽。
通过在衬底上形成以具有长度L的间隙设置的第一电极和第二电极，来制造本发明的第四电子器件。绝缘膜在衬底上的第一电极与第二电极之间，使得第一电极与第二电极接触。通过利用来自包括选自由纳米管和纳米布线组成的组中的至少一个的扫描隧道显微镜STM的探针的场发射电子束照射绝缘膜；并使用金属导体填充沟槽，绝缘膜设置有从第一电极薄膜到达第二电极薄膜的沟槽。因此，在通过利用来自包括选自由纳米管和纳米布线组成的组中的至少一个的STM的探针的场发射束照射而形成的沟槽中，可以制造具有不超过电子平均自由程Λ的长度L的金属导体。
因此，在具有控制在纳米量级的精细形状的金属导体中，发生被称之为量子电导的现象，其中导电率(电导)相对于横截面积阶梯式变化，并且发生被称之为冲猾导的现象，其中电子穿过金属导体而不出现散射。
因为本发明的金属导体由金属形成，与非专利文献4中所描述的不能够控制导电率的碳纳米管不同，其具有稳定的导电率。此外，与第一电极膜和第二电极膜的接触电阻大大地减小。因此，电特性变得稳定。
因此，通过利用量子电导控制金属导体的横截面积，可以获得能够避免当导电率相对于横截面积线性变化时所发生的导电率偏差的电子器件。此外，通过控制第一电极膜和第二电极膜的磁化方向，由于冲猾导，可以获得具有非常高的MR比的磁致电阻效应元件。
优选地，第一电极和第二电极包括磁性物质；并且金属导体设置有凹面部分。当通过形成凹面部分来将电子器件用于磁致电阻效应元件时，可以将磁畴壁牢固地固定在金属导体的凹面部分的位置处。通过形成凹面部分，可以在金属导体部分中形成其中横截面积迅速下降的部分，并且可以将磁畴壁的位置固定在该位置上。当需要减小在电子器件操作期间所产生的噪声时，该结构有效。本发明人确定可以通过利用STM来形成该凹面部分。
根据本发明的磁致电阻效应元件包括包含磁性物质的第一电极和第二电极；以及电连接到第一电极和第二电极的金属导体薄膜。金属导体薄膜包括横跨从垂直于第一电极和第二电极的底表面的方向上所看到的第一电极与第二电极之间的间隙的金属导体部分。金属导体部分的横跨长度L不超过是在磁致电阻效应元件的操作温度下在金属导体部分中的电子自旋扩散的长度值和在磁致电阻效应元件的操作温度下金属导体部分中的电子的平均自由程Λ的值中的较大值的值。第一电极的横截面积S1、第二电极的横截面积S2和金属导体部分的横截面积S3满足下述关系式S3＜S1且S3＜S2。通过在衬底上以具有横跨长度L的间隙形成第一电极和第二电极；形成包括选自由纳米管和纳米布线组成的组中的至少一个并横跨从垂直于底表面的方向上所看到的第一电极与第二电极之间的间隙的支撑体；并且通过在支撑体上、在第一电极和第二电极上淀积金属导体薄膜的方法形成金属导体部分，来制造磁致电阻效应元件。
本发明中“电子自旋扩散长度”是其中电子在保持磁化状态(向上自旋状态或向下自旋状态)下可以传播的距离。
在根据本发明的磁致电阻效应元件中，通过在衬底上以具有横跨长度L的间隙形成第一电极和第二电极，该横跨长度L不超过是在磁致电阻效应元件的操作温度下在金属导体部分中的电子自旋扩散的长度值和在磁致电阻效应元件的操作温度下金属导体部分中的电子的平均自由程Λ的值中的较大值的值；形成包括选自由纳米管和纳米布线组成的组中的至少一个并横跨从垂直于底表面的方向上所看到的第一电极与第二电极之间的间隙的支撑体；并且通过在支撑体上、在第一电极和第二电极上淀积金属导体薄膜的方法形成金属导体部分，来制造磁致电阻效应元件。因此，可以在支撑体上制造具有值为在电子自旋扩散的长度值和电子的平均自由程Λ的值中的较大值的横跨长度L的金属导体部分，所述支撑体包括选自由纳米管和纳米布线组成的组中的至少一个。
在具有这种横跨长度L的金属导体部分中，发生被称为冲猾导的现象，其中电子穿过金属导体部分而没有出现散射。
因为本发明的金属导体部分由金属形成，与非专利文献3中所描述的不能够控制导电率的碳纳米管不同，其具有稳定的导电率。此外，在第一电极与第二电极之间的接触电阻变得极小。因此，电特性变得稳定。
因此，通过控制第一电极和第二电极的磁化方向，由于冲猾导，可以获得具有非常高的MR比的磁致电阻效应元件。
优选地，通过淀积金属导体薄膜并且然后除去支撑体来制造磁致电阻效应元件。通过除去不能够控制导电率的支撑体，电特性更加稳定。此外，可以减小第一电极与金属导体部分之间的接触电阻，并且还可以减小第二电极与金属导体部分之间的接触电阻。
可以通过在淀积金属导体薄膜之后除去衬底的步骤来制造磁致电阻效应元件。当CNT用于衬底时，CNT的衬底展现出导体、半导体和绝缘体三种特性，并且通过除去由CNT构成的衬底，磁致电阻效应元件的电特性变得更加稳定。
优选地，第一电极包括自由层，其中磁化容易相对于外部磁场旋转；第二电极包括固定层，其中磁化不容易相对于外部磁场旋转；并且自由层的磁化容易轴垂直于待探测的外部磁场的方向。采用该结构，可以提高从磁致电阻效应元件输出的信号的线性度。
关于自由层，“磁化容易相对于外部磁场旋转”，而关于固定层，“磁化不容易相对于外部磁场旋转”，分别表示自由层相对于施加到磁致电阻效应元件的外部磁场被磁化旋转而固定层不被磁化旋转。
优选地，固定层包括反铁磁性膜；并且在反铁磁性膜上形成磁性层并由反铁磁性膜固定，其中磁性膜电连接到金属导体部分。根据该结构，磁致电阻效应元件的特性(MR比)热稳定。
优选地，支撑体包括碳纳米管。采用碳纳米管，可以容易控制支撑体的精细形状。此外，可以将金属导体部分的精细形状精确地控制成所希望的形状。因为与例如作为包含有机材料的材料的蛋白质纳米布线相比，碳纳米管具有高耐热性和高机械强度，所以可以容易地制造。
优选地，形成支撑体的步骤包括将用于促进碳纳米管的形成反应的催化剂设置在第一电极和第二电极上；以及通过化学气相沉积(CVD)方法形成包括碳纳米管的支撑体。可以容易形成碳纳米管。
优选地，形成支撑体的步骤包括形成包括碳纳米管的支撑体，同时分别向第一电极和第二电极施加不同的电压。可以通过在第一电极与第二电极之间形成电场来容易地形成碳纳米管。
优选地，催化剂包括选自由Fe、Co和Ni组成的组中的至少一种元素。因为Fe、Co和Ni为磁性物质，所以即使在制造后磁性物质保留在第一和第二电极中，电特性和磁特性也不会恶化。
支撑体可以包括可自组织的蛋白质纳米布线和硅纳米布线中的至少一个。通过控制蛋白质纳米布线的DNA，可以精确地控制支撑体的精细形状。此外，可以精确地将金属导体部分的精细形状控制成所希望的形状。
优选地，形成金属导体部分的步骤包括通过物理气相沉积(PVD)方法来淀积金属导体薄膜。采用物理气相沉积(PVD)方法，可以容易地形成金属导体部分。
优选地，金属导体薄膜包括选自由Fe、Co和Ni组成的组中的至少一个。可以将磁畴壁牢固地固定到金属导体部分。
优选地，第一电极与第二电极包括选自由Fe、Co和Ni组成的组中的至少一种元素。可以获得具有优良磁特性的磁致电阻效应元件。
优选地，磁致电阻效应元件的操作温度不小于4.2K且不大于523K。如果操作温度小于4.2K，用于冷却电子器件的系统趋于复杂，而且由于利用诸如液体He的昂贵冷却介质，成本往往大幅升高。如果操作温度大于523K，则可以在大于523K的操作温度下使用的外围设备(用在电子器件组合中的诸如半导体元件、磁性介质等外围设备)非常受限制。因此，必须使用耐气候性(耐热性等)优良的外围设备。当操作温度不小于4.2K且不大于523K时，同时利用本发明的优点，即，可以容易和安全地获得MR比，可以确保其它外围设备的性能。因此，可以确保设备作为整体的期望性能。
根据本发明的磁头包括根据本发明的磁致电阻效应元件；第一引线，电连接到磁致电阻效应元件的第一电极；以及第二引线，电连接到磁致电阻效应元件的第二电极。
根据本发明的磁头设置有根据本发明的具有100％或更高的高MR比的磁致电阻效应元件。因此，可以获得非常高的灵敏度和非常高的输出。
根据本发明的记录/再现设备包括用于在磁介质中记录信息的记录头；以及用于再现记录在磁介质上的信息的再现头。再现头为本发明的磁头。
在本发明的记录/再现设备中，将本发明的具有100％或更高的高MR比的磁致电阻效应元件设置为再现头。因此，可以利用记录头执行高输出并且轻松且精确地再现以100Gb/inch2或更高的高记录密度记录在磁介质中的信息。
本发明的第一存储元件包括根据本发明的磁致电阻效应元件。磁致电阻效应元件的第一电极包括自由层，其中磁化容易相对于外部磁场旋转；而第二电极包括固定层，其中磁化不容易相对于外部磁场旋转。存储元件还包括产生外部磁场的字线，该外部磁场可以根据电流来将自由层和固定层的磁化方向变为平行或反平行；以及电流供给器，用于为字线提供电流。根据由字线产生的外部磁场，通过将磁化方向改变为相互平行或反平行，将信息写入磁致电阻效应元件中，并通过测量磁致电阻效应元件的电阻，来读取写入磁致电阻效应元件中的信息。
在本发明的第一存储元件中，通过根据由字线产生的外部磁场来使自由层的磁化方向反转，将信息写入磁致电阻效应元件中。通过测量磁致电阻效应元件的电阻，可以读取写入磁致电阻效应元件中的信息。因为磁致电阻效应元件为本发明的磁致电阻效应元件，所以与具有大约60％的MR比的常规磁致电阻效应元件相比，可以实现非常高的MR比。
本发明的第二存储元件包括根据本发明的磁致电阻效应元件、以及电流供给器，其用于提供从第一电极朝向第二电极流进金属导体部分的电流或者从第二电极朝向第一电极流进金属导体部分的电流。通过使流进磁致电阻效应元件的金属导体部分中的电流方向反转，以便将第一电极与第二电极的磁化方向改变为平行或反平行，来将信息写入磁致电阻效应元件；并通过测量根据第一电极与第二电极的磁化方向而不同的磁致电阻效应元件的电阻值，读出写入磁致电阻效应元件中的信息。
在本发明的第二存储元件中，通过使流进磁致电阻效应元件中的金属导体部分的电流方向反转并且通过将磁化方向改变为平行或反平行，将信息写入磁致电阻效应元件。通过测量根据第一电极与第二电极的磁化方向而不同的磁致电阻效应元件的电阻值，可以读出写入磁致效应元件中的信息。因为磁致电阻效应元件为本发明的磁致电阻效应元件，所以与具有大约60％的MR比的常规磁致电阻效应元件相比，可以实现非常高的MR比。因为第二存储元件不需要字线作为组成部分，如在本发明的第一存储元件中那样，可以使结构小而简单。因此，可以实现具有简单且尺寸小的结构的存储元件，在该结构中，单元面积小、用于安装存储器的间隔小并且记录密度高。
优选地，由电流供给器供给到磁致电阻效应元件的电流的电流密度为1.0×105A/cm2或更高。当供给到磁致电阻效应元件的电流的电流密度为1.0×105A/cm2或更高时，可以容易且安全地将信息写入磁致电阻效应元件中。当电流密度小于1.0×105A/cm2时，不能安全地写入信息。
本发明的存储阵列包括设置成矩阵的根据本发明的磁致电阻效应元件；用于独立地将信息写入磁致电阻效应元件和读取信息的布线；写单元，用于通过使流进磁致电阻效应元件的金属导体部分中的电流方向反转以便将第一电极与第二电极的磁化方向改变为平行或反平行，来经布线独立地将信息写入磁致电阻效应元件；以及读取单元，用于通过测量取决于第一电极和第二电极的磁化方向而不同的磁致电阻效应元件的电阻值，来独立地读取写入磁致电阻效应元件中的信息。
在本发明的存储阵列中，提供多个本发明的第二存储元件的磁致电阻效应元件。与本发明的第二存储元件相似，存储阵列不需要字线。因此，可以实现具有简单且尺寸小的结构的存储元件，在该结构中，单元面积小、用于安装存储器的间隔小且记录密度高。
本发明的用于制造电子器件的方法包括在衬底上形成第一电极和第二电极，其间具有间隙L；形成包括选自由纳米管和纳米布线组成的组中的至少一个并横跨从垂直于第一电极和第二电极的底表面的方向上所看到的第一电极与第二电极之间的间隙的支撑体；以及通过在支撑体上、在第一电极和第二电极上淀积金属导体薄膜的方法形成横跨从垂直于底表面的方向上所看到的第一电极和第二电极之间的间隙的金属导体部分。间隙L不超过在电子器件的操作温度下金属导体部分中的电子的平均自由程Λ。
因此，可以在支撑体上提供具有不超过电子平均自由程Λ的横跨长度L的金属导体部分，所述支撑体包括选自由纳米管和纳米布线组成的组中的至少一个。
在具有不超过电子平均自由程Λ的长度L的金属导体部分中，发生被称之为量子电导的现象，其中观察到相对于金属导体部分的横截面积的导电率(电导)的阶梯式变化。
因为本发明的金属导体部分由金属形成，所以与非专利文献4中所描述的不能够控制导电率的碳纳米管不同，其具有稳定的导电率。此外，大大减小第一电极和第二电极之间的接触电阻。因此，电特性变得稳定。
因此，通过利用量子电导来控制金属导体部分的横截面积，可以获得能够避免当导电率相对于横截面积线性变化时所产生的导电率偏差的电子器件。
用于制造本发明的磁致电阻效应元件的方法包括在衬底上形成包含磁性物质的第一电极和第二电极，其间具有间隙L；形成包括选自由纳米管和纳米布线组成的组中的至少一个并横跨从垂直于第一电极和第二电极的底表面的方向上所看到的第一电极与第二电极之间的间隙的支撑体；以及通过在支撑体上、在第一电极和第二电极上淀积金属导体薄膜的方法形成横跨从垂直于底表面的方向上所看到的第一电极和第二电极之间的间隙的金属导体部分。间隙L不超过是在磁致电阻效应元件的操作温度下在金属导体部分中的电子自旋扩散的长度值和在磁致电阻效应元件的操作温度下金属导体部分中的电子的平均自由程Λ的值中的较大值的值。第一电极的横截面积S1、第二电极的横截面积S2和金属导体部分的横截面积S3满足下述关系S3＜S1且S3＜S2。
因此，在支撑体上形成具有是电子自旋扩散的长度值和电子平均自由程Λ的值中的较大值的横跨长度L的金属导体部分，该支撑体包括选自由纳米管和纳米布线组成的组中的至少一个。
在具有这种横跨长度L的金属导体部分中，发生被称之为冲猾导的现象，其中电子穿过金属导体部分而没有出现散射。
因为本发明的金属导体部分由金属形成，所以与非专利文献3中所描述的不能够控制导电率的碳纳米管不同，其具有稳定的导电率。此外，与第一电极和第二电极的接触电阻变得极小。因此，电特性变得稳定。
因此，控制第一和第二电极的磁化方向，由于冲猾导，可以制造具有非常高的MR比的磁致电阻效应元件。
根据本发明，可以提供具有控制在纳米量级的精细形状的电子器件、磁致电阻效应元件；利用磁致电阻效应元件的磁头、记录/再现设备、存储元件和存储阵列；用于制造电子器件的方法；以及用于制造磁致电阻效应元件的方法。
附图简述
图1A是示出根据实施例1的电子器件的平面图；图1B是沿图1A的线1B-1B截取的横截面图；图1C是沿图1B的线1C-1C截取的横截面图；图1D是用以说明用于制造根据实施例1的电子器件的方法的横截面图；图1E是用以说明用于制造根据实施例1的电子器件的方法的横截面图；图2A是示出用来说明用于测量根据实施例1的金属导体部分的横跨长度L的方法的电子器件的横截面图；图2B是用以说明用于测量根据实施例1的横跨长度L的方法的正视图；图2C是用于测量根据实施例1的横跨长度L的曲线图；图2D是示出用来说明用于测量根据实施例1的金属导体部分的横跨长度L的方法的电子器件的横截面图；图2E是示出用来说明用于测量根据实施例1的横跨长度L的方法的另一电子器件的正视图；图2F是用于测量根据实施例1的横跨长度L的另一曲线图；图2G是用于测量根据实施例1的横跨长度L的又一曲线图；图2H是用于测量根据实施例1的横跨长度L的再一曲线图；图2I至2U是示出根据实施例1的电子器件的金属导体部分的各种横截面形状和中心轴的视图；图3A是示出根据实施例1的另一电子器件的平面图；图3B是沿图3A的线3B-3B截取的横截面图；图3C是沿图3B的线3C-3C截取的横截面图；图3D是示出根据实施例1的另一电子器件的平面图；图3E是示出根据实施例1的另一电子器件的正视图；图3F是沿图3E的线3F-3F截取的横截面图；图3G是示出根据实施例1的又一电子器件的平面图；图3H是示出根据实施例1的又一电子器件的正视图；图3I是沿图3H的线3I-3I截取的横截面图；图3J是示出根据实施例1的另一电子器件的平面图；图3K是沿图3J的线3K-3K截取的横截面图；图3L是沿图3K的线3L-3L截取的横截面图；
图4A是示出根据实施例2的磁致电阻效应元件的平面图；图4B是示出根据实施例2的磁致电阻效应元件的正视图；图4C是沿图4B的线4C-4C截取的横截面图；图4D是用以说明根据实施例2的磁致电阻效应元件的操作的平面图；图4E是用以说明根据实施例2的磁致电阻效应元件的操作的平面图；图5A是示出根据实施例3的磁头的平面图；图5B是示出根据实施例3的磁头的正视图；图6是示出根据实施例4的记录/再现设备的正视图；图7A是示出根据实施例5的第一存储元件的平面图；图7B是示出根据实施例5的第一存储元件的正视图；图7C是用以说明根据实施例5的第一存储元件的操作的平面图；图8A是示出根据实施例5的第二存储元件的平面图；图8B是用以说明根据实施例5的第二存储元件的操作的平面图；图9是示出根据实施例5的存储阵列的透视图；图10是示出根据实施例6的磁致电阻效应元件的透视图；图11是用以说明用于制造根据实施例6的磁致电阻效应元件的方法的透视图；图12A是用以说明根据实施例6的电子器件的透视图；图12B是用以说明用于制造根据实施例6的电子器件的方法的透视图；图13A是用以说明用于制造根据实施例6的另一电子器件的方法的平面图；图13B是用以说明用于制造根据实施例6的另一电子器件的方法的平面图；图13C是用以说明用于制造根据实施例6的另一电子器件的方法的平面图。
本发明的最佳执行方式实施例1图1A是示出根据实施例1的电子器件100的平面图；图1B是沿图1A的线1B-1B截取的横截面图；而图1C是沿图1B的线1C-1C说明的横截面图。
电子器件100具有形成在衬底8上的长方体形状的电极2和3。电极2和3具有彼此分别相对的相对表面5和6。用于电极2和3的材料期望为金属或合金。
电子器件100设置有包含用于跨接电极2的相对表面5与电极3的相对表面6的碳纳米管的圆柱支撑体4。碳纳米管可以是单层碳纳米管(SWCNT)或者可以是多层碳纳米管(MWCHT)。
电子器件100具有电连接到电极2和3的金属导体薄膜7。金属导体薄膜7包括金属导体部分1。当从垂直于电极2和3的底表面的方向看时，金属导体部分1沿着支撑体4横跨电极2与3之间的间隙。金属导体部分1的横跨长度L不大于在电子器件100的操作温度下电子在金属导体部分1中的平均自由程Λ。
电子在金属导体部分1中的平均自由程Λ的值取决于电子器件100的操作温度以及实际用于电子器件的金属导体部分1的材料而不同。当材料为纯Au、Ag和Cu时，电子的平均自由程Λ为100nm或更大。然而，当材料为纯Fe、Co、Ni等时，该值在大约10nm的数量级上。当金属导体部分1的材料包括杂质时，电子在金属导体部分1中的平均自由程Λ的值比针对纯材料的平均自由程值短。因此，根据金属导体部分1的化学组分，金属导体部分1的横跨长度L例如在1nm到1000nm的范围内。
优选地，电子器件100的操作温度不小于4.2K且不大于523K。此外，考虑到电子器件100的冷却剂可以为取代液体He的液体N2，以及可以减小制造成本和操作成本，操作温度优选为不小于77K且不大于523K。此外，当设备结合根据本实施例的电子器件100和其它电子器件(例如，半导体器件、磁介质等)时，如果需要考虑除本实施例的电子器件100之外的电子器件的操作温度，则操作温度可以为不小于273K且不大于523K。
将说明用于制造这样构造的电子器件100的方法。图1D和1E是用以说明用于制造电子器件100的方法的横截面图。首先，在衬底8上形成电极2和3，其间存在具有横跨长度L的间隙。然后，在电极2和3上设置用于促进碳纳米管形成反应的催化剂9。接着，例如，通过化学气相淀积方法来允许碳纳米管从各催化剂9开始生长，以便横跨在电极2与3之间，并且由此形成支撑体4。
之后，在支撑体4上并且在电极2和3上，例如通过气相淀积方法来淀积金属导体薄膜7，并且由此沿着支撑体4形成金属导体部分1，以便完成图1A至1C中示出的电子器件100。
当完成金属导体薄膜7的形成时，在催化剂9与金属导体薄膜7之间的结临界面以及在催化剂9与电极2和3之间的结临界面变得不清晰，并且由此催化剂9与金属导体薄膜7或电极2和3集成在一起。
因此，可以制造设置有金属导体部分1的电子器件100，该金属导体部分1具有不超过电子平均自由程Λ的横跨长度L。在该电子器件100中，金属导体部分1负责电极2和3之间的导电。该金属导体部分1由金属形成。因此，与不能控制导电率的非专利文献4的碳纳米管不同，金属导体部分1具有稳定的导电率。此外，因为包含金属导体部分1的金属导体薄膜7由金属形成，所以与非专利文献4的碳纳米管不同，在电极2与3之间的接触电阻变得非常小。因此，电特性稳定，并且可以解决在碳纳米管与电极之间产生的大接触电阻的问题。
下文中，将说明特定用于测量金属导体部分1的横跨长度L的方法。图2A是示出用来说明用于测量金属导体部分的横跨长度L的方法的电子器件100的横截面图；图2B是用以说明用于测量横跨长度L的方法的正视图；而图2C是用于测量横跨长度L的曲线图。如上所述，术语“金属导体部分的横跨长度L”表示沿着中心轴从在其处横截面积沿着电子器件的中心轴迅速下降的点P1到在其处电子器件的横截面积迅速增加的点P2的长度。
首先，制备在相同条件下制造的且具有相同形状和尺寸的相同标准的多个电子器件100。可以通过诸如利用TEM(透射电子显微镜)的摄影术的分析技术来确定多个电子器件100的金属导体部分1的形状和尺寸是否相同。
然后，通过利用多个电子器件100中的一个，采用STM(扫描隧道显微镜)或三维TEM来切割电子器件100，从而可以获得同时包含金属导体部分1和金属导体薄膜7的横截面。图2A示出通过该切割获得的横截面形状的一个例子。
然后，根据所获得的横截面，确定金属导体部分1的中心轴。根据金属导体部分1的横截面形状来确定中心轴X。在图2A所示的例子中，金属导体部分1的横截面形状为矩形，而中心轴X为连接矩形在电极2侧的边中点与在电极3侧的边中点的直线。
接着，通过利用多个电子器件100中的至少另一个，沿着中心轴X确定沿着垂直于中心轴X的横截面的电子器件100的横截面积S。例如，沿着垂直于中心轴X的横截面，采用例如STM来切割电子器件100。然后，通过诸如STM、三维TEM等的显微镜照相术，或通过图像数据等的分析技术来分析形状，得到由切割所获得的横截面的横截面积S。因此，横截面积S的数据沿着中心轴X被确定并且形成图2C所示的曲线图，在图2C中，中心轴X示为横轴，而横截面积S示为纵轴。
然后，在所形成的曲线图中，确定在其处横截面积S沿着中心轴X迅速下降的点P1和在其处横截面积S迅速增加的点P2。从点P1开始，电极2的横截面积不包含在横截面积S中，导致横截面积S在点P1处快速下降。从点P2开始，电极3的横截面积包含在横截面积S中，导致横截面积S在点P2处迅速增加。例如，从图2C所示的曲线图中看出，在点P1横截面积S下降不连续，并且在点P2横截面积S增加不连续。
然后，将在点P1与点P2之间沿着中心轴X的长度限定为金属导体部分1的横跨长度。
图2D是示出用来说明用于测量金属导体部分的横跨长度L的方法的另一电子器件100P的横截面图；图2E是其正视图，而图2F是用于测量横跨长度L的另一曲线图。如图2D所示，电子器件100P的电极2P和3P、金属导体薄膜7P和金属导体部分1P的轮廓包括与在图2A至2C中示出的例子不同的曲线。
与在图2A至2C中示出的例子类似，确定中心轴X，沿着中心轴X确定横截面积S，以及形成图2F所示的横截面积S的曲线图。然后，确定在其处横截面积S沿着中心轴X迅速下降的点P1和在其处横截面积S迅速增加的点P2。将在点P1与点P2之间沿着中心轴X的长度限定为金属导体部分1的横跨长度。金属导体部分1P和金属导体薄膜7P的横截面的轮廓包括曲线，然而，由于在其处横截面积S迅速下降的点P1和在其处横截面积S迅速增加的点P2出现在相似于在图2A至2C中示出的例子中的曲线图中，所以可以测量在点P1与点P2之间沿着中心轴X的横跨长度L。
这里值得注意的是，如图2G和2H所示，在所形成的曲线图中，根据金属导体部分的形状和电极的形状，清晰的不连续点没有出现并且横截面积S可能连续变化。在这种情况下，将与在其中横截面积S迅速下降的区域中的变形点D1相对应的点限定为点P1，而将与在其中横截面积S迅速增加的区域中的变形点D2相对应的点限定为点P2，并且然后测量金属导体部分1的横跨长度L。
图2I至2U是示出金属导体部分1的各种横截面形状和中心轴X的视图。金属导体部分1的横截面可以形成为如图2I至2U所示的各种形状。如上所述，根据金属导体部分的横截面形状来限定中心轴X。在图2I至2U中，纸的左侧示出电极2一侧，而纸的右侧示出电极3一侧。
金属导体部分具有包含两个底表面和形成在两个底表面之间的圆柱体侧表面的形状。则，本实例中的金属导体部分的横截面形状可以满足下述条件[a]至[g]中的任何一个。
也就是说，在上述金属导体部分的横截面形状中，示出金属导体部分的外围的线(在纵向上的两条线)为下述[a]至[g]中的任意一种。
具有固定宽度(较短方向上的长度)的直线；[b]宽度(较短方向上的长度)从电极2一侧到电极3一侧单调下降的直线或曲线；[c]宽度(较短方向上的长度)从电极3一侧到电极2一侧单调下降的直线或曲线；[d]上述[b]和[c]的结合；[e]上述[a]和[b]的结合；[f]上述[a]和[c]的结合；以及[g]上述[a]、[b]和[c]的结合。
图2I至2U示出横截面形状的例子，这些横截面形状仅示出满足上述条件[a]至[g]的金属部分1。图2I所示的金属导体部分1的横截面形状对应于参考图1A至1C所述的金属导体部分1的横截面形状并满足条件[a]。图2J所示的横截面形状对应于参考图2D至2E所述的金属导体部分1P的横截面形状并满足条件[d]。图2K所示的横截面形状满足条件[g]。图2L所示的横截面形状满足条件[d]。
图2M满足条件[f]。图2N和2O满足条件[c]。图2P和2Q满足条件[f]。图2R满足条件[c]。图2S和2T满足条件[d]。图2U满足条件[g]。
本实例中的金属导体部分的底表面的形状不受特别限制。而且，两个底表面(在电极2侧和电极3侧的表面)的形状和尺寸可以彼此相同或彼此不同。此外，形成在两个底表面之间的侧表面可以是平面或曲面或者是平面与曲面的结合。
此外，考虑到获得更可靠的稳定性能，本实施例中的圆柱金属导体部分具有同时满足全部下述条件[h]至[l]的形状。
两个底表面具有相同的形状；[i]两个底表面具有相同的面积；[j]两个底表面彼此平行；[k]金属导体部分的中心轴为直线；以及[l]两个底表面相对于与上述[k]的中心轴垂直且包括中心轴的中点的平面彼此对称。
具有同时满足条件[h]至[l]的形状的圆柱金属导体部分的例子可以包括具有图2I和2L所示的横截面形状的金属导体部分。
金属导体部分1的中心轴X通常为一条直线。然而，通过结合两条直线，来限定具有图2P所示的横截面形状的金属导体部分1的中心轴X；而通过结合直线和曲线，来限定具有图2R所示的横截面形状的金属导体部分1的中心轴X。通过曲面来限定具有图2O、2S和2T所示的横截面形状的金属导体部分1的中心轴X。
此外，可以通过诸如STM的处理技术来形成凹面部分和凸面部分中的至少一个。然而，在这种情况下，优选地，在形成凹面部分和凸面部分之前的金属导体部分的横截面形状(或假设没有形成凹面部分和凸面部分的金属导体部分)具有上述形状[a]至[g]中的任何一种。
只要可以形成上述金属导体部分1，支撑体4的形状就不受特别限制。
在本实施例的电子器件100中，负责导电的金属导体部分1的横跨长度L不大于在电子器件的操作温度下电子在金属导体部分1中的平均自由程Λ。因此，发生被称为冲猾导的现象，其能够允许电子穿过金属导体部分1而不被散射，并且发生被称之为量子电导的现象，其中导电率(电导)相对于金属导体部分1的横截面积阶梯式变化。在本实施例的电子器件中，金属导体部分的尺寸处在纳米的数量级上，因为金属导体部分形成在碳纳米管上，并且在相对较高的温度下也可以观察到冲猾导和量子电导。
当利用金属导体部分1中的量子电导时，通过控制金属部分1的横截面积，在大规模生产中，电子器件没有在导电率相对于金属导体部分1的横截面积连续变化时所产生的导电率偏差。
在图1A中，在金属导体部分1的附近设置栅极部分，并且由磁性膜形成的电极2和3用作源极和漏极。由此，可以获得自旋晶体管。此外，如果金属导体部分1和支撑体4与电极2和3分离，则可以获得利用库仑阻绝(coulomb brocade)现象的单电子晶体管。
在图1A至1C所示的电子器件100中，如果至少电极2和3是由磁性物质构成的，则通过利用金属导体部分1中的冲猾导，可以获得具有高MR比的自旋电子器件(磁致电阻效应元件)，在该器件中，磁致电阻在电极2和3的磁化方向上变化。在这种情况下，金属导体部分1的横跨长度L为不大于在磁致电阻效应元件的操作温度下金属导体部分中的电子自旋扩散的长度值和在磁致电阻效应元件的操作温度下金属导体部分中的电子的平均自由程Λ的值中的较大值的值。
在通常的材料中，电子自旋扩散的长度值大于电子平均自由程Λ。例如，在Co的情况下，电子自旋扩散的长度为大约50nm而电子平均自由程Λ为5nm。因此，通常可以将金属导体部分1的横跨长度L设置成不大于电子自旋扩散的长度。然而，存在诸如Ni的材料，其电子平均自由程Λ大于电子自旋扩散的长度。当金属导体部分1由这种材料形成时，可以将横跨长度L设置为不大于电子平均自由程Λ。这里值得注意的是，当电子自旋扩散的长度和电子平均自由程Λ彼此相等时，可以将横跨长度L设置为不大于该相等值。
当金属导体部分1和支撑体4与电极2和3相分离时，根据所分离的金属导体部分1和电极2与3的自旋条件，不仅能利用自旋阻绝现象还能利用上述库仑阻绝现象来实现自旋电子器件。
当电极2和3由磁性物质构成时，希望催化剂9使用包含选自由Fe、Co和Ni组成的组中的至少一种原子的金属/合金颗粒或膜。认为这些催化剂促进其中当通过CVD方法等形成碳纳米管时通过分解CH4等所产生的碳(C)生长为碳纳米管的反应。
在以上述方法形成电子器件之后，可以除去由碳纳米管制成的支撑体。可以通过氧气灰化(oxygen asher)来选择性地除去支撑体4。此外，可以通过采用激光照射支撑体4来除去支撑体4。然而，考虑到强度，可以保留支撑体4。此外，在以上述方法形成电子器件之后，可以除去衬底8。特别地，当CNT用于衬底8时，因为CNT的衬底8展现出导体、半导体和绝缘体三种特性，所以通过除去由CNT形成的衬底8，电子器件的电特性变得更加稳定。
图3A是示出根据实施例1的另一电子器件100A的平面图；图3B是沿图3A的线3B-3B截取的横截面图；而图3C是沿图3B的线3C-3C截取的横截面图。使用相同的参考标记表示参考图1A至1E所述的相同部件，并可以省略重复说明。
在两个电极的表面上形成支撑体。在电极2的表面上和电极3的表面上形成电子器件100A的支撑体4A。当从垂直于电极2和3的底表面的方向上看时，支撑体4A横跨电极2与3之间的间隙。在电极2和3上形成电子器件100A的金属导体薄膜7A。当从垂直于电极2和3的底表面的方向上看时，金属导体部分7A包括沿着支撑体4A横跨电极2和之间的间隙的金属导体部分1A。金属导体部分1A的横跨长度L不大于在电子器件100A的操作温度下电子在金属导体部分1A中的平均自由程Λ。这样构造的电子器件100A具有与上述电子器件100相同的效果。
图3D是示出根据实施例1的另一电子器件100B的平面图；图3E是沿图3D的线3E-3E截取的横截面图；而图3F是沿图3E的线3F-3F截取的横截面图。使用相同的参考标记表示参考图1A至1E所述的相同部件，并可以省略重复说明。
电极可以具有三棱柱形状。电子器件100B设置有三棱柱电极2B和3B。分别在位置处形成电极2B和3B以便当从垂直于底表面的方向上看时，其表面的顶点彼此相对。电子器件100B的支撑体4B横跨三棱柱形电极2B和3B之间的间隙。电子器件100B的金属导体薄膜7B包括横跨从垂直于底表面的方向上看沿着支撑体4B在电极2B和3B之间的间隙的金属导体部分1B。金属导体部分1B的横跨长度不大于电子在金属导体部分1B中的平均自由程Λ。这样构造的电子器件100B也具有与上述电子器件100相同的效果。
图3G是示出根据实施例1的又一电子器件100C的平面图；图3H是沿图3G的线3H-3H截取的横截面图；而图3I是沿图3H的线3I-3I截取的横截面图。电极可以具有圆柱体形状。电子器件100C具有圆柱体形电极2C和3C。电子器件100C的支撑体4C横跨电极2C和3C之间的间隙。电子器件100C具有包含金属导体部分1C的金属导体薄膜7C。金属导体部分1C的横跨长度L不大于电子在金属导体部分1C中的平均自由程Λ。这样构造的电子器件100C也具有与上述电子器件100相同的效果。
图3J是示出根据实施例1的另一电子器件100D的平面图；图3K是沿图3J的线3K-3K截取的横截面图；而图3L是沿图3K的线3L-3L截取的横截面图。可以形成用于直接跨接两电极的相对表面的金属导体。电子器件100D包括由横跨在电极2的相对表面5与电极3的相对表面6之间的碳纳米管制成的圆柱体支撑体4；以及金属导体1D，其沿着支撑体4直接横跨在电极2的相对表面5与电极3的相对表面6之间。在电极2和3的表面上，与金属导体1D分离地形成金属导体薄膜7D。金属导体1D的横跨长度L不大于电子在金属导体部分1D中的平均自由程Λ。这样构造的电子器件100D也具有与上述电子器件100相同的效果。
实施例2图4A是示出根据实施例2的磁致电阻效应元件200的平面图；图4B是其正视图；而图4C是沿图4B的线4C-4C截取的横截面图。使用相同的参考标记表示与实施例1所述的那些部件相同的部件，并可以省略重复说明。
磁致电阻效应元件200包括由磁性物质制成的电极2E和3E。电极2E和3E分别具有彼此相对的相对表面5E和6E。电极2E和3E分别包括具有宽度D朝向相对表面5E和6E减小到宽度d的弯曲部分。
磁致电阻效应元件200设置有由跨接电极2E的相对表面5E与电极3E的相对表面6E的碳纳米管制成的圆柱体支撑体4E。
磁致电阻效应元件200具有电连接到电极2E和3E的金属导体薄膜7E。优选地，金属导体薄膜7E包括磁性物质。金属导体薄膜7E包括金属导体部分1E。金属导体部分1E横跨从垂直于电极2E和3E的底表面的方向上看到的在电极2E与3E之间沿着支撑体4E的间隙。金属导体部分1E的横跨长度L不大于是