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磁阻效应元件、磁存储器、磁化反转方法及自旋流磁化反转元件技术

技术编号:18466654 阅读:16 留言:0更新日期:2018-07-18 16:21
本发明专利技术提供一种磁阻效应元件,在该磁阻效应元件中,具备:磁阻效应元件,其具有固定了磁化方向的第一铁磁性金属层、和磁化方向可变的第二铁磁性金属层、以及被第一铁磁性金属层和第二铁磁性金属层夹持的非磁性层;自旋轨道转矩配线,其沿相对于该磁阻效应元件的层叠方向交叉的方向延伸,并与上述第二铁磁性金属层接合,在上述磁阻效应元件和上述自旋轨道转矩配线接合的部分,流通于上述磁阻效应元件的电流和流通于上述自旋轨道转矩配线的电流合流或被分配。

Magnetoresistive effect element, magnetic memory, magnetization reversal method and spin flow magnetization reversal element

The present invention provides a magnetoresistance effect element, in which the magnetoresistance element has a magnetoresistance element, a first ferromagnetic metal layer with a fixed magnetization direction, a second ferromagnetic metal layer with a variable magnetization direction, and a non magnetic layer held by the first ferromagnetic metal layer and the second ferromagnetic metal layer; A spin track torque wiring, which extends along the direction of the overlapping direction relative to the magnetoresistance effect element, and joins the above second ferromagnetic metal layer. The part of the above magnetoresistance element and the above spin track torque distribution line circulate in the above magnetoresistance element and circulate in the above spin orbit. The current of the torque line is confluent or distributed.

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】磁阻效应元件、磁存储器、磁化反转方法及自旋流磁化反转元件
本专利技术涉及可应用于磁头或高频滤波器等高频电子部件、及磁存储器等的磁阻效应元件、磁存储器、磁化反转方法及自旋流磁化反转元件。本申请要求基于2015年11月27日在日本申请的特愿2015-232334号、2016年3月16日在日本申请的特愿2016-53072号、2016年3月18日在日本申请的特愿2016-56058号、2016年10月27日在日本申请的特愿2016-210531号、2016年10月27日在日本申请的特愿2016-210533号的优先权,并在此引用其内容。
技术介绍
已知由铁磁性层和非磁性层的多层膜构成的巨磁阻(GMR)元件及使用了绝缘层(隧道势垒层、势垒层)作为非磁性层的隧道磁阻(TMR)元件。通常,TMR元件虽然元件电阻比GMR元件高,但TMR元件的磁阻(MR)比大于GMR元件的MR比。因此,作为磁传感器、高频部件、磁头及非易失性随机存取存储器(MRAM)用的元件,TMR元件备受注目。作为MRAM的写入方式,已知有利用由电流制作的磁场进行写入(磁化反转)的方式、或利用沿磁阻元件的层叠方向流通电流而产生的自旋转移力矩(STT)进行写入(磁化反转)的方式。在利用磁场的方式中,当元件尺寸小时,就会在能够流经细配线的电流中存在不能进行写入之类的问题。与此相对,在利用自旋转移力矩(STT)的方式中,一个铁磁性层(固定层、参照层)使电流自旋极化,该电流的自旋移至另一个铁磁性层(自由层、记录层)的磁化,通过其时产生的力矩(STT)进行写入(磁化反转),具有元件尺寸越小,写入所需要的电流越小的优点。现有技术文献非专利文献非专利文献1:I.M.Miron,K.Garello,G.Gaudin,P.-J.Zermatten,M.V.Costache,S.Auffret,S.Bandiera,B.Rodmacq,A.Schuhl,andP.Gambardella,Nature,476,189(2011).
技术实现思路
专利技术所要解决的技术问题从能效的视点考虑,使用了STT的TMR元件的磁化反转是有效率的,但用于进行磁化反转的反转电流密度高。从TMR元件的长寿命的观点来出发,该反转电流密度优选越低越好。这一点对于GMR元件也同样。因此,在TMR元件及GMR元件中的任一个磁阻效应元件中,都希望降低该磁阻效应元件中流通的电流密度。近年来,也提倡利用通过自旋轨道相互作用而生成的纯自旋流的磁化反转在应用上成为可能(例如,非专利文献1)。通过自旋轨道相互作用而产生的纯自旋流能够诱发自旋轨道转矩(SOT),通过SOT的大小,来引起磁化反转。纯自旋流是通过向上自旋电子和向下自旋电子以同数相互反向地流动而产生的,因为电荷的流动相互抵消,所以作为在磁阻效应元件内流通的电流为零。如果仅仅通过该纯自旋流就能够进行磁化反转,就会因电流为零而能够实现磁阻效应元件的长寿命化。或者,认为如果在磁化反转上也能够利用STT,且能够利用基于纯自旋流的SOT,则能够降低用于STT的电流至利用基于纯自旋流的SOT的分量,并能够实现磁阻效应元件的长寿命化。也认为在利用STT及SOT双方的情况下,利用SOT的比例越高,越能够实现磁阻效应元件的长寿命化。本专利技术是鉴于上述技术问题而完成的,其目的在于,提供一种自旋流磁化反转元件、磁阻效应元件及磁存储器,其利用由纯自旋流产生的磁化反转。另外,其目的在于,提供一种磁化反转方法,其利用纯自旋流,进行磁阻效应元件的磁化反转。本专利技术为解决上述技术问题而提供以下技术方案。(1)本专利技术的一个实施方式的磁阻效应元件具备:磁阻效应元件,其具有固定了磁化方向的第一铁磁性金属层、和磁化方向可变的第二铁磁性金属层、以及被第一铁磁性金属层及第二铁磁性金属层夹持的非磁性层;自旋轨道转矩配线,其沿相对于该磁阻效应元件的层叠方向交叉的方向延伸,与上述第二铁磁性金属层接合,在上述磁阻效应元件和上述自旋轨道转矩配线接合的部分,流通于上述磁阻效应元件的电流和流通于上述自旋轨道转矩配线的电流合流或被分配。(2)在上述(1)所述的磁阻效应元件中,上述自旋轨道转矩配线也可以在最外层含有具有d电子或f电子的原子序号为39以上的非磁性金属。(3)在上述(1)或(2)所述的磁阻效应元件中,上述自旋轨道转矩配线也可以由纯自旋流生成部和低电阻部构成,其中,纯自旋流生成部由生成纯自旋流的材料构成,低电阻部由电阻比该纯自旋流生成部小的材料构成,该纯自旋流生成部的至少一部分与上述第二铁磁性金属层相接。(4)在上述(1)~(3)中任一项所述的磁阻效应元件中,上述自旋轨道转矩配线也可以含有磁性金属。(5)在上述(1)~(4)中任一项所述的磁阻效应元件中,也可以在上述自旋轨道转矩配线和上述第二铁磁性金属层之间具有覆盖层,将上述自旋轨道转矩配线和上述第二铁磁性金属层经由上述覆盖层接合。(6)在上述(1)~(5)中任一项所述的磁阻效应元件中,上述自旋轨道转矩配线也可以具有与上述第二铁磁性金属层的侧壁接合的侧壁接合部。(7)本专利技术的一个实施方式的磁存储器具备多个权利要求(1)~(6)中任一项所述的磁阻效应元件。(8)本专利技术的一个实施方式的磁化反转方法中,在(1)~(6)中任一项所述的磁阻效应元件中,流通于上述自旋轨道转矩配线的电流密度低于1×107A/cm2。(9)本专利技术的一个实施方式的磁化反转方法在上述(1)~(6)中任一项所述的磁阻效应元件中,在对上述自旋轨道转矩配线的电源施加了电流后,对上述磁阻效应元件的电源施加电流。(10)本专利技术的一个实施方式的自旋流磁化反转元件具备:磁化方向可变的第二铁磁性金属层、沿相对于上述第二铁磁性金属层的法线方向交叉的方向延伸且与上述第二铁磁性金属层接合的自旋轨道转矩配线,上述自旋轨道转矩配线由纯自旋流生成部和低电阻部构成,其中,纯自旋流生成部由生成纯自旋流的材料构成,低电阻部由电阻比该纯自旋流生成部小的材料构成,该纯自旋流生成部的至少一部分与上述第二铁磁性金属层相接。专利技术效果根据本专利技术的磁阻效应元件,能够降低流经磁阻效应元件的反转电流密度。附图说明图1是示意性地表示本专利技术的一个实施方式的磁阻效应元件的立体图;图2是用于对自旋霍尔效应进行说明的示意图;图3是用于对自旋轨道转矩配线的一个实施方式进行说明的示意图,(a)是截面图,(b)是俯视图;图4是用于对自旋轨道转矩配线的其它实施方式进行说明的示意图,(a)是截面图,(b)是俯视图;图5是用于对自旋轨道转矩配线的其它实施方式进行说明的示意图,(a)是截面图,(b)是俯视图;图6是用于对自旋轨道转矩配线的其它实施方式进行说明的示意图,(a)是截面图,(b)是俯视图;图7是用yz平面切断本专利技术的一个实施方式的磁阻效应元件所得的截面示意图;图8是用yz平面切断本专利技术的另一实施方式的磁阻效应元件所得的截面示意图;图9是用yz平面切断本专利技术的另一实施方式的磁阻效应元件的截面示意图;图10是示意性地表示本专利技术的一个实施方式的磁阻效应元件的立体图;图11是示意性地表示本专利技术的一个实施方式的自旋流磁化反转元件的立体图;图12是示意性地表示本专利技术的另一个实施方式的自旋流磁化反转元件的立体图。符号说明1……第二铁磁性金属层2……自旋轨道转矩配线1本文档来自技高网
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【技术保护点】
1.一种磁阻效应元件,其具备:磁阻效应元件,其具有固定了磁化的方向的第一铁磁性金属层、磁化的方向可变的第二铁磁性金属层、以及被第一铁磁性金属层和第二铁磁性金属层夹持的非磁性层;以及自旋轨道转矩配线,其沿相对于该磁阻效应元件的层叠方向交叉的方向延伸,并与所述第二铁磁性金属层接合,在所述磁阻效应元件和所述自旋轨道转矩配线接合的部分,流通于所述磁阻效应元件的电流和流通于所述自旋轨道转矩配线的电流合流或被分配。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2015.11.27 JP 2015-232334;2016.03.16 JP 2016-053071.一种磁阻效应元件,其具备:磁阻效应元件,其具有固定了磁化的方向的第一铁磁性金属层、磁化的方向可变的第二铁磁性金属层、以及被第一铁磁性金属层和第二铁磁性金属层夹持的非磁性层;以及自旋轨道转矩配线,其沿相对于该磁阻效应元件的层叠方向交叉的方向延伸,并与所述第二铁磁性金属层接合,在所述磁阻效应元件和所述自旋轨道转矩配线接合的部分,流通于所述磁阻效应元件的电流和流通于所述自旋轨道转矩配线的电流合流或被分配。2.根据权利要求1所述的磁阻效应元件,其中,所述自旋轨道转矩配线含有最外层具有d电子或f电子的原子序号为39以上的非磁性金属。3.根据权利要求1或2所述的磁阻效应元件,其中,所述自旋轨道转矩配线由纯自旋流生成部和低电阻部构成,其中,纯自旋流生成部由生成纯自旋流的材料构成;低电阻部由电阻小于该纯自旋流生成部的材料构成,该纯自旋流生成部的至少一部分与所述第二铁磁性金属层相接。4.根据权利要求1~3中任一项所述的磁阻效应元件,其中,所述自旋轨道转矩配线包含磁性金属。5.根据权利要...

【专利技术属性】
技术研发人员:佐佐木智生
申请(专利权)人:TDK株式会社
类型:发明
国别省市:日本,JP

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