自旋流磁化反转元件、磁阻效应元件和磁存储器制造技术

该自旋流磁化反转元件包括：磁化方向可变的第一铁磁性金属层；和在与所述第一铁磁性金属层的法线方向即第一方向交叉的第二方向上延伸，并与所述第一铁磁性金属层(1)的第一面接合的自旋轨道转矩配线，自旋轨道转矩配线由与第一铁磁性金属层接合的纯自旋流产生部，和与第二方向的纯自旋流产生部(2A)的两端连接，并由电阻率比纯自旋流产生部小的材料形成的低电阻部构成，纯自旋流产生部以与第一方向正交的截面的面积随着在第一方向上远离与第一铁磁性金属层接合的接合面而连续地和/或阶梯地变大的方式而形成。

Spin flow magnetization reversal element, magnetoresistive effect element and magnetic memory

The spin flow magnetization reversal element includes the first ferromagnetic metal layer with a variable magnetization direction, and an extension of the second direction that is crossed with the first direction of the first ferromagnetic metal layer, and the spin track torque matching with the first surface of the first ferromagnetic metal layer (1), and the spin orbit torque matching. The line is made up of a pure self swirl generating unit connected to the first ferromagnetic metal layer, and connected to both ends of the second direction pure self swirl generating unit (2A), and composed of a low resistivity part formed by the resistivity of a small material produced by the pure spin current generating part, and the area of the pure self swirl generating section with the area of the cross section perpendicular to the first direction is in the first direction. It is formed away from the way of joining the first ferromagnetic metal layer and continuously and / or step by step.

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】自旋流磁化反转元件、磁阻效应元件和磁存储器
本专利技术涉及一种自旋流磁化反转元件、磁阻效应元件和磁存储器。本申请主张基于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，并在此引用它们的内容。
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)元件以及作为非磁性层使用了绝缘层(隧道势垒层，势垒层)的隧道磁阻(TMR)元件。一般而言，虽然TMR元件与GMR元件相比元件电阻较高，但是TMR元件的磁阻(MR)比比GMR元件的MR比大。因此，作为用于磁传感器、高频器件、磁头以及非易失性磁性随机存储器(MRAM)的元件，TMR元件备受关注。作为MRAM的写入方式，已知有进行利用产生电流的磁场以写入(磁化反转)的方式，或者进行利用在磁阻元件的层叠方向上流通电流而产生的自旋转移矩(STT)以写入(磁化反转)的方式。利用磁场的方式中，存在元件尺寸缩小时不能通过能够流通于细的配线的电流进行写入的问题。对此，利用自旋转移矩(STT)的方式中，一个铁磁性层(固定层，参照层)使电流自旋极化，将其电流的自旋转变为另一个铁磁性层(自由层，记录层)的磁化，利用此时产生的转矩(STT)进行写入(磁化反转)，具有元件尺寸越小而写入所必须的电流越小的优点。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
专利技术想要解决的技术问题虽然从能量的效率的角度考虑使用了STT的TMR元件的磁化反转是高效的，但是用于进行磁化反转的反转电流密度高。从TMR元件的长寿命(耐用性的提高)的观点出发，优选该反转电流密度低。这一点，对于GMR元件也是相同的。另外，为了在向TMR元件写入信息时引起磁化反转，有必要接通比读取时充分大的电流。从TMR元件的耐用性的观点出发，优选在向TMR元件写入信息时，对此TMR元件施加的电流越小越好。因此，优选在TMR元件和GMR元件的任一者的磁阻效应元件中，降低在该磁阻效应元件流通的电流密度。近年来，倡导利用了自旋轨道相互作用而生成的纯自旋流的磁化反转也能够应用(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引起自旋轨道转矩(SOT)，并且能够根据SOT的大小引起磁化反转。纯自旋流是通过向上自旋电子和向下自旋电子以相同数目彼此逆向地流动而产生的，由于电荷流被抵消因此作为纯自旋流流动方向的电流为零。如果仅利用该纯自旋流就能够使磁化反转，那么由于在磁阻效应元件中流动的电流为零，因此能够实现磁阻效应元件的长寿命化。或者，认为如果能够在磁化反转中也利用STT，并且，能够利用纯自旋流产生的SOT，那么能够将STT中使用的电流降低对应于利用由纯自旋流产生的SOT的部分，并能够实现磁阻效应元件的长寿命化。认为在利用STT和SOT两者的情况下，利用SOT的比例越高，也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问题而完成的，其目的在于提供利用纯自旋流产生的磁化反转的自旋流磁化反转元件、使用了自旋流磁化反转元件的磁阻效应元件和磁存储器。用于解决技术问题的技术方案本专利技术为了解决上述技术问题，提供了以下手段。(1)本专利技术的一个方式的自旋流磁化反转元件包括：磁化方向可变的第一铁磁性金属层；和在与所述第一铁磁性金属层的法线方向即第一方向交叉的第二方向上延伸，并与所述第一铁磁性金属层的第一面接合的自旋轨道转矩配线，所述自旋轨道转矩配线由与所述第一铁磁性金属层的第一面接合的纯自旋流产生部，和与所述第二方向上的该纯自旋流产生部的两端连接并由电阻率比该纯自旋流产生部小的材料构成的低电阻部构成，所述纯自旋流产生部以与所述第一方向正交的截面的面积随着在所述第一方向远离与所述第一铁磁性金属层接合的接合面而连续地和/或阶梯地变大的方式而形成。(2)上述(1)中记载的自旋流磁化反转元件中，与所述纯自旋流产生部的一端连接的所述低电阻部可以和与所述纯自旋流产生部的另一端连接的所述低电阻部分离。(3)上述(1)或者(2)的任一中记载的自旋流磁化反转元件中，所述纯自旋流产生部的所述接合面可以包含于与所述第一铁磁性金属层的第一面重叠的区域。(4)上述(1)～(3)中任一项所述的自旋流磁化反转元件中，所述纯自旋流产生部与所述低电阻部的边界的至少一部分可以与所述第一铁磁性金属层的所述第一面相接。(5)上述(1)～(4)中任一项所述的自旋流磁化反转元件中，所述低电阻部可以由夹着所述纯自旋流产生部而隔开的第一低电阻部和第二低电阻部构成。(6)上述(1)～(5)中任一项所述的自旋流磁化反转元件中，还可以具备绝缘层，其与所述自旋轨道转矩配线与所述第一铁磁性金属层接合的面的相反侧的面接合。(7)上述(1)～(6)中任一项所述的自旋流磁化反转元件中，所述自旋轨道转矩配线的宽度与所述第一铁磁性金属层的宽度可以相同。(8)上述(1)～(7)中任一项所述的自旋流磁化反转元件中，所述纯自旋流产生部可以包含具有d电子或者f电子的原子序数为39以上的非磁性金属，并且所述纯自旋流产生部的电阻率比所述低电阻部的电阻率大2倍以上。(9)本专利技术的一个方式的磁阻效应元件包括：上述(1)～(8)中任一项所述的自旋流磁化反转元件；磁化方向固定的第二铁磁性金属层；以及被所述第一铁磁性金属层与所述第二铁磁性金属层所夹持的非磁性层。(10)本专利技术的一个方式的磁存储器包括多个上述(9)记载的磁阻效应元件。专利技术效果根据本专利技术的自旋流磁化反转元件，能够提供一种利用纯自旋流的磁化反转的自旋流磁化反转元件。附图说明图1是用于说明本专利技术的自旋流磁化反转元件的一个实施方式的示意图，(a)是俯视图，(b)是截面图。图2是对自旋空穴(hole)效果进行说明的示意图。图3是用于说明本专利技术的原理的概念图。图4是用于说明本专利技术的自旋流磁化反转元件的另一实施方式的示意图，(a)是俯视图，(b)是截面图。图5是用于说明本专利技术的自旋流磁化反转元件的另一实施方式的示意图，(a)是俯视图，(b)是截面图。图6是用于说明本专利技术的自旋流磁化反转元件的另一实施方式的示意图，(a)是俯视图，(b)是截面图。图7是用于说明本专利技术的自旋流磁化反转元件的另一实施方式的示意图，(a)是俯视图，(b)是截面图。图8是用于说明本专利技术的自旋流磁化反转元件的另一实施方式的示意图，(a)是俯视图，(b)是截面图。图9是用于说明本专利技术的自旋流磁化反转元件的另一实施方式的示意图，(a)是俯视图，(b)是截面图。图10是用于说明本专利技术的自旋流磁化反转元件的另一实施方式的示意图，(a)是俯视图，(b)是截面图。图11是用于说明本专利技术的自旋流磁化反转元件的另一实施方式的示意图，(a)是俯视图，(b)是截面图，(c)是截面图。本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种自旋流磁化反转元件，其特征在于，包括：磁化方向可变的第一铁磁性金属层；和在与作为所述第一铁磁性金属层的法线方向的第一方向交叉的第二方向上延伸，并与所述第一铁磁性金属层的第一面接合的自旋轨道转矩配线，所述自旋轨道转矩配线由与所述第一铁磁性金属层的第一面接合的纯自旋流产生部，和与所述第二方向上的该纯自旋流产生部的两端连接、并由电阻率比该纯自旋流产生部小的材料构成的低电阻部构成，所述纯自旋流产生部以与所述第一方向正交的截面的面积随着在所述第一方向上远离与所述第一铁磁性金属层接合的接合面而连续地和/或阶梯地变大的方式而形成。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2015.11.27 JP 2015-232334;2016.03.16 JP 2016-053071.一种自旋流磁化反转元件，其特征在于，包括：磁化方向可变的第一铁磁性金属层；和在与作为所述第一铁磁性金属层的法线方向的第一方向交叉的第二方向上延伸，并与所述第一铁磁性金属层的第一面接合的自旋轨道转矩配线，所述自旋轨道转矩配线由与所述第一铁磁性金属层的第一面接合的纯自旋流产生部，和与所述第二方向上的该纯自旋流产生部的两端连接、并由电阻率比该纯自旋流产生部小的材料构成的低电阻部构成，所述纯自旋流产生部以与所述第一方向正交的截面的面积随着在所述第一方向上远离与所述第一铁磁性金属层接合的接合面而连续地和/或阶梯地变大的方式而形成。2.如权利要求1所述的自旋流磁化反转元件，其特征在于：与所述纯自旋流产生部的一端连接的所述低电阻部和与所述纯自旋流产生部的另一端连接的所述低电阻部分离。3.如权利要求1或2所述的自旋流磁化反转元件，其特征在于：所述纯自旋流产生部的所述接合面包含于与所述第一铁磁性金属层的第一面重叠的区域。4.如权...

【专利技术属性】
技术研发人员：盐川阳平，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