本发明专利技术的自旋流磁化反转元件中，具备：磁化方向可变的第二铁磁性金属层(1)；向相对于上述第二铁磁性金属层(1)的垂直于平面的方向交叉的方向延伸，且接合于上述第二铁磁性金属层(1)的自旋轨道力矩配线(2)，上述自旋轨道力矩配线层(2)的、接合于上述第二铁磁性金属层(1)的接合部分的自旋电阻比上述第二铁磁性金属层(1)的自旋电阻大。
Spin flow magnetization reversal element, magnetoresistive effect element and magnetic memory
In the spin flow magnetization reversal element of the present invention, the second ferromagnetic metal layer (1) with variable magnetization direction extends to the direction of cross of the second ferromagnetic metal layer (1) perpendicular to the plane, and joins in the spin track moment line (2) of the above second ferromagnetic metal layer (1), and the spin orbit above the above mentioned second ferromagnetic metal layer (1). The spin resistance of the joint part of the torque distribution layer (2) that joins the second ferromagnetic metal layer (1) above is larger than the spin resistance of the second ferromagnetic metal layer (1) above.
【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、磁阻效应元件及磁存储器
本专利技术涉及自旋流磁化反转元件、磁阻效应元件及磁存储器。本申请基于2015年11月27日申请于日本的专利申请2015-232334号、2016年3月16日申请于日本的专利申请2016-53072号、2016年3月18日申请于日本的专利申请2016-56058号、2016年10月27日申请于日本的专利申请2016-210531号、2016年10月27日申请于日本的专利申请2016-210533号主张优先权，且将其内容在此引用。
技术介绍
已知由铁磁性层和非磁性层的多层膜构成的巨大磁阻(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。一般而言，TMR元件的元件电阻比GMR元件的元件电阻高，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元件备受关注。作为MRAM的写入方式，已知有利用电流制作的磁场进行写入(磁化反转)的方式及利用沿磁阻元件的叠层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。利用磁场的方式中，存在元件尺寸较小时，在能够流通于较细的配线的电流下不能写入的问题。与之相对，利用自旋转移力矩(STT)的方式中，一铁磁性层(固定层，参照层)使电流进行自旋极化，该电流的自旋转换成另一铁磁性层(自由层，记录层)的磁化，通过此时产生的力矩(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).非专利文献2：T.Kimura，J.Hamrle，Y.Otani，Phys.Rev.B72(1)，014461(2005).非专利文献3：S.TakahashiandS.Maekawa，Phys.Rev.B67(5)，052409(2003).非专利文献4：J.BassandW.P.PrattJr.，J.Phys.Cond.Matt.19，183201(2007).专利技术所要解决的课题使用了STT的TMR元件的磁化反转从能量效率的观点考虑时是有效率的，但用于进行磁化反转的反转电流密度较高。从TMR元件的长寿命的观点来看，优选该反转电流密度较低。这一点对于GMR元件也一样。因此，TMR元件及GMR元件的任意磁阻效应元件中，均优选降低流通于该磁阻效应元件的电流密度。近年来，建议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在应用上进行(例如，非专利文献1)。自旋轨道相互作用的纯自旋流能够诱发自旋轨道力矩(SOT)，并通过SOT的大小引起磁化反转。纯自旋流通过向上自旋的电子和向下自旋电子以相同数量相互反向地流通而产生，电荷的流通相抵，因此，电流为零。如果能够仅通过该纯自旋流进行磁化反转，流通磁阻效应元件的电流为零，因此，能够实现磁阻效应元件的长寿命化。或，认为如果STT也能够用于磁化反转，且利用纯自旋流的SOT，则能够将STT所使用的电流降低利用纯自旋流的SOT的量，能够实现磁阻效应元件的长寿命化。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。利用SOT的研究只是就绪，进行具体的应用时存在各种课题，但现状是尚未充分认识还存在什么样的课题。利用SOT的磁化反转通过如下产生，即，在磁化方向可变的铁磁性金属层(自由层)接合了由产生纯自旋流的材料构成的部件(例如，层或膜。以下，有时称为“自旋流产生部件”)的构造中，通过向该部件流通电流而产生纯自旋流，该纯自旋流从与铁磁性金属层的接合部分向铁磁性金属层中扩散(注入)而产生。此时，由于自旋流产生部件与铁磁性金属层的自旋电阻的大小的不同(不匹配)，担心注入的自旋流从铁磁性金属层向自旋流产生部件返回的影响。这样逆流的自旋流的量无助于铁磁性金属层中的磁化的反转。因此，研究降低这样逆流的自旋流的量的结构，并想到本专利技术。
技术实现思路
本专利技术是鉴于上述问题而研发的，其目的在于，提供一种在降低了从铁磁性金属层(自由层)向自旋轨道力矩配线的纯自旋流的逆流的状态下，利用纯自旋流的磁化反转的磁阻效应元件及磁存储器。用于解决课题的方案本专利技术为了解决所述课题，提供以下方案。(1)本专利技术的一个方式提供一种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；自旋轨道力矩配线，其向与所述第二铁磁性金属层的法线方向的方向交叉的方向延伸，且接合于所述第二铁磁性金属层，所述自旋轨道力矩配线层的、接合于所述第二铁磁性金属层的接合部分的自旋电阻比所述第二铁磁性金属层的自旋电阻大。(2)所述(1)所记载的自旋流磁化反转元件中，所述自旋轨道力矩配线层也可以具有由产生自旋流的材料构成的自旋流产生部和导电部，自旋流产生部的一部分构成所述接合部分。(3)所述(1)或(2)的任一项所记载的自旋流磁化反转元件中，所述导电部的电阻率也可以是所述自旋流产生部的电阻率以下。(4)所述(1)～(3)中任一项所记载的自旋流磁化反转元件中，所述自旋流产生部也可以由选自钨、钼、铌及含有至少一种以上的这些金属的合金的材料构成。(5)所述(1)～(4)中任一项所记载的自旋流磁化反转元件中，所述自旋轨道力矩配线也可以具有与所述第二铁磁性金属层的侧壁的一部分接触的侧壁接合部。(6)本专利技术的一个方式提供一种磁阻效应元件，其具备：所述(1)～(5)中任一项所记载的自旋流磁化反转元件、磁化方向被固定的第二铁磁性金属层、被所述第一铁磁性金属层和所述第二铁磁性金属层夹持的非磁性层。(7)所述(1)～(6)中任一项所记载的磁阻效应元件中，所述第二铁磁性金属层在叠层方向上与所述第一铁磁性金属层相比位于下方。(8)本专利技术的一个方式提供一种磁存储器，其具备多个所述(1)～(6)中任一项所记载的磁阻效应元件。磁化反转方法是所述(6)或(7)任一项所记载的磁阻效应元件的磁化反转方法，能够将流通于所述自旋轨道力矩配线的电流密度设为低于1×107A/cm2。专利技术效果根据本专利技术的自旋流磁化反转元件，能够在降低了从铁磁性金属层(自由层)向自旋轨道力矩配线的纯自旋流的逆流的状态下，利用纯自旋流进行磁化反转。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自旋流磁化反转元件的立体图；图2用于说明自旋霍尔效应的示意图；图3用于说明使用了面内自旋阀结构的非局部的测定的立体图；图4是用于说明通过四端子法进行的电阻率的测定的立体图；图5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6是用于说明自旋轨道力矩配线的一个实施方式的示意图，(a)是剖面图，(b)是平面图；图7是用于说明自旋轨道力矩配线的另一实施方式的示意图，(a)是剖面图，(b)是平面图；图8是用于说明自旋轨道力矩配线的另一实施方式的示意图，(a)是剖面图，(b)是平面图；图9是用于说明自旋轨道力矩配线的另一实施方式的示意图，(a)是剖面图，(b)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，其具备：磁化方向可变的第二铁磁性金属层；以及自旋轨道转矩配线，其向与所述第二铁磁性金属层的法线方向交叉的方向延伸，且接合于所述第二铁磁性金属层，所述自旋轨道转矩配线层的、接合于所述第二铁磁性金属层的接合部分的自旋电阻比所述第二铁磁性金属层的自旋电阻大。
【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，其具备：磁化方向可变的第二铁磁性金属层；以及自旋轨道转矩配线，其向与所述第二铁磁性金属层的法线方向交叉的方向延伸，且接合于所述第二铁磁性金属层，所述自旋轨道转矩配线层的、接合于所述第二铁磁性金属层的接合部分的自旋电阻比所述第二铁磁性金属层的自旋电阻大。2.根据权利要求1所述的自旋流磁化反转元件，其中，所述自旋轨道转矩配线层具有由产生自旋流的材料构成的自旋流产生部和导电部，自旋流产生部的一部分构成所述接合部分。3.根据权利要求1或2所述的自旋流磁化反转元...
【专利技术属性】
技术研发人员：佐佐木智生，及川亨，
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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