磁阻效应元件制造技术

本发明专利技术提供一种磁阻效应元件，在作为现有的隧道势垒层的材料或比使用了MgAl2O4的TMR元件更低的RA中，产生较高的MR比。磁阻效应元件的特征在于，具有层叠体，该层叠体按顺序层叠有：基底层、第一铁磁性金属层、隧道势垒层、第二铁磁性金属层，上述基底层由TiN、NbN、TaN、ZrN或它们的混晶构成，上述隧道势垒层由具有尖晶石结构的以下述的组成式(1)表示的化合物构成。(1)：AxB2Oy，式中，A为非磁性的二价阳离子，表示选自镁及锌中的1种以上的元素的阳离子，x表示满足0＜x≤2的数，y表示满足0＜y≤4的数。

【技术实现步骤摘要】
磁阻效应元件
本专利技术涉及磁阻效应元件。
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，及在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(专利文献1～2，非专利文献1～4)。通常，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)比比GMR元件的MR比大。TMR元件能够分类成两种。第一种是利用了铁磁性层间的波动函数的浸出效应的仅利用了隧道效应的TMR元件。第二种是在产生上述的隧道效应时利用了隧穿的非磁性绝缘层的特定的轨道的传导的利用了相干隧道的TMR元件。已知利用了相干隧道的TMR元件可得到比仅利用了隧道的TMR元件更大的MR比。由于引起该相干隧道效应，因此，铁磁性层和非磁性绝缘层相互为雏晶，产生铁磁性层与非磁性绝缘层的界面处结晶学连续的情况。磁阻效应元件在各种用途中使用。例如，作为磁传感器，已知有磁阻效应型磁传感器，硬盘驱动器的再生功能中，磁阻效应元件决定其特性。磁阻效应型磁传感器是将磁阻效应元件的磁化方向根据来自外部的磁场而变化的效果作为磁阻效应元件的电阻变化进行检测的磁传感器。根据非专利文献4已知，在用于检测以磁头为代表的微小区域的磁场的磁阻效应型磁传感器中考虑高频相应，在磁阻效应元件的面积电阻(RA)为0.1～0.2Ω·μm2程度的情况下得到最高的再生能力。今后期待的设备是磁阻变化型随机存取存储器(MRAM)。MRAM是使双层铁磁性的磁方向适当变化成平行和反平行，而将磁阻读入成0和1的数字信号的存储器。现有技术文献专利文献专利文献1：专利第5586028号公报专利文献2：，美国专利申请公开第2013/0221461号说明书非专利文献非专利文献1：HiroakiSukegawa,HuixinXiu,TadakatsuOhkubo,TakaoFurubayashi,TomohikoNiizeki,WenhongWang,ShinyaKasai,SeijiMitani,KoichiroInomata,andKazuhiroHono,APPLIEDPHYSICSLETTERS96,212505(2010)非专利文献2：ThornasScheike,HiroakiSukegawa,TakaoFurubayashi,ZhenchaoWen,KoichiroInornata,TadakatsuOhkubo,KazuhiroHono,andSeijiMitani,AppliedPhysicsLetters,105,242407(2014)非专利文献3：YoshioMiura,ShingoMuramoto,KazutakaAbe,andMasafurniShirai,PhysicalReviewB86,024426(2012)非专利文献4：MasayukiTakagishi,KenichiroYamada,HitoshiIwasaki,HiromiN.Fuke,andSusumuHashirnoto,IEEETransMagn.,Vol.46,No.6,2086(2010)
技术实现思路
专利技术所要解决的课题近年来，为了产生相干隧道，需要使用MgO作为非磁性绝缘层。但是，在将MgO用作非磁性绝缘层的情况下，存在难以将RA降低至0.1～0.2Ω·μm2程度，且即使RA降低，MR比也不充分的课题。今后的磁传感器或MRAM等的设备中，需要即使在较高的偏压下，也可得到充分的MR比。磁传感器中，为了观测地磁场或生物磁场等微小的磁场，必须放大在电路上作为电阻变化而得到的电信号。以往，为了实现高灵敏度，不仅需要MR比，而且还需要增大输出电压或输出电流，且需要较高的偏压下的驱动。在MRAM时写入的动作中需要较高的电压驱动。自旋转移力矩型(STT)MRAM中，需要将铁磁性层的磁化方向越变化而越高的电流密度施加于磁阻效应元件。铁磁性层的磁化方向是自旋极化电流作用于铁磁性层的自旋的效果。更新电流与MR比一样，由于较强的自旋极化电流而产生，因此，在即使是STT-MRAM也一样高的偏压下，需要较高的MR比。专利文献1及非专利文献1中报告了，作为代替MgO的材料，尖晶石结构的隧道势垒是有效的。已知以MgAl2O4的组成式表示的尖晶石隧道势垒可以得到与MgO同等的MR比，同时在较高的偏压下，得到比MgO更高的MR比。另外，专利文献2、及非专利文献2及3中记载了，为了得到较高的MR比，需要MgAl2O4为不规则的尖晶石结构。这里所说的不规则的尖晶石结构是指虽然O原子阵列紧密堆积的立方晶格，但是其具有Mg和Al的原子排列紊乱的结构，作为整体为立方晶的结构。原有的尖晶石中，Mg和Al规则地排列在氧离子的四面体间隙及八面体间隙中。但是，在不规则的尖晶石结构中，它们随机地配置，因此，结晶的对称性变化，实际上成为晶格常数从MgAl2O4的约0.808nm变为减半的结构。专利文献2中示例有组成式由AB2O4和A2B’O4表示的尖晶石。由AB2O4表示的尖晶石的A为选自Mg、Zn、Cu、Cd、Li、Ni、Fe、Co、Mn、Cr、Hg及V中的1种以上的元素，B为选自Al、Ga、In、Sc、Ti、V、Cr、Mn、Fe、Rh、Ir及Co的1种以上的元素。由A2B’O4表示的尖晶石的A为选自Mg、Zn、Cu、Cd、Li、Ni、Fe、Co、Mn、Cr、Hg、Ag及V中的1种以上的元素，B’为选自Ti、Mn、Si、Ge、Mo及Sn中的1种以上的元素。本专利技术是鉴于上述情况而研发的，其目的在于，提供一种磁阻效应元件，在作为现有的隧道势垒层的材料或比使用了MgAl2O4的TMR元件更低的RA中，产生较高的MR比。用于解决课题的方案为了解决所述课题，本专利技术提供一种磁阻效应元件，其特征在于，具有层叠体，所述层叠体按顺序层叠有：基底层、第一铁磁性金属层、隧道势垒层、以及第二铁磁性金属层，所述基底层由TiN、NbN、TaN、ZrN或它们的混晶构成，所述隧道势垒层由具有尖晶石结构的下述组成式(1)表示的化合物构成。(1)：AxIn2Oy式中，A为非磁性的二价阳离子，表示选自镁及锌中的1种以上的元素的阳离子，x表示满足0＜x≤2的数，y表示满足0＜y≤4的数。含有三价的铟(In)和氧的尖晶石材料的能带隙比使用Al作为MgAl2O4等的三价阳离子的现有的尖晶石材料的能带隙小。因此，所述本专利技术的磁阻效应元件与现有的磁阻效应元件相比，隧道势垒层的电阻较低，能够在较低的面积电阻(RA)下体现较高的磁阻(MR)比。另外，认为通过基底层由TiN、NbN、TaN、ZrN或它们的混晶构成，低RA下的MR比变得更大。其原因不明确，但专利技术人发现，构成隧道势垒层的材料的结晶的晶格常数与将构成基底层的氮化物可采用的结晶的晶格常数设为n倍的数(n为自然数或1/自然数)之差越小，MR比越大。因此，不得不考虑基底层对隧道势垒层的结晶性造成的影响。这是推翻现有的常识的结果。一般可以说，通过反应性溅射法成膜的氮化物膜为非晶。于是，实施例中使用的通过反应性溅射法成膜的TiN膜、NbN膜、TaN膜及ZrN为非晶。然而，如果基底层为完全的非晶，则应没有与其上面的层的结晶学相关性，专利技术人得到的所述结果是推翻现有的常识的结果。推测其原因时认为，对于本专利技术本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种磁阻效应元件，其特征在于，具备层叠体，所述层叠体按顺序层叠有：基底层、第一铁磁性金属层、隧道势垒层、以及第二铁磁性金属层，所述基底层由TiN、NbN、TaN、ZrN或它们的混晶构成，所述隧道势垒层由具有尖晶石结构的下述组成式(1)表示的化合物构成，(1)：AxIn2Oy式中，A为非磁性的二价阳离子，表示选自镁及锌中的1种以上的元素的阳离子，x表示满足0＜x≤2的数，y表示满足0＜y≤4的数。

【技术特征摘要】
2016.09.29 JP 2016-1920101.一种磁阻效应元件，其特征在于，具备层叠体，所述层叠体按顺序层叠有：基底层、第一铁磁性金属层、隧道势垒层、以及第二铁磁性金属层，所述基底层由TiN、NbN、TaN、ZrN或它们的混晶构成，所述隧道势垒层由具有尖晶石结构的下述组成式(1)表示的化合物构成，(1)：AxIn2Oy式中，A为非磁性的二价阳离子，表示选自镁及锌中的1种以上的元素的阳离子，x表示满足0＜x≤2的数，y表示满足0＜y≤4的数。2.根据权利要求1所述的磁阻效应元件，其特征在于，所述隧道势垒层具有：晶格匹配部，其与所述第一铁磁性金属层和所述第二铁磁性金属层两者晶格匹配；和晶格不匹配部，其与所述第一铁磁性金属层和所述第二铁磁性金属层的至少一方晶格不匹配。3.根据权利要求1所述的磁阻效应元件，其特征在于，所述隧道势垒层为原子排列不规则的尖晶石结构。4.根据权利要求2所述的磁阻效应元件，其特征在于，所述隧道势垒层为原子排列不规则的尖晶石结构。5.根据权利要求1所述的磁阻效应元件，其特征在于，所述第二铁磁性金属层的矫顽力比所述第一铁磁性金属层的矫顽力大。6.根据权利要求2所述的磁阻效应元件，其特征在于，所述第二铁磁性金属层的矫顽力比所述第一铁磁性金属层的矫顽力大。7.根据权利要求3所述的磁阻效应元件，其特征在于，所述第二铁磁性金属层的矫顽力比所述第一铁磁性金属层的矫顽力大。8.根据权利要求4所述的磁阻效应元件，其特征在于，所述第二铁磁性金属层的矫顽力比所述第...

【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