自旋流磁化反转元件、自旋轨道转矩型磁阻效应元件和磁存储器制造技术

本发明专利技术提供能够减少磁化反转所需要的反转电流密度的自旋流磁化反转元件、自旋轨道转矩型磁阻效应元件和磁存储器。该自旋流磁化反转元件具有：沿第一方向延伸的自旋轨道转矩配线；和在与上述自旋轨道转矩配线交叉的第二方向层叠的第一铁磁性层，上述第一铁磁性层具有多个铁磁性结构层和夹在相邻的铁磁性结构层间的至少1层插入层，夹着上述多个铁磁性结构层中的至少1个铁磁性结构层的层的自旋霍尔角的极性不同。

【技术实现步骤摘要】
自旋流磁化反转元件、自旋轨道转矩型磁阻效应元件和磁存储器
本专利技术涉及自旋流磁化反转元件、自旋轨道转矩型磁阻效应元件和磁存储器。
技术介绍
作为磁阻效应元件，已知有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，TMR元件与GMR元件相比，元件电阻高，磁阻(MR)比大。因此，作为磁传感器、高频部件、磁头和非易失性随机存取存储器(MRAM)用的元件，TMR元件备受关注。在夹着绝缘层的两个铁磁性层的相互磁化的朝向变化时，TMR元件的元件电阻发生变化，MRAM利用这样的特性读写数据。作为MRAM的写入方式，已知有利用电流形成的磁场进行写入(磁化反转)的方式、及利用沿磁阻效应元件的层叠方向流通电流而产生的自旋转移转矩(STT)进行写入(磁化反转)的方式。从能量的有效的观点考虑时，使用了STT的TMR元件的磁化反转是有效的，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看，优选该反转电流密度低。该点对于GMR元件也一样。因此，近年来，利用与STT不同的机制进行磁化反转的、利用由自旋轨道相互作用生成的纯自旋流的磁化反转备受关注(例如，非专利文献1)。该机制尚不明确，但考虑是由自旋轨道相互作用产生的纯自旋流或种类不同的材料界面中的Rashba效应诱发自旋轨道转矩(SOT)，根据SOT引起磁化反转。纯自旋流通过向上的自旋电子和向下的自旋电子以相同数量相互反方向流动而产生，电荷的流动相抵。因此，磁阻效应元件中流通的电流为零，能够实现磁阻效应元件的长寿命化。例如，在专利文献1中公开了，利用SOT进行写入(磁化反转)的磁阻存储器。专利文献1中公开的磁阻存储器利用由自旋霍尔效应注入的自旋导致的SOT，使功能性磁耦合层的磁化反转，进一步而言，使与功能性磁耦合层磁耦合的记录层的磁化反转。现有技术文献专利文献专利文献1：美国专利申请公开第2014/0312441号说明书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课题但是，利用SOT使磁化反转所需要的反转电流密度与利用STT使磁化反转所需要的反转电流密度可以是同程度的。利用SOT的元件具有：不需要在磁阻效应元件的层叠方向上流通，因此能够抑制对磁阻效应元件产生损伤的优点。另一方面，为了提高元件的驱动效率，谋求降低利用SOT使磁化反转所需要的反转电流密度。本专利技术是鉴于上述事情而完成的专利技术，其目的在于提供能够减少磁化反转所需要的反转电流密度的自旋流磁化反转元件、自旋轨道转矩型磁阻效应元件和磁存储器。用于解决课题的方法本专利技术的专利技术人发现：在具有自旋轨道转矩配线的SOT方式的磁阻效应元件中，沿着自旋轨道转矩配线流通的电流的一部分侵入铁磁性金属层内。因此，研究了在铁磁性金属层内也插入用于产生自旋霍尔效应的层，使产生SOT的自旋较多地发生。而且，发现通过控制插入层的自旋霍尔角的极性，能够避免或减少消除SOT的情况。即，本专利技术为了解决上述课题，提供以下的方案。(1)第一方式涉及的自旋流磁化反转元件具有：沿第一方向延伸的自旋轨道转矩配线；和在与上述自旋轨道转矩配线交叉的第二方向层叠的第一铁磁性层，上述第一铁磁性层具有多个铁磁性结构层和夹在相邻的铁磁性结构层间的至少1层插入层，夹着上述多个铁磁性结构层中的至少1个铁磁性结构层的层的自旋霍尔角的极性不同。(2)上述方式涉及的自旋流磁化反转元件中，夹着上述铁磁性结构层的层可以是上述自旋轨道转矩配线和上述插入层。(3)上述方式涉及的自旋流磁化反转元件中，上述自旋轨道转矩配线和上述多个插入层的自旋霍尔角的极性可以在层叠方向上交替地不同。(4)上述方式涉及的自旋流磁化反转元件中，在上述自旋轨道转矩配线和上述多个插入层中，具有正的极性的自旋霍尔角的层可以主要具有属于第8族、第9族、第10族、第11族和第12族中任意族的金属元素，具有负的极性的自旋霍尔角的层可以主要具有属于第3族、第4族、第5族、第6族和第7族中任意族的金属元素。(5)上述方式涉及的自旋流磁化反转元件的上述多个铁磁性结构层中，相邻的至少2个铁磁性结构层可以进行反铁磁性耦合。(6)上述方式涉及的自旋流磁化反转元件的上述多个铁磁性结构层的磁化可以在与上述第一方向和上述第二方向正交的第三方向上取向。(7)上述方式涉及的自旋流磁化反转元件，在上述多个铁磁性结构层中，与上述自旋轨道转矩配线最接近的铁磁性结构层可以比其他铁磁性结构层薄。(8)上述方式涉及的自旋流磁化反转元件的上述多个铁磁性结构层中，磁化在相同方向取向的铁磁性结构层的饱和磁化和膜厚的积的总量可以与磁化在相反方向取向的铁磁性结构层的饱和磁化和膜厚的积的总量相等。(9)第二方式涉及的自旋轨道转矩型磁阻效应元件具有：上述方式涉及的自旋流磁化反转元件；在上述第一铁磁性层中的在与上述自旋轨道转矩配线连接的面的相反侧的面层叠的非磁性层；夹着上述第一铁磁性层和上述非磁性层的第二铁磁性层。(10)第三方式涉及的磁存储器具有多个上述方式涉及的自旋轨道转矩型磁阻效应元件。专利技术效果能够提供能够减少磁化反转所需要的反转电流密度的自旋流磁化反转元件、自旋轨道转矩型磁阻效应元件和磁存储器。附图说明图1是示意地表示第一实施方式涉及的自旋流磁化反转元件的截面图。图2是自旋轨道转矩配线和插入层的自旋霍尔角的极性相等的自旋流磁化反转元件的截面示意图。图3是示意地表示铁磁性结构层为垂直磁化膜时的例子的自旋流磁化反转元件的图。图4是示意地表示铁磁性结构层为面内磁化膜、磁化在x方向上取向时的例子的自旋流磁化反转元件的图。图5是示意地表示铁磁性结构层为面内磁化膜，磁化在y方向上取向时的例子的自旋流磁化反转元件的图。图6是第二实施方式涉及的自旋流磁化反转元件的截面示意图。图7是第二实施方式涉及的自旋流磁化反转元件的其他例子的截面示意图。图8是第三实施方式涉及的自旋轨道转矩型磁阻效应元件的截面示意图。图9是具有多个自旋轨道转矩型磁阻效应元件的磁存储器的俯视图。符号说明1第一铁磁性层1Aa、1Ab、1Ac铁磁性结构层1Ba、1Bb插入层2自旋轨道转矩配线5非磁性层6第二铁磁性层10、10A、10B、10C、10D、10E、10F、11、20、21、22自旋流磁化反转元件30功能部100自旋轨道转矩型磁阻效应元件200磁存储器S1第一自旋S2第二自旋具体实施方式以下，在本实施方式中，适当参照附图进行详细地说明。以下的说明中使用的附图为了容易理解本专利技术的特征，方便而言，有时将成为特征的部分放大表示，各构成要素的尺寸比率等有时与实际不同。以下的说明中例示的材料、尺寸等为一例，本专利技术不限定于这些，能够在实现本专利技术的效果的范围内适当变更而实施。(自旋流磁化反转元件)“第一实施方式”图1是示意地表示第一实施方式涉及的自旋流磁化反转元件的截面图。第一实施方式涉及的自旋流磁化反转元件10具有第一铁磁性层1和自旋轨道转矩配本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种自旋流磁化反转元件，其特征在于，具有：沿第一方向延伸的自旋轨道转矩配线；和在与所述自旋轨道转矩配线交叉的第二方向上层叠的第一铁磁性层，所述第一铁磁性层具有多个铁磁性结构层和夹在相邻的铁磁性结构层间的至少1层插入层，夹着所述多个铁磁性结构层中的至少1个铁磁性结构层的层的自旋霍尔角的极性不同。

【技术特征摘要】
2017.09.21 JP 2017-1813281.一种自旋流磁化反转元件，其特征在于，具有：沿第一方向延伸的自旋轨道转矩配线；和在与所述自旋轨道转矩配线交叉的第二方向上层叠的第一铁磁性层，所述第一铁磁性层具有多个铁磁性结构层和夹在相邻的铁磁性结构层间的至少1层插入层，夹着所述多个铁磁性结构层中的至少1个铁磁性结构层的层的自旋霍尔角的极性不同。2.如权利要求1所述的自旋流磁化反转元件，其特征在于，夹着所述铁磁性结构层的层是所述自旋轨道转矩配线和所述插入层。3.如权利要求1所述的自旋流磁化反转元件，其特征在于，所述自旋轨道转矩配线和所述多个插入层的自旋霍尔角的极性在层叠方向上交替地不同。4.如权利要求2所述的自旋流磁化反转元件，其特征在于，所述自旋轨道转矩配线和所述多个插入层的自旋霍尔角的极性在层叠方向上交替地不同。5.如权利要求1所述的自旋流磁化反转元件，其特征在于，在所述自旋轨道转矩配线和所述多个插入层中，具有正的极性的自旋霍尔角的层主要具有属于第8族、第9族、第10族、第11族和第12族中的任意族的金属元素，具有负的极性的自旋霍尔角的层主要具有属于第3族、第4族、第5族、第6族和第7族中的任意族的金属元素。6.如权利要求1所述的自旋流磁化反转元件，其特征在于，在所述多个铁磁性结构层中，相邻的至少2个铁磁性结构层进行反铁磁性耦合。7.如权利要求2所述的自旋流磁化反转元件，其特征在于，在所述多个铁磁性结构层中，相邻的至少2个铁磁性结构层进行反铁磁性耦合。8.如权利要求3所述的自旋流磁化反转元件，其特征在于，在所述多个铁磁性结构层中，相邻的至少2个铁磁性结构层进行反铁磁性耦合。9.如权利要求4所述的自旋流磁化反转元件，其特征在于，在所述多个铁磁性结构层中，相邻的至少...

【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