磁单元和磁存储器制造技术

一种磁单元，其特征在于包括：　　　　磁化实质上被固定在第１方向上的第１强磁性层；　　　　磁化实质上被固定在与上述第１方向相反的第２方向上的第２强磁性层；　　　　设置在上述第１强磁性层和上述第２强磁性层之间，磁化方向可变的第３强磁性层；　　　　设置在上述第１强磁性层和上述第３强磁性层之间的第１中间层；　　　　设置在上述第２强磁性层和上述第３强磁性层之间的第２中间层，　　　　其中　　　　通过在上述第１和第２强磁性层之间流过电流，来使自旋极化了的电子作用于上述第３强磁性层，能够将上述第３强磁性层的磁化方向决定在与上述电流的方向对应的方向上。（*该技术在2023年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及磁单元和磁存储器，特别涉及能够通过流过自旋极化了的电子来进行写入的磁单元和磁存储器。
技术介绍
为了控制磁性体的磁化方向，现在采用了施加磁场的方法。例如，在硬盘驱动器(hard disk drive)中，通过从记录头产生磁场，使介质的磁化方向反转，进行写入。另外，在固体磁存储器中，通过向单元施加因在设置在磁阻效应元件旁边的布线中流过电流而产生的电流磁场，进行单元的磁化方向控制。这些基于外部磁场的磁化方向控制具有长久的历史，可以说是已经确立了的技术。另一方面，随着现在超精密技术的进步，磁性材料急剧细微化，有必要利用精密技术进行局部的磁化控制。但是，由于磁场根本地具有空间广泛性质，所以难以局部化。随着比特和单元的大小的微小化，在选择特定的比特和单元控制其磁化方向的情况下，磁场波及相邻的比特和单元的“失真”问题变得显著了。另外，如果为了使磁场局部化而减小磁场发生源，则会产生不能得到充分的产生磁场的问题。最近，还发现了通过在磁性体中流过电流来使磁化反转的“电流直接驱动型磁化反转”(参照例如非专利文献1)。非专利文献1F.J.Albert，et al.，Appl.Lett.77，3809(2000)基于电流的磁化的反转是通过使在自旋极化了的电流通过磁性层时产生的自旋极化电子的角动量传递、作用为希望磁化反转的磁性体的角动量，来引起磁化的反转的现象。如果利用该现象，则能够对精密技术的磁性体产生更直接的作用，能够对更微小的磁性体进行记录。但是，现在即使在单元的大小是从100纳米到数十纳米左右的情况下，也有用来使磁化反转的反转电流极端增大到10mA～数mA的问题。即，为了防止因电流造成的元件破坏，防止发热，进而降低消耗电力，而希望有用尽量小的电流进行磁化反转的磁单元构造。
技术实现思路
本专利技术就是根据对该问题的认识而提出的，其目的是提供一种能够降低进行基于电流直接驱动的磁化反转时的反转电流的磁单元，以及使用它的磁存储器。为了达到上述目的，本专利技术的第1方面的磁单元的特征在于包括磁化实质上被固定在第1方向上的第1强磁性层、磁化实质上被固定在与第1方向相反的第2方向上的第2强磁性层、设置在上述第1强磁性层和上述第2强磁性层之间，磁化方向可变的第3强磁性层、设置在上述第1强磁性层和上述第3强磁性层之间的第1中间层、设置在上述第2强磁性层和第3强磁性层之间的第2中间层，其中通过在上述第1和第2强磁性层之间流过电流，使自旋极化了的电子作用在上述第3强磁性层上，而能够将上述第3强磁性层的磁化方向决定在与上述电流的方向对应的方向上。或者，本专利技术的磁单元的特征在于包括磁化实质上被固定在第1方向上的第1强磁性层、磁性层和非磁性层交互层叠，上述磁性层经由上述非磁性层进行反强磁性结合而构成的第1层叠体、设置在上述第1强磁性层和上述第1层叠体之间，磁化方向可变的第2强磁性层、设置在上述第1强磁性层和上述第2强磁性层之间的第1中间层、设置在上述第1层叠体和第2强磁性层之间的第2中间层，其中上述第2强磁性层的磁化容易轴与上述第1方向大致平行，包含在上述第1层叠体中的上述磁性层中的与上述第2中间层相邻的磁性层的磁化被实质固定在与上述第1方向相反的第2方向上，通过在上述第1强磁性层和上述第1层叠体之间流过电流，使自旋极化了的电子作用在上述第2强磁性层上，而能够将上述第2强磁性层的磁化方向决定在与上述电流的方向对应的方向上。或者，本专利技术的磁单元的特征在于包括磁性层和非磁性层交互层叠，上述磁性层经由上述非磁性层进行反强磁性结合而构成的第1层叠体、磁性层和非磁性层交互层叠，上述磁性层经由上述非磁性层进行反强磁性结合而构成的第2层叠体、设置在上述第1强磁性层和上述第1层叠体之间，磁化方向可变的强磁性层、设置在上述第1层叠体和上述强磁性层之间的第1中间层、设置在上述第2层叠体和上述强磁性层之间的第2中间层，其中包含在上述第1层叠体中的上述磁性层中的与上述第1中间层相邻的磁性层的磁化被实质固定在第1方向上，包含在上述第2层叠体中的上述磁性层中的与上述第2中间层相邻的磁性层的磁化被实质固定在与上述第1方向相反的第2方向上，上述强磁性层的磁化容易轴与上述第1方向大致平行，通过在上述第1层叠体和上述第2层叠体之间流过电流，使自旋极化了的电子作用在上述强磁性层上，而能够将上述强磁性层的磁化方向决定在与上述电流的方向对应的方向上。另一方面，本专利技术的磁存储器的特征在于具备将上述任意的多个磁单元设置在绝缘体之间，同时设置为矩阵状的存储器单元。在此，能够通过探针访问上述存储器单元上的各个上述磁单元。另外，上述存储器单元上的各个上述磁单元与字线和比特线连接，通过选择上述字线和比特线，能够对特定的磁单元进行信息的记录或读出。附图说明图1是示例展示本专利技术的实施例1的磁单元的基本截面结构的模型图。图2是展示将磁化控制在与膜面垂直的方向上的磁单元的截面结构的模型图。图3是用来说明图1所示的磁单元的“写入”的机制的模型截面图。图4是用来说明在展示反转型磁阻效应时的磁单元的“写入”的机制的模型截面图。图5是用来说明图2所示的磁单元的“写入”的机制的模型截面图。图6是用来说明本专利技术的实施例的磁单元的读出方法的概念图。图7是用来说明基于磁化的相对方向的磁阻变化的概念图。图8是展示非对称结构的具体实施例1的模型截面图。图9是展示非对称结构的具体实施例2的模型截面图。图10是展示非对称结构的具体实施例3的模型截面图。图11是展示非对称结构的具体实施例4的模型截面图。图12是展示固定层C1、C2的静磁结合的模型截面图。图13是展示设置了反强磁性层的磁单元的模型截面图。图14是展示分别通过反强磁性层固定了固定层C1、C2的磁化的磁单元的模型截面图。图15是展示分别通过反强磁性层固定了固定层C1、C2的磁化的磁单元的模型图。图16是展示分别通过反强磁性层固定了固定层C1、C2的磁化的磁单元的另一个具体例子的模型截面图。图17是展示经由非磁性层的层间交换相互作用的膜厚度依存性的曲线图。图18是展示设置了2层的磁性记录层的磁单元的模型截面图。图19是分别使磁性固定层和磁性记录层A成为层叠结构的具体例子的模型截面图。图20是分别使磁性固定层和磁性记录层A成为层叠结构的具体例子的模型截面图。图21是分别使磁性固定层和磁性记录层A成为层叠结构的具体例子的模型截面图。图22是展示设置了2个磁性固定结构的具体例子的模型截面图。图23是展示使2个磁性固定结构以及磁性记录层成为层叠结构的具体例子的模型截面图。图24是展示使2个磁性固定结构以及磁性记录层成为层叠结构的具体例子的模型截面图。图25是展示使2个磁性固定结构以及磁性记录层成为层叠结构的具体例子的模型截面图。图26是展示使用了本专利技术的磁单元的磁存储器的模型图。图27是展示各单元10共有其一部分层的结构的模型图。图28是展示使用了本专利技术的磁单元的磁存储器的具体实施例2的模型截面图。图29(a)是展示本实施例的磁单元的主要部分截面结构的模型图，(b)是展示比较例子的磁单元的主要部分截面结构的模型图。图30是展示实施例5的检测的模型图。图31是展示本专利技术的实施例6的磁存储器的概念图。图32是展示示例A10的微分电阻的曲线图。图33是展示示例B10的微本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种磁单元，其特征在于包括磁化实质上被固定在第1方向上的第1强磁性层；磁化实质上被固定在与上述第1方向相反的第2方向上的第2强磁性层；设置在上述第1强磁性层和上述第2强磁性层之间，磁化方向可变的第3强磁性层；设置在上述第1强磁性层和上述第3强磁性层之间的第1中间层；设置在上述第2强磁性层和上述第3强磁性层之间的第2中间层，其中通过在上述第1和第2强磁性层之间流过电流，来使自旋极化了的电子作用于上述第3强磁性层，能够将上述第3强磁性层的磁化方向决定在与上述电流的方向对应的方向上。2.根据权利要求1所述的磁单元，其特征在于上述第3强磁性层的易磁化轴大致与上述第1方向平行。3.根据权利要求1或2所述的磁单元，其特征在于上述第1强磁性层和上述第3强磁性层之间的电阻在上述第3强磁性层的上述磁化方向与上述第1方向大致相同的状态下成为第1值，在上述第3强磁性层的上述磁化方向与上述第2方向大致相同的状态下成为比上述第1值大的第2值，上述第2强磁性层和上述第3强磁性层之间的电阻在上述第3强磁性层的上述磁化方向与上述第2方向大致相同的状态下成为第3值，在上述第3强磁性层的上述磁化方向与上述第1方向大致相同的状态下成为比上述第3值大的第4值。4.根据权利要求1～3中的任意一个所述的磁单元，其特征在于在电子电流从上述第1强磁性层经由上述第3强磁性层流向上述第2强磁性层的情况下，使上述第3强磁性层的磁化方向成为上述第1方向，在电子电流从上述第2强磁性层经由上述第3强磁性层流向上述第1强磁性层的情况下，使上述第3强磁性层的磁化方向成为上述第2方向。5.根据权利要求1或2所述的磁单元，其特征在于上述第1强磁性层和上述第3强磁性层之间的电阻在上述第3强磁性层的上述磁化方向与上述第1方向大致相同的状态下成为第1值，在上述第3强磁性层的上述磁化方向与上述第2方向大致相同的状态下成为比上述第1值小的第2值，上述第2强磁性层和上述第3强磁性层之间的电阻在上述第3强磁性层的上述磁化方向与上述第2方向大致相同的状态下成为第3值，在上述第3强磁性层的上述磁化方向与上述第1方向大致相同的状态下成为比上述第3值小的第4值。6.根据权利要求1～5中的任意一个所述的磁单元，其特征在于上述第1中间层的电阻与上述第2中间层的电阻相互不同。7.根据权利要求1～6中的任意一个所述的磁单元，其特征在于上述第1和第2中间层的任意一个由导电体构成，另一个由绝缘体构成。8.根据权利要求1～7中的任意一个所述的磁单元，其特征在于上述第1和第2中间层的任意一个由具有针孔的绝缘体构成，上述针孔被与上述绝缘体的两侧邻接的上述强磁性层的材料所填充。9.根据权利要求1～8中的任意一个所述的磁单元，其特征在于上述第1和第2强磁性层的至少任意一个通过邻接设置的反强磁性层被固定其磁化方向。10.根据权利要求1～9中的任意一个所述的磁单元，其特征在于与上述第1和第2强磁性层的至少一个邻接地依次层叠非磁性层、第4强磁性层和反强磁性层，与上述非磁性层的两侧邻接的上述强磁性层的磁化方向被固定在同一方向上。11.根据权利要求1～10中的任意一个所述的磁单...

【专利技术属性】
技术研发人员：中村志保，羽根田茂，大沢裕一，
申请(专利权)人：株式会社东芝，
类型：发明
国别省市：