CN107887502A - 磁阻效应元件 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种即使在偏压的符号不同的情况下，MR比的对称性也良好，且能够通过电流有效地进行磁化反转且MR比较高的磁阻效应元件。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，上述基底层由选自TiN、VN、NbN及TaN中的1种或2种以上的混晶构成，上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)：AxB2Oy，式中，A为非磁性的二价阳离子，表示选自镁、锌及镉中的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。

Description

磁阻效应元件
技术领域
本发明涉及磁阻效应元件。
背景技术
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1～3，非专利文献1～3)。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。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：日本特开2012-60087号公报
专利文献2：日本专利第5586028号公报
专利文献3：日本特开2013-175615号公报
非专利文献
非专利文献1：Hiroaki Sukegawa,Huixin Xiu,Tadakatsu Ohkubo,TakaoFurubayashi,Tomohiko Niizeki,Wenhong Wang,Shinya Kasai,Seiji Mitani,KoichiroInomata,and Kazuhiro Hono,APPLIED PHYSICS LETTERS 96,212505(2010)
非专利文献2：Thornas Scheike,Hiroaki Sukegawa,Takao Furubayashi,Zhenchao Wen,Koichiro Inornata,Tadakatsu Ohkubo,Kazuhiro Hono,and SeijiMitani,Applied Physics Letters,105,242407(2014)
非专利文献3：Yoshio Miura,Shingo Muramoto,Kazutaka Abe,and MasafurniShirai,Physical Review B 86,024426(2012)
发明内容
发明所要解决的课题
MRAM中，使用了自旋转移力矩(STT)的信息的写入备受关注。这种情况能够将写入信息的电流密度施加给磁元件，且根据电流的方向决定写入的信息。但是，通常，为了根据施加于磁阻效应元件的电流的方向即电压的极性更新信息所需要的电流或电压不同，因此，存在更新容易度根据信息不同而不同的问题点。
更新容易度根据信息不同而不同的问题点的主要原因之一在于，MR比根据流过磁阻效应元件的电流的方向不同而不同。STT中的更新容易度与MR比的大小成比例。即，根据电流的方向不同，MR比不同时，更新信息的电流的大小分别不同。因此，作为MRAM或开关，要求MR比不依赖于电流偏置的方向(MR比相对于电流偏置的对称性良好)，即磁阻效应元件。另外，在将磁阻效应元件用于高频振荡器或检波器的情况下，也同样要求不依赖于电流偏置的方向的磁阻效应元件。高频应用中，相对于电流偏置的对称性良好时，相对于频率的稳定性也良好。
作为能够得到相干隧道效应的隧道势垒层的材料，MgO广泛已知。专利文献1、2、非专利文献1中，作为隧道势垒层的材料，记载了具有尖晶石结构的氧化物。专利文献1中，作为具有尖晶石结构的氧化物，示例有MgAl2O4、FeAl2O4、CoAl2O4、MgCr2O4、及MgGa2O4。另外，专利文献3、非专利文献2及3中记载了，为了得到较高的MR比，需要MgAl2O4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。
本发明目的在于提供一种磁阻效应元件，其与使用了作为现有的隧道势垒层的材料的MgO或MgAl2O4的TMR元件相比，MR比相对于偏压的极性的对称性良好，即偏压为正时和为负时，伴随施加电压值的变化的MR比的变化的比例一样，能够通过电流有效地进行磁化反转，且MR比较高。
用于解决课题的方案
为了解决所述课题，本发明提供一种磁阻效应元件，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，所述基底层由选自TiN、VN、NbN及TaN中的1种或2种以上的混晶构成，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)：AxGa2Oy
式中，A为非磁性的二价阳离子，表示选自镁、锌及镉中的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。
含有镓和氧的尖晶石材料不论偏压的符号，均显示对称的MR比，因此，在较低的偏置的区域中，自旋极化率难以衰减。因此，能够在比以往更低的电压下进行信息的更新。
另外，认为通过设为基底层由选自TiN、VN、NbN及TaN中的1种或2种以上的混晶构成的结构，MR比变得更大。其原因不明确，但发明人发现，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、VN膜、NbN膜及TaN膜为非晶。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，发明人得到的所述结果是推翻现有的常识的结果。
推测其原因认为，对于本发明的基底层，即使通过TEM进行观察，也得不到原子图像，因此，既不是完全结晶化，又不是完全非晶，虽然不能通过TEM得到原子图像，但是局部具有结晶的部分这样的成像与现实不接近。
相对于通过反应性溅射法成膜的氮化物膜为非晶的现状，本发明为提高磁阻效应元件的MR比提供了新的方向。
此外，所述结果如后述的实施例叙述那样，能够通过对比根据构成磁阻效应元件的基底层的氮化物(TiN、VN、NbN、TaN及它们的混晶)可采用的结晶的晶格定数及隧道势垒层的晶格常数求得的晶格非匹配度和MR比进行说明。VN、TiN及它们的混晶可采用的晶体结构一般为正方晶结构(NaCl结构)，空间群组为Fm-3m的晶体结构，具有该结构的结晶的晶格常数在例如“国立研究开发法人物质·材料研究机构、‘AtomWork’、(平成28年8月23日检索)、因特网URL：http://crystdb.nims.go.jp/”中公开。
另外，TiN、VN、NbN及TaN还具有导电性，因此，通过利用这些氮化物构成基底层，能够经由基底层对磁阻效应元件施加电压，简单地形成元件的结构。
所述磁阻效应元件中，所述组成式(1)的A也可以为选自镁及锌中的1种以上的元素的阳离子，所述基底层由选自TiN、VN及TaN中的1种或2种以上的混晶构成。
通过将构成基底层的材料和构成隧道势垒层的材料进行所述的组合，基底层与隧道势垒层的晶格常数之差变得更小，MR比进一步变大。
所述磁阻效应元件中，所述组成式(1)的A也可以为镉离子，所述基底层由NbN构成。
通过将构成基底层的材料和构成隧道势垒层的材料进行所述的组合，基底层和隧道势垒层的晶格常数之差变得更小，MR比进一步变大。
所述磁阻效应元件中，所述隧道势垒层也可以具有：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。
所述磁阻效应元件中，所述隧道势垒层也可以为原子排列不规则的尖晶石结构。
通过具有原子排列不规则的尖晶石结构，通过电子能带的折叠的效果，相干隧道效应增大，MR比增大。
所述磁阻效应元件中，所述第一铁磁性金属层和所述第二铁磁性金属层的任一者或两者的结晶晶格也可以与隧道势垒层匹配，为立方-立方(cubic-on-cubic)的结构。
含有镓和氧的尖晶石材料成为结晶晶格与铁等的铁磁性材料匹配，且立方-立方的结构。因此，可抑制隧道势垒层与铁磁性金属层的界面处的散射，因此，MR比的偏置依赖性不论电压的方向，均呈现对称的结构。因此，能够在比以往更低的电压下进行信息的更新。
所述磁阻效应元件中，所述第二铁磁性金属层的矫顽力也可以比所述第一铁磁性金属层的矫顽力大。
通过第一铁磁性金属层和第二铁磁性金属层的矫顽力不同，能够起到自旋阀的作用，实现设备的应用。
所述磁阻效应元件中，在室温下施加1V以上的电压的情况下，磁阻比也可以为100％以上。
高灵敏度的磁传感器、逻辑存储器及MRAM等的施加较高的偏压的设备中也能够利用磁阻效应元件。
所述磁阻效应元件中，第一铁磁性金属层和第二铁磁性金属层的至少任一者也可以具有相对于层叠方向垂直的磁各向异性。
由于不需要施加偏置磁场，能够使设备小型化。另外，具有较高的抗热干扰性，因此，能够作为记录元件发挥作用。
所述磁阻效应元件中，所述第一铁磁性金属层和所述第二铁磁性金属层的至少任一方也可以为Co2Mn1－aFeaAlbSi1－b(0≦a≦1、0≦b≦1)。
Co2Mn1－aFeaAlbSi1－b为自旋极化率较高的铁磁性金属材料，能够得到比使用其它铁磁性金属材料时更高的MR比。
发明效果
根据本发明，能够提供一种磁阻效应元件，其与使用了作为现有的隧道势垒层的材料的MgO或MgAl2O4的TMR元件相比，MR比相对于偏压的极性的对称性良好，即偏压为正时和为负时，伴随施加电压值的变化的MR比的变化的比例一样，能够通过电流有效地进行磁化反转，且MR比较高。
附图说明
图1是说明本发明的一个方式的磁阻效应元件的层叠结构的主要部分放大剖面图；
图2是本发明的一个方式的磁阻效应元件的构成隧道势垒层的规则尖晶石的晶体结构的一例的示意图；
图3是本发明的一个方式的磁阻效应元件的构成隧道势垒层的不规则尖晶石的晶体结构的一例的示意图；
图4是本发明的一个方式的磁阻效应元件的构成隧道势垒层的不规则尖晶石的晶体结构的另一例的示意图；
图5是本发明的一个方式的磁阻效应元件的构成隧道势垒层的不规则尖晶石的晶体结构的又一例的示意图；
图6是本发明的一个方式的磁阻效应元件的构成隧道势垒层的不规则尖晶石的晶体结构的又一例的示意图；
图7是本发明的一个方式的磁阻效应元件的构成隧道势垒层的不规则尖晶石的晶体结构的又一例的示意图；
图8是具备本发明的一个方式的磁阻效应元件的磁阻效应设备的平面图；
图9是图8的IX-IX线剖面图；
图10是隧道势垒层和铁磁性金属层晶格匹配的部分的一例；
图11是隧道势垒层的包含与层叠方向平行的方向的截面的结构图。
符号说明
100…磁阻效应元件、200…磁阻效应设备、1…基板、2…基底层、3…隧道势垒层、4…覆盖层、5…电极层、6…第一铁磁性金属层、7…第二铁磁性金属层、8…电极焊盘、71…电流源、72…电压计
具体实施方式
以下，参照附图详细地说明本发明的实施方式。此外，附图的说明中，对相同的要素标注相同的符号，并省略重复的说明。
(第一实施方式)
以下，对第一实施方式的磁阻效应元件100进行说明。磁阻效应元件100具有层叠体，该层叠体依次层叠有：基底层2、第一铁磁性金属层6、隧道势垒层3、第二铁磁性金属层7。基底层2由VN、TiN或它们的混晶构成。隧道势垒层3的特征在于，由具有尖晶石结构的由下述的组成式(1)表示的化合物构成。
(1)：AxGa2Oy
式中，A为非磁性的二价阳离子，表示选自镁、锌及镉中的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。
(基本结构)
图1所示的例子中，磁阻效应元件100是设于基板1上，且从基板1起依次具备基底层2、第一铁磁性金属层6、隧道势垒层3、第二铁磁性金属层7、及覆盖层4的层叠结构。
(基底层)
基底层2由选自TiN、VN、NbN及TaN中的1种或2种以上的混晶构成。
在此，虽然方便起见使用了“混晶”这样的术语，但并不意味着基底层2成为结晶，而仅仅是指组合使用2种以上的氮化物进行成膜的膜。也可以称为2种以上的氮化物的混合膜。作为混晶的例子，能够举出由TiN和VN构成的材料、由TiN和TaN构成的材料、TiN、NbN。另外，构成基底层2的上述的金属氮化物的金属元素和N的原子比不需要为1:1。优选金属元素和N的原子比处于1:0.5～1:2(＝金属元素:N)的范围。
(隧道势垒层)
隧道势垒层3由非磁性绝缘材料构成。通常，隧道势垒层的膜厚为3nm以下的厚度。利用金属材料夹住隧道势垒层3时，金属材料的原子具有的电子的波动函数扩大至超过隧道势垒层3，因此，尽管在电路上存在绝缘体，也能够流过电流。磁阻效应元件100为利用铁磁性金属材料夹住隧道势垒层3的结构，并且电阻值由夹住的铁磁性金属各自的磁化方向的相对角度确定。磁阻效应元件100中，具有通常的隧道效应和隧穿时的轨道受到限制的相干隧道效应。通常的隧道效应中，通过铁磁性材料的自旋极化率得到磁阻效应。另一方面，相干隧道中，穿隧时的轨道受到限制，因此，能够期待超出铁磁性材料的自旋极化率的效果。因此，为了体现相干隧道效应，需要铁磁性材料与隧道势垒层3结晶化，且在特定的方位进行接合。
(尖晶石结构)
构成隧道势垒层3的非磁性绝缘材料是具有尖晶石结构的由上述的组成式(1)表示的化合物。在此，本实施方式中，尖晶石结构包含规则尖晶石结构和原子排列不规则的尖晶石结构(不规则尖晶石结构)。
规则尖晶石结构如图2所示，是指存在氧与阳离子进行4配位的A位点和氧与阳离子进行6配位的B位点，氧原子的排列采取最密立方晶格，且作为整体为立方晶的结构。不规则尖晶石结构是指，氧原子的排列具有与规则尖晶石结构大致相同的最密立方晶格，但阳离子的原子排列混乱的结构。具体而言，规则尖晶石结构中，阳离子规则地排列在氧原子的四面体间隙及八面体间隙中。另一方面，在不规则尖晶石结构中，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减半的结构。例如已知，以MgAl2O4为代表的规则尖晶石结构的空间群组为Fd-3m，但晶格常数减半的不规则尖晶石结构的空间群组成为Fm-3m或F-43m。作为该不规则尖晶石结构，全部中具有图3～图7所示的5个结构的可能性，但只要是这些结构的任一种或混合它们的结构即可。不规则尖晶石结构有时称为Sukenel(Sukenel)结构。
另外，不规则尖晶石结构中，通过改变晶格重复单元，使铁磁性层材料与电子结构(能带结构)的组合变化。因此，与规则尖晶石结构相比，由于相干隧道效应，不规则尖晶石结构显示出较大的TMR增强。而且，由于隧道势垒层3具有不规则尖晶石结构，电子能带的折叠的效果使相干隧道效应增大，MR比增大。
此外，本实施方式中不规则尖晶石结构作为整体非必需为立方晶。构成隧道势垒层3的非磁性绝缘材料的晶体结构受到基底的材料的晶体结构的影响，晶格局部应变。尽管每种材料都具有块的晶体结构，但在制成薄膜的情况下，可采取以块的晶体结构为基本，局部扭曲的晶体结构。
特别是本实施方式中的隧道势垒层3为非常薄的结构，容易受到与隧道势垒层3相接的层的晶体结构的影响。但是，具有不规则尖晶石结构的材料中，块的晶体结构基本上为立方晶，本实施方式中的不规则尖晶石结构不是立方晶时，也包含稍微偏离立方晶的结构。通常，本说明书中的从不规则尖晶石结构的立方晶的偏离极小，这取决于评价晶体结构的测定方法的精度。
隧道势垒层3所含的非磁性元素中，二价阳离子，即组成式(1)的A形成尖晶石结构的A位点。形成A位点的二价阳离子为选自镁、锌及镉中的1种以上的非磁性元素的阳离子。镁、锌及镉的二价为稳定状态，在成为隧道势垒层的构成元素的情况下，能够实现相干隧道，MR比增大。
隧道势垒层3所含的二价阳离子由多种非磁性元素构成的情况下，这些多种非磁性元素的二价阳离子优选离子半径之差小至以下。离子半径的差较小时，阳离子的排列难以秩序化，成为具有比普通的规则尖晶石结构的晶格常数小的晶格常数的不规则尖晶石结构。因此，在隧道势垒层包含离子半径之差较小的2种以上的非磁性元素的情况下，MR比进一步增大。
隧道势垒层3所含的氧相对于二价阳离子进行4配位，形成A位点，相对于三价阳离子进行6配位，形成B位点。氧也可以缺损。因此，组成式(1)中，y成为满足0＜y≦4的数。但是，隧道势垒层3也可以具有组成式(1)的y超过4的部分。
隧道势垒层3所含的非磁性元素中，镓形成尖晶石结构的B位点。通过B位点含有镓和氧，不论偏压的符号，均显示对称的MR比，因此，在较低的偏置的区域，自旋极化率难以衰减。
(基底层与隧道势垒层的关系)
基底层2和隧道势垒层3优选晶格常数之差较小。即，优选基底层2可采用的晶体结构的晶格常数与隧道势垒层3的晶格常数之差较小。具体而言，以由下式定义的晶格非匹配度成为5％以内的方式选择，优选以成为3％以内的方式选择。
晶格非匹配度(％)＝(C-nD)的绝对值/nD×100
在此，C为隧道势垒层3的晶格常数，D为基底层2可采用的晶体结构的晶格常数。N为自然数或1/自然数，通常为1、1/2或2的任一项。
“基底层2可采用的晶体结构”是将构成基底层2的TiN、VN、NbN及TaN或它们的混晶设为块时可采用的晶体结构，是指认为基底层2具有的晶体结构。如上述，认为基底层2具有完全的结晶状态和非晶之间的中间状态。因此，不能明确地定义基底层2的晶体结构为哪种结构。另一方面，不认为现实的基底层2的晶体结构与将构成基底层2的材料设为块时可采用的晶体结构显著不同。作为基底层2可采用的晶体结构，具有正方晶结构。
基底层2与隧道势垒层3的晶格常数之差变小时，磁阻效应元件100的MR比提高。如上述，认为通过反应性溅射法成膜的基底层2为非晶。因此，隧道势垒层3的晶体结构与基底层2可采用的晶体结构的匹配性对磁阻效应元件100的MR比提高造成影响是新的发现。
例如，在隧道势垒层3由组成式(1)的A为选自镁及锌中的1种以上的元素的阳离子的非磁性绝缘材料构成的情况下，优选基底层2由选自TiN、VN及TaN中的1种或2种以上的混晶构成。另外，在隧道势垒层3由组成式(1)的A为镉离子的非磁性绝缘材料构成的情况下，优选基底层2由NbN构成。
(第一铁磁性金属层)
作为第一铁磁性金属层6的材料，可应用铁磁性材料，特别是应用软磁性材料，例如可举出选自Cr、Mn、Co、Fe及Ni中的金属、包含其中1种以上金属的合金、或包含其中1种或多种金属以及选自B、C及N中至少1种以上的元素的合金。具体而言，能够示例Co-Fe、Co-Fe-B、Ni-Fe。
在将第一铁磁性金属层6的磁化方向设为相对于层叠面垂直的情况下，优选将第一铁磁性金属层6的膜厚设为2.5nm以下。在第一铁磁性金属层6与隧道势垒层3的界面处，能够对第一铁磁性金属层6赋予垂直磁各向异性。另外，垂直磁各向异性通过增加第一铁磁性金属层6的膜厚来效果衰减，因此，优选第一铁磁性金属层6的膜厚较薄。
(第二铁磁性金属层)
作为第二铁磁性金属层7的材料，例如可举出：选自Cr、Mn、Co、Fe及Ni中的金属、包含其中1种以上金属的合金、或包含其中1种或多种金属以及选自B、C、及N中的至少1种以上的元素的合金。具体而言，能够示例Co-Fe或Co-Fe-B。另外，为了得到较高的输出，优选为Co2FeSi等的霍伊斯勒合金。霍伊斯勒合金含有具有X2YZ的化学组成的金属间化合物，X为周期表上Co、Fe、Ni、或Cu族的过渡金属元素或贵族金属元素，Y能够采用Mn、V、Cr或Ti族的过渡金属即X的元素类型，Z为从III族到V族的典型元素。例如可举出Co2FeSi、Co2MnSi或Co2Mn1-aFeaAlbSi1-b等。另外，为了使矫顽力比第一铁磁性金属层6大，作为与第二铁磁性金属层7相接的材料，也可以使用IrMn、PtMn等的反铁磁性材料。另外，为了使第二铁磁性金属层7的漏磁场不影响第一铁磁性金属层6，也可以设为合成铁磁性耦合的结构。
在将第二铁磁性金属层7的磁化方向相对于层叠面设为垂直的情况下，优选使用Co与Pt的层叠膜。第二铁磁性金属层7设为例如FeB(1.0nm)/Ta(0.2nm)/[Pt(0.16nm.)/Co(0.16nm)]4/Ru(0.9nm)/[Co(0.24nm)/Pt(0.16nm)]6，由此，能够将磁化方向设为垂直。
通常，与第二铁磁性金属层7相比，第一铁磁性金属层6的磁化方向更容易受外部磁场或自旋转矩改变，因此，称为自由层。另外，第二铁磁性金属层7具有磁化方向固定的结构，称为固定层。
(基板)
本发明的磁阻效应元件也可以形成于基板上。
在这种情况下，优选基板1使用平坦性优异的材料。基板1根据目标产品不同而各异。例如，在MRAM的情况下，可以使用在磁阻效应元件下面由Si基板形成的电路。或者在磁头的情况下，可以使用容易加工的AlTiC基板。
(覆盖层)
本发明的磁阻效应元件中，也可以在第二铁磁性金属层7的隧道势垒层3侧的相反侧的表面(图1中，第二铁磁性金属层7的上表面)形成覆盖层。
覆盖层4设置于第二铁磁性金属层7的层叠方向的上部，用于控制第二铁磁性金属层7的结晶取向性、结晶粒径等的结晶性及元素的扩散。在第二铁磁性金属层7的晶体结构为bcc结构的情况下，覆盖层4的晶体结构也可以是fcc结构、hcp结构或bcc结构的任一种。在第二铁磁性金属层7的晶体结构为fcc结构的情况下，覆盖层4的晶体结构也可以是fcc结构、hcp结构或bcc结构的任一种。覆盖层4的膜厚只要是可得到应变松弛效果，进而没有观察到分流引起的MR比的减少的范围即可。覆盖层4的膜厚优选为1nm以上30nm以下。
(元件的形状，尺寸)
由构成本发明的第一铁磁性金属层6、隧道势垒层3及第二铁磁性金属层7构成的层叠体为柱状的形状，平面看层叠体的形状能够采用圆形、四边形、三角形、多边形等各种形状，但从对称性的面来看，优选为圆形。即，层叠体优选为圆柱状。
(元件的形状，尺寸)
由构成本发明的第一铁磁性金属层6、隧道势垒层3及第二铁磁性金属层7构成的层叠体为柱状的形状，平面看层叠体的形状能够采用圆形、四边形、三角形、多边形等各种形状，但从对称性的面来看，优选为圆形。即，层叠体优选为圆柱状。
在层叠体为圆柱状的情况下，优选平面看的圆的直径为80nm以下，更优选为60nm以下，进一步优选为30nm以下。
直径为80nm以下时，难以在铁磁性金属层中形成域结构，不需要考虑与铁磁性金属层中的自旋极化不同的成分。另外，为30nm以下时，铁磁性金属层中成为单一域结构，磁化反转速度及概率改善。另外，小型化的磁阻效应元件中，特别是低电阻化的期望较强。
(使用时的结构)
图8及图9中示例具备本实施方式的磁阻效应元件的磁阻效应设备。
图8是磁阻效应设备200的平面图(从层叠方向平面看磁阻效应设备200的图)，图9是图8的IX-IX线剖面图。图8及图9所示的磁阻效应设备200中，在磁阻效应元件100的覆盖层4的上部形成有沿x方向延伸的电极层5。基底层2以按照z方向超过第一铁磁性金属层6的端部的方式延长，在其延长部分的上部形成有电极焊盘8。在电极层5与电极焊盘8之间具备电流源71和电压计72。通过利用电流源71对基底层2和电极层5施加电压，在由第一铁磁性金属层6、隧道势垒层3及第二铁磁性金属层7构成的层叠体的层叠方向上流过电流。此时的施加电压利用电压计72监视。
(评价方法)
以图8和图9为例说明磁阻效应元件100的评价方法。例如，如图8那样，配置电流源71和电压计72，对磁阻效应元件100施加一定的电流或一定的电压，一边从外部扫描磁场一边测定电压或电流，由此，能够观测磁阻效应元件100的电阻变化。
MR比通常由下式表示。
MR比(％)＝{(RAP-RP)/RP}×100
RP为第一铁磁性金属层6与第二铁磁性金属7的磁化方向平行时的电阻，RAP为第一铁磁性金属层6与第二铁磁性金属7的磁化方向反平行时的电阻。
Vhalf通过测定例如1rnV的低偏压施加时的MR比，一边增大偏压一边特定MR比减半的电压而求得。此外，Vhalf将电子从第二铁磁性金属层7向第一铁磁性金属层6流动时设为正方向，将反方向设为负。即，将电流从第一铁磁性金属层6向第二铁磁性金属层7流动时设为正方向。
面积电阻(RA)为通过施加的偏压除以沿磁阻效应元件的层叠方向流过的电流得到的电阻值，除以各层接合的面的面积，并标准化成单位面积中的电阻值的值。能够利用电压计及电流计测量求得施加的偏压及沿磁阻效应元件的层叠方向流过的电流值。
磁阻效应元件100中流过较强的电流时，由于STT的效果，引起磁化的旋转，磁阻效应元件100的电阻值急剧地变化。该电阻值急剧地变化的电流密度的值称为反转电流密度(Jc)[A/cm2]。反转电流密度(Jc)能够通过如下求得，一边对磁阻效应元件100逐渐增加电流值一边流过电流，测定磁阻效应元件100的电阻，并测量该电阻值急剧地变化时的电流值。此外，反转电流密度(Jc)将电流从第一铁磁性金属层6向第二铁磁性金属层7流动时设为正方向。
(其它)
本实施例中，例式了矫顽力较大的第一铁磁性金属层6在下面的结构的例子，但不限定于该结构。在矫顽力较大的第一铁磁性金属层6在上面的结构的情况下，与第一铁磁性金属层6在下面的结构情况相比，矫顽力变小，但产生基板的结晶性，能够形成隧道势垒层3，因此，能够增大MR比。
为了利用磁阻效应元件作为磁传感器，优选电阻变化相对于外部磁场进行线形变化。在一般的铁磁性层的层叠膜中，磁化方向容易根据形状各向异性而朝向层叠面内。在这种情况下，例如从外部施加磁场，通过使第一铁磁性金属层与第二铁磁性金属层的磁化的方向垂直，使电阻变化相对于外部磁场进行线形变化。但是，在这种情况下，需要对磁阻效应元件的附近施加磁场的装置，因此，在进行集成上是不期望的。在铁磁性金属层本身具有垂直的磁各向异性的情况下，不需要从外部施加磁场等的方法，在进行集成上是有利的。
使用了本实施方式的磁阻效应元件能够用作磁传感器或MRAM等的存储器。特别是在现有的磁传感器中利用的比偏压更高的偏压下使用的产品中，本实施方式是有效果的。
(制造方法)
磁阻效应元件100能够使用例如磁控溅射装置形成。
基底层2能够通过公知的方法制作。例如能够通过使用含有Ar和氮的混合气体作为溅射气体的反应性溅射法进行制作。
隧道势垒层3能够通过公知的方法制作。例如，在第一铁磁性金属层6上溅射金属薄膜，通过等离子氧化或氧导入进行自然氧化，并通过之后的热处理而形成。作为成膜法，除了磁控溅射法以外，也能够使用蒸镀法、激光烧蚀法、MBE法等通常的薄膜制作法。
第一铁磁性金属层6、第二铁磁性金属层7、覆盖层4分别能够通过公知的方法制作。
基底层2、第一铁磁性金属层6、隧道势垒层3、第二铁磁性金属层7及覆盖层4按照该顺序成膜并层叠。得到的层叠膜优选进行退火处理。通过反应性溅射成膜的选自TiN、VN、NbN及TaN中的1种或2种以上的混晶构成的氮化物的层(基底层2)通常为非晶。进行退火处理而制造的磁阻效应元件100与不进行退火处理而制造的磁阻效应元件100相比，MR比提高。认为是由于通过退火处理，基底层2局部结晶化，由此，隧道势垒层3的隧道势垒层的结晶大小的均匀性及取向性提高。作为退火处理，优选在Ar等的惰性氛围中，以300℃以上5000℃以下的温度加热5分钟以上100分钟以下的时间后，在施加2kOe以上10kOe以下的磁场的状态下，以100℃以上500℃以下的温度，加热1小时以上10小时以下的时间。
(第二实施方式)
第二实施方式中，仅隧道势垒层的形成方法与第一实施方式不同。第一实施方式中，隧道势垒层重复形成金属膜的形成、氧化、金属膜的形成、氧化。第二实施方式中，在氧化的工序中，将基板温度冷却至-70～-30度之后，进行氧化。通过冷却基板，在基板和真空之间，或基板与等离子之间产生温度梯度。首先，当氧与基板表面接触时，与金属材料反应而氧化，但温度较低，因此，不会进行氧化。由此，容易调整隧道势垒层的氧量。另外，通过形成温度梯度，容易调整外延生长(晶格匹配的生长)。结晶生长根据温度梯度进行，因此，当充分冷却基板的温度时，容易进行外延生长。另外，当基板温度上升时，形成域，在面内形成多个结晶核，结晶核分别独立地外延生长，因此，在结晶生长的域彼此接触的部分，形成晶格不匹配的部分。
隧道势垒层优选局部存在与第一铁磁性金属层和第二铁磁性金属这两者晶格匹配的晶格匹配部分。通常，隧道势垒层也可以全部与第一铁磁性金属层和第二铁磁性金属层两者晶格匹配。
但是，全部晶格匹配时，通过隧道势垒层时的自旋极化的电子相互干扰，因此，难以通过隧道势垒层。相反，局部存在晶格匹配的晶格匹配部分时，在不晶格匹配的部分，通过隧道势垒层时的自旋极化的电子的干扰被适当切断，自旋极化的电子容易通过隧道势垒层。隧道势垒层中的晶格匹配部分相对于隧道势垒层整体的体积的体积比优选为70～95％。在隧道势垒层中的晶格匹配部分的体积比低于70％的情况下，相干隧道的效果减少，因此，MR比减少。另外，在隧道势垒层中的晶格匹配部分的体积比超过95％的情况下，不会减弱通过隧道势垒层时的自旋极化的电子相互干扰的效果，观测不到自旋极化的电子通过隧道势垒层的效果的增大。
(晶格匹配部的体积比的算出方法)
隧道势垒层整体的体积中的晶格匹配部分(晶格匹配部)的体积比能够根据例如TEM图像进行估计。在截面TEM图像中，通过将隧道势垒层、第一铁磁性金属层、第二铁磁性金属层的部分进行傅里叶变换来得到电子衍射图像，判断晶格匹配的有无。进行傅里叶变换而得到的电子衍射图像中，除去层叠方向以外的电子束衍射点。当将该图进行反傅里叶变换时，成为仅得到层叠方向的信息的图像。该反傅里叶图像中的晶格线中，将隧道势垒层连续地连接第一铁磁性金属层及第二铁磁性金属层两者的部分设为晶格匹配部。另外，晶格线中，将隧道势垒层不连续地连接第一铁磁性金属层及第二铁磁性金属层中的至少一方，或未检测到晶格线的部分设为晶格不匹配部。晶格匹配部在反傅里叶图像的晶格线中，从第一铁磁性金属层经由隧道势垒层连续地连接到第二铁磁性金属层，因此，能够根据TEM图像测量晶格匹配部的宽度(LC)。另一方面，同样地，由于晶格不匹配部在反傅里叶图像的晶格线中不连续地连接，因此，能够根据TEM图像测量晶格不匹配部的宽度(LI)。通过将晶格匹配部的宽度(LC)设为分子，将晶格匹配部分的宽度(LC)和不晶格匹配的部分的宽度(LI)的和设为分母，能够求得晶格匹配部相对于隧道势垒层整体的体积的体积比。此外，TEM图像为截面图像，包含深度等信息。因此，能够认为根据TEM图像估计的区域与体积成比例。
图10是隧道势垒层与铁磁性金属层晶格匹配的部分的一例。图10(a)是高分辨率的截面TEM图像的例子，图10(b)是在电子衍射图像中除去了层叠方向以外的电子衍射点之后进行反傅里叶变换而得到的图像的例子。图10(b)中，与层叠方向垂直的成分被除去，在层叠方向上能够观测晶格线。隧道势垒层和铁磁性金属层不会在界面处中断，而显示连续地连接。
图11是隧道势垒层3的包含与层叠方向平行的方向的截面的结构示意图。
如图11所示，优选在与隧道势垒层3的晶格匹配的部分的膜表面平行的方向上的大小(宽度：Lc)在任何部分都为30nm以下。30nm大致是作为第一铁磁性金属层6及第二铁磁性金属层7的材料的CoFe合金的晶格常数的约10倍，能够认为，在相干隧道的前后垂直于隧穿方向的自旋极化电子的相互干扰以晶格常数的约10倍程度增强。
实施例
(实施例1)
以下，说明第一实施方式的磁阻效应元件的制造方法的一例。在设有热氧化硅膜的基板1上，使用磁控溅射法进行成膜。首先，在基板1的上表面，形成TiN 10nm作为基底层2。基底层2通过使用Ti靶材作为靶材，且使用以体积比1:1含有Ar和氮的混合气体作为溅射气体的反应性溅射法而形成。接着，通过CMP将基底层2的TiN研磨至成为4nm。另外，在基底层2上形成FeB 2nm作为第一铁磁性金属层6。
接着，在第一铁磁性金属层6上形成隧道势垒层3。表示隧道势垒层3的形成方法。溅射MgGa2合金组成的靶材，成膜MgGa2 0.5nm。然后，使上述试样移动至保持在超高真空1×10-8Pa以下的氧化室中，导入Ar和氧，进行自然氧化。自然氧化的时间为10秒，Ar与氧的分压比为1对25，总气压为0.05Pa。然后，返回成膜室，成膜MgGa2 0.4nm。进一步使上述试样移动至保持在超高真空1×10-8Pa以下的氧化室中，导入Ar和氧，进行自然氧化及电感耦合等离子氧化。自然氧化的时间为30秒，电感耦合等离子氧化的时间为5秒，Ar与氧的分压比为1对20，总气压为0.08Pa。
将上述层叠膜再次移动至成膜室，作为第二铁磁性金属层7，依次形成FeB(1.0nm)/Ta(0.2nm)/[Pt(0.16nm)/Co(0.16nm)]4/Ru(0.9nm)/[Co(0.24nm)/Pt(0.16nm)6]。另外，作为覆盖层4，形成Ru 3nm/Ta 5nm。
将上述层叠膜设置于退火装置中，在Ar中以450℃的温度处理10分钟后，在施加了8kOe的状态下，以280℃的温度处理6小时。
接着，制作图8、9所示的结构的磁阻效应设备。首先，在覆盖层4上形成电极层5。接着，以成为电极层的90度旋转的方向的方式，使用电子束绘图进行光致抗蚀层的形成。通过离子研磨法削掉光致抗蚀层下以外的部分，使作为基板的热氧化硅膜露出，形成基底层2的形状。
另外，在基底层2的形状的中间变细的部分，使用电子束绘图以成为80nm的圆柱状的方式形成光致抗蚀层，通过离子研磨法削掉光致抗蚀层下以外的部分，使基底层露出。然后，以SiOx为绝缘层形成于通过离子研磨削去的部分。80nm的圆柱状的光致抗蚀层在此除去。仅图8、9的电极焊盘的部分，以不形成光致抗蚀层的方式，通过离子研磨法除去绝缘层，使基底层露出。然后，形成Au。该电极焊盘8作为与上述层叠膜的基底层的接触电极发挥作用。接着，如成为图8、9的电极层那样，通过光致抗蚀层和离子研磨法形成形状，并形成Au。其作为与上述层叠膜的电极层的接触电极发挥作用。
如下述评价得到的磁阻效应元件的物性、隧道势垒层的组成、结构。
(特性评价)
依据上述的评价方法，测定得到的磁阻效应元件的MR比、Vhalf、面积电阻(RA)及反转电流密度(Jc)。此外，MR比在偏压为1V的条件下测定。
(隧道势垒层的组成分析)
隧道势垒层的组成分析使用能量色散型X射线分析(EDS)进行。
隧道势垒层的组成通过将Ga的含量(原子个数)设为2，并测定二价阳离子(Mg、Zn、Cd)的相对量而决定。此外，O的含量测定困难。但是，通常，氧化物中，即使O的量偏离定量比，也能够维持晶体结构。
(隧道势垒层的结构分析)
作为隧道势垒层的结构分析，对晶体结构和晶格常数进行评价。
晶体结构通过使用了透射型电子束的电子衍射图像进行评价。作为通过该方法调查势垒层的结构的结果，当没有出现在规则尖晶石结构的{022}面的反射时，该势垒层为立方晶的阳离子不规则的尖晶石结构(Sukenel结构)。
晶格常数使用四轴X射线衍射装置进行了评价。在晶格常数的评价中，难以用实施例的隧道势垒层的膜厚确定晶格常数。
因此，为了求得隧道势垒层的晶格常数，使用了在带热氧化膜的Si基板上形成有隧道势垒层(厚度100nm)的基板。带热氧化膜的Si基板的表面为非晶的SiOx，难以受到形成隧道势垒层时的影响。
另外，隧道势垒层(厚度100nm)是足以减轻基板的晶格畸变的影响的膜厚，并且是能够得到用于充分的结构分析的X射线强度的膜厚。
(实施例2)
除了形成VN 10nm作为基底层2以外，与实施例1同样地制作磁阻效应元件，评价得到的磁阻效应元件的物性、隧道势垒层的组成、结构。基底层通过使用V靶材作为靶材，且使用以体积比1:1含有Ar和氮的混合气体作为溅射气体的反应性溅射法而形成。此外，通过CMP将基底层2的VN研磨至成为4nm。
(实施例3)
除了形成TaN 10nm作为基底层2以外，与实施例1同样地制作磁阻效应元件，评价得到的磁阻效应元件的物性、隧道势垒层的组成、结构。基底层通过通过使用Ta靶材作为靶材，且使用以体积比1:1含有Ar和氮的混合气体作为溅射气体的反应性溅射法而形成。此外，通过CMP将基底层2的TaN研磨至成为4nm。
(实施例4)
除了如下述那样形成隧道势垒层3以外，与实施例1同样地制作磁阻效应元件，评价得到的磁阻效应元件的物性、隧道势垒层的组成、结构。
溅射ZnGa2合金组成的靶材，成膜ZnGa2 0.5nm。
然后，使上述试样移动至保持在超高真空1×10-8Pa以下的氧化室中，导入Ar和氧，进行自然氧化。自然氧化的时间为10秒，Ar与氧的分压比为1:25，总气压为0.05Pa。然后，返回成膜室，成膜ZnGa20.4nm。进一步使上述试样移动至保持在超高真空1×10-8Pa以下的氧化室中，导入Ar和氧，进行自然氧化及电感耦合等离子氧化。自然氧化的时间为30秒，电感耦合等离子氧化的时间为5秒，Ar与氧的分压比为1:20，总气压为0.08Pa。
(实施例5)
除了如下述那样形成基底层2和隧道势垒层3以外，与实施例1同样地制作磁阻效应元件，评价得到的磁阻效应元件的物性、隧道势垒层的组成、结构。
基底层2如下形成。
通过使用Nb靶材作为靶材，且使用以体积比1:1含有Ar和氮的混合气体作为溅射气体的反应性溅射法形成NbN 10nm。
接着，通过CMP将基底层2的NbN研磨至成为4nm。
隧道势垒层3如下形成。
溅射CdGa2合金组成的靶材，成膜CdGa2 0.5nm。
然后，使上述试样移动至保持在超高真空1×10-8Pa以下的氧化室中，导入Ar和氧，进行自然氧化。自然氧化的时间为10秒，Ar与氧的分压比为1:25，总气压为0.05Pa。然后，返回成膜室，成膜CdGa20.4nm。进一步使上述试样移动至保持在超高真空1×10-8Pa以下的氧化室中，导入Ar和氧，进行自然氧化及电感耦合等离子氧化。自然氧化的时间为30秒，电感耦合等离子氧化的时间为5秒，Ar与氧的分压比为1:20，总气压为0.08Pa。此外，确认到隧道势垒层、第一铁磁性金属层和第二铁磁性金属层的任意层的基本晶格的方向均一致，且形成为Cubic on Cubic结构。
(实施例6)
除了如下述那样形成隧道势垒层3以外，与实施例1同样地制作磁阻效应元件，评价得到的磁阻效应元件的物性、隧道势垒层的组成、结构。
溅射Mg及Mg0.5Ga2合金组成的靶材，成膜Mg 0.05nm/Mg0.5Ga20.4nm。然后，使上述试样移动至保持在超高真空1×10-8Pa以下的氧化室中，导入Ar和氧，进行自然氧化。自然氧化的时间为10秒，Ar与氧的分压比为1:25，总气压为0.05Pa。然后，返回成膜室，成膜Mg0.05nm/Mg0.5Ga2 0.4nm。进一步使上述试样移动至保持在超高真空1×10-8Pa以下的氧化室中，导入Ar和氧，进行自然氧化及电感耦合等离子氧化。自然氧化的时间为30秒，电感耦合等离子氧化的时间为5秒，Ar与氧的分压比为1:20，总气压为0.08Pa。
(比较例1)
除了形成Cu 10nm作为基底层2以外，与实施例1同样地制作磁阻效应元件，评价得到的磁阻效应元件的物性、隧道势垒层的组成、结构。基底层使用Cu靶材作为靶材，并通过溅射法而形成。此外，Cu形成20nm，然后，通过CMP设为Cu 10nm。
(比较例2)
除了形成ZrN 4nm作为基底层2以外，与实施例1同样地制作磁阻效应元件，评价得到的磁阻效应元件的物性、隧道势垒层的组成、结构。基底层通过使用Zr靶材作为靶材，且使用以体积比1:1含有Ar和氮的混合气体作为溅射气体的反应性溅射法而形成。
(比较例3)
除了形成ZrN 4nm作为基底层2以外，与实施例4同样地制作磁阻效应元件，评价得到的磁阻效应元件的物性、隧道势垒层的组成、结构。基底层通过使用Zr靶材作为靶材，且使用以体积比1:1含有Ar和氮的混合气体作为溅射气体的反应性溅射法而形成。
(比较例4)
除了形成ZrN 4nm作为基底层2以外，与实施例5同样地制作磁阻效应元件，评价得到的磁阻效应元件的物性、隧道势垒层的组成、结构。基底层通过使用Zr靶材作为靶材，且使用以体积比1:1含有Ar和氮的混合气体作为溅射气体的反应性溅射法而形成。
(实施例和比较例的比较)
表1中表示实施例1～6和比较例1～4中制作的磁阻效应元件的各层的组成、构成基底层2的氮化物的晶格常数、构成隧道势垒层3的化合物的晶格常数、基底层2和隧道势垒层3的晶格非匹配度、MR比、Vhalf、RA及Jc。此外，氮化物的晶格常数是晶体结构为正方晶结构(NaCl结构)且空间群组为Frn-3rn时的值。另外，晶格非匹配度是使用上述的计算式，将n设为1算出的值。另外，Vhalf及Jc中，﹢(正)是将电流从第一铁磁性金属层6流动至第二铁磁性金属层7时的值，﹣(负)是将电流从第二铁磁性金属层7流动至第一铁磁性金属层6时的值。
此外，实施例1～6及比较例2～4中制作的磁阻效应元件的隧道势垒层3均是不规则的尖晶石结构(Sukenel结构)。
[表1]
分别比较实施例1～3与比较例1、2、实施例4与比较例3、实施例5与比较例4时可知，实施例中制作的磁阻效应元件的MR比高，RA及Jc较低。还可知，实施例中制作的磁阻效应元件中，任意Vhalf的值在﹢和﹣均一样，MR比相对于偏压的极性的对称性良好。认为这是由于，实施例1～6的磁阻效应元件与比较例1～4的磁阻效应元件相比，构成隧道势垒层的材料的结晶的晶格常数和构成基底层的氮化物可采用的结晶的晶格常数的晶格非匹配度较小。
另外，隧道势垒层由不规则尖晶石结构(Mg0.81Ga2Oy)构成的实施例6的磁阻效应元件与由规则尖晶石结构(MgGa2Oy)构成的实施例1的磁阻效应元件比较时可知，MR比较高，RA及Jc变低。
根据以上的实施例的结果确认到，根据本发明，可得到MR比相对于偏压的极性的对称性良好，能够通过电流有效地进行磁化反转，且MR比较高的磁阻效应元件。

Claims (16)

1.一种磁阻效应元件，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，
所述基底层由选自TiN、VN、NbN及TaN中的1种或2种以上的混晶构成，
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)：AxGa2Oy
式中，A为非磁性的二价阳离子，表示选自镁、锌及镉中的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，
所述组成式(1)的所述A为选自镁及锌中的1种以上的元素的阳离子，所述基底层由选自TiN、VN及TaN中的1种或2种以上的混晶构成。
3.根据权利要求1所述的磁阻效应元件，其特征在于，
所述组成式(1)的所述A为镉离子，所述基底层由NbN构成。
4.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。
5.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。
6.根据权利要求3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。
7.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。
8.根据权利要求1所述的磁阻效应元件，其特征在于，
所述第一铁磁性金属层和所述第二铁磁性金属层的任一者或两者的结晶晶格与所述隧道势垒层匹配，为立方-立方cubic-on-cubic的结构。
9.根据权利要求2所述的磁阻效应元件，其特征在于，
所述第一铁磁性金属层和所述第二铁磁性金属层的任一者或两者的结晶晶格与所述隧道势垒层匹配，为立方-立方的结构。
10.根据权利要求3所述的磁阻效应元件，其特征在于，
所述第一铁磁性金属层和所述第二铁磁性金属层的任一者或两者的结晶晶格与所述隧道势垒层匹配，为立方-立方的结构。
11.根据权利要求4所述的磁阻效应元件，其特征在于，
所述第一铁磁性金属层和所述第二铁磁性金属层的任一者或两者的结晶晶格与所述隧道势垒层匹配，为立方-立方的结构。
12.根据权利要求5所述的磁阻效应元件，其特征在于，
所述第一铁磁性金属层和所述第二铁磁性金属层的任一者或两者的结晶晶格与所述隧道势垒层匹配，为立方-立方的结构。
13.根据权利要求6所述的磁阻效应元件，其特征在于，
所述第一铁磁性金属层和所述第二铁磁性金属层的任一者或两者的结晶晶格与所述隧道势垒层匹配，为立方-立方的结构。
14.根据权利要求7所述的磁阻效应元件，其特征在于，
所述第一铁磁性金属层和所述第二铁磁性金属层的任一者或两者的结晶晶格与所述隧道势垒层匹配，为立方-立方的结构。
15.根据权利要求1～14中任一项所述的磁阻效应元件，其特征在于，
所述第一铁磁性金属层和所述第二铁磁性金属层的至少任一方具有相对于层叠方向垂直的磁各向异性。
16.根据权利要求1～14中任一项所述的磁阻效应元件，其特征在于，
所述第一铁磁性金属层和所述第二铁磁性金属层的至少任一方为Co2Mn1－aFeaAlbSi1－b，其中，0≦a≦1、0≦b≦1。
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