CN108292703B - 自旋流磁化反转元件、磁阻效应元件及磁存储器 - Google Patents

自旋流磁化反转元件、磁阻效应元件及磁存储器 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种自旋流磁化反转元件，具备：第一铁磁性金属层，可改变磁化方向；自旋轨道转矩配线，沿着相对于上述第一铁磁性金属层的法线方向即第一方向交叉的第二方向延伸，且与第一铁磁性金属层接合，上述自旋轨道转矩配线的材料为以式AxB1‑x表示的二元合金、金属碳化物或金属氮化物，上述A为选自Al、Ti、及Pt的元素，上述B为选自Al、Cr、Mn、Fe、Co、Ni、Y、Ru、Rh、及Ir的元素，且为具有空间群Pm‑3m或Fd‑3m的对称性的立方晶结构，或上述A为选自Al、Si、Ti、Y、及Ta的元素，上述B为选自C、N、Co、Pt、Au及Bi的元素，且为具有空间群Fm‑3m的对称性的立方晶结构。

Description

自旋流磁化反转元件、磁阻效应元件及磁存储器
技术领域
本发明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。
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，但磁阻(MR)比比GMR元件的MR比大。因此，作为磁传感器、高频零件、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。
MRAM利用夹持绝缘层的两个铁磁性层的彼此的磁化方向变化时而TMR元件的元件电阻变化的特性，来读写数据。作为MRAM的写入方式，已知有利用电流产生的磁场进行写入(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转矩(STT)进行写入(磁化反转)的方式。使用了STT的TMR元件的磁化反转从能量效率的视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。该点对于GMR元件也一样。
近年来，作为通过与STT不同的机制降低反转电流的方法，利用了通过自旋霍尔效应生成的纯自旋流的磁化反转备受关注(例如，非专利文献1)。通过自旋霍尔效应产生的纯自旋流诱发自旋轨道转矩(SOT)，并通过SOT引起磁化反转。或，通过不同种类材料的界面中的Rashba效应产生的纯自旋流中，也通过同样的SOT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，流通于磁阻效应元件的电流为零，期待反转电流密度较小的磁阻效应元件的实现。
自旋霍尔效应依赖于自旋轨道相互作用的大小。非专利文献2中，自旋轨道转矩配线使用具有产生自旋轨道相互作用的d电子的重金属即Ta。另外，已知作为半导体的GaAs中，通过由于空间性的反转对称性的崩溃产生的结晶内部的电场，产生自旋轨道相互作用。
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,and P.Gambardella,Nature,476,189(2011).
非专利文献2：S.Fukami,T.Anekawa,C.Zhang,and H.Ohno,NatureNanotechnology,DOI:10.1038/NNANO.2016.29.
发明所要解决的课题
非专利文献2中报告了，SOT产生的反转电流密度(以下，有时称为“SOT反转电流密度”。)与STT产生的反转电流密度为同程度。为了进一步降低SOT产生的反转电流密度，需要使用产生较高的自旋霍尔效应的材料即纯自旋流的产生效率较高的材料。
发明内容
本发明是鉴于上述问题而完成的，其目的在于，提供一种能够以比以往低的反转电流密度进行纯自旋流的磁化反转的自旋流磁化反转元件、磁阻效应元件及磁存储器。
用于解决课题的方案
SOT的体现原因还不充分明确，但认为大致分为具有内部因素和外部因素。
内部因素是构成自旋轨道转矩配线的材料其本身所引起的因素。例如，具有用于自旋轨道转矩配线的材料种类所引起的因素、自旋轨道转矩配线的晶体结构所引起的因素。
另一方面，外部因素是从外部施加的作用所引起且内部因素以外的因素。例如具有自旋轨道转矩配线包含的杂质等的散射因子所引起的因素、自旋轨道转矩配线与其它层的界面所引起的因素。
本发明人等在各种体现原因中，着眼于自旋轨道转矩配线的晶体结构所引起的原因。目前，作为自旋轨道转矩配线的材料，开始使用单体的重金属。这是由于，为了解释清楚SOT的物理现象，简单的材料一方适合。与之相对，本发明人等以具有反转对称性崩溃的晶体结构的合金为中心进行广泛的组合，研究SOT的效果。该材料中，通过由于该晶体结构的对称性的崩溃产生的内场能够期待较大的SOT的效果。而且，发现呈现比现有的单体的SOT反转电流密度低两位数程度的SOT反转电流密度的规定的材料，并完成本发明。
本发明为了解决所述课题，提供以下方案。
(1)本发明的一个方式提供一种自旋流磁化反转元件，其具备：第一铁磁性金属层，其可改变磁化方向；自旋轨道转矩配线，其沿着相对于所述第一铁磁性金属层的法线方向即第一方向交叉的第二方向延伸，且与第一铁磁性金属层接合，所述自旋轨道转矩配线的材料为以式AxB1-x表示的二元合金、金属碳化物或金属氮化物，所述A为选自Al、Ti、及Pt的元素，所述B为选自Al、Cr、Mn、Fe、Co、Ni、Y、Ru、Rh、及Ir的元素，且为具有空间群Pm-3m或Fd-3m的对称性的立方晶结构，或所述A为选自Al、Si、Ti、Y、及Ta的元素，所述B为选自C、N、Co、Pt、Au及Bi的元素，且为具有空间群Fm-3m的对称性的立方晶结构。
(2)所述(1)所记载的自旋流磁化反转元件中，所述材料也可以是选自作为CsCl结构的AlxFe1-x、AlxCo1-x、AlxNi1-x、AlxRu1-x、AlxRh1-x、AlxIr1-x、TixFe1-x、TixCo1-x、及TixNi1-x的材料。
(3)所述(1)所记载的自旋流磁化反转元件中，所述材料也可以是选自作为Ti2Ni结构的TixFe1-x、TixCo1-x、及TixNi1-x的材料。
(4)所述(1)所记载的自旋流磁化反转元件中，所述材料也可以是选自作为Cu3Au结构的PtxAl1-x、PtxCr1-x、PtxMn1-x、PtxFe1-x、及PtxY1-x的材料。
(5)所述(1)所记载的自旋流磁化反转元件中，所述材料也可以是选自作为NaCl结构的AlxN1-x、TixC1-x、TixN1-x、YxBi1-x、及TaxN1-x的材料。
(6)所述(1)所记载的自旋流磁化反转元件中，所述材料也可以是选自作为BiF3结构的AlxFe1-x、SixMn1-x、及SixFe1-x的材料。
(7)所述(1)所记载的自旋流磁化反转元件中，所述材料也可以是选自作为CaF2结构的AlxPt1-x、AlxAu1-x、及AlxCo1-x的材料。
(8)本发明的一个方式提供一种磁阻效应元件，具备：所述(1)～(7)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。
(9)本发明的一个方式提供一种磁存储器，具备多个所述(8)所记载的磁阻效应元件。
发明效果
根据本发明的自旋流磁化反转元件，能够提供能够以比以往低的反转电流密度进行纯自旋流的磁化反转的自旋流磁化反转元件。
附图说明
图1是用于说明本发明的自旋流磁化反转元件的一个实施方式的示意图，图1(a)是平面图，图1(b)是剖面图；
图2是用于说明自旋霍尔效应的示意图；
图3是用于说明本发明的一个实施方式的磁阻效应元件的一个实施方式的示意图，图3(a)是平面图，图3(b)是剖面图。
具体实施方式
以下，适当参照附图详细地说明本发明。以下的说明中使用的附图为了容易理解本发明的特征，为了方便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。以下的说明中示例的材料、尺寸等为一例，本发明不限定这些，能够在实现本发明的效果的范围内适当变更并实施。本发明的元件中，也可以在实现本发明的效果的范围内具备其它层。
(自旋流磁化反转元件)
图1表示本发明的一个实施方式的自旋流磁化反转元件的一例的示意图。图1(a)是平面图，图1(b)是以图1(a)的自旋轨道转矩配线2的宽度方向的中心线即X-X射线进行切断的剖面图。
图1所示的自旋流磁化反转元件10具备：可改变磁化方向的第一铁磁性金属层1；沿着相对于第一铁磁性金属层1的法线方向即第一方向(z方向)交叉的第二方向(x方向)延伸，且与第一铁磁性金属层1的第一面1a接合的自旋轨道转矩配线2。自旋轨道转矩配线2的材料为以式AxB1-x表示的二元合金、金属碳化物或金属氮化物，上述A为选自Al、Ti、及Pt的元素，上述B为选自Al、Cr、Mn、Fe、Co、Ni、Y、Ru、Rh、及Ir的元素，且为具有空间群Pm-3m或Fd-3m的对称性的立方晶结构，或上述A为选自Al、Si、Ti、Y、及Ta的元素，上述B为选自C、N、Co、Pt、Au及Bi的元素，且为具有空间群Fm-3m的对称性的立方晶结构。
本发明人等将向以立方晶的旋转对称性良好的重金属为主体金属(host metal)中作为产生非对称性的不同种类的置换金属混入轻元素，使旋转对称性崩溃；及为了得到较高的磁阻效应，将与主要用作第一铁磁性金属层的材料的Fe的晶格匹配性良好设为以自旋轨道转矩配线的二元合金为中心的材料的探索策略。在自旋轨道转矩配线的材料中，要注意到混入于基质材料的置换材料不是杂质而是构成结晶的材料的点。但是，自旋轨道转矩配线的材料也可以含有原料或制造工序中不可避免地混入的不可避免的杂质。
此外，在A为Al且B为Al的情况下，均不是二元合金、金属碳化物或金属氮化物的任一种，因此，在该情况下，不包含于本发明。
以下，将第一铁磁性金属层1的法线方向或第一铁磁性金属层1和自旋轨道转矩配线2叠层的方向(第一方向)设为z方向，将与z方向垂直且与自旋轨道转矩配线2平行的方向(第二方向)设为x方向，将与x方向及z方向正交的方向(第三方向)设为y方向。
包含图1，以下，作为自旋轨道转矩配线沿着相对于第一铁磁性金属层的法线方向即第一方向交叉的方向延伸的结构的例子，说明沿着相对于第一方向正交的方向延伸的结构的情况。
自旋轨道相互作用在空间反转对称性较低的材料中更强烈地产生。因此，在为属于本发明的Pm-3m、Fd-3m或Fm-3m的空间群的立方晶结构，且为规定的二元合金、金属碳化物或金属氮化物的情况下，即使结晶的对称性良好，由于两种材料的差异，反转对称性也崩溃，能够产生较高的自旋轨道相互作用。
＜自旋轨道转矩配线＞
自旋轨道转矩配线2为了利用自旋轨道转矩(SOT)进行磁化反转而具备，电流流通时，在其内部通过自旋霍尔效应生成纯自旋流。
自旋霍尔效应是在向材料流通电流的情况下，基于自旋轨道相互作用，按照与电流的方向正交的方向诱发纯自旋流的现象。
图2是用于说明自旋霍尔效应的示意图。图2是将图1所示的自旋轨道转矩配线2沿着x方向切断的剖面图。基于图2说明通过自旋霍尔效应产生纯自旋流的机制。
如图2所示，当向自旋轨道转矩配线2的延伸方向流通电流I时，向纸面跟前侧取向的第一自旋S1和向纸面进深侧取向的第二自旋S2分别向与电流正交的方向弯曲。通常的霍尔效应和自旋霍尔效应在运动(移动)的电荷(电子)弯曲运动(移动)方向的点上相同，但通常的霍尔效应中，在磁场中运动的带电粒子受到洛伦兹力而弯曲运动方向，与之相对，自旋霍尔效应中，由于不存在磁场，仅通过电子进行移动(仅电流流通)而弯曲移动方向，在该点上大幅不同。
非磁性体(不是铁磁性体的材料)中，第一自旋S1的电子数与第二自旋S2的电子数相等，因此，图中朝向上方向的第一自旋S1的电子数与朝向下方向的第二自旋S2的电子数相等。因此，作为电荷的净流量的电流为零。不伴随该电流的自旋流特别称为纯自旋流。
在铁磁性体中流通电流的情况下，第一自旋S1与第二自旋S2相互向相反方向弯曲的点相同。另一方面，铁磁性体中，第一自旋S1和第二自旋S2的任一项为较多的状态，作为结果，产生电荷的净流量的(产生电压)点不同。因此，作为自旋轨道转矩配线2的材料，不包含仅由铁磁性体构成的材料。
在此，当将第一自旋S1的电子的流通表示为J↑，将第二自旋S2的电子的流通表示为J↓，将自旋流表示为JS时，以JS＝J↑-J↓定义。图2中，作为纯自旋流，JS向图中的上方向流通。在此，JS为极化率100％的电子的流通。
图1中，使铁磁性体与自旋轨道转矩配线2的上表面接触时，纯自旋流在铁磁性体中扩散流入。即，自旋注入于第一铁磁性金属层1中。在此，自旋轨道转矩配线2与第一铁磁性金属层1的接合也可以进行“直接”接合，也可以进行“经由其它层”接合，如果是自旋轨道转矩配线中产生的纯自旋流流入于第一铁磁性金属层的结构，则自旋轨道转矩配线与第一铁磁性金属层的接合(连接或耦合)的方法没有限定。
作为构成自旋轨道转矩配线2的材料，能够使用选自作为CsCl结构的AlxFe1-x、AlxCo1-x、AlxNi1-x、AlxRu1-x、AlxRh1-x、AlxIr1-x、TixFe1-x、TixCo1-x、及TixNi1-x的材料。
通过将自旋轨道转矩配线2设为由这些材料构成的材料，能够产生较高的自旋轨道相互作用。
另外，这些材料与接合的Fe等的铁磁性金属层的晶格不匹配为5％以下，因此，维持较高的磁阻比。
作为构成自旋轨道转矩配线2的材料，能够使用选自由Ti2Ni结构的TixFe1-x、TixCo1-x、及TixNi1-x构成的组的材料。
通过将自旋轨道转矩配线2设为由这些材料构成的材料，能够产生较高的自旋轨道相互作用。
另外，这些材料与接合的Fe等的铁磁性金属层的晶格不匹配为5％以下，因此，维持较高的磁阻比。
作为构成自旋轨道转矩配线2的材料，能够使用选自作为Cu3Au结构的PtxAl1-x、PtxCr1-x、PtxMn1-x、PtxFe1-x、及PtxY1-x的材料。
通过将自旋轨道转矩配线2设为由这些材料构成的材料，能够产生较高的自旋轨道相互作用。
另外，这些材料与接合的Fe等的铁磁性金属层的晶格不匹配为5％以下，因此，维持较高的磁阻比。
作为构成自旋轨道转矩配线2的材料，能够使用选自作为NaCl结构的AlxN1-x、TixC1-x、TixN1-x、YxBi1-x、及TaxN1-x的材料。
通过将自旋轨道转矩配线2设为由这些材料构成的材料，能够产生较高的自旋轨道相互作用。
另外，这些材料与接合的Fe等的铁磁性金属层的晶格不匹配为5％以下，因此，维持较高的磁阻比。
作为构成自旋轨道转矩配线2的材料，能够使用选自作为BiF3结构的AlxFe1-x、SixMn1-x、及SixFe1-x的材料。
通过将自旋轨道转矩配线2设为由这些材料构成的材料，能够产生较高的自旋轨道相互作用。
另外，这些材料与接合的Fe等的铁磁性金属层的晶格不匹配为5％以下，因此，维持较高的磁阻比。
作为构成自旋轨道转矩配线2的材料，能够使用选自作为CaF2结构的AlxPt1-x、AlxAu1-x、及AlxCo1-x的材料。
通过将自旋轨道转矩配线2设为由这些材料构成的材料，能够产生较高的自旋轨道相互作用。
另外，这些材料与接合的Fe等的铁磁性金属层的晶格不匹配为5％以下，因此，维持较高的磁阻比。
＜第一铁磁性金属层＞
图1所示的自旋流磁化反转元件中，第一铁磁性金属层也可以是磁化方向为与层平行的面内方向的面内磁化膜，也可以是磁化方向为相对于层垂直的方向的垂直磁化膜的任一种。
图1所示的自旋流磁化反转元件中，第一铁磁性金属层以平面看，具有以自旋轨道转矩配线的延伸方向即第二方向为长轴的形状各向异性。
这样，第一铁磁性金属层为细长状，由此，磁化容易在该方向上反转，因此，这样，反转电流密度较小即可。
图1所示的自旋流磁化反转元件中，第一铁磁性金属层从z方向平面看为矩形(更精确而言，长方形)，但也可以是椭圆状，还可以是其它形状。
直到后面详细叙述第一铁磁性金属层。
以下，对使用了上述的自旋流磁化反转元件的磁阻效应元件进行说明，但作为上述的自旋流磁化反转元件的用途，不限于磁阻效应元件。作为其它用途，例如，也能够在将上述的自旋流磁化反转元件配设为各像素，利用磁光效应空间性地调制入射光的空间光调制器中使用，在磁传感器中，为了避免磁体的矫顽力引起的磁滞的效果，也可以将施加于磁体的易磁化轴磁场置换成SOT。
(磁阻效应元件)
本发明的一个实施方式的磁阻效应元件具备：本发明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、被第一铁磁性金属层和第二铁磁性金属层夹持的非磁性层。
图3是本发明的自旋流磁化反转元件的应用例，且表示也是本发明的一个实施方式的磁阻效应元件的磁阻效应元件的一例的示意图。图3(a)是平面图，图3(b)是以图3(a)的自旋轨道转矩配线2的宽度方向的中心线即X-X射线切断的剖面图。
图3所示的磁阻效应元件100具有：本发明的自旋流磁化反转元件(第一铁磁性金属层101和自旋轨道转矩配线120)、磁化方向被固定的第二铁磁性金属层103、被第一铁磁性金属层101及第二铁磁性金属层103夹持的非磁性层102。另外，图3所示的磁阻效应元件100也能够具有磁阻效应元件部105和自旋轨道转矩配线120。
图3中，还图示有制作磁阻效应元件100的基板110。
本发明的一个实施方式的磁阻效应元件能够设为具备自旋轨道转矩配线120，由此，仅通过纯自旋流的SOT进行磁阻效应元件的磁化反转的结构(以下，有时称为“仅SOT”结构)，也能够设为在利用现有的STT的磁阻效应元件中并用纯自旋流的SOT的结构(以下，有时称为“STT及SOT并用”结构)。此外，在利用STT的情况下，需要用于沿磁阻效应元件100的叠层方向流通电流的配线。
包含图3，以下，作为自旋轨道转矩配线沿着相对于磁阻效应元件部的叠层方向交叉的方向延伸的结构的例子，说明沿着正交的方向延伸的结构的情况。
＜磁阻效应元件部＞
磁阻效应元件部105具有：磁化方向被固定的第二铁磁性金属层103、可改变磁化方向的第一铁磁性金属层101、被第二铁磁性金属层103及第一铁磁性金属层101夹持的非磁性层102。
第二铁磁性金属层103的磁化固定为一方向，第一铁磁性金属层101的磁化方向相对性地变化，由此，作为磁阻效应元件部105发挥作用。在应用于矫顽力差型(准自旋阀型；Pseudo spin valve型)的MRAM的情况下，第二铁磁性金属层的矫顽力比第一铁磁性金属层的矫顽力大，另外，在应用于交换偏置型(自旋阀；spin valve型)的MRAM的情况下，第二铁磁性金属层中，通过与反铁磁性层的交换耦合，磁化方向被固定。
另外，在非磁性层102由绝缘体构成的情况下，磁阻效应元件部105是隧道磁阻(TMR：Tunneling Magnetoresistance)元件，在非磁性层102由金属构成的情况下，磁阻效应元件部105是巨大磁阻(GMR：Giant Magnetoresistance)元件。
作为本发明具备的磁阻效应元件部，能够使用公知的磁阻效应元件部的结构。例如，各层也可以由多个层构成，也可以具备用于固定第二铁磁性金属层的磁化方向的反铁磁性层等的其它层。
第二铁磁性金属层103称为磁化固定层或参照层，第一铁磁性金属层101称为磁化自由层或存储层等。
第二铁磁性金属层103及第一铁磁性金属层101也可以是磁化方向为与层平行的面内方向的面内磁化膜，也可以是磁化方向为相对于层垂直的方向的垂直磁化膜。
第二铁磁性金属层103的材料中能够使用公知的材料。例如能够使用选自Cr、Mn、Co、Fe及Ni的金属及将这些金属含有1种以上且呈现铁磁性的合金。另外，也能够使用含有这些金属和B、C及N的至少1种以上的元素的合金。具体而言，可举出Co-Fe及Co-Fe-B。
另外，为了得到更高的输出，优选使用Co2FeSi等的霍伊斯勒合金。霍伊斯勒合金包含具有X2YZ的化学组成的金属间化合物，X是周期表上Co、Fe、Ni或Cu族的过渡金属元素或贵金属元素，Y也能够采用Mn、V、Cr或Ti族的过渡金属即X的元素种类，Z是III族～V族的典型元素。例如，可举出Co2FeSi、Co2MnSi及Co2Mn1-aFeaAlbSi1-b等。
另外，为了进一步增大第二铁磁性金属层103的相对于第一铁磁性金属层101的矫顽力，作为与第二铁磁性金属层103接触的材料，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103的漏磁场不影响第一铁磁性金属层101，也可以设为合成铁磁性耦合的结构。
另外，在将第二铁磁性金属层103的磁化方向相对于叠层面设为垂直的情况下，优选使用Co和Pt的叠层膜。具体而言，第二铁磁性金属层103能够设为[Co(0.24nm)/Pt(0.16nm)]6/Ru(0.9nm)/[Pt(0.16nm)/Co(0.16nm)]4/Ta(0.2nm)/FeB(1.0nm)。
作为第一铁磁性金属层101的材料，能够应用铁磁性材料，特别是软磁性材料。例如，能够使用：选自Cr、Mn、Co、Fe及Ni的金属；含有一种以上这些金属的合金；含有这些金属和B、C及N的至少1种以上的元素的合金等。具体而言，可举出Co-Fe、Co-Fe-B、Ni-Fe。
在将第一铁磁性金属层101的磁化方向相对于叠层面设为垂直的情况下，优选将第一铁磁性金属层的厚度设为2.5nm以下。能够在第一铁磁性金属层101与非磁性层102的界面上，对第一铁磁性金属层101施加垂直磁各向异性。另外，垂直磁各向异性通过增厚第一铁磁性金属层101的膜厚，效果衰减，因此，优选第一铁磁性金属层101的膜厚较薄。
非磁性层102中能够使用公知的材料。
例如，在非磁性层102由绝缘体构成的情况下(为隧道势垒层的情况下)，作为其材料，能够使用Al2O3、SiO2、MgO、及MgAl2O4等。另外，除此这些材料之外，也能够使用Al、Si、Mg的一部分置换成Zn、Be等的材料等。这些材料中，MgO及MgAl2O4是能够实现相干隧道的材料，因此，能够高效率地注入自旋。
另外，在非磁性层102由金属构成的情况下，作为其材料，能够使用Cu、Au、Ag等。
另外，优选在第一铁磁性金属层101的非磁性层102的相反侧的面，如图3所示那样形成有覆盖层104。覆盖层104能够抑制来自第一铁磁性金属层101的元素的扩散。另外，覆盖层104还有助于磁阻效应元件部105的各层的结晶取向性。其结果，通过设置覆盖层104，能够使磁阻效应元件部105的第二铁磁性金属层103及第一铁磁性金属层101的磁性稳定化，并使磁阻效应元件部105低电阻化。
优选覆盖层104使用导电性较高的材料。例如能够使用Ru、Ta、Cu、Ag、Au等。优选覆盖层104的晶体结构与相邻的铁磁性金属层的晶体结构匹配，且根据fcc结构、hcp结构或bcc结构适当设定。
另外，优选覆盖层104使用选自银、铜、镁及铝的任一项。详情进行后述，但在经由覆盖层104连接自旋轨道转矩配线120和磁阻效应元件部105的情况下，优选覆盖层104不会消散从自旋轨道转矩配线120传播的自旋。已知银、铜、镁、及铝等的自旋扩散长长为100nm以上，自旋难以消散。
覆盖层104的厚度优选为构成覆盖层104的物质的自旋扩散长以下。如果覆盖层104的厚度为自旋扩散长以下，则能够将从自旋轨道转矩配线120传播的自旋充分传至磁阻效应元件部105。
＜基板＞
基板110优选平坦性优异。为了得到平坦性优异的表面，作为材料，例如能够使用Si、AlTiC等。
也可以在基板110的自旋轨道转矩配线120侧的面形成基底层(省略图示)。当设置基底层时，能够控制包含叠层于基板110上的自旋轨道转矩配线120的各层的结晶取向性、结晶粒径等的结晶性。
基底层优选具有绝缘性。是由于，为了不消散流通于自旋轨道转矩配线120等的电流。基底层能够使用各种层。
例如作为一例，基底层能够使用具有(001)取向的NaCl结构，且含有选自Ti、Zr、Nb、V、Hf、Ta、Mo、W、B、Al、Ce的至少一种元素的氮化物的层。
作为其它例子，基底层能够使用以XYO3的组成式表示的(002)取向的钙钛矿系导电性氧化物的层。在此，位点(site)X包含选自Sr、Ce、Dy、La、K、Ca、Na、Pb、Ba的组的至少一种元素，位点Y包含选自Ti、V、Cr、Mn、Fe、Co、Ni、Ga、Nb、Mo、Ru、Ir、Ta、Ce、Pb的至少一种元素。
作为其它例子，基底层能够使用具有(001)取向的NaCl结构，且包含选自Mg、Al、Ce的至少一种元素的氧化物的层。
作为其它例子，基底层能够使用具有(001)取向的正方晶结构或立方晶结构，且包含选自Al、Cr、Fe、Co、Rh、Pd、Ag、Ir、Pt、Au、Mo、W的组的至少一种元素的层。
另外，基底层不限于一层，也可以将上述例子的层叠层多层。通过设计基底层的结构，能够提高磁阻效应元件部105的各层的结晶性，并改善磁特性。
＜上侧配线＞
也可以在第二铁磁性金属层103的非磁性层102侧的相反侧的面(图3中，上表面)设置上侧配线(省略图示)。
上侧配线电连接于磁阻效应元件部105的第二铁磁性金属层103，通过该上侧配线、自旋轨道转矩配线120、电源(省略图示)构成闭电路，向磁阻效应元件部105的叠层方向流通电流。
上侧配线的材料只要是导电性较高的材料就没有特别限制。例如能够使用铝、银、铜、金等。
在“STT及SOT并用”结构的情况下，也可以使用第一电源和第二电源的两个电源。
第一电源连接于上侧配线和自旋轨道转矩配线120。第一电源能够控制按照磁阻效应元件部105的叠层方向流通的电流。
第二电源150连接于自旋轨道转矩配线120的两端。第二电源150能够控制按照相对于磁阻效应元件部105的叠层方向正交的方向流通的电流即流通于自旋轨道转矩配线120的电流。
如上述，按照磁阻效应元件部105的叠层方向流通的电流诱发STT。与之相对，流通于自旋轨道转矩配线120的电流诱发SOT。STT及SOT均有助于第一铁磁性金属层101的磁化反转。
这样，通过利用两个电源控制按照磁阻效应元件部105的叠层方向和与该叠层方向平行的方向流通的电流量，能够自由地控制SOT和STT相对于磁化反转进行贡献的贡献率。
例如，在不能向器件流通大电流的情况下，能够以相对于磁化反转的能量效率较高的STT成为主要的方式进行控制。即，能够增加从第一电源流通的电流量，且减少从第二电源流通的电流量。
另外，例如在需要制作较薄的器件，且不得不减薄非磁性层102的厚度的情况下，要求减少向非磁性层102流通的电流。在该情况下，能够减少从第一电源流通的电流量，增大从第二电源流通的电流量，且提高SOT的贡献率。
第一电源及第二电源能够使用公知的电源。
如上述，根据本发明的“STT及SOT并用”结构时的磁阻效应元件，能够通过从第一电源及第二电源供给的电流量自由地控制STT及SOT的贡献率。因此，能够根据器件所要求的性能，自由地控制STT和SOT的贡献率，能够作为通用性更高的磁阻效应元件发挥作用。
(磁化反转方法)
磁化反转方法在本发明的磁阻效应元件中，流通于自旋轨道转矩配线的电流密度设为低于1×107A/cm2。
流通于自旋轨道转矩配线的电流的电流密度过大时，由于流通于自旋轨道转矩配线的电流，而产生热。热施加于第二铁磁性金属层时，失去第二铁磁性金属层的磁化的稳定性，且有时产生假定外的磁化反转等。当产生这种假定外的磁化反转时，产生记录的信息被更新的问题。即，为了避免假定外的磁化反转，优选流通于自旋轨道转矩配线的电流的电流密度不会过大。如果流通于自旋轨道转矩配线的电流的电流密度低于1×107A/cm2，则至少能够避免由于产生的热而产生磁化反转。
磁化反转方法在本发明的磁阻效应元件中，在“STT及SOT并用”结构的情况下，也可以在对自旋轨道转矩配线的电源施加电流后，对磁阻效应元件的电源施加电流。
SOT磁化反转工序和STT磁化反转工序也可以同时进行，也可以在预先进行SOT磁化反转工序后，再进行STT磁化反转工序。也可以从第一电源和第二电源同时供给电流，也可以从第二电流供给电流后，再从第一电源供给电流，但为了更可靠地得到利用了SOT的磁化反转的辅助效果，优选在对自旋轨道转矩配线的电源施加电流后，对磁阻效应元件的电源施加电流。即，优选在从第二电流供给电流后，再从第一电源供给电流。
(磁存储器)
本发明的磁存储器(MRAM)具备多个本发明的磁阻效应元件。
(制造方法)
自旋流磁化反转元件能够使用溅射法等的成膜技术和光刻法及Ar离子研磨法等的形状加工技术而得到。以下，对应用自旋流磁化反转元件的磁阻效应元件的制造方法进行说明，由此，也兼而说明自旋流磁化反转元件的制造方法。
首先，在成为支撑体的基板上制作自旋轨道转矩配线。将构成自旋轨道转矩配线的金属使用二元共溅射法进行成膜。组成比的调整能够通过改变施加DC电压且调整各个溅射率，能够实现各个组成比。接着，使用光刻法等的技术，将自旋轨道转矩配线加工成规定的形状。
而且，自旋轨道转矩配线以外的部分利用氧化膜等的绝缘膜覆盖。自旋轨道转矩配线及绝缘膜的露出面优选通过化学机械研磨(CMP)进行研磨。
接着，制作磁阻效应元件。磁阻效应元件能够使用溅射等的公知的成膜方法进行制作。在磁阻效应元件为TMR元件的情况下，例如，就隧道势垒层而言，在第一铁磁性金属层上首先溅射0.4～2.0nm程度的镁、铝、及多个非磁性元素的成为二价阳离子的金属薄膜，通过等离子氧化或氧导入进行自然氧化，然后通过热处理而形成。作为成膜法，除了溅射法以外，还可举出蒸镀法、激光烧蚀法、MBE法等。
得到的叠层膜优选进行退火处理。通过反应性溅射形成的层需要为非晶且进行结晶化。例如，在使用Co-Fe-B作为铁磁性金属层的情况下，B的一部分通过退火处理进行脱落而结晶化。
进行退火处理而制造的磁阻效应元件与未退火处理而制造的磁阻效应元件相比，MR比提高。认为是由于，通过退火处理，非磁性层的隧道势垒层的结晶尺寸的均匀性及取向性提高。
作为退火处理，优选在Ar等的惰性气氛中，以300℃以上500℃以下的温度加热5分钟以上100分钟以下的时间后，在施加了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。
作为将磁阻效应元件设为规定的形状的方法，能够利用光刻法等的加工方法。首先，叠层磁阻效应元件后，在磁阻效应元件的自旋轨道转矩配线的相反侧的面上涂布抗蚀剂。而且，将规定的部分的抗蚀剂进行固化，除去不要部分的抗蚀剂。抗蚀剂进行了固化的部分成为磁阻效应元件的保护膜。抗蚀剂进行了固化的部分与最终得到的磁阻效应元件的形状一致。
然后，对形成有保护膜的面实施离子研磨、反应性离子蚀刻(RIE)等的处理。未形成保护膜的部分被除去，得到规定的形状的磁阻效应元件。
本发明未必限定于上述实施方式的自旋流磁化反转元件的结构及制造方法，能够在不脱离本发明宗旨的范围内施加各种变更。
例如，上述的本实施方式中，举出了如下例子，在磁阻效应元件中，叠层在之后且配置于距基板较近的侧的第一铁磁性金属层设为磁化自由层，叠层在之前且配置于距基板较远的侧的第二铁磁性金属层设为磁化固定层(针层)的所谓的顶针结构，但磁阻效应元件的结构没有特别限定，也可以是所谓的底针(bottom pin)结构。
(反转电流密度的测定方法)
在自旋轨道转矩配线的两端设置直流电源和直流电压计。另外，磁阻效应元件的元件电阻的测定能够通过将上部电极及自旋轨道转矩配线设为下部电极，且使用了直流电源、直流电压计的四端子法进行测定。
对自旋轨道转矩配线施加脉冲电流，施加后，测定磁阻。使用的脉冲宽度设为例如0.5秒。
另外，按照自旋轨道转矩配线的延伸方向施加外部磁场。外部磁场的大小设为例如1000Oe(100mT)。
在后述的实施例中，反转电流密度定义为从平行状态向反平行状态的反转电流密度与从反平行状态向平行状态的反转电流密度的绝对值的平均。
(晶体结构的决定方法)
能够使用薄膜X射线衍射(XRD)决定晶体结构。XRD进行垂直测定(out-of-planeXRD)和面内测定(in-plane XRD)。
另外，也可以同时使用透射电子显微镜(TEM)直接确认原子排列。
(自旋轨道转矩配线材料的组成比的鉴定(identify)方法)
能够使用荧光X射线分析(XRF)进行自旋轨道转矩配线材料的组成比的鉴定。
实施例
(晶体结构的决定)
对于实施例1～11，自旋轨道转矩配线的结构材料的晶体结构如以下决定。
晶体结构决定用的样品的膜结构为热氧化Si基板/Ta(5nm)/自旋轨道转矩配线材料(20nm)/Ta(10nm)，如以下进行制作。
在热氧化Si基板上将Ta膜成膜5nm作为基底层，接着，在Ta膜上使用能够二元共溅射的DC·RF磁控溅射装置，成膜20nm的自旋轨道转矩配线材料膜。组成比的调整通过改变施加DC电压且调整各自的溅射率而进行。实施例9～11的氮化物膜通过不仅准备Ar气，而且还准备与Ar气管线不同的气体管线和质量流量控制器，将纯氮气向溅射室内流通而进行成膜。接着，在自旋轨道转矩配线材料膜上成膜10nm的Ta膜，制作样品。
接着，对于得到的各样品，使用薄膜X射线衍射(out-of-plane XRD、及in-planeXRD)确定晶体结构。其结果在表1及表2中表示。
(自旋轨道转矩配线材料的组成比的鉴定)
对于实施例1～11，自旋轨道转矩配线的结构材料的组成比使用荧光X射线分析(XRF)进行鉴定。
自旋轨道转矩配线材料的组成比鉴定用的样品的膜结构为热氧化Si基板/自旋轨道转矩配线材料(100nm)，如以下进行制作。
在热氧化Si基板上使用能够二元共溅射的DC·RF磁控溅射装置，成膜100nm的自旋轨道转矩配线材料膜。组成比的调整通过改变施加DC电压且调整各自的溅射率而进行。其结果在表1及表2中表示。
(反转电流密度的测定)
对于实施例1～11及比较例1～8的磁阻效应元件，一边按照自旋轨道转矩配线的延伸方向施加外部磁场1000Oe(100mT)，一边测定反转电流密度。反转电流密度通过磁阻效应元件的电阻值变化时的电流除以自旋轨道转矩配线的与长边方向正交的截面的截面面积而得到。表1及表2中表示的反转电流密度是磁化从平行状态改变成反平行状态时的值与从反平行状态改变成平行状态时的值的绝对值的平均。
反转电流在自旋轨道转矩配线的两端连接直流电流源进行流通。电流设为脉冲宽度为0.5秒的脉冲电流。电流量通过连接于自旋轨道转矩配线的两端的直流电流表进行测定。就磁阻效应元件的电阻值变化而言，相对于磁阻效应元件将自旋轨道转矩配线设为下部电极，且在自旋轨道转矩配线的相反侧设置上部电极，并通过四端子法进行测定。在上部电极与下部电极间连接有直流电流源和直流电压计。
反转电流测定用的磁阻效应元件样品(实施例1～11)的膜结构为热氧化Si基板/Ta(5nm)/自旋轨道转矩配线材料(10nm)/Fe(0.9nm)/MgO(1.6nm)/CoFeB(1.6nm)/Ru(3nm)/Ta(5nm)，如以下进行制作。
在热氧化Si基板上成膜5nm的Ta膜作为基底层，接着，在Ta膜上使用能够二元共溅射的DC·RF磁控溅射装置，成膜10nm的自旋轨道转矩配线材料膜。组成比的调整通过改变施加DC电压并调整各自的溅射率而进行。实施例9～11的氮化物膜通过不仅准备Ar气，还准备与Ar气管线不同的气体管线和质量流量(mass flow)控制器，并将纯氮气流向溅射室内而进行成膜。接着，将使用光刻法成膜的膜加工成宽度200nm、长度1000nm的平面看为长方形状，形成自旋轨道转矩配线。在通过光刻法削除的部分形成SiO2膜作为绝缘膜，将自旋轨道转矩配线及绝缘膜进行CMP研磨，制作平坦面。
接着，在该自旋轨道转矩配线上依次成膜0.9nm的Fe膜作为第一铁磁性金属层(磁化自由层)、1.6nm的MgO膜作为隧道势垒层、1.3nm的CoFeB膜作为第二铁磁性金属层(磁化固定层)、3nm厚度的Ru膜及5nm厚度的Ta膜作为覆盖层。然后，使用光刻法和Ar离子研磨法，制作直径100nm的圆柱状的磁阻效应元件。此外，Ar离子研磨法削磨至作为第一铁磁性金属层的Fe膜。铁磁性金属层(Fe膜及CoFeB膜)的膜厚为成为垂直磁化的膜厚。
另外，反转电流测定用的磁阻效应元件样品(比较例1～8)仅自旋轨道转矩配线的材料均不是合金、金属碳化物、金属氮化物的任一项而是单体金属的点不同，除此以外，按照与实施例1～11同样的顺序制作。
对于以上那样得到的实施例1～11及比较例1～8的磁阻效应元件，将反转电流密度的测定结果在表1及表2中表示。
[表1]
Figure BDA0001671703100000201
[表2]
Figure BDA0001671703100000211
如表1及表2所示，具备由具有空间群Pm-3m、Fd-3m或Fm-3m的对称性的立方晶结构的规定组成的材料构成的自旋轨道转矩配线的磁阻效应元件的实施例1～11的反转电流密度均比具备由单体的金属构成的自旋轨道转矩配线的磁阻效应元件的比较例1～8的反转电流密度小。即，就反转电流密度而言，比较例1～8中为108A/cm2的数量级，与之相对，实施例1～11中为106A/cm2的数量级。这样，通过均将自旋轨道转矩配线设为由规定的材料构成，第一铁磁性金属层的磁化容易反转。
此外，具有表1及表2所示的晶体结构的合金的浓度范围如以下。
AlxNi1-x(实施例1)：0.42≦X≦0.54
AlxRu1-x(实施例2)：0.48≦X≦0.51
AlxRh1-x(实施例3)：0.48≦X≦0.58
TixNi1-x(实施例4)：0.47≦X≦0.50
PtxAl1-x(实施例5)：0.72≦X≦0.80
TixNi1-x(实施例6)：0.50≦X≦0.67
AlxAu1-x(实施例7)：0.50≦X≦0.67
SixMn1-x(实施例8)：0.22≦X≦0.25
符号说明
1 第一铁磁性金属层
2 自旋轨道转矩配线
100 磁阻效应元件
101 第一铁磁性金属层
102 非磁性层
103 第二铁磁性金属层
105 磁阻效应元件部。

Claims (22)

1.一种自旋流磁化反转元件，其特征在于，
具备：
磁化方向可变的第一铁磁性金属层；以及
自旋轨道转矩配线，其沿着相对于作为所述第一铁磁性金属层的法线方向的第一方向交叉的第二方向延伸，且直接或经由其他层与第一铁磁性金属层接合，并且，以电流在所述第二方向上流动的方式构成，通过所述电流产生纯自旋流，向所述第一铁磁性金属层注入所述自旋流，
所述自旋轨道转矩配线的材料为以式AxB1-x表示的二元合金、金属碳化物或金属氮化物，
所述A为选自Al、Ti、及Pt的元素，所述B为选自Al、Cr、Mn、Fe、Co、Ni、Y、Ru、Rh、及Ir的元素且为具有空间群Pm-3m或Fd-3m的对称性的立方晶结构，但是不包括所述A为Al且所述B为Al的情况；或者，所述A为选自Al、Si、Ti、Y、及Ta的元素，所述B为选自C、N、Co、Pt、Au及Bi的元素且为具有空间群Fm-3m的对称性的立方晶结构。
2.根据权利要求1所述的自旋流磁化反转元件，其中，
所述材料选自作为CsCl结构的AlxFe1-x、AlxCo1-x、AlxNi1-x、AlxRu1-x、AlxRh1-x、AlxIr1-x、TixFe1-x、TixCo1-x、及TixNi1-x。
3.根据权利要求1所述的自旋流磁化反转元件，其中，
所述材料选自作为Ti2Ni结构的TixFe1-x、TixCo1-x、及TixNi1-x。
4.根据权利要求1所述的自旋流磁化反转元件，其特征在于，
所述材料选自作为Cu3Au结构的PtxAl1-x、PtxCr1-x、PtxMn1-x、PtxFe1-x、及PtxY1-x。
5.根据权利要求1所述的自旋流磁化反转元件，其特征在于，
所述材料选自作为NaCl结构的AlxN1-x、TixC1-x、TixN1-x、YxBi1-x、及TaxN1-x。
6.根据权利要求1所述的自旋流磁化反转元件，其特征在于，
所述材料选自作为BiF3结构的AlxFe1-x、SixMn1-x、及SixFe1-x。
7.根据权利要求1所述的自旋流磁化反转元件，其特征在于，
所述材料选自作为CaF2结构的AlxPt1-x、AlxAu1-x、及AlxCo1-x。
8.根据权利要求1所述的自旋流磁化反转元件，其特征在于，
所述第一铁磁性金属层的具有所述自旋轨道转矩配线的一侧的表面上，以配置于所述第一铁磁性金属层和所述自旋轨道转矩配线之间的方式形成有覆盖层。
9.根据权利要求1所述的自旋流磁化反转元件，其特征在于，
所述第一铁磁性金属层的具有所述自旋轨道转矩配线的一侧的表面上，以配置于所述第一铁磁性金属层和所述自旋轨道转矩配线之间的方式形成有覆盖层，
所述覆盖层由选自Ru、Ta、Cu、Ag、Au、银、铜、镁及铝的任意材料构成。
10.根据权利要求1所述的自旋流磁化反转元件，其特征在于，
所述第一铁磁性金属层的具有所述自旋轨道转矩配线的一侧的表面上，以配置于所述第一铁磁性金属层和所述自旋轨道转矩配线之间的方式形成有覆盖层，
所述覆盖层与相邻的铁磁性金属层的晶体结构匹配，具有选自fcc结构、hcp结构或bcc结构的晶体结构。
11.一种磁阻效应元件，其具备：
权利要求1～10中任一项所述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；以及
被第一铁磁性金属层和第二铁磁性金属层夹持的非磁性层。
12.一种磁存储器，其具备多个磁阻效应元件，
所述磁阻效应元件具备：
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；以及
被第一铁磁性金属层和第二铁磁性金属层夹持的非磁性层，
所述自旋流磁化反转元件具备：
磁化方向可变的第一铁磁性金属层；以及
自旋轨道转矩配线，其沿着相对于作为所述第一铁磁性金属层的法线方向的第一方向交叉的第二方向延伸，且与第一铁磁性金属层接合，
所述自旋轨道转矩配线的材料为以式AxB1-x表示的二元合金、金属碳化物或金属氮化物，
所述A为选自Al、Ti、及Pt的元素，所述B为选自Al、Cr、Mn、Fe、Co、Ni、Y、Ru、Rh、及Ir的元素且为具有空间群Pm-3m或Fd-3m的对称性的立方晶结构；或者，所述A为选自Al、Si、Ti、Y、及Ta的元素，所述B为选自C、N、Co、Pt、Au及Bi的元素且为具有空间群Fm-3m的对称性的立方晶结构。
13.根据权利要求12所述的磁存储器，其中，
所述材料选自作为CsCl结构的AlxFe1-x、AlxCo1-x、AlxNi1-x、AlxRu1-x、AlxRh1-x、AlxIr1-x、TixFe1-x、TixCo1-x、及TixNi1-x。
14.根据权利要求12所述的磁存储器，其中，
所述材料选自作为Ti2Ni结构的TixFe1-x、TixCo1-x、及TixNi1-x。
15.根据权利要求12所述的磁存储器，其特征在于，
所述材料选自作为Cu3Au结构的PtxAl1-x、PtxCr1-x、PtxMn1-x、PtxFe1-x、及PtxY1-x。
16.根据权利要求12所述的磁存储器，其特征在于，
所述材料选自作为NaCl结构的AlxN1-x、TixC1-x、TixN1-x、YxBi1-x、及TaxN1-x。
17.根据权利要求12所述的磁存储器，其特征在于，
所述材料选自作为BiF3结构的AlxFe1-x、SixMn1-x、及SixFe1-x。
18.根据权利要求12所述的磁存储器，其特征在于，
所述材料选自作为CaF2结构的AlxPt1-x、AlxAu1-x、及AlxCo1-x。
19.根据权利要求12所述的磁存储器，其特征在于，
所述第一铁磁性金属层的具有所述自旋轨道转矩配线的一侧的表面上，以配置于所述第一铁磁性金属层和所述自旋轨道转矩配线之间的方式形成有覆盖层。
20.根据权利要求12所述的磁存储器，其特征在于，
所述第一铁磁性金属层的具有所述自旋轨道转矩配线的一侧的表面上，以配置于所述第一铁磁性金属层和所述自旋轨道转矩配线之间的方式形成有覆盖层，
所述覆盖层由选自Ru、Ta、Cu、Ag、Au、银、铜、镁及铝的任意材料构成。
21.根据权利要求12所述的磁存储器，其特征在于，
所述第一铁磁性金属层的具有所述自旋轨道转矩配线的一侧的表面上，以配置于所述第一铁磁性金属层和所述自旋轨道转矩配线之间的方式形成有覆盖层，
所述覆盖层与相邻的铁磁性金属层的晶体结构匹配，具有选自fcc结构、hcp结构或bcc结构的晶体结构。
22.一种磁阻效应元件，其具备：
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；以及
被第一铁磁性金属层和第二铁磁性金属层夹持的非磁性层，
所述自旋流磁化反转元件具备：
磁化方向可变的第一铁磁性金属层；
自旋轨道转矩配线，其沿着相对于作为所述第一铁磁性金属层的法线方向的第一方向交叉的第二方向延伸，且与第一铁磁性金属层接合；以及
配置于所述第一铁磁性金属层和所述自旋轨道转矩配线之间的覆盖层，
所述自旋轨道转矩配线的材料为以式AxB1-x表示的二元合金、金属碳化物或金属氮化物，
所述A为选自Al、Ti、及Pt的元素，所述B为选自Al、Cr、Mn、Fe、Co、Ni、Y、Ru、Rh、及Ir的元素且为具有空间群Pm-3m或Fd-3m的对称性的立方晶结构；或者，所述A为选自Al、Si、Ti、Y、及Ta的元素，所述B为选自C、N、Co、Pt、Au及Bi的元素且为具有空间群Fm-3m的对称性的立方晶结构。
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