CN109427964A - 自旋流磁化反转元件及自旋轨道转矩型磁阻效应元件 - Google Patents

自旋流磁化反转元件及自旋轨道转矩型磁阻效应元件 Download PDF

Info

Publication number
CN109427964A
CN109427964A CN201810993796.3A CN201810993796A CN109427964A CN 109427964 A CN109427964 A CN 109427964A CN 201810993796 A CN201810993796 A CN 201810993796A CN 109427964 A CN109427964 A CN 109427964A
Authority
CN
China
Prior art keywords
spin
layer
orbit torque
ferromagnetic layer
torque wiring
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
CN201810993796.3A
Other languages
English (en)
Other versions
CN109427964B (zh
Inventor
大田实
佐佐木智生
高桥宏和
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
TDK Corp
Original Assignee
TDK Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by TDK Corp filed Critical TDK Corp
Publication of CN109427964A publication Critical patent/CN109427964A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN109427964B publication Critical patent/CN109427964B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01F—MAGNETS; INDUCTANCES; TRANSFORMERS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR MAGNETIC PROPERTIES
    • H01F10/00—Thin magnetic films, e.g. of one-domain structure
    • H01F10/32—Spin-exchange-coupled multilayers, e.g. nanostructured superlattices
    • H01F10/324—Exchange coupling of magnetic film pairs via a very thin non-magnetic spacer, e.g. by exchange with conduction electrons of the spacer
    • H01F10/3286—Spin-exchange coupled multilayers having at least one layer with perpendicular magnetic anisotropy
    • G—PHYSICS
    • G11—INFORMATION STORAGE
    • G11C—STATIC STORES
    • G11C11/00—Digital stores characterised by the use of particular electric or magnetic storage elements; Storage elements therefor
    • G11C11/02—Digital stores characterised by the use of particular electric or magnetic storage elements; Storage elements therefor using magnetic elements
    • G11C11/16—Digital stores characterised by the use of particular electric or magnetic storage elements; Storage elements therefor using magnetic elements using elements in which the storage effect is based on magnetic spin effect
    • G11C11/161—Digital stores characterised by the use of particular electric or magnetic storage elements; Storage elements therefor using magnetic elements using elements in which the storage effect is based on magnetic spin effect details concerning the memory cell structure, e.g. the layers of the ferromagnetic memory cell
    • G—PHYSICS
    • G11—INFORMATION STORAGE
    • G11C—STATIC STORES
    • G11C11/00—Digital stores characterised by the use of particular electric or magnetic storage elements; Storage elements therefor
    • G11C11/18—Digital stores characterised by the use of particular electric or magnetic storage elements; Storage elements therefor using Hall-effect devices
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01F—MAGNETS; INDUCTANCES; TRANSFORMERS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR MAGNETIC PROPERTIES
    • H01F10/00—Thin magnetic films, e.g. of one-domain structure
    • H01F10/08—Thin magnetic films, e.g. of one-domain structure characterised by magnetic layers
    • H01F10/10—Thin magnetic films, e.g. of one-domain structure characterised by magnetic layers characterised by the composition
    • H01F10/12—Thin magnetic films, e.g. of one-domain structure characterised by magnetic layers characterised by the composition being metals or alloys
    • H01F10/123—Thin magnetic films, e.g. of one-domain structure characterised by magnetic layers characterised by the composition being metals or alloys having a L10 crystallographic structure, e.g. [Co,Fe][Pt,Pd] thin films
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01F—MAGNETS; INDUCTANCES; TRANSFORMERS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR MAGNETIC PROPERTIES
    • H01F10/00—Thin magnetic films, e.g. of one-domain structure
    • H01F10/32—Spin-exchange-coupled multilayers, e.g. nanostructured superlattices
    • H01F10/324—Exchange coupling of magnetic film pairs via a very thin non-magnetic spacer, e.g. by exchange with conduction electrons of the spacer
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01F—MAGNETS; INDUCTANCES; TRANSFORMERS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR MAGNETIC PROPERTIES
    • H01F10/00—Thin magnetic films, e.g. of one-domain structure
    • H01F10/32—Spin-exchange-coupled multilayers, e.g. nanostructured superlattices
    • H01F10/324—Exchange coupling of magnetic film pairs via a very thin non-magnetic spacer, e.g. by exchange with conduction electrons of the spacer
    • H01F10/3254—Exchange coupling of magnetic film pairs via a very thin non-magnetic spacer, e.g. by exchange with conduction electrons of the spacer the spacer being semiconducting or insulating, e.g. for spin tunnel junction [STJ]
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01F—MAGNETS; INDUCTANCES; TRANSFORMERS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR MAGNETIC PROPERTIES
    • H01F10/00—Thin magnetic films, e.g. of one-domain structure
    • H01F10/32—Spin-exchange-coupled multilayers, e.g. nanostructured superlattices
    • H01F10/324—Exchange coupling of magnetic film pairs via a very thin non-magnetic spacer, e.g. by exchange with conduction electrons of the spacer
    • H01F10/329—Spin-exchange coupled multilayers wherein the magnetisation of the free layer is switched by a spin-polarised current, e.g. spin torque effect
    • H—ELECTRICITY
    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10B—ELECTRONIC MEMORY DEVICES
    • H10B61/00—Magnetic memory devices, e.g. magnetoresistive RAM [MRAM] devices
    • H10B61/20—Magnetic memory devices, e.g. magnetoresistive RAM [MRAM] devices comprising components having three or more electrodes, e.g. transistors
    • H—ELECTRICITY
    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10N—ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10N50/00—Galvanomagnetic devices
    • H10N50/10—Magnetoresistive devices
    • H—ELECTRICITY
    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10N—ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10N50/00—Galvanomagnetic devices
    • H10N50/80—Constructional details
    • H—ELECTRICITY
    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10N—ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10N52/00—Hall-effect devices
    • H—ELECTRICITY
    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10N—ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10N52/00—Hall-effect devices
    • H10N52/01—Manufacture or treatment
    • G—PHYSICS
    • G11—INFORMATION STORAGE
    • G11C—STATIC STORES
    • G11C11/00—Digital stores characterised by the use of particular electric or magnetic storage elements; Storage elements therefor
    • G11C11/02—Digital stores characterised by the use of particular electric or magnetic storage elements; Storage elements therefor using magnetic elements
    • G11C11/16—Digital stores characterised by the use of particular electric or magnetic storage elements; Storage elements therefor using magnetic elements using elements in which the storage effect is based on magnetic spin effect
    • G11C11/165—Auxiliary circuits
    • G11C11/1675—Writing or programming circuits or methods

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Crystallography & Structural Chemistry (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Computer Hardware Design (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Hall/Mr Elements (AREA)
  • Mram Or Spin Memory Techniques (AREA)

Abstract

本发明的目的在于提供一种有效地使纯自旋流发生并且使反转电流密度降低为可能的自旋流磁化反转元件、自旋轨道转矩型磁阻效应元件、磁存储器以及高频磁元件。本发明所涉及的自旋流磁化反转元件具备在第一方向上延伸的自旋轨道转矩配线、在与第一方向相交叉的第二方向上层叠的第一铁磁性层，所述自旋轨道转矩配线包含Ar、Kr、Xe当中至少1种稀有气体元素。

Description

自旋流磁化反转元件及自旋轨道转矩型磁阻效应元件
技术领域
本发明涉及自旋流磁化反转元件、自旋轨道转矩型磁阻效应元件、磁存储器以及高频磁元件。
背景技术
作为磁阻效应元件，已知的有：由铁磁性层和非磁性层的多层膜构成的巨磁阻(GMR：Giant Magneto Resistance)元件、以及将绝缘层[隧道势垒层(tunnel barrierlayer)、势垒层(barrier layer)]用于非磁性层的隧道磁阻(TMR：tunnelmagnetoresistance)元件。一般来说，与GMR元件相比，TMR元件的元件阻抗高且磁阻(MR)比大。因此，作为磁传感器、高频部件、磁头以及非易失性随机存取存储器(MRAM：MagneticRandom Access Memory)用元件，TMR元件备受关注。
MRAM利用夹持绝缘层的2层铁磁性层的彼此的磁化的朝向发生变化时TMR元件的元件阻抗发生变化的特性，来读写数据。作为MRAM的写入方式，众所周的有利用电流所制作的磁场来进行写入(磁化反转)的方式、或利用在磁阻效应元件的层叠方向上流过电流而产生的自旋转移转矩(STT：spin transfer torque)来进行写入(磁化反转)的方式。
如果从能量效率的观点进行考虑的话，则使用STT的TMR元件的磁化反转是有效的，但是，用于使磁化反转的反转电流密度高。从TMR元件长寿命的观点考虑，优选该反转电流密度较低。这一点对于GMR元件来说也是同样的。
因此，近年来人们把注意力都集中到了以与STT不同的机理来进行行磁化反转的、利用了由自旋轨道相互作用而产生的纯自旋流的磁化反转(例如非专利文献1)。该机理还未被充分阐明，但是认为：由自旋轨道相互作用而产生的纯自旋流或者在不同种类材料的界面上的拉什巴效应(Rashba effect)诱发自旋轨道转矩(SOT：spin orbital torque)，并且由SOT而发生磁化反转。纯自旋流是通过朝上自旋的电子和朝下自旋的电子以相同数量朝向互相反的方向流动而产生的，电荷的流动被抵消。因此，流到磁阻效应元件的电流为零，可期待磁阻效应元件的长寿命化。
[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,和P.Gambardella,《自然》(Nature),476,189(2011).
发明内容
[发明所要解决的技术问题]
然而，非专利文献1中报道了：在现有的在元件结构中，由SOT产生的反转电流密度为与由STT产生的反转电流密度相同的程度。产生纯自旋流的电流流动不会对磁阻效应元件造成损害，但从驱动效率的观点考虑，要求降低反转电流密度。为了降低反转电流密度，有必要更加有效地产生纯自旋流。
本发明是鉴于上述技术问题而做出的，其目的在于提供一种能够有效地产生纯自旋流并且使反转电流密度降低的自旋流磁化反转元件、自旋轨道转矩型磁阻效应元件、磁存储器以及高频磁元件。
[解决技术问题的手段]
本发明为了解决上述技术问题而提供以下手段。
(1)第一方式所涉及的自旋流磁化反转元件具备：在第一方向上延伸的自旋轨道转矩配线、和在与所述第一方向相交叉的第二方向上层叠的第一铁磁性层，所述自旋轨道转矩配线包含Ar、Kr、Xe中的至少1种稀有气体元素。
(2)在上述方式所涉及的自旋流磁化反转元件中，所述稀有气体元素的摩尔比可以是构成所述自旋轨道转矩配线的元素的总摩尔比的0.005％以上2.00％以下。
(3)在上述方式所涉及的自旋流磁化反转元件中，其结构也可以是：自旋轨道转矩配线由在所述第二方向上层叠的多个层构成，并且在所述多个层的界面以及表面中的任意面上所述稀有气体元素的浓度是最高的。
(4)在上述方式所涉及的自旋流磁化反转元件中，也可以是：所述自旋轨道转矩配线由在所述第二方向上层叠的多个层构成，所述多个层的界面当中最靠近第一铁磁性层侧的第一界面上的所述稀有气体元素的浓度高于所述自旋轨道转矩配线中比所述第一界面靠近所述第一铁磁性层的部分上的所述稀有气体元素的浓度，在所述第二方向上，所述第一界面与所述第一铁磁性层的距离短于构成所述第一铁磁性层与所述第一界面之间的材料的自旋扩散长度。
(5)在上述方式所涉及的自旋流磁化反转元件中，也可以是：所述自旋轨道转矩配线由在所述第二方向上层叠的多个层构成，并且在所述多个层当中以最高浓度包含所述稀有气体元素的高浓度层与所述第一铁磁性层之间，具有构成所述自旋轨道转矩配线的别的层。
(6)在上述方式所涉及的自旋流磁化反转元件中，也可以是：在所述第二方向上，所述第一铁磁性层与所述高浓度层的距离短于构成所述第一铁磁性层与所述高浓度层之间的材料的自旋扩散长度。
(7)在上述方式所涉及的自旋流磁化反转元件中，也可以是：在所述高浓度层的与所述第一铁磁性层相反的一侧，具有构成所述自旋轨道转矩配线的别的层。
(8)在上述方式所涉及的自旋流磁化反转元件中，也可以是：所述自旋轨道转矩配线是由在所述第二方向上层叠的多个层构成，并且在所述多个层当中以最高浓度包含所述稀有气体元素的高浓度层位于最接近于所述第一铁磁性层的位置。
(9)在上述方式所涉及的自旋流磁化反转元件中，也可以是：所述自旋轨道转矩配线由在所述第二方向上层叠的多个层构成，在所述多个层当中的任意2层中，位于所述第一铁磁性层侧的第一层的自旋电阻小于位于远离所述第一铁磁性层的位置的第二层的自旋电阻。
(10)第二方式所涉及的自旋轨道转矩型磁阻效应元件具备：上述方式所涉及的自旋流磁化反转元件；非磁性层，其层叠于所述第一铁磁性层中的与所述自旋轨道转矩配线相接触的面的相反侧的面；第二铁磁性层，其与所述第一铁磁性层一起夹住所述非磁性层。
(11)第三方式所涉及的磁存储器具备多个第二方式所涉及的自旋轨道转矩型磁阻效应元件。
(12)第四方式所涉及的高频元件具备第二方式所涉及的自旋轨道转矩型磁阻效应元件。
[发明效果]
根据本发明能够提供一种能够有效地产生纯自旋流并且降低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、磁存储器以及高频磁元件。
附图说明
图1是第一实施方式所涉及的自旋流磁化反转元件的截面示意图。
图2是第二实施方式所涉及的自旋流磁化反转元件的截面示意图。
图3是第三实施方式所涉及的自旋流磁化反转元件的截面示意图。
图4是第四实施方式所涉及的自旋轨道转矩型磁阻效应元件的截面示意图。
图5是示意性地表示第五实施方式所涉及的磁存储器的示意图。
图6是第六实施方式所涉及的高频磁元件的截面示意图。
图7是使用EDS来分析实施例1的自旋轨道转矩配线的组成的结果。
图8是求得实施例1～3中的自旋流磁化反转元件的反转电流密度的结果。
图9是使用EDS来分析实施例2的自旋轨道转矩配线的组成的结果。
符号说明
1：第一铁磁性层
2：自旋轨道转矩配线
2A、2B、2C、2D、2E、2F、2G、2H：层
2AB、2BC、2CD：界面
2A1、2D1：表面
5：非磁性层
6：第二铁磁性层
10、11、12：自旋流磁化反转元件
20：自旋轨道转矩型磁阻效应元件
30：磁存储器
40：高频磁元件
41：直流电源
42：输入端
43：输出端
44：电极
M1、M6：磁化
具体实施方式
以下，关于本发明的实施方式，适当参照附图进行详细说明。关于在以下的说明中使用的附图，为了容易地理解本发明的特征，方便起见，有时将成为特征的部分放大表示，各个构成要素的尺寸比例等有时与实际不同。在以下的说明中例示的材料和尺寸等是一例，本发明并不限定于这些，能够在实现本发明效果的范围内作适当变更来实施。
[第一实施方式]
图1是示意性地表示第一实施方式所涉及的自旋流磁化反转元件的截面图。
第一实施方式所涉及的自旋流磁化反转元件10具有第一铁磁性层1、自旋轨道转矩配线2。
以下通过规定三维方向来作具体说明，即，将自旋轨道转矩配线2延伸的第一方向规定为x方向，将第一铁磁性层1的层叠方向(第二方向)规定为z方向，将与x方向以及z方向均垂直的方向规定为y方向。
＜第一铁磁性层＞
第一铁磁性层1通过其磁化M1的朝向进行变化来实行其功能。在图1中，将第一铁磁性层1设定为磁化M1取向于z方向的垂直磁化膜，但是也可以设定为取向于xy面内方向的面内磁化膜。
能够将铁磁性材料，特别是能够将软磁性材料应用于第一铁磁性层1。例如，能够使用：选自Cr、Mn、Co、Fe以及Ni的金属；包含这些金属中的1种以上的合金；包含这些金属和B、C以及N中的至少1种以上的非金属元素的合金等。具体地来说，能够例示Co-Fe、Co-Fe-B、Ni-Fe。
另外，为了获得更加高的输出，优选使用Co2FeSi等哈斯勒合金(Heusler alloy)。哈斯勒合金包含化学组成为X2YZ的金属间化合物，其中，X是在化学元素周期表中的Co族、Fe族、Ni族、或者Cu族的过渡金属元素或贵金属元素，Y是Mn族、V族、Cr族、或者Ti族的过渡金属或X的元素类型，Z是从III族到V族的典型元素。例如，可以列举Co2FeSi、Co2FeGe、Co2FeGa、Co2MnSi或Co2Mn1-aFeaAlbSi1-b、Co2FeGe1-cGac等。
＜自旋轨道转矩配线＞
自旋轨道转矩配线2在x方向上进行延伸。自旋轨道转矩配线2连接于第一铁磁性层1的z方向的一个面上。自旋轨道转矩配线2既可以直接连接于第一铁磁性层1，也可以通过其他层连接。
自旋轨道转矩配线2由当电流流过时由自旋霍尔效应(spin Hall effect)而产生纯自旋流的材料构成。作为所涉及的材料，只要是在自旋轨道配线2中能够产生纯自旋流的构成即可。因此，不限于由单一元素构成的材料，也可以是由两个部分构成的材料等，例如，由以容易产生纯自旋流的材料构成的部分和以不容易产生纯自旋流的材料构成的部分构成的材料。
所谓自旋霍尔效应是在电流流过材料的情况下基于自旋轨道相互作用而在垂直于电流朝向的方向上诱发纯自旋流的现象。关于由自旋霍尔效应而产生纯自旋流的机理，将在下文进行说明。
如图1所示，当在自旋轨道转矩配线2的x方向的两端给予电位差时，电流I沿着x方向进行流动。当电流I流过时，向y方向取向的第一自旋S1和向-y方向取向的第二自旋S2分别在与电流相垂直的方向上发生弯曲。通常的霍尔效应和自旋霍尔效应均使运动(移动)电荷(电子)的运动(移动)方向发生弯曲，这一点上两者是相同的，但是，通常的霍尔效应是在磁场中进行运动的电荷粒子受洛伦兹力而发生运动方向的弯曲，相对于此，自旋霍尔效应是在不存在磁场的情况下仅因电子的移动(仅因电流流过)而发生移动方向的弯曲，两者在这一点上有着较大的不同。
就非磁性体(非铁磁体材料)而言，因为第一自旋S1的电子数与第二自旋S2的电子数相等，所以在图中朝向上方的第一自旋S1的电子数与朝向下方的第二自旋S2的电子数相等。因此，作为电荷的净流量的电流为零。将该不伴随电流的自旋流特别地称作为纯自旋流。
在使电流流过铁磁体的情况下，第一自旋S1和第二自旋S2以互相相反方向进行弯曲，这一点上是相同的。另外，在铁磁体中，第一自旋S1和第二自旋S2中的任一个都是多种状态，其结果，发生净电荷流动(发生电压)，这一点上不同。因此，作为自旋轨道转矩配线2的材料，不包含仅由铁磁体构成的材料。
在此，将第一自旋S1的电子流动表示为J↑、将第二自旋S2的电子流动表示为J↓、将自旋流表示为Js时，则定义为Js＝J↑-J↓。在图1中，作为纯自旋流Js，在图中的z方向上进行流动。在此，Js为极化率100％的电子流动。
在图1中，如果使铁磁体接触于自旋轨道转矩配线2的上面的话，则纯自旋流扩散并流入到铁磁体中。即，自旋被注入到第一铁磁性层1。
自旋轨道转矩配线2由具有通过电流流过的时候的自旋霍尔效应而发生纯自旋流的功能的选自金属、合金、金属间化合物、金属硼化物、金属碳化物、金属硅化物、金属磷化物中的任意一种来构成，并具有结晶结构。
自旋轨道转矩配线2的主构成优选为非磁性的重金属。在此，所谓重金属是指具有钇比重以上的金属。非磁性的重金属优选为在原子核最外层具有d电子或者f电子的原子序号39以上的大原子序号的非磁性金属。因为这些非磁性金属的产生自旋霍尔效应的自旋轨道相互作用大。
通常来说，向金属流通电流时，对于所有的电子而言，不管其自旋的方向如何，均向电流的反方向移动，但是，对于在最外层中具有d电子或者f电子的原子序号大的非磁性金属来说，因为自旋轨道相互作用大，所以电子的移动方向由于自旋霍尔效应而依赖于电子的自旋朝向，并且容易发生纯自旋流Js。
另外，自旋轨道转矩配线2包含Ar、Kr、Xe中的至少1种稀有气体元素。稀有气体元素侵入到晶格内并扭曲晶格，因而诱发结晶结构的不规则性。如果结晶结构变得不规则的话，则自旋轨道转矩配线2的空间反转对称性发生崩溃(被破坏)。空间反转对称性的崩溃会在自旋轨道转矩配线2内产生内磁场。该内磁场会促进自旋霍尔效应。另外，与其他元素相比，稀有气体元素的原子半径较大，所以成为阻碍电流流动的散射因子。电流是电子的流动，电子传导自旋。因此，电流的散射因子就是自旋散射因子。也就是说，稀有气体元素阻碍自旋在x方向上的流动，并且促进自旋霍尔效应。
自旋霍尔效应被促进的话，则被注入到第一铁磁性层1的自旋的量增加。被注入到第一铁磁性层1的自旋将自旋轨道转矩(SOT)给予第一铁磁性层1的磁化M1。即，自旋轨道转矩配线2通过包含Ar、Kr、Xe中的至少一种稀有气体元素，从而能够有效地将自旋轨道转矩(SOT)给予第一铁磁性层1的磁化M1。
稀有气体元素的摩尔比优选为构成自旋轨道转矩配线2的元素的总摩尔比的0.005％以上2.00％以下，进一步优选为1.00％以上2.00％以下。关于稀有气体元素的摩尔比，可以通过TEM(透过型电子显微镜)观察截面之后使用EDS(能量色散X射线光谱仪)来求得。从用EDS测定的光谱分离起因于各个元素的波长，从各个波长上的峰值强度计算出各个元素的摩尔比。
另外，自旋轨道转矩配线2也可以包含磁性金属。所谓磁性金属是指铁磁性金属或者反铁磁性金属。在非磁性金属中包含微量磁性金属的话则成为自旋的散射因子。即，自旋轨道相互作用被增强，并且相对于流到自旋轨道转矩配线2的电流的自旋流的生成效率变高。自旋轨道转矩配线2的主构成也可以仅由反铁磁性金属构成。
另一方面，如果磁性金属的添加量过于增大的话，则所发生的纯自旋流会被添加的磁性金属散射，其结果，会有自旋流减少的作用变强的情况。因此，所添加的磁性金属的摩尔比优选充分小于构成自旋轨道转矩配线的元素的总摩尔比。按目标值来说的话，则所添加的磁性金属的摩尔比优选为3％以下。
另外，自旋轨道转矩配线2也可以包含拓扑(topological)绝缘体。自旋轨道转矩配线2的主构成也可以是拓扑绝缘体。所谓拓扑绝缘体是指，物质内部为绝缘体或者高电阻体，但是在其表面产生自旋极化的金属状态的物质。在该物质具有如被称作为自旋轨道相互作用的内部磁场那样的物理特性。因此，即使没有外部磁场也会由自旋轨道相互作用的效应而表现出新的拓扑相。这就是拓扑绝缘体，由强的自旋轨道相互作用和边缘上的反转对称性的破坏而能够高效率地生成纯自旋流。
作为拓扑绝缘体，优选例如SnTe、Bi1.5Sb0.5Te1.7Se1.3、TlBiSe2、Bi2Te3、Bi1-xSbx、(Bi1-xSbx)2Te3等。这些拓扑绝缘体能够高效率地生成自旋流。
自旋流磁化反转元件10也可以具有除了第一铁磁性层1和自旋轨道转矩配线2以外的结构要素。例如，作为支撑体也可以具有基板等。作为基板，优选具有优异的平坦性，作为其材料，例如能够使用Si、AlTiC等。另外，在第一铁磁性层1与自旋轨道转矩配线2之间也可以具有其他层。第一铁磁性层1与自旋轨道转矩配线2之间的其他层的厚度优选小于或等于构成其他层的材料的自旋扩散长度。
如上所述，因为本实施方式所涉及的自旋流磁化反转元件10包含稀有气体元素，所以能够有效地将自旋轨道转矩(SOT)给予第一铁磁性层1的磁化M1。即，能够降低用于使第一铁磁性层1的磁化M1反转所必要的反转电流密度。
＜制造方法＞
以下，就自旋流磁化反转元件10的制造方法的一例进行说明。首先，将自旋轨道转矩配线的基层层叠于基板(没有图示)上。作为层叠方法，能够使用溅射法、化学气相淀积(CVD)法等公知方法。
接着，对于自旋轨道转矩配线的基层注入稀有气体元素。例如，可以使用反向溅射法来注入稀有气体元素。反向溅射法是一种将电位反过来并将通常注入到靶侧的离子注入到被成膜体侧的方法。
接着，使用光刻等技术来将包含稀有气体元素的自旋轨道转矩配线的基层加工成自旋轨道转矩配线。接着，以围绕自旋轨道转矩配线的周围的形式覆盖绝缘层。作为绝缘层可以使用氧化膜、氮化膜等。
接着，通过CMP研磨(chemical mechanical polishing)来对绝缘层和自旋轨道转矩配线的表面实施平坦化。接着，在平坦化后的表面上层叠第一铁磁性层的基层。最后，通过使用光刻等技术来加工第一铁磁性层的基层，从而获得自旋流磁化反转元件。
[第二实施方式]
图2是第二实施方式涉及的自旋流磁化反转元件11的截面示意图。第二实施方式所涉及的自旋流磁化反转元件11与第一实施方式所涉的自旋流磁化反转元件10的不同点在于，自旋轨道转矩配线2由在z方向上层叠的多个层2A、2B、2C、2D构成。其他构成与第一实施方式所涉及的自旋流磁化反转元件10相同，并对相同构成标注相同符号。
图2所表示的自旋轨道转矩配线2在z方向上具有多个层2A、2B、2C、2D。在图2中表示了在z方向上有4层，然而层叠的层数可以少于4层或多于4层。在多个层2A、2B、2C、2D的界面上由界面拉什巴(Rashba)效应而发生自旋蓄积(向上自旋或者向下自旋的一方较多地存在的状态)。另外，层2A、2D的表面上也由界面拉什巴(Rashba)效应而发生自旋蓄积。自旋蓄积产生纯自旋流。
关于界面拉什巴效应的详细机理还未得到明确，但是其机理被认为如下。在不同种类材料之间的界面(包括多个层2A、2B、2C、2D的界面以及层2A、2D的表面)上，空间反转对称性被破坏，并且在面垂直方向上存在有电位梯度(potential gradient)。当电流在该面垂直方向上沿着有电位梯度的界面流过的情况下，即，当电子在二维面内进行运动情况下，在与电子运动方向相垂直并且朝向面内的方向上有效磁场作用于自旋，在其有效磁场的方向上聚齐了自旋的朝向。由此，自旋蓄积形成于界面。并且，该自旋蓄积产生扩散到面外的自旋流。
构成自旋轨道转矩配线2的各层2A、2B、2C、2D既可以是相同组成也可以是不同组成。另外，各层2A、2B、2C、2D中的稀有气体浓度既可以相同也可以不同。以下，就稀有气体浓度高的部分不同的几个例子作具体说明。
第一例是构成自旋轨道转矩配线2的各层2A、2B、2C、2D的界面2AB、2BC、2CD以及表面2A1、2D1的稀有气体浓度高的情况。因为界面拉什巴效应是在各层2A、2B、2C、2D的界面2AB、2BC、2CD以及表面2A1、2D1上发生，所以，如果界面2AB、2BC、2CD以及表面2A1、2D1的稀有气体浓度高的话则能够较大地表现出其效应。对于界面2AB、2BC、2CD以及表面2A1、2D1而言，没有必要使所有这些面的稀有气体浓度都比其他部分高。只要界面2AB、2BC、2CD以及表面2A1、2D1中的任意面上的稀有气体浓度比其他部分高，则相比于界面2AB、2BC、2CD或表面2A1、2D1的稀有气体浓度不比其他部分高的的情况，能够较大地表现出界面拉什巴效应。另外，通过每次层叠各层2A、2B、2C、2D时都注入稀有气体元素，从而能够提高界面2AB、2BC、2CD以及表面2A1、2D1的稀有气体浓度。
第一例的情况下，优选：至少界面2AB、2BC、2CD中的最靠近第一铁磁性层1侧的界面(第一界面)2CD与第一铁磁性层1的z方向的距离短于构成第一铁磁性层1与界面(第一界面)2CD之间的材料的自旋扩散长度。通过作成该构成，从而能够有效地使在界面(第一界面)2CD上发生的自旋流到达第一铁磁性层1。
另外，第二例是在各层2A、2B、2C、2D当中以最高浓度包含稀有气体元素的高浓度层(例如，层2C)与第一铁磁性层1之间具有别的层2D的情况。关于各层2A、2B、2C、2D的稀有气体元素的浓度差，可以通过调整注入稀有气体元素的时间和强度以及温度来能够自由地进行设定。
对于以高浓度包含稀有气体元素的层2C而言，其结晶结构发生歪扭的可能性高。如果将结晶结构的歪扭少的别的层2D设置于层2C与第一铁磁性层1之间的话，则层2D会缓和第一铁磁性层1与以高浓度包含稀有气体元素的层2C之间的晶格失配。通过将层2D设置于层2C与第一铁磁性层1之间，从而能够提高第一铁磁性层1的结晶性，并且能够提高第一铁磁性层1的磁特性。
第二例的情况下，优选：以高浓度包含稀有气体元素的层2C与第一铁磁性层1的z方向的距离短于构成第一铁磁性层1与层2C之间的层2D的自旋扩散长度。通过作成该构成，从而能够有效地使在层2C上发生的自旋流到达第一铁磁性层1。
另外，第二例的情况下，如图2所示，优选在以高浓度包含稀有气体元素的层2C的与第一铁磁性层1相反的一侧具有别的层2A、2B。自旋轨道转矩配线2一般是层叠于基板上。对于以高浓度包含稀有气体元素的层2C而言，其结晶结构发生歪扭的可能性高，并且可能会发生与基板晶格失配的情况。在此情况下，基板与自旋轨道转矩配线2的粘合性降低。如果将别的层2A、2B设置于以高浓度包含稀有气体元素的层2C与基板之间的话，则能够缓和晶格失配，并且能够提高与基板的粘合性。
另外，第三例是各层2A、2B、2C、2D当中以最高浓度包含稀有气体元素的高浓度层(层2D)处于最接近于第一铁磁性层1的位置的情况。对于以高浓度包含稀有气体元素的层2D而言，其自旋流的发生效率高。因此，通过将该层2D设置于与第一铁磁性层1最接近的位置，从而能够有效地将更多的自旋注入到第一铁磁性层1。
上述第一例至第三例是本实施方式涉及的自旋流磁化反转元件的一例，也可以将这些例组合起来。
如上所述，根据本实施方式所涉及的自旋流磁化反转元件11，通过界面拉什巴(Rashba)效应能够产生较多的自旋流。因此，能够将更多的自旋注入到第一铁磁性层1，并且，即使是小的电流密度的情况下，也能够使第一铁磁性层1的磁化M1反转。另外，通过改变以高浓度包含稀有气体元素的部分的位置，从而能够获得具有所要求的性能的自旋流磁化反转元件。
[第三实施方式]
图3是第三实施方式所涉及的自旋流磁化反转元件12的截面示意图。第三实施方式所涉及的自旋流磁化反转元件12与第一实施方式所涉及的自旋流磁化反转元件10的不同点在于，自旋轨道转矩配线2由在z方向上层叠的多个层2E、2F、2G、2H构成，并且各层2E、2F、2G、2H的自旋电阻受到了控制。其他构成与第一实施方式所涉及的自旋流磁化反转元件10相同，并对相同构成标注相同符号。
第三实施方式所涉及的自旋轨道转矩配线2的多个层2E、2F、2G、2H当中的任意两层中，位于第一铁磁性层1侧的第一层的自旋电阻小于位于远离第一铁磁性层1的位置的第二层的自旋电阻。即，自旋电阻按层2H、层2G、层2F、层2E的顺序变低。另外，在图3中表示了在z方向上有4层，但是，层叠的层数可以少于4层或多于4层。
自旋电阻是定量性地表示自旋流流动的容易程度(自旋缓和的难度)的量。自旋电阻Rs用下所述式(1)来进行定义。在式(1)中，λ为材料的自旋扩散长度；ρ为材料的电阻率；A为材料的截面积。就非磁性体而言，在截面积A相等的情况下，在式(1)中，自旋电阻的大小是由自旋电阻率即ρλ的值来决定。
在自旋电阻不同的物质的界面上发生自旋流的反射(返回)。即，从自旋电阻小的材料向自旋电阻大的材料只能注入一部分自旋流。如上所述，第三实施方式所涉及的自旋轨道转矩配线2中，其自旋电阻按层2H、层2G、层2F、层2E的顺序变低。因此，在各层2E、2F、2G、2H上发生的自旋流不会被反射，并且能够有效地传递到第一铁磁性层1。
[第四实施方式]
＜自旋轨道转矩型磁阻效应元件＞
图4是示意性地表示第四实施方式所涉及的自旋轨道转矩型磁阻效应元件20的截面示意图。图4所表示的自旋轨道转矩型磁阻效应元件20具备自旋流磁化反转元件10、非磁性层5、第二铁磁性层6。在图4中，作为自旋流磁化反转元件使用第一实施方式所涉及的自旋流磁化反转元件10，但是也可以使用第二实施方式以及第三实施方式所涉及的自旋流磁化反转元件11、12。关于与第一实施方式的自旋流磁化反转元件10相等的结构，省略其说明。
第一铁磁性层1和非磁性层5以及第二铁磁性层6层叠而成的层叠体(功能部)发挥与通常的磁阻效应元件相同的功能。通过在一方向(z方向)上固定第二铁磁性层6的磁化M6，并且使第一铁磁性层1的磁化M1的朝向相对地发生变化，从而行使功能部的功能。在应用于矫顽力差型(模拟自旋阀型：pseudo spin valve型)的MRAM的情况下，将第二铁磁性层6的矫顽力调整为大于第一铁磁性层1的矫顽力。在应用于交换偏置型(自旋阀型：spinvalve型)的MRAM的情况下，通过与反铁磁性层的交换耦合来固定第二铁磁性层6的磁化M6。
另外，对于功能部而言，在非磁性层5由绝缘体构成的情况下，功能部的构成与隧道磁阻(TMR)元件相同；在功能部由金属构成的情况下，则其构成与巨磁阻(GMR)元件相同。
关于功能部的层叠结构，可以采用公知的磁阻效应元件的层叠结构。例如，各层既可以是由多个层构成的结构，也可以具备用于固定第二铁磁性层6的磁化方向的反铁磁性层等其他层。第二铁磁性层6被称作为固定层或参照层，第一铁磁性层1被称作自由层和存储层等。
关于第二铁磁性层6的材料，可以使用公知的材料。例如，能够使用选自Cr、Mn、Co、Fe以及Ni中的金属以及包含这些金属当中的1种以上并且显示出铁磁性的合金。也能够使用包含这些金属和选自B、C以及N中的至少1种以上的元素的合金。具体地来说，可以列举Co-Fe或Co-Fe-B。
另外，为了获得更高的输出，优选将Co2FeSi等哈斯勒合金用作第二铁磁性层6的材料。哈斯勒合金包含化学组成为X2YZ的金属间化合物，其中，X是在元素周期表上的Co族、Fe族、Ni族、或者Cu族的过渡金属元素或贵金属元素，Y是Mn族、V族、Cr族或Ti族的过渡金属或者X的元素类型，Z是从III族到V族的典型元素。例如，可以列举Co2FeSi、Co2MnSi和Co2Mn1-aFeaAlbSi1-b等。
为了增大第二铁磁性层6相对于第一铁磁性层1的矫顽力，作为与第二铁磁性层6相接触的材料，可以使用IrMn、PtMn等反铁磁性材料。进一步，为了使第二铁磁性层6的泄露磁场不影响到第一铁磁性层1，也可以做成合成铁磁耦合的结构。
关于非磁性层5，能够使用公知的材料。
例如，在非磁性层5是由绝缘体构成的情况(非磁性层5为隧道势垒层的情况)下，作为其材料能够使用Al2O3、SiO2、MgO以及MgAl2O4等。另外，除了这些之外，还能够使用Al、Si、Mg的一部分被Zn和Be等置换的材料等。在这些当中，因为MgO或MgAl2O4是能够实现相干隧道(coherent tunnel)的材料，所以能够有效地注入自旋。在非磁性层5是由金属构成的情况下，作为其材料能够使用Cu、Au、Ag等。
功能部也可以具有其他层。例如，既可以在第一铁磁性层1的与非磁性层5相反侧的面上具有基底层，也可以在第二铁磁性层6的与非磁性层5相反侧的面上具有间隙层。
配设于自旋轨道转矩配线2与第一铁磁性层1之间的层优选不散失从自旋轨道转矩配线2传播的自旋。例如，众所周知，银、铜、镁以及铝等的自旋扩散长度为100nm以上，自旋难以散失。
另外，该层的厚度优选为构成层的物质的自旋扩散长度以下。如果层的厚度为自旋扩散长度以下的话，则能够将从自旋轨道转矩配线2进行传播的自旋充分地传播到第一铁磁性层1。
第四实施方式所涉及的自旋轨道转矩型磁阻效应元件能够使用由第一铁磁性层1的磁化M1和第二铁磁性层6的磁化M6的相对角的差异而产生的功能部的电阻值变化来实行数据的记录和读取。对于第四实施方式所涉及的自旋轨道转矩型磁阻效应元件20来说，也是因为在自旋轨道转矩配线2上能够有效地产生纯自旋流，所以能够降低用于使第一铁磁性层1的磁化M1反转所必要的反转电流密度。
[第五实施方式]
＜磁存储器＞
图5是具备多个自旋轨道转矩型磁阻效应元件20(参照图4)的磁存储器30的平面图。图4对应于沿着图5中的A-A面切断自旋轨道转矩型磁阻效应元件20的截面图。图5所表示的磁存储器30中，以3×3的矩阵方式配置有自旋轨道转矩型磁阻效应元件20。图5是磁存储器的一个例，自旋轨道转矩型磁阻效应元件20的数量以及配置方式是任意的。
在自旋轨道转矩型磁阻效应元件20上分别连接有1根字线(word line)WL1～WL3、1根源极线(source line)SL1～SL3、1根读取线(read line)RL1～RL3。
通过选择施加电流的字线WL1～WL3以及源极线SL1～SL3，从而使电流流到任意的自旋轨道转矩型磁阻效应元件20的自旋轨道转矩配线2，并且进行写入动作。另外，通过选择施加电流的读取线RL1～RL3以及源极线SL1～SL3，从而使电流在任意的自旋轨道转矩型磁阻效应元件20的层叠方向上流过，并且进行读取动作。可以通过晶体管等来选择施加电流的字线WL1～WL3、源极线SL1～SL3以及读取线RL1～RL3。即，通过从这些多个自旋轨道转矩型磁阻效应元件20读出任意一个元件的数据，从而能够有效地用作磁存储器。
[第六实施方式]
＜高频磁元件＞
图6是第六实施方式所涉及的高频磁元件的截面示意图。图6所表示的高频磁元件40具备：图4所表示的自旋轨道转矩型磁阻效应元件20、和连接于自旋轨道转矩型磁阻效应元件20的直流电源41。
从高频磁元件40的输入端42输入高频电流。高频电流产生高频磁场。另外，如果高频电流流过自旋轨道转矩配线2的话，则会诱发纯自旋流，并且自旋被注入到第一铁磁性层1。由于高频磁场以及被注入的自旋，第一铁磁性层1的磁化M1发生振动。
在从输入端42输入的高频电流的频率为铁磁共振频率的情况下，第一铁磁性层1的磁化M1发生铁磁共振。如果第一铁磁性层1的磁化M1发生铁磁共振的话，则磁阻效应的功能部的电阻值变化变大。通过由直流电源41经电极44来施加直流电流或者直流电压，从而能够从输出端43读出该电阻值变化。
即，在从输入端42输入的信号的频率为第一铁磁性层1的磁化M1的铁磁共振频率的时候，从输出端43输出的电阻值变化变大；在除此之外的频率的时候，从输出端43输出的电阻值变化变小。利用该电阻值变化的大小，高频磁元件就可作为高频滤波器来行使其功能。
以上就本发明的优选的实施方式进行了详细的说明，但是本发明并不限定于特定的实施方式，只要是在权利要求记载的本发明宗旨的范围内，各种各样的变形和变更都是可能的。
[实施例]
(实施例1)
作为实施例1制作了自旋轨道转矩配线包含Ar元素的自旋流磁化反转元件。首先，准备包含钌(Ru)和钽(Ta)的靶材，使用该靶材将自旋轨道转矩配线的5nm基层层叠于基板上。
接着，将靶材和被成膜体的电位颠倒过来，将Ar离子注入被成膜体(反向溅射)。此时的施加电压和Ar流量的条件分别为(80W，40sccm)、(100W，60sccm)、(100W，80sccm)、(120W，100sccm)、(120W，150sccm)。将通过Ar离子的注入而发生的铣削速度(millingrate)设定为10nm/h，并通过调节各条件和在从10秒到600秒之间调整注入时间，来调整Ar离子的注入量。
接着，使用EDS来分析注入Ar离子之后的层的组成。图7表示其分析结果。接着，从图7所表示的光谱的波峰强度求得各个元素的摩尔比。其结果，自旋轨道转矩配线的基层的组成是：Ar为1.60at％(误差±0.07at％)；Ru为94.21at％(误差±1.20at％)；Ta为4.19at％(误差±0.10at％)。
接着，通过光刻将该自旋轨道转矩配线的基层加工成自旋轨道转矩配线的形状。之后，用SiNx覆盖周围并对表面进行CMP研磨之后，层叠第一铁磁性层。
接着，求出用于反转第一铁磁性层的磁化所必要的反转电流密度。另外，一边改变Ar的摩尔比一边进行同样的实验，并将其结果表示在图8中。在图8中，横轴为稀有气体元素的摩尔比，纵轴为将不包含稀有气体元素的情况设定为1的条件下进行标准化后的反转电流密度。
(实施例2)
就实施例2而言，与实施例1的不同点仅在于将稀有气体元素改变成Kr元素这一点。图9是使用EDS来分析实施例2的自旋轨道转矩配线的组成的结果。自旋轨道转矩配线的组成是：Kr为0.37at％(误差±0.06at％)；Ru为95.79at％(误差±1.20at％)；Ta为3.85at％(误差±0.10at％)。另外，在实施例2中也是一边改变Kr的摩尔比一边求出用于反转第一铁磁性层的磁化所必要的反转电流密度。将其结果表示于图8中。
(实施例3)
就实施例3而言，与实施例1的不同点仅在于将稀有气体元素改变成Xe元素这一点。另外，在实施例3中也是一边改变Xe的摩尔比一边求出用于反转第一铁磁性层的磁化所必要的反转电流密度。将其结果表示于图8中。
如图8所示，对于Ar、Kr、Xe中的任意一个而言，都能够通过添加稀有气体元素来降低第一铁磁性层的反转电流密度。

Claims (12)

1.一种自旋流磁化反转元件，其特征在于：
具备：
在第一方向上延伸的自旋轨道转矩配线，和
在与所述第一方向交叉的第二方向上层叠的第一铁磁性层，
所述自旋轨道转矩配线包含Ar、Kr、Xe中的至少1种稀有气体元素。
2.如权利要求1所述的自旋流磁化反转元件，其特征在于：
所述稀有气体元素的摩尔比是构成所述自旋轨道转矩配线的元素的总摩尔比的0.005％以上2.00％以下。
3.如权利要求1或者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由在所述第二方向上层叠的多个层构成，
在所述多个层的界面以及表面中的任意面上所述稀有气体元素的浓度是最高的。
4.如权利要求3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由在所述第二方向上层叠的多个层构成，
所述多个层的界面当中最靠近第一铁磁性层侧的第一界面上的所述稀有气体元素的浓度高于所述自旋轨道转矩配线中比所述第一界面靠近所述第一铁磁性层的部分上的所述稀有气体元素的浓度，
在所述第二方向上，所述第一界面与所述第一铁磁性层的距离短于构成所述第一铁磁性层与所述第一界面之间的材料的自旋扩散长度。
5.如权利要求1～4中的任意一项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由在所述第二方向上层叠的多个层构成，
在所述多个层当中以最高浓度包含所述稀有气体元素的高浓度层与所述第一铁磁性层之间，具有构成所述自旋轨道转矩配线的别的层。
6.如权利要求5所述的自旋流磁化反转元件，其特征在于：
在所述第二方向上，所述第一铁磁性层与所述高浓度层的距离短于构成所述第一铁磁性层与所述高浓度层之间的材料的自旋扩散长度。
7.如权利要求5或者6所述的自旋流磁化反转元件，其特征在于：
在所述高浓度层的与所述第一铁磁性层相反的一侧，具有构成所述自旋轨道转矩配线的别的层。
8.如权利要求1～4中的任意一项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由在所述第二方向上层叠的多个层构成，
在所述多个层当中以最高浓度包含所述稀有气体元素的高浓度层位于最接近于所述第一铁磁性层的位置。
9.如权利要求1～8中的任意一项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由在所述第二方向上层叠的多个层构成，
在所述多个层当中的任意两层中，位于所述第一铁磁性层侧的第一层的自旋电阻小于位于远离所述第一铁磁性层的位置的第二层的自旋电阻。
10.一种自旋轨道转矩型磁阻效应元件，其特征在于：
具备：
权利要求1～9中的任意一项所述的自旋流磁化反转元件；
非磁性层，其层叠于所述第一铁磁性层中的与所述自旋轨道转矩配线相接触的面的相反侧的面；以及
第二铁磁性层，其与所述第一铁磁性层一起夹住所述非磁性层。
11.一种磁存储器，其特征在于：
具备多个权利要求10所述的自旋轨道转矩型磁阻效应元件。
12.一种高频磁元件，其特征在于：
具备权利要求10所述的自旋轨道转矩型磁阻效应元件。
CN201810993796.3A 2017-09-01 2018-08-29 自旋流磁化反转元件及自旋轨道转矩型磁阻效应元件 Active CN109427964B (zh)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2017168936 2017-09-01
JP2017-168936 2017-09-01

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN109427964A true CN109427964A (zh) 2019-03-05
CN109427964B CN109427964B (zh) 2022-08-09

Family

ID=65514611

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201810993796.3A Active CN109427964B (zh) 2017-09-01 2018-08-29 自旋流磁化反转元件及自旋轨道转矩型磁阻效应元件

Country Status (3)

Country Link
US (1) US10665375B2 (zh)
JP (1) JP2019047120A (zh)
CN (1) CN109427964B (zh)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN112789734A (zh) * 2019-04-08 2021-05-11 Tdk株式会社 磁性元件、磁存储器、储备池元件、识别器及磁性元件的制造方法
CN112951984A (zh) * 2019-11-26 2021-06-11 Tdk株式会社 磁化旋转元件、磁阻效应元件、半导体元件、磁记录阵列以及磁阻效应元件的制造方法

Families Citing this family (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP6686990B2 (ja) * 2017-09-04 2020-04-22 Tdk株式会社 スピン軌道トルク型磁化反転素子及び磁気メモリ
US11183628B2 (en) 2019-08-14 2021-11-23 Samsung Electronics Co., Ltd. Magnetic memory device
WO2021064935A1 (ja) 2019-10-03 2021-04-08 Tdk株式会社 磁気記録層、磁壁移動素子及び磁気記録アレイ
CN115039235A (zh) * 2020-03-13 2022-09-09 Tdk株式会社 磁化旋转元件、磁阻效应元件、磁记录阵列、高频器件及磁化旋转元件的制造方法
US11967348B2 (en) 2020-12-21 2024-04-23 Tdk Corporation Magnetoresistance effect element containing Heusler alloy with additive element
US11696512B2 (en) 2021-01-05 2023-07-04 Tdk Corporation Magnetic domain wall moving element and magnetic array
US11915734B2 (en) 2021-08-13 2024-02-27 International Business Machines Corporation Spin-orbit-torque magnetoresistive random-access memory with integrated diode
US11793001B2 (en) 2021-08-13 2023-10-17 International Business Machines Corporation Spin-orbit-torque magnetoresistive random-access memory
US12020736B2 (en) 2021-08-13 2024-06-25 International Business Machines Corporation Spin-orbit-torque magnetoresistive random-access memory array

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN103081109A (zh) * 2011-07-22 2013-05-01 松下电器产业株式会社 自旋器件、其驱动方法及其制造方法
US20150129995A1 (en) * 2013-10-30 2015-05-14 The Regents Of The University Of California Magnetic memory bits with perpendicular magnetization switched by current-induced spin-orbit torques
US20160064654A1 (en) * 2014-08-26 2016-03-03 Renesas Electronics Corporation Semiconductor device and a manufacturing method thereof
US20170178705A1 (en) * 2014-07-17 2017-06-22 Cornell University Circuits and devices based on enhanced spin hall effect for efficient spin transfer torque
US20170222135A1 (en) * 2014-08-08 2017-08-03 Tohoku University Magnetoresistance effect element and magnetic memory device

Family Cites Families (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US8920947B2 (en) * 2010-05-28 2014-12-30 Headway Technologies, Inc. Multilayer structure with high perpendicular anisotropy for device applications
FR2963153B1 (fr) 2010-07-26 2013-04-26 Centre Nat Rech Scient Element magnetique inscriptible
CN103890855B (zh) 2011-08-18 2016-09-21 康奈尔大学 自旋霍尔效应磁性设备、方法及应用
WO2015068509A1 (ja) * 2013-11-06 2015-05-14 日本電気株式会社 磁気抵抗効果素子、磁気メモリ、及び磁気記憶方法
JP2018056389A (ja) * 2016-09-29 2018-04-05 Tdk株式会社 磁気抵抗効果素子
JP2019057626A (ja) * 2017-09-21 2019-04-11 Tdk株式会社 スピン流磁化反転素子、スピン軌道トルク型磁気抵抗効果素子及び磁気メモリ

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN103081109A (zh) * 2011-07-22 2013-05-01 松下电器产业株式会社 自旋器件、其驱动方法及其制造方法
US20150129995A1 (en) * 2013-10-30 2015-05-14 The Regents Of The University Of California Magnetic memory bits with perpendicular magnetization switched by current-induced spin-orbit torques
US20170178705A1 (en) * 2014-07-17 2017-06-22 Cornell University Circuits and devices based on enhanced spin hall effect for efficient spin transfer torque
US20170222135A1 (en) * 2014-08-08 2017-08-03 Tohoku University Magnetoresistance effect element and magnetic memory device
US20160064654A1 (en) * 2014-08-26 2016-03-03 Renesas Electronics Corporation Semiconductor device and a manufacturing method thereof

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN112789734A (zh) * 2019-04-08 2021-05-11 Tdk株式会社 磁性元件、磁存储器、储备池元件、识别器及磁性元件的制造方法
CN112951984A (zh) * 2019-11-26 2021-06-11 Tdk株式会社 磁化旋转元件、磁阻效应元件、半导体元件、磁记录阵列以及磁阻效应元件的制造方法
CN112951984B (zh) * 2019-11-26 2023-11-21 Tdk株式会社 磁化旋转元件、磁阻效应元件及其制造方法、半导体元件

Also Published As

Publication number Publication date
US10665375B2 (en) 2020-05-26
JP2019047120A (ja) 2019-03-22
US20190088395A1 (en) 2019-03-21
CN109427964B (zh) 2022-08-09

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN109427964A (zh) 自旋流磁化反转元件及自旋轨道转矩型磁阻效应元件
US11211548B2 (en) Spin current magnetization reversal element, element assembly, and method for producing spin current magnetization reversal element
CN108292703B (zh) 自旋流磁化反转元件、磁阻效应元件及磁存储器
Fert et al. Spintronics, from giant magnetoresistance to magnetic skyrmions and topological insulators
CN108010549B (zh) 一种自旋极化电流发生器及其磁性装置
CN110419116B (zh) 自旋元件的稳定化方法及自旋元件的制造方法
CN109427965B (zh) 自旋流磁化旋转元件、自旋轨道转矩型磁阻效应元件
CN108011039A (zh) 自旋轨道转矩型磁化反转元件及磁存储器
CN108011037A (zh) 自旋轨道转矩型磁化反转元件、磁存储器及高频磁性器件
CN109545954B (zh) 自旋流磁化反转元件、磁阻效应元件和磁存储器
EP1085586A2 (en) Magnetoresistive element and magnetic memory device
CN108886062A (zh) 自旋流磁化旋转元件、磁阻效应元件及磁存储器
CN109786544A (zh) 自旋轨道转矩型磁化旋转元件、自旋轨道转矩型磁阻效应元件和磁存储器
JP2004260149A (ja) 固定層に半金属強磁性体ホイスラー合金を有する交換結合構造の磁気抵抗素子
JP6462191B1 (ja) データの書き込み方法、検査方法、スピン素子の製造方法及び磁気抵抗効果素子
CN108738371B (zh) 磁化反转元件、磁阻效应元件和存储设备
CN110462814A (zh) 自旋元件及磁存储器
CN110392932A (zh) 自旋轨道转矩型磁化旋转元件、自旋轨道转矩型磁阻效应元件及磁存储器
CN110419117B (zh) 自旋元件的稳定化方法及自旋元件的制造方法
CN110268530A (zh) 自旋流磁化反转元件和自旋轨道转矩型磁阻效应元件
JP7095434B2 (ja) スピン流磁気抵抗効果素子及び磁気メモリ
CN109417100A (zh) 自旋流磁化反转元件、磁阻效应元件及磁存储器
JP7139701B2 (ja) スピン流磁化反転素子、スピン軌道トルク型磁気抵抗効果素子、磁気メモリ及び高周波磁気素子
US10374151B2 (en) Spin current magnetoresistance effect element and magnetic memory
US20200403148A1 (en) Spin-orbit torque type magnetization reversal element, magnetic memory, and high frequency magnetic device

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant