CN114616666A - 磁记录阵列和储备池元件 - Google Patents

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Abstract

本实施方式的磁记录阵列(200)包括：多个自旋元件(100)，其各自具有配线(20)和层叠于所述配线上的包含第1铁磁性层(1)的层叠体(10)，且呈矩阵状排列；多个写入配线(Wp1‑Wpn)，其与所述多个自旋元件各自的所述配线的第1端连接；多个读取配线(Rp1‑Rpn)，其与所述多个自旋元件各自的所述层叠体连接；以及多个共用配线(Cm1‑Cmn)，其与属于相同列的各个自旋元件的所述配线的第2端连接，所述共用配线的电阻比所述写入配线或所述读取配线低。

Description

磁记录阵列和储备池元件
技术领域
本发明涉及磁记录阵列和储备池元件。
背景技术
替代在微小化上能看到极限的闪存存储器等的下一代的非易失性存储器受到关注。例如，作为下一代的非易失性存储器，已知有MRAM(Magnetoresistive Random AccessMemory，磁阻式随机存取存储器)、ReRAM(Resistance Randome Access Memory，电阻随机存取存储器)、PCRAM(Phase Change Random Access Memory，相变随机存取存储器)等。
MRAM是使用了磁阻效应元件的存储器元件。磁阻效应元件的电阻值根据两个磁性膜的磁化方向的相对角度的不同而变化。MRAM记录磁阻效应元件的电阻值作为数据。
利用磁阻变化的自旋元件之中，利用了自旋轨道转矩(SOT)的自旋轨道转矩型磁阻效应元件(例如，专利文献1)、或利用了磁畴壁的移动的磁畴壁移动型磁记录元件(例如，专利文献2)受到关注。这些自旋元件通过配线与晶体管等半导体元件连接而被控制。例如，专利文献3中记载了一种通过在半导体装置中的配线上形成势垒金属膜来提高配线的耐电迁移性的技术。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开2017-216286号公报
专利文献2：日本特许第5441005号公报
专利文献3：日本特开2016-21530号公报
发明内容
发明想要解决的技术问题
在呈矩阵状地排列了多个自旋元件的磁记录阵列、或使用了该磁记录阵列的储备池元件中，通过将写入配线、读取配线和共用配线这3种配线组合而进行自旋元件的写入动作和读入动作。在此情况下，共用配线因为成为用于自旋元件的写入动作和读取动作这两个动作的配线，所以成为最容易劣化的配线。
本发明就是鉴于上述的技术问题而完成的，目的在于提供共用配线不容易劣化的磁记录阵列和储备池元件。
用于解决技术问题的手段
本发明为了解决上述的技术问题，提供以下的技术手段。
(1)一种磁记录阵列，其中，具备：多个自旋元件，其各自具有配线和层叠于所述配线上的包含第1铁磁性层的层叠体，且呈矩阵状地排列；多个写入配线，其与所述多个自旋元件各自的所述配线的第1端连接；多个读取配线，其与所述多个自旋元件各自的所述层叠体连接；和多个共用配线，其与属于相同列的各个自旋元件的所述配线的第2端连接，所述共用配线的电阻比所述写入配线或所述读取配线低。
(2)如所述(1)中记载的磁记录阵列，其中，所述共用配线的电阻比所述写入配线和所述读取配线低，所述写入配线的电阻比所述读取配线低。
(3)如所述(1)中记载的磁记录阵列，其中，所述共用配线的电阻比所述写入配线和所述读取配线低，所述读取配线的电阻比所述写入配线低。
(4)如所述(1)中记载的磁记录阵列，其中，所述共用配线的相对于电流的施加方向的截面积比所述写入配线或所述读取配线大。
(5)如所述(4)中记载的磁记录阵列，其中，所述共用配线的相对于所述电流的施加方向的截面积比所述写入配线和所述读取配线大，所述写入配线的相对于所述电流的施加方向的截面积比所述读取配线大。
(6)如所述(4)中记载的磁记录阵列，其中，所述共用配线的相对于所述电流的施加方向的截面积比所述写入配线和所述读取配线大，所述读取配线的相对于所述电流的施加方向的截面积比所述写入配线大。
(7)如所述(1)中记载的磁记录阵列，其中，所述共用配线的电阻率比所述写入配线或所述读取配线低。
(8)如所述(7)中记载的磁记录阵列，其中，所述共用配线的电阻率比所述写入配线和所述读取配线低，所述写入配线的电阻率比所述读取配线低。
(9)如所述(7)中记载的磁记录阵列，其中，所述共用配线的电阻率比所述写入配线和所述读取配线低，所述读取配线的电阻率比所述写入配线低。
(10)一种磁记录阵列，其中，具备：多个自旋元件，其各自具有配线和层叠在所述配线上的包含第1铁磁性层的层叠体，且呈矩阵状地排列；多个写入配线，其与所述多个自旋元件各自的所述配线的第1端连接；多个读取配线，其与所述多个自旋元件各自的所述层叠体连接；和多个共用配线，其与属于相同列的各个自旋元件的所述配线的第2端连接，所述共用配线的活化能比所述写入配线或所述读取配线高。
(11)如所述(10)中记载的磁记录阵列，其中，所述共用配线的活化能比所述写入配线和所述读取配线高，所述写入配线的活化能比所述读取配线高。
(12)如所述(10)中记载的磁记录阵列，其中，所述共用配线的活化能比所述写入配线和所述读取配线高，所述读取配线的活化能比所述写入配线高。
(13)如所述(10)～(12)任一项中记载的磁记录阵列，其中，所述共用配线包含活化能为300kJ/mol以上的材料。
(14)如所述(10)～(13)任一项中记载的磁记录阵列，其中，所述共用配线包含选自Si、Ti、Cr、Ta、W和Ir中的至少一种金属。
(15)如所述(1)～(14)任一项中记载的磁记录阵列，其中，所述写入配线沿一个方向延伸，所述读取配线沿与所述一个方向不同的方向延伸，所述共用配线沿与所述写入配线的延伸方向及所述读取配线的延伸方向不同的方向延伸。
(16)如所述(1)～(15)任一项中记载的磁记录阵列，其中，所述自旋元件的所述配线与所述共用配线经控制元件连接。
(17)如所述(1)～(16)任一项中记载的磁记录阵列，其中，所述配线是具有利用电流流动时的自旋霍尔效应产生自旋流的功能的金属、合金、金属间化合物、金属硼化物、金属碳化物、金属硅化物和金属磷化物中的任意种。
(18)如所述(1)～(17)任一项中记载的磁记录阵列，其中，所述层叠体从靠近所述配线的一侧起包括非磁性层和所述第1铁磁性层，所述配线是能够在内部具有磁畴壁的铁磁性层。
(19)一种储备池元件，其中，具备：所述(1)～(18)任一项中记载的磁记录阵列；和将多个所述自旋元件的所述第1铁磁性层相连的自旋传导层。
发明的效果
根据本发明，能够提供一种共用配线不容易劣化的磁记录阵列和储备池元件。
附图说明
图1是第1实施方式的磁记录阵列的示意图。
图2是第1实施方式的磁记录阵列的另一例的示意图。
图3是第1实施方式的磁记录阵列的特征部的截面图。
图4是第1实施方式的自旋元件的截面图。
图5是第1实施方式的自旋元件的俯视图。
图6是第2实施方式的自旋元件的截面图。
图7是第3实施方式的自旋元件的截面图。
图8是第4实施方式的储备池元件的立体图。
符号的说明
1、4……第1铁磁性层
2……第2铁磁性层
3、5……非磁性层
10、11……层叠体
20、21……配线
20a……第1面
20b……第2面
21A……第1磁区
21B……第2磁区
30……第1导电部
40……第2导电部
70……自旋传导层
90、91、92……绝缘层
100、102……磁阻效应元件
101……磁化旋转元件
103……储备池元件
110……第1开关元件
120……第2开关元件
130……第3开关元件
140……共用开关元件
200、201……磁记录阵列
C1、C2、C3、C4……中心
Cm1～Cmn……共用配线
Cw……导电部
D……漏极
E……导电层
G……栅电极
GI……栅极绝缘膜
Rp1～Rpn……读取配线
S……源极
Sub……基板
Tr……晶体管
Wp1～Wpn……写入配线
具体实施方式
以下，参照附图对本实施方式进行详细说明。以下的说明中使用的附图，有时为了使特征容易理解而将成为特征的部分放大地表示，存在各构成要素的尺寸比率等与实际不同的情况。以下的说明中例示的材料、尺寸等为一例，本发明并不限定于此，可以在获得本发明的效果的范围内适当地改变而加以实施。
首先，对方向进行定义。令后述的基板Sub(参照图3)的一个面的一个方向为x方向，令与x方向正交的方向为y方向。x方向是后述的配线20延伸的方向，是配线20的长度方向。x方向是第1方向的一例。y方向是第2方向的一例。z方向是与x方向以及y方向正交的方向。z方向是层叠方向的一例。以下，有时将+z方向表示为“上”，将-z方向表示“下”。上下并不一定与重力施加的方向一致。
在本说明书中，所谓“沿x方向延伸”例如意思是，x方向的尺寸相比于x方向、y方向和z方向的各尺寸中的最小尺寸较大。沿其它方向延伸的情况也相同。
第1实施方式
图1是第1实施方式的磁记录阵列200的结构图。磁记录阵列200包括：多个磁阻效应元件100、多个写入配线Wp1～Wpn、多个共用配线Cm1～Cmn、多个读取配线Rp1～Rpn、多个第1开关元件110、多个第2开关元件120和多个第3开关元件130。磁记录阵列200例如能够用于磁存储器等中。磁阻效应元件100是自旋元件的一例。
图1所示的多个磁阻效应元件100以呈n行m列的矩阵状地排列。n、m是任意的整数。这里，所谓“矩阵状”，并不限定于实际的元件呈矩阵状地排列的情况，还包括在电路图中能够呈矩阵状地记载的情况。
写入配线Wp1～Wpn是与磁阻效应元件100的后述的配线的第1端连接的配线。写入配线Wp1～Wpn例如在数据的写入时使用。图1所示的写入配线Wp1～Wpn有n条。写入配线Wp1～Wpn将电源(省略图示)与1个以上的磁阻效应元件100电连接。图1所示的写入配线Wp1～Wpn将电源(省略图示)与属于相同行的磁阻效应元件100电连接。写入配线Wp1～Wpn可以按各个磁阻效应元件100上分别连接1条配线的方式与各个磁阻效应元件100连接，也可以遍及属于相同列的磁阻效应元件100地与其连接。
读取配线Rp1～Rpn是与磁阻效应元件100的后述的层叠体连接的配线。读取配线Rp1～Rpn例如是在数据的读取时使用的配线。图1所示的读取配线Rp1～Rpn有n条。读取配线Rp1～Rpn将电源(省略图示)与1个以上的磁阻效应元件100电连接。图1所示的读取配线Rp1～Rpn将电源(省略图示)与属于相同行的磁阻效应元件100电连接。读取配线Rp1～Rpn可以按各个磁阻效应元件100上分别连接1条配线的方式与各个磁阻效应元件100连接，也可以遍及属于相同列的磁阻效应元件100地与其连接。
共用配线Cm1～Cmm是与磁阻效应元件100的后述的配线的第2端连接的配线。共用配线Cm1～Cmm例如是在数据的写入时和读取时这两者使用的配线。图1所示的共用配线Cm1～Cmm有m条。共用配线Cm1～Cmm将基准电位与属于相同列的磁阻效应元件100电连接。基准电位例如是接地。
共用配线Cm1～Cmm例如以电阻比写入配线Wp1～Wpn或读取配线Rp1～Rpn低的方式构成。共用配线Cm1～Cmm优选电阻比写入配线Wp1～Wpn和读取配线Rp1～Rpn低。共用配线Cm1～Cmm优选电阻相对于写入配线Wp1～Wpn和读取配线Rp1～Rpn低80％以上，更优选低50％以上。写入配线Wp1～Wpn与读取配线Rp1～Rpn的电阻可以相同，也可以是，写入配线Wp1～Wpn的电阻比读取配线Rp1～Rpn低，或者读取配线Rp1～Rpn的电阻比写入配线Wp1～Wpn低。
共用配线Cm1～Cmm、写入配线Wp1～Wpn、读取配线Rp1～Rpn的电阻，例如能够通过相对于电流的施加方向的截面积、电阻率进行调节。优选共用配线Cm1～Cmm的相对于电流的施加方向的截面积比写入配线Wp1～Wpn或读取配线Rp1～Rpn大。更加优选共用配线Cm1～Cmm的相对于电流的施加方向的截面积比写入配线Wp1～Wpn和读取配线Rp1～Rpn大。优选共用配线Cm1～Cmm相对于写入配线Wp1～Wpn和读取配线Rp1～Rpn，其相对于电流的施加方向的截面积大25％以上，更优选大100％以上。写入配线Wp1～Wpn和读取配线Rp1～Rpn的相对于电流的施加方向的截面积可以相同，也可以是，写入配线Wp1～Wpn的相对于电流的施加方向的截面积比读取配线Rp1～Rpn大，或者读取配线Rp1～Rpn的相对于电流的施加方向的截面积比写入配线Wp1～Wpn大。
优选共用配线Cm1～Cmm的电阻率比写入配线Wp1～Wpn或读取配线Rp1～Rpn低。更加优选共用配线Cm1～Cmm的电阻率比写入配线Wp1～Wpn和读取配线Rp1～Rpn低。优选共用配线Cm1～Cmm相对于写入配线Wp1～Wpn和读取配线Rp1～Rpn，电阻率低80％以上，更优选低50％以上。写入配线Wp1～Wpn与读取配线Rp1～Rpn的电阻率可以相同，也可以是，写入配线Wp1～Wpn的电阻率比读取配线Rp1～Rpn低，或者读取配线Rp1～Rpn的电阻率比写入配线Wp1～Wpn低。
此外，共用配线Cm1～Cmm例如构成为，活化能比写入配线Wp1～Wpn或读取配线Rp1～Rpn高。优选共用配线Cm1～Cmm的活化能比写入配线Wp1～Wpn和读取配线Rp1～Rpn高。优选共用配线Cm1～Cmm相对于写入配线Wp1～Wpn和读取配线Rp1～Rpn，活化能高50％以上，更加优选高100％以上。写入配线Wp1～Wpn与读取配线Rp1～Rpn的活化能可以相同，也可以是，写入配线Wp1～Wpn的活化能比读取配线Rp1～Rpn高，或者读取配线Rp1～Rpn的活化能比写入配线Wp1～Wpn高。
共用配线Cm1～Cmm的活化能，能够利用形成共用配线Cm1～Cmm的材料进行调节。优选共用配线Cm1～Cmm包含活化能为300kJ/mol以上的材料。此外，优选共用配线Cm1～Cmm包含选自Si、Ti、Cr、Ta、W和Ir中的至少一种金属。共用配线Cm1～Cmm可以是上述的金属单体，也可以是上述金属与其它导电性金属的层叠结构体，还可以是包含上述的金属的合金。在为合金的情况下，优选相比于基础材料，在10％以上80％以下的范围内含有上述金属。作为共用配线Cm1～Cmm的基础材料，例如能够使用Cu、Ag、Au等导电性金属。写入配线Wp1～Wpn和读取配线Rp1～Rpn的材料，能够选择这些导电性金属。
第1开关元件110、第2开关元件120及第3开关元件130与各个磁阻效应元件100连接。第1开关元件110连接在磁阻效应元件100与写入配线Wp1～Wpn之间。第2开关元件120连接在磁阻效应元件100与共用配线Cm1～Cmn之间。第3开关元件130连接在磁阻效应元件100与读取配线Rp1～Rpn之间。
当使第1开关元件110和第2开关元件120导通(ON)时，在与规定的磁阻效应元件100连接的写入配线Wp1～Wpn与共用配线Cm1～Cmn之间流通写入电流。当使第2开关元件120和第3开关元件130导通时，在与规定的磁阻效应元件100连接的共用配线Cm1～Cmn与读取配线Rp1～Rpn之间流通读取电流。
第1开关元件110、第2开关元件120和第3开关元件130是控制电流的流动的控制元件。第1开关元件110、第2开关元件120和第3开关元件130，例如是像晶体管、双向阈值开关(OTS：Ovonic Threshold Switch)那样利用了结晶层的相变化的元件、像金属绝缘体转变(MIT)开关那样利用了能带结构的变化的元件、像齐纳二极管(Zener diode)和雪崩二极管(avalanche breakdown diode)那样利用了击穿电压的元件、或传导性随着原子位置的变化而变化的元件。
是，第1开关元件110、第2开关元件120、第3开关元件130中的任一个也可以由与相同配线连接的磁阻效应元件100共用。例如，在共用第1开关元件110的情况下，在写入配线Wp1～Wpn的上游设置一个第1开关元件110。例如，在共用第2开关元件120的情况下，在共用配线Cm1～Cmn的上游设置一个第2开关元件120。例如，在共用第3开关元件130的情况下，在读取配线Rp1～Rpn的上游设置一个第3开关元件130。图2表示共用第2开关元件120的磁记录阵列201的例子。在图2所示的磁记录阵列201中，与属于相同列的磁阻效应元件100连接的共用配线Cm1，连接至一个共用开关元件140，属于相同列的磁阻效应元件100对共用开关元件140进行共用。
这里，对各配线的电阻进行说明。写入配线Wp1～Wpn、读取配线Rp1～Rpn和共用配线Cm1～Cmm的电阻是磁阻效应元件100与开关元件之间的电阻。例如，在图1所示的磁记录阵列200的情况下，写入配线Wp1～Wpn的电阻是磁阻效应元件100与第1开关元件110之间的电阻。读取配线Rp1～Rpn的电阻是磁阻效应元件100与第3开关元件130之间的电阻。共用配线Cm1～Cmm的电阻是磁阻效应元件100与第2开关元件120之间的电阻。在图2所示的磁记录阵列201的情况下，共用配线Cm1的电阻是各个磁阻效应元件100与共用开关元件140之间的电阻。
图3是第1实施方式的磁记录阵列200的主要部位的截面图。图3是用通过后述的配线20的y方向的宽度的中心的xz平面将磁阻效应元件100截断时的截面。
图3所示的第1开关元件110和第2开关元件120是晶体管Tr。第3开关元件130与导电层E电连接，例如，位于图3的y方向。晶体管Tr例如是场效应型的晶体管，具有栅电极G、栅极绝缘膜GI、以及形成在基板Sub的源极S和漏极D。基板Sub例如是半导体基板。
晶体管Tr和磁阻效应元件100经由第1导电部30或第2导电部40电连接。此外，晶体管Tr与写入配线Wp或共用配线Cm，通过导电部Cw连接。第1导电部30、第2导电部40和导电部Cw，例如有时被称为连接配线、通孔配线。第1导电部30、第2导电部40和导电部Cw例如沿z方向延伸。
磁阻效应元件100和晶体管Tr的周围被绝缘层90覆盖。绝缘层90是使多层配线的配线之间、或元件之间绝缘的绝缘层。绝缘层90例如是氧化硅(SiOx)、氮化硅(SiNx)、碳化硅(SiC)、氮化铬、碳氮化硅(SiCN)、氮氧化硅(SiON)、氧化铝(Al2O3)、氧化锆(ZrOx)等。
图4是第1实施方式的磁阻效应元件100的截面图。图5是第1实施方式的磁阻效应元件100的俯视图。图4是用通过配线20的y方向的宽度的中心的xz平面将磁阻效应元件100截断时的截面。
磁阻效应元件100具有层叠体10和配线20。绝缘层91和绝缘层92是绝缘层90的一部分。层叠体10的z方向的阻值通过从配线20向层叠体10注入自旋而改变。磁阻效应元件100是利用了自旋轨道转矩(SOT)的自旋元件，存在被称为自旋轨道转矩型磁阻效应元件、自旋注入型磁阻效应元件、自旋流磁阻效应元件的情况。此外，配线20存在被称为自旋轨道转矩配线的情况。
层叠体10层叠在配线20上。在层叠体10与配线20之间具有其它层。层叠体10在z方向上夹在配线20与导电层E之间。层叠体10与读取配线电连接。层叠体10是柱状体。在z方向上观看层叠体10时的俯视形状例如为圆形、椭圆形或四边形。
层叠体10具有第1铁磁性层1、第2铁磁性层2和非磁性层3。第1铁磁性层1例如与配线20接触，层叠在配线20上。自旋被从配线20注入至第1铁磁性层1中。第1铁磁性层1的磁化因被注入的自旋而受到自旋轨道转矩(SOT)，取向方向发生变化。第2铁磁性层2为第1铁磁性层1的z方向上。第1铁磁性层1和第2铁磁性层2在z方向上夹着非磁性层3。
第1铁磁性层1和第2铁磁性层2各自具有磁化。第2铁磁性层2的磁化，在被施加规定的外力时相比于第1铁磁性层1的磁化，取向方向不容易发生变化。存在第1铁磁性层1被称为磁化自由层、第2铁磁性层2被称为磁化固定层、磁化参照层的情况。层叠体10的阻值根据夹着非磁性层3的第1铁磁性层1和第2铁磁性层2的磁化的相对角的不同而发生变化。
第1铁磁性层1和第2铁磁性层2包含铁磁性体。铁磁性体例如是包含选自Cr、Mn、Co、Fe和Ni的金属、包含1种以上这些金属的合金、包含这些金属和B、C、和N中的至少1种以上的元素的合金等。铁磁性体例如是Co-Fe、Co-Fe-B、Ni-Fe、Co-Ho合金、Sm-Fe合金、Fe-Pt合金、Co-Pt合金、CoCrPt合金。
第1铁磁性层1和第2铁磁性层2也可以包含惠斯勒(Heusler alloy)合金。惠斯勒合金包含具有XYZ或X2YZ的化学成分的金属间化合物。X在周期表上为Co、Fe、Ni、或Cu族的过渡金属元素或贵金属元素，Y为Mn、V、Cr或Ti族的过渡金属或X的元素种类，Z为III族～V族的典型元素。惠斯勒合金例如是Co2FeSi、Co2FeGe、Co2FeGa、Co2MnSi、Co2Mn1-aFeaAlbSi1-b、Co2FeGe1-cGac等。惠斯勒合金具有高的自旋极化率。
层叠体10也可以在第2铁磁性层2的与非磁性层3相反一侧的面隔着间隔层具有反铁磁性层。第2铁磁性层2、间隔层、反铁磁性层成为合成反铁磁性结构(SAF结构)。合成反铁磁性结构由夹着非磁性层的两个磁性层构成。第2铁磁性层2和反铁磁性层通过反铁磁性耦合，相比于不具有反铁磁性层的情况，第2铁磁性层2的矫顽力变大。反铁磁性层例如是IrMn、PtMn等。间隔层例如包含选自Ru、Ir、Rh的至少一种。
层叠体10也可以具有第1铁磁性层1、第2铁磁性层2和非磁性层3以外的层。例如，可以在配线20与层叠体10之间具有基底层。基底层提高构成层叠体10的各层的结晶性。
配线20例如与层叠体10的一面接触。配线20是用于将数据写入磁阻效应元件100的写入配线。配线20沿x方向延伸。配线20的至少一部分在z方向上与非磁性层3一起夹着第1铁磁性层1。配线20的远离基板Sub的第1面20a的面积例如比与第1面20a相反侧的第2面20b的面积小。配线20例如随着从第1面20a朝向第2面20b而周长变长。
配线20因流过电流I时的自旋霍尔效应而产生自旋流，向第1铁磁性层1注入自旋。配线20例如向第1铁磁性层1的磁化施加能够使第1铁磁性层1的磁化反转的自旋轨道转矩(SOT)。自旋霍尔效应是，在流过了电流的情况下基于自旋轨道相互作用，在与电流的流动方向正交的方向上引起自旋流的现象。在运动(移动)的电荷(电子)的运动(移动)方向被弯曲这点上，自旋霍尔效应与通常的霍尔效应相同。通常的霍尔效应中，在磁场中运动的带电粒子的运动方向因洛伦兹力而被弯曲。与此相对，就自旋霍尔效应而言，即使不存在磁场，自旋的移动方向也会仅因电子移动(电流流动)而弯曲。
例如，当在配线20中流通电流时，沿一个方向取向的第1自旋和沿与第1自旋相反的方向取向的第2自旋分别通过自旋霍尔效应而向与电流I的流通方向正交的方向弯曲。例如，沿-y方向取向的第1自旋向+z方向弯曲，沿+y方向取向的第2自旋向-z方向弯曲。
非磁性体(不是铁磁性体的材料)中，由自旋霍尔效应产生的第1自旋的电子数与第2自旋的电子数相同。即，朝向+z方向的第1自旋的电子数与朝向-z方向的第2自旋的电子数相同。第1自旋和第2自旋向消除自旋的不均匀的方向流通。由于在第1自旋和第2自旋向z方向的移动中，电荷的流通相互抵消，因此电流量为零。特别地，不伴随电流的自旋流被称为纯自旋流。
如果将第1自旋的电子的流通表示为J↑，将第2自旋的电子的流通表示为J↓，将自旋流表示为JS时，定义为JS＝J↑-J↓。在z方向上产生自旋流JS。第1自旋被从配线20注入第1铁磁性层1。
配线20包含具有因电流I流通时的自旋霍尔效应而产生自旋流的功能的金属、合金、金属间化合物、金属硼化物、金属碳化物、金属硅化物和金属磷化物中的任一种。
配线20例如包含非磁性的重金属作为主元素。主元素，是构成配线20的元素中比例最高的元素。配线20例如至少包含选自W、Ta、Pt、Mo、Ir、Zr、Re、Y、Os、Ru、Rh、Pd、Mn中的任意种。这些元素由于在最外层具有d电子或f电子，因此自旋轨道相互作用强，自旋向第1铁磁性层1的注入量增加。
配线20也可以包含磁性金属。磁性金属是铁磁性金属或反铁磁性金属。非磁性体中包含的微量的磁性金属，成为自旋的散射因子。微量例如是指构成配线20的元素的总摩尔比的3％以下。当自旋因磁性金属而散射时，自旋轨道相互作用增强，自旋流相对于电流的生成效率变高。
配线20也可以包含拓扑绝缘体。拓扑绝缘体是，物质内部为绝缘体或高电阻体，但是其表面产生了自旋极化的金属状态的物质。拓扑绝缘体因自旋轨道相互作用而产生内部磁场。拓扑绝缘体即使没有外部磁场也会因自旋轨道相互作用的效果而产生新的拓扑相。拓扑绝缘体能够因强的自旋轨道相互作用和边缘处的反转对称性的破坏而高效率地生成纯自旋流。
拓扑绝缘体例如是SnTe、Bi1.5Sb0.5Te1.7Se1.3、TlBiSe2、Bi2Te3、Bi1-xSbx、(Bi1-xSbx)2Te3等。拓扑绝缘体能够高效地生成自旋流。
在从z方向的俯视中，第1导电部30和第2导电部40在x方向上夹着层叠体10。第1导电部30和第2导电部40是将磁阻效应元件100与晶体管Tr连接的配线。第1导电部30和第2导电部40例如将处于不同层的元件或配线电连接。
第1导电部30和第2导电部40由导电性优良的材料构成。第1导电部30和第2导电部40例如包含选自Ag、Cu、Co、Al、Au的任一种。
磁阻效应元件100可通过各层的层叠工序和将各层的一部分加工成规定形状的加工工序而形成。各层的层叠能够使用溅射法、化学气相沉积(CVD)法、电子束蒸镀法(EB蒸镀法)、原子激光沉积法等。各层的加工能够使用光刻等。
首先，在基板Sub的规定位置，掺杂杂质，形成源极S、漏极D。接着，在源极S与漏极D之间，形成栅极绝缘膜GI、栅电极G。源极S、漏极D、栅极绝缘膜GI以及栅电极G形成晶体管Tr。
接着，以覆盖晶体管Tr的方式形成绝缘层91。此外，通过在绝缘层91形成开口部，在开口部内填充导电体而能够形成第1导电部30、第2导电部40和导电部Cw。写入配线Wp、共用配线Cm通过将绝缘层91层叠至规定厚度后，在绝缘层91形成槽，在槽中填充导电体而形成。
接着，在绝缘层91、第1导电部30和第2导电部40的表面，依次层叠配线层、铁磁性层、非磁性层、铁磁性层。接着，将配线层加工成规定的形状。配线层通过被加工成规定形状而成为配线20。接着，通过将形成在配线层上的层叠体加工成规定形状，形成层叠体10，从而能够制作磁阻效应元件100。
接着，对第1实施方式的磁阻效应元件100的动作进行说明。磁阻效应元件100具有数据的写入动作和数据的读取动作。
首先对将数据记录至磁阻效应元件100的动作进行说明。首先，使与想要记录数据的磁阻效应元件100连接的第1开关元件110和第2开关元件120导通。当使第1开关元件110和第2开关元件120导通时，写入电流流入位于写入配线Wp1～Wpn与共用配线Cm1～Cmn之间的配线20。当写入电流在配线20中流通时，发生自旋霍尔效应，自旋被注入至第1铁磁性层1。注入至第1铁磁性层1的自旋对第1铁磁性层1的磁化施加自旋轨道转矩(SOT)，改变第1铁磁性层1的磁化的取向方向。当使电流的流动方向相反时，注入至第1铁磁性层1的自旋的方向相反，因此能够自由地控制磁化的取向方向。
层叠体10的层叠方向的电阻值，在第1铁磁性层1的磁化与第2铁磁性层2的磁化平行的情况下变小，在第1铁磁性层1的磁化与第2铁磁性层2的磁化反平行的情况下变大。作为层叠体10的层叠方向的电阻值，在磁阻效应元件100中记录数据。
接着，对从磁阻效应元件100读取数据的动作进行说明。首先，使与想要记录数据的磁阻效应元件100连接的第1开关元件110或第2开关元件120、和第3开关元件130导通(ON)。当这样设定各开关元件时，在位于共用配线Cm1～Cmn与读取配线Rp1～Rpn之间的层叠体10的层叠方向上流通读取电流。根据欧姆定律，当层叠体10的层叠方向的阻值不同时，出力的电压不同。因此，例如通过读取层叠体10的层叠方向的电压，能够读取记录在磁阻效应元件100中的数据。
在第1实施方式的磁记录阵列200中，在共用配线Cm1～Cmn的电阻低的情况下，共用配线Cm1～Cmn难以发生电迁移(EM，Electromigration)，不容易劣化。一般而言，共用配线Cm1～Cmn在自旋元件的写入动作和读取动作这两个动作中被用于写入和读取这两者，因此与写入配线Wp1～Wpn和读取配线Rp1～Rpn相比，一般存在容易劣化的倾向。在第1实施方式的磁记录阵列200中，认为难以发生共用配线Cm1～Cmn的电迁移(EM)的理由是由于作为发生EM的一个原因的空隙的产生概率降低。空隙形成因离子运动而产生，对离子施加的力用Hungtington模型来定义。根据该模型可知，在写入电流为一定的情况下，通过降低电阻而减小施加至离子的力，能够减小空隙的产生概率。此倾向在共用配线Cm1～Cmn的相对于电流的施加方向的截面积大的情况下，以及电阻率低的情况下也相同。
此外，在第1实施方式的磁记录阵列200中，在共用配线Cm1～Cmn的电阻比写入配线Wp1～Wpn和读取配线Rp1～Rpn低，且写入配线Wp1～Wpn的电阻比读取配线Rp1～Rpn低的情况下，共用配线Cm1～Cmn更可靠地不容易劣化。进一步，因为相比于读取配线Rp1～Rpn流通的电流量较多的写入配线Wp1～Wpn的电阻较低，所以写入配线Wp1～Wpn不容易劣化，因此磁记录阵列200的寿命变长。此倾向，在写入配线Wp1～Wpn的相对于电流的施加方向的截面积比读取配线Rp1～Rpn大的情况下，以及写入配线Wp1～Wpn的电阻率比读取配线Rp1～Rpn低的情况下也相同。
进一步，在第1实施方式的磁记录阵列200中，共用配线Cm1～Cmn的电阻比写入配线Wp1～Wpn和读取配线Rp1～Rpn低，读取配线Rp1～Rpn的电阻比写入配线Wp1～Wpn低的情况下，共用配线Cm1～Cmn更确实地不容易劣化。进一步，因为读取配线Rp1～Rpn的电阻低，所以磁阻效应元件100的MR比更加提高。此倾向，在读取配线Rp1～Rpn的相对于电流的施加方向的截面积比写入配线Wp1～Wpn大的情况下，以及读取配线的电阻率比写入配线Wp1～Wpn低的情况下也相同。
在第1实施方式的磁记录阵列200中，在共用配线Cm1～Cmn的活化能高的情况下，共用配线Cm1～Cmn变得不容易劣化。一般而言，已知配线寿命能够根据Black的经验式求取。根据该经验式可知，作为共用配线Cm1～Cmn的材料，选择活化能量大的材料时共用配线Cm1～Cmn的寿命变长。在第1实施方式的磁记录阵列200中，共用配线Cm1～Cmn通过包含活化能为300kJ/mol以上的材料，从而使寿命可靠地提高。此外，共用配线Cm1～Cmn通过包含选自Si、Ti、Cr、Ta、W和Ir的至少一种金属，从而使寿命进一步可靠地提高。
第2实施方式
图6是第2实施方式的磁化旋转元件101的截面图。图6是用通过配线20的y方向的宽度的中心的xz平面将磁化旋转元件101截断而得到的截面。第2实施方式的磁化旋转元件101在不具有非磁性层3和第2铁磁性层2这一点上与第1实施方式的磁阻效应元件100不同。其它结构与第1实施方式的磁阻效应元件100相同，省略说明。
磁化旋转元件101是自旋元件的一例。磁化旋转元件101例如对第1铁磁性层1入射光，对由第1铁磁性层1反射的光进行评价。当磁化的取向方向因磁光克尔效应(Magnetooptical Kerr effect)而变化时，反射的光的偏向状态发生变化。磁化旋转元件101例如能够用作利用了光的偏向状态的差异的例如影像显示装置等的光学元件。
此外，磁化旋转元件101还能够单独用作各向异性磁传感器、利用了磁法拉第效应的光学元件等。
第2实施方式的磁化旋转元件101仅仅除去了非磁性层3和第2铁磁性层2，并能够获得与第1实施方式的磁阻效应元件100同样的效果。此外，能够选择与第1实施方式的磁阻效应元件100相同的变形例。
第3实施方式
图7是第3实施方式的磁阻效应元件102的截面图。图7是用通过配线21的y方向的宽度的中心的xz平面将磁阻效应元件102截断而得到的截面。磁阻效应元件102在层叠体11从靠近配线21的一侧起由非磁性层5和第1铁磁性层4构成这一点上与磁阻效应元件100不同。对于与磁阻效应元件100相同的结构，赋予相同的附图标记，并省略说明。
磁阻效应元件102包括层叠体11、配线21、第1导电部30和第2导电部40。层叠体11从靠近配线21的一侧起由非磁性层5和第1铁磁性层4构成。磁阻效应元件102是电阻值根据磁畴壁DW的移动而变化的元件，有时被称为磁畴壁移动元件、磁畴壁移动型磁阻效应元件。
配线21是磁性层。配线21包含铁磁性体。构成配线21的磁性体能够使用选自Cr、Mn、Co、Fe和Ni的金属、包含1种以上这些金属的合金、包含这些金属和B、C、N中的至少1种以上的元素的合金等。具体而言，能够列举Co-Fe、Co-Fe-B、Ni-Fe。
配线21是能够利用内部的磁状态的变化对信息进行磁记录的层。配线21在内部具有第1磁区21A和第2磁区21B。第1磁区21A的磁化和第2磁区21B的磁化，例如在相反方向取向。第1磁区21A与第2磁区21B的边界是磁畴壁DW。配线21能够在内部具有磁畴壁DW。
磁阻效应元件102能够利用配线21的磁畴壁DW的位置多值或连续地记录数据。由配线21记录的数据，在施加读取电流时，作为磁阻效应元件102的阻值变化而被读取。
磁畴壁DW通过在配线21的x方向上流通写入电流或施加外部磁场而移动。例如，在配线21的+x方向上施加写入电流(例如，电流脉冲)时，由于电子在与电流相反的-x方向上流通，所以磁畴壁DW在-x方向上移动。在从第1磁区21A朝向第2磁区21B流通电流的情况下，在第2磁区21B自旋极化了的电子使第1磁区21A的磁化被磁化反转。通过使第1磁区21A的磁化反转，磁畴壁DW在-x方向上移动。
第1铁磁性层4和非磁性层5各自与第1实施方式的第1铁磁性层1和非磁性层3相同。
第3实施方式的磁阻效应元件102也能够获得与第1实施方式的磁阻效应元件100相同的效果。此外，能够选择与第1实施方式的磁阻效应元件100相同的变形例。
第4实施方式
图8是第4实施方式的储备池元件103的立体图。储备池元件103包括多个磁化旋转元件101和将多个磁化旋转元件101的第1铁磁性层1之间连接的自旋传导层70。自旋传导层70例如由非磁性的导电体构成。自旋传导层70传递从第1铁磁性层1渗出的自旋流。
储备池元件是在作为神经形态(Neuromorphic)元件的一个的储备池计算机中使用的元件。神经形态元件是利用神经网络模仿人的大脑的元件。神经形态元件例如用作识别器。识别器例如识别(图像识别)所输入的图像并分类。
储备池元件103将所输入的输入信号转换成其它信号。在储备池元件103内，信号仅进行相互作用，不进行学习。当输入信号彼此相互作用时，输入信号非线性地发生变化。即，输入信号一边保存源信息一边将源信息置换成其它信号。输入信号通过在储备池元件103内彼此相互作用，随着时间的经过而发生变化。储备池元件103中，与多个神经元对应的第1铁磁性层1彼此相互连接。因此，例如，存在在某时刻t从神经元输出的信号在某时刻t+1返回至原来的神经元的情况。在神经元中，能够进行基于时刻t和时刻t+1的信号的处理，能够回归地处理信息。
自旋传导层70例如是金属或半导体。用于自旋传导层70的金属，例如是包含选自Cu、Ag、Al、Mg、Zn中的任意元素的金属或合金。用于自旋传导层70的半导体例如是选自Si、Ge、GaAs、C的任意元素的单体或合金。例如能够列举Si、Ge、Si-Ge化合物、GaAs、石墨烯等。
当在配线20中流动电流I时，自旋被注入至第1铁磁性层1，对第1铁磁性层1的磁化施加自旋轨道转矩。当对配线20施加高频电流时，注入至第1铁磁性层1的自旋的方向发生变化，第1铁磁性层1的磁化进行振动。
自旋流从第1铁磁性层1至自旋传导层70。因为第1铁磁性层1的磁化进行振动，所以在自旋传导层70中流通的自旋流也与磁化对应地进行振动。蓄积在第1铁磁性层1与自旋传导层70的界面的自旋，作为自旋流在自旋传导层70内传递。
两个第1铁磁性层1的磁化各自产生的自旋流在自旋传导层70内汇合而发生干涉。自旋流的干涉对各自的第1铁磁性层1的磁化的振动产加影响，两个第1铁磁性层1的磁化的振动发生共振。两个磁化的振动相位同步或错开半波长(π)。
当停止对配线20施加电流I时，第1铁磁性层1的磁化的振动停止。共振后的第1铁磁性层1的磁化平行或反平行。在两个振动的相位同步的情况下，两个磁化的方向一致而成为平行。在两个振动的相位错开半个波长(π)的情况下，两个磁化的方向相反，成为反平行。
在两个第1铁磁性层1的磁化平行的情况下，储备池元件103的电阻值变得比反平行的情况下小。储备池元件103例如在储备池元件103的阻值较大的情况下(2个磁化反平行的情况下)输出“1”的信息，在较小的情况下(2个磁化平行的情况下)输出“0”的信息。
输入至配线20的电流I具有各种信息。例如，有电流I的频率、电流密度、电流量等。另一方面，储备池元件103作为阻值输出“1”、“0”的信息。即，第1实施方式的储备池元件103将多个第1铁磁性层1的磁化的振动转换成自旋流，通过在自旋传导层70内进行干涉而转换信息。
第4实施方式的储备池元件103包含第1实施方式的磁记录阵列200，并能够获得与第1实施方式相同的效果。
至此，基于第1实施方式～第4实施方式举例说明了本发明的优选方式，但是本发明并不限定于这些实施方式。例如，也可以将各个实施方式中的特征结构应用到其它实施方式中。
此外，在本实施方式1的磁记录阵列200中，写入配线Wp1～Wpn与读取配线Rp1～Rpn沿相同方向延伸，共用配线Cm1～Cmn沿与写入配线Wp1～Wpn及读取配线Rp1～Rpn相互正交的方向延伸，但是各配线的方向并不限定于此。例如也可以构成为，写入配线Wp1～Wpn沿一个方向延伸，读取配线Rp1～Rpn沿与该一个方向不同的方向延伸，共用配线Cm1～Cmn沿与写入配线Wp1～Wpn的延伸方向及读取配线Rp1～Rpn的延伸方向不同的方向延伸。在此情况下，优选写入配线Wp1～Wpn沿x方向延伸，读取配线Rp1～Rpn沿y方向延伸。

Claims (19)

1.一种磁记录阵列，其中，
具备：
多个自旋元件，其各自具有配线和层叠于所述配线上的包含第1铁磁性层的层叠体，且呈矩阵状地排列；
多个写入配线，其与所述多个自旋元件各自的所述配线的第1端连接；
多个读取配线，其与所述多个自旋元件各自的所述层叠体连接；以及
多个共用配线，其与属于相同列的各个自旋元件的所述配线的第2端连接，
所述共用配线的电阻比所述写入配线或所述读取配线低。
2.如权利要求1所述的磁记录阵列，其中，
所述共用配线的电阻比所述写入配线和所述读取配线低，所述写入配线的电阻比所述读取配线低。
3.如权利要求1所述的磁记录阵列，其中，
所述共用配线的电阻比所述写入配线和所述读取配线低，所述读取配线的电阻比所述写入配线低。
4.如权利要求1所述的磁记录阵列，其中，
所述共用配线的相对于电流的施加方向的截面积比所述写入配线或所述读取配线大。
5.如权利要求4所述的磁记录阵列，其中，
所述共用配线的相对于所述电流的施加方向的截面积比所述写入配线和所述读取配线大，所述写入配线的相对于所述电流的施加方向的截面积比所述读取配线大。
6.如权利要求4所述的磁记录阵列，其中，
所述共用配线的相对于所述电流的施加方向的截面积比所述写入配线和所述读取配线大，所述读取配线的相对于所述电流的施加方向的截面积比所述写入配线大。
7.如权利要求1所述的磁记录阵列，其中，
所述共用配线的电阻率比所述写入配线或所述读取配线低。
8.如权利要求7所述的磁记录阵列，其中，
所述共用配线的电阻率比所述写入配线和所述读取配线低，所述写入配线的电阻率比所述读取配线低。
9.如权利要求7所述的磁记录阵列，其中，
所述共用配线的电阻率比所述写入配线和所述读取配线低，所述读取配线的电阻率比所述写入配线低。
10.一种磁记录阵列，其中，
具备：
多个自旋元件，其各自具有配线和层叠在所述配线上的包含第1铁磁性层的层叠体，且呈矩阵状地排列；
多个写入配线，其与所述多个自旋元件各自的所述配线的第1端连接；
多个读取配线，其与所述多个自旋元件各自的所述层叠体连接；以及
多个共用配线，其与属于相同列的各个自旋元件的所述配线的第2端连接，
所述共用配线的活化能比所述写入配线或所述读取配线高。
11.如权利要求10所述的磁记录阵列，其中，
所述共用配线的活化能比所述写入配线和所述读取配线高，所述写入配线的活化能比所述读取配线高。
12.如权利要求10所述的磁记录阵列，其中，
所述共用配线的活化能比所述写入配线和所述读取配线高，所述读取配线的活化能比所述写入配线高。
13.如权利要求10～12中任一项所述的磁记录阵列，其中，
所述共用配线包含活化能为300kJ/mol以上的材料。
14.如权利要求10～13中任一项所述的磁记录阵列，其中，
所述共用配线包含选自Si、Ti、Cr、Ta、W和Ir中的至少一种金属。
15.如权利要求1～14中任一项所述的磁记录阵列，其中，
所述写入配线沿一个方向延伸，所述读取配线沿与所述一个方向不同的方向延伸，所述共用配线沿与所述写入配线的延伸方向及所述读取配线的延伸方向不同的方向延伸。
16.如权利要求1～15中任一项所述的磁记录阵列，其中，
所述自旋元件的所述配线与所述共用配线经控制元件连接。
17.如权利要求1～16中任一项所述的磁记录阵列，其中，
所述配线是具有利用电流流动时的自旋霍尔效应产生自旋流的功能的金属、合金、金属间化合物、金属硼化物、金属碳化物、金属硅化物和金属磷化物中的任意种。
18.如权利要求1～17中任一项所述的磁记录阵列，其中，
所述层叠体从靠近所述配线的一侧起包括非磁性层和所述第1铁磁性层，
所述配线是能够在内部具有磁畴壁的铁磁性层。
19.一种储备池元件，其中，
具备：
权利要求1～18中任一项所述的磁记录阵列；和
将多个所述自旋元件的所述第1铁磁性层相连的自旋传导层。
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WO2018180701A1 (ja) * 2017-03-29 2018-10-04 Tdk株式会社 スピン流磁化反転素子、磁気抵抗効果素子及び磁気メモリ
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