JP2013197345A - 磁気抵抗効果素子及び磁気メモリ - Google Patents
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Abstract
【解決手段】本実施形態の磁気抵抗効果素子は、磁化の向きが可変な第1の磁性膜10と、磁化の向きが不変な第2の磁性膜11と、第1及び第2の磁性膜間に設けられ、前記第1及び第2の磁性膜の少なくとも一方に接し、銅、銀及び金を含む第1のグループから選択される少なくとも1つの元素が添加された酸化マグネシウム膜を含む非磁性膜12と、を含む。
【選択図】図1
Description
以下、図面を参照しながら、本実施形態について詳細に説明する。以下の説明において、同一の機能及び構成を有する要素については、同一符号を付し、重複する説明は必要に応じて行う。
図1及び図2を参照して、第1の実施形態の磁気抵抗効果素子について、説明する。
書き込み電流IWRは、記憶層10の磁化反転しきい値より大きい電流値を有し、且つ、参照層11の磁化反転しきい値より小さい電流値を有している。
この場合において、電子は、非磁性膜12を経由して、参照層11から記憶層10に向かって移動する。参照層11及び非磁性膜12を通過して記憶層10に移動した電子のうち、マジョリティーな電子(スピン偏極した電子)は、参照層11の磁化(スピン)の向きと同じ向きを有している。このスピン偏極した電子のスピン角運動量(スピントルク)が、記憶層10の磁化(スピン)に印加され、記憶層10の磁化は、参照層11の磁化の向きと同じ向きに反転する。MTJ素子1の磁化配列が平行配列(平行状態)であるとき、MTJ素子1の抵抗値は最も小さくなる。
この場合、電子は、記憶層10から参照層11に向かって移動する。参照層11の磁化の向きと反平行のスピンをもつ電子は、参照層11によって反射される。反射された電子は、スピン偏極した電子として、記憶層10に注入される。このスピン偏極した電子(反射された電子)のスピントルクが、記憶層10の磁化に印加され、記憶層10の磁化は、参照層11の磁化の向きと反対の向きに反転する。MTJ素子1の磁化配列が、反平行配列(反平行状態)であるとき、MTJ素子1の抵抗値は最も大きくなる。
このように、トンネルバリア層としてのMgOに、Cuを添加させることで、MTJ素子のMR比を向上できる。
半導体的に作用する銅酸化物に起因して、トンネルバリア層の抵抗値(電気抵抗)が下がる。それゆえ、MgCuO膜とMgO膜とを同じ抵抗値で比較した場合において、MgCuO膜の膜厚は、MgO膜の膜厚より厚くなる。
例えば、MTJ膜の抵抗値RAが10Ω・μm2程度に設定される場合において、トンネルバリア層としてのMgOの膜厚は、1.1nm程度となるのに対して、Cuを1atomic%添加させたMgCuOのトンネルバリア層としてのMgCuOの膜厚は、1.2nm程度となる。
図3を参照して、第2の実施形態の磁気抵抗効果素子について、説明する。本実施形態の磁気抵抗効果素子において、第1の実施形態の磁気抵抗効果素子と実質的に同じ構成を有する構成に関しては同じ符号を付し、その構成の説明は、必要に応じて行う。
Cuの代わりに、MgOにn型又はp型の導電性が付与される元素(ドナー又はアクセプタとなるドーパント)が、MgOを含むトンネルバリア層12に添加されてもよい。
図3に示されるように、B酸化物(例えば、B2O3)のバンドギャップは6.2eV程度であり、Ga酸化物(例えば、Ga2O3)のバンドギャップは4.8eV、及び、In酸化物(例えば、(例えば、In2O3)のバンドギャップは、3.8eVである。これらの酸化物は、MgOのバンドギャップよりも小さい。但し、Al酸化物(例えば、Al2O3)のバンドギャップは、8.8eVと、MgOのバンドギャップより大きい。
図4及び図5を参照して、実施形態の磁気抵抗効果素子の適用例について、説明する。尚、上述の実施形態で述べた構成と実質的に同じ構成に関しては、同じ符号を付し、その構成の説明は、必要に応じて行う。
上述の実施形態の磁気抵抗効果素子において、垂直磁化膜を例示した。但し、トンネルバリア層としてのMgOにCuが添加されていれば、MgCuOを挟む記憶層及び参照層としての磁性膜において、磁性膜の磁化の向きが膜面に対して平行方向を向いている平行磁化膜(面内磁化膜)が用いられた場合においても、上述の効果が得られる。MgOを主成分とするトンネルバリア層に、Cuに加えて、又は、Cuとは別途に(Cuの添加無しに)、Ag、Au、B、Ga、又はInが添加された場合においても、平行磁化膜が記憶層及び参照層に用いられてもよい。
Claims (10)
- 磁化の向きが可変な第1の磁性膜と、
磁化の向きが不変な第2の磁性膜と、
第1及び第2の磁性膜間に設けられ、前記第1及び第2の磁性膜の両方に接し、銅、銀及び金からなる第1のグループから選択される少なくとも1つの元素が添加された酸化マグネシウム膜と、
を具備することを特徴とする磁気抵抗効果素子。 - 前記酸化マグネシウム膜内における前記第1のグループから選択される1つの元素の濃度は、10atomic%以下である、ことを特徴とする請求項1に記載の磁気抵抗効果素子。
- 前記酸化マグネシウム膜は、ボロン、アルミニウム、ガリウム、及び、インジウムからなる第2のグループから選択される少なくとも1つの元素が、さらに添加されている、ことを特徴とする請求項1又は2に記載の磁気抵抗効果素子。
- 磁化の向きが可変な第1の磁性膜と、
磁化の向きが不変な第2の磁性膜と、
第1及び第2の磁性膜間に設けられ、前記第1及び第2の磁性膜の少なくとも一方に接し、第1の導電型の酸化マグネシウムを含む非磁性膜と、
を具備することを特徴とする磁気抵抗効果素子。 - 前記第1の導電型の前記酸化マグネシウムは、p型の酸化マグネシウムである、ことを特徴とする請求項4に記載の磁気抵抗効果素子。
- 前記酸化マグネシウムは、ボロン、アルミニウム、ガリウム、及び、インジウムからなる第2のグループから選択される少なくとも1つの元素が添加されている、ことを特徴とする請求項4又は5に記載の磁気抵抗効果素子。
- 前記酸化マグネシウム内における前記第2のグループから選択される1つの元素の濃度は、10atomic%以下である、ことを特徴とする請求項6に記載の磁気抵抗効果素子。
- 前記酸化マグネシウムは、fcc(001)面及びそれに等価な面に優先配向している、ことを特徴とする請求項1乃至7のいずれか1項に記載の磁気抵抗効果素子。
- 前記第1及び第2の磁性膜は、膜面に対して垂直方向を向く磁化を有している、ことを特徴とする請求項1乃至8のいずれか1項に記載の磁気抵抗効果素子。
- 請求項1乃至9のいずれか1項に記載の磁気抵抗効果素子を含むメモリセルを具備する磁気メモリ。
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