JP2015207625A - Magneto-resistance effect element and semiconductor circuit using the same - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、磁気抵抗効果素子およびそれを用いた半導体回路に関するものである。 The present invention relates to a magnetoresistive effect element and a semiconductor circuit using the same.
電子の電荷を応用したエレクトロニクスの分野に対して、電子の電荷とスピンを同時に利用するスピントロニクスの分野が、近年注目されている(非特許文献1)。スピントロニクスは、磁化方向が一定方向に固定された磁化固定層と、外部磁界に応じて磁化方向が変化する磁化自由層と、磁化固定層と磁化自由層の間に存在し非磁性材料からなる非磁性スペーサ層からから構成される。巨大磁気抵抗(GMR:Giant Magneto−Resistance)効果やトンネル磁気抵抗(TMR:Tunnel Magneto−Resistance)効果に代表される磁気抵抗効果素子の急速な発達により、ハードディスクドライブの読み取りヘッドや磁気抵抗メモリ(MRAM:Magnetoresistive Random Access Memory)などに応用されている(特許文献1、特許文献2)。
In recent years, the field of spintronics that utilizes the charge and spin of electrons simultaneously has attracted attention in the field of electronics that applies the charge of electrons (Non-Patent Document 1). Spintronics is a non-magnetic material consisting of a non-magnetic material, a magnetization fixed layer whose magnetization direction is fixed in a fixed direction, a magnetization free layer whose magnetization direction changes according to an external magnetic field, and a magnetization fixed layer and a magnetization free layer. It consists of a magnetic spacer layer. Due to the rapid development of magnetoresistive elements typified by giant magneto-resistance (GMR) effect and tunnel magneto-resistance (TMR) effect, hard disk drive read heads and magnetoresistive memories (MRAM) : Magnetoretic Random Access Memory) (
また、磁気抵抗効果素子では、電子、すなわちスピンがスピン角運動量を他方の磁性層へ受け渡して伝導電子のスピンの向きが変化する時、その角運動量が保存されるため磁性層にトルク(スピントランスファートルク)が発生することが知られている。このスピントランスファートルクを利用すると、ある一定のエネルギーにおいて、スピンの発振・共鳴現象が生じる。これらの現象を利用した、高周波の発振、検波、ミキサー、フィルターといったデバイスとしての産業利用が提案されてきている(特許文献3)。磁気抵抗効果素子の高周波特性は、印加磁界の強度と角度、およびスピントランスファートルクによって制御されることが知られている(非特許文献2)。 Also, in the magnetoresistive effect element, when electrons, that is, spins, deliver spin angular momentum to the other magnetic layer and the direction of spin of conduction electrons changes, the angular momentum is conserved, so torque (spin transfer) is generated in the magnetic layer. (Torque) is known to occur. When this spin transfer torque is used, spin oscillation and resonance occur at a certain energy. Industrial use as devices such as high-frequency oscillation, detection, mixer, and filter using these phenomena has been proposed (Patent Document 3). It is known that the high frequency characteristics of the magnetoresistive effect element are controlled by the strength and angle of the applied magnetic field and the spin transfer torque (Non-patent Document 2).
磁気抵抗効果素子の高周波特性を利用する素子として、例えば、携帯端末の高機能化として検討されているマルチバンド化やアクティブチューニングへの適用が検討されている。具体的には、マルチバンド化やアクティブチューニングには1GHz以上の高周波領域で利用可能な低損失の可変型整合回路の実現が必須であるが、前記整合回路にバリキャップダイオードを用いた場合、1GHz以上の高周波領域ではQ値低下、動作電圧増大を引き起こしてしまう。 As an element using the high-frequency characteristics of the magnetoresistive effect element, for example, application to multi-band and active tuning, which has been studied for enhancing the functionality of portable terminals, is being studied. Specifically, in order to achieve multiband and active tuning, it is essential to realize a low-loss variable matching circuit that can be used in a high-frequency region of 1 GHz or higher, but when a varicap diode is used for the matching circuit, 1 GHz In the above high frequency region, the Q value decreases and the operating voltage increases.
これに対して、本発明者らは前記整合回路に磁気抵抗効果素子を用いれば、Q値低下防止と動作電圧増大の観点でバリキャップダイオードを凌ぐ可能性があることを見出し、開発を進めている。 On the other hand, the present inventors have found that if a magnetoresistive effect element is used in the matching circuit, there is a possibility of surpassing a varicap diode in terms of preventing Q value reduction and increasing operating voltage, and proceeding with development. Yes.
しかしながら、従来技術では以下のような課題がある。 However, the conventional techniques have the following problems.
磁気抵抗効果素子の高周波特性は素子への磁界印加強度と角度で制御可能だが、産業利用を考えた場合、磁気抵抗効果素子を半導体回路として基板に実装する際に発生する素子特性劣化による高周波特性低下を抑える必要がある。 The high-frequency characteristics of the magnetoresistive effect element can be controlled by the intensity and angle of the magnetic field applied to the element, but when considering industrial use, the high-frequency characteristics due to element characteristic degradation that occurs when the magnetoresistive effect element is mounted on a substrate as a semiconductor circuit It is necessary to suppress the decline.
特許文献1では、磁気抵抗効果素子に磁界が存在しない場合、フリー層の磁化方向は、磁気抵抗効果素子の両側に位置するハードバイアス層の影響を受けることにより、ピンド層の磁化方向に対して垂直に向いている。磁気抵抗効果素子が記録媒体上の所定領域から信号磁界を印加されると、フリー層の磁気モーメントは信号磁界の向きに応じて回転可能となる。ここでフリー層とは磁化自由層と同義であり、ピンド層とは磁化固定層と同義である。磁気抵抗効果素子が比較的高い信号感度を維持するようにするため、記録媒体と平行になる向きの水平方向のバイアス(縦バイアス)が必要で、縦バイアス再生ヘッド構造では、高い保磁力を有するハードバイアス層が、磁気抵抗効果素子の両端部に隣接している。
In
しかし特許文献1では、ハードバイアス層は磁界印加強度と角度が固定されているため、磁化自由層に印可する磁界強度と角度を適切に制御して磁気抵抗効果素子の高周波特性を利用することができなくなる可能性がある。
However, in
特許文献2では、ハードディスクドライブの高記録密度化に伴い読み取りヘッドが3次元的に広がる隣接トラックからの漏れ磁界を検出してしまうため高記録密度化に適切に対応できなくなる課題を改善するため、反強磁性層、固定磁性層、非磁性材料層及びフリー磁性層を有する多層膜、すなわち磁気抵抗効果素子において、前記多層膜の下側には、前記多層膜のトラック幅方向の両側端面よりもトラック幅方向に延びて形成された下部シールド層が設けられ、前記多層膜の上側には、前記多層膜のトラック幅方向の両側端面よりもトラック幅方向に延びて形成された上部シールド層が設けられ、前記多層膜のトラック幅方向の両側であって、前記下部シールド層と上部シールド層間には、サイドシールド層が設けられる構造が提案されている。
In
しかし特許文献2では、磁気抵抗効果素子の上下左右にシールド層が設けられることにより、磁化自由層には一方向からしか外部磁界が入力できない構造となり、磁化自由層に印加する磁界強度と角度を適切に制御できなくなる可能性がある。
However, in
特許文献3では、磁気抵抗効果素子の高周波応用として磁気抵抗効果素子に印加する外部磁界を制御して周波数変換装置にスイッチング機能を持たせることが提案されている。特許文献3に使用される磁気抵抗効果素子は外部磁界による制御を可能にするため、磁気抵抗効果素子にはハードバイアス層やシールド層は設けられておらず、その結果外部磁界を制御することで強磁性共鳴周波数を変化させ、周波数変換の有無を切り替えるスイッチング機能を作動させることが可能となる。 In Patent Document 3, as a high frequency application of a magnetoresistive effect element, it is proposed that an external magnetic field applied to the magnetoresistive effect element is controlled to give the frequency conversion device a switching function. Since the magnetoresistive effect element used in Patent Document 3 can be controlled by an external magnetic field, the magnetoresistive effect element is not provided with a hard bias layer or a shield layer. As a result, by controlling the external magnetic field, It is possible to operate a switching function that changes the ferromagnetic resonance frequency and switches the presence / absence of frequency conversion.
しかし、特許文献3における周波数変換装置を基板に実装する素子実装工程、すなわちリフロー工程において、基板と部品を接続するはんだの溶融温度は、磁化固定層の磁化方向を決定するための熱処理温度(以下、アニール温度とする)に近い、もしくはアニール温度より高い温度であるため、リフロー工程において磁化固定層の保持力が低下して結果的に磁化固定層の磁化方向が変化してしまい、磁気抵抗効果素子の磁気抵抗比や磁気抵抗値などの磁気特性が低下する可能性がある。またリフロー工程以外でも磁気抵抗効果素子内部に電流が流れることによる自己発熱や、静電気の発生による瞬間的な温度上昇が要因となり、磁化固定層の磁化方向が変化する可能性がある。 However, in the element mounting process for mounting the frequency conversion device on the substrate in Patent Document 3, that is, the reflow process, the melting temperature of the solder connecting the substrate and the component is the heat treatment temperature for determining the magnetization direction of the magnetization fixed layer (hereinafter referred to as the heat treatment temperature). , The annealing temperature is close to or higher than the annealing temperature, so that the coercivity of the magnetization pinned layer is reduced in the reflow process, resulting in a change in the magnetization direction of the magnetization pinned layer, and the magnetoresistive effect. There is a possibility that the magnetic characteristics such as the magnetoresistance ratio and magnetoresistance value of the element will deteriorate. In addition to the reflow process, there is a possibility that the magnetization direction of the magnetization fixed layer changes due to self-heating due to current flowing inside the magnetoresistive effect element or instantaneous temperature rise due to generation of static electricity.
本発明は、かかる課題を解決すべくなされたものであり、外部磁界強度と角度を変化させることで高周波特性を変化させる磁気抵抗効果素子において、磁気抵抗効果素子に適切な磁界強度と角度を印加できる機能を備え、かつ、リフロー工程などの素子実装工程や磁気抵抗効果素子内部の自己発熱や瞬間的な温度上昇が発生した場合に、磁気抵抗効果素子の磁化固定層の磁化方向が変化するために発生する高周波特性劣化を抑制することが可能な磁気抵抗効果素子およびそれを用いた半導体回路を提供することを目的とする。 The present invention has been made to solve such a problem. In a magnetoresistive effect element that changes high frequency characteristics by changing the external magnetic field strength and angle, an appropriate magnetic field strength and angle are applied to the magnetoresistive effect element. The magnetization direction of the magnetization fixed layer of the magnetoresistive effect element changes when an element mounting process such as a reflow process, self-heating inside the magnetoresistive effect element, or an instantaneous temperature rise occurs. An object of the present invention is to provide a magnetoresistive effect element capable of suppressing deterioration of high frequency characteristics occurring in the semiconductor device and a semiconductor circuit using the same.
前記目的を達成すべく、本発明に係る磁気抵抗効果素子は、外部磁界に応じて磁化の方向が変化する磁化自由層と、磁化の方向が固定された磁化固定層と、前記磁化自由層と前記磁化固定層との間に配置された非磁性スペーサ層と、反強磁性層を有する積層体と、前記磁化自由層に磁界を印加する磁界印加手段と、
磁化の方向が固定された前記磁化固定層にバイアス磁界を印加するバイアス磁界印加部を備えた磁気抵抗効果素子であって、
前記磁化固定層は前記非磁性スペーサ層に対向する第1の面と、前記第1の面と反対側の第2の面を有し、
前記反強磁性層を有する積層体は前記磁化固定層の第2の面と対向し、
前記バイアス磁界印加部全体が前記磁化固定層の第2の面を含む平面に対して前記磁化自由層と反対側に存在し、バイアス磁界印加部は強磁性体であることを特徴とする。
In order to achieve the above object, a magnetoresistive element according to the present invention includes a magnetization free layer whose magnetization direction changes according to an external magnetic field, a magnetization fixed layer whose magnetization direction is fixed, and the magnetization free layer, A nonmagnetic spacer layer disposed between the magnetization fixed layer, a laminate having an antiferromagnetic layer, and a magnetic field applying means for applying a magnetic field to the magnetization free layer;
A magnetoresistive effect element including a bias magnetic field application unit that applies a bias magnetic field to the magnetization fixed layer in which the magnetization direction is fixed,
The magnetization fixed layer has a first surface facing the nonmagnetic spacer layer, and a second surface opposite to the first surface,
The laminated body having the antiferromagnetic layer is opposed to the second surface of the magnetization fixed layer,
The entire bias magnetic field application unit is present on the opposite side of the magnetization free layer with respect to a plane including the second surface of the magnetization fixed layer, and the bias magnetic field application unit is a ferromagnetic material.
上記特徴の磁気抵抗効果素子によれば、素子に急激な温度上昇が発生して磁化固定層の磁化方向が変化する場合でも、強磁性層を含む積層膜で構成され、全体として強磁性体の特性を持つバイアス磁界印加部の磁界が保持力と磁化方向を維持したまま磁化固定層の第2の面とバイアス磁界印加部の間に設けられた反強磁性層に印加され、反強磁性層と磁化固定層の第2の面の磁化方向が交換結合して一方向磁化となる結果、磁化固定層の磁化方向は一方向に規定され、磁気抵抗効果素子の特性を維持することが可能になる。 According to the magnetoresistive effect element having the above characteristics, even when a sudden temperature rise occurs in the element and the magnetization direction of the magnetization fixed layer changes, the magnetoresistive effect element is composed of a laminated film including a ferromagnetic layer, The magnetic field of the bias magnetic field application unit having characteristics is applied to the antiferromagnetic layer provided between the second surface of the magnetization fixed layer and the bias magnetic field application unit while maintaining the coercive force and the magnetization direction, As a result of the exchange coupling of the magnetization direction of the second surface of the magnetization pinned layer and unidirectional magnetization, the magnetization direction of the magnetization pinned layer is defined as one direction, and the characteristics of the magnetoresistive effect element can be maintained. Become.
また、上記特徴の磁気抵抗効果素子によれば、バイアス磁界印加部は非磁性膜と強磁性層を交互に積層した多層膜から構成される構造持つことで、強磁性層はRKKY結合によりより強磁性体の磁気特性を持るため強い磁界を持つことが可能となり、バイアス磁界印加部の磁化方向が磁化固定層の磁化方向を規定するため、磁化固定層の磁化が弱くなって磁化方向が方向が変化する温度であっても磁化固定層の磁化方向は常に一定の方向を維持することが出来、磁気抵抗効果素子の特性を維持することが出来る。 Further, according to the magnetoresistive effect element having the above characteristics, the bias magnetic field applying portion has a structure composed of a multilayer film in which a nonmagnetic film and a ferromagnetic layer are alternately laminated, so that the ferromagnetic layer is stronger by RKKY coupling. Because it has the magnetic properties of the magnetic material, it is possible to have a strong magnetic field, and the magnetization direction of the bias magnetic field application part defines the magnetization direction of the magnetization fixed layer, so the magnetization of the magnetization fixed layer becomes weak and the direction of magnetization is Even if the temperature changes, the magnetization direction of the magnetization fixed layer can always be kept constant, and the characteristics of the magnetoresistive effect element can be maintained.
さらに上記特徴の磁気抵抗効果素子によれば、バイアス磁界印加部は磁化固定層の第2の面を含む平面に対して磁化自由層と反対側に位置するため、バイアス磁界印加部の磁界は、磁化自由層に印加される割合よりも磁化固定層の第2の面に対向する反強磁性層に優先的に印可され、磁化自由層が受けるバイアス磁界印加部の磁界の影響は小さく、磁化印加手段による外部磁界強度と角度による磁気抵抗効果素子の高周波特性制御が可能になる。 Furthermore, according to the magnetoresistive effect element having the above characteristics, the bias magnetic field application unit is located on the opposite side of the magnetization free layer with respect to the plane including the second surface of the magnetization fixed layer. It is applied to the antiferromagnetic layer facing the second surface of the magnetization fixed layer preferentially over the ratio applied to the magnetization free layer, and the influence of the magnetic field of the bias magnetic field application portion received by the magnetization free layer is small, It becomes possible to control the high frequency characteristics of the magnetoresistive effect element by the external magnetic field strength and angle by means.
前記目的を達成する磁気抵抗効果素子において、バイアス磁界印加部の、磁気抵抗効果素子の積層方向に対して直交する断面の断面積の最小値が、前記磁化固定層の、磁気抵抗効果素子の積層方向に対して直交する断面の断面積の最小値よりも大きいことを特徴とする。 In the magnetoresistive effect element that achieves the above object, the minimum value of the cross-sectional area of the cross section perpendicular to the laminating direction of the magnetoresistive effect element of the bias magnetic field applying unit is the stack of magnetoresistive effect elements of the magnetization fixed layer It is characterized by being larger than the minimum value of the cross-sectional area of the cross section orthogonal to the direction.
上記特徴の磁気抵抗効果素子によれば、バイアス磁界印加部の断面積が磁化固定層の断面積よりも大きいことで面内磁気異方性を高めることが出来、磁化固定層と同じ断面積のバイアス磁界印加部よりも磁気安定性を高めることが可能になる。 According to the magnetoresistive element having the above characteristics, the in-plane magnetic anisotropy can be increased because the cross-sectional area of the bias magnetic field application unit is larger than the cross-sectional area of the magnetization fixed layer, and the same cross-sectional area as that of the magnetization fixed layer. It becomes possible to improve the magnetic stability as compared with the bias magnetic field application unit.
前記目的を達成する磁気抵抗効果素子において、バイアス磁界印加部は、磁化固定層の磁化方向と平行方向に形状異方性を有することを特徴とする。 In the magnetoresistive effect element that achieves the above object, the bias magnetic field application unit has shape anisotropy in a direction parallel to the magnetization direction of the magnetization fixed layer.
上記特徴の磁気抵抗効果素子によれば、バイアス磁界印加部に形状異方性を持たせることで磁化固定層の断面積と同じ形状の場合よりも、バイアス磁界印加部の一軸磁気異方性を高めることが可能になる。 According to the magnetoresistive element having the above characteristics, the uniaxial magnetic anisotropy of the bias magnetic field application unit can be obtained by providing the bias magnetic field application unit with shape anisotropy, compared with the case where the cross-sectional area of the magnetization fixed layer is the same. It becomes possible to increase.
前記目的を達成する磁気抵抗効果素子において、バイアス磁界印加部は複数の領域から構成されることを特徴とする。 In the magnetoresistive effect element that achieves the above object, the bias magnetic field applying unit is composed of a plurality of regions.
上記特徴の磁気抵抗効果素子によれば、1つの強磁性層で構成されたバイアス磁界印加部で発生する磁界よりも、磁化固定層を囲むように配置された2つ以上の強磁性層で構成されたバイアス磁界印加部から発生する磁界の中に反強磁性層を配置した方が強い磁界を反強磁性層に印加することが出来るため、バイアス磁界印加部が1つの場合よりも強固に反強磁性層の磁界方向を維持することが可能になる。 According to the magnetoresistive effect element having the above characteristics, it is constituted by two or more ferromagnetic layers arranged so as to surround the magnetization fixed layer rather than the magnetic field generated by the bias magnetic field applying unit constituted by one ferromagnetic layer. A stronger magnetic field can be applied to the antiferromagnetic layer when the antiferromagnetic layer is arranged in the magnetic field generated from the biased magnetic field applying unit, and therefore, the antimagnetic layer is more strongly anti-ferromagnetic than the case where there is one bias magnetic field applying unit. The magnetic field direction of the ferromagnetic layer can be maintained.
前記目的を達成する磁気抵抗効果素子を備えた素子パッケージと、基板と、素子パッケージと基板とを接合するはんだとを備えた半導体回路における、磁気抵抗効果素子のバイアス磁界印加部の保持力は、はんだが溶融する温度において、バイアス磁界印加部の最大磁化の半分以上を保持することを特徴とする。 In a semiconductor circuit including an element package including a magnetoresistive effect element that achieves the object, a substrate, and a solder that joins the element package and the substrate, the holding force of the bias magnetic field application unit of the magnetoresistive effect element is: More than half of the maximum magnetization of the bias magnetic field application unit is maintained at a temperature at which the solder melts.
上記特徴の半導体回路によれば、磁気抵抗効果素子に急激な温度上昇が発生しても、バイアバイアス磁界印加部が持つ最大磁束の半分は保持されるため、バイアス磁界印加部の磁界方向は変化せず、磁化固定層の保持力が低下して磁化方向が変化する可能性のある温度下においても、バイアス磁界印加部の磁界が磁化固定層の磁化方向を規定することが可能になる。 According to the semiconductor circuit having the above characteristics, even if a sudden temperature rise occurs in the magnetoresistive effect element, half of the maximum magnetic flux of the via bias magnetic field application unit is retained, so the magnetic field direction of the bias magnetic field application unit changes. In addition, the magnetic field of the bias magnetic field application unit can define the magnetization direction of the magnetization fixed layer even at a temperature at which the coercive force of the magnetization fixed layer is reduced and the magnetization direction may change.
本発明に係る磁気抵抗効果素子によれば、外部磁界強度と角度を変化させることで高周波特性を変化させる磁気抵抗効果素子において、磁気抵抗効果素子に適切な磁界強度と角度を印加できる機能を備え、かつ、リフロー工程などの素子実装工程や磁気抵抗効果素子内部の自己発熱や瞬間的な温度上昇が発生した場合に、磁気抵抗効果素子の磁化固定層の磁化方向が変化するために発生する高周波特性劣化を抑制することが可能な磁気抵抗効果素子およびそれを用いた半導体回路を提供することができる。 According to the magnetoresistive effect element according to the present invention, the magnetoresistive effect element that changes the high-frequency characteristics by changing the external magnetic field strength and angle has a function of applying an appropriate magnetic field strength and angle to the magnetoresistive effect element. In addition, when the element mounting process such as the reflow process, the self-heating inside the magnetoresistive effect element or the instantaneous temperature rise occurs, the high frequency generated due to the change of the magnetization direction of the magnetization fixed layer of the magnetoresistive effect element A magnetoresistive effect element capable of suppressing characteristic deterioration and a semiconductor circuit using the same can be provided.
以下、図面を参照しながら本発明の好適な実施形態について説明する。なお、本発明は以下の実施形態に限定されるものではない。また以下に記載した構成要素には当業者が容易に想定できるもの、実質的に同一のものが含まれる。さらに以下に記載した構成要素は、適宜組み合わせることができる。 Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. In addition, this invention is not limited to the following embodiment. The constituent elements described below include those that can be easily assumed by those skilled in the art and those that are substantially the same. Furthermore, the constituent elements described below can be appropriately combined.
(第1の実施形態)
本発明の第1の実施形態に係る磁気抵抗効果素子の構成について図1を用いて説明する。
(First embodiment)
The configuration of the magnetoresistive effect element according to the first embodiment of the present invention will be described with reference to FIG.
図1では、磁気抵抗効果素子101は下部電極2上にバッファー層(図示せず)、バイアス磁界印加部14、反強磁性層13、磁化固定層12、非磁性スペーサ層11、磁化自由層10、キャップ層(図示せず)、上部電極1がこの順に積層されており、磁化固定層12は、非磁性スペーサ層11に対向する面17と反強磁性層13に対向する面18を有しており、バイアス磁界印加部14は、磁化固定層12が反強磁性層13と対向する面18を含む平面19に対して、磁化自由層10とは反対側に位置している。
In FIG. 1, the
磁気抵抗効果素子101の周囲に磁界印加手段16がある。磁界印加手段16は磁化自由層全体に均一な一様磁界を印加する構造を備えている。磁界印加手段16は永久磁石や電磁石などで構成される。複数の磁界印加手段16を設けて磁気抵抗効果素子101に磁界を加えることで、360度での磁界印加が可能になる。
There is a magnetic field applying means 16 around the
下部電極2と上部電極1の間に積層される膜は上下の順番が逆になることも考えられ、その場合、磁気抵抗効果素子101は、下部電極2上にキャップ層、磁化自由層10、非磁性スペーサ層11、磁化固定層12、反強磁性層13、バイアス磁界印加部14、バッファー層、上部電極1の順番に積層され、バイアス磁界印加部14は磁化固定層12が反強磁性層13と対向する面18を含む平面19に対して、磁化自由層10とは反対側に位置している。
It is also conceivable that the film stacked between the
磁気抵抗効果素子101の周囲は絶縁層15でおおわれており、磁気抵抗効果素子101の積層方向、すなわち上部電極1と下部電極2の方向に電流が流れる。このとき、非磁性スペーサ層11の厚さが数Å〜数nmと非常に薄いため、非磁性スペーサ層11にはトンネル電流が流れる。磁界印加手段16の磁界強度と磁界角度により磁化自由層10の磁化方向は変化するが、磁化固定層12の磁化方向は変化しない。
The periphery of the
磁界印加手段16の磁界強度と角度を変化させることで磁化自由層10の磁化方向が変化し、その結果磁化自由層10と磁化固定層12のなす角が変化する。磁化自由層10の磁化方向と磁化固定層12の磁化方向が互いに平行に近いときは、トンネル確率が高くなり、電気抵抗が小さくなる。また、磁化自由層10の磁化方向と磁化固定層12の磁化方向が互いに反平行に近いときにはトンネル確率が低く、電気抵抗が大きくなる。
By changing the magnetic field strength and angle of the magnetic field applying means 16, the magnetization direction of the magnetization
磁気抵抗効果素子101における磁化固定層12は、強磁性体の単層構造で構成される以外にも、非磁性スペーサ層を挟んだ積層膜になっている場合もあり、積層された強磁性層の第1の強磁性層12aと第2の強磁性層12bがRKKY結合により強力に磁気結合され、強磁性層12aと12bの磁化方向は互いに逆の方向となる。
The magnetization fixed
磁化固定層12の第2の面18と対向する位置に配置される反強磁性層13は磁化固定層12の磁界強度をより強力にするために存在し、磁化固定層12bと反強磁性層13が対向する面で交換結合している。
The
ここで、反強磁性層13は磁化固定層12の磁化方向を決定づけるのに影響は及ぼすが反強磁性層13全体としては磁化がゼロのため、磁化自由層との磁化のなす各を形成する磁化固定層としての機能は果たさない。
Here, although the
次に、磁気抵抗効果素子101の各層について説明を行う。
Next, each layer of the
下部電極2の下には基板があり(図示せず)、平滑面を有するシリコン基板を準備する。このシリコン基板は、外径150mmで、厚みが2mm程度であり、市販品として購入することができる。基板は、例えばアルティック(Al2O3・TiC)、ガラス(SiOx)、又はカーボン(C)などの材料により構成されてもよい。また、基板として基板表面があらかじめ熱酸化されたシリコン基板またはガラス基板を用いることもできる。また、基板表面に絶縁層を形成してもよい。前記絶縁層は、後述する下部電極2から電流が基板1に流れ込むことにより、基板1と下部電極2との間にキャパシタ成分が発生し、高周波の伝送損失が生じることを防ぐように機能する。前記絶縁層としては、例えばスパッタ法、IBD(イオンビームデポジション)法等により酸化アルミニウム(Al2O3)又は酸化ケイ素(SiO2)などの非磁性絶縁材料により構成される。その厚さは、0.05μm〜10μm程度とすることが好ましい。
There is a substrate under the lower electrode 2 (not shown), and a silicon substrate having a smooth surface is prepared. This silicon substrate has an outer diameter of 150 mm and a thickness of about 2 mm, and can be purchased as a commercial product. The substrate may be made of a material such as Altic (Al 2 O 3 .TiC), glass (SiO x ), or carbon (C). Further, a silicon substrate or a glass substrate whose substrate surface has been thermally oxidized in advance can be used as the substrate. An insulating layer may be formed on the substrate surface. The insulating layer functions to prevent a capacitor component from being generated between the
下部電極2は、後述する上部電極1と一対の電極としての役目を備えている。つまり、電流を素子に対して、素子を構成する各層の面と交差する方向、例えば、素子を構成する各層の面に対して垂直な方向(積層方向)に流すための一対の電極としての機能を有している。
The
下部電極2、上部電極1の構成として、例えばスパッタ法、IBD法等によりTa、Cu、Au、AuCu、Ru、の単組成、もしくは前記材料のいずれか2種以上の組成から構成される膜で構成される。下部電極2および上部電極1の膜厚は、0.05μm〜5μm程度とすることが好ましい。
The structure of the
バッファー層、反強磁性層13、磁化固定層12、非磁性スペーサ層11、磁化自由層10、キャップ層は、例えばスパッタ成膜装置を用いて成膜する。
The buffer layer, the
バッファー層は、下部電極2の結晶性を遮断することと、反強磁性層13の配向・粒径を制御するための層であり、特に反強磁性層13と磁化固定層12との交換結合を良好にするために設けられており、例えばTaとNiCrとの膜やTaとRuとの積層膜や合金膜が好ましい。バッファー層の膜厚は、例えば2nm〜6nm程度とすることが好ましい。
The buffer layer is a layer for blocking the crystallinity of the
反強磁性層13は、磁化固定層12との交換結合により、磁化固定層12に一方向磁気異方性を付与することを目的とした層である。
The
反強磁性層13は、例えば、Pt、Ru、Rh、Pd、Ni、Cu、Ir、CrおよびFeのグループの中から選ばれた少なくとも1種からなる元素と、Mnとを含む反強磁性材料から構成される。Mnの含有量は35at%〜95at%とすることが好ましい。反強磁性材料の中には、熱処理しなくても反強磁性を示して強磁性材料との間で交換結合を誘起する非熱処理系反強磁性材料と、熱処理により反強磁性を示すようになる熱処理系反強磁性材料とがある。本実施形態においては、前記いずれのタイプを用いても良い。非熱処理系反強磁性材料としては、RuRhMn、FeMn、IrMn等で構成される合金が例示できる。熱処理系反強磁性材料としては、PtMn、NiMn、PtRhMn等で構成される合金が例示できる。尚、非熱処理系反強磁性材料においても交換結合の方向をそろえるために、通常、熱処理を行っている。反強磁性層13の膜厚は、4nm〜30nm程度とすることが好ましい。
The
磁化固定層12は、磁化固定層12の磁界強度をより強くするピンニング作用を果たす反強磁性層13の上に形成されている。磁化固定層12は、反強磁性層13に近い側から、第2の強磁性層12b、非磁性中間層(図示せず)、および第1の強磁性層12aが順次積層された構成、すなわちシンセティックピンド層を構成している。
The magnetization pinned
第1の強磁性層12aおよび第2の強磁性層12bは、例えばCoやFeを含む強磁性材料からなる強磁性層を有して構成される。第1の強磁性層12aおよび第2の強磁性層12bは、反強磁性的に結合し、互いの磁化の方向が逆方向になるように固定されている。
The first
第1の強磁性層12aおよび第2の強磁性層12bは、例えば、CoFe合金、組成の異なるCoFe合金の積層構造、およびCoFeB合金とCoFe合金との積層構造とすることが好ましい。第2の強磁性層12bの膜厚は1nm〜7nm、第1の強磁性層12aの膜厚は2nm〜10nm程度とすることが好ましい。第1の強磁性層12aには、ホイスラー合金を含んでも良い。
It is preferable that the first
磁化固定層12の磁化方向を決定するアニール処理を行うには、反強磁性層13のIr、Mn合金が共有結合をなくすブロッキング温度程度まで上げる必要があり、その温度は約200℃から260℃である。
In order to perform the annealing process for determining the magnetization direction of the magnetization fixed
反強磁性層13のブロッキング温度になると磁気モーメントが熱的に激しく揺らいで一軸異方性が消失するため、外部磁界の影響により磁化方向が変化しやすくなり、その後冷却された時に反強磁性層13の強磁性結合が弱くなる。反強磁性層13に対向する第2の強磁性層12bは反強磁性層13との交換結合が弱くなるため磁化固定層12の強度は弱くなる。
When the blocking temperature of the
磁化固定層12の間に挟まれる非磁性中間層は、例えば、Ru、Rh、Ir、Re、Cr、Zr、Cuのグループから選ばれた少なくとも1種を含む非磁性材料から構成される。非磁性中間層の膜厚は、例えば0.35nm〜1.0nm程度とされる。非磁性中間層は、第1の強磁性層12aの磁化と第2の強磁性層12bの磁化とを互いに逆方向に固定するために設けられている。「磁化が互いに逆方向」というのは、これらの2つの磁化が互いに180°異なる場合のみに狭く限定解釈されることなく、180°±20°異なる場合をも含む広い概念である。
The nonmagnetic intermediate layer sandwiched between the magnetization fixed
非磁性スペーサ層11は、磁化固定層12の磁化と磁化自由層11の磁化を相互作用させて磁気抵抗効果を得るための層である。
The
非磁性スペーサ層11としては、絶縁体、半導体、導体が挙げられる。
Examples of the
非磁性スペーサ層11として絶縁体を適用する場合、Al2O3や酸化マグネシウムが挙げられる。酸化マグネシウムは、均一に形成された単結晶構造のMgO(001)が好ましく、非磁性スペーサ層11と磁化自由層10との間にはコヒーレントトンネル効果が期待できるように調整することで高い磁気抵抗変化率が得られることでより好ましい。絶縁体の膜厚は、0.5nm〜2.0nm程度とすることが好ましい。
In the case of applying an insulator as the
非磁性スペーサ層11として半導体を適用する場合、磁化固定層12側から第1の非磁性金属層、半導体酸化物層、第2の非磁性金属層が順次積層された構成が好ましい。第1の非磁性金属層としては、例えばCu、Znが挙げられる。第1の非磁性金属層の膜厚は0.1nm〜1.2nm程度とすることが好ましい。半導体酸化物層としては、例えば酸化亜鉛(ZnO)、酸化インジウム(In2O3)、酸化錫(SnO2)、酸化インジウム錫(ITO:Indium Tin Oxide)、GaOまたはGa2O3などのような酸化ガリウム合金が挙げられる。半導体酸化物層の膜厚は1.0nm〜4.0nm程度とすることが好ましい。第2の非磁性金属層としては、Zn、ZnとGaとの合金、ZnとGaOとの膜、Cu、CuとGaと合金が挙げられる。第2の非磁性金属層の膜厚は0.1nm〜1.2nm程度とすることが好ましい。
When a semiconductor is applied as the
非磁性スペーサ層11として導体を適用する場合、Cu、Agが挙げられる。導体の膜厚は1nm〜4nm程度とすることが好ましい。
When a conductor is applied as the
磁化自由層10は、外部磁界もしくはスピン偏極電子によって磁化の向きが変化する層である。
The magnetization
磁化自由層10は、膜面内方向に磁化容易軸を有する材料を選定する場合、例えば、CoFe、CoFeB、CoFeSi、CoMnGe、CoMnSi、CoMnAl等からなる厚さ1nm〜10nm程度の膜により構成される。前記膜に、磁歪調整層として例えばNiFe等からなる厚さ1nm〜9nm程度の軟磁性膜を付加してもよい。
When selecting a material having an easy axis in the in-plane direction, the magnetization
磁化自由層10は、膜面垂直方向に磁化容易軸を有する材料を選定する場合、例えば、Co、Co/非磁性スペーサ層積層膜、CoCr系合金、Co多層膜、CoCrPt系合金、FePt系合金、希土類を含むSmCo系合金、TbFeCo合金、ホイスラー合金により構成される。
In the case of selecting a material having an easy axis in the direction perpendicular to the film surface, the magnetization
また、磁化自由層10の積層構造と非磁性スペーサ層11との間に、高スピン分極材料を挿入しても良い。これによって、高い磁気抵抗変化率を得ることが可能となる。
Further, a high spin polarization material may be inserted between the laminated structure of the magnetization
高スピン分極材料としては、CoFe合金、CoFeB合金が挙げられる。CoFe合金、CoFeB合金、いずれの膜厚も0.2nm以上1nm以下とすることが好ましい。 Examples of the high spin polarization material include a CoFe alloy and a CoFeB alloy. The thickness of each of the CoFe alloy and the CoFeB alloy is preferably 0.2 nm or more and 1 nm or less.
また、磁化自由層10の成膜時に膜面垂直方向に一定磁界を印加することにより誘導磁気異方性を導入しても良い。
Further, induced magnetic anisotropy may be introduced by applying a constant magnetic field in the direction perpendicular to the film surface when the magnetization
キャップ層は、酸化・エッチングなどから磁化自由層10を保護する目的の層である。例えば、Ru、Ta、RuとTaの積層膜とすることが好ましく、膜厚は2nm〜10nm程度とすることが好ましい。
The cap layer is a layer intended to protect the magnetization
キャップ層成膜後、磁化固定層12の磁化固着のためのアニール処理を行う。アニール処理は、真空度1.0×10−3Pa以下のもと、温度は250℃〜300℃、時間は1時間〜5時間、印加磁界は3kOe〜10kOeで行うことが好ましい。
After the cap layer is formed, an annealing process for fixing the magnetization of the magnetization fixed
アニール後、周知のフォトレジストパターニング、イオンビームエッチング等を行い、磁気抵抗効果素子100の上から見た形状を、円形、楕円形、長方形などにパターニングする。寸法は、150nm以下とすることが好ましい。 After annealing, well-known photoresist patterning, ion beam etching, and the like are performed, and the shape of the magnetoresistive effect element 100 viewed from above is patterned into a circle, an ellipse, a rectangle, and the like. The dimension is preferably 150 nm or less.
バイアス磁界印加部14はCoやFeを含む強磁性材料で構成される。バイアス磁界印加部14はCoFe合金、組成の異なるCoFe合金の積層構造、およびCoFeB合金とCoFe合金との積層構造とすることが好ましく、バイアス磁界印加領域全体として強磁性体となる。。バイアス磁界印加部14の膜厚は1nm〜50nm程度とすることが好ましい。バイアス磁界印加部14は、ホイスラー合金を含んでいても良い。
The bias magnetic
バイアス磁界印加部14から発生する磁界と反強磁性層13の対向する面は交換結合により磁化方向が決定され、反強磁性層13と磁化固定層12の第2の強磁性膜12bの対向する面18が交換結合し、第2の強磁性膜12bは第1の強磁性膜12aとRKKY結合により磁化方向が決定される。
The magnetization direction of the opposing surface of the magnetic field generated from the bias magnetic
またバイアス磁界印加部が非磁性スペーサ層を挟んだ積層膜になっている場合には、積層された強磁性層同士がRKKY結合により単層構造の場合よりも強い磁界を発生することができる。 Further, when the bias magnetic field applying part is a laminated film with the nonmagnetic spacer layer sandwiched between them, the laminated ferromagnetic layers can generate a stronger magnetic field than in the case of a single layer structure due to RKKY coupling.
強磁性体を有する積層体で構成されているバイアス磁界印加部14は、磁化固定層12が反強磁性層13と対向する面18を含む平面19に対して磁化自由層10とは反対側に位置しており、バイアス磁界印加部14と磁化自由層10とは距離が離れているため、バイアス磁界印加部14が発生する磁界は、磁化自由層10に印加される割合よりも反強磁性層13に優先的に印可される割合が大きく、実質的には磁化自由層10はバイアス磁界印加部14の影響を受けない。
The bias magnetic
(第2の実施形態)
本発明の第2の実施形態に係る磁気抵抗効果素子の構成について図2を用いて説明する。
(Second Embodiment)
The configuration of the magnetoresistive effect element according to the second embodiment of the present invention will be described with reference to FIG.
第1の実施形態で示した磁気抵抗効果素子101の構造を、図2に示す磁気抵抗効果素子102に示すように、磁気抵抗効果素子102の積層方向に直交するバイアス磁界印加部14の断面14aの断面積の最小値が、磁気抵抗効果素子102の積層方向に直交する磁化固定層12の断面12cの断面積の最小値より大きくなるように形成する。ここで磁気抵抗効果素子101に示した上部電極1は図示していない。
As shown in the
バイアス磁界印加部14の断面14aを大きくすることで、面内磁気異方性が向上し、バイアス磁界印加部14の保持力を高めることが可能になるため、実施形態1で示す磁気抵抗効果素子101の形状の場合よりも、磁気抵抗効果素子102を含む素子パッケージを基板に実装するリフロー工程や、素子内部の自己発熱や瞬間的な温度上昇が発生した場合に、磁化固定層12の磁化方向をバイアス磁界印加部14によって維持することが可能になる。
Since the in-plane magnetic anisotropy is improved by increasing the
また、バイアス磁界印加部14の断面14aに外接する長方形はバイアス磁界印加部14の断面14aの磁化方向と平行な辺を有しており、その長方形の長辺の長さが、磁気抵抗効果素子101の磁化固定層12の断面12cの中で取り得る最長の対角線よりも長くなっており、バイアス磁界印加部14の断面14aに外接する長方形の短辺は、磁化固定層12の磁化方向と平行で断面12cに外接する長方形の短辺よりも長くなっている。
The rectangle circumscribing the
望ましくはバイアス磁界印加部14の断面14aに外接する長方形の長辺方向が、磁化固定層12の磁化方向と平行になる、すなわちバイアス磁界印加部14の磁化方向と磁化固定層12の磁化方向が平行となる関係において、バイアス磁界印加部14に外接する長方形の長辺方向に形状異方性を持ったバイアス磁界印加部14の断面14aを設定する。
Desirably, the long side direction of the rectangle circumscribing the
バイアス磁界印加部14に形状異方性を付与することで、バイアス磁界印加部14の断面積を大きくすることによる保持力増加の効果をさらに高めることが可能になる。
By imparting shape anisotropy to the bias magnetic
第2の実施形態で示したバイアス磁界印加部14の断面14aの形状は、多角形、楕円、円、不定形など任意の形状を取ることが可能である。
The shape of the
(第3の実施形態)
本発明の第3の実施形態に係る磁気抵抗効果素子の構成について図3を用いて説明する。
(Third embodiment)
A configuration of a magnetoresistive element according to the third embodiment of the present invention will be described with reference to FIG.
第1の実施形態に示した磁気抵抗効果素子103の構造は、図3に示す磁気抵抗効果素子103のようにバイアス磁界印加部14が強磁性体を有する積層体で構成され、バイアス磁界印加部14は第1の実施形態や第2の実施形態で示した磁気抵抗効果素子101、102の構造とは異なり、磁化固定層12の周囲に強磁性膜で構成されたバイアス磁界印加部が2カ所以上配置されている。
The
第1の実施形態、および第2の実施形態で用いられた強磁性体を有する積層体で構成されたバイアス磁界印加部14は、磁気抵抗効果素子の積層方向に対して直角方向、すなわちバイアス磁界印加部14の端面から磁界が発生し、反対の端面に戻る磁界分布をしている。バイアス磁界印加部14の端面から発生した磁界が反強磁性層13に印加され磁化方向が決定される。バイアス磁界印加部14の磁界は面内部分よりも端面部分が最も強くなるため、第1の実施形態や第2の実施形態のように、バイアス磁界印加部14と反強磁性層13が対向する構造ではバイアス磁界印加部14の最大磁界を反強磁性層13に印加することが出来ない。
The bias magnetic
そこで、図4に示すようにバイアス磁界印加部14を複数個に分割し、一方向の磁界が反強磁性層13に印加されるようにバイアス磁界印加部14を配置することで、片方のバイアス磁界印加部14の端面から出た磁界が、他方のバイアス磁界印加部14の端面に入り、その間に反強磁性層13を配置する構造となるため、第1の実施形態、および第2の実施形態で示したバイアス磁界印加部14が反強磁性層13に磁界を印加する場合よりも強い磁界を印加する事が可能になる。
Therefore, as shown in FIG. 4, the bias magnetic
バイアス磁界印加部14を複数個に分割する際には、バイアス磁界印加部14は磁化固定層12が反強磁性層13と対向する第2の面18を含む平面19に対して、磁化自由層10とは反対側に位置しているため、磁化自由層10とは反対側にある反強磁性層13の面には下部電極2か磁界印可部であるバイアス磁界印加部14のいずれかが配置される。
When the bias magnetic
磁化自由層10とは反対側にある反強磁性層13の面に磁界印可部であるバイアス磁界印加部14が配置される場合には、バイアス磁界印加部14は反強磁性層13を囲むように配置される閉磁気回路構造となり、バイアス磁界印加部14の外側には磁界が漏れにくくなるため、磁化自由層10に制御磁界以外の余分な磁界を加えることがなくなり、磁気抵抗効果素子101の高周波特性最大限に引き出すことが可能になる。
When the bias magnetic
(第4の実施形態)
本発明の第4の実施形態に係る磁気抵抗効果素子の構成について図5を用いて説明する。
(Fourth embodiment)
A configuration of a magnetoresistive effect element according to the fourth embodiment of the present invention will be described with reference to FIG.
実施形態1から3で示した磁気抵抗効果素子を実際の携帯機器などで使用するためには、図5で示すように回路基板上に形成された回路パターンに合わせて搭載された半導体部品やロジックIC、受動部品などを組み合わせた半導体回路38の形態にする必要がある。
In order to use the magnetoresistive effect element shown in the first to third embodiments in an actual portable device or the like, as shown in FIG. 5, a semiconductor component or logic mounted according to the circuit pattern formed on the circuit board is used. The
図5に示す半導体回路38を作製するため、磁気抵抗効果素子36をリードフレーム34上に銀ペーストやUV樹脂、熱硬化性樹脂などで固定し、金やアルミの細線35を用いてワイヤボンディングなどでリードフレームと電気的に接続された後に、半導体封止材などの絶縁樹脂材料(図示せず)で封止した素子パッケージ33を、ガラスエポキシやセラミックで構成された基板30上にある回路パターン31の接合箇所とはんだ32で接合する実装工程、すなわちリフロー工程がある。
In order to produce the
リフロー工程では、図5に示す基板30上にある回路パターン31の接合箇所にメタルマスクを用いてクリーム状のはんだ32を塗布し、その上に素子パッケージ33などの部品を表面実装してから基板全体に熱を加えてはんだ32を溶かして回路パターンと部品を接合し、最終形態である半導体回路38を作製する。
In the reflow process, cream-
リフロー方式の一例として、基板30上の部品の接合する予定部分にメタルマスクを用いてクリームはんだ32を塗布した後、クリームはんだが塗布された部分に素子パッケージ33などの部品をチップマウンターなどで表面実装する。その後、部品への急激な熱衝撃の緩和するため基板30をベルトコンベヤでリフロー炉37の中に移動させ、プリヒート工程としてリフロー炉37の中で部品が表面実装された基板30を150℃から170℃程度で加熱し、その後に本加熱を実施する。本加熱ではんだ32が溶け、部品端子と回路パターンが接合される200℃から260℃まで10秒程度、短時間高温を維持する。はんだ32の成分組成により溶融温度が異なるが、鉛フリーはんだの場合にはより高温にする必要がある。本加熱後は冷却工程を経て基板実装が完了し半導体回路38が完成する。
As an example of the reflow method, after applying
磁気抵抗効果素子を基板に実装するリフロー工程や、素子内部の自己発熱や瞬間的な温度上昇が発生した場合、アニール処理時に設定する温度に近い温度が磁気抵抗効果素子にかかるため、磁化固定層12の保持力が低下し、アニール処理で固着させた磁化方向が変化してしまう可能性がある。 When the magnetoresistive effect element is mounted on the substrate, or when self-heating inside the element or an instantaneous temperature rise occurs, the magnetoresistive effect element is exposed to a temperature close to the temperature set during the annealing process. 12 may be reduced, and the magnetization direction fixed by the annealing process may change.
しかし、バイアス磁界印加部14はリフロー工程や温度上昇が発生した場合でも常に一定方向の磁化方向を維持することが可能で、磁化固定層12の保持力が低下して固着した磁化方向が変化してもバイアス磁界印加部14の磁界方向に影響を受けて、元の磁化固定層12の磁化方向を維持することが可能である。
However, the bias magnetic
バイアス磁界印加部14がリフロー工程や温度上昇が発生した場合でも常に一定方向の磁化方向を維持するための具体的方法として、バイアス磁界印加部14の一軸異方性を高めるため膜厚を厚くすることが考えられる。バイアス磁界印加部14の膜厚を厚くすることでバイアス磁界印加部14内部の磁気異方性を高めることが可能になる。
As a specific method for always maintaining a constant magnetization direction even when the bias magnetic
また、バイアス磁界印加部14が強磁性材料で構成されている場合、図6に示すような温度Tと磁化量Hの関係図において、バイアス磁界印加部14の温度特性20を磁化固定層12の温度特性22より高い材料にすることにより、リフロー工程で磁化固定層12の保持力が消失する温度Tmにおいて、バイアス磁界印加部14の磁化量Hmが最大磁化量Hmaxの半分以上を維持することが出来る材料を選択することで磁化固定層12の磁化方向を維持することが可能である。
Further, when the bias magnetic
本発明による磁気抵抗効果素子を用いることで、素子を基板に実装する際や、素子内部の自己発熱や瞬間的な温度上昇が発生した場合にも磁気抵抗効果素子の高周波特性劣化を抑えることが可能な素子構造およびそれを用いた半導体回路を提供することが可能になる。 By using the magnetoresistive effect element according to the present invention, it is possible to suppress deterioration of the high frequency characteristics of the magnetoresistive effect element even when the element is mounted on a substrate, or when self-heating inside the element or an instantaneous temperature rise occurs. It becomes possible to provide a possible element structure and a semiconductor circuit using the element structure.
101、102、103 ・・・ 磁気抵抗効果素子
01 ・・・ 上部電極
02 ・・・ 下部電極
10 ・・・ 磁化自由層
11 ・・・ 非磁性スペーサ層
12 ・・・ 磁化固定層
12a ・・・ 第1の強磁性層
12b ・・・ 第2の強磁性層
12c ・・・ 磁化固定層12の断面
13 ・・・ 反強磁性層
14 ・・・ バイアス磁界印加部
14a ・・・ バイアス磁界印加部14の断面
15 ・・・ 絶縁層
16 ・・・ 磁界印加手段
17 ・・・ 磁化固定層12の第1の面
18 ・・・ 磁化固定層12の第2の面
19 ・・・ 磁化固定層12の第2の面18を含む平面
20 ・・・ バイアス磁界印加部(強磁性膜)の温度特性
23 ・・・ はんだが溶解する温度
30 ・・・ 基板
31 ・・・ 回路パターン
32 ・・・ はんだ
33 ・・・ 素子パッケージ
34 ・・・ リードフレーム
35 ・・・ ワイヤ
36 ・・・ 磁気抵抗効果素子
37 ・・・ フロー炉
38 ・・・ 半導体回路
101, 102, 103 ... magnetoresistive effect element 01 ... upper electrode 02 ...
Claims (5)
磁化の方向が固定された前記磁化固定層にバイアス磁界を印加するバイアス磁界印加部を備えた磁気抵抗効果素子であって、
前記磁化固定層は前記非磁性スペーサ層に対向する第1の面と、前記第1の面と反対側の第2の面を有し、
前記反強磁性層を有する積層体は前記磁化固定層の第2の面と対向し、
前記バイアス磁界印加部全体が前記磁化固定層の第2の面を含む平面に対して前記磁化自由層と反対側に存在し、バイアス磁界印加部は強磁性体であることを特徴とする磁気抵抗効果素子。 A magnetization free layer whose magnetization direction changes according to an external magnetic field, a magnetization fixed layer whose magnetization direction is fixed, a nonmagnetic spacer layer disposed between the magnetization free layer and the magnetization fixed layer, A laminate having an antiferromagnetic layer, and a magnetic field applying means for applying a magnetic field to the magnetization free layer;
A magnetoresistive effect element including a bias magnetic field application unit that applies a bias magnetic field to the magnetization fixed layer in which the magnetization direction is fixed,
The magnetization fixed layer has a first surface facing the nonmagnetic spacer layer, and a second surface opposite to the first surface,
The laminated body having the antiferromagnetic layer is opposed to the second surface of the magnetization fixed layer,
The magnetoresistive device characterized in that the entire bias magnetic field applying unit is on the opposite side of the magnetization free layer with respect to a plane including the second surface of the magnetization fixed layer, and the bias magnetic field applying unit is a ferromagnetic material. Effect element.
前記磁気抵抗効果素子の前記バイアス磁界印加部の保磁力は、前記はんだが溶融する温度において、前記バイアス磁界印加部の最大磁化の半分以上を保持することを特徴とする半導体回路。 An element package including the magnetoresistive effect element according to claim 1, a board, and solder for joining the element package and the board,
The semiconductor circuit according to claim 1, wherein a coercive force of the bias magnetic field application unit of the magnetoresistive effect element retains at least half of a maximum magnetization of the bias magnetic field application unit at a temperature at which the solder melts.
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