JP2018195791A - Magnetic element, magnetic storage device, and oscillation device - Google Patents
Magnetic element, magnetic storage device, and oscillation device Download PDFInfo
- Publication number
- JP2018195791A JP2018195791A JP2017101198A JP2017101198A JP2018195791A JP 2018195791 A JP2018195791 A JP 2018195791A JP 2017101198 A JP2017101198 A JP 2017101198A JP 2017101198 A JP2017101198 A JP 2017101198A JP 2018195791 A JP2018195791 A JP 2018195791A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- layer
- magnetic field
- state
- region
- magnetic
- 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.)
- Pending
Links
Images
Landscapes
- Hall/Mr Elements (AREA)
- Mram Or Spin Memory Techniques (AREA)
- Thin Magnetic Films (AREA)
Abstract
Description
本発明の実施形態は、磁気素子、磁気記憶装置及び発振装置に関する。 Embodiments described herein relate generally to a magnetic element, a magnetic storage device, and an oscillation device.
例えば、2つの磁性層と、その間に設けられた中間層と、を含む磁気素子がある。磁気素子に加わる種々の外力により、2つの磁性層の少なくとも一方の磁化の向きが変化する。これにより、2つの磁性層のそれぞれの磁化の方向の相対的な角度が変化し、磁気素子の電気抵抗が変化する。このような磁気抵抗効果を有する磁気素子は、例えば、磁気記憶装置(例えば、MRAM:Magnetoresistive Random Access Memory)などに応用できる。磁気素子は、例えば、発振装置に応用できる。磁気素子において、特性の向上が望まれる。 For example, there is a magnetic element including two magnetic layers and an intermediate layer provided therebetween. The direction of magnetization of at least one of the two magnetic layers changes due to various external forces applied to the magnetic element. As a result, the relative angles of the magnetization directions of the two magnetic layers change, and the electric resistance of the magnetic element changes. Such a magnetic element having a magnetoresistive effect can be applied to, for example, a magnetic storage device (for example, MRAM: Magnetoresistive Random Access Memory). The magnetic element can be applied to an oscillation device, for example. Improvement of characteristics is desired in the magnetic element.
本発明の実施形態は、特性の向上が可能な磁気素子、磁気記憶装置及び発振装置を提供する。 Embodiments of the present invention provide a magnetic element, a magnetic storage device, and an oscillation device capable of improving characteristics.
本発明の実施形態によれば、磁気素子は、第1層を含む積層体を含む。前記第1層は、Mn及びGaを含む第1領域と、Fe、Co、Ni及びMnからなる群から選択された少なくとも1つを含む第2領域と、前記第1領域と前記第2領域との間に設けられた第3領域と、を含む。前記第3領域は、Fe、Co、Ni及びMnからなる群から選択された少なくとも1つと、Gaと、を含む。 According to the embodiment of the present invention, the magnetic element includes a stacked body including the first layer. The first layer includes a first region including Mn and Ga, a second region including at least one selected from the group consisting of Fe, Co, Ni, and Mn, the first region, and the second region. 3rd area | region provided between these. The third region includes Ga and at least one selected from the group consisting of Fe, Co, Ni, and Mn.
本発明の実施形態によれば、特性の向上が可能な磁気素子、磁気記憶装置及び発振装置が提供できる。 According to the embodiments of the present invention, it is possible to provide a magnetic element, a magnetic storage device, and an oscillation device capable of improving characteristics.
以下に、本発明の各実施の形態について図面を参照しつつ説明する。
図面は模式的または概念的なものであり、各部分の厚さと幅との関係、部分間の大きさの比率などは、必ずしも現実のものと同一とは限らない。同じ部分を表す場合であっても、図面により互いの寸法や比率が異なって表される場合もある。
本願明細書と各図において、既出の図に関して前述したものと同様の要素には同一の符号を付して詳細な説明は適宜省略する。
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.
The drawings are schematic or conceptual, and the relationship between the thickness and width of each part, the size ratio between the parts, and the like are not necessarily the same as actual ones. Even in the case of representing the same part, the dimensions and ratios may be represented differently depending on the drawings.
In the present specification and drawings, the same elements as those described above with reference to the previous drawings are denoted by the same reference numerals, and detailed description thereof is omitted as appropriate.
図1(a)及び図1(b)は、実施形態に係る磁気素子を例示する模式的斜視図である。
図1(a)に示すように、実施形態に係る磁気素子110は、第1層10を含む。この例では、磁気素子110は、第2層20及び中間層30をさらに含む。第1層10、第2層20及び中間層30は、積層体SBに含まれる。
FIG. 1A and FIG. 1B are schematic perspective views illustrating a magnetic element according to the embodiment.
As shown in FIG. 1A, the
第1層10は、第1領域11、第2領域12及び第3領域13を含む。第1領域11は、Mn及びGaを含む。第1領域11は、例えば、MnGa膜である。第2領域12は、Fe、Co、Ni及びMnからなる群から選択された少なくとも1つを含む。第2領域12は、例えば、Fe膜、Co膜、Ni膜、FeCo膜、FeNi膜、CoNi膜またはFeCoNi膜などである。第2領域12に他の元素が含まれても良い。第3領域13は、第1領域11と第2領域12との間に設けられる。第3領域13は、Fe、Co、Ni及びMnからなる群から選択された少なくとも1つと、Gaと、を含む。例えば、第3領域13は、Co及びGaを含む。第3領域13は、CoGa膜である。例えば、第2領域12は、Fe、Co、Ni及びMnからなる群から選択された少なくとも1つを含み、このとき、第3領域13は、Fe、Co、Ni及びMnからなる群から選択された上記の少なくとも1つと、Gaと、を含んでも良い。
The
第1領域11から第2領域12に向かう方向を第1方向(Z軸方向)とする。
A direction from the
第1領域11は、例えば、垂直磁化膜である。例えば、第1領域11の磁化のZ軸方向に沿う成分は、第1領域11の磁化の、Z軸方向に対して垂直な方向に沿う成分よりも大きい。
The
第2領域12は、例えば、垂直磁化膜である。例えば、第2領域12の磁化のZ軸方向に沿う成分は、第2領域12の磁化の、Z軸方向に対して垂直な方向に沿う成分よりも大きい。
The
第1領域11の磁化(第1磁化)、及び、第2領域12の磁化(第2磁化)は、第1方向(第1領域11から第2領域12に向かう方向)に沿っている。第1磁化の向きの第1方向に沿う成分は、第2磁化の向きの第1方向に沿う成分と、逆向きである。
The magnetization of the first region 11 (first magnetization) and the magnetization of the second region 12 (second magnetization) are along the first direction (the direction from the
例えば、第1領域11の磁化(第1磁化)、及び、第2領域12の磁化(第2磁化)は、反強磁性的に磁気結合している。 For example, the magnetization of the first region 11 (first magnetization) and the magnetization of the second region 12 (second magnetization) are antiferromagnetically magnetically coupled.
第1領域11と第2領域12との間に、第3領域13(CoGa膜)を設けることで、第1領域11及び第2領域12において、反強磁性的な磁気結合が生じることが分かった。これらの領域の磁化の例については、後述する。第1領域11と第2領域12との間に、第3領域13(CoGa膜)を設けない場合は、反強磁性的な磁気結合は得られない。
It is understood that by providing the third region 13 (CoGa film) between the
第1層10は、例えば、1つの磁性層として機能する。1つの磁性層に設けられる第1領域11及び第2領域12において、反強磁性的な強い磁気結合(層間結合)が得られる。これにより、例えば、反強磁性的な磁気結合が無い場合に比べて、熱安定性が向上する。例えば、温度が上昇すると、MR比が減少する。例えば、第1領域11及び第2領域12において反強磁性的な強い磁気結合が得られることにより、MR比が減少する温度を高く維持することができる。例えば、素子サイズが縮小された場合も、高いMR比が得られる。
For example, the
例えば、実施形態に係る第1層10は、磁気抵抗素子として用いることができる。例えば、第1層10が記憶層(自由層)として用いられた場合、高い熱安定性が得られる。例えば、第1層10を含む積層体SBにおいて、高いMR比が得られる。例えば、漏れ磁界を抑制できる。例えば、第1層10は、参照層として用いられても良い。この場合も、例えば、高い熱安定性が得られる。例えば、高いMR比が得られる。例えば、漏れ磁界が抑制できる。
For example, the
一般に、高い熱安定性を得るために、参照層が厚くされる。しかし、参照層が厚いと漏れ磁界が大きくなる。実施形態においては、薄い第1層10において、高い熱安定性を得つつ、漏れ磁界が抑制できる。
Generally, the reference layer is thickened to obtain high thermal stability. However, if the reference layer is thick, the leakage magnetic field increases. In the embodiment, the thin
実施形態に係る磁気素子は、後述するように、各種の書き込み方式のMRAMに応用できる。実施形態に係る磁気素子は、例えば、スピントルクオシレータ、または、スピントルクダイオードなどに応用できる。 The magnetic element according to the embodiment can be applied to various write-type MRAMs as described later. The magnetic element according to the embodiment can be applied to, for example, a spin torque oscillator or a spin torque diode.
既に説明したように、積層体SBは、第1層10に加えて第2層20及び中間層30をさらに含む。第2層20は、例えば、Fe、Co及びNiからなる群から選択された少なくとも1つを含む。第2層20は、他の元素を含んでも良い。第2層20は、例えば、FeCoB層である。第2層20は、例えば、強磁性層として機能する。
As already described, the stacked body SB further includes the
中間層30は、第1層10と第2層20との間に設けられる。中間層30は、非磁性である。中間層30は、例えば、Mg及びAlからなる群から選択された少なくとも1つと、酸素と、を含む。中間層30は、例えば、NaCl構造(例えばMgOなど)、または、スピネル構造(例えば、MgAl2O4など)を有する。中間層30は、例えば、MgOを含む。中間層30は、例えば、非磁性材料を含む。
The
例えば、第1領域11と第2層20との間に第3領域13が位置する。例えば、第3領域13と第2層20との間に第2領域12が位置する。例えば、第2領域12と第2層20との間に中間層30が位置する。
For example, the
図1(b)に示すように、磁気素子111においては、中間層30は、高酸素濃度領域33及び低酸素濃度領域34を含んでも良い。高酸素濃度領域33は、MgOを含む。低酸素濃度領域34は、高酸素濃度領域33と第1層10との間に設けられる。低酸素濃度領域34は、Mgを含む。低酸素濃度領域34は、例えば、酸素を含まない。または、低酸素濃度領域34における酸素の濃度は、高酸素濃度領域33における酸素の濃度よりも低い。低酸素濃度領域34は、例えば、Mg層である。磁気素子111におけるこれ以外の構成は、磁気素子110の構成と同様である。高酸素濃度領域33と低酸素濃度領域34の境界は、観測されない場合がある。例えば、これらの領域となる膜を形成した後の熱処理などにより、これらの領域が混ざりあう場合があっても良い。
As shown in FIG. 1B, in the
磁気素子110及び111においては、第1導電層41、第2導電層42及び金属層45がさらに設けられている。第1導電層41と第2導電層42との間に第1層10が設けられる。第1層10と第2導電層42との間に中間層30が設けられる。中間層30と第2導電層42との間に第2層20が設けられる。
In the
第1導電層41と中間層30との間に、金属層45が位置する。金属層45と中間層30との間に第1層10が位置する。金属層45は、例えば、Fe、Co及びNiからなる群から選択された少なくとも1つと、Gaと、を含む。金属層45は、例えば、Co及びGaを含む。金属層45は、例えば、CoGa膜である。金属層45は、例えば、下地層として機能する。
The
磁気素子110及び111は、例えば、第1導電層41となる膜、金属層45となる膜、第1層10となる膜、中間層30となる膜、及び、第2層20となる膜、及び、第2導電層42となる膜を含む積層膜を形成し、熱処理を行うことで形成される。第1層10となる膜は、例えば、第1領域11、第3領域13及び第2領域12を形成することで形成される。上記の積層膜は、例えば、スパッタリング法、真空蒸着法、または、化学気相成長法などにより形成できる。
The
この例では、第1配線70aが、第1導電層41と電気的に接続される。第2配線70bが、第2導電層42と電気的に接続される。第1配線70aは、第1層10と電気的に接続される。第2配線70bは、第2層20と電気的に接続される。これらの配線の少なくともいずれかにスイッチ素子などが設けられても良い。
In this example, the
磁気素子110及び111において、例えば、第1導電層41と第2導電層42との間に印加される電圧(電界)、及び、第1導電層41と第2導電層42との間に供給される電流の少なくともいずれかにより、磁気素子110及び111の電気抵抗(積層体SBの電気抵抗)が変化する。電気抵抗の変化は、例えば、第1層10及び第2層20の間の電気抵抗の変化に対応する。電気抵抗の変化は、例えば、第1導電層41及び第2導電層42の間の電気抵抗の変化に対応する。電気抵抗の変化は、例えば、第1配線70a及び第2配線70bの間の電気抵抗の変化に対応する。
In the
この電気抵抗の変化は、例えば、磁気抵抗効果に基づくと考えられる。第1層10の磁化は、第1領域11の磁化と第2領域12の磁化との合成(例えば和)に対応する。例えば、第1層10の磁化は、例えば、第1導電層41と第2導電層42との間に印加される電圧(電界)、及び、第1導電層41と第2導電層42との間に供給される電流の少なくともいずれかにより、変化する。一方、例えば、第2層20の磁化の向きが変化しない。例えば、電圧(電界)または電流の少なくともいずれかにより、第1層10の磁化の向きと、第2層20の磁化の向きと、の間の相対的な角度が変化する。角度の変化に応じて、磁気素子110及び磁気素子111の電気抵抗が変化する。この場合は、第2層20は、参照層として機能する。
This change in electrical resistance is considered to be based on the magnetoresistive effect, for example. The magnetization of the
第2層20が、自由層として機能しても良い。このとき、第1層10も自由層として機能しても良い。第2層20が、自由層として機能し、第1層10が参照層として機能しても良い。
The
第1層10の磁化(第1領域11の第1磁化と第2領域12の第2磁化との合成、または和)の方向と、第2層20の磁化と、の間の角度に応じて、積層体SBの電気抵抗が変化する。積層体SBは、例えば、MR素子として機能する。
Depending on the angle between the direction of the magnetization of the first layer 10 (the combination or sum of the first magnetization of the
以下、磁気素子に関する実験について説明する。 Hereinafter, an experiment relating to a magnetic element will be described.
図2は、磁気素子の試料を例示する模式的断面図である。
図2に示すように、第1試料111aにおいて、基板40sの上に、第1導電層41となるCr膜(厚さは40nm:ナノメートル)が設けられる。基板40sは、MgO(001)基板である。この例では、基板40sの下面に、Ta膜40bが設けられている。
FIG. 2 is a schematic cross-sectional view illustrating a sample of a magnetic element.
As shown in FIG. 2, in the
第1導電層41の上に、金属層45となるCoGa膜(厚さは30nm)が設けられる。第1導電層41の上に、第1層10の第1領域11となるMnGa膜(厚さt1は3nm)が設けられる。第1領域11の上に、第1層10の第3領域13となるCoGa膜(厚さt3は0.4nm)が設けられる。第3領域13の上に、第1層10の第2領域12となるCo膜(厚さt2は0.4nm)が設けられる。
A CoGa film (having a thickness of 30 nm) to be the
第2領域12の上(第1層10の上)に、中間層30の低酸素濃度領域34となるMg膜(厚さは0.4nm)が設けられる。低酸素濃度領域34の上に、中間層30の高酸素濃度領域33となるMgO膜(厚さは2nm)が設けられる。高酸素濃度領域33の上に、第2層20となるCoFeB膜(厚さは1nm)が設けられる。第2層20の上に、Ta膜42a(厚さは3nm)が設けられる。Ta膜42aの上にRu膜42b(厚さは5nm)が設けられる。Ta膜42a及びRu膜42bの積層膜が第2導電層42に対応する。上記の膜は、例えば、スパッタリング法により成膜される。
An Mg film (having a thickness of 0.4 nm) serving as the low
成膜の後、種々の温度における熱処理(アニール処理)が行われ、第1試料111aが完成する。熱処理の温度は250℃であり、熱処理の時間は10分である。第1試料111aについて、外部磁界が印加されたときのMR比が測定される。MR比は、例えば、TMR(Tunnel Magneto Resistance)比である。
After film formation, heat treatment (annealing treatment) at various temperatures is performed to complete the
図3(a)〜図3(d)は、磁気素子の試料の測定結果を例示するグラフ図である。
これらの図は、上記の第1試料111aのMR比の測定結果の例を示している。第1試料111aにおいては上記のように、第2領域12は、Co膜である。
FIG. 3A to FIG. 3D are graphs illustrating measurement results of magnetic element samples.
These drawings show examples of measurement results of the MR ratio of the
図3(a)〜図3(d)の横軸は、積層体SBに加えられる外部磁界Ha(kOe)である。外部磁界Haが正のとき、外部磁界Haは、第1領域11から第2領域12に向かう。外部磁界Haが負のとき、外部磁界Haは、第2領域12から第1領域11に向かう。外部磁界Haは、膜面に対して垂直である。これらの図の縦軸は、MR比MRv(%)である。MR比MRvは、外部磁界Haが90kOeであるときの抵抗(第1抵抗)と、それぞれの外部磁界Haのときの抵抗(第2抵抗)と、の差(絶対値)の、第1抵抗に対する比である。
The horizontal axis in FIGS. 3A to 3D is the external magnetic field Ha (kOe) applied to the stacked body SB. When the external magnetic field Ha is positive, the external magnetic field Ha goes from the
図3(a)及び図3(b)は、負から正に向かって外部磁界Haを変化させたときのMR比MRvに対応する。図3(c)及び図3(d)は、正から負に向かって外部磁界Haを変化させたときのMR比MRvに対応する。図3(b)及び図3(d)は、それぞれ、図3(a)及び図3(c)の特性の一部を拡大して示している。 FIGS. 3A and 3B correspond to the MR ratio MRv when the external magnetic field Ha is changed from negative to positive. 3C and 3D correspond to the MR ratio MRv when the external magnetic field Ha is changed from positive to negative. 3 (b) and 3 (d) show a part of the characteristics of FIGS. 3 (a) and 3 (c) in an enlarged manner, respectively.
図3(a)及び図3(b)に示すように、外部磁界Haが負のときに、外部磁界Haの絶対値を減少させると、MR比MRvが上昇する。そして、外部磁界Haが正のときに、外部磁界Haの絶対値を増大させると、MR比MRvが、一度低下した後に上昇する。そして、さらに外部磁界Haの絶対値を増大させると、MR比MRvが上昇した後、再び低下する。 As shown in FIGS. 3A and 3B, when the external magnetic field Ha is negative and the absolute value of the external magnetic field Ha is decreased, the MR ratio MRv increases. When the absolute value of the external magnetic field Ha is increased when the external magnetic field Ha is positive, the MR ratio MRv increases after decreasing once. When the absolute value of the external magnetic field Ha is further increased, the MR ratio MRv increases and then decreases again.
例えば、図3(a)に例示した第1状態ST1におけるMR比MRvよりも、第2状態ST2におけるMR比MRvの方が高い。図3(a)に例示した第3状態ST3におけるMR比MRvは、第2状態ST2におけるMR比MRvよりも低い。そして、図3(a)に例示した第4状態ST4におけるMR比MRvは、第3状態ST3におけるMR比MRvよりも高い。そして、図3(a)に例示した第5状態ST5におけるMR比MRvは、第4状態ST4におけるMR比MRvよりも低い。例えば、第1状態ST1から第2状態ST2に向けて、MR比MRvは連続的に上昇する。例えば、第4状態ST4から第5状態ST5に向けて、MR比MRvは連続的に減少する。例えば、試料111aにおいては、第2状態ST2に対応する外部磁界Haは、負である。
For example, the MR ratio MRv in the second state ST2 is higher than the MR ratio MRv in the first state ST1 illustrated in FIG. The MR ratio MRv in the third state ST3 illustrated in FIG. 3A is lower than the MR ratio MRv in the second state ST2. The MR ratio MRv in the fourth state ST4 illustrated in FIG. 3A is higher than the MR ratio MRv in the third state ST3. The MR ratio MRv in the fifth state ST5 illustrated in FIG. 3A is lower than the MR ratio MRv in the fourth state ST4. For example, the MR ratio MRv continuously increases from the first state ST1 to the second state ST2. For example, the MR ratio MRv continuously decreases from the fourth state ST4 to the fifth state ST5. For example, in the
図3(c)及び図3(d)に示すように、外部磁界Haが正のときに、外部磁界Haの絶対値を減少させると、MR比MRvが低下する。そして、外部磁界Haが負のときに、外部磁界Haの絶対値を増大させると、MR比MRvが、一度低下した後に上昇する。そして、さらに外部磁界Haの絶対値を増大させると、MR比MRvが上昇した後、再び低下する。 As shown in FIGS. 3C and 3D, when the external magnetic field Ha is positive and the absolute value of the external magnetic field Ha is decreased, the MR ratio MRv is decreased. When the absolute value of the external magnetic field Ha is increased when the external magnetic field Ha is negative, the MR ratio MRv increases after decreasing once. When the absolute value of the external magnetic field Ha is further increased, the MR ratio MRv increases and then decreases again.
すなわち、図3(c)に例示した第6状態ST6におけるMR比MRvは、第5状態ST5におけるMR比MRvよりも高い。そして、図3(c)に例示した第7状態ST7におけるMR比MRvは、第6状態ST6におけるMR比MRvよりも低い。そして、図3(c)に例示した第8状態ST8におけるMR比MRvは、第7状態ST7におけるMR比MRvよりも高い。第8状態ST8におけるMR比MRvは、第1状態ST1におけるMR比MRvよりも高い。例えば、第5状態ST5から第6状態ST6に向けて、MR比MRvは連続的に上昇する。例えば、第8状態ST8から第1状態ST1に向けて、MR比MRvは連続的に減少する。例えば、試料111aにおいては、第6状態ST6に対応する外部磁界Haは、正である。
That is, the MR ratio MRv in the sixth state ST6 illustrated in FIG. 3C is higher than the MR ratio MRv in the fifth state ST5. The MR ratio MRv in the seventh state ST7 illustrated in FIG. 3C is lower than the MR ratio MRv in the sixth state ST6. The MR ratio MRv in the eighth state ST8 illustrated in FIG. 3C is higher than the MR ratio MRv in the seventh state ST7. The MR ratio MRv in the eighth state ST8 is higher than the MR ratio MRv in the first state ST1. For example, the MR ratio MRv continuously increases from the fifth state ST5 to the sixth state ST6. For example, the MR ratio MRv continuously decreases from the eighth state ST8 to the first state ST1. For example, in the
このような特性は、第1層10に設けられた第1領域11と第2領域12とが互いに反強磁性的に結合しているときに生じると考えられる。
Such a characteristic is considered to occur when the
参考例として、上記の第1層10において、第1領域11(MnGa膜)及び第2領域12(Co膜)が設けられ、第3領域13(CoGa膜)が設けられない試料が作製された。参考例の試料においては、反強磁性的結合が弱くなる、または、反強磁性的結合が得られない。参考例の試料においては、例えば、図3(a)に例示した第1状態ST1から第2状態ST2に向けてMR比MRvの傾斜的な上昇が生じず、第4状態ST4から第5状態ST5に向けてMR比MRvの傾斜的な減少が生じない。参考例の試料においては、例えば、図3(c)に例示した第5状態ST5から第6状態ST6に向けてMR比MRvの傾斜的な上昇が生じず、第8状態ST8から第1状態ST1に向けてMR比MRvの傾斜的な減少が生じない。
As a reference example, a sample was prepared in which the first region 11 (MnGa film) and the second region 12 (Co film) were provided in the
一般に、素子の温度が高いと、MR比が低下する。実施形態においては、素子の温度が高い場合においても、MR比の低下が抑制できる。
このように、第1領域11と第2領域12との間に、第3領域13(CoGa膜)を設けることにより、図3(a)及び図3(c)などに例示した特徴的な特性が得られることが分かった。このような特性は、第1領域11と第2領域12とが、互いに強磁性結合するときに得られると考えられる。
In general, when the temperature of the element is high, the MR ratio decreases. In the embodiment, a decrease in MR ratio can be suppressed even when the temperature of the element is high.
As described above, by providing the third region 13 (CoGa film) between the
実施形態に係る磁気素子110(磁気素子111または試料111aなど)においては、図3(a)及び図3(c)などに示したような、以下の特徴的な特性が得られる。
In the magnetic element 110 (the
積層体SBに第1磁界が印加された第1状態ST1から、積層体SBに第2磁界が印加された第2状態ST2に変化させたときに、第1状態ST1における第1電気抵抗は、第2状態ST2における第2電気抵抗よりも高い。第1磁界及び第2磁界は、第2層20から第1層10に向かう向きを有する。第1磁界の絶対値は、第2磁界の絶対値よりも大きい。
When changing from the first state ST1 in which the first magnetic field is applied to the stacked body SB to the second state ST2 in which the second magnetic field is applied to the stacked body SB, the first electrical resistance in the first state ST1 is It is higher than the second electrical resistance in the second state ST2. The first magnetic field and the second magnetic field have a direction from the
第2状態ST2から、積層体SBに第3磁界が印加された第3状態ST3に変化させたときに、第3状態ST3における第3電気抵抗は、第2電気抵抗よりも低い。第3磁界は、第1層10から第2層20に向かう向きを有する。
When the second state ST2 is changed to the third state ST3 in which the third magnetic field is applied to the stacked body SB, the third electrical resistance in the third state ST3 is lower than the second electrical resistance. The third magnetic field has a direction from the
第3状態ST3から、積層体SBに第4磁界が印加された第4状態ST4に変化させたときに、第4状態ST4における第4電気抵抗は、第3電気抵抗よりも高い。第4磁界は、第1層10から第2層20に向かう向きを有する。第4磁界の絶対値は、第3磁界の絶対値よりも大きい。
When the state is changed from the third state ST3 to the fourth state ST4 in which the fourth magnetic field is applied to the stacked body SB, the fourth electrical resistance in the fourth state ST4 is higher than the third electrical resistance. The fourth magnetic field has a direction from the
第4状態ST4から、積層体SBに第5磁界が印加された第5状態ST5に変化させたときに、第5状態ST5における第5電気抵抗は、第4電気抵抗よりも低い。第5磁界は、第1層10から第2層20に向かう向きを有する。第5磁界の絶対値は、第4磁界の絶対値よりも大きい。
When the fourth state ST4 is changed to the fifth state ST5 in which the fifth magnetic field is applied to the stacked body SB, the fifth electrical resistance in the fifth state ST5 is lower than the fourth electrical resistance. The fifth magnetic field has a direction from the
第5状態ST5から、積層体SBに第6磁界が印加された第6状態ST6に変化させたときに、第6状態ST6における第6電気抵抗は、第5電気抵抗よりも高い。第6磁界は、第1層10から第2層20に向かう向きを有する。第6磁界の絶対値は、第5磁界の絶対値よりも小さい。
When the state is changed from the fifth state ST5 to the sixth state ST6 in which the sixth magnetic field is applied to the stacked body SB, the sixth electrical resistance in the sixth state ST6 is higher than the fifth electrical resistance. The sixth magnetic field has a direction from the
第6状態ST6から、積層体SBに第7磁界が印加された第7状態ST7に変化させたときに、第7状態ST7における第7電気抵抗は、第6電気抵抗よりも低い。第7磁界は、第2層20から第1層10に向かう向きを有する。
When the sixth state ST6 is changed to the seventh state ST7 in which the seventh magnetic field is applied to the stacked body SB, the seventh electrical resistance in the seventh state ST7 is lower than the sixth electrical resistance. The seventh magnetic field has a direction from the
第7状態ST7から、積層体SBに第8磁界が印加された第8状態ST8に変化させたときに、第8状態ST8における第8電気抵抗は、第7電気抵抗よりも高い。第8磁界は、第2層20から第1層10に向かう向きを有する。第8磁界の絶対値は、第7磁界の絶対値よりも大きく、第1磁界の絶対値よりも小さい。上記の第1磁界〜第8磁界は、第1状態ST1〜第8状態ST8となるときの、外部磁界Haである。
When the state is changed from the seventh state ST7 to the eighth state ST8 in which the eighth magnetic field is applied to the stacked body SB, the eighth electrical resistance in the eighth state ST8 is higher than the seventh electrical resistance. The eighth magnetic field has a direction from the
上記において、第1〜第8電気抵抗は、例えば、第1層10と第2層20との間の電気抵抗に対応する。第1〜第8電気抵抗は、例えば、第1導電層41と第2導電層42との間の電気抵抗に対応する。第1〜第8電気抵抗は、例えば、第1配線70aと第2配線70bとの間の電気抵抗に対応する。
In the above description, the first to eighth electric resistances correspond to the electric resistance between the
以下、外部磁界Haを変化させたときにおける、MR比の変化、及び、磁化の変化の例について説明する。以下の例における外部磁界Haの強度の最大値は、図3(a)〜図3(d)に関して説明した外部磁界Haの強度の最大値よりも大きい。 Hereinafter, examples of changes in MR ratio and changes in magnetization when the external magnetic field Ha is changed will be described. In the following example, the maximum value of the intensity of the external magnetic field Ha is larger than the maximum value of the intensity of the external magnetic field Ha described with reference to FIGS.
図4(a)及び図4(b)は、実施形態に係る磁気素子の特性、及び、磁化の状態を例示する模式図である。
これらの図は、外部磁界Haの変化に対するMR比の変化、及び、磁化の向きの変化を模式的に示している。図4(a)及び図4(b)の横軸は、積層体SBに外部磁界Ha(kOe)である。外部磁界Haが正のとき、外部磁界Haの向きは、第1領域11から第2領域12に向かう。外部磁界Haが負のとき、外部磁界Haの向きは、第2領域12から第1領域11に向かう。外部磁界Haは、膜面に対して垂直である。これらの図の縦軸は、規格化したMR比MRnである。これらの図には、第1〜第8状態ST1〜ST8のそれぞれにおける磁化の状態が模式的に例示されている。
FIG. 4A and FIG. 4B are schematic views illustrating the characteristics and magnetization states of the magnetic element according to the embodiment.
These drawings schematically show changes in the MR ratio and changes in the direction of magnetization with respect to changes in the external magnetic field Ha. The horizontal axis of FIG. 4A and FIG. 4B is the external magnetic field Ha (kOe) in the stacked body SB. When the external magnetic field Ha is positive, the direction of the external magnetic field Ha is from the
以下の説明では、第1層10から第2層20に向かう方向を便宜的に「上向き」(+Z方向)という。第2層20から第1層10に向かう方向を便宜的に「下向き」(−Z方向)という。第1領域11から第2領域12に向かう方向は、「上向き」に対応する。第2領域12から第1領域11に向かう方向は、「下向き」に対応する。
In the following description, the direction from the
図4(a)に示すように、外部磁界Haが負から正に変化する場合は、以下となる。
第1状態ST1においては、第1領域11の磁化は下向きであり、第2領域12の磁化は、下向きであり、第2層20の磁化は下向きである。このときのMR比MRnは、低い。この例では、MR比MRnは、実質的に0である。
When the external magnetic field Ha changes from negative to positive as shown in FIG.
In the first state ST1, the magnetization of the
第2状態ST2においては、第1領域11の磁化は下向きであり、第2領域12の磁化は、上向きであり、第2層20の磁化は下向きである。このときのMR比は、高い。この例では、MR比MRnは、実質的に1である。
In the second state ST2, the magnetization of the
第3状態ST3においては、第1領域11の磁化は下向きであり、第2領域12の磁化は、上向きであり、第2層20の磁化は上向きである。このときのMR比は、低い。この例では、MR比MRnは、実質的に0である。
In the third state ST3, the magnetization of the
第4状態ST4においては、第1領域11の磁化は上向きであり、第2領域12の磁化は、下向き(傾斜しても良い)であり、第2層20の磁化は上向きである。このときのMR比は、高い。この例では、MR比MRnは、約0.75である。
In the fourth state ST4, the magnetization of the
第5状態ST5においては、第1領域11の磁化は上向きであり、第2領域12の磁化は、上向きであり、第2層20の磁化は上向きである。このときのMR比は、低い。この例では、MR比MRnは、実質的に0である。
In the fifth state ST5, the magnetization of the
図4(b)に示すように、外部磁界Haが正から負に変化する場合は、以下となる。
第6状態ST6においては、第1領域11の磁化は上向きであり、第2領域12の磁化は、下向き(傾斜しても良い)であり、第2層20の磁化は上向きである。このときのMR比MRnは、高い。この例では、MR比MRnは、実質的に1である。
As shown in FIG. 4B, when the external magnetic field Ha changes from positive to negative, the following occurs.
In the sixth state ST6, the magnetization of the
第7状態ST7においては、第1領域11の磁化は上向きであり、第2領域12の磁化は、下向きであり、第2層20の磁化は下向きである。このときのMR比MRnは、低い。この例では、MR比MRnは、実質的に0である。
In the seventh state ST7, the magnetization of the
第8状態ST8においては、第1領域11の磁化は下向きであり、第2領域12の磁化は、上向きであり、第2層20の磁化は下向きである。このときのMR比MRnは、高い。この例では、MR比MRnは、約0.75である。
In the eighth state ST8, the magnetization of the
外部磁界Haが正から負に変化する場合にも、外部磁界Haの絶対値を大きくすると、上記の第1状態ST1が得られる。第1状態ST1においては、第1領域11の磁化は下向きであり、第2領域12の磁化は、下向きであり、第2層20の磁化は下向きである。このときのMR比MRnは、低い。この例では、MR比MRnは、実質的に0である。
Even when the external magnetic field Ha changes from positive to negative, the first state ST1 is obtained by increasing the absolute value of the external magnetic field Ha. In the first state ST1, the magnetization of the
図4(a)及び図4(b)に示すように、外部磁界Haの絶対値が小さいとき(第2状態ST2、第3状態ST3、第7状態ST7及び第8状態ST8など)、第1領域11の磁化の向きは、第2領域12の磁化の向きと、逆である。すなわち、反強磁性的な磁化結合が生じている。
As shown in FIGS. 4A and 4B, when the absolute value of the external magnetic field Ha is small (second state ST2, third state ST3, seventh state ST7, eighth state ST8, etc.), the first The magnetization direction of the
第4状態ST4及び第6状態ST6においても、第1領域11の磁化の向きのZ軸方向に沿う成分は、第2領域12の磁化の向きのZ軸方向に沿う成分と、逆である。このように、第2領域12の磁化の向きが、Z軸方向に対して傾斜している場合も、反強磁性的な磁化結合が生じると考えられる。
Also in the fourth state ST4 and the sixth state ST6, the component along the Z-axis direction of the magnetization direction of the
参考例の試料(第1層10において、第1領域11(MnGa膜)及び第2領域12(例えば、Co膜)が設けられ、第3領域13(例えば、CoGa膜)が設けられない試料)においては、反強磁性的な磁気結合を得るために必要な熱処理の温度が、例えば、300℃以上に高くなる。
Sample of Reference Example (Sample in which the first region 11 (MnGa film) and the second region 12 (for example, Co film) are provided in the
一般に、素子が高温になると、MR比が低下する。実施形態に係る磁気素子110においては、MR比が低下する温度が、上記の参考例におけるMR比が低下する温度よりも高く維持できる。例えば、実施形態に係る磁気素子110におけるMR比が低下する温度と、上記の参考例におけるMR比が低下する温度と、の差は、約50℃である。
In general, when the element becomes high temperature, the MR ratio decreases. In the
実施形態においては、第1領域11と第2領域12との間に第3領域13が設けられる。この第3領域13は、第2領域12に含まれるCoと、第1領域11に含まれるMn及びGaが、互いに拡散して混ざることを抑制すると、考えられる。実施形態においては、第3領域13は、拡散抑制層として機能すると、考えられる。
In the embodiment, the
このように、実施形態においては、第3領域13を設けることにより、反強磁性的な結合が得られる。実施形態においては、熱安定性が向上する。素子の耐熱性が向上する。
Thus, in the embodiment, antiferromagnetic coupling is obtained by providing the
実施形態において、第3領域13を設けることにより、例えば、第1層10における保磁力が増大する。第3領域13を設けることにより、ゼロ磁場付近では、第1領域11(例えばMnGa)の磁化と第2領域12(例えば、Co膜)の磁化とが、例えば、打ち消し合い、小さくなる、またはゼロになる。例えば、漏れ磁束を実質的にゼロにできる。第3領域13を設けることにより、例えば、第1領域11と第2領域12との間において、強い反強磁性層間結合が生じる。反強磁性層間結合した第2領域12の磁化を第1領域11の磁化と平行にするためには、例えば90kOe以上の非常に強い磁場が必要である。このことは、反強磁性結合の強度が非常に大きいことを示している。
In the embodiment, by providing the
図5(a)及び図5(b)は、磁気素子の別の試料の特性の測定結果を例示するグラフ図である。
これらの図は、第2試料111bのMR比の測定結果の例を示している。第2試料111bにおいては、第2領域12が、厚さが0.4nmのFe膜である。これ以外の第2試料111bの条件は、上記の第1試料111aと同じである。
FIG. 5A and FIG. 5B are graphs illustrating measurement results of characteristics of another sample of the magnetic element.
These drawings show examples of measurement results of the MR ratio of the
図5(a)及び図5(b)の横軸は、積層体SBに加えられる外部磁界Ha(kOe)である。外部磁界Haが正のとき、外部磁界Haの向きは、第1領域11から第2領域12に向かう。外部磁界Haが負のとき、外部磁界Haの向きは、第2領域12から第1領域11に向かう。外部磁界Haは、膜面に対して垂直である。これらの図の縦軸は、第1導電層41と第2導電層42との間の電気抵抗R(Ω)である。
The horizontal axis in FIGS. 5A and 5B is the external magnetic field Ha (kOe) applied to the stacked body SB. When the external magnetic field Ha is positive, the direction of the external magnetic field Ha is from the
図5(a)及び図5(b)から分かるように、第2試料111bにおいても、外部磁界Haに対する電気抵抗の変化の特性は、第1試料111aと同様であることが分かった。
As can be seen from FIGS. 5A and 5B, the
第1領域12がFe膜である場合も、第1領域11と第2領域12との間に、第3領域13(CoGa膜)を設けることにより、特徴的な特性が得られることが分かった。このような特性は、第1領域11と第2領域12とが、互いに強磁性結合することに対応すると考えられる。
It was found that even when the
実施形態においては、第1層10に設けられる、磁化が実質的に垂直に向いた2つの領域において、反強磁性的な磁気結合が得られる。これにより、例えば、漏れ磁界を抑制することができる。例えば、第1層10とは別の磁性層(例えば第2層20など)に漏れ磁界が作用することが抑制できる。例えば、高いMR比が得やすくなる。
In the embodiment, antiferromagnetic magnetic coupling is obtained in two regions provided in the
漏れ磁界が抑制されると、例えば、複数の磁気素子が設けられるときに、1つの磁気素子から他の磁気素子に加える漏れ磁界の影響が抑制される。これにより、安定した動作が得やすくなる。 When the leakage magnetic field is suppressed, for example, when a plurality of magnetic elements are provided, the influence of the leakage magnetic field applied from one magnetic element to another magnetic element is suppressed. This makes it easier to obtain a stable operation.
上記の例では、第3領域13は、Co及びGaを含む。実施形態において、第3領域13は、Fe、Co、Ni及びMnからなる群から選択された少なくとも1つと、Gaと、を含んでも良い。既に説明したように、第2領域12は、Fe、Co、Ni及びMnからなる群から選択された少なくとも1つを含む。このとき、第3領域13は、Fe、Co、Ni及びMnからなる群から選択された上記の少なくとも1つと、Gaと、を含んでも良い。
In the above example, the
実施形態において、第3領域13の第1方向(Z軸方向であり、第1領域11から第2領域12に向かう方向)に沿う厚さt3(図2参照)は、例えば、0.1nm以上1.0nm以下である。厚さt3が、0.1nm未満のときは、例えば、強磁性的な結合が生じ易くなる。厚さt3が、1.0nmを超えると、例えば、反強磁性的な結合が弱くなる。
In the embodiment, the thickness t3 (see FIG. 2) along the first direction (the Z-axis direction and the direction from the
第2領域12の第1方向に沿う厚さt2(図2参照)は、例えば、0.1nm以上2.0nm以下である。厚さt2が、0.1nm未満のときは、例えば、第2領域12が不連続となり易く、MR比が低下する。厚さt2が、2.0nmを超えると、例えば、第2領域12の磁化が、面内方向(X−Y平面に沿う方向)に向き易くなる。
A thickness t2 (see FIG. 2) along the first direction of the
第1領域11の第1方向に沿う厚さt1(図2参照)は、例えば、1nm以上5nm以下である。厚さt1が、1nm未満のときは、例えば、垂直磁気異方性が低くなる。厚さt1が、5nmを超えると、例えば、第1層10の磁化反転のための電力が大きくなる。例えば、第1層10を記憶層として用いた場合において、消費電力が大きくなる。第1層10が参照層として用いられる場合がある。この場合において、第1領域11の第1方向に沿う厚さt1は、5nmを超えても良く、例えば、1nm以上10nm以下でもよい。
A thickness t1 (see FIG. 2) along the first direction of the
第3領域13は、例えば、第1領域11及び第2領域12と接する。第2領域12は、例えば、中間層30と接する。
For example, the
第1実施形態に係る磁気素子(磁気素子110または111など)は、例えば、スピントルクオシレータ、または、スピントルクダイオードなどに応用できる。
The magnetic element (such as the
図6(a)及び図6(b)は、実施形態に係る磁気素子の特性を例示するグラフ図である。
これらの図は、実施形態に係る磁気素子112の特性を例示している。磁気素子112においては、第2層20の保磁力は、第1層10(第1領域11、第2領域12及び第3領域13)の保持力よりも大きい。この例では、第2層20は、CoFeB膜(厚さは1nm)と、FePt膜と、を含む。FePt膜と中間層30との間に、CoFeB膜が位置する。FePt膜の厚さは、例えば、1nm以上10nm以下である。磁気素子112のこれ以外の構成は、試料111aと同様である。
FIG. 6A and FIG. 6B are graphs illustrating characteristics of the magnetic element according to the embodiment.
These drawings illustrate characteristics of the
図6(a)及び図6(b)の横軸は、積層体SBに加えられる外部磁界Ha(kOe)である。縦軸は、MR比MRv(任意単位である。図6(a)は、負から正に向かって外部磁界Haを変化させたときのMR比MRvに対応する。図6(b)は、正から負に向かって外部磁界Haを変化させたときのMR比MRvに対応する。 6A and 6B represents the external magnetic field Ha (kOe) applied to the stacked body SB. The vertical axis represents the MR ratio MRv (arbitrary unit. FIG. 6A corresponds to the MR ratio MRv when the external magnetic field Ha is changed from negative to positive. FIG. 6B is positive. This corresponds to the MR ratio MRv when the external magnetic field Ha is changed from negative to negative.
図6(a)及び図6(b)に示すように、磁気素子112においても、試料111aと同様に、第1状態ST1〜第8状態ST8が生じる。磁気素子112においては、第2状態ST2に対応する外部磁界Haは、正であり、第6状態ST6に対応する外部磁界Haは、負である。磁気素子112の特性は、試料111aの特性に類似している。
As shown in FIG. 6A and FIG. 6B, in the
例えば、積層体SBに第1磁界が印加された第1状態ST1から積層体SBに第2磁界が印加された第2状態ST2に変化させたときに、第1状態ST1における第1層10と第2層20との間の第1電気抵抗は、第2状態ST2における第1層10と第2層20との間の第2電気抵抗よりも高い。第1磁界は、第2層20から第1層10に向かう向きを有する。第2磁界は、第1層10から第2層20に向かう向きを有する。
For example, when changing from the first state ST1 in which the first magnetic field is applied to the stacked body SB to the second state ST2 in which the second magnetic field is applied to the stacked body SB, the
第2状態ST2から積層体SBに第3磁界が印加された第3状態ST3に変化させたときに、第3状態ST3における第1層10と第2層20との間の第3電気抵抗は、第2電気抵抗よりも低い。第3磁界は、第1層10から第2層20に向かう向きを有する。第3磁界の絶対値は、第2磁界の絶対値よりも大きい。
When changing from the second state ST2 to the third state ST3 in which the third magnetic field is applied to the stacked body SB, the third electrical resistance between the
第3状態ST3から積層体SBに第4磁界が印加された第4状態ST4に変化させたときに、第4状態ST4における第1層10と第2層20との間の第4電気抵抗は、第3電気抵抗よりも高い。第4磁界は、第1層10から第2層20に向かう向きを有する。第4磁界の絶対値は、第3磁界の絶対値よりも大きい。
When the state is changed from the third state ST3 to the fourth state ST4 in which the fourth magnetic field is applied to the stacked body SB, the fourth electrical resistance between the
第4状態ST4から積層体SBに第5磁界が印加された第5状態ST5に変化させたときに、第5状態ST5における第1層10と第2層20との間の第5電気抵抗は、第4電気抵抗よりも低い。第5磁界は、第1層10から第2層20に向かう向きを有する。第5磁界の絶対値は、第4磁界の絶対値よりも大きい。
When the state is changed from the fourth state ST4 to the fifth state ST5 in which the fifth magnetic field is applied to the stacked body SB, the fifth electrical resistance between the
第5状態ST5から積層体SBに第6磁界が印加された第6状態ST6に変化させたときに、第6状態ST6における第1層10と第2層20との間の第6電気抵抗は、第5電気抵抗よりも高い。第6磁界は、第2層20から第1層10に向かう向きを有する。
When changing from the fifth state ST5 to the sixth state ST6 in which the sixth magnetic field is applied to the stacked body SB, the sixth electric resistance between the
第6状態ST6から積層体SBに第7磁界が印加された第7状態ST7に変化させたときに、第7状態ST7における第1層10と第2層20との間の第7電気抵抗は、第6電気抵抗よりも低い。第7磁界は、第2層20から第1層10に向かう向きを有する。第7磁界の絶対値は、第6磁界の絶対値よりも大きい。
When the state is changed from the sixth state ST6 to the seventh state ST7 in which the seventh magnetic field is applied to the stacked body SB, the seventh electrical resistance between the
第7状態ST7から積層体SBに第8磁界が印加された第8状態ST8に変化させたときに、第8状態ST8における第1層10と第2層20との間の第8電気抵抗は、第7電気抵抗よりも高い。第8磁界は、第2層20から第1層10に向かう向きを有する。第8磁界の絶対値は、第7磁界の絶対値よりも大きく、第1磁界の絶対値よりも小さい。上記の第1磁界〜第8磁界は、第1状態ST1〜第8状態ST8となるときの、外部磁界Haである。
When the state is changed from the seventh state ST7 to the eighth state ST8 in which the eighth magnetic field is applied to the stacked body SB, the eighth electrical resistance between the
磁気素子112において、第2状態ST2に対応する外部磁界Haは、正であり、第6状態ST6に対応する外部磁界Haは、負である。このことは、第2層20の保磁力は、第1層10の保持力よりも大きいことに対応する。例えば、図6(b)の例において、第6状態ST6から第7状態ST7への移行は、第1層10の磁化の反転に対応する。第7状態ST7から第8状態ST8への移行は、第2層20の磁化の反転に対応する。
In the
磁気素子112においては、第2層20は、例えば、参照層として機能することが可能である。第1層1は、例えば、自由層(例えば、記憶層)として機能することが可能である。
In the
(第2実施形態)
第1実施形態に係る磁気素子110及び111は、例えば、磁気記憶装置などに応用できる。以下、実施形態に係る磁気記憶装置の例について説明する。
(Second Embodiment)
The
図7は、第2実施形態に係る磁気記憶装置を例示する模式図である。
図7に示すように、本実施形態に係る磁気記憶装置210は、第1実施形態に係る磁気素子(この例では磁気素子110)と、制御部70と、を含む。磁気素子110は、第1層10、第2層20及び中間層30を含む。制御部70は、第1層10及び第2層20と電気的に接続される。この例では、磁気素子110は、第1導電層41及び第2導電層42をさらに含む。第1導電層41は、第1層10と電気的に接続される。第2導電層42は、第2層20と電気的に接続される。
FIG. 7 is a schematic view illustrating a magnetic memory device according to the second embodiment.
As illustrated in FIG. 7, the
この例では、制御部70は、第1配線70aにより、第1導電層41と電気的に接続される。この例では、制御部70は、第2配線70bにより、第2導電層42と電気的に接続される。この例では、第1配線70aにおいて、スイッチ素子70sが設けられている。スイッチ素子70sは、例えば選択トランジスタなどである。このように、電流経路上にスイッチ素子70sなどが設けられている状態も、電気的に接続される状態に含まれる。以下の説明では、スイッチ素子70sがオン状態である。オン状態において、配線に電流が流れる。スイッチ素子70sは、第2配線70bに設けられても良い。
In this example, the
このように、磁気記憶装置210は、第1実施形態に関して説明した磁気素子(磁気素子110及び111など、及び、その変形)と、その磁気素子に電気的に接続されたスイッチ素子70sと、を含む。後述するように、複数の磁気素子が、メモリセルとなる。スイッチ素子70sにより、複数の磁気素子のいずれかが選択され、情報の記憶、消去または読み出しが行われる。
As described above, the
図8(a)〜図8(c)は、第2実施形態に係る磁気記憶装置の動作を例示する模式図である。
これらの図の横軸は、時間tiである。これらの図の縦軸は、第1配線70aと第2配線70bとの間に加わる信号S1に対応する。信号S1は、第1層10及び第2層20の間に加わる信号に実質的に対応する。
FIG. 8A to FIG. 8C are schematic views illustrating the operation of the magnetic memory device according to the second embodiment.
The horizontal axis of these figures is time ti. The vertical axis in these figures corresponds to the signal S1 applied between the
図8(a)に示すように、制御部70は、第1配線70a及び第2配線70bの間(第1層10及び第2層20の間)に、第1パルスP1を印加する第1動作OP1を実施する。第1パルスP1により、記憶された情報が書き換えられる。第1パルスP1により、磁気素子110の電気抵抗が変化する。
As shown in FIG. 8A, the
例えば、第1動作OP1の後における第1層10と第2層20との間の第2電気抵抗は、第1動作OP1の前における第1層10と第2層20との間の第1電気抵抗とは、異なる。電気抵抗は、第1配線70aと第2配線70bとの間の電気抵抗に対応する。この電気抵抗の変化は、例えば、第1パルスP1による第1層10の少なくとも一部の磁化の向きの変化に基づく。電気抵抗が異なる複数の状態が、記憶される情報に対応する。
For example, the second electrical resistance between the
磁気記憶装置210においては、記憶されている情報を書き換えるときに、制御部70は、第1パルスP1を磁気素子110に供給する。
In the
図8(a)に示すように、制御部70は、第2動作OP2をさらに実施しても良い。第2動作OP2においては、制御部70は、第1動作OP1の前に、第1配線70aと第2配線70bとの間(第1層10及び第2層20の間)に、第2パルスP2(例えば読み出しパルス)を印加する。第2パルスP2により得られた第1層10と第2層20との間の第3電気抵抗は、第1動作OP1の後の第1層10と第2層20との間の第2電気抵抗は、とは異なる。第3電気抵抗は、第1電気抵抗と同じでも良い。例えば、第2パルスP2の極性は、第1パルスP1(書き変えパルス)の極性に対して逆である。
As shown in FIG. 8A, the
例えば、第1パルスP1は、第1極性と、第1パルス幅T1と、第1パルス高さH1と、を有する。このとき、第1極性とは逆の第2極性と、第1パルス幅T1と、第1パルス高さH1と同じ絶対値のパルス高さと、を有する別のパルスを印加した場合に、以下となる。この別のパルスを第1層10と第2層20との間に印加した後の第1層10と第2層20との間の第3電気抵抗と、この別のパルスを第1層10と第2層20との間に印加する前の第4電気抵抗と、の差の絶対値は、第2電気抵抗と第1電気抵抗との差の絶対値よりも小さい。すなわち、第1パルスP1の印加により情報の書き換えが実行され、この別のパルスの印加によっては情報の書き換えが生じない。
For example, the first pulse P1 has a first polarity, a first pulse width T1, and a first pulse height H1. At this time, when another pulse having a second polarity opposite to the first polarity, a first pulse width T1, and a pulse height having the same absolute value as the first pulse height H1, is applied as follows: Become. The third electrical resistance between the
記憶されている情報を書き換えないときには、図8(b)に示すように、制御部70は、第2動作OP2の後に第3動作OP3を実施する。第3動作OP3においては、上記の第1パルスP1が印加されない。このときには、書き換えが生じない。
When the stored information is not rewritten, as shown in FIG. 8B, the
適切な第1パルスP1が印加されたときに、情報の書き換えが可能になる。適切な第1パルスP1が印加されると、第1層10と第2層20との間の電気抵抗は、高抵抗状態から低抵抗状態に、または、低抵抗状態から高抵抗状態に、変化する。一方、適切ではないパルスが印加された場合は、目的とする抵抗変化が得られない。
Information can be rewritten when the appropriate first pulse P1 is applied. When an appropriate first pulse P1 is applied, the electrical resistance between the
適切ではないパルスのパルス幅は、例えば、適切な第1パルス幅T1の約2倍である。適切ではないパルスが第1層10と第2層20との間に印加された場合には、抵抗の変化が生じる確率が低い。
The pulse width of the unsuitable pulse is, for example, about twice the appropriate first pulse width T1. If an inappropriate pulse is applied between the
図8(c)に示すような別のパルスP1xが印加される場合には、抵抗の変化が実質的に生じない。別のパルスP1xは、第1パルス幅T1の2倍のパルス幅と、第1パルス高さH1と、を有する。このような別のパルスP1xを第1層10と第2層20との間に印加した後の第1層10と第2層20との間の第3電気抵抗と、別のパルスP1xを第1層10と第2層20との間に印加する前の第4電気抵抗と、の差の絶対値は、第2電気抵抗と第1電気抵抗との差の絶対値よりも小さい。
When another pulse P1x as shown in FIG. 8C is applied, the resistance does not change substantially. Another pulse P1x has a pulse width twice the first pulse width T1 and a first pulse height H1. After such another pulse P1x is applied between the
磁気記憶装置210は、例えば、電圧制御方式(電界制御方式)のMRAMである。
The
図9は、第2実施形態に係る別の磁気記憶装置を例示する模式的斜視図である。
図9に示すように、本実施形態に係る別の磁気記憶装置220において、第1層10、第2層20及び中間層30を含む積層体(例えば、磁気素子110)に、第1配線70a及び第2配線70bを介して電流が流れる。電流は、Z軸方向に沿って積層体を流れる。磁気記憶装置220においては、電流の向きに応じて、第1配線70aと第2配線70bとの間(例えば、第1層10と第2層20との間)の電気抵抗が変化する。磁気記憶装置220は、例えば、スピントランスファ方式のMRAMである。
FIG. 9 is a schematic perspective view illustrating another magnetic memory device according to the second embodiment.
As shown in FIG. 9, in another
図10は、第2実施形態に係る別の磁気記憶装置を例示する模式的斜視図である。
図10に示すように、本実施形態に係る別の磁気記憶装置230は、第1層10、第2層20及び中間層30に加えて、金属含有層51をさらに含む。
FIG. 10 is a schematic perspective view illustrating another magnetic memory device according to the second embodiment.
As shown in FIG. 10, another
金属含有層51は、第1金属を含む。第1金属は、例えば、Pt、Pd、Au、Ru、W、Hf及びTaからなる群から選択された少なくとも1つを含む。金属含有層51は、第1部分51a、第2部分51b及び第3部分51cを含む、第3部分51cは、第1部分51aと第2部分51bとの間に位置する。中間層30は、第3部分51cと第2層20との間に位置する。第1層10は、第3部分51cと中間層30との間に位置する。第1層10は、例えば、第3部分51cと接する。
The metal-containing
金属含有層に電流(第1電流Ic1または第2電流Ic2)が流れる。この電流は、後述する制御部70から供給される。
A current (first current Ic1 or second current Ic2) flows through the metal-containing layer. This current is supplied from the
例えば、第1部分51aから第2部分51bに向けた第1電流Ic1が流れた後における、第1部分51aと第2層20との間の電気抵抗を第1電気抵抗とする。例えば、第2部分51bから第1部分51aに向けた第2電流Ic2が流れた後における、第1部分51aと第2層20との間の電気抵抗を第2電気抵抗とする。第1電気抵抗に対応する値は、第2電気抵抗に対応する値とは異なる。第1電気抵抗及び第2電気抵抗は、第2部分51bと第2層20との間の電気抵抗でも良い。上記の電気抵抗は、第1配線70a及び第2配線70bとの間の電気抵抗でも良い。上記の電気抵抗に対応する値は、電気抵抗、電圧または電流である。
For example, the electrical resistance between the
例えば、第1電流Ic1または第2電流Ic2により、金属含有層51と第1層10との間において、スピンオービットトルクが作用する。これにより、第1層10の磁化の向きが制御される。例えば、第1電流Ic1が流れたときにおける第1層10の磁化の向きは、第2電流Ic2が流れたときにおける第1層10の磁化の向きの成分とは逆の成分を有する。例えば、第1電流Ic1が流れたときにおける第1層10の磁化と第2層20の磁化との間の角度は、第2電流Ic2が流れたときにおける第1層10の磁化と第2層20の磁化との間の角度とは異なる。これにより、電気抵抗が変化する。電気抵抗の変化が記憶される情報に対応する。
For example, the spin orbit torque acts between the metal-containing
磁気記憶装置230において、金属含有層51は、Fe、Co及びNiからなる群から選択された少なくとも1つと、Gaと、をさらに含んでも良い。
In the
磁気記憶装置230は、例えば、スピンオービットトルク方式のMRAMである。
The
図11(a)〜図11(e)は、第2実施形態に係る別の磁気記憶装置を例示する模式図である。
図11(a)は、模式的斜視図である。図11(b)〜図11(e)は、4つの動作(状態)を例示する模式図である。
FIG. 11A to FIG. 11E are schematic views illustrating another magnetic storage device according to the second embodiment.
FIG. 11A is a schematic perspective view. FIG. 11B to FIG. 11E are schematic views illustrating four operations (states).
図11(a)に示すように、本実施形態に係る別の磁気記憶装置230aは、金属含有層51と、複数の積層体SB0と、制御部70と、を含む。複数の積層体SB0は、例えば、第1積層体SB1及び第2積層体SB2などを含む。複数の積層体SB0の数は、任意である。
As shown in FIG. 11A, another
第1積層体SB1は、第1層10、第2層20及び中間層30を含む。第2積層体SB2は、第3層10A、第4層20A、及び、別の中間層30Aを含む。この例では、第1積層体SB1は、第2導電層42をさらに含む。第2積層体SB2は、別の第2導電層42Aをさらに含む。
The first stacked body SB1 includes a
金属含有層51は、第1〜第5部分51a〜51eを含む。第1部分51aと第2部分51bとの間に第3部分51cが設けられる。第3部分51cと第2部分51bとの間に第4部分51dが設けられる。第3部分51cと第4部分51dとの間に第5部分51eが設けられる。
The metal-containing
第3部分51cと第2導電層42との間に、第2層20が設けられる。第3部分51cと第2層20との間に、中間層30が設けられる。第3部分51cと中間層30との間に、第1層10が設けられる。第4部分51dと別の第2導電層42Aとの間に、第4層20Aが設けられる。第4部分51dと第4層20Aとの間に、別の中間層30Aが設けられる。第4部分51dと別の中間層30Aとの間に、第3層10Aが設けられる。
The
第3層10Aの構成は、第1層10の構成と同様である。第4層20Aの構成は、第2層20の構成と同様である。別の中間層30Aの構成は、中間層30Aの構成と同様である。
The configuration of the
制御部70は、第1部分51a、第2部分51b、第2層20(第2導電層42)、及び、第4層20A(別の第2導電層42A)と、電気的に接続される。この例では、第1配線70Aにより、制御部70と第2層20とが電気的に接続される。第2配線70Bにより、制御部70と第4層20Aとが電気的に接続される。第1配線70Aの電流経路上に、第1スイッチ素子Sw1が設けられる。第2配線70Bの電流経路上に、第2スイッチ素子Sw2が設けられる。これらのスイッチ素子は、例えば、選択トランジスタである。これらのスイッチ素子が、制御部70に設けられる駆動回路75と、電気的に接続される。
The
磁気記憶装置230aにおいて、例えば、以下に説明する第1〜第4動作OQ1〜OQ4が実施される。これらの動作は、制御部70により制御される。
In the
図11(b)に示すように、第1動作OQ1において、制御部70は、金属含有層51の第1部分51aを電位V0に設定する。電位V0は、例えば、グランド電位である。制御部70は、第1動作OQ1において、第1部分51aと第2層20との間の第1電位差を第1電圧V1(例えば、選択電圧)とする。
As shown in FIG. 11B, in the first operation OQ1, the
制御部70は、第1動作OQ1において、第1部分51aと第4層20Aとの間の第2電位差を第2電圧V2(例えば、非選択電圧)とする。第2電圧V2は、第1電圧V1とは異なる。
In the first operation OQ1, the
第1動作OQ1において、制御部70は、金属含有層51に第1電流Ic1を供給する。第1電流Ic1は、第1部分51aから第2部分51bへの向きを有する。
In the first operation OQ1, the
このような第1動作OQ1において、第1層10の磁化の向きが、1つの向きとなる。これは、金属含有層51からの磁気的作用による。一方、非選択状態の第3層10Aの磁化の向きは、実質的に変化しない。
In such a first operation OQ1, the magnetization direction of the
図11(c)に示すように、第2動作OQ2において、制御部70は、金属含有層51の第1部分51aを電位V0に設定する。制御部70は、第2動作OQ2において、第1部分51aと第2層20との間の第1電位差を第1電圧V1とする。制御部70は、第2動作OQ2において、第1部分51aと第4層20Aとの間の第2電位差を第2電圧V2とする。第2動作OQ2において、制御部70は、金属含有層51に第2電流Ic2を供給する。第2電流Ic2は、第2部分51bから第1部分51aへの向きを有する。
As shown in FIG. 11C, in the second operation OQ2, the
このときに、選択状態の第1層10の磁化は、変化する。これは、例えば、金属含有層51からの磁気的作用による。一方、非選択状態の第3層10Aの磁化は、実質的に変化しない。
At this time, the magnetization of the selected
第1動作OQ1の後における第2層20と第1部分51aとの間の電気抵抗(第1電気抵抗)は、第2動作OQ2の後における第2層20と第1部分51aとの間の電気抵抗(第2電気抵抗)とは異なる。
The electrical resistance (first electrical resistance) between the
一方、上記の第1動作OQ1の後における第4層20Aと第1部分51aとの間の電気抵抗を第3電気抵抗とする。上記の第2動作OQ2の後における第4層20Aと第1部分51aとの間の電気抵抗を第4電気抵抗とする。第3電気抵抗は、第4電気抵抗と実質的に同じである。これは、第3層10Aの磁化が実質的に変化しないためである。
On the other hand, the electrical resistance between the
このように、実施形態においては、第1電気抵抗と第2電気抵抗との差の絶対値は、第3電気抵抗と第4電気抵抗との差の絶対値よりも大きい。 Thus, in the embodiment, the absolute value of the difference between the first electrical resistance and the second electrical resistance is larger than the absolute value of the difference between the third electrical resistance and the fourth electrical resistance.
図11(d)に示す第3動作OQ3の例では、第1積層体SB1が、非選択状態とされ、第2積層体SB2が選択状態とされる。既に説明したように、制御部70は、第1動作OQ1において、第1部分51aと第2層20との間の第1電位差を第1電圧V1とする(図11(b)参照)。そして、制御部70は、第2動作OQ2において、第1電位差を第1電圧V1とする(図11(c)参照)。図11(d)に示すように、制御部70は、第3動作OQ3において、第1部分51aと第2層20との間の第1電位差を第2電圧V2(非選択電圧)とする。制御部70は、第3動作OQ3において、第1電流Ic1を金属含有層51に供給する。
In the example of the third operation OQ3 illustrated in FIG. 11D, the first stacked body SB1 is set in a non-selected state, and the second stacked body SB2 is set in a selected state. As already described, in the first operation OQ1, the
第3動作OQ3において、非選択状態の第1層10の磁化は、変化しない(図11(a)の状態と同じ)。一方、選択状態の第3層10Aの磁化は、図11(b)の状態から変化する。
In the third operation OQ3, the magnetization of the non-selected
図11(e)に示す第4動作OQ4においても、第1積層体SB1が、非選択状態とされ、第2積層体SB2が選択状態とされる。制御部70は、第4動作OQ4において、第1電位差を第2電圧V2とする。制御部70は、第4動作OQ4において、第2電位差を第1電圧V1とする。制御部70は、第4動作OQ4において、第2電流Ic2を金属含有層51に供給する。
Also in the fourth operation OQ4 shown in FIG. 11E, the first stacked body SB1 is set in a non-selected state, and the second stacked body SB2 is set in a selected state. In the fourth operation OQ4, the
非選択状態である第1積層体SB1においては、第3動作OQ3と第4動作OQ4との間で、電気抵抗は実質的に同じである。一方、選択状態である第2積層体SB2においては、第3動作OQ3と第4動作OQ4との間で、電気抵抗は変化する。 In the first stacked body SB1 in the non-selected state, the electrical resistance is substantially the same between the third operation OQ3 and the fourth operation OQ4. On the other hand, in the second stacked body SB2 in the selected state, the electrical resistance changes between the third operation OQ3 and the fourth operation OQ4.
このように、第1動作OQ1の後の第1電気抵抗と、第2動作OQ2の後の第2電気抵抗との差の絶対値は、第3動作OQ3の後における第2層20と第1部分51aとの間の電気抵抗と、第4動作OQ4の後における第2層20と第1部分51aとの間の電気抵抗と、の差の絶対値よりも大きい。
As described above, the absolute value of the difference between the first electrical resistance after the first operation OQ1 and the second electrical resistance after the second operation OQ2 is the same as that of the
このように、複数の積層体SB0の1つが選択される。選択された積層体SB0の磁性層(例えば、第1層10または第3層10Aなど)の磁化が、金属含有層51に流れる電流の向きに応じて変化する。
Thus, one of the multiple stacked bodies SB0 is selected. The magnetization of the magnetic layer (for example, the
図12は、第2実施形態に係る別の磁気記憶装置を例示する模式図である。
図12に示すように、本実施形態に係る磁気記憶装置240は、複数の記憶部MEと、複数の配線(複数の第1ビット線BL1、複数の第2ビット線BL2及び複数のワード線WL)と、制御部70と、含む。
FIG. 12 is a schematic view illustrating another magnetic memory device according to the second embodiment.
As shown in FIG. 12, the
任意のX軸方向に対して垂直な方向をY軸方向とする。X軸方向及びY軸方向に対して垂直な方向をZ軸方向とする。 A direction perpendicular to an arbitrary X-axis direction is taken as a Y-axis direction. A direction perpendicular to the X-axis direction and the Y-axis direction is taken as a Z-axis direction.
この例では、複数のビット線BL1及びBL2は、Y軸方向に延びる。複数のビット線BL1及びBL2は、X軸方向に並ぶ。複数のワード線WLは、X軸方向に延びる。複数のワード線WLは、Y軸方向に並ぶ。 In this example, the plurality of bit lines BL1 and BL2 extend in the Y-axis direction. The plurality of bit lines BL1 and BL2 are arranged in the X-axis direction. The plurality of word lines WL extend in the X-axis direction. The plurality of word lines WL are arranged in the Y-axis direction.
複数の記憶部MEの1つは、磁気素子110と、制御素子70s(例えばトランジスタ)と、を含む。制御素子70sは、磁気素子110と直列に接続される。磁気素子110の一端が、制御素子70sの一端と接続される。磁気素子110は、1つのメモリセルMCに対応する。
One of the plurality of storage units ME includes a
複数の第1ビット線BL1の1つに、複数の記憶部MEの1つに含まれる磁気素子110の他端が電気的に接続される。複数の第2ビット線BL2の1つに、複数の記憶部MEの1つに含まれる制御素子70sの他端が電気的に接続される。
The other end of the
複数のワード線WLの1つに、複数の記憶部MEの1つに含まれる制御素子70sの制御端子(例えばゲート)が電気的に接続される。制御素子70sの第3端子が電気的に接続される。
A control terminal (for example, a gate) of the
複数の第1ビット線BL1及び複数の第2ビット線BL2は、第1回路71及び第2回路72の少なくともいずれかに電気的に接続される。複数のワード線WLは、第3回路73に電気的に接続される。これらの回路は、選択スイッチ(例えば選択トランジスタなど)を含んでいる。これらの回路は、複数の配線を選択して所定の電圧を印加する。これらの回路及び制御素子70sにより、複数の磁気素子110の1つに所定の電圧パルスが印加される。これにより、磁気素子110における抵抗が変化する。高抵抗状態または低抵抗状態が、記憶される情報の「0」または「1」に対応する。これらの回路は、例えば、検出回路(センスアンプなど)を含む。検出回路は、例えば、磁気素子110の抵抗状態に対応した値(電圧、電流及び抵抗など)を検出する。これにより、記憶した情報が読み出される。これらの回路は、制御部70に含まれる。
The plurality of first bit lines BL1 and the plurality of second bit lines BL2 are electrically connected to at least one of the
磁気記憶装置240は、例えば、電圧制御方式(電界制御方式)のMRAMでも良い。磁気記憶装置240は、例えば、スピントランスファ方式のMRAMでも良い。磁気記憶装置240は、例えば、スピンオービットトルク方式のMRAMでも良い。
The
(第3実施形態)
本実施形態は、発振装置に係る。
図13は、第3実施形態に係る発振装置を例示する模式図である。
図13に示すように、発振装置310は、第1層10、第2層20、中間層30、及び、回路部76を含む。第1層10、第2層20及び中間層30は、例えば、第1実施形態に関して説明した構成を有する。第2層20の磁化の方向は、例えば、面内方向であり、Z軸方向と交差する。
(Third embodiment)
The present embodiment relates to an oscillation device.
FIG. 13 is a schematic view illustrating an oscillation device according to the third embodiment.
As illustrated in FIG. 13, the
回路部76は、第1層10及び第2層20と電気的に接続される。この例では、第1実施形態に関して説明した第1導電層41及び第2導電層42が設けられる。回路部76は、第1配線70a及び第2配線70bを介して、これらの導電層と電気的に接続される。
The
回路部76は、第1層10、第2層20及び中間層30を含む積層体に電流を供給する。電流は、Z軸方向に沿って積層体を流れる。このとき、積層体において、高周波磁界が発生する。発振周波数は、例えば、50GHz以上300GHz以下である。例えば、高い発振周波数が得られる。発振装置310は、例えば、スピントルクオシレータ、または、スピントルクダイオードなどである。
The
実施形態によれば、特性の向上が可能な磁気素子、磁気記憶装置及び発振装置を提供することができる。 According to the embodiment, it is possible to provide a magnetic element, a magnetic storage device, and an oscillation device capable of improving characteristics.
本願明細書において、電気的に接続される状態は、2つの導体が直接接する状態を含む。電気的に接続される状態は、2つの導体が、別の導体(例えば配線など)により接続される状態を含む。電気的に接続される状態は、2つの導体の間の経路の間にスイッチング素子(トランジスタなど)が設けられ、2つの導体の間の経路に電流が流れる状態が形成可能な状態を含む。 In this specification, the state of being electrically connected includes the state where two conductors are in direct contact. The state of being electrically connected includes a state in which two conductors are connected by another conductor (for example, a wiring or the like). The electrically connected state includes a state in which a switching element (a transistor or the like) is provided between the paths between the two conductors, and a state in which a current flows in the path between the two conductors can be formed.
本願明細書において、「垂直」及び「平行」は、厳密な垂直及び厳密な平行だけではなく、例えば製造工程におけるばらつきなどを含むものであり、実質的に垂直及び実質的に平行であれば良い。 In the present specification, “vertical” and “parallel” include not only strict vertical and strict parallel, but also include variations in the manufacturing process, for example, and may be substantially vertical and substantially parallel. .
以上、具体例を参照しつつ、本発明の実施の形態について説明した。しかし、本発明は、これらの具体例に限定されるものではない。例えば、磁気素子に含まれる磁性層、中間層、基板及び導電層などの各要素の具体的な構成に関しては、当業者が公知の範囲から適宜選択することにより本発明を同様に実施し、同様の効果を得ることができる限り、本発明の範囲に包含される。 The embodiments of the present invention have been described above with reference to specific examples. However, the present invention is not limited to these specific examples. For example, regarding the specific configuration of each element such as a magnetic layer, an intermediate layer, a substrate, and a conductive layer included in the magnetic element, those skilled in the art can similarly implement the present invention by selecting appropriately from a well-known range. As long as the above effect can be obtained, it is included in the scope of the present invention.
また、各具体例のいずれか2つ以上の要素を技術的に可能な範囲で組み合わせたものも、本発明の要旨を包含する限り本発明の範囲に含まれる。 Moreover, what combined any two or more elements of each specific example in the technically possible range is also included in the scope of the present invention as long as the gist of the present invention is included.
その他、本発明の実施の形態として上述した磁気素子、磁気記憶装置及び発振装置を基にして、当業者が適宜設計変更して実施し得る全ての磁気素子、磁気記憶装置及び発振装置も、本発明の要旨を包含する限り、本発明の範囲に属する。 In addition, all magnetic elements, magnetic storage devices, and oscillation devices that can be implemented by those skilled in the art based on the magnetic elements, magnetic storage devices, and oscillation devices described above as embodiments of the present invention are also included in this book. As long as the gist of the invention is included, it belongs to the scope of the present invention.
その他、本発明の思想の範疇において、当業者であれば、各種の変更例及び修正例に想到し得るものであり、それら変更例及び修正例についても本発明の範囲に属するものと了解される。 In addition, in the category of the idea of the present invention, those skilled in the art can conceive of various changes and modifications, and it is understood that these changes and modifications also belong to the scope of the present invention. .
10…第1層、 10A…第3層、 11…第1領域、 12…第2領域、 13…第3領域、 20…第2層、 20A…第4層、 30…中間層、 30A…別の中間層、 33…高酸素濃度領域、 34…低酸素濃度領域、 40b…Ta膜、 40s…基板、 41…第1導電層、 42…第2導電層、 42A…別の第2導電層、 42a…Ta層、 42b…Ru層、 45…金属層、 51…金属含有層、 51a〜51e…第1〜第5部分、 70…制御部、 70A、70B…第1、第2配線、 70a、70b…第1、第2配線、 70s…スイッチ素子、 71…第1回路、 72…第2回路、 73…第3回路、 75…駆動回路、 76…回路部、 110、111、112…磁気素子、 111a、111b…第1、第2試料、 210、220、230、230a、240…磁気記憶装置、 310…発振装置、 BL1、BL2…第1、第2ビット線、 Ha…外部磁界、 H1…第1パルス高さ、 Ic1、Ic2…第1、第2電流、 MC…メモリセル、 ME…記憶部、 MRn、MRv…MR比、 OP1〜OP3…第1〜第3動作、 OQ1〜OQ4…第1〜第4動作、 P1、P2…第1、第2パルス、 P1x…別のパルス、 R…電気抵抗、 S1…信号、 SB、SB0…積層体、 SB1、SB2…第1、第2積層体、 ST1〜ST8…第1〜第8状態、 Sw1、Sw2…第1、第2スイッチ素子、 T1…第1パルス幅、 V0…電位、 V1、V2…第1、第2電位、 WL…ワード線、 t1〜t3…厚さ、 ti…時間
DESCRIPTION OF
Claims (15)
Fe、Co、Ni及びMnからなる群から選択された少なくとも1つを含む第2領域と、
前記第1領域と前記第2領域との間に設けられた第3領域であって、Fe、Co、Ni及びMnからなる群から選択された少なくとも1つとGaとを含む前記第3領域と、
を含む第1層を含む積層体を備えた、磁気素子。 A first region containing Mn and Ga;
A second region comprising at least one selected from the group consisting of Fe, Co, Ni and Mn;
A third region provided between the first region and the second region, wherein the third region includes Ga and at least one selected from the group consisting of Fe, Co, Ni, and Mn;
The magnetic element provided with the laminated body containing the 1st layer containing.
前記第1磁化の前記向きの前記方向に沿う成分は、前記第2磁化の前記向きの前記方向に沿う成分と逆向きである、請求項1記載の磁気素子。 The direction of the first magnetization of the first region and the direction of the second magnetization of the second region are along the direction from the first region to the second region,
2. The magnetic element according to claim 1, wherein a component of the first magnetization along the direction is opposite to a component of the second magnetization along the direction.
前記第3領域は、Co及びGaを含む、請求項1または2に記載の磁気素子。 The second region includes at least one selected from the group consisting of Fe and Co;
The magnetic element according to claim 1, wherein the third region includes Co and Ga.
Fe、Co及びNiからなる群から選択された少なくとも1つを含む第2層と、
前記第1層と前記第2層との間に設けられた非磁性の中間層と、
をさらに含む、請求項1〜3のいずれか1つに記載の磁気素子。 The laminate is
A second layer comprising at least one selected from the group consisting of Fe, Co and Ni;
A nonmagnetic intermediate layer provided between the first layer and the second layer;
The magnetic element according to claim 1, further comprising:
前記第3領域と前記第2層との間に前記第2領域が位置し、
前記第2領域と前記第2層との間に前記中間層が位置した、請求項4記載の磁気素子。 The third region is located between the first region and the second layer;
The second region is located between the third region and the second layer;
The magnetic element according to claim 4, wherein the intermediate layer is located between the second region and the second layer.
前記第2状態から前記積層体に第3磁界が印加された第3状態に変化させたときに、前記第3状態における前記第1層と前記第2層との間の第3電気抵抗は、前記第2電気抵抗よりも低く、前記第3磁界は、前記第1層から前記第2層に向かう向きを有し、
前記第3状態から前記積層体に第4磁界が印加された第4状態に変化させたときに、前記第4状態における前記第1層と前記第2層との間の第4電気抵抗は、前記第3電気抵抗よりも高く、前記第4磁界は、前記第1層から前記第2層に向かう向きを有し、前記第4磁界の絶対値は、前記第3磁界の絶対値よりも大きく、
前記第4状態から前記積層体に第5磁界が印加された第5状態に変化させたときに、前記第5状態における前記第1層と前記第2層との間の第5電気抵抗は、前記第4電気抵抗よりも低く、前記第5磁界は、前記第1層から前記第2層に向かう向きを有し、前記第5磁界の絶対値は、前記第4磁界の前記絶対値よりも大きい、請求項4または5に記載の磁気素子。 The first layer and the second layer in the first state when changing from a first state in which a first magnetic field is applied to the stacked body to a second state in which a second magnetic field is applied to the stacked body Is higher than the second electrical resistance between the first layer and the second layer in the second state, and the first magnetic field and the second magnetic field are Having an orientation from a layer toward the first layer, the absolute value of the first magnetic field being greater than the absolute value of the second magnetic field,
When changing from the second state to a third state in which a third magnetic field is applied to the stacked body, the third electrical resistance between the first layer and the second layer in the third state is: Lower than the second electrical resistance, the third magnetic field has a direction from the first layer toward the second layer;
When the third state is changed to the fourth state in which the fourth magnetic field is applied to the stacked body, the fourth electrical resistance between the first layer and the second layer in the fourth state is: The fourth electric field is higher than the third electric resistance, and the fourth magnetic field has a direction from the first layer toward the second layer, and the absolute value of the fourth magnetic field is larger than the absolute value of the third magnetic field. ,
When the fifth state is changed from the fourth state to the fifth state in which the fifth magnetic field is applied to the stacked body, the fifth electrical resistance between the first layer and the second layer in the fifth state is: The fifth electric field is lower than the fourth electric resistance, the fifth magnetic field has a direction from the first layer toward the second layer, and the absolute value of the fifth magnetic field is greater than the absolute value of the fourth magnetic field. The magnetic element according to claim 4, wherein the magnetic element is large.
前記第6状態から前記積層体に第7磁界が印加された第7状態に変化させたときに、前記第7状態における前記第1層と前記第2層との間の第7電気抵抗は、前記第6電気抵抗よりも低く、前記第7磁界は、前記第2層から前記第1層に向かう向きを有し、
前記第7状態から前記積層体に第8磁界が印加された第8状態に変化させたときに、前記第8状態における前記第1層と前記第2層との間の第8電気抵抗は、前記第7電気抵抗よりも高く、前記第8磁界は、前記第2層から前記第1層に向かう向きを有し、前記第8磁界の絶対値は、前記第7磁界の絶対値よりも大きく、前記第1磁界の前記絶対値よりも小さい、請求項6または7に記載の磁気素子。 When changing from the fifth state to the sixth state in which the sixth magnetic field is applied to the stacked body, the sixth electrical resistance between the first layer and the second layer in the sixth state is: Higher than the fifth electric resistance, the sixth magnetic field has a direction from the first layer toward the second layer, and the absolute value of the sixth magnetic field is greater than the absolute value of the fifth magnetic field small,
When the sixth state is changed to a seventh state in which a seventh magnetic field is applied to the stacked body, a seventh electrical resistance between the first layer and the second layer in the seventh state is: Lower than the sixth electrical resistance, the seventh magnetic field has a direction from the second layer toward the first layer;
When changing from the seventh state to an eighth state in which an eighth magnetic field is applied to the laminate, the eighth electrical resistance between the first layer and the second layer in the eighth state is: The eighth electric resistance is higher than the seventh electric resistance, the eighth magnetic field has a direction from the second layer toward the first layer, and an absolute value of the eighth magnetic field is larger than an absolute value of the seventh magnetic field. The magnetic element according to claim 6, wherein the magnetic element is smaller than the absolute value of the first magnetic field.
前記第2状態から前記積層体に第3磁界が印加された第3状態に変化させたときに、前記第3状態における前記第1層と前記第2層との間の第3電気抵抗は、前記第2電気抵抗よりも低く、前記第3磁界は、前記第1層から前記第2層に向かう向きを有し、前記第3磁界の絶対値は、前記第2磁界の絶対値よりも大きく、
前記第3状態から前記積層体に第4磁界が印加された第4状態に変化させたときに、前記第4状態における前記第1層と前記第2層との間の第4電気抵抗は、前記第3電気抵抗よりも高く、前記第4磁界は、前記第1層から前記第2層に向かう向きを有し、前記第4磁界の絶対値は、前記第3磁界の前記絶対値よりも大きく、
前記第4状態から前記積層体に第5磁界が印加された第5状態に変化させたときに、前記第5状態における前記第1層と前記第2層との間の第5電気抵抗は、前記第4電気抵抗よりも低く、前記第5磁界は、前記第1層から前記第2層に向かう向きを有し、前記第5磁界の絶対値は、前記第4磁界の前記絶対値よりも大きい、請求項4または5に記載の磁気素子。 The first layer and the second layer in the first state when changing from a first state in which a first magnetic field is applied to the stacked body to a second state in which a second magnetic field is applied to the stacked body Is higher than the second electrical resistance between the first layer and the second layer in the second state, and the first magnetic field is from the second layer to the first layer. The second magnetic field has a direction from the first layer to the second layer,
When changing from the second state to a third state in which a third magnetic field is applied to the stacked body, the third electrical resistance between the first layer and the second layer in the third state is: Lower than the second electrical resistance, the third magnetic field has a direction from the first layer toward the second layer, and an absolute value of the third magnetic field is greater than an absolute value of the second magnetic field ,
When the third state is changed to the fourth state in which the fourth magnetic field is applied to the stacked body, the fourth electrical resistance between the first layer and the second layer in the fourth state is: The fourth electric field is higher than the third electric resistance, and the fourth magnetic field has a direction from the first layer toward the second layer. The absolute value of the fourth magnetic field is greater than the absolute value of the third magnetic field. big,
When the fifth state is changed from the fourth state to the fifth state in which the fifth magnetic field is applied to the stacked body, the fifth electrical resistance between the first layer and the second layer in the fifth state is: The fifth electric field is lower than the fourth electric resistance, the fifth magnetic field has a direction from the first layer toward the second layer, and the absolute value of the fifth magnetic field is greater than the absolute value of the fourth magnetic field. The magnetic element according to claim 4, wherein the magnetic element is large.
前記第6状態から前記積層体に第7磁界が印加された第7状態に変化させたときに、前記第7状態における前記第1層と前記第2層との間の第7電気抵抗は、前記第6電気抵抗よりも低く、前記第7磁界は、前記第2層から前記第1層に向かう向きを有し、前記第7磁界の絶対値は、前記第6磁界の絶対値よりも大きく、
前記第7状態から前記積層体に第8磁界が印加された第8状態に変化させたときに、前記第8状態における前記第1層と前記第2層との間の第8電気抵抗は、前記第7電気抵抗よりも高く、前記第8磁界は、前記第2層から前記第1層に向かう向きを有し、前記第8磁界の絶対値は、前記第7磁界の前記絶対値よりも大きく、前記第1磁界の絶対値よりも小さい、請求項6または7に記載の磁気素子。 When changing from the fifth state to the sixth state in which the sixth magnetic field is applied to the stacked body, the sixth electrical resistance between the first layer and the second layer in the sixth state is: Higher than the fifth electrical resistance, the sixth magnetic field has a direction from the second layer toward the first layer;
When the sixth state is changed to a seventh state in which a seventh magnetic field is applied to the stacked body, a seventh electrical resistance between the first layer and the second layer in the seventh state is: Lower than the sixth electrical resistance, the seventh magnetic field has a direction from the second layer toward the first layer, and the absolute value of the seventh magnetic field is greater than the absolute value of the sixth magnetic field ,
When changing from the seventh state to an eighth state in which an eighth magnetic field is applied to the laminate, the eighth electrical resistance between the first layer and the second layer in the eighth state is: The eighth magnetic resistance is higher than the seventh electric resistance, the eighth magnetic field has a direction from the second layer toward the first layer, and the absolute value of the eighth magnetic field is greater than the absolute value of the seventh magnetic field. The magnetic element according to claim 6, wherein the magnetic element is large and smaller than an absolute value of the first magnetic field.
前記磁気素子に電気的に接続されたスイッチ素子と、
を備えた磁気記憶装置。 A magnetic element according to any one of claims 1 to 13,
A switch element electrically connected to the magnetic element;
A magnetic storage device.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2017101198A JP2018195791A (en) | 2017-05-22 | 2017-05-22 | Magnetic element, magnetic storage device, and oscillation device |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2017101198A JP2018195791A (en) | 2017-05-22 | 2017-05-22 | Magnetic element, magnetic storage device, and oscillation device |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2018195791A true JP2018195791A (en) | 2018-12-06 |
Family
ID=64571058
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2017101198A Pending JP2018195791A (en) | 2017-05-22 | 2017-05-22 | Magnetic element, magnetic storage device, and oscillation device |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP2018195791A (en) |
-
2017
- 2017-05-22 JP JP2017101198A patent/JP2018195791A/en active Pending
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US11839163B2 (en) | Storage element and memory | |
JP6130886B2 (en) | Magnetic element and storage device | |
US10360960B2 (en) | Magnetic memory device | |
US9847161B2 (en) | Multilayer magnetic storage element and storage device | |
CN106887247B (en) | Information storage element and storage device | |
CN102610270B (en) | Memory element and storage arrangement | |
JP2013069819A (en) | Magnetic storage element and nonvolatile storage device | |
CN105825882B (en) | Spin transfer torque memory element and storage device | |
WO2015064049A1 (en) | Stt mram and magnetic head | |
CN104662686A (en) | Storage element, storage apparatus, and magnetic head | |
JP2012080058A (en) | Storage element, memory device | |
JP2012160681A (en) | Memory element, memory device | |
JP2019057598A (en) | Magnetic memory | |
US10374150B2 (en) | Magnetic memory device | |
JP2015185581A (en) | non-volatile storage device | |
JP2020088222A (en) | Magnetic memory device | |
JP2017174905A (en) | Magnetic storage element and nonvolatile storage device | |
TW201222546A (en) | Memory element and memory device | |
JP2010232447A (en) | Magnetoresistive effect element and magnetic memory | |
JP2018195791A (en) | Magnetic element, magnetic storage device, and oscillation device | |
US10453513B2 (en) | Magnetic memory device | |
JP2018190795A (en) | Magnetic element, magnetic storage device and oscillation device | |
JPWO2018179961A1 (en) | Magnetic element, magnetic storage device, and magnetic sensor | |
JP2019021685A (en) | Magnetic element, magnetic storage device and sensor |