JP2019047110A - Spin current magnetization reversal element, spin track torque type magnetoresistive element, magnetic memory, and high frequency magnetic element - Google Patents

Spin current magnetization reversal element, spin track torque type magnetoresistive element, magnetic memory, and high frequency magnetic element Download PDF

Info

Publication number
JP2019047110A
JP2019047110A JP2018110604A JP2018110604A JP2019047110A JP 2019047110 A JP2019047110 A JP 2019047110A JP 2018110604 A JP2018110604 A JP 2018110604A JP 2018110604 A JP2018110604 A JP 2018110604A JP 2019047110 A JP2019047110 A JP 2019047110A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
spin
magnetic field
layer
ferromagnetic layer
magnetization reversal
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
JP2018110604A
Other languages
Japanese (ja)
Other versions
JP7139701B2 (en
Inventor
優剛 石谷
Yugo Ishitani
優剛 石谷
智生 佐々木
Tomoo Sasaki
智生 佐々木
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
TDK Corp
Original Assignee
TDK Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by TDK Corp filed Critical TDK Corp
Priority to US16/110,846 priority Critical patent/US10741318B2/en
Priority to CN201810995234.2A priority patent/CN109427965B/en
Publication of JP2019047110A publication Critical patent/JP2019047110A/en
Application granted granted Critical
Publication of JP7139701B2 publication Critical patent/JP7139701B2/en
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Landscapes

  • Mram Or Spin Memory Techniques (AREA)
  • Hall/Mr Elements (AREA)

Abstract

To provide a spin current magnetization reversal element capable of easily realizing the magnetization reversal without preventing a decrease in the degree of integration.SOLUTION: A spin current magnetization reversal element includes spin track torque wiring extending in a first direction, a first ferromagnetic layer disposed in a second direction intersecting the first direction of the spin track torque wiring, and a first magnetic field application layer spaced apart in the first direction of the first ferromagnetic layer and applying an assist magnetic field for assisting magnetization reversal of the first ferromagnetic layer to the first ferromagnetic layer.SELECTED DRAWING: Figure 1

Description

本発明は、スピン流磁化反転素子、スピン軌道トルク型磁気抵抗効果素子、磁気メモリ及び高周波磁気素子に関する。   The present invention relates to a spin current magnetization reversal element, a spin orbit torque type magnetoresistive element, a magnetic memory and a high frequency magnetic element.

強磁性層と非磁性層の多層膜からなる巨大磁気抵抗(GMR)素子、及び、非磁性層に絶縁層(トンネルバリア層、バリア層)を用いたトンネル磁気抵抗(TMR)素子が磁気抵抗効果素子として知られている。一般に、TMR素子は、GMR素子と比較して素子抵抗が高く、磁気抵抗(MR)比が大きい。そのため、磁気センサ、高周波部品、磁気ヘッド及び不揮発性ランダムアクセスメモリ(MRAM)用の素子として、TMR素子に注目が集まっている。   A giant magnetoresistance (GMR) element consisting of a multilayer film of a ferromagnetic layer and a nonmagnetic layer, and a tunnel magnetoresistance (TMR) element using an insulating layer (tunnel barrier layer, barrier layer) for the nonmagnetic layer are the magnetoresistance effect It is known as an element. In general, the TMR element has a high element resistance and a large magnetoresistance (MR) ratio as compared to the GMR element. Therefore, attention is focused on TMR elements as elements for magnetic sensors, high frequency components, magnetic heads, and nonvolatile random access memories (MRAMs).

MRAMは、絶縁層を挟む二つの強磁性層の互いの磁化の向きが変化するとTMR素子の素子抵抗が変化するという特性を利用してデータを読み書きする。MRAMの書き込み方式としては、電流が作る磁場を利用して書き込み(磁化反転)を行う方式や磁気抵抗効果素子の積層方向に電流を流して生ずるスピントランスファートルク(STT)を利用して書き込み(磁化反転)を行う方式が知られている。   The MRAM reads and writes data using the characteristic that the element resistance of the TMR element changes as the direction of magnetization of the two ferromagnetic layers sandwiching the insulating layer changes. As a writing method of the MRAM, writing (magnetization reversal) is performed using a magnetic field generated by a current, and writing (magnetization (magnetization) is performed using spin transfer torque (STT) generated by flowing a current in the stacking direction of the magnetoresistance effect element. A method of performing inversion) is known.

STTを用いたTMR素子の磁化反転はエネルギーの効率の視点から考えると効率的ではあるが、磁化反転をさせるための反転電流密度が高い。 TMR素子の長寿命化の観点からはこの反転電流密度は低いことが望ましい。この点は、GMR素子についても同様である。   The magnetization reversal of the TMR element using STT is efficient from the viewpoint of energy efficiency, but the switching current density for causing the magnetization reversal is high. From the viewpoint of prolonging the life of the TMR element, it is desirable that the reversal current density be low. The same applies to the GMR element.

そこで近年、反転電流を低減する手段としてスピン軌道相互作用により生成された純スピン流を利用した磁化反転に注目が集まっている(例えば、非特許文献1)。このメカニズムはまだ十分には明らかになっていないが、スピン軌道相互作用によって生じた純スピン流又は異種材料の界面におけるラシュバ効果が、スピン軌道トルク(SOT)を誘起し、磁化反転が生じると考えられている。純スピン流は上向きスピンの電子と下向きスピン電子が同数で互いに逆向きに流れることで生み出されるものであり、電荷の流れは相殺されている。そのため磁気抵抗効果素子に流れる電流はゼロであり、磁気抵抗効果素子の長寿命化が期待されている。   Therefore, in recent years, attention has been focused on magnetization inversion utilizing pure spin current generated by spin-orbit interaction as a means for reducing the inversion current (for example, Non-Patent Document 1). Although this mechanism is not yet fully clarified, it is thought that the pure spin current generated by spin-orbit interaction or the Rashba effect at the interface of different materials induces spin-orbit torque (SOT) and magnetization reversal occurs. It is done. Pure spin current is produced by the same number of upward spin electrons and downward spin electrons flowing in opposite directions, and the charge flow is offset. Therefore, the current flowing through the magnetoresistive element is zero, and it is expected to extend the life of the magnetoresistive element.

一方で、SOTを用いた磁化反転には、外部磁場を印加することで、磁化反転する磁化の対称性を乱す必要があると言われている(例えば、非特許文献2)。外部磁場を印加するためには外部磁場の発生源が必要である。外部磁場の発生源を外部に別途設けることは、スピン流磁化反転素子を含む集積回路の集積度の低下につながる。そのため、外部磁場を印加せずにSOTを用いた磁化反転を可能とする手法も研究されている。  On the other hand, it is said that it is necessary to disturb the symmetry of the magnetization which carries out magnetization inversion by applying an external magnetic field for the magnetization inversion using SOT (for example, nonpatent literature 2). In order to apply an external magnetic field, a source for the external magnetic field is required. Providing a separate external magnetic field generation source leads to a decrease in integration of the integrated circuit including the spin current magnetization reversal element. Therefore, methods for enabling magnetization reversal using SOT without applying an external magnetic field have also been studied.

例えば、非特許文献3には、磁化反転する強磁性体と結合する酸化膜の酸素量を変更することで、磁化の強度の対称性が崩れることが記載されている。磁化の強度の対称性が崩れると、磁化回転しやすくなり、無磁場下であってもSOTを用いた磁化反転が可能となる。   For example, Non-Patent Document 3 describes that the symmetry of the magnetization intensity is broken by changing the amount of oxygen in the oxide film coupled to the magnetization-inverted ferromagnetic material. When the symmetry of the magnetization intensity is broken, magnetization rotation is facilitated, and magnetization reversal using SOT becomes possible even in the absence of a magnetic field.

I.M.Miron,K.Garello,G.Gaudin,P.-J.Zermatten,M.V.Costache,S.Auffret,S.Bandiera,B.Rodmacq,A.Schuhl,and P.Gambardella,Nature,476,189(2011).I. M. Miron, K. Garello, G. Gaudin, P.-J. Zermatten, M. V. Costache, S. Auffret, S. Bandiera, B. Rodmacq, A. Schuhl, and P. Gambardella, Nature, 476, 189 (2011). S.Fukami,T.Anekawa,C.Zhang,and H.Ohno,Nature Nanotechnology,DOI:10.1038/NNANO.2016.29.S. Fukami, T. Anekawa, C. Zhang, and H. Ohno, Nature Nanotechnology, DOI: 10.1038 / NNANO. 2016. 29. Guoqiang Yu, et al., Nature Nanotechnology,DOI:10.1038/NNANO.2014.94.Guoqiang Yu, et al., Nature Nanotechnology, DOI: 10.1038 / NNANO.2014.94.

しかしながら、非特許文献3に記載された方法では、酸素量の制御が難しいという問題がある。特に、薄膜プロセスで一度に作製されるそれぞれの素子において、同様の酸素量の傾斜をそれぞれの素子で形成することは、量産において困難である。また、磁気抵抗効果素子の面内方向において磁気異方性の大きさが異なると、意図しない外力(外部磁場、熱等)が加わった際、磁気異方性の小さい部分の磁化が反転する場合がある。意図しない磁化の反転は、データのノイズとなり、データの長期保存を阻害する。特に磁気抵抗効果素子の強磁性体の大きさが磁壁を形成できる大きさの場合、磁気異方性の小さい部分の磁化反転が、その他の部分の磁化反転も誘発し、データを書き換えてしまうおそれがある。   However, the method described in Non-Patent Document 3 has a problem that it is difficult to control the amount of oxygen. In particular, in each element manufactured at once by a thin film process, it is difficult in mass production to form an inclination of the same amount of oxygen in each element. Also, if the magnitude of the magnetic anisotropy is different in the in-plane direction of the magnetoresistive element, the magnetization of the small portion of the magnetic anisotropy is reversed when an unintended external force (external magnetic field, heat, etc.) is applied. There is. Unintended magnetization reversal results in noise in the data and prevents long-term storage of the data. In particular, if the size of the ferromagnetic body of the magnetoresistance effect element is such a size that can form a domain wall, the magnetization reversal of the portion with small magnetic anisotropy may induce the magnetization reversal of the other portion, and the data may be rewritten. There is.

また、磁化反転する磁化の対称性を乱すための構造として、素子を形成した回路の内部に配線を形成し、この配線から磁化反転を補助する磁場を発生する構造を採用することが考えられる。しかし、配線を利用して磁化反転を補助する構造を採用すると、配線で消費する電力が大きくなり、配線を形成するために回路の集積度が低下する問題がある。  Further, as a structure for disturbing the symmetry of magnetization in which magnetization is reversed, it is conceivable to form a wire inside a circuit in which an element is formed, and to adopt a structure in which a magnetic field assisting magnetization reversal is generated from this wire. However, if a structure for assisting the magnetization reversal using a wire is adopted, the power consumed by the wire increases, and there is a problem that the degree of integration of the circuit is reduced because the wire is formed.

本発明は上記問題に鑑みてなされたものであり、消費電力の増大を引き起こすことなく磁化反転を誘起できる構成のスピン流磁化反転素子であって、集積度の低下を招くことがないスピン流磁化反転素子を提供することを目的とする。
また本発明は、上述の優れたスピン流磁化反転素子を備えた磁気抵抗効果素子と磁気メモリ、高周波磁気素子の提供を目的とする。
The present invention has been made in view of the above problems, and is a spin current magnetization reversal element having a configuration capable of inducing magnetization reversal without causing an increase in power consumption, which does not cause a decrease in integration degree. It aims at providing an inversion element.
Another object of the present invention is to provide a magnetoresistive effect element, a magnetic memory, and a high frequency magnetic element provided with the above-mentioned excellent spin current magnetization reversal element.

本発明者らは、鋭意検討の結果、電流等を流さなくても定常的に磁場を発生する磁場印加手段を素子内部に組み込むことで、集積性の低下を招くことなく、スピン軌道トルク(SOT)を利用して容易に磁化反転を起こすことができることを見出した。
すなわち、本発明は、上記課題を解決するため、以下の手段を提供する。
As a result of intensive investigations, the present inventors incorporated a magnetic field application means for generating a magnetic field constantly without flowing a current or the like into the inside of the device, thereby reducing the spin orbit torque (SOT). It has been found that the magnetization reversal can be easily caused by utilizing.
That is, the present invention provides the following means in order to solve the above problems.

(1)第1の態様にかかるスピン流磁化反転素子は、第1方向に延在するスピン軌道トルク配線と、前記スピン軌道トルク配線の前記第1方向と交差する第2方向に配置された第1強磁性層と、前記第1強磁性層の前記第1方向に離間配置され、前記第1強磁性層の磁化反転を補助するアシスト磁場を前記第1強磁性層に印加する第1磁場印加層とを備える。 (1) The spin current magnetization reversal element according to the first aspect includes a spin orbit torque wiring extending in a first direction, and a second spin current arranged in a second direction intersecting the first direction of the spin orbit torque wiring. A first magnetic field application for applying an assist magnetic field to the first ferromagnetic layer, the assist magnetic field being spaced apart from the first ferromagnetic layer in the first direction of the first ferromagnetic layer and assisting magnetization reversal of the first ferromagnetic layer; And a layer.

(2)上記態様にかかるスピン流磁化反転素子は、前記第1強磁性層の磁化容易軸が前記第2方向であってもよい。 (2) In the spin current magnetization reversal element according to the above aspect, the magnetization easy axis of the first ferromagnetic layer may be in the second direction.

(3)上記態様にかかるスピン流磁化反転素子は、前記第1磁場印加層の磁化容易軸が前記第1方向であり、前記第1磁場印加層が発生する磁場は少なくとも前記第1方向の成分を有してもよい。 (3) In the spin current magnetization reversal element according to the above aspect, the magnetization easy axis of the first magnetic field application layer is the first direction, and the magnetic field generated by the first magnetic field application layer is at least a component in the first direction. May be included.

(4)上記態様にかかるスピン流磁化反転素子は、前記スピン軌道トルク配線と前記第1磁場印加層とが接していてもよい。 (4) In the spin current magnetization reversal element according to the above aspect, the spin orbit torque wiring may be in contact with the first magnetic field application layer.

(5)上記態様にかかるスピン流磁化反転素子は、前記第1強磁性層と前記第1磁場印加層との距離が、前記スピン軌道トルク配線のスピン拡散長以下であってもよい。 (5) In the spin current magnetization reversal element according to the above aspect, the distance between the first ferromagnetic layer and the first magnetic field application layer may be equal to or less than the spin diffusion length of the spin path torque wiring.

(6)上記態様にかかるスピン流磁化反転素子は、前記第2方向に沿って延在する第1面に対して前記第1方向から投影した前記第1磁場印加層の面積が、前記第1面に対して前記第1方向から投影した前記第1強磁性層の面積より大きくてもよい。 (6) The spin current magnetization reversal element according to the above aspect is characterized in that the area of the first magnetic field application layer projected from the first direction with respect to the first surface extending along the second direction is the first surface. It may be larger than the area of the first ferromagnetic layer projected from the first direction with respect to the surface.

(7)上記態様にかかるスピン流磁化反転素子は、前記第1強磁性層を前記第1磁場印加層と挟み、少なくとも前記第1方向の成分を有する磁場を発生する第2磁場印加層をさらに備えてもよい。 (7) The spin current magnetization reversal element according to the above aspect further includes a second magnetic field application layer which sandwiches the first ferromagnetic layer with the first magnetic field application layer and generates a magnetic field having at least a component in the first direction. You may have.

(8)上記態様にかかるスピン流磁化反転素子は、前記スピン軌道トルク配線における前記第1強磁性層を挟む少なくとも2点から前記第2方向にそれぞれ延在するビア配線をさらに備えてもよい。 (8) The spin current magnetization reversal element according to the above aspect may further include via interconnects extending in the second direction from at least two points sandwiching the first ferromagnetic layer in the spin track torque interconnect.

(9)上記態様にかかるスピン流磁化反転素子は、前記スピン軌道トルク配線及び前記第1強磁性層を前記第2方向に挟む磁気シールド層をさらに備えてもよい。 (9) The spin current magnetization reversal element according to the above aspect may further include a magnetic shield layer sandwiching the spin orbit torque wiring and the first ferromagnetic layer in the second direction.

(10)第2の態様にかかるスピン軌道トルク型磁気抵抗効果素子は、上記態様にかかるスピン流磁化反転素子と、前記第1強磁性層において前記スピン軌道トルク配線と接する面と反対側の面に積層された非磁性層と、前記第1強磁性層と前記非磁性層を挟む第2強磁性層と、を備える。 (10) The spin orbit torque type magnetoresistance effect device according to the second aspect includes the spin current magnetization reversal element according to the above aspect, and a surface of the first ferromagnetic layer opposite to a surface in contact with the spin orbit torque wiring. And a second ferromagnetic layer sandwiching the first ferromagnetic layer and the nonmagnetic layer.

(11)第3の態様にかかる磁気メモリは、上記態様にかかるスピン軌道トルク型磁気抵抗効果素子を複数備える。 (11) The magnetic memory according to the third aspect includes a plurality of spin orbit torque type magnetoresistance effect elements according to the above aspect.

(12)上記態様にかかる磁気メモリは、複数の前記スピン軌道トルク型磁気抵抗効果素子が配列した素子部と、前記素子部の外周に位置し、前記素子部の中央部と周縁部における磁場を均一化する磁場印加部と、をさらに備えてもよい。 (12) The magnetic memory according to the above aspect is provided with an element portion in which a plurality of the spin orbiting torque type magnetoresistance effect elements are arrayed, and an outer periphery of the element portion and a magnetic field in the central portion and the peripheral portion of the element portion. The magnetic field applying unit may be further included.

(13)第4の態様にかかる高周波磁気素子は、上記態様にかかるスピン軌道トルク型磁気抵抗効果素子を備える。 (13) A high frequency magnetic element according to a fourth aspect includes the spin orbit torque type magnetoresistive element according to the above aspect.

上述した態様にかかるスピン流磁化反転素子によれば、消費電力を上げることなく磁化反転できるとともに、集積度の低下を引き起こすこともないスピン流磁化反転素子を提供できる。また、このような優れたスピン流磁化反転素子を備えた磁気抵抗効果素子、磁気メモリ、高周波磁気素子を提供できる。  According to the spin current magnetization reversal element according to the aspect described above, it is possible to provide a spin current magnetization reversal element that can perform magnetization reversal without increasing power consumption and does not cause a decrease in integration degree. Further, a magnetoresistive effect element, a magnetic memory, and a high frequency magnetic element provided with such an excellent spin current magnetization reversal element can be provided.

第1実施形態に係るスピン流磁化反転素子を模式的に示した斜視図である。It is the perspective view which showed the spin current magnetization reversal element concerning a 1st embodiment typically. 第2実施形態に係るスピン流磁化反転素子を模式的に示した斜視図である。It is the perspective view which showed the spin current magnetization reversal element concerning a 2nd embodiment typically. 第2実施形態に係るスピン流磁化反転素子の別の例を模式的に示した斜視図である。It is the perspective view which showed typically another example of the spin current magnetization inversion element which concerns on 2nd Embodiment. 第3実施形態に係るスピン流磁化反転素子を模式的に示した斜視図である。It is the perspective view which showed the spin current magnetization reversal element concerning a 3rd embodiment typically. 第4実施形態に係るスピン流磁化反転素子を模式的に示した斜視図である。It is the perspective view which showed the spin current magnetization reversal element concerning a 4th embodiment typically. 第5実施形態に係るスピン流磁化反転素子を模式的に示した斜視図である。It is the perspective view which showed the spin current magnetization reversal element concerning a 5th embodiment typically. 第6実施形態に係るスピン流磁化反転素子を模式的に示した斜視図である。It is the perspective view which showed the spin current magnetization reversal element concerning a 6th embodiment typically. 第7実施形態に係るスピン軌道トルク型磁気抵抗効果素子を模式的に示した斜視図である。It is the perspective view which showed typically the spin orbit torque type | mold magnetoresistive effect element based on 7th Embodiment. 第7実施形態に係るスピン軌道トルク型磁気抵抗効果素子の製造方法を模式的に示した図である。It is the figure which showed typically the manufacturing method of the spin orbit torque type | mold magnetoresistive effect element concerning 7th Embodiment. 第8実施形態に係る磁気メモリを模式的に示した図である。It is the figure which showed the magnetic memory concerning 8th Embodiment typically. 第8実施形態に係る磁気メモリの要部を示した斜視図である。It is the perspective view which showed the principal part of the magnetic memory which concerns on 8th Embodiment. 第8実施形態にかかる磁気メモリの別の例をx方向に沿って切断した断面図である。It is sectional drawing which cut | disconnected another example of the magnetic memory concerning 8th Embodiment along x direction. 第9実施形態にかかる高周波磁気素子の断面模式図である。It is a cross-sectional schematic diagram of the high frequency magnetic element concerning 9th Embodiment.

以下、本実施形態について、図を適宜参照しながら詳細に説明する。以下の説明で用いる図面は、特徴をわかりやすくするために便宜上特徴となる部分を拡大して示している場合があり、各構成要素の寸法比率などは実際とは異なっていることがある。以下の説明において例示される材料、寸法等は一例であって、本発明はそれらに限定されるものではなく、本発明の効果を奏する範囲で適宜変更して実施することが可能である。   Hereinafter, the present embodiment will be described in detail with reference to the drawings as appropriate. In the drawings used in the following description, in order to make the features easy to understand, the features that are the features may be enlarged for the sake of convenience, and the dimensional ratio of each component may be different from the actual one. The materials, dimensions, and the like exemplified in the following description are merely examples, and the present invention is not limited to them, and can be appropriately modified and implemented within the scope of achieving the effects of the present invention.

「第1実施形態」
図1は、第1実施形態にかかるスピン流磁化反転素子を模式的に示した斜視図である。 第1実施形態にかかるスピン流磁化反転素子10は、第1強磁性層1と、スピン軌道トルク配線2と、第1磁場印加層3と、ビア配線4とを有する。図1に示すスピン流磁化反転素子10は、帯状のスピン軌道トルク配線2の上面中央部に、スピン軌道トルク配線2と同じ幅の平面視長方形状の第1強磁性層1が積層されている。また第1磁場印加層3は、第1強磁性層1と平面視同等幅、同等長さで、第1強磁性層1及びスピン軌道トルク配線2と離間して配置している。
以下、スピン軌道トルク配線2が延在する第1の方向をx方向、第1強磁性層1の積層方向(第2の方向)をz方向、x方向及びz方向のいずれにも直交する方向をy方向と規定して説明する。
First Embodiment
FIG. 1 is a perspective view schematically showing a spin current magnetization reversal element according to the first embodiment. The spin current magnetization reversal element 10 according to the first embodiment has a first ferromagnetic layer 1, a spin orbit torque wiring 2, a first magnetic field application layer 3, and a via wiring 4. In the spin current magnetization reversal element 10 shown in FIG. 1, the first ferromagnetic layer 1 having a rectangular shape in plan view having the same width as that of the spin track torque wiring 2 is stacked in the center of the top surface of the band spin track torque wiring 2. . The first magnetic field application layer 3 has the same width and the same length as the first ferromagnetic layer 1 in plan view, and is spaced apart from the first ferromagnetic layer 1 and the spin orbit torque wiring 2.
Hereinafter, the first direction in which the spin orbit torque wiring 2 extends is the x direction, and the stacking direction (the second direction) of the first ferromagnetic layer 1 is the direction orthogonal to any of the z direction, the x direction, and the z direction. Is defined as the y direction.

<第1強磁性層>
第1強磁性層1はその磁化の向きが相対的に変化することで機能する。
第1強磁性層1の材料として、強磁性材料、特に軟磁性材料を適用できる。例えば、Cr、Mn、Co、Fe及びNiからなる群から選択される金属、これらの金属を1種以上含む合金、これらの金属とB、C、及びNの少なくとも1種以上の元素とが含まれる合金等を用いることができる。具体的には、Co−Fe、Co−Fe−B、Ni−Feを例示できる。
<First ferromagnetic layer>
The first ferromagnetic layer 1 functions by relatively changing the direction of its magnetization.
As a material of the first ferromagnetic layer 1, a ferromagnetic material, in particular a soft magnetic material can be applied. For example, a metal selected from the group consisting of Cr, Mn, Co, Fe and Ni, an alloy containing one or more of these metals, and these metals and at least one or more elements of B, C, and N Alloys can be used. Specifically, Co-Fe, Co-Fe-B, and Ni-Fe can be exemplified.

第1強磁性層1は磁化容易軸がz方向であり、第1強磁性層1の磁化M1はz方向に配向している。ここで磁化M1の配向方向は、完全にz方向と一致している場合に限られるものではなく、効果を奏する範囲でz方向からずれていてもよい。磁化M1がz方向した垂直磁化膜は、同一面積(xy面)内に多くの磁化を持つことができ、集積性に優れる。  The magnetization easy axis of the first ferromagnetic layer 1 is in the z direction, and the magnetization M1 of the first ferromagnetic layer 1 is oriented in the z direction. Here, the orientation direction of the magnetization M1 is not limited to the case where it completely coincides with the z direction, but may be deviated from the z direction within the range where the effect is exerted. A perpendicular magnetization film in which the magnetization M1 is in the z direction can have many magnetizations in the same area (xy plane), and is excellent in integration.

<スピン軌道トルク配線>
スピン軌道トルク配線2は、x方向に延在する。スピン軌道トルク配線2は、第1強磁性層1のz方向の一面に接続されている。スピン軌道トルク配線2は、第1強磁性層1に直接接続されていてもよいし、キャップ層などの他の層を介し接続されていてもよい。
<Spin orbit torque wiring>
The spin orbit torque wiring 2 extends in the x direction. The spin orbit torque wiring 2 is connected to one surface of the first ferromagnetic layer 1 in the z direction. The spin orbit torque wiring 2 may be directly connected to the first ferromagnetic layer 1 or may be connected via another layer such as a cap layer.

スピン軌道トルク配線2は、電流が流れるとスピンホール効果によって純スピン流が生成される材料からなる。かかる材料としては、スピン軌道トルク配線2中に純スピン流が生成される構成のものであれば足りる。従って、単体の元素からなる材料に限らないし、純スピン流を生成しやすい材料で構成される部分と純スピン流を生成しにくい材料で構成される部分とからなるもの等であってもよい。
スピンホール効果とは、材料に電流を流した場合にスピン軌道相互作用に基づき、電流の向きに直交する方向に純スピン流が誘起される現象である。スピンホール効果により純スピン流が生み出されるメカニズムについて説明する。
The spin orbit torque wiring 2 is made of a material in which a pure spin current is generated by the spin Hall effect when current flows. As such a material, a material having a configuration in which a pure spin current is generated in the spin orbit torque wiring 2 is sufficient. Therefore, the material is not limited to a material composed of a single element, and may be composed of a part composed of a material that easily generates a pure spin current and a part composed of a material that hardly generates a pure spin current.
The spin Hall effect is a phenomenon in which a pure spin current is induced in a direction perpendicular to the direction of the current based on spin-orbit interaction when a current is supplied to a material. The mechanism by which a pure spin current is produced by the spin Hall effect will be described.

図1に示すように、スピン軌道トルク配線2のx方向の両端に電位差を与えるとx方向に沿って電流Iが流れる。電流Iが流れると、y方向に配向した第1スピンS1と−y方向に配向した第2スピンS2はそれぞれ電流と直交する方向に曲げられる。通常のホール効果とスピンホール効果とは運動(移動)する電荷(電子)が運動(移動)方向を曲げられる点で共通するが、通常のホール効果は磁場中で運動する荷電粒子がローレンツ力を受けて運動方向を曲げられるのに対して、スピンホール効果では磁場が存在しないのに電子が移動するだけ(電流が流れるだけ)で移動方向が曲げられる点で大きく異なる。   As shown in FIG. 1, when a potential difference is applied to both ends of the spin orbit torque wiring 2 in the x direction, a current I flows along the x direction. When the current I flows, the first spin S1 oriented in the y direction and the second spin S2 oriented in the -y direction are each bent in the direction orthogonal to the current. The ordinary Hall effect and the spin Hall effect are common in that moving (moving) charges (electrons) can bend the direction of movement (moving), but the ordinary Hall effect causes charged particles moving in a magnetic field to move the Lorentz force. In contrast to being able to receive and bend the direction of movement, the spin Hall effect is largely different in that the direction of movement is bent only by electron movement (only current flow) even though there is no magnetic field.

非磁性体(強磁性体ではない材料)では第1スピンS1の電子数と第2スピンS2の電子数とが等しいので、図中で上方向に向かう第1スピンS1の電子数と下方向に向かう第2スピンS2の電子数が等しい。そのため、電荷の正味の流れとしての電流はゼロである。この電流を伴わないスピン流は特に純スピン流と呼ばれる。
強磁性体中に電流を流した場合は、第1スピンS1と第2スピンS2が互いに反対方向に曲げられる点は同じである。一方で、強磁性体中では第1スピンS1と第2スピンS2のいずれかが多い状態であり、結果として電荷の正味の流れが生じてしまう(電圧が発生してしまう)点が異なる。従って、スピン軌道トルク配線2の材料としては、強磁性体だけからなる材料は含まれない。
Since the number of electrons in the first spin S1 is equal to the number of electrons in the second spin S2 in a nonmagnetic material (a material that is not a ferromagnetic material), the number of electrons in the first spin S1 going upward in the figure and downward The number of electrons of the second spin S2 to be directed is equal. Thus, the current as a net flow of charge is zero. A spin current without this current is particularly called a pure spin current.
When a current is caused to flow in the ferromagnetic material, the first spin S1 and the second spin S2 are bent in the opposite directions, which is the same. On the other hand, it is a state in which one of the first spin S1 and the second spin S2 is more in the ferromagnetic material, and as a result, a net flow of charge is generated (a voltage is generated). Therefore, the material of the spin orbit torque wiring 2 does not include a material consisting of only a ferromagnetic material.

ここで、第1スピンS1の電子の流れをJ、第2スピンS2の電子の流れをJ、スピン流をJと表すと、J=J−Jで定義される。図1においては、純スピン流としてJが図中のz方向に流れる。ここで、Jは分極率が100%の電子の流れである。
図1において、スピン軌道トルク配線2の上面に強磁性体を接触させると、純スピン流は強磁性体中に拡散して流れ込む。すなわち、第1強磁性層1にスピンが注入される。
Here, the electron flow in the first spin S1 J ↑, electrons flow J second spin S2, to represent the spin current and J S, is defined by J S = J -J ↓. In FIG. 1, J S flows in the z direction in the figure as a pure spin current. Here, J S is a flow of electrons having a polarizability of 100%.
In FIG. 1, when a ferromagnetic material is brought into contact with the top surface of the spin orbit torque wiring 2, the pure spin current diffuses into the ferromagnetic material and flows into it. That is, spins are injected into the first ferromagnetic layer 1.

スピン軌道トルク配線の材料としては、タングステン、レニウム、オスミウム、イリジウム、及び、それらの金属を少なくとも1つ以上含む合金からなる群から選択された材料からなるものとすることができる。また、タングステン、レニウム、オスミウム及びイリジウムは、最外殻に5dの電子を持ち、d軌道の5つの軌道が縮退している場合に、大きな軌道角運動量を持つ。そのため、スピンホール効果を生じさせるスピン軌道相互作用が大きくなり、効率的にスピン流を発生できる。  The material of the spin orbit torque wiring can be made of a material selected from the group consisting of tungsten, rhenium, osmium, iridium, and an alloy containing at least one or more of these metals. Tungsten, rhenium, osmium and iridium have 5d electrons in the outermost shell, and have large orbital angular momentum when five orbits of d orbit are degenerate. As a result, the spin-orbit interaction that causes the spin Hall effect increases, and spin current can be generated efficiently.

スピン軌道トルク配線2は、非磁性の重金属を含んでもよい。ここで、重金属とは、イットリウム以上の比重を有する金属の意味で用いている。スピン軌道トルク配線2は、非磁性の重金属だけからなってもよい。  The spin orbit torque wiring 2 may contain nonmagnetic heavy metal. Here, heavy metal is used in the meaning of the metal which has specific gravity more than yttrium. The spin orbit torque wiring 2 may be made of only nonmagnetic heavy metal.

この場合、非磁性の重金属は最外殻にd電子又はf電子を有する原子番号39以上の原子番号が大きい非磁性金属であることが好ましい。かかる非磁性金属は、スピンホール効果を生じさせるスピン軌道相互作用が大きいからである。スピン軌道トルク配線2は、最外殻にd電子又はf電子を有する原子番号39以上の原子番号が大きい非磁性金属だけからなってもよい。   In this case, the nonmagnetic heavy metal is preferably a nonmagnetic metal having an atomic number of 39 or more, which has d electrons or f electrons in the outermost shell. Such nonmagnetic metals have a large spin-orbit interaction that causes the spin Hall effect. The spin orbit torque wiring 2 may be made of only a nonmagnetic metal having a large atomic number of 39 or more having d electrons or f electrons in the outermost shell.

通常、金属に電流を流すとすべての電子はそのスピンの向きに関わりなく、電流とは逆向きに動くのに対して、最外殻にd電子又はf電子を有する原子番号が大きい非磁性金属はスピン軌道相互作用が大きいためにスピンホール効果によって電子の動く方向が電子のスピンの向きに依存し、純スピン流Jが発生しやすい。特に、非磁性の重金属としてIrを用いると、スピンホール効果が大きい。さらに、Irと第1強磁性層1の界面において従来材料よりも大きな垂直磁気異方性を第1強磁性層1に付加することができる。 Normally, when current flows in metal, all electrons move in the direction opposite to the current regardless of the direction of spin, while nonmagnetic metal with large atomic number having d electrons or f electrons in the outermost shell Since the spin-orbit interaction is large, the direction of electron movement depends on the direction of electron spins by the spin Hall effect, and a pure spin current J S tends to be generated. In particular, when Ir is used as the nonmagnetic heavy metal, the spin Hall effect is large. Furthermore, perpendicular magnetic anisotropy larger than that of the conventional material can be added to the first ferromagnetic layer 1 at the interface between Ir and the first ferromagnetic layer 1.

また、スピン軌道トルク配線2は、磁性金属を含んでもよい。磁性金属とは、強磁性金属、又は、反強磁性金属を指す。非磁性金属に微量な磁性金属が含まれるとスピン軌道相互作用が増強され、スピン軌道トルク配線2に流す電流に対するスピン流生成効率を高くなる。スピン軌道トルク配線2は、反強磁性金属だけからなっていてもよい。   In addition, the spin track torque wiring 2 may contain a magnetic metal. Magnetic metal refers to ferromagnetic metal or antiferromagnetic metal. When the nonmagnetic metal contains a trace amount of magnetic metal, the spin-orbit interaction is enhanced, and the spin current generation efficiency with respect to the current flowing through the spin-orbit torque wiring 2 is increased. The spin orbit torque wiring 2 may be made of only an antiferromagnetic metal.

スピン軌道相互作用はスピン軌道トルク配線材料の物質の固有の内場によって生じる。そのため、非磁性材料でも純スピン流が生じる。スピン軌道トルク配線材料に微量の磁性金属を添加すると、磁性金属自体が流れる電子スピンを散乱するためにスピン流生成効率が向上する。ただし、磁性金属の添加量が増大し過ぎると、発生した純スピン流が添加された磁性金属によって散乱されるため、結果としてスピン流が減少する作用が強くなる。
したがって、添加される磁性金属のモル比はスピン軌道トルク配線における純スピン生成部の主成分のモル比よりも十分小さい方が好ましい。目安で言えば、添加される磁性金属のモル比は3%以下であることが好ましい。
Spin-orbit interaction is caused by the intrinsic internal field of the material of the spin-orbit torque wiring material. Therefore, pure spin current is generated even in nonmagnetic materials. When a small amount of magnetic metal is added to the spin orbit torque wiring material, the spin current generation efficiency is improved because the magnetic metal itself scatters the electron spins flowing therethrough. However, if the addition amount of the magnetic metal is excessively increased, the generated pure spin current is scattered by the added magnetic metal, and as a result, the spin current decreases.
Therefore, it is preferable that the molar ratio of the magnetic metal to be added be sufficiently smaller than the molar ratio of the main component of the pure spin generating portion in the spin track torque wiring. As a rule, the molar ratio of the magnetic metal added is preferably 3% or less.

また、スピン軌道トルク配線2は、トポロジカル絶縁体を含んでもよい。スピン軌道トルク配線2は、トポロジカル絶縁体だけからなってもよい。トポロジカル絶縁体とは、物質内部が絶縁体、あるいは、高抵抗体であるが、その表面にスピン偏極した金属状態が生じている物質である。物質にはスピン軌道相互作用という内部磁場のようなものがある。そこで外部磁場が無くてもスピン軌道相互作用の効果で新たなトポロジカル相が発現する。これがトポロジカル絶縁体であり、強いスピン軌道相互作用とエッジにおける反転対称性の破れにより純スピン流を高効率に生成することができる。
トポロジカル絶縁体としては例えば、SnTe,Bi1.5Sb0.5Te1.7Se1.3,TlBiSe,BiTe,(Bi1−xSbTeなどが好ましい。これらのトポロジカル絶縁体は、高効率にスピン流を生成することが可能である。
The spin track torque wire 2 may also include a topological insulator. The spin track torque wire 2 may be made of only the topological insulator. The topological insulator is a substance in which the inside of the substance is an insulator or a high resistance, but a spin-polarized metal state is generated on the surface thereof. There is something like an internal magnetic field called spin-orbit interaction in matter. Therefore, even if there is no external magnetic field, a new topological phase appears due to the effect of spin-orbit interaction. This is a topological insulator, and strong spin-orbit interaction and inversion symmetry breaking at the edge can generate pure spin current with high efficiency.
The topological insulators example, SnTe, Bi 1.5 Sb 0.5 Te 1.7 Se 1.3, TlBiSe 2, Bi 2 Te 3, preferably such as (Bi 1-x Sb x) 2 Te 3. These topological insulators can generate spin current with high efficiency.

<第1磁場印加層>
第1磁場印加層3は図1のx方向への成分を有する磁場を第1強磁性層1に印加するために設けられている。第1磁場印加層3は、第1強磁性層1のx方向に離間配置されている。すなわち第1強磁性層1から見て(第1強磁性層1を基準に)x方向に第1強磁性層1と第1磁場印加層3とは、離間して配置されている。第1強磁性層1と第1磁場印加層3との距離は、第1磁場印加層3が発生する磁場により第1強磁性層1の磁化M1が揺らがない程度に近接していることが好ましい。
<First magnetic field application layer>
The first magnetic field application layer 3 is provided to apply a magnetic field having a component in the x direction in FIG. 1 to the first ferromagnetic layer 1. The first magnetic field application layer 3 is spaced apart in the x direction of the first ferromagnetic layer 1. That is, as viewed from the first ferromagnetic layer 1, the first ferromagnetic layer 1 and the first magnetic field application layer 3 are spaced apart in the x direction (with respect to the first ferromagnetic layer 1). It is preferable that the distance between the first ferromagnetic layer 1 and the first magnetic field application layer 3 be close enough to prevent the magnetization M 1 of the first ferromagnetic layer 1 from swinging by the magnetic field generated by the first magnetic field application layer 3 .

第1磁場印加層3は、保磁力の高い強磁性体からなる。図1において第1磁場印加層3の磁化M3は、xy面内方向のx方向に配向している。ここで磁化M3の配向方向は、完全にx方向と一致している場合に限られるものではなく、効果を奏する範囲でx方向からずれていてもよい。第1磁場印加層3には、例えばCoCrPt、Fe-Co合金、ホイスラー合金、フェライト酸化物等を用いることができる。   The first magnetic field application layer 3 is made of a ferromagnetic material having high coercivity. In FIG. 1, the magnetization M3 of the first magnetic field application layer 3 is oriented in the x direction in the xy in-plane direction. Here, the orientation direction of the magnetization M3 is not limited to the case where it completely coincides with the x direction, but may be deviated from the x direction within the range where the effect is exerted. For the first magnetic field application layer 3, for example, CoCrPt, Fe--Co alloy, Heusler alloy, ferrite oxide or the like can be used.

第1磁場印加層3のx方向の長さは、y方向の長さ(幅)及びz方向の長さ(厚み)より長いことが好ましい。第1磁場印加層3の磁化M3は、第1磁場印加層3の長軸方向に配向しやすい。第1磁場印加層3がx方向に延在していると、磁化M3が安定的にx方向に配向し、第1強磁性層1に印加する磁場のx成分を多くできる。   The length of the first magnetic field application layer 3 in the x direction is preferably longer than the length (width) in the y direction and the length (thickness) in the z direction. The magnetization M 3 of the first magnetic field application layer 3 tends to be oriented in the long axis direction of the first magnetic field application layer 3. When the first magnetic field application layer 3 extends in the x direction, the magnetization M 3 is stably oriented in the x direction, and the x component of the magnetic field applied to the first ferromagnetic layer 1 can be increased.

<ビア配線>
ビア配線4は、スピン軌道トルク配線2における第1強磁性層1を挟む位置に設けられている。ビア配線4はz方向に延在し、半導体素子等との接続を担う。図1に示すビア配線4は、スピン軌道トルク配線2から第1磁場印加層3と反対方向(−z方向)に延在しているが、第1磁場印加層3の存在する方向(z方向)に延在してもよい。
<Via wiring>
The via wire 4 is provided at a position sandwiching the first ferromagnetic layer 1 in the spin track torque wire 2. The via wiring 4 extends in the z direction and bears connection with a semiconductor element or the like. The via wiring 4 shown in FIG. 1 extends from the spin track torque wiring 2 in the direction opposite to the first magnetic field application layer 3 (−z direction), but the direction in which the first magnetic field application layer 3 exists (z direction ) May be extended.

ビア配線4には、導電性に優れる材料を用いることができる。例えば、銅、アルミニウム、銀等をビア配線4として用いることができる。スピン流磁化反転素子10を単独で用いる場合は、ビア配線4は無くてもよい。  For the via wiring 4, a material having excellent conductivity can be used. For example, copper, aluminum, silver or the like can be used as the via wiring 4. When the spin current magnetization reversal element 10 is used alone, the via wiring 4 may be omitted.

またスピン流磁化反転素子10は、第1強磁性層1とスピン軌道トルク配線2と第1磁場印加層3とビア配線4以外の構成要素を有していてもよい。例えば、実際の素子において第1磁場印加層3は、スピン軌道トルク配線2のz方向の位置に浮かんでいるのではなく、層間絶縁膜を介して積層される。層間絶縁膜には、半導体デバイス等で用いられているものと同様の材料を用いることができる。例えば、酸化シリコン(SiO)、窒化シリコン(SiN)、炭化シリコン(SiC)、窒化クロム(CrN)、炭窒化シリコン(SiCN)、酸窒化シリコン(SiON)、酸化アルミニウム(Al)、酸化ジルコニウム(ZrO)等が用いられる。 The spin current magnetization reversal element 10 may have components other than the first ferromagnetic layer 1, the spin orbit torque wiring 2, the first magnetic field application layer 3, and the via wiring 4. For example, in an actual element, the first magnetic field application layer 3 does not float at the position of the spin orbit torque wiring 2 in the z direction, but is stacked via an interlayer insulating film. For the interlayer insulating film, the same material as that used in a semiconductor device or the like can be used. For example, silicon oxide (SiO x ), silicon nitride (SiN x ), silicon carbide (SiC), chromium nitride (CrN), silicon carbonitride (SiCN), silicon oxynitride (SiON), aluminum oxide (Al 2 O 3 ) , Zirconium oxide (ZrO x ) or the like is used.

またこの他、支持体として基板等を有していてもよい。基板は、平坦性に優れることが好ましく、材料として例えば、Si、AlTiC等を用いることができる。
本実施形態は、必ずしも上記構成に限定されるものではなく、趣旨を逸脱しない範囲において種々の変更を加えることが可能である。
In addition to this, a substrate or the like may be provided as a support. The substrate is preferably excellent in flatness, and as a material, for example, Si, AlTiC or the like can be used.
The present embodiment is not necessarily limited to the above configuration, and various modifications can be made without departing from the scope of the present invention.

(スピン流磁化反転素子の原理)
次いで、スピン流磁化反転素子10の原理について説明すると共に、第1強磁性層1の磁化M1を第1磁場印加層3から発生する磁場及びスピン軌道トルク配線2から注入されるスピンにより磁化反転させることが可能である理由について説明する。
(Principle of spin current magnetization reversal element)
Next, the principle of the spin current magnetization reversal element 10 will be described, and the magnetization M1 of the first ferromagnetic layer 1 is reversed by the magnetic field generated from the first magnetic field application layer 3 and the spin injected from the spin orbit torque wiring 2. Explain why it is possible.

図1に示すように、スピン軌道トルク配線2に電流Iを印加すると、第1スピンS1と第2スピンS2とがスピンホール効果によって曲げられる。その結果、純スピン流Jsがz方向に生じる。   As shown in FIG. 1, when a current I is applied to the spin track torque wire 2, the first spin S1 and the second spin S2 are bent by the spin Hall effect. As a result, a pure spin current Js is generated in the z direction.

スピン軌道トルク配線2のz方向には、第1強磁性層1が配設されている。そのため、スピン軌道トルク配線2から第1強磁性層1にスピンが注入される。注入されたスピンは、第1強磁性層1の磁化M1にスピン軌道トルク(SOT)を与える。   The first ferromagnetic layer 1 is disposed in the z direction of the spin orbit torque wiring 2. Therefore, spins are injected from the spin orbit torque wiring 2 into the first ferromagnetic layer 1. The injected spin gives a spin orbit torque (SOT) to the magnetization M 1 of the first ferromagnetic layer 1.

第1強磁性層1に注入される第1スピンS1はy方向に配向しているため、磁化M1にy方向のトルク(スピン軌道トルク)を与え、磁化M1をy方向に向かって90°回転させる。90°回転した磁化M1がz方向に戻るか、−z方向に向く(磁化反転する)かは、第1磁場印加層3が無く第1強磁性層1に磁場が印加されていない状態では、確率的に決まる。つまり、磁化反転するか否かが確率によって決定され、素子として安定的に機能しない。これに対し、第1強磁性層1からの磁場が第1磁場印加層3に印加されると、スピン軌道トルクにより90゜回転した磁化M1の反転確率が非対称となる。その結果、スピン軌道トルクにより90°回転した磁化M1を安定的かつ少ないエネルギーで磁化反転させることができる。   Since the first spins S1 injected into the first ferromagnetic layer 1 are oriented in the y direction, torque (spin trajectory torque) in the y direction is given to the magnetization M1 to rotate the magnetization M1 by 90 ° in the y direction Let Whether the magnetization M1 rotated by 90 ° returns to the z direction or to the −z direction (magnetization reversal) is performed in the state where there is no first magnetic field application layer 3 and no magnetic field is applied to the first ferromagnetic layer 1 Determined stochastically. That is, whether or not the magnetization is reversed is determined by the probability, and the element does not function stably. On the other hand, when the magnetic field from the first ferromagnetic layer 1 is applied to the first magnetic field application layer 3, the inversion probability of the magnetization M1 rotated by 90 ° by the spin orbit torque becomes asymmetric. As a result, the magnetization M1 rotated by 90 ° by the spin orbit torque can be stably inverted with less energy.

上述のように、第1実施形態にかかるスピン流磁化反転素子10によれば、素子内部に第1磁場印加層3を備えるため、素子外部から磁場を印加しなくても、容易に磁化反転を行うことができる。また第1磁場印加層3は、一定方向の磁場を第1強磁性層1に印加し続けるため、磁場を発生させるための配線等が不要である。従って、第1実施形態にかかるスピン流磁化反転素子10は、集積性に優れ、かつ、磁化反転を安定的かつ容易に行うことができる。   As described above, according to the spin current magnetization reversal device 10 according to the first embodiment, since the first magnetic field application layer 3 is provided inside the device, magnetization reversal can be easily performed without applying a magnetic field from the outside of the device. It can be carried out. Further, since the first magnetic field application layer 3 continues to apply a magnetic field in a fixed direction to the first ferromagnetic layer 1, wiring or the like for generating a magnetic field is unnecessary. Therefore, the spin current magnetization reversal element 10 according to the first embodiment is excellent in integration, and can perform magnetization reversal stably and easily.

上述の第1実施形態にかかるスピン流磁化反転素子10は、不揮発性ランダムアクセスメモリ(MRAM)、高周波部品、磁気センサなどへの適用が可能である。例えば、磁気異方性センサや、磁気カー効果又は磁気ファラデー効果を利用した光学素子として用いることができる。   The spin current magnetization reversal element 10 according to the first embodiment described above can be applied to nonvolatile random access memory (MRAM), high frequency components, magnetic sensors, and the like. For example, it can be used as a magnetic anisotropy sensor or an optical element utilizing a magnetic Kerr effect or a magnetic Faraday effect.

「第2実施形態」
図2に示す第2実施形態にかかるスピン流磁化反転素子11は、第1磁場印加層3とスピン軌道トルク配線2とが接している点が、第1実施形態にかかるスピン流磁化反転素子10と異なる。その他の構成は、第1実施形態に係るスピン流磁化反転素子10と同一であり、同一の構成については同一の符号を付し、説明を省く。
"2nd Embodiment"
The spin current magnetization reversal element 11 according to the second embodiment shown in FIG. 2 is characterized in that the first magnetic field application layer 3 and the spin orbit torque wiring 2 are in contact with each other. It is different from The other configuration is the same as that of the spin current magnetization reversal element 10 according to the first embodiment, and the same configuration is denoted by the same reference numeral, and the description is omitted.

重金属を含むスピン軌道トルク配線2は電気抵抗が高い。第1磁場印加層3が金属の場合、抵抗の低い金属からなる第1磁場印加層3をスピン軌道トルク配線2に接続すると、電流Iによる発熱を抑制できる。   The spin orbit torque wiring 2 containing heavy metal has high electrical resistance. When the first magnetic field application layer 3 is a metal, heat generation due to the current I can be suppressed by connecting the first magnetic field application layer 3 made of a metal having a low resistance to the spin orbit torque wiring 2.

またスピン軌道トルク(SOT)を利用したスピン流磁化反転素子11の磁化反転は、注入されるスピンの量に依存する。スピンの量は、電流Iの電流密度によって決まる。電流Iの電流密度は、電流Iを、第1強磁性層1の直下におけるスピン軌道トルク配線2を電流の流れ方向に直交する面で切断した面の面積で割ったものである。第1磁場印加層3を流れた電流Iは、第1強磁性層1の直下においてスピン軌道トルク配線2に集約される。第1磁場印加層3をスピン軌道トルク配線2と接続することで、電流密度が小さくなることもない。   The magnetization reversal of the spin current magnetization reversal element 11 utilizing the spin orbit torque (SOT) depends on the amount of injected spin. The amount of spin is determined by the current density of the current I. The current density of the current I is obtained by dividing the current I by the area of the surface directly below the first ferromagnetic layer 1 cut by the spin orbit torque wiring 2 in a plane perpendicular to the flow direction of the current. The current I flowing through the first magnetic field application layer 3 is concentrated on the spin orbit torque wiring 2 immediately below the first ferromagnetic layer 1. By connecting the first magnetic field application layer 3 to the spin orbit torque wiring 2, the current density does not decrease.

また電流Iが第1磁場印加層3内を流れることで、電流Iがスピン偏極する。スピン偏極した電流Iが第1強磁性層1に注入されると、第1強磁性層1の磁化M1にスピントランスファートルク(STT)を与える。すなわち、スピン軌道トルク(SOT)をアシストするスピントランスファートルク(STT)が第1強磁性層1の磁化M1に重畳して加わり、第1強磁性層1の磁化M1を反転させるのに必要な反転電流密度が小さくなる。   Further, when the current I flows in the first magnetic field application layer 3, the current I is spin-polarized. When a spin-polarized current I is injected into the first ferromagnetic layer 1, spin transfer torque (STT) is applied to the magnetization M 1 of the first ferromagnetic layer 1. That is, the spin transfer torque (STT) for assisting the spin orbit torque (SOT) is added to the magnetization M1 of the first ferromagnetic layer 1 in a superimposed manner, and the inversion necessary to reverse the magnetization M1 of the first ferromagnetic layer 1 The current density is reduced.

第1強磁性層1と第1磁場印加層3との距離は、スピン軌道トルク配線2のスピン拡散長以下であることが好ましい。当該関係を満たすと、スピントランスファートルク(STT)を第1強磁性層1へ効率的に加えることができる。   The distance between the first ferromagnetic layer 1 and the first magnetic field application layer 3 is preferably equal to or less than the spin diffusion length of the spin track torque wire 2. When the relationship is satisfied, spin transfer torque (STT) can be efficiently applied to the first ferromagnetic layer 1.

また図3は、第2実施形態にかかるスピン流磁化反転素子の変形例を模式的に示す斜視図である。図3に示すスピン流磁化反転素子12は、ビア配線4の一方が第1磁場印加層3を介してスピン軌道トルク配線2に接続されている。   FIG. 3 is a perspective view schematically showing a modification of the spin current magnetization reversal element according to the second embodiment. In the spin current magnetization reversal element 12 shown in FIG. 3, one of the via wires 4 is connected to the spin orbit torque wire 2 via the first magnetic field application layer 3.

図3に示すスピン流磁化反転素子12の場合、電流が第1磁場印加層3を通過する際にスピン偏極する。スピン偏極した電流I’が流れると、スピンホール効果により第1スピンS1’と第2スピンS2’が生じる。第1スピンS1’及び第2スピンS2’は、スピンホール効果によるスピンの方向(y方向)と第1磁場印加層3を通過することで偏極したスピンの方向(x方向)との合成ベクトル方向に配向する。第1スピンS1’及び第2スピンS2’はxy面内のいずれの方向に配向しても、第1強磁性層1の磁化M1の配向方向(z方向)とは直交関係を維持する。そのため、注入されるスピンの向きと、第1磁場印加層3により第1強磁性層1に印加する磁場の向きの関係は変わらない。一方で、第1強磁性層1の磁化M1には、スピン軌道トルク(SOT)をアシストするスピントランスファートルク(STT)が重畳して加わるため、第1強磁性層1の磁化M1を反転させるのに必要な反転電流密度を小さくできる。   In the case of the spin current magnetization reversal element 12 shown in FIG. 3, spin polarization occurs when current passes through the first magnetic field application layer 3. When the spin-polarized current I 'flows, the spin Hall effect generates a first spin S1' and a second spin S2 '. The first spin S1 ′ and the second spin S2 ′ are a composite vector of the spin direction (y direction) by the spin Hall effect and the spin direction (x direction) polarized by passing through the first magnetic field application layer 3 Orient in the direction. The first spin S1 'and the second spin S2' are orthogonal to the orientation direction (z direction) of the magnetization M1 of the first ferromagnetic layer 1 regardless of the orientation in the xy plane. Therefore, the relationship between the direction of the injected spin and the direction of the magnetic field applied to the first ferromagnetic layer 1 by the first magnetic field application layer 3 does not change. On the other hand, since the spin transfer torque (STT) for assisting the spin orbit torque (SOT) is superimposed and added to the magnetization M1 of the first ferromagnetic layer 1, the magnetization M1 of the first ferromagnetic layer 1 is reversed. Inversion current density required for

上述のように、第2実施形態にかかるスピン流磁化反転素子11,12によれば、電流Iによる発熱を抑制できる。また不要な層間絶縁膜を設ける必要が無く、素子が簡素化し、製造が容易になる。その他の作用効果については第1実施形態のスピン流磁化反転素子10と同様の効果を得ることができる。   As described above, according to the spin current magnetization reversal elements 11 and 12 according to the second embodiment, heat generation due to the current I can be suppressed. Further, there is no need to provide an unnecessary interlayer insulating film, the element is simplified, and the manufacture is facilitated. Other effects and effects can be obtained similar to those of the spin current magnetization reversal element 10 of the first embodiment.

「第3実施形態」
図4に示す第3実施形態にかかるスピン流磁化反転素子13a、13b、13cは、第1磁場印加層3をyz面で切断した断面積が第1強磁性層1をyz面で切断した断面積より大きい点が第2実施形態にかかるスピン流磁化反転素子11と異なる。その他の構成は、第2実施形態に係るスピン流磁化反転素子11と同一であり、同一の構成については同一の符号を付し、説明を省く。
"3rd Embodiment"
In the spin current magnetization reversal elements 13a, 13b and 13c according to the third embodiment shown in FIG. 4, the cross section obtained by cutting the first magnetic field application layer 3 along the yz plane cuts the first ferromagnetic layer 1 along the yz plane. The point larger than the area is different from the spin current magnetization reversal element 11 according to the second embodiment. The other configuration is the same as that of the spin current magnetization reversal element 11 according to the second embodiment, and the same configuration is denoted by the same reference numeral, and the description will be omitted.

図4(a)に示すスピン流磁化反転素子13aは、第1磁場印加層3aのy方向の幅が第1強磁性層1のy方向の幅と等しく、z方向の高さが第1強磁性層1のz方向の高さより高い。また図4(b)に示すスピン流磁化反転素子13bは、第1磁場印加層3bのy方向の幅が第1強磁性層1のy方向の幅より広く、z方向の高さは第1強磁性層1のz方向の高さと等しい。さらに図4(c)に示すスピン流磁化反転素子13cは、第1磁場印加層3cのy方向の幅が第1強磁性層1のy方向の幅より高く、z方向の高さが第1強磁性層1のz方向の高さより高い。   In the spin current magnetization reversal element 13a shown in FIG. 4A, the width in the y direction of the first magnetic field application layer 3a is equal to the width in the y direction of the first ferromagnetic layer 1, and the height in the z direction is the first strength. The height is higher than the height of the magnetic layer 1 in the z direction. In the spin current magnetization reversal element 13b shown in FIG. 4B, the width in the y direction of the first magnetic field application layer 3b is wider than the width in the y direction of the first ferromagnetic layer 1, and the height in the z direction is the first. It is equal to the height of the ferromagnetic layer 1 in the z direction. Furthermore, in the spin current magnetization reversal element 13c shown in FIG. 4C, the width in the y direction of the first magnetic field application layer 3c is higher than the width in the y direction of the first ferromagnetic layer 1, and the height in the z direction is the first. It is higher than the z-direction height of the ferromagnetic layer 1.

図4(a)〜図4(c)に示すいずれの場合においても、x方向から見て第1磁場印加層3a、3b、3cが第1強磁性層1と重畳しているため、第1強磁性層1に均一なx方向の磁場を印加することができる。第1強磁性層1に印加される磁場が均一になると、第1強磁性層1中の一部の磁化のみが反転するということが抑制され、磁化反転の安定性が高まる。   In any case shown in FIGS. 4A to 4C, since the first magnetic field application layers 3a, 3b and 3c overlap with the first ferromagnetic layer 1 when viewed from the x direction, the first A uniform x-direction magnetic field can be applied to the ferromagnetic layer 1. When the magnetic field applied to the first ferromagnetic layer 1 becomes uniform, it is suppressed that only a part of the magnetization in the first ferromagnetic layer 1 is reversed, and the stability of the magnetization reversal is enhanced.

またこれらの中でも、図4(a)に示すスピン流磁化反転素子13aは素子の集積性に優れる。スピン流磁化反転素子を集積した磁気メモリでは、複数のスピン流磁化反転素子がxy面内に配列する。第1強磁性層1のxy面における面積が大きいと、隣接するスピン流磁化反転素子の間隔を広げる必要がある。図4(a)に示すスピン流磁化反転素子13aは、z方向の高さを高めることでその断面積を大きくしている。z方向の高さは集積性には影響しない。   Among these, the spin current magnetization reversal element 13a shown in FIG. 4A is excellent in the integration of the element. In a magnetic memory in which spin current magnetization reversal elements are integrated, a plurality of spin current magnetization reversal elements are arranged in the xy plane. If the area of the first ferromagnetic layer 1 in the xy plane is large, it is necessary to increase the distance between adjacent spin current magnetization reversal elements. The cross-sectional area of the spin current magnetization reversal element 13a shown in FIG. 4A is increased by increasing the height in the z direction. The height in the z direction does not affect the accumulation.

上述のように、第3実施形態にかかるスピン流磁化反転素子13a、13b、13cによれば、第1強磁性層1に印加する磁場を均一化することができ、第1強磁性層1の磁化M1の反転確率が高まる。その他の作用効果については第1実施形態のスピン流磁化反転素子10と同様の効果を得ることができる。   As described above, according to the spin current magnetization reversal elements 13a, 13b, and 13c according to the third embodiment, the magnetic field applied to the first ferromagnetic layer 1 can be made uniform. The inversion probability of the magnetization M1 is increased. Other effects and effects can be obtained similar to those of the spin current magnetization reversal element 10 of the first embodiment.

「第4実施形態」
図5に示す第4実施形態にかかるスピン流磁化反転素子14は、第1磁場印加層3dの形状が第2実施形態にかかるスピン流磁化反転素子11と異なる。その他の構成は、第2実施形態に係るスピン流磁化反転素子11と同一であり、同一の構成については同一の符号を付し、説明を省く。
"4th Embodiment"
The spin current magnetization reversal element 14 according to the fourth embodiment shown in FIG. 5 differs from the spin current magnetization reversal element 11 according to the second embodiment in the shape of the first magnetic field application layer 3 d. The other configuration is the same as that of the spin current magnetization reversal element 11 according to the second embodiment, and the same configuration is denoted by the same reference numeral, and the description will be omitted.

第4実施形態にかかるスピン流磁化反転素子14は、第1磁場印加層3dの第1強磁性層1側の面が傾斜面を形成している。第1磁場印加層3dのyz面における断面積は、第1強磁性層1に向かって徐々に小さくなっている。そのため、磁束密度が第1磁場印加層3dの第1強磁性層1側の端部3daに向かって高まる。磁束密度が高くなると磁場強度が強くなるため、少ない材料でより強いx方向の磁場を生み出すことができる。   In the spin current magnetization reversal element 14 according to the fourth embodiment, the surface on the first ferromagnetic layer 1 side of the first magnetic field application layer 3 d forms an inclined surface. The cross-sectional area in the yz plane of the first magnetic field application layer 3 d gradually decreases toward the first ferromagnetic layer 1. Therefore, the magnetic flux density increases toward the end 3da of the first magnetic field application layer 3d on the first ferromagnetic layer 1 side. As the magnetic flux density increases, the strength of the magnetic field increases, so that less material can produce a stronger x-direction magnetic field.

なお、第4実施形態にかかるスピン流磁化反転素子14と第1強磁性層1のyz面における面積を比較する場合は、yz方向に沿って延在する第1面Tに投影した第1強磁性層1の投影面T1と第1磁場印加層3dの投影面T3とを比較する。図5は、投影面T3の面積と投影面T1の面積を同一としているが、投影面S3の面積が投影面T1の面積より大きければ、第1強磁性層1に印加される磁場が均一化する。また互いの投影面T1、T3で面積を比較するため、第1強磁性層1の側面が傾斜していてもよい。   When comparing the area of the spin current magnetization reversal element 14 according to the fourth embodiment and the first ferromagnetic layer 1 in the yz plane, the first light projected onto the first surface T extending along the yz direction is used. The projection surface T1 of the magnetic layer 1 and the projection surface T3 of the first magnetic field application layer 3d are compared. In FIG. 5, although the area of the projection surface T3 and the area of the projection surface T1 are the same, if the area of the projection surface S3 is larger than the area of the projection surface T1, the magnetic field applied to the first ferromagnetic layer 1 becomes uniform. Do. Further, the side surfaces of the first ferromagnetic layer 1 may be inclined in order to compare the areas of the projection planes T1 and T3 with each other.

上述のように、第4実施形態にかかるスピン流磁化反転素子14によれば、第1磁場印加層3dの磁束密度を高めることで、第1強磁性層1に印加される磁場強度を高めることができる。その他の作用効果については第1実施形態のスピン流磁化反転素子10と同様の効果を得ることができる。   As described above, according to the spin current magnetization reversal element 14 according to the fourth embodiment, the magnetic field strength applied to the first ferromagnetic layer 1 is increased by increasing the magnetic flux density of the first magnetic field application layer 3 d. Can. Other effects and effects can be obtained similar to those of the spin current magnetization reversal element 10 of the first embodiment.

「第5実施形態」
図6は第5実施形態にかかるスピン流磁化反転素子15は、第2磁場印加層5を備える点が、第2実施形態にかかるスピン流磁化反転素子11と異なる。その他の構成は、第2実施形態に係るスピン流磁化反転素子11と同一であり、同一の構成については同一の符号を付し、説明を省く。
"Fifth embodiment"
6 differs from the spin current magnetization reversal element 11 according to the second embodiment in that the spin current magnetization reversal element 15 according to the fifth embodiment includes the second magnetic field application layer 5. The other configuration is the same as that of the spin current magnetization reversal element 11 according to the second embodiment, and the same configuration is denoted by the same reference numeral, and the description will be omitted.

第2磁場印加層5は、第1磁場印加層3と同等の材料からなり、幅と長さ、厚さについて第1磁場印加層3と同等に形成されている。第2磁場印加層5は、第1強磁性層1を第1磁場印加層3と挟む位置に設置される。第2磁場印加層5の磁化M5の向きは、x方向に配向している。第2磁場印加層5の磁化M5は、x方向の成分を有していればよく、第1磁場印加層3の磁化M3の向きと同一であることが好ましい。第1強磁性層1と第2磁場印加層5との距離は、スピン軌道トルク配線2のスピン拡散長以下であることが好ましい。   The second magnetic field application layer 5 is made of the same material as the first magnetic field application layer 3 and is formed to have the same width, length and thickness as the first magnetic field application layer 3. The second magnetic field application layer 5 is disposed at a position where the first ferromagnetic layer 1 is sandwiched with the first magnetic field application layer 3. The direction of the magnetization M5 of the second magnetic field application layer 5 is oriented in the x direction. The magnetization M5 of the second magnetic field application layer 5 only needs to have a component in the x direction, and is preferably the same as the direction of the magnetization M3 of the first magnetic field application layer 3. The distance between the first ferromagnetic layer 1 and the second magnetic field application layer 5 is preferably equal to or less than the spin diffusion length of the spin orbit torque wiring 2.

第5実施形態にかかるスピン流磁化反転素子15は、第1強磁性層1をx方向に挟むように第1磁場印加層3と第2磁場印加層5を有するので、第1強磁性層1をx方向に通過する磁場の向きを均一に揃えることができる。
これによって第1強磁性層1に生じている磁化の対称性を乱す効果を第1強磁性層1の全ての位置で均等に生じさせることができ、第1強磁性層1の全ての位置で磁化反転の安定性を高めることができる。その他の作用効果については第1実施形態のスピン流磁化反転素子10と同様の効果を得ることができる。
The spin current magnetization reversal element 15 according to the fifth embodiment has the first magnetic field application layer 3 and the second magnetic field application layer 5 so as to sandwich the first ferromagnetic layer 1 in the x direction. The direction of the magnetic field passing through in the x direction can be made uniform.
As a result, the effect of disturbing the symmetry of the magnetization occurring in the first ferromagnetic layer 1 can be uniformly generated in all the positions of the first ferromagnetic layer 1, and in all the positions of the first ferromagnetic layer 1. The stability of the magnetization reversal can be enhanced. Other effects and effects can be obtained similar to those of the spin current magnetization reversal element 10 of the first embodiment.

「第6実施形態」
図7は第6実施形態にかかるスピン流磁化反転素子16は、スピン軌道トルク配線2及び第1強磁性層1をz方向に挟む磁気シールド層6を備える点が、第5実施形態にかかるスピン流磁化反転素子15と異なる。その他の構成は、第5実施形態に係るスピン流磁化反転素子15と同一であり、同一の構成については同一の符号を付し、説明を省く。
"Sixth embodiment"
FIG. 7 is a spin according to the fifth embodiment in that the spin current magnetization reversal element 16 according to the sixth embodiment includes the magnetic shield layer 6 sandwiching the spin orbit torque wiring 2 and the first ferromagnetic layer 1 in the z direction. It differs from the flow magnetization reversal element 15. The other configuration is the same as that of the spin current magnetization reversal device 15 according to the fifth embodiment, and the same configuration is denoted with the same reference numeral, and the description is omitted.

磁気シールド層6は、スピン軌道トルク配線2及び第1強磁性層1をz方向に挟むように配設されている。磁気シールド層6は、スピン流磁化反転素子16内部に不要な磁場が侵入することを防ぎ、ノイズの発生を低減する。   The magnetic shield layer 6 is disposed so as to sandwich the spin orbit torque wiring 2 and the first ferromagnetic layer 1 in the z direction. The magnetic shield layer 6 prevents an unnecessary magnetic field from intruding into the spin current magnetization reversal element 16 and reduces the generation of noise.

磁気シールド層6には、磁気遮断性の高い公知の材料を用いることができる。例えば、Ni及びFeを含む合金、センダスト、FeCoを含む合金、Fe、Co、及びNiを含む合金との軟磁性体材料を用いることができる。   For the magnetic shield layer 6, a known material having high magnetic barrier property can be used. For example, a soft magnetic material with an alloy containing Ni and Fe, Sendust, an alloy containing FeCo, an alloy containing Fe, Co, and Ni can be used.

磁気シールド層6を設けることで、外部磁場の影響を受け難く、外部磁場によってスピン流の反転に影響を受けない安定性に優れたスピン流磁化反転素子16を提供できる。換言すると、スピン流磁化反転素子16は、第1強磁性層1に必要なx方向の磁場を素子内部で印加しており、外部から磁場を印加するための機構が不要である。その他の作用効果については第1実施形態の構造で得られる作用効果と同等である。   By providing the magnetic shield layer 6, it is possible to provide the spin current magnetization reversal element 16 which is not easily affected by the external magnetic field and excellent in stability not affected by the inversion of the spin current by the external magnetic field. In other words, the spin current magnetization reversal element 16 applies a magnetic field in the x direction necessary for the first ferromagnetic layer 1 inside the element, and a mechanism for applying a magnetic field from the outside is unnecessary. The other effects are the same as the effects obtained by the structure of the first embodiment.

「第7実施形態」
<スピン軌道トルク型磁気抵抗効果素子>
図8は、第7実施形態に係るスピン軌道トルク型磁気抵抗効果素子17の斜視図を模式的に示した図である。図8に示すスピン軌道トルク型磁気抵抗効果素子17は、第5実施形態のスピン流磁化反転素子15を用いている。図8に示すスピン軌道トルク型磁気抵抗効果素子17は、第1強磁性層1の上(z方向:スピン軌道トルク配線と接する面と反対側の面)に積層された非磁性層7と、非磁性層7の上(z方向)に積層された第2強磁性層8とを備える。また、第2強磁性層8上には、電極層9が設けられている。その他の構成は第5実施形態のスピン流磁化反転素子15と同等であり、説明を省く。
"Seventh embodiment"
<Spin orbit torque type magnetoresistance effect element>
FIG. 8 is a view schematically showing a perspective view of a spin orbit torque type magnetoresistive effect element 17 according to the seventh embodiment. The spin orbit torque type magnetoresistance effect element 17 shown in FIG. 8 uses the spin current magnetization reversal element 15 of the fifth embodiment. The spin orbit torque type magnetoresistive effect element 17 shown in FIG. 8 includes a nonmagnetic layer 7 laminated on the first ferromagnetic layer 1 (z direction: the surface opposite to the surface in contact with the spin orbit torque wiring); And a second ferromagnetic layer 8 stacked on the nonmagnetic layer 7 (z direction). Further, an electrode layer 9 is provided on the second ferromagnetic layer 8. The other configuration is the same as that of the spin current magnetization reversal element 15 of the fifth embodiment, and the description is omitted.

第1強磁性層1と非磁性層7と第2強磁性層8とが積層された積層体(機能部)は、通常の磁気抵抗効果素子と同様に機能する。機能部は、第2強磁性層8の磁化M8が一方向(z方向)に固定され、第1強磁性層1の磁化M1の向きが相対的に変化することで機能する。保磁力差型(擬似スピンバルブ型;Pseudo spin valve 型)のMRAMに適用する場合には、第2強磁性層8の保磁力を第1強磁性層1の保磁力よりも大きくする。交換バイアス型(スピンバルブ;spin valve型)のMRAMに適用する場合には、第2強磁性層8の磁化M8を反強磁性層との交換結合によって固定する。  A laminated body (functional portion) in which the first ferromagnetic layer 1, the nonmagnetic layer 7, and the second ferromagnetic layer 8 are laminated functions in the same manner as a normal magnetoresistive element. The function portion functions by fixing the magnetization M8 of the second ferromagnetic layer 8 in one direction (z direction) and relatively changing the direction of the magnetization M1 of the first ferromagnetic layer 1. In the case of application to a coercive force difference type (pseudo spin valve type) MRAM, the coercive force of the second ferromagnetic layer 8 is made larger than the coercive force of the first ferromagnetic layer 1. In the case of application to MRAM of exchange bias type (spin valve type), the magnetization M8 of the second ferromagnetic layer 8 is fixed by exchange coupling with the antiferromagnetic layer.

また機能部において、非磁性層7が絶縁体からなる場合は、機能部はトンネル磁気抵抗(TMR:Tunneling Magnetoresistance)素子と同様の構成であり、機能部が金属からなる場合は巨大磁気抵抗(GMR:Giant Magnetoresistance)素子と同様の構成である。  In the functional part, when the nonmagnetic layer 7 is made of an insulator, the functional part has the same configuration as a tunneling magnetoresistance (TMR) element, and when the functional part is made of metal, it is a giant magnetoresistance (GMR). The configuration is the same as that of the (Giant Magnetoresistance) element.

機能部の積層構成は、公知の磁気抵抗効果素子の積層構成を採用できる。例えば、各層は複数の層からなるものでもよいし、第2強磁性層8の磁化方向を固定するための反強磁性層等の他の層を備えてもよい。第2強磁性層8は固定層や参照層、第1強磁性層1は自由層や記憶層などと呼ばれる。   The lamination structure of the functional part can adopt the lamination structure of a known magnetoresistive effect element. For example, each layer may be composed of a plurality of layers, or may be provided with another layer such as an antiferromagnetic layer for fixing the magnetization direction of the second ferromagnetic layer 8. The second ferromagnetic layer 8 is called a fixed layer or a reference layer, and the first ferromagnetic layer 1 is called a free layer or a storage layer.

第2強磁性層8の材料には、公知の材料を用いることができる。例えば、Cr、Mn、Co、Fe及びNiからなる群から選択される金属及びこれらの金属を1種以上含み強磁性を示す合金を用いることができる。これらの金属と、B、C、及びNの少なくとも1種以上の元素とを含む合金を用いることもできる。具体的には、Co−FeやCo−Fe−Bが挙げられる。   A known material can be used for the material of the second ferromagnetic layer 8. For example, a metal selected from the group consisting of Cr, Mn, Co, Fe and Ni, and an alloy exhibiting one or more of these metals and exhibiting ferromagnetism can be used. An alloy containing these metals and at least one or more elements of B, C, and N can also be used. Specifically, Co-Fe and Co-Fe-B can be mentioned.

また、より高い出力を得るためには第2強磁性層8の材料にCoFeSiなどのホイスラー合金を用いることが好ましい。ホイスラー合金は、XYZの化学組成をもつ金属間化合物を含み、Xは、周期表上でCo、Fe、Ni、あるいはCu族の遷移金属元素または貴金属元素であり、Yは、Mn、V、CrあるいはTi族の遷移金属またはXの元素種であり、Zは、III族からV族の典型元素である。例えば、CoFeSi、CoMnSiやCoMn1−aFeAlSi1−bなどが挙げられる。 Also, in order to obtain higher output, it is preferable to use a Heusler alloy such as Co 2 FeSi as the material of the second ferromagnetic layer 8. The Heusler alloy contains an intermetallic compound having a chemical composition of X 2 YZ, X is a transition metal element or noble metal element of Co, Fe, Ni, or Cu group on the periodic table, and Y is Mn, V , A transition metal of Cr or Ti group or an elemental species of X, and Z is a typical element of Group III to V. For example, Co 2 FeSi, etc. Co 2 MnSi and Co 2 Mn 1-a Fe a Al b Si 1-b can be mentioned.

第2強磁性層8の第1強磁性層1に対する保磁力をより大きくするために、第2強磁性層8と接する材料としてIrMn,PtMnなどの反強磁性材料を用いてもよい。さらに、第2強磁性層8の漏れ磁場を第1強磁性層1に影響させないようにするため、シンセティック強磁性結合の構造としてもよい。   In order to further increase the coercive force of the second ferromagnetic layer 8 to the first ferromagnetic layer 1, an antiferromagnetic material such as IrMn or PtMn may be used as a material in contact with the second ferromagnetic layer 8. Furthermore, in order to prevent the stray magnetic field of the second ferromagnetic layer 8 from affecting the first ferromagnetic layer 1, a synthetic ferromagnetic coupling structure may be used.

非磁性層7には、公知の材料を用いることができる。
例えば、非磁性層7が絶縁体からなる場合(トンネルバリア層である場合)、その材料としては、Al、SiO、MgO、Ga及び、MgAl等を用いることができる。またこれらの他にも、Al,Si,Mgの一部が、Zn、Be等に置換された材料等も用いることができる。さらに、MgAlのMgがZnに置換された材料や、AlがGaやInに置換された材料等も用いることができる。これらの中でも、MgOやMgAlは他の層との格子整合性が高い。
Known materials can be used for the nonmagnetic layer 7.
For example, when the nonmagnetic layer 7 is an insulator (in the case of a tunnel barrier layer), Al 2 O 3 , SiO 2 , MgO, Ga 2 O 3 , MgAl 2 O 4 or the like may be used as the material. Can. Besides these materials, materials in which a part of Al, Si and Mg is substituted by Zn, Be or the like can also be used. Furthermore, a material in which Mg of MgAl 2 O 4 is substituted by Zn, a material in which Al is substituted by Ga or In, or the like can be used. Among these, MgO and MgAl 2 O 4 have high lattice matching with other layers.

機能部は、その他の層を有していてもよい。例えば、第1強磁性層1の非磁性層7と反対側の面に下地層を有していてもよいし、第2強磁性層8の非磁性層7と反対側の面にキャップ層を有していてもよい。   The functional unit may have other layers. For example, an underlayer may be provided on the surface of the first ferromagnetic layer 1 opposite to the nonmagnetic layer 7, and a cap layer may be provided on the surface of the second ferromagnetic layer 8 opposite to the nonmagnetic layer 7. You may have.

スピン軌道トルク配線2と第1強磁性層1との間に配設される層は、スピン軌道トルク配線2から伝播するスピンを散逸しないことが好ましい。例えば、銀、銅、マグネシウム、及び、アルミニウム等は、スピン拡散長が100nm以上と長く、スピンが散逸しにくいことが知られている。
また、この層の厚みは、層を構成する物質のスピン拡散長以下であることが好ましい。層の厚みがスピン拡散長以下であれば、スピン軌道トルク配線2から伝播するスピンを第1強磁性層1に十分伝えることができる。
It is preferable that the layer disposed between the spin orbit torque wiring 2 and the first ferromagnetic layer 1 does not dissipate the spins propagating from the spin orbit torque wiring 2. For example, it is known that silver, copper, magnesium, aluminum, and the like have a long spin diffusion length of 100 nm or more and do not easily dissipate spin.
The thickness of this layer is preferably equal to or less than the spin diffusion length of the material constituting the layer. If the thickness of the layer is equal to or less than the spin diffusion length, the spins propagating from the spin orbit torque wiring 2 can be sufficiently transmitted to the first ferromagnetic layer 1.

電極層9は、導電性の高い公知の材料を用いることができ、例えばアルミニウム、銀、銅、金等を用いることができる。   The electrode layer 9 may be made of a known material having high conductivity, and for example, aluminum, silver, copper, gold or the like may be used.

第7実施形態に係るスピン軌道トルク型磁気抵抗効果素子は、スピン軌道トルク配線2に沿って電流を流すことで第1強磁性層1の磁化M1の磁化の向きを制御できる(書込み動作)。また電極層9とビア配線4との間に電流を流すことで、磁化M1と磁化M8の相対角の違いに伴う機能部の抵抗値の違いを測定できる(読み出し動作)。すなわち、データの記録及び読み出しを行うことができる記録素子として用いることができる。その他の作用効果については第1実施形態と同等の効果を得ることができる。   The spin orbit torque type magnetoresistive effect element according to the seventh embodiment can control the direction of the magnetization of the magnetization M1 of the first ferromagnetic layer 1 by flowing a current along the spin orbit torque wiring 2 (write operation). Further, by flowing a current between the electrode layer 9 and the via wiring 4, it is possible to measure the difference in the resistance value of the functional part due to the difference in relative angle between the magnetization M 1 and the magnetization M 8 (reading operation). That is, it can be used as a recording element capable of recording and reading data. Other effects and effects can be obtained equivalent to those of the first embodiment.

図9は図8に示すスピン軌道トルク型磁気抵抗効果素子17を製造する一例工程の概要を示す工程説明図である。   FIG. 9 is a process explanatory view showing an outline of an example process of manufacturing the spin orbit torque type magnetoresistive effect element 17 shown in FIG.

ビア配線4が形成された基板20の表面をCMP研磨(chemical mechanical polishing)により平坦化する。そして図9(a)に示すように、平坦化された基板上にスピン軌道トルク配線の基となる層21を積層する。そして層21を、フォトリソグラフィー等の技術により必要な形状に加工しスピン軌道トルク配線2を得る。そしてスピン軌道トルク配線2を囲むように絶縁層を形成する。絶縁層には、SiO、SiN等を用いることができる。絶縁層を形成した後は、CMP研磨等を用いて表面を平坦化する。 The surface of the substrate 20 on which the via interconnection 4 is formed is planarized by CMP (chemical mechanical polishing). Then, as shown in FIG. 9A, a layer 21 serving as a base of the spin track torque wiring is laminated on the planarized substrate. Then, the layer 21 is processed into a required shape by a technique such as photolithography to obtain the spin track torque wiring 2. Then, an insulating layer is formed to surround the spin orbit torque wiring 2. For the insulating layer, SiO x , SiN x or the like can be used. After the insulating layer is formed, the surface is planarized using CMP or the like.

次いで図9(b)に示すように、スピン軌道トルク配線2及び絶縁層上に、第1強磁性層の基となる層22と非磁性層の基となる層23と第2強磁性層の基となる層24を積層する。そしてこれらの積層体を、フォトリソグラフィー等の技術を用いて加工し、第1強磁性層1、非磁性層7、第2強磁性層8を作製する(図9(c))。  Then, as shown in FIG. 9B, on the spin track torque wiring 2 and the insulating layer, the layer 22 to be the base of the first ferromagnetic layer and the layer 23 to be the base of the nonmagnetic layer and the second ferromagnetic layer The underlying layer 24 is laminated. Then, these laminates are processed using a technique such as photolithography to fabricate the first ferromagnetic layer 1, the nonmagnetic layer 7, and the second ferromagnetic layer 8 (FIG. 9C).

次いで、図9(d)に示すように、マスク等を用いて、所定の位置に第1磁場印加層3及び第2磁場印加層5を積層する。そして図9(e)に示すように、これらを覆うように絶縁層25を形成する。そして絶縁層25及び第2強磁性層8上に電極層9を積層することで、図7に示すスピン軌道トルク型磁気抵抗効果素子17を作製することができる。  Next, as shown in FIG. 9D, the first magnetic field application layer 3 and the second magnetic field application layer 5 are stacked at predetermined positions using a mask or the like. Then, as shown in FIG. 9E, an insulating layer 25 is formed to cover them. Then, by laminating the electrode layer 9 on the insulating layer 25 and the second ferromagnetic layer 8, the spin orbit torque type magnetoresistive effect element 17 shown in FIG. 7 can be manufactured.

「第8実施形態」
<磁気メモリ>
図10は、複数のスピン軌道トルク型磁気抵抗効果素子17(図8参照)を備える磁気メモリ30の平面図である。図10に示す磁気メモリ30は、スピン軌道トルク型磁気抵抗効果素子17が3×3のマトリックス配置をしている。図10は、磁気メモリの一例であり、スピン軌道トルク型磁気抵抗効果素子17の数及び配置は任意である。
"8th Embodiment"
<Magnetic memory>
FIG. 10 is a plan view of the magnetic memory 30 provided with a plurality of spin orbit torque type magnetoresistance effect elements 17 (see FIG. 8). In the magnetic memory 30 shown in FIG. 10, the spin orbit torque type magnetoresistance effect elements 17 are arranged in a 3 × 3 matrix. FIG. 10 shows an example of a magnetic memory, and the number and arrangement of spin orbit torque type magnetoresistance effect elements 17 are arbitrary.

スピン軌道トルク型磁気抵抗効果素子17には、それぞれ1本のワードラインWL1〜3と、1本のソースラインSL1〜3、1本のリードラインRL1〜3が接続されている。   One word line WL 1 to WL 3, one source line SL 1 to 3, and one read line RL 1 to 3 are connected to the spin orbit torque type magnetoresistance effect element 17.

電流を印加するワードラインWL1〜3及びソースラインSL1〜3を選択することで、任意のスピン軌道トルク型磁気抵抗効果素子17のスピン軌道トルク配線2に電流を流し、書き込み動作を行う。また電流を印加するリードラインRL1〜3及びソースラインSL1〜3を選択することで、任意のスピン軌道トルク型磁気抵抗効果素子17の積層方向に電流を流し、読み込み動作を行う。電流を印加するワードラインWL1〜3、ソースラインSL1〜3、及びリードラインRL1〜3はトランジスタ等により選択できる。すなわち、これらの複数のスピン軌道トルク型磁気抵抗効果素子17から任意の素子のデータを読み出すことで磁気メモリとしての活用ができる。  By selecting the word lines WL1 to WL3 and the source lines SL1 to 3 to which the current is applied, a current is supplied to the spin orbit torque wiring 2 of any spin orbit torque type magnetoresistance effect element 17 to perform the write operation. Further, by selecting the lead lines RL1 to 3 and the source lines SL1 to 3 to which the current is applied, the current is made to flow in the stacking direction of any spin orbit torque type magnetoresistance effect element 17 to perform the reading operation. The word lines WL1 to WL3, the source lines SL1 to SL3, and the read lines RL1 to RL3 to which current is applied can be selected by transistors or the like. That is, by reading data of an arbitrary element from the plurality of spin orbit torque type magnetoresistive elements 17, it can be used as a magnetic memory.

また図11は、第8実施形態に係る磁気メモリの要部を示した斜視図である。図11では、簡単のため磁気メモリ30を構成する配線等を略して図示している。図11に示すように磁気メモリ30は、複数のスピン軌道トルク型磁気抵抗効果素子17が配列した素子部31と、素子部31の外周に位置する磁場印加部32とを有してもよい。なお、図11に示すスピン軌道トルク型磁気抵抗効果素子17のz方向には磁気シールド層6を設けている。   FIG. 11 is a perspective view showing the main part of the magnetic memory according to the eighth embodiment. In FIG. 11, for the sake of simplicity, the wirings and the like that constitute the magnetic memory 30 are illustrated in a simplified manner. As shown in FIG. 11, the magnetic memory 30 may have an element unit 31 in which a plurality of spin orbit torque type magnetoresistance effect elements 17 are arrayed, and a magnetic field application unit 32 located on the outer periphery of the element unit 31. A magnetic shield layer 6 is provided in the z direction of the spin orbit torque type magnetoresistance effect element 17 shown in FIG.

図11に示す磁場印加部32は、第1磁場発生源32aと第2磁場発生源32bが一つのペアとして、複数配列している。第1磁場発生源32aと第2磁場発生源32bとは、第1磁場印加層3及び第2磁場印加層5にそれぞれ対応する。磁場印加部32に第1磁場発生源32a及び第2磁場発生源32bを設けると、中央に位置するスピン軌道トルク型磁気抵抗効果素子17Aを基準とした周囲の磁気状態と、端部に位置するスピン軌道トルク型磁気抵抗効果素子17Bを基準とした周囲の磁気状態と、が等しくなる。そのため、磁気メモリ30内においてそれぞれのスピン軌道トルク型磁気抵抗効果素子17に印加される磁場が均一となり、反転電流密度及び反転確率の素子間のバラツキを低減できる。   In the magnetic field application unit 32 illustrated in FIG. 11, a plurality of first magnetic field generation sources 32a and second magnetic field generation sources 32b are arranged as one pair. The first magnetic field generation source 32 a and the second magnetic field generation source 32 b correspond to the first magnetic field application layer 3 and the second magnetic field application layer 5, respectively. When the first magnetic field generation source 32a and the second magnetic field generation source 32b are provided in the magnetic field application unit 32, the magnetic state around the spin orbit torque type magnetoresistance effect element 17A located at the center and the end are located The magnetic state of the surroundings based on the spin orbit torque type magnetoresistance effect element 17B becomes equal. Therefore, the magnetic field applied to each spin orbit torque type magnetoresistance effect element 17 in the magnetic memory 30 becomes uniform, and the variation between the elements of reversal current density and reversal probability can be reduced.

さらに図12は、第8実施形態にかかる磁気メモリの別の例をx方向に沿って切断した断面図である。図12に示すように、スピン軌道トルク型磁気抵抗効果素子17は、第1磁場印加層3及び第2磁場印加層5の他に、z方向の異なる位置にその他の磁場印加層35、36、37、38を有してもよい。これらの磁場印加層35、36、37、38は、第1磁場印加層3と同様の構成とすることができる。これらの磁場印加層35、36、37、38を有すると、スピン軌道トルク型磁気抵抗効果素子17の機能部に加わる磁場がよりx方向に配向する。   Furthermore, FIG. 12 is a cross-sectional view of another example of the magnetic memory according to the eighth embodiment cut along the x direction. As shown in FIG. 12, in addition to the first magnetic field application layer 3 and the second magnetic field application layer 5, the spin orbit torque type magnetoresistance effect element 17 has other magnetic field application layers 35 and 36 at different positions in the z direction. It may have 37, 38. The magnetic field application layers 35, 36, 37, 38 can be configured in the same manner as the first magnetic field application layer 3. When these magnetic field application layers 35, 36, 37, 38 are provided, the magnetic field applied to the functional part of the spin orbit torque type magnetoresistive element 17 is more oriented in the x direction.

「第9実施形態」
<高周波磁気素子>
図13は、第9実施形態にかかる高周波磁気素子の断面模式図である。図9に示す高周波磁気素子40は、図8に示すスピン軌道トルク型磁気抵抗効果素子17と、スピン軌道トルク型磁気抵抗効果素子17に接続された直流電源41とを備える。
"9th Embodiment"
<High frequency magnetic element>
FIG. 13 is a schematic cross-sectional view of the high frequency magnetic element according to the ninth embodiment. The high frequency magnetic element 40 shown in FIG. 9 includes a spin orbit torque type magnetoresistive effect element 17 shown in FIG. 8 and a DC power supply 41 connected to the spin orbit torque type magnetoresistive effect element 17.

高周波磁気素子40の入力端子42から高周波電流が入力される。高周波電流は、高周波磁場を生み出す。またスピン軌道トルク配線2に高周波電流が流れると、純スピン流が誘起され、第1強磁性層1にスピンが注入される。第1強磁性層1の磁化M1は、高周波磁場及び注入されるスピンにより振動する。   A high frequency current is input from the input terminal 42 of the high frequency magnetic element 40. The high frequency current produces a high frequency magnetic field. Further, when a high frequency current flows in the spin orbit torque wiring 2, a pure spin current is induced, and a spin is injected into the first ferromagnetic layer 1. The magnetization M1 of the first ferromagnetic layer 1 vibrates due to the high frequency magnetic field and the injected spin.

第1強磁性層1の磁化M1は、入力端子42から入力される高周波電流の周波数が強磁性共鳴周波数の場合に、強磁性共鳴する。第1強磁性層1の磁化M1が強磁性共鳴すると、磁気抵抗効果の機能部の抵抗値変化は大きくなる。この抵抗値変化は、直流電源41により直流電流又は直流電圧を印加することで、出力端子43から読み出される。   The magnetization M1 of the first ferromagnetic layer 1 performs ferromagnetic resonance when the frequency of the high frequency current input from the input terminal 42 is a ferromagnetic resonance frequency. When the magnetization M1 of the first ferromagnetic layer 1 performs ferromagnetic resonance, the change in resistance value of the function part of the magnetoresistive effect becomes large. The resistance value change is read out from the output terminal 43 by applying a direct current or a direct current voltage by the direct current power supply 41.

つまり、入力端子42から入力される信号の周波数が第1強磁性層1の磁化M1の強磁性共鳴周波数の際には、出力端子43から出力される抵抗値変化は大きくなり、それ以外の周波数の際には、出力端子43から出力される抵抗値変化は小さくなる。この抵抗値変化の大小を利用して、高周波磁気素子は高周波フィルタとして機能する。   That is, when the frequency of the signal input from the input terminal 42 is the ferromagnetic resonance frequency of the magnetization M1 of the first ferromagnetic layer 1, the change in the resistance value output from the output terminal 43 becomes large, and other frequencies In this case, the change in resistance value output from the output terminal 43 becomes small. The high frequency magnetic element functions as a high frequency filter using the magnitude of the change in resistance value.

また第1磁場印加層3により第1強磁性層1に磁場を印加することで、第1強磁性層1の磁化M1が振動しやすくなる。第1強磁性層1の磁化M1が振動しやすくなれば、抵抗値変化量が大きくなり、出力端子43から出力される信号強度が大きくなる。   Further, by applying a magnetic field to the first ferromagnetic layer 1 by the first magnetic field application layer 3, the magnetization M1 of the first ferromagnetic layer 1 is easily vibrated. If the magnetization M1 of the first ferromagnetic layer 1 easily vibrates, the amount of change in resistance increases, and the signal strength output from the output terminal 43 increases.

1:第1強磁性層
2:スピン軌道トルク配線
3、3a、3b、3c、3d:第1磁場印加層
4:ビア配線
5:第2磁場印加層
6:磁気シールド層
7:非磁性層
8:第2強磁性層
9:電極層
10、11、12、13a、13b、13c、14、15、16:スピン流磁化反転素子
17、17A、17B:スピン軌道トルク型磁気抵抗効果素子
20:基板
21、22、23、24:層
30:磁気メモリ
31:素子部
32:磁場印加部
32a:第1磁場発生源
32b:第2磁場発生源
35、36、37、38:磁場印加層
40:高周波磁気素子
41:直流電源
42:入力端子
43:出力端子
M1、M3、M5、M8:磁化
1: First ferromagnetic layer 2: Spin track torque wiring 3, 3a, 3b, 3c, 3d: First magnetic field application layer 4: Via wiring 5: Second magnetic field application layer 6: Magnetic shield layer 7: Nonmagnetic layer 8 : Second ferromagnetic layer 9: electrode layers 10, 11, 12, 13a, 13b, 13c, 14, 15, 16: spin current magnetization reversal elements 17, 17A, 17B: spin orbit torque type magnetoresistance effect element 20: substrate 21, 22, 23, 24: layer 30: magnetic memory 31: element unit 32: magnetic field application unit 32a: first magnetic field generation source 32b: second magnetic field generation source 35, 36, 37, 38: magnetic field application layer 40: high frequency Magnetic element 41: DC power supply 42: Input terminal 43: Output terminal M1, M3, M5, M8: Magnetization

Claims (13)

第1方向に延在するスピン軌道トルク配線と、
前記スピン軌道トルク配線の前記第1方向と交差する第2方向に配置された第1強磁性層と、
前記第1強磁性層の前記第1方向に離間配置され、前記第1強磁性層の磁化反転を補助するアシスト磁場を前記第1強磁性層に印加する第1磁場印加層と、を備える、スピン流磁化反転素子。
Spin track torque wiring extending in a first direction;
A first ferromagnetic layer disposed in a second direction intersecting the first direction of the spin orbit torque wiring;
A first magnetic field application layer spaced apart in the first direction of the first ferromagnetic layer and applying an assist magnetic field to the first ferromagnetic layer to assist magnetization reversal of the first ferromagnetic layer; Spin current magnetization reversal element.
前記第1強磁性層の磁化容易軸が前記第2方向である、請求項1に記載のスピン流磁化反転素子。   The spin current magnetization reversal element according to claim 1, wherein the magnetization easy axis of the first ferromagnetic layer is the second direction. 前記第1磁場印加層の磁化容易軸が前記第1方向であり、前記第1磁場印加層が発生する磁場は少なくとも前記第1方向の成分を有する、請求項1又は2に記載のスピン流磁化反転素子。   The spin current magnetization according to claim 1 or 2, wherein the magnetization easy axis of the first magnetic field application layer is the first direction, and the magnetic field generated by the first magnetic field application layer has at least a component in the first direction. Inversion element. 前記スピン軌道トルク配線と前記第1磁場印加層とが接している、請求項1〜3のいずれか一項に記載のスピン流磁化反転素子。   The spin current magnetization reversal element according to any one of claims 1 to 3, wherein the spin orbit torque wiring is in contact with the first magnetic field application layer. 前記第1強磁性層と前記第1磁場印加層との距離が、前記スピン軌道トルク配線のスピン拡散長以下である、請求項4に記載のスピン流磁化回転素子。   5. The spin current magnetization rotation element according to claim 4, wherein a distance between the first ferromagnetic layer and the first magnetic field application layer is equal to or less than a spin diffusion length of the spin orbit torque wiring. 前記第2方向に沿って延在する第1面に対して前記第1方向から投影した前記第1磁場印加層の面積が、前記第1面に対して前記第1方向から投影した前記第1強磁性層の面積より大きい、請求項1〜5のいずれか一項に記載のスピン流磁化反転素子。   The area of the first magnetic field application layer projected from the first direction with respect to the first surface extending along the second direction is the first projected from the first direction with respect to the first surface. The spin current magnetization reversal element according to any one of claims 1 to 5, which is larger than the area of the ferromagnetic layer. 前記第1強磁性層を前記第1磁場印加層と挟み、少なくとも前記第1方向の成分を有する磁場を発生する第2磁場印加層をさらに備える、請求項1〜6のいずれか一項に記載のスピン流磁化反転素子。   The second magnetic field application layer according to any one of claims 1 to 6, further comprising: a second magnetic field application layer sandwiching the first ferromagnetic layer with the first magnetic field application layer and generating a magnetic field having at least a component in the first direction. Spin current magnetization reversal element. 前記スピン軌道トルク配線における前記第1強磁性層を挟む少なくとも2点から前記第2方向にそれぞれ延在するビア配線をさらに備える、請求項1〜7のいずれか一項に記載のスピン流磁化反転素子。   The spin current magnetization reversal according to any one of claims 1 to 7, further comprising via wires respectively extending in the second direction from at least two points sandwiching the first ferromagnetic layer in the spin orbit torque wire. element. 前記スピン軌道トルク配線及び前記第1強磁性層を前記第2方向に挟む磁気シールド層をさらに備える、請求項1〜8のいずれか一項に記載のスピン流磁化反転素子。   The spin current magnetization reversal element according to any one of claims 1 to 8, further comprising a magnetic shield layer sandwiching the spin orbit torque wiring and the first ferromagnetic layer in the second direction. 請求項1〜9のいずれか一項に記載のスピン流磁化反転素子と、
前記第1強磁性層において前記スピン軌道トルク配線と接する面と反対側の面に積層された非磁性層と、
前記第1強磁性層と前記非磁性層を挟む第2強磁性層と、を備える、スピン軌道トルク型磁気抵抗効果素子。
The spin current magnetization reversal element according to any one of claims 1 to 9,
A nonmagnetic layer laminated on a surface of the first ferromagnetic layer opposite to a surface in contact with the spin orbit torque wiring;
A spin orbit torque type magnetoresistive effect element, comprising: the first ferromagnetic layer and a second ferromagnetic layer sandwiching the nonmagnetic layer.
請求項10に記載のスピン軌道トルク型磁気抵抗効果素子を複数備えた磁気メモリ。   A magnetic memory comprising a plurality of spin orbit torque type magnetoresistive elements according to claim 10. 複数の前記スピン軌道トルク型磁気抵抗効果素子が配列した素子部と、前記素子部の外周に位置し、前記素子部の中央部と周縁部における磁場を均一化する磁場印加部とをさらに備える、請求項11に記載の磁気メモリ。   The device further includes: an element portion in which a plurality of the spin orbit torque type magnetoresistance effect elements are arrayed; and a magnetic field application portion located on the outer periphery of the element portion and homogenizing the magnetic field in the central portion and the peripheral portion of the element portion. The magnetic memory according to claim 11. 請求項10に記載のスピン軌道トルク型磁気抵抗効果素子を備える、高周波磁気素子。   A high frequency magnetic element comprising the spin orbit torque type magnetoresistive element according to claim 10.
JP2018110604A 2017-09-05 2018-06-08 Spin-current magnetization reversal device, spin-orbit torque-type magnetoresistive device, magnetic memory, and high-frequency magnetic device Active JP7139701B2 (en)

Priority Applications (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US16/110,846 US10741318B2 (en) 2017-09-05 2018-08-23 Spin current magnetization rotational element, spin-orbit-torque magnetoresistance effect element, magnetic memory, and high-frequency magnetic element
CN201810995234.2A CN109427965B (en) 2017-09-05 2018-08-29 Spin current magnetization rotating element, spin orbit torque type magnetoresistance effect element

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2017170369 2017-09-05
JP2017170369 2017-09-05

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JP2019047110A true JP2019047110A (en) 2019-03-22
JP7139701B2 JP7139701B2 (en) 2022-09-21

Family

ID=65812952

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2018110604A Active JP7139701B2 (en) 2017-09-05 2018-06-08 Spin-current magnetization reversal device, spin-orbit torque-type magnetoresistive device, magnetic memory, and high-frequency magnetic device

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP7139701B2 (en)

Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2020194927A (en) * 2019-05-29 2020-12-03 学校法人 関西大学 Fast magnetization reversal method, fast magnetization reversal device, and magnetic memory device
JP2021034480A (en) * 2019-08-21 2021-03-01 国立大学法人東京工業大学 Magnetic recording device
CN112789734A (en) * 2019-04-08 2021-05-11 Tdk株式会社 Magnetic element, magnetic memory, reserve cell element, identifier, and method for manufacturing magnetic element
WO2021153853A1 (en) * 2020-01-31 2021-08-05 한국과학기술원 Magnetic domain wall logic device and manufacturing method therefor
WO2021245768A1 (en) * 2020-06-02 2021-12-09 Tdk株式会社 Magnetoresistive element and magnetic recording array

Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2005019561A (en) * 2003-06-24 2005-01-20 Japan Science & Technology Agency Spin injection device and magnetic device using the same
WO2008135694A1 (en) * 2007-03-29 2008-11-13 Commissariat A L'energie Atomique Magnetic memory with magnetic tunnel junction
US20130114334A1 (en) * 2011-11-03 2013-05-09 Ge Yi Magnetoresistive random access memory cell with independently operating read and write components
WO2014123783A2 (en) * 2013-02-08 2014-08-14 Qualcomm Incorporated Small form factor magnetic shield for magnetorestrictive random access memory (mram)
WO2015102739A2 (en) * 2013-10-18 2015-07-09 Cornell University Circuits and devices based on spin hall effect to apply a spin transfer torque with a component perpendicular to the plane of magnetic layers
WO2017090733A1 (en) * 2015-11-27 2017-06-01 Tdk株式会社 Magnetoresistive effect element, magnetic memory, magnetization reversal method, and spin current magnetization reversal element
JP2019033166A (en) * 2017-08-08 2019-02-28 株式会社東芝 Magnetic memory

Patent Citations (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2005019561A (en) * 2003-06-24 2005-01-20 Japan Science & Technology Agency Spin injection device and magnetic device using the same
WO2008135694A1 (en) * 2007-03-29 2008-11-13 Commissariat A L'energie Atomique Magnetic memory with magnetic tunnel junction
JP2010522978A (en) * 2007-03-29 2010-07-08 コミッサリア ア レネルジー アトミーク エ オ ゼネルジ ザルタナテイヴ Magnetic memory with magnetic tunnel junction
US20130114334A1 (en) * 2011-11-03 2013-05-09 Ge Yi Magnetoresistive random access memory cell with independently operating read and write components
WO2014123783A2 (en) * 2013-02-08 2014-08-14 Qualcomm Incorporated Small form factor magnetic shield for magnetorestrictive random access memory (mram)
US20140225208A1 (en) * 2013-02-08 2014-08-14 Qualcomm Incorporated Small form factor magnetic shield for magnetorestrictive random access memory (mram)
JP2016511939A (en) * 2013-02-08 2016-04-21 クアルコム,インコーポレイテッド Small form factor magnetic shield for magnetoresistive random access memory (MRAM)
WO2015102739A2 (en) * 2013-10-18 2015-07-09 Cornell University Circuits and devices based on spin hall effect to apply a spin transfer torque with a component perpendicular to the plane of magnetic layers
US20160276006A1 (en) * 2013-10-18 2016-09-22 Cornell University Circuits and devices based on spin hall effect to apply a spin transfer torque with a component perpendicular to the plane of magnetic layers
WO2017090733A1 (en) * 2015-11-27 2017-06-01 Tdk株式会社 Magnetoresistive effect element, magnetic memory, magnetization reversal method, and spin current magnetization reversal element
JP2019033166A (en) * 2017-08-08 2019-02-28 株式会社東芝 Magnetic memory

Cited By (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN112789734A (en) * 2019-04-08 2021-05-11 Tdk株式会社 Magnetic element, magnetic memory, reserve cell element, identifier, and method for manufacturing magnetic element
JP2020194927A (en) * 2019-05-29 2020-12-03 学校法人 関西大学 Fast magnetization reversal method, fast magnetization reversal device, and magnetic memory device
JP7360121B2 (en) 2019-05-29 2023-10-12 学校法人 関西大学 High-speed magnetization reversal method, high-speed magnetization reversal device, and magnetic memory device
JP2021034480A (en) * 2019-08-21 2021-03-01 国立大学法人東京工業大学 Magnetic recording device
WO2021153853A1 (en) * 2020-01-31 2021-08-05 한국과학기술원 Magnetic domain wall logic device and manufacturing method therefor
WO2021245768A1 (en) * 2020-06-02 2021-12-09 Tdk株式会社 Magnetoresistive element and magnetic recording array

Also Published As

Publication number Publication date
JP7139701B2 (en) 2022-09-21

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN109427965B (en) Spin current magnetization rotating element, spin orbit torque type magnetoresistance effect element
JP6907696B2 (en) Method for manufacturing spin current magnetization reversing element, element assembly and spin current magnetization reversing element
JP6642773B2 (en) Spin current magnetization reversal element, spin orbit torque type magnetoresistance effect element, and method of manufacturing spin current magnetization reversal element
JP6733822B2 (en) Spin current magnetoresistive element and magnetic memory
JP7139701B2 (en) Spin-current magnetization reversal device, spin-orbit torque-type magnetoresistive device, magnetic memory, and high-frequency magnetic device
JP6540786B1 (en) Spin orbit torque type magnetization rotating element, spin orbit torque type magnetoresistance effect element and magnetic memory
JP6926760B2 (en) Spin-orbit torque type magnetization reversing element, magnetic memory and high frequency magnetic device
JP2019047030A (en) Spin current magnetization reversal element, magnetoresistance effect element, magnetic memory, and high frequency magnetic element
JP2019091791A (en) Spin-orbit torque type magnetized rotation element, spin-orbit torque type magnetoresistive element and magnetic memory
JP6686990B2 (en) Spin orbit torque type magnetization reversal element and magnetic memory
JP6551594B1 (en) Spin orbit torque type magnetoresistance effect element and magnetic memory
JP2020035971A (en) Spin current magnetization rotation type magnetic element, spin current magnetization rotation type magnetoresistance effect element and magnetic memory
JP2019047120A (en) Spin current magnetization reversal element, spin orbit torque type magnetoresistive element, magnetic memory, and high frequency magnetic element
JP7211252B2 (en) Spin-orbit torque magnetization rotation element, spin-orbit torque magnetoresistive element, and magnetic memory
JP7095434B2 (en) Spin current magnetoresistive element and magnetic memory
JP2019161176A (en) Spin orbit torque type magnetization rotation element, spin orbit torque type magnetoresistive effect element, magnetic memory, and oscillator
JP6669270B2 (en) Spin current magnetization reversal element and element assembly
JP2018074138A (en) Spin orbital torque magnetoresistance effect element and manufacturing method thereof
JP2018074139A (en) Current magnetic field assist spin current magnetization reversal element, magnetoresistance effect element, magnetic memory and high frequency filter
JP7095490B2 (en) Spin-orbit torque type magnetization rotating element, spin-orbit torque type magnetoresistive effect element and magnetic memory
JP2020043167A (en) Spin orbit torque type magnetization rotating element and spin orbit torque type magnetoresistance effect element
JP7124788B2 (en) Spin current magnetization rotation type magnetoresistive effect element and magnetic memory
JP7293847B2 (en) Spin-orbit torque magnetization rotation element, spin-orbit torque magnetoresistive element, and magnetic memory
JP7187928B2 (en) Spin-orbit torque magnetization rotation element, spin-orbit torque magnetoresistive element, and magnetic memory
US11264071B2 (en) Magnetoresistance effect element and magnetic memory

Legal Events

Date Code Title Description
A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20210310

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20220118

A977 Report on retrieval

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007

Effective date: 20220119

A601 Written request for extension of time

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A601

Effective date: 20220314

A521 Request for written amendment filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20220509

TRDD Decision of grant or rejection written
A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

Effective date: 20220809

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20220822

R150 Certificate of patent or registration of utility model

Ref document number: 7139701

Country of ref document: JP

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150