JP2019153769A - 磁気抵抗効果素子 - Google Patents
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X2MnαZβ …(1)
式(1)中、Xは、Co、Ni、Fe、Ru、及びRhからなる群より選択される少なくとも一の元素を表し、Zは、Si、Al、Ga、Ge、Sb、及びSnからなる群より選択される少なくとも一の元素を表し、2/3<α+β<2である。
D2MnδEθ …(2)
式(2)中、Dは、Co、Ni、Fe、Ru、及びRhからなる群より選択される少なくとも一の元素を表し、Eは、Si、Al、Ga、Ge、Sb、及びSnからなる群より選択される少なくとも一の元素を表し、2<δ+θ<2.6である。
X2(MnεGη)αZβ …(3)
式(3)中、Xは、Co、Ni、Fe、Ru、及びRhからなる群より選択される少なくとも一の元素を表し、Gは、Fe及びCrの少なくとも一の元素を表し、GがFeを含むとき、XはFeを含まず、Zは、Si、Al、Ga、Ge、Sb、及びSnからなる群より選択される少なくとも一の元素を表し、2/3<α+β<2であり、0<ε<1及び0<η<1である。
D2(MnεGη)δEθ …(4)
式(4)中、Dは、Co、Ni、Fe、Ru、及びRhからなる群より選択される少なくとも一の元素を表し、Gは、Fe及びCrの少なくとも一の元素を表し、GがFeを含むとき、DはFeを含まず、Eは、Si、Al、Ga、Ge、Sb、及びSnからなる群より選択される少なくとも一の元素を表し、2<δ+θ<2.6であり、0<ε<1及び0<η<1である。
AgγL1−γ …(A)
式(A)中、Lは、Al、Cu、Ga、Ge、As、Y、La、Sm、Yb、及びPtからなる群より選択される少なくとも一の元素を表し、0<γ≦1である。
X2MnαZβ …(1)
式(1)中、Xは、Co、Ni、Fe、Ru、及びRhからなる群より選択される少なくとも一の元素を表し、Zは、Si、Al、Ga、Ge、Sb、及びSnからなる群より選択される少なくとも一の元素を表し、2/3<α+β<2である。
AgγL1−γ …(A)
この式(A)において、Xは、Al、Cu、Ga、Ge、As、Y、La、Sm、Yb、及びPtからなる群より選択される少なくとも一の元素であり、0<γ≦1である。
D2MnδEθ …(2)
式(2)中、Dは、Co、Ni、Fe、Ru、及びRhからなる群より選択される少なくとも一の元素を表し、Eは、Si、Al、Ga、Ge、Sb、及びSnからなる群より選択される少なくとも一の元素を表す。また、式(2)中のδ及びθは、2<δ+θ<2.6であることができる。本実施形態では、式(2)において、XはCoであり、また、ZはSiであることができる。
X2(MnεGη)αZβ …(3)
式(3)中、Xは、Co、Ni、Fe、Ru、及びRhからなる群より選択される少なくとも一の元素を表し、Gは、Fe及びCrの少なくとも一の元素を表す。ただし、GがFeを含むとき、XはFeを含まない。すなわち、Xは、Co、Ni、Ru、及びRhからなる群より選択される少なくとも一の元素を表す。Zは、Si、Al、Ga、Ge、Sb、及びSnからなる群より選択される少なくとも一の元素を表し、2/3<α+β<2であり、0<ε<1及び0<η<1である。
D2(MnεGη)δEθ …(4)
式(4)中、Dは、Co、Ni、Fe、Ru、及びRhからなる群より選択される少なくとも一の元素を表し、Gは、Fe及びCrの少なくとも一の元素を表し、GがFeを含むとき、DはFeを含まない。すなわち、Dは、Co、Ni、Ru、及びRhからなる群より選択される少なくとも一の元素を表す。Eは、Si、Al、Ga、Ge、Sb、及びSnからなる群より選択される少なくとも一の元素を表し、2<δ+θ<2.6であり、0<ε<1及び0<η<1である。本変形例では、式(4)において、XはCoであり、また、ZはSiであることができる。
AgγL1−γ …(A)
式(A)中、Lは、Al、Cu、Ga、Ge、As、Y、La、Sm、Yb、及びPtからなる群より選択される少なくとも一の元素を表し、0<γ≦1である。
MR比(%)=((RAP−RP)/RP)×100(%) …(5)
この式(5)において、RAPは、第一の強磁性層の磁化の向きと第二の強磁性層の磁化の向きとが反平行であるときの磁気抵抗効果素子の抵抗の大きさである。また、RPは、第一の強磁性層の磁化の向きと第二の強磁性層の磁化の向きとが平行であるときの磁気抵抗効果素子の抵抗の大きさである。
図7の(a)部は、実施例1に係る磁気抵抗効果素子の断面を示す図である。実施例1では、以下のような手順によって磁気抵抗効果素子1aを作製した。すなわち、初めに、MgO基板60a上に、下地層70aを形成した。具体的には、MgO基板60a上に、電子ビーム蒸着法によって、MgOバッファ層71a(厚さ10nm)を形成した。MgOバッファ層71aの形成時の温度は、600℃とした。MgOバッファ層71aの形成後に、熱処理(温度600℃)を行った。続いて、MgOバッファ層71a上に、スパッタ法によって、CoFeシード層72a(厚さ10nm)を形成した。CoFeシード層72aの形成時の温度は、室温とした。CoFeシード層72aを形成した後の熱処理は行わなかった。続いて、CoFeシード層72a上に、Agバッファ層73a(厚さ100nm)を形成した。Agバッファ層73aの形成時の温度は、室温とした。Agバッファ層73aの形成後に、熱処理(温度300℃)を行った。続いて、Agバッファ層73a上に、CoFeバッファ層74a(厚さ10nm)を形成した。CoFeバッファ層74aの形成時の温度は、室温とした。CoFeバッファ層74aを形成した後の熱処理は行わなかった。
実施例2では、実施例1と同様の作製及び見積もり手順によって、磁気抵抗効果素子の作製及びMR比の見積もりを行った。実施例2における第一の強磁性層及び第二の強磁性層は、共に、Co2MnαSiβ層とし、α及びβの値は、表1に示す通りとした。
比較例1及び比較例2では、実施例1と同様の作製及び見積もり手順によって、磁気抵抗効果素子の作製及びMR比の見積もりを行った。比較例1及び2における第一の強磁性層及び第二の強磁性層は、共に、Co2MnαSiβ層とし、α及びβの値は、表1に示す通りとした。
図7の(b)部は、実施例3に係る磁気抵抗効果素子の断面を示す図である。実施例3では、以下のような手順によって磁気抵抗効果素子1bを作製した。すなわち、初めに、MgO基板60b上に、下地層70bを形成した。具体的には、MgO基板60b上に、電子ビーム蒸着法によって、MgOバッファ層71b(厚さ10nm)を形成した。MgOバッファ層71bの形成時の温度は、400℃とした。MgOバッファ層71bを形成した後の熱処理は行わなかった。続いて、MgOバッファ層71b上に、スパッタ法によって、CoFeバッファ層72b(厚さ30nm)を形成した。CoFeバッファ層72bの形成時の温度は、室温とした。CoFeバッファ層72bの形成後に、熱処理(温度500℃)を行った。
実施例4では、実施例3と同様の作製及び見積もり手順によって、磁気抵抗効果素子の作製及びMR比の見積もりを行った。実施例4における第一の強磁性層及び第二の強磁性層は、共に、Co2MnαSiβ層とし、α及びβの値は、表2に示す通りとした。
比較例3では、実施例3と同様の作製及び見積もり手順によって、磁気抵抗効果素子の作製及びMR比の見積もりを行った。比較例3における第一の強磁性層及び第二の強磁性層は、共に、Co2MnαSiβ層とし、α及びβの値は、表2に示す通りとした。
図7の(c)部は、実施例5に係る磁気抵抗効果素子の断面を示す図である。実施例5では、以下のような手順によって磁気抵抗効果素子1cを作製した。すなわち、初めに、実施例1と同様の手順によって、MgO基板60c上に、下地層70cを形成した。続いて、スパッタ法によって、下地層70c上に、磁気抵抗層80cを形成した。具体的には、下地層70cのCoFeバッファ層74c上に、第三の強磁性層81c(厚さ10nm)、第一の強磁性層82c(厚さ1.1nm)、非磁性スペーサ層83cとしてのAg層(厚さ5nm)、及び第二の強磁性層84c(厚さ1.1nm)をこの順に形成した。これら4層の形成時の温度は、室温とした。これら4層を形成した後の熱処理は行わなかった。続いて、第二の強磁性層84c上に、第四の強磁性層85c(厚さ3nm)を形成した。第四の強磁性層85cの形成時の温度は、室温とした。第四の強磁性層85cの形成後に、熱処理(温度550℃)を行った。第一の強磁性層82c及び第二の強磁性層84cは、共に、Co2MnαSiβ層とし、αの値は0.68とし、βの値は0.82とした。また、第三の強磁性層81c及び第四の強磁性層85cは、共に、Co2MnδSiθ層とした。第三の強磁性層81c及び第四の強磁性層85cにおいて、共に、δの値は1.4とし、θの値は0.82とした。
図8は、実施例6に係る磁気抵抗効果素子の断面を示す図である。実施例6では、以下のような手順によって磁気抵抗効果素子1dを作製した。すなわち、初めに、MgO基板60d上に、下地層70dを形成した。具体的には、MgO基板60d上に、電子ビーム蒸着法によって、MgOバッファ層71d(厚さ10nm)を形成した。MgOバッファ層71dの形成時の温度は、600℃とした。MgOバッファ層71dの形成後に、熱処理(温度600℃)を行った。続いて、MgOバッファ層71d上に、スパッタ法によって、CoFeシード層72d(厚さ10nm)を形成した。CoFeシード層72dの形成時の温度は、室温とした。CoFeシード層72dを形成した後の熱処理は行わなかった。続いて、CoFeシード層72d上に、Agバッファ層73d(厚さ100nm)を形成した。Agバッファ層73dの形成時の温度は、室温とした。Agバッファ層73dの形成後に、熱処理(温度300℃)を行った。続いて、Agバッファ層73d上に、CoFeバッファ層74d(厚さ10nm)を形成した。CoFeバッファ層74dの形成時の温度は、室温とした。CoFeバッファ層74dを形成した後の熱処理は行わなかった。
比較例4〜比較例6では、実施例6と同様の作製及び見積もり手順によって、磁気抵抗効果素子の作製及びMR比の見積もりを行った。比較例4〜比較例6における第一の強磁性層及び第二の強磁性層は、共に、Co2(MnεFeη)αSiβ層とし、ε、η、α及びβの値は、表3に示す通りとした。
実施例7では、第二の強磁性層83dの形成後に、熱処理を温度575℃において行った他は、実施例6と同様の作製及び見積もり手順によって、磁気抵抗効果素子の作製及びMR比の見積もりを行った。実施例7における第一の強磁性層及び第二の強磁性層は、共に、実施例6と同じCo2(MnεFeη)αSiβ層とした。第一の強磁性層及び第二の強磁性層におけるε、η、α及びβの値は、共に、表4に示す通りとした。
比較例7では、実施例7と同様の作製及び見積もり手順によって、磁気抵抗効果素子の作製及びMR比の見積もりを行った。第一の強磁性層及び第二の強磁性層におけるε、η、α及びβの値は、共に、表4に示す通りとした。
Claims (11)
- 磁化自由層として機能する第一の強磁性層と、
磁化固定層として機能する第二の強磁性層と、
前記第一の強磁性層と前記第二の強磁性層との間に設けられた非磁性スペーサ層と、
を備え、
前記第一の強磁性層及び前記第二の強磁性層の少なくとも一つは、式(1)で表されるホイスラー合金を含む、磁気抵抗効果素子。
X2MnαZβ …(1)
[式中、Xは、Co、Ni、Fe、Ru、及びRhからなる群より選択される少なくとも一の元素を表し、Zは、Si、Al、Ga、Ge、Sb、及びSnからなる群より選択される少なくとも一の元素を表し、2/3<α+β<2である。] - 前記式(1)において、β<(2+α)/3である、請求項1に記載の磁気抵抗効果素子。
- 前記式(1)において、β>αである、請求項1又は2に記載の磁気抵抗効果素子。
- 前記式(1)において、ZはSiである、請求項1〜3のいずれか一項に記載の磁気抵抗効果素子。
- 前記第一の強磁性層と共に磁化自由層として機能する第三の強磁性層及び前記第二の強磁性層と共に磁化固定層として機能する第四の強磁性層の少なくとも一つを更に備え、
前記第三の強磁性層及び前記第四の強磁性層は、式(2)で表される前記ホイスラー合金を含み、
前記第一の強磁性層は、前記第三の強磁性層と前記非磁性スペーサ層との間に設けられ、
前記第二の強磁性層は、前記第四の強磁性層と前記非磁性スペーサ層との間に設けられる、請求項1〜4のいずれか一項に記載の磁気抵抗効果素子。
D2MnδEθ …(2)
[式中、Dは、Co、Ni、Fe、Ru、及びRhからなる群より選択される少なくとも一の元素を表し、Eは、Si、Al、Ga、Ge、Sb、及びSnからなる群より選択される少なくとも一の元素を表し、2<δ+θ<2.6である。] - 磁化自由層として機能する第一の強磁性層と、
磁化固定層として機能する第二の強磁性層と、
前記第一の強磁性層と前記第二の強磁性層との間に設けられた非磁性スペーサ層と、
を備え、
前記第一の強磁性層及び前記第二の強磁性層の少なくとも一つは、式(3)で表されるホイスラー合金を含む、磁気抵抗効果素子。
X2(MnεGη)αZβ …(3)
[式中、Xは、Co、Ni、Fe、Ru、及びRhからなる群より選択される少なくとも一の元素を表し、Gは、Fe及びCrの少なくとも一の元素を表し、GがFeを含むとき、XはFeを含まず、Zは、Si、Al、Ga、Ge、Sb、及びSnからなる群より選択される少なくとも一の元素を表し、2/3<α+β<2であり、0<ε<1及び0<η<1である。] - 前記式(3)において、β<(2+α)/3である、請求項6に記載の磁気抵抗効果素子。
- 前記式(3)において、β>αである、請求項6又は7に記載の磁気抵抗効果素子。
- 前記式(3)において、ZはSiである、請求項6〜8のいずれか一項に記載の磁気抵抗効果素子。
- 前記第一の強磁性層と共に磁化自由層として機能する第三の強磁性層及び前記第二の強磁性層と共に磁化固定層として機能する第四の強磁性層の少なくとも一つを更に備え、
前記第三の強磁性層及び前記第四の強磁性層は、式(4)で表される前記ホイスラー合金を含み、
前記第一の強磁性層は、前記第三の強磁性層と前記非磁性スペーサ層との間に設けられ、
前記第二の強磁性層は、前記第四の強磁性層と前記非磁性スペーサ層との間に設けられる、請求項6〜9のいずれか一項に記載の磁気抵抗効果素子。
D2(MnεGη)δEθ …(4)
[式中、Dは、Co、Ni、Fe、Ru、及びRhからなる群より選択される少なくとも一の元素を表し、Gは、Fe及びCrの少なくとも一の元素を表し、GがFeを含むとき、DはFeを含まず、Eは、Si、Al、Ga、Ge、Sb、及びSnからなる群より選択される少なくとも一の元素を表し、2<δ+θ<2.6であり、0<ε<1及び0<η<1である。] - 前記非磁性スペーサ層は、式(A)で表わされるAg又はAg含有金属を含む、請求項1〜10のいずれか一項に記載の磁気抵抗効果素子。
AgγL1−γ …(A)
[式中、Lは、Al、Cu、Ga、Ge、As、Y、La、Sm、Yb、及びPtからなる群より選択される少なくとも一の元素を表し、0<γ≦1である。]
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