JP2020127005A - Magnetoresistance effect element - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、磁気抵抗効果素子に関するものである。 The present invention relates to a magnetoresistive effect 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、および、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)素子が知られている。GMR素子およびTMR素子は、磁気センサ、磁気ヘッド、高周波部品、および磁気ランダムアクセスメモリ(MRAM)用の素子として注目が集まっている。磁気抵抗効果素子は、性能指数の一つとして磁気抵抗効果比(MR比)があり、磁気抵抗効果比(MR比)を大きくする開発が行われている。強磁性層に高スピン偏極材料を用いるとMR比を大きくなると言われており、ホイスラー合金は高スピン偏極材料の一例である。 A giant magnetoresistive (GMR) element including a multilayer film of a ferromagnetic layer and a nonmagnetic layer, and a tunnel magnetoresistive (TMR) element using an insulating layer (tunnel barrier layer, barrier layer) for the nonmagnetic layer are known. There is. GMR elements and TMR elements have been attracting attention as elements for magnetic sensors, magnetic heads, high frequency components, and magnetic random access memories (MRAM). The magnetoresistive effect element has a magnetoresistive effect ratio (MR ratio) as one of the figures of merit, and development is underway to increase the magnetoresistive effect ratio (MR ratio). It is said that the MR ratio is increased by using a high spin polarized material for the ferromagnetic layer, and the Heusler alloy is an example of the high spin polarized material.
非特許文献[1]には、強磁性層としてホイスラー合金の一つであるハーフホイスラー型結晶構造を有するNiMnSbを用い、非磁性層としてAgを用いた、NiMnSb/Ag/NiMnSbで表されるGMR素子が開示されている。 In Non-Patent Document [1], a NiMnSb/Ag/NiMnSb-based GMR in which NiMnSb having a half-Heusler crystal structure, which is one of Heusler alloys, is used as a ferromagnetic layer and Ag is used as a nonmagnetic layer A device is disclosed.
非特許文献[1]に記載の磁気抵抗効果素子のMR比は室温で高々8%と、期待されているほどのMR比が得られていない。この理由の一つは、ハーフホイスラー型結晶構造は空格子を有することと考えられる。空格子は、結晶構造の歪みの原因となると考えられ、結晶構造の歪みはMR比を低下させる。 The MR ratio of the magnetoresistive element described in Non-Patent Document [1] is at most 8% at room temperature, which is not as high as expected. One of the reasons for this is considered to be that the half-Heusler crystal structure has a vacancy. The vacancies are considered to cause the distortion of the crystal structure, and the distortion of the crystal structure lowers the MR ratio.
本発明は上記事情に鑑みてなされたものであり、MR比を向上できる磁気抵抗効果素子を提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of the above circumstances, and an object thereof is to provide a magnetoresistive effect element capable of improving the MR ratio.
本発明者らは、鋭意検討の結果、強磁性層を構成する材料に所定の元素を添加すると、強磁性層の結晶構造が安定化し、磁気抵抗効果素子のMR比が向上することを見出した。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 studies, the present inventors have found that the addition of a predetermined element to the material forming the ferromagnetic layer stabilizes the crystal structure of the ferromagnetic layer and improves the MR ratio of the magnetoresistive element. .. That is, the present invention provides the following means in order to solve the above problems.
(1)第1の態様にかかる磁気抵抗効果素子は、第一の強磁性層と、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ある非磁性スペーサ層と、を備え、前記第一の強磁性層と前記第二の強磁性層とのうち少なくとも一方は、ハーフホイスラー型結晶構造を有する金属化合物を含み、前記金属化合物は、機能材料と、前記ハーフホイスラー型結晶構造の単位格子をなすX原子、Y原子及びZ原子と、を含み、前記機能材料は、前記X原子、前記Y原子、および前記Z原子のいずれの原子より原子番号が小さい。当該構成を満たすことで、ハーフホイスラー型結晶構造を有する金属化合物は、高いスピン偏極率を維持しつつ、結晶構造が安定化する。その結果、磁気抵抗効果素子のMR比が向上する。 (1) The magnetoresistive effect element according to the first aspect includes a first ferromagnetic layer, a second ferromagnetic layer, and between the first ferromagnetic layer and the second ferromagnetic layer. A certain non-magnetic spacer layer, wherein at least one of the first ferromagnetic layer and the second ferromagnetic layer includes a metal compound having a half-Heusler crystal structure, the metal compound is functional. A material and an X atom, a Y atom and a Z atom forming a unit cell of the half-Heusler type crystal structure, wherein the functional material is an atom from any atom of the X atom, the Y atom and the Z atom. The number is small. By satisfying the configuration, the metal compound having a half-Heusler crystal structure has a stable crystal structure while maintaining a high spin polarization rate. As a result, the MR ratio of the magnetoresistive effect element is improved.
(2)上記態様にかかる磁気抵抗効果素子において、前記機能材料は、B、C、N、Fからなる群から選択される1種以上の原子であってもよい。当該構成を満たすことにより、結晶構造がより安定化するまる。その結果、磁気抵抗効果素子のMR比が向上する。 (2) In the magnetoresistive effect element according to the above aspect, the functional material may be at least one atom selected from the group consisting of B, C, N, and F. By satisfying the structure, the crystal structure becomes more stable. As a result, the MR ratio of the magnetoresistive effect element is improved.
(3)上記態様にかかる磁気抵抗効果素子において、前記金属化合物における前記機能材料の組成比は、0.1at%(0.1mol%)以上7at%(7mol%)以下であってもよい。当該構成を満たすことにより、結晶構造がより安定化する。その結果、磁気抵抗効果素子のMR比が向上する。 (3) In the magnetoresistive effect element according to the above aspect, the composition ratio of the functional material in the metal compound may be 0.1 at% (0.1 mol%) or more and 7 at% (7 mol%) or less. By satisfying the structure, the crystal structure becomes more stable. As a result, the MR ratio of the magnetoresistive effect element is improved.
(4)上記態様にかかる磁気抵抗効果素子において、前記機能材料がボロンであり、前記金属化合物における前記機能材料の組成比は、0.1at%以上9.8at%以下であってもよい。 (4) In the magnetoresistive effect element according to the above aspect, the functional material may be boron, and the composition ratio of the functional material in the metal compound may be 0.1 at% or more and 9.8 at% or less.
(5)上記態様にかかる磁気抵抗効果素子において、前記機能材料がカーボンであり、前記金属化合物における前記機能材料の組成比は、0.11at%以上8.8at%以下であってもよい。 (5) In the magnetoresistive effect element according to the above aspect, the functional material may be carbon, and a composition ratio of the functional material in the metal compound may be 0.11 at% or more and 8.8 at% or less.
(6)上記態様にかかる磁気抵抗効果素子において、前記機能材料が窒素であり、前記金属化合物における前記機能材料の組成比は、0.09at%以上7.2at%以下であってもよい。 (6) In the magnetoresistive effect element according to the above aspect, the functional material may be nitrogen, and the composition ratio of the functional material in the metal compound may be 0.09 at% or more and 7.2 at% or less.
(7)上記態様にかかる磁気抵抗効果素子において、前記機能材料がフッ素であり、前記金属化合物における前記機能材料の組成比は、0.13at%以上7.2at%以下であってもよい。 (7) In the magnetoresistive effect element according to the above aspect, the functional material may be fluorine, and the composition ratio of the functional material in the metal compound may be 0.13 at% or more and 7.2 at% or less.
(8)上記態様にかかる磁気抵抗効果素子において、前記X原子はFe、Co、Ni、Cu、Zn、Ru、Rh、Pd、Ag、Cd、Ir、Pt、Auからなる群から選択される1種以上の原子であり、前記Y原子はTi、V、Cr、Mn、Y、Zr、Nb、Hf、Ta、Gd、Tb、Dy、Hd、Er、Fe、Tm、Yb、Luからなる群から選択される1種以上の原子であり、前記Z原子はAl、Si、Ga、Ge、As、In、Sn、Sb、Tl、Pd、Bi、Se、Teからなる群から選択される1種以上の原子であってもよい。当該構成を満たすと、ホイスラー合金の組成を満たす構成で結晶構造が安定化しやすく、作製が容易になる。 (8) In the magnetoresistive effect element according to the above aspect, the X atom is selected from the group consisting of Fe, Co, Ni, Cu, Zn, Ru, Rh, Pd, Ag, Cd, Ir, Pt, and Au 1. At least one atom, and the Y atom is selected from the group consisting of Ti, V, Cr, Mn, Y, Zr, Nb, Hf, Ta, Gd, Tb, Dy, Hd, Er, Fe, Tm, Yb and Lu. One or more atoms selected, wherein the Z atom is one or more selected from the group consisting of Al, Si, Ga, Ge, As, In, Sn, Sb, Tl, Pd, Bi, Se, Te. May be an atom of. When the composition is satisfied, the crystal structure is easily stabilized in the composition that satisfies the composition of the Heusler alloy, and the production is facilitated.
(9)上記態様にかかる磁気抵抗効果素子において、前記X原子はNi、Pd、Pt、Co、Rhから選択される1種以上の原子であり、前記Y原子はMn、Cr、Fe、Vからなる群から選択される1種以上の原子であり、前記Z原子はSe、Te、Sbからなる群から選択される1種以上の原子であってもよい。当該構成を満たすと、第一の強磁性層及び/又は第二の強磁性層に含まれる強磁性ホイスラー合金のスピン偏極率が高くなり、磁気抵抗効果素子のMR比が大きくなる。 (9) In the magnetoresistive effect element according to the above aspect, the X atom is at least one atom selected from Ni, Pd, Pt, Co, and Rh, and the Y atom is selected from Mn, Cr, Fe, and V. The Z atom may be one or more atoms selected from the group consisting of, and the Z atom may be one or more atoms selected from the group consisting of Se, Te, and Sb. When the structure is satisfied, the spin polarization ratio of the ferromagnetic Heusler alloy contained in the first ferromagnetic layer and/or the second ferromagnetic layer becomes high, and the MR ratio of the magnetoresistive effect element becomes large.
(10)上記態様にかかる磁気抵抗効果素子において、前記金属化合物は、C1b構造もしくはB2構造の結晶構造を有していてもよい。当該構成を満たすと、第一の強磁性層及び/又は第二の強磁性層に含まれる強磁性ホイスラー合金のスピン偏極率が高くなり、磁気抵抗効果素子のMR比が大きくなる。 (10) In the magnetoresistive effect element according to the above aspect, the metal compound may have a crystal structure of a C1b structure or a B2 structure. When the structure is satisfied, the spin polarization ratio of the ferromagnetic Heusler alloy contained in the first ferromagnetic layer and/or the second ferromagnetic layer becomes high, and the MR ratio of the magnetoresistive effect element becomes large.
(11)上記態様にかかる磁気抵抗効果素子において、前記第一の強磁性層と前記第二の強磁性層のうちの一方はハーフホイスラー型結晶構造を有する金属化合物を含み、他方はフルホイスラー型結晶構造を有する金属化合物を含み、前記フルホイスラー型結晶構造を有する金属化合物は、前記X原子、前記Y原子及び前記Z原子を含んでもよい。当該構成を満たすと、第一の強磁性層と第二の強磁性層の少なくとも一方のスピン偏極率をさらに高くすることができ、磁気抵抗効果素子のMR比が大きくなる。 (11) In the magnetoresistive effect element according to the above aspect, one of the first ferromagnetic layer and the second ferromagnetic layer includes a metal compound having a half-Heusler crystal structure, and the other is a full Heusler type. The metal compound having a crystal structure, and the metal compound having a full-Heusler crystal structure may include the X atom, the Y atom and the Z atom. If the structure is satisfied, the spin polarization of at least one of the first ferromagnetic layer and the second ferromagnetic layer can be further increased, and the MR ratio of the magnetoresistive effect element is increased.
(12)上記態様にかかる磁気抵抗効果素子において、前記フルホイスラー型結晶構造を有する金属化合物は、組成式Co2LαMβで表され、前記L原子は、MnおよびFeのうち少なくとも1種を含み、前記αは0.7<α<1.6を満たし、前記M原子はAl、Si、Ge、Gaのうち少なくとも1種を含み、前記βは0.65<β<1.35を満たしてもよい。当該構成を満たすと、第一の強磁性層と第二の強磁性層の少なくとも一方のスピン偏極率がさらに高まり、磁気抵抗効果素子のMR比が大きくなる。 (12) In the magnetoresistive effect element according to the above aspect, the metal compound having the full-Heusler crystal structure is represented by a composition formula Co 2 L α M β , and the L atom is at least one of Mn and Fe. And α satisfies 0.7<α<1.6, the M atom includes at least one of Al, Si, Ge, and Ga, and β satisfies 0.65<β<1.35. You may meet. When the structure is satisfied, the spin polarization of at least one of the first ferromagnetic layer and the second ferromagnetic layer is further increased, and the MR ratio of the magnetoresistive effect element is increased.
(13)上記態様にかかる磁気抵抗効果素子は、前記第一の強磁性層と前記第二の強磁性層とのうちの少なくとも一方と、前記非磁性スペーサと、の間に、挿入層を有し、前記挿入層はCo、FeもしくはCoFe合金を有してもよい。当該構成を満たすと、挿入層が強磁性層と非磁性スペーサ層と界面における不整合を解消し、強磁性層の磁化安定性が高まる。その結果、磁気抵抗効果素子のMR比の温度依存性が小さくなる。 (13) In the magnetoresistive effect element according to the above aspect, an insertion layer is provided between at least one of the first ferromagnetic layer and the second ferromagnetic layer and the nonmagnetic spacer. However, the insertion layer may include Co, Fe, or a CoFe alloy. When the structure is satisfied, the insertion layer eliminates the mismatch at the interface between the ferromagnetic layer and the nonmagnetic spacer layer, and the magnetization stability of the ferromagnetic layer is improved. As a result, the temperature dependence of the MR ratio of the magnetoresistive effect element is reduced.
(14)上記態様にかかる磁気抵抗効果素子において、前記挿入層の膜厚は、0.2nm以上1.2nm以下であってもよい。当該構成を満たすと、MR比の温度依存性を維持したまま高いMR比を得ることが可能となる。 (14) In the magnetoresistive effect element according to the above aspect, the thickness of the insertion layer may be 0.2 nm or more and 1.2 nm or less. When the structure is satisfied, a high MR ratio can be obtained while maintaining the temperature dependence of the MR ratio.
(15)上記態様にかかる磁気抵抗効果素子において、前記非磁性スペーサ層は金属であってもよい。当該構成を満たすと、磁気抵抗効果素子は低RAで且つ高いMR比を示す。 (15) In the magnetoresistive effect element according to the above aspect, the nonmagnetic spacer layer may be made of metal. When the structure is satisfied, the magnetoresistive effect element has low RA and high MR ratio.
(16)上記態様にかかる磁気抵抗効果素子において、前記非磁性スペーサ層は、AgもしくはAg合金からなってもよい。当該構成を満たすと、磁気抵抗効果素子は低RAで且つより高いMR比を示す。 (16) In the magnetoresistive effect element according to the above aspect, the nonmagnetic spacer layer may be made of Ag or an Ag alloy. When the structure is satisfied, the magnetoresistive effect element has a low RA and a higher MR ratio.
本発明によれば、磁気抵抗効果素子のMR比を向上することができる。 According to the present invention, the MR ratio of the magnetoresistive effect element can be improved.
以下、本発明について、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、本発明の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、その要旨を変更しない範囲で適宜変更して実施することが可能である。 Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to the drawings. In the drawings used in the following description, in order to make the features of the present invention easy to understand, there are cases in which the features that are the features are enlarged for convenience, and the dimensional ratios of the components may be different from the actual ones. is there. The materials, dimensions, and the like exemplified in the following description are examples, and the present invention is not limited thereto and can be appropriately modified and implemented within the scope of the invention.
「磁気抵抗効果素子」
図1は、本実施形態にかかる磁気抵抗効果素子の断面模式図である。図1に示す磁気抵抗効果素子10は、第一の強磁性層1と第二の強磁性層2と非磁性スペーサ層3とを備える。また磁気抵抗効果素子10は、これらの層以外にキャップ層、下地層等を有していてもよい。以下、第一の強磁性層1が広がる面内と直交する方向を積層方向という場合がある。
"Magnetic resistance element"
FIG. 1 is a schematic sectional view of the magnetoresistive effect element according to the present embodiment. The
(第一の強磁性層、第二の強磁性層)
第一の強磁性層1及び第二の強磁性層2はそれぞれ強磁性体を含み、それぞれ磁化を有する。磁気抵抗効果素子10は、これらの磁化の相対角変化を抵抗値変化として出力する。例えば、第二の強磁性層2の磁化の向きを一方向に固定し、第一の強磁性層1の磁化の向きを第二の強磁性層2の磁化の向きに対して可変とすると、第二の強磁性層2の磁化の向きに対する第一の強磁性層1の磁化の向きが変化する。その結果、2つの磁化の相対角が変化し、磁気抵抗効果素子10の抵抗値が変化する。第一の強磁性層1の厚さは、例えば、1nm〜20nmであり、第二の強磁性層2の厚さは、例えば、1nm〜20nmである。磁化の向きが固定された層を一般に固定層と呼び、磁化の向きが可変な層を一般に自由層と呼ぶ。第一の強磁性層1及び第二の強磁性層2は、それぞれ複数の層からなってもよい。以下、第一の強磁性層1が自由層、第二の強磁性層が固定層の場合を例に説明する。
(First ferromagnetic layer, second ferromagnetic layer)
The first ferromagnetic layer 1 and the second
第一の強磁性層1と第二の強磁性層2とのうちの少なくとも一方は、強磁性ホイスラー合金を含み、好ましくは実質的に強磁性ホイスラー合金からなる。強磁性ホイスラー合金は、化学量論組成において組成式がXYZと表されるハーフホイスラー型結晶構造と、化学量論組成において組成式(化学式)がX2YZと表されるフルホイスラー型結晶構造と、がある。第一の強磁性層1と第二の強磁性層2とのうちの少なくとも一方は、ハーフホイスラー型結晶構造を有する金属化合物を含む。第一の強磁性層1と第二の強磁性層2とのうちの少なくとも一方は、例えば、ハーフホイスラー型結晶構造を有する金属化合物からなる。金属化合物は、例えば、積層方向と交差する面内に広がる金属化合物層である。金属化合物は、X原子、Y原子、Z原子及び機能材料を含む。X原子、Y原子及びZ原子は、組成式で表されるように、ハーフホイスラー型結晶構造の単位格子をなす各原子である。機能材料は、X原子、Y原子及びZ原子のいずれの原子より原子番号が小さい原子である。機能材料は、1種の原子に限られず、2種以上でもよい。機能材料は、例えばLi、Be、B、C、N、O、F、Na、Mgである。機能材料は、サイズが小さく、主にはハーフホイスラー型結晶構造の格子の間に侵入する。機能材料は、ハーフホイスラー型結晶構造を大きく歪ませることなく、空格子点に侵入するため、ハーフホイスラー型結晶構造を安定化させる。その結果、磁気抵抗効果素子10の磁気抵抗効果が大きくなる。
At least one of the first ferromagnetic layer 1 and the second
ここで「化学量論組成において組成式XYZまたはX2YZで表される」とは、化合物が化学量論組成である場合に限られず、非化学量論組成でもよいことを意味する。すなわち、組成式がXYZの場合、X原子とY原子とZ原子の比が厳密に1:1:1である必要はなく、組成式がX2YZの場合、X原子とY原子とZ原子の比が厳密に2:1:1である必要はない。 Here, “in the stoichiometric composition, represented by the composition formula XYZ or X 2 YZ” means that the compound is not limited to the stoichiometric composition and may be a non-stoichiometric composition. That is, when the composition formula is XYZ, it is not necessary that the ratio of X atoms, Y atoms and Z atoms is exactly 1:1:1. When the composition formula is X 2 YZ, X atoms, Y atoms and Z atoms are It is not necessary that the ratio of is exactly 2:1:1.
機能材料は、B、C、N、Fからなる群から選択される1種以上であってもよい。これらの原子は、ハーフホイスラー型結晶構造を安定化させ、第一の強磁性層1及び第二の強磁性層2の少なくとも一方の結晶構造をより安定化させる。
The functional material may be one or more selected from the group consisting of B, C, N and F. These atoms stabilize the half-Heusler crystal structure, and further stabilize the crystal structure of at least one of the first ferromagnetic layer 1 and the second
機能材料の後述の定義に従う組成比は、0.1at%以上7at%以下であってもよい。 The composition ratio of the functional material according to the definition below may be 0.1 at% or more and 7 at% or less.
機能材料がボロン(B)の場合、金属化合物における機能材料の組成比は、例えば、0.1at%以上9.8at%以下であり、好ましくは0.6at%以上9.8at%以下であり、より好ましくは3.9at%以上7.3at%以下である。 When the functional material is boron (B), the composition ratio of the functional material in the metal compound is, for example, 0.1 at% or more and 9.8 at% or less, preferably 0.6 at% or more and 9.8 at% or less, More preferably, it is 3.9 at% or more and 7.3 at% or less.
機能材料がカーボン(C)の場合、金属化合物における機能材料の組成比は、例えば、0.11at%以上8.8at%以下であり、好ましくは4.2at%以上8.8at%以下であり、より好ましくは5.6at%以上6.3at%以下である。 When the functional material is carbon (C), the composition ratio of the functional material in the metal compound is, for example, 0.11 at% or more and 8.8 at% or less, preferably 4.2 at% or more and 8.8 at% or less, More preferably, it is 5.6 at% or more and 6.3 at% or less.
機能材料が窒素(N)の場合、金属化合物における機能材料の組成比は、例えば、0.09at%以上7.2at%以下であり、好ましくは3.2at%以上7.2at%以下であり、より好ましくは4.7at%以上5.7at%以下である。 When the functional material is nitrogen (N), the composition ratio of the functional material in the metal compound is, for example, 0.09 at% or more and 7.2 at% or less, preferably 3.2 at% or more and 7.2 at% or less, More preferably, it is 4.7 at% or more and 5.7 at% or less.
機能材料がフッ素(F)の場合、金属化合物における機能材料の組成比は、例えば、0.13at%以上7.2at%以下であり、好ましくは0.9at%以上7.2at%以下であり、より好ましくは3.7at%以上4.7at%以下である。 When the functional material is fluorine (F), the composition ratio of the functional material in the metal compound is, for example, 0.13 at% or more and 7.2 at% or less, preferably 0.9 at% or more and 7.2 at% or less, More preferably, it is 3.7 at% or more and 4.7 at% or less.
ハーフホイスラー型結晶構造の単位格子をなすX原子は、例えば、Fe、Co、Ni、Cu、Zn、Ru、Rh、Pd、Ag、Cd、Ir、Pt、Auからなる群から選択される1種以上の原子である。ハーフホイスラー型結晶構造の単位格子をなすY原子は、例えば、Ti,V,Cr,Mn,Y,Zr,Nb,Hf,Ta.Gd,Tb,Dy,Hd,Er,Fe,Tm,Yb,Luからなる群から選択される1種以上の原子である。ただし、X原子及びY原子が共にFe原子の場合は除く。ハーフホイスラー型結晶構造の単位格子をなすZ原子は、例えば、Al、Si、Ga、Ge、As、In、Sn、Sb、Tl、Pd、Bi、Se、Teからなる群から選択される1種以上の元素である。 The X atom forming the unit cell of the half-Heusler crystal structure is, for example, one selected from the group consisting of Fe, Co, Ni, Cu, Zn, Ru, Rh, Pd, Ag, Cd, Ir, Pt, and Au. These are the atoms. The Y atom forming the unit cell of the half-Heusler crystal structure is, for example, Ti, V, Cr, Mn, Y, Zr, Nb, Hf, Ta. It is at least one atom selected from the group consisting of Gd, Tb, Dy, Hd, Er, Fe, Tm, Yb, and Lu. However, the case where both X and Y atoms are Fe atoms is excluded. The Z atom forming the unit cell of the half-Heusler crystal structure is, for example, one selected from the group consisting of Al, Si, Ga, Ge, As, In, Sn, Sb, Tl, Pd, Bi, Se, and Te. These are the above elements.
X原子は、好ましくはNi、Pd、Pt、Co、Rhからなる群から選択される1種以上の原子である。Y原子は、好ましくはMn、Cr、Fe、Vからなる群から選択される1種以上の原子である。Z原子は、好ましくはSe、Te、Sbからなる群から選択される1種以上の原子である。ハーフホイスラー型結晶構造(XYZ)の金属化合物は、例えば、NiMnSe、NiMnTe、NiMnSb、PtMnSb、PdMnSb、CoFeSb、NiFeSb、RhMnSb、CoMnSb、IrMnSb、NiCrSbである。 The X atom is preferably at least one atom selected from the group consisting of Ni, Pd, Pt, Co and Rh. The Y atom is preferably one or more atoms selected from the group consisting of Mn, Cr, Fe and V. The Z atom is preferably at least one atom selected from the group consisting of Se, Te and Sb. The half-Heusler type crystal structure (XYZ) metal compound is, for example, NiMnSe, NiMnTe, NiMnSb, PtMnSb, PdMnSb, CoFeSb, NiFeSb, RhMnSb, CoMnSb, IrMnSb, NiCrSb.
ハーフホイスラー合金は、例えば、A2構造、B2構造、C1b構造のいずれかの結晶構造を含む。ここで「いずれかの結晶構造を含む」とは、例えばC1b構造の一部がA2構造またはB2構造になっている場合も含むことを意味する。 Half-Heusler alloy, for example, A2 structure, B2 structure, comprising any of the crystalline structure of C1 b structure. Here, “including any crystal structure” is meant to include, for example, a case where a part of the C1 b structure has an A2 structure or a B2 structure.
ここで、ハーフホイスラー合金および後述のフルホイスラー合金の結晶構造について図2を使いながら説明する。 Here, the crystal structures of the half Heusler alloy and the full Heusler alloy described later will be described with reference to FIG.
図2(a)、図2(b)、図2(c)は、X2YZの組成式で表される化合物(フルホイスラー合金)が選択しやすい結晶構造の模式図である。図2(d)、図2(e)、図2(f)は、XYZの組成式で表される化合物(ハーフホイスラー合金)が選択しやすい結晶構造の模式図である。 FIG. 2A, FIG. 2B, and FIG. 2C are schematic diagrams of crystal structures in which the compound represented by the composition formula of X 2 YZ (Full Heusler alloy) is easily selected. FIG. 2D, FIG. 2E, and FIG. 2F are schematic views of crystal structures in which the compound represented by the composition formula of XYZ (half Heusler alloy) can be easily selected.
図2(a)はL21構造であり、図2(d)はC1b構造であり、これらの構造において、X原子、Y原子、Z原子は所定のサイトに収まっている。L21構造の単位格子は4つの面心立方格子(fcc)からなり、そのうちの1つのX原子を取り除いた構造がC1b構造である。そのため、C1b構造はL21構造と比較して空格子点を有する。 2A shows an L2 1 structure, and FIG. 2D shows a C1 b structure. In these structures, the X atom, the Y atom, and the Z atom are contained at predetermined sites. The unit cell of the L2 1 structure is composed of four face-centered cubic lattices (fcc), and the structure in which one X atom is removed is the C1 b structure. Therefore, the C1 b structure has vacancies as compared with the L2 1 structure.
図2(b)はL21構造由来のB2構造であり、図2(e)はC1b構造由来のB2構造である。これらの結晶構造において、X原子は所定のサイトに収まっているが、Y原子とZ原子とはそれぞれが最も安定化するサイトに収まっておらず、それぞれのサイトにランダムに収容されている。すなわち、Y原子及びZ原子が特定のサイトに収容される確率に乱れが生じている。図2(c)はL21構造由来のA2構造であり、図2(f)はC1b構造由来のA2構造である。これらの結晶構造では、X原子とY原子とZ原子とがそれぞれが最も安定化するサイトに収まっておらず、それぞれのサイトにランダムに収容されている。すなわち、X原子、Y原子及びZ原子が特定のサイトに収容される確率に乱れが生じている。X2YZの組成式で表される化合物においてはL21構造>B2構造>A2構造の順に結晶性が高い。XYZの組成式で表される化合物においてはC1b構造>B2構造>A2構造の順に結晶性が高い。ハーフホイスラー合金の結晶構造は、C1b構造もしくはB2構造が好ましい。 FIG. 2B shows the B2 structure derived from the L2 1 structure, and FIG. 2E shows the B2 structure derived from the C1 b structure. In these crystal structures, the X atom is contained in a predetermined site, but the Y atom and the Z atom are not contained in the most stable sites, and are randomly housed in each site. That is, the probability that the Y atom and the Z atom are accommodated in the specific site is disturbed. 2(c) shows the A2 structure derived from the L2 1 structure, and FIG. 2(f) shows the A2 structure derived from the C1 b structure. In these crystal structures, the X atom, the Y atom, and the Z atom are not contained in the most stabilizing sites, but are randomly housed in each site. That is, the probability that the X atom, the Y atom, and the Z atom are accommodated in the specific site is disturbed. In the compound represented by the composition formula of X 2 YZ, the crystallinity is high in the order of L2 1 structure>B2 structure>A2 structure. In the compound represented by the composition formula of XYZ, the crystallinity is high in the order of C1 b structure>B2 structure>A2 structure. The crystal structure of the half-Heusler alloy is preferably C1 b structure or B2 structure.
また、第一の強磁性層1と第二の強磁性層2のうち一方はハーフホイスラー型結晶構造を有する金属化合物を含み、他方は、組成式がX2YZで表されるフルホイスラー型結晶構造を有する金属化合物を含んでもよい。第一の強磁性層1と第二の強磁性層2のうち一方は、フルホイスラー型結晶構造を有する金属化合物からなってもよい。
Further, one of the first ferromagnetic layer 1 and the second
フルホイスラー型結晶構造の単位格子をなすX原子、Y原子及びZ原子は、ハーフホイスラー型結晶構造の単位格子をなすX原子、Y原子及びZ原子と同様である。X原子は、例えば、Fe、Co、Ni、Cu、Zn、Ru、Rh、Pd、Ag、Cd、Ir、Pt、Auからなる群から選択される1種以上の原子である。Y原子は、Ti,V,Cr,Mn,Y,Zr,Nb,Hf,Ta.Gd,Tb,Dy,Hd,Er,Fe,Tm,Yb,Luから選択される1種以上の原子であり、Z原子はAl、Si、Ga、Ge、As、In、Sn、Sb、Tl、Pd、Biから選択される1種以上の原子である。フルホイスラー型結晶構造(X2YZ)の金属化合物は、例えば、Co2FeSi、Co2FeGe、Co2FeGa、Co2MnSi、Co2Mn1−aFeaAlbSi1−b、Co2FeGe1−cGac等が挙げられる。 The X atoms, Y atoms, and Z atoms forming the unit lattice of the full Heusler type crystal structure are the same as the X atoms, Y atoms, and Z atoms forming the unit lattice of the half Heusler type crystal structure. The X atom is, for example, at least one atom selected from the group consisting of Fe, Co, Ni, Cu, Zn, Ru, Rh, Pd, Ag, Cd, Ir, Pt, and Au. Y atom is Ti, V, Cr, Mn, Y, Zr, Nb, Hf, Ta. Gd, Tb, Dy, Hd, Er, Fe, Tm, Yb, Lu is one or more kinds of atoms, and Z atom is Al, Si, Ga, Ge, As, In, Sn, Sb, Tl, It is at least one atom selected from Pd and Bi. Examples of the metal compound having a full Heusler crystal structure (X 2 YZ) include Co 2 FeSi, Co 2 FeGe, Co 2 FeGa, Co 2 MnSi, Co 2 Mn 1-a Fe a Al b Si 1-b , and Co 2. FeGe 1-c Ga c, and the like.
フルホイスラー型結晶構造(X2YZ)の金属化合物は、例えば、Co2LαMβでもよい。L原子は、上記のY原子の一態様であり、例えばMn及びFeの少なくとも一以上の原子である。M原子は、上記のZ原子の一態様であり、Si、Al、Ga、及びGeからなる群より選択される一以上の原子である。またCo2LαMβは、0.7<α<1.6を満たし、0.65<β<1.35を満たす。 The metal compound having the full Heusler crystal structure (X 2 YZ) may be, for example, Co 2 L α M β . The L atom is one aspect of the above Y atom, and is, for example, at least one atom of Mn and Fe. The M atom is one aspect of the Z atom described above, and is one or more atoms selected from the group consisting of Si, Al, Ga, and Ge. In addition, Co 2 L α M β satisfies 0.7<α<1.6 and 0.65<β<1.35.
Co2LαMβで表されるホイスラー合金は、高いスピン分極率を有する。そのため、磁気抵抗効果素子10が大きな磁気抵抗効果を示す。また0.7<α<1.6かつ0.65<β<1.35という条件を満たすと、ホイスラー合金の格子定数は、化学量論的組成を満たす場合の格子定数との差が小さい。そのため、第一の強磁性層1及び/又は第二の強磁性層2と、非磁性スペーサ層3との間の格子不整合が小さくなる。その結果、磁気抵抗効果素子が高いMR比を示す。ただし、ホイスラー合金は、必ずしも0.7<α<1.6かつ0.65<β<1.35という条件が満たされなくてもよい。
The Heusler alloy represented by Co 2 L α M β has a high spin polarizability. Therefore, the
フルホイスラー型結晶構造のホイスラー合金は、A2構造、B2構造、又はL21構造の結晶構造を含む。B2構造のホイスラー合金は、A2構造のホイスラー合金よりも高いスピン分極率を示す。L21構造のホイスラー合金は、B2構造のホイスラー合金よりも高いスピン分極率を示す。 The Heusler alloy having a full Heusler crystal structure includes a crystal structure having an A2 structure, a B2 structure, or an L2 1 structure. The B2 structure Heusler alloy exhibits higher spin polarizability than the A2 structure Heusler alloy. The Heusler alloy having the L2 1 structure exhibits higher spin polarizability than the Heusler alloy having the B2 structure.
また、第一の強磁性層1及び第二の強磁性層2の少なくとも一方は、ホイスラー合金ではない強磁性材料を含んでもよい。強磁性材料は、例えば、軟磁性材料である。強磁性材料は、例えば、積層方向と交差する面内に広がる強磁性層である。強磁性材料は、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である。具体的には、強磁性材料は、例えば、Co−Fe、Co−Fe−B、Ni−Feである。
Further, at least one of the first ferromagnetic layer 1 and the second
上述のホイスラー合金と、Co、Fe、もしくはCoFe合金とを積層すると、ホイスラー合金の磁化の安定性を高くすることができる。さらに、第一の強磁性層1と非磁性スペーサ層3との間、および/又は、第二の強磁性層2と非磁性スペーサ層3との間に、挿入層を設けてもよい。挿入層は、例えば、Co、Fe、もしくはCoFe合金を含む。挿入層は、例えば、Co、Fe、もしくはCoFe合金からなってもよい。挿入層は、好ましくは、CoxFe1−x(0.5≦x≦0.8)である。挿入層の膜厚は0.2nm以上1.2nm以下とするのが好ましい。挿入層は、第一の強磁性層1と非磁性スペーサ層3との間、および/又は、第二の強磁性層2と非磁性スペーサ層3との間の格子整合性を高める。また挿入層が薄いことで、挿入層によるスピン散乱を抑制できる。
By stacking the above-mentioned Heusler alloy and Co, Fe, or CoFe alloy, the stability of the magnetization of the Heusler alloy can be increased. Further, an insertion layer may be provided between the first ferromagnetic layer 1 and the nonmagnetic spacer layer 3 and/or between the second
第二の強磁性層2を固定層とするためには、第二の強磁性層2の保磁力を第一の強磁性層1の保磁力より大きくする。第二の強磁性層2にIrMn,PtMnなどの反強磁性材料を隣接させると、第二の強磁性層2の保磁力は大きくなる。また第二の強磁性層2の漏れ磁場が第一の強磁性層1に影響すること防ぐために、第二の強磁性層2をシンセティック強磁性結合の構造としても良い。
In order to make the second ferromagnetic layer 2 a fixed layer, the coercive force of the second
(非磁性スペーサ層)
非磁性スペーサ層3は、例えば、絶縁体からなる。この場合、非磁性スペーサ層3は、トンネルバリア層となる。非磁性スペーサ層3に用いられる絶縁体は、例えば、TiO2、HfO2、Al2O3、SiO2、MgO、ZnAl2O4、γ−Al2O3、MgGa2O4、MgAl2O4等である。また絶縁体は、上記のいずれか一つを主成分とする混晶構造でもよい。また、絶縁体は、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でもよい。これら材料の中でも、MgOやMgAl2O4を用いると、非磁性スペーサ層3がコヒーレントトンネル効果を示し、磁気抵抗効果素子10が、高いMR比を示す。非磁性スペーサ層3は、例えば、金属からなってもよい。この場合、金属は、例えば、Cu、Au、Ag、Cr、V、Al、W、及びPtの少なくとも一つの金属元素を含む合金等である。さらに、非磁性スペーサ層3は半導体からなってもよい。この場合、半導体は、例えば、Si、Ge、ZnO、GaO、InSnO、InZnO、CuInSe2、CuGaSe2、Cu(In,Ga)Se2などである。
(Non-magnetic spacer layer)
The nonmagnetic spacer layer 3 is made of, for example, an insulator. In this case, the nonmagnetic spacer layer 3 becomes a tunnel barrier layer. The insulator used for the nonmagnetic spacer layer 3 is, for example, TiO 2 , HfO 2 , Al 2 O 3 , SiO 2 , MgO, ZnAl 2 O 4 , γ-Al 2 O 3 , MgGa 2 O 4 , MgAl 2 O. It is 4 mag. Further, the insulator may have a mixed crystal structure containing any one of the above as a main component. In addition to these, the insulator may be a material in which a part of Al, Si, Mg is replaced with Zn, Be or the like. When MgO or MgAl 2 O 4 is used among these materials, the nonmagnetic spacer layer 3 exhibits a coherent tunnel effect, and the
磁気抵抗効果素子10のRA(面積抵抗)を小さくして、且つ、高いMR比を得るには、非磁性スペーサ層3は金属からなることが好ましい。
In order to reduce RA (area resistance) of the
非磁性スペーサ層3は、Ag又はAg合金でもよい。非磁性スペーサ層3がAg又はAg合金の場合、強磁性層のフェルミ面と非磁性スペーサ層のフェルミ面とのマッチングが良好になり、磁気抵抗効果素子がより高いMR比を示す。Ag合金は、例えば、Ag1−xSnx、Ag1−xMgx、Ag1−xZnx、Ag1−xAlxなどである。ここで、xの範囲は、例えば、0<x<0.25である。xの範囲がこの範囲だと、強磁性層と非磁性スペーサ層3との格子ミスマッチングが小さくなり、それぞれの層のフェルミ面のマッチングが良好になる。 The nonmagnetic spacer layer 3 may be Ag or Ag alloy. When the nonmagnetic spacer layer 3 is Ag or an Ag alloy, the Fermi surface of the ferromagnetic layer and the Fermi surface of the nonmagnetic spacer layer are well matched, and the magnetoresistive effect element exhibits a higher MR ratio. The Ag alloy is, for example, Ag 1-x Sn x , Ag 1-x Mg x , Ag 1-x Zn x , Ag 1-x Al x, or the like. Here, the range of x is 0<x<0.25, for example. When the range of x is in this range, the lattice mismatch between the ferromagnetic layer and the nonmagnetic spacer layer 3 becomes small, and the matching of the Fermi surface of each layer becomes good.
非磁性スペーサ層3が絶縁材料からなる場合、その膜厚を0.4nm以上3nm以下とすることが好ましい。非磁性スペーサ層3が金属からなる場合、その膜厚を1nm以上10nm以下とすることが好ましい。非磁性スペーサ層3が半導体からなる場合、その膜厚を0.6nm以上5nm以下が好ましい。これにより磁気抵抗効果素子のMR比が高くなる。 When the nonmagnetic spacer layer 3 is made of an insulating material, its thickness is preferably 0.4 nm or more and 3 nm or less. When the non-magnetic spacer layer 3 is made of a metal, its thickness is preferably 1 nm or more and 10 nm or less. When the nonmagnetic spacer layer 3 is made of a semiconductor, its film thickness is preferably 0.6 nm or more and 5 nm or less. This increases the MR ratio of the magnetoresistive effect element.
(素子の形状、寸法)
磁気抵抗効果素子10を構成する第一の強磁性層1、非磁性スペーサ層3及び第二の強磁性層2からなる積層体は、公知のフォトリソグラフィー(電子線リソグラフィ等)およびドライエッチング(Arイオンミリング等)により柱状の形状に微細加工される。積層体を平面視した形状は、円形、四角形、三角形、多角形等の種々の形状をとることができるが、対称性の面から円形であることが好ましい。すなわち、積層体は円柱状であることが好ましい。
(Element shape and dimensions)
The laminated body composed of the first ferromagnetic layer 1, the non-magnetic spacer layer 3 and the second
積層体が円柱状である場合、平面視の直径が80nm以下であることが好ましく、60nm以下であることがより好ましく、30nm以下であることがさらに好ましい。直径が80nm以下であると、強磁性中にドメイン構造ができにくくなり、強磁性層内においてスピン分極と異なる成分を考慮する必要が無くなる。さらに、30nm以下であると、強磁性層が単一ドメイン構造となり、磁化反転速度や確率が改善する。また小型化された磁気抵抗効果素子において、特に低抵抗化の要望が強い。 When the laminate has a columnar shape, the diameter in plan view is preferably 80 nm or less, more preferably 60 nm or less, and further preferably 30 nm or less. When the diameter is 80 nm or less, it becomes difficult to form a domain structure in the ferromagnetism, and it becomes unnecessary to consider a component different from spin polarization in the ferromagnetic layer. Further, when the thickness is 30 nm or less, the ferromagnetic layer has a single domain structure, and the magnetization reversal speed and probability are improved. In addition, there is a strong demand for reduction in resistance of miniaturized magnetoresistive elements.
(その他)
本実施形態では、磁気抵抗効果素子10として、第一の強磁性層1を自由層とし、第二の強磁性層2を固定層としたトップピン構造の例を挙げた。しかしながら、磁気抵抗効果素子10の構造はこの場合に限定されるものではなく、ボトムピン構造でもよい。
(Other)
In the present embodiment, as the
上述のように、本実施形態にかかる磁気抵抗効果素子10は、ハーフホイスラー型を有する金属化合物を含み、この金属化合物が所定の機能材料を含む。機能材料は、空格子に侵入することで、ハーフホイスラー型結晶構造の安定性を高める。また機能材料は、ハーフホイスラー型結晶構造の結晶構造を大きく歪ませないため、ハーフホイスラー型結晶構造の金属化合物が本来示す高いスピン偏極率を維持できる。その結果、本実施形態にかかる磁気抵抗効果素子10は、機能材料を含まない場合と比較して、MR比が向上する。
As described above, the
本実施形態にかかる磁気抵抗効果素子は、磁気センサやMRAMなどのメモリとして使用することが可能である。 The magnetoresistive effect element according to the present embodiment can be used as a memory such as a magnetic sensor or MRAM.
「磁気抵抗効果素子の製造方法」
次いで、磁気抵抗効果素子の製造方法について説明する。
本実施形態にかかる磁気抵抗効果素子の製造方法は、第一の強磁性層1と、非磁性スペーサ層3と、第二の強磁性層2とを積層する工程を有する。これらの層は、スパッタリング法、蒸着法、レーザアブレーション法、分子線エピタキシャル(MBE)法など公知の方法を用いて成膜できる。
(評価方法)
"Method for manufacturing magnetoresistive effect element"
Next, a method of manufacturing the magnetoresistive effect element will be described.
The method of manufacturing a magnetoresistive effect element according to the present embodiment includes a step of stacking a first ferromagnetic layer 1, a nonmagnetic spacer layer 3, and a second
(Evaluation method)
また作製した磁気抵抗効果素子10のMR比を測定した。図3は、MR比の測定にもちいた磁気抵抗効果デバイスを積層方向から平面視した模式図である。磁気抵抗効果素子10は、第1配線15と第2配線11とが交差する位置に設けた。磁気抵抗効果素子10は、直径80nmの円柱状とした。そして第1配線15には電極12が設けられ、電極12は電源13と電圧計14に接続されている。電源13により電圧を印加することにより、磁気抵抗効果素子10の積層方向に電流が流れる。この際の磁気抵抗効果素子10の電位差は電圧計14でモニターされる。そして磁気抵抗効果素子10に、外部から磁場を掃引しながら、電流又は電圧を磁気抵抗効果素子に印加することによって、磁気抵抗効果素子の抵抗変化が観測される。
Further, the MR ratio of the manufactured
MR比は、一般的に以下の式で表される。
MR比(%)=(RAP−RP)/RP×100
RPは第1強磁性層1と第2強磁性層2の磁化の向きが平行の場合の抵抗であり、RAPは第1強磁性層1と第2強磁性層2の磁化の向きが反平行の場合の抵抗である。
The MR ratio is generally represented by the following formula.
MR ratio (%) = (R AP -R P) / R P × 100
R P is a resistance when the magnetization directions of the first ferromagnetic layer 1 and the second
第一の強磁性層1および第二の強磁性層2の組成分析は、集束イオンビームにより薄片試料を作製し、透過型電子顕微鏡(TEM)におけるエネルギー分散型X線分析(EDS)によって行った。例えば機能材料をBとした場合、Bの組成比は原子組成百分率(at%)で定義され、100×「B原子数」/(「X原子数」+「Y原子数」+「Z原子数」+「B原子数」)とした。尚、分析法はこれに限定されず、2次イオン質量分析法(SIMS)、アトムプローブ法、電子エネルギー損失分光法(EELS)を用いて行うこともできる。
Composition analysis of the first ferromagnetic layer 1 and the second
TEM−EDSの分析結果は、測定元素のバックグラウンド信号を差し引いた値とした。 The TEM-EDS analysis result was a value obtained by subtracting the background signal of the measurement element.
(実施例1−1)
図1に示す磁気抵抗効果素子10をMgO(001)基板上に作製した。まず基板上に下地層(後述する第1配線15を兼ねる)としてCrを20nm、Agを40nmこの順に積層し、第一の強磁性層1としてNiMnSbBを30nm積層した。次いで、第1強磁性層1上に、非磁性スペーサ層3としてAgを5nm積層した。次いで、非磁性スペーサ層3上に、第二の強磁性層2としてNiMnSbBを6nm積層し、キャップ層(後述する第2配線11を兼ねる)としてRuを20nm成膜し、磁気抵抗効果素子10を得た。基板上の各層の作製は、スパッタリング法により行い、スパッタリングガスとしてArを用いた。また、NiMnSbBの成膜は、NiMnSbターゲットとBターゲットとの同時スパッタにより行った。この磁気抵抗効果素子の形成後に、磁場中熱処理を行い、第一の強磁性層1及び第二の強磁性層2に対して一軸磁気異方性を付与した。この磁場中熱処理における熱処理温度を300℃とし、印加磁場の強度を5kOe(399kA/m)とした。
(Example 1-1)
The
上記で説明した方法を用いて、第一の強磁性層1および第二の強磁性層2の中に含まれるBの組成比、及び、磁気抵抗効果素子のMR比を測定した。
Using the method described above, the composition ratio of B contained in the first ferromagnetic layer 1 and the second
第一の強磁性層1および第二の強磁性層2の中に含まれるBの組成比は、0.1at%であった。ここで、Bの組成比の測定は、集束イオンビームにより薄片試料を作製し、透過型電子顕微鏡(TEM)におけるエネルギー分散型X線分析(EDS)によって行った。
The composition ratio of B contained in the first ferromagnetic layer 1 and the second
(実施例1−2〜1−7)
実施例1−1のNiMnSbターゲットとBターゲットとの同時スパッタの条件を変更して、NiMnSb中に含まれるBの組成比を変更した点以外は、実施例1−1と同様の条件で磁気抵抗効果素子10を作製した。また実施例1−1と同様の手順で、Bの組成比及びMR比をそれぞれ測定した。その結果を表1にしめす。
(Examples 1-2 to 1-7)
Magnetoresistance under the same conditions as in Example 1-1, except that the conditions for simultaneous sputtering of the NiMnSb target and the B target in Example 1-1 were changed to change the composition ratio of B contained in NiMnSb. The
(比較例1−1)
実施例1−1の作製条件に対して、Bターゲットを用いず、NiMnSbターゲットのみを用いて第一の強磁性層1および第二の強磁性層2を作製した以外は、実施例1−1と同様の条件で磁気抵抗効果素子10を作製した。また実施例1−1と同様の手順で、Bの組成比及びMR比をそれぞれ測定した。その結果を表1にしめす。尚、比較例1−1のBの組成比は検出限界以下(0.01at%以下)であった。
(Comparative Example 1-1)
Example 1-1 except that the B target was not used and only the NiMnSb target was used to form the first ferromagnetic layer 1 and the second
(実施例2−1〜2−7)
第一の強磁性層1と第二の強磁性層2をNiMnSbターゲットとCターゲットとの同時スパッタにより作製した以外は、実施例1−1と同様の条件で磁気抵抗効果素子10を作製した。
(Examples 2-1 to 2-7)
A
(実施例3−1〜3−7)
第一の強磁性層1と第二の強磁性層2を、Arと窒素の混合ガスによるNiMnSbターゲットのスパッタリングにより作製した以外は、実施例1−1と同様の条件で磁気抵抗効果素子10を作製した。尚、窒素の組成比はArと窒素の分圧比により制御した。
(Examples 3-1 to 3-7)
A
(実施例4−1〜4−7)
第一の強磁性層1と第二の強磁性層2を、Arとフッ素の混合ガスによるNiMnSbターゲットのスパッタリングにより作製した以外は、実施例1−1と同様の条件で磁気抵抗効果素子10を作製した。尚、フッ素の組成比はArとフッ素の分圧比により制御した。
(Examples 4-1 to 4-7)
The
1 第1強磁性層;
2 第2強磁性層;
3 トンネルバリア層;
10 磁気抵抗効果素子;
11 第2配線;
12 電極;
13 電源;
14 電圧計;
15 第1配線;
20 磁気抵抗効果デバイス
1 first ferromagnetic layer;
2 second ferromagnetic layer;
3 tunnel barrier layer;
10 magnetoresistive effect element;
11 second wiring;
12 electrodes;
13 power supply;
14 Voltmeter;
15 First wiring;
20 Magnetoresistive device
Claims (16)
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ある非磁性スペーサ層と、を備え、
前記第一の強磁性層と前記第二の強磁性層とのうち少なくとも一方は、ハーフホイスラー型結晶構造を有する金属化合物を含み、
前記金属化合物は、機能材料と、前記ハーフホイスラー型結晶構造の単位格子をなすX原子、Y原子及びZ原子と、を含み、
前記機能材料は、前記X原子、前記Y原子、および前記Z原子のいずれの原子より原子番号が小さい、磁気抵抗効果素子。 A first ferromagnetic layer,
A second ferromagnetic layer,
A non-magnetic spacer layer between the first ferromagnetic layer and the second ferromagnetic layer,
At least one of the first ferromagnetic layer and the second ferromagnetic layer contains a metal compound having a half-Heusler crystal structure,
The metal compound includes a functional material and X atoms, Y atoms and Z atoms forming a unit cell of the half-Heusler crystal structure,
The magnetoresistive effect element, wherein the functional material has an atomic number smaller than that of any of the X atom, the Y atom, and the Z atom.
前記金属化合物における前記機能材料の組成比は、0.1at%以上9.8at%以下である、請求項1または2に記載の磁気抵抗効果素子。 The functional material is boron,
The magnetoresistive effect element according to claim 1, wherein the composition ratio of the functional material in the metal compound is 0.1 at% or more and 9.8 at% or less.
前記金属化合物における前記機能材料の組成比は、0.11at%以上8.8at%以下である、請求項1または2に記載の磁気抵抗効果素子。 The functional material is carbon,
The magnetoresistive effect element according to claim 1, wherein a composition ratio of the functional material in the metal compound is 0.11 at% or more and 8.8 at% or less.
前記金属化合物における前記機能材料の組成比は、0.09at%以上7.2at%以下である、請求項1または2に記載の磁気抵抗効果素子。 The functional material is nitrogen,
The magnetoresistive effect element according to claim 1, wherein the composition ratio of the functional material in the metal compound is 0.09 at% or more and 7.2 at% or less.
前記金属化合物における前記機能材料の組成比は、0.13at%以上7.2at%以下である、請求項1または2に記載の磁気抵抗効果素子。 The functional material is fluorine,
The magnetoresistive effect element according to claim 1, wherein the composition ratio of the functional material in the metal compound is 0.13 at% or more and 7.2 at% or less.
前記Y原子は、Ti、V、Cr、Mn、Y、Zr、Nb、Hf、Ta、Gd、Tb、Dy、Hd、Er、Fe、Tm、Yb、Luからなる群から選択される1種以上の原子であり、
前記Z原子は、Al、Si、Ga、Ge、As、In、Sn、Sb、Tl、Pd、Bi、Se、Teからなる群から選択される1種以上の原子である、請求項1から7のいずれか一項に記載の磁気抵抗効果素子。 The X atom is at least one atom selected from the group consisting of Fe, Co, Ni, Cu, Zn, Ru, Rh, Pd, Ag, Cd, Ir, Pt, and Au,
The Y atom is one or more selected from the group consisting of Ti, V, Cr, Mn, Y, Zr, Nb, Hf, Ta, Gd, Tb, Dy, Hd, Er, Fe, Tm, Yb, and Lu. Is an atom of
The Z atom is one or more atoms selected from the group consisting of Al, Si, Ga, Ge, As, In, Sn, Sb, Tl, Pd, Bi, Se, Te. 13. The magnetoresistive effect element according to any one of 1.
前記Y原子は、Mn、Cr、Fe、Vからなる群から選択される1種以上の原子であり、
前記Z原子は、Se、Te、Sbからなる群から選択される1種以上の原子である、請求項8に記載の磁気抵抗効果素子。 The X atom is at least one atom selected from the group consisting of Ni, Pd, Pt, Co and Rh,
The Y atom is at least one atom selected from the group consisting of Mn, Cr, Fe and V,
The magnetoresistive effect element according to claim 8, wherein the Z atom is at least one atom selected from the group consisting of Se, Te, and Sb.
前記フルホイスラー型結晶構造を有する金属化合物は、前記X原子、前記Y原子及び前記Z原子を含む、請求項1から10のいずれか一項に記載の磁気抵抗効果素子。 One of the first ferromagnetic layer and the second ferromagnetic layer contains a metal compound having a half-Heusler crystal structure, the other contains a metal compound having a full Heusler crystal structure,
The magnetoresistive effect element according to any one of claims 1 to 10, wherein the metal compound having a full-Heusler crystal structure contains the X atom, the Y atom, and the Z atom.
前記L原子は、MnおよびFeのうち少なくとも1種の原子を含み、
前記M原子は、Al、Si、Ge、Gaのうち少なくとも1種の原子を含み、
前記αは、0.7<α<1.6を満たし、
前記βは、0.65<β<1.35を満たす、請求項11に記載の磁気抵抗効果素子。 The metal compound having the full-Heusler crystal structure is represented by the composition formula Co 2 L α M β ,
The L atom includes at least one atom of Mn and Fe,
The M atom includes at least one atom selected from Al, Si, Ge, and Ga,
The above α satisfies 0.7<α<1.6,
The magnetoresistive effect element according to claim 11, wherein the β satisfies 0.65<β<1.35.
前記挿入層は、Co,Fe,もしくはCoFe合金を有する、請求項1から12のいずれか1項に記載の磁気抵抗効果素子。 An insertion layer is provided between at least one of the first ferromagnetic layer and the second ferromagnetic layer, and the nonmagnetic spacer layer,
13. The magnetoresistive effect element according to claim 1, wherein the insertion layer has Co, Fe, or a CoFe alloy.
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