JP4837904B2 - Cppスピンバルブ素子 - Google Patents
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Description
要するに、本発明は、効果的な電流の狭窄を実現するようにCC層の構造及び/又は位置が設計されたCCP−CPPスピンバルブ素子を提供する。
Free: フリー層
Pinned: ピンド層
CC-layer 2: CC層2
center of free layer: フリー層の中央
center of pinned layer: ピンド層の中央
磁性層の厚さ及び電流狭窄路の幅が小さくなるにつれて、ΔV/ΔV0は小さくなる。これは電流狭窄路の幅(又は面積)と電流の実効幅(又は面積)の差によって生ずる。ΔV/ΔV0の一定の比を与えるCC層における電流狭窄路の幅WCCPは、最小自乗フィッティングによって、関係式WCCP=CtF 3/2に良く適合させることができる、ここでtFは磁性層の厚さであり、Cは比例因子であって、ΔV/ΔV0の値に依存する。例えば、tFがnmの単位で測られるとき、この比が80%でCは1.1,90%で2.6である。したがって、大まかに言って、80%よりも大きなΔV/ΔV0を達成するためには、WCCPが、tFをnmという単位で測ってtF 3/2にほぼ等しい臨界値、WCCP-Cr、よりも大きくなるようにしなければならない。この関係は、スリットの形の電流狭窄路を持つCC層が組み込まれたモデルを用いた計算から導出された。正方形ホールの形の電流狭窄路をもつCC層が組み込まれたモデルから得られるWCCP-Crは、スリット・タイプのモデルで得られるものより約2倍大きいことが確認された。
基板上に形成されるCPPスピンバルブ素子であって:
少なくとも1つの強磁性層を含むフリー層構造;
少なくとも1つの強磁性層を含むピンド層構造、ただし、該フリー層は該ピンド層よりも磁気的に軟らかい;及び
フリー層とピンド層を隔てて、フリー層構造とピンド層構造の間の磁気結合を妨げ、電流がそこを通って流れることができるように構成された薄い非磁性スペーサー層構造;
を含み、導電性が著しく異なる少なくとも2つの部分を含む少なくとも2つの電流狭窄(CC)層構造が組み込まれていることを特徴とするCPPスピンバルブ素子。
前記ピンド層構造が:
該フリー層構造よりも保磁力が高い単一強磁性層、
反強磁性層と交換結合した強磁性層、又は
強磁性層、非磁性層、及び強磁性層を含むサンドイッチ構造で、強磁性層の1つが反強磁性層と交換結合しているもの、
のいずれかを含むことを特徴とする付記1に記載のCPPスピンバルブ素子。
前記CC層構造が導電部分と絶縁部分のモザイク構造を含むことを特徴とする付記1に記載のCPPスピンバルブ素子。
前記モザイク構造が金属と酸化物を含むことを特徴とする付記3に記載のCPPスピンバルブ素子。
前記金属が、Ag、Al、Au、Co、Cr、Cu、Fe、Mg、Mn、Nb、Ni、Pd、Pt、Si、Ta、Ti、V、Zr、及びそれらの合金から成る群から選択され、前記酸化物が、Al、Co、Cr、Cu、Fe、Mg、Mn、Nb、Ni、Pd、Si、Ta、Ti、V、及びZrの酸化物から成る群から選択されることを特徴とする付記4に記載のCPPスピンバルブ素子。
前記モザイク構造が金属と窒化物を含むことを特徴とする付記3に記載のCPPスピンバルブ素子。
前記金属が、Ag、Al、Au、Co、Cr、Cu、Fe、Mn、Ni、Pd、Pt、Ta、及びそれらの合金から成る群から選択され、前記窒化物が、Al、B、C、Si、及びTaの窒化物から成る群から選択されることを特徴とする付記6に記載のCPPスピンバルブ素子。
前記CC層構造の1つが前記フリー層の内部又はその付近に位置し、前記CC層構造のもう1つが前記ピンド層構造の内部又はその付近に位置することを特徴とする付記1に記載のCPPスピンバルブ素子。
前記強磁性層構造の強磁性層のバルク・スピン非対称性係数βが前記強磁性層構造の強磁性層と非磁性層の間の界面・スピン非対称性係数γより大きく;前記CC層構造の少なくとも1つが前記強磁性層構造の強磁性層の内部に位置していることを特徴とする付記1に記載のCPPスピンバルブ素子。
前記強磁性層構造の強磁性層と非磁性層の界面・スピン非対称性係数γが前記強磁性層のバルク・スピン非対称性係数βより大きく;前記CC層構造の少なくとも1つが前記強磁性層構造の強磁性層のどちらかの側の界面に又はその付近に位置することを特徴とする付記1に記載のCPPスピンバルブ素子。
前記フリー層及びピン止め構造の両方のバルク・スピン非対称性係数βが界面・スピン非対称性係数γよりも大きく、前記CC層構造の少なくとも1つが前記フリー層構造の強磁性層の内部に位置し、前記CC層構造の少なくとももう1つが前記ピンド層構造の強磁性層の内部に位置することを特徴とする付記1に記載のCPPスピンバルブ素子。
前記両強磁性層構造の各強磁性層の間の界面・スピン非対称性係数γがバルク・スピン非対称性係数βよりも大きく、前記CC層構造の少なくとも1つが前記フリー層構造のどちらかの側の界面に又はその付近に位置し、前記CC層構造の少なくとももう1つが前記ピンド層のどちらかの側の界面に又はその付近に位置することを特徴とする付記1に記載のCPPスピンバルブ素子。
前記CC層構造の電流狭窄路の幅が、前記CC層構造を含む又はそれに隣接する前記強磁性層のナノメートルで測られる厚さの1.5乗よりも大きいことを特徴とする付記1に記載のCPPスピンバルブ素子。
前記CC層構造の電流狭窄路の幅が、前記CC層構造を含む又はそれに隣接する前記強磁性層のナノメートルで測られる厚さの1.5乗の2倍よりも大きいことを特徴とする付記1に記載のCPPスピンバルブ素子。
少なくとも1つの電流狭窄路が、フリー層の側縁を除き、フリー層の交換長さの幅を有するどの磁束路の内部にも形成されていることを特徴とする付記1に記載のCPPスピンバルブ素子。
導電部分がカスケードの形で位置している一対のCC層構造が前記フリー層構造又は前記ピンド層を挟む両側に位置し、前記フリー層構造及び前記ピンド層の少なくとも一方を通る少なくとも1つの電流路を構成する該CC層の該導電部分の層平面への射影の内側の縁と縁の距離が前記フリー層構造及び前記ピンド層の少なくとも一方の厚さよりも大きく作られていることを特徴とする付記1に記載のCPPスピンバルブ素子。
導電部分がカスケードの形で位置している一対のCC層構造が前記フリー層構造又は前記ピンド層を挟む両側に位置し、前記フリー層構造及び前記ピンド層の少なくとも一方を通る少なくとも1つの電流路の長さが、前記フリー層構造及び前記ピンド層構造の少なくとも一方におけるスピン拡散長の半分よりも大きく、スピン拡散長の3倍よりも小さいことを特徴とする付記1に記載のCPPスピンバルブ素子。
前記フリー層構造及び前記ピンド層構造の少なくとも一方を通る少なくとも1つの電流路の前記長さが、前記フリー層構造及び前記ピンド層構造の少なくとも一方におけるスピン拡散長よりも大きく、前記電流路のスピン拡散長の2倍よりも小さいことを特徴とする付記1に記載のCPPスピンバルブ素子。
基板上に形成されるCPPスピンバルブ素子であって:
少なくとも1つの強磁性層を含むフリー層構造;
少なくとも1つの強磁性層を含むピンド層構造、ただし、該フリー層は該ピンド層よりも磁気的に軟らかい;及び
フリー層とピンド層を隔てて、前記フリー層構造とピンド層構造の間の磁気結合を妨げ、電流がその電流狭窄路を通って流れることができるように構成された薄い非磁性の電流狭窄(CC)層構造;
を含み、前記CC層の電流狭窄路の幅が前記フリー層構造と前記ピンド層の少なくとも一方のナノメートルで測られる厚さの1.5乗よりも大きいことを特徴とするCPPスピンバルブ素子。
前記CC層構造の電流狭窄路の幅が、前記フリー層構造及び前記ピンド層の少なくとも一方のナノメートルで測られる厚さの1.5乗の2倍よりも大きいことを特徴とする付記19に記載のCPPスピンバルブ素子。
基板上に形成されるCPPスピンバルブ素子であって:
少なくとも1つの強磁性層を含むフリー層構造;
少なくとも1つの強磁性層を含むピンド層構造、ただし、該フリー層は該ピンド層よりも磁気的に軟らかい;及び
フリー層とピンド層を隔てて、フリー層構造とピンド層構造の間の実質的な磁気結合を妨げ、電流がその電流狭窄路を通って流れることができるように構成された薄い非磁性の電流狭窄(CC)層構造;
を含み、別のCC層構造がそこに組み込まれていることを特徴とするCPPスピンバルブ素子。
前記別のCC層構造が該フリー層と該ピンド層の少なくとも一方をはさんで配置されていることを特徴とする付記21に記載のCPPスピンバルブ素子。
前記CC層構造の該電流狭窄路の幅が前記フリー層構造と前記ピンド層の少なくとも一方のナノメートルで測られる厚さの1.5乗よりも大きいことを特徴とする付記21に記載のCPPスピンバルブ素子。
前記CC層構造の該電流狭窄路の幅が前記フリー層構造と前記ピンド層の少なくとも一方のナノメートルで測られる厚さの1.5乗の2倍よりも大きいことを特徴とする付記21に記載のCPPスピンバルブ素子。
前記CC層の導電部分がカスケードの形に位置し、前記フリー層構造又は前記ピンド層を通る少なくとも1つの電流路を構成する該CC層の該導電部分の層平面への射影の少なくとも内側の縁と縁との距離が前記フリー層構造及び前記ピンド層の少なくとも一方の厚さよりも大きく作られていることを特徴とする付記22に記載のCPPスピンバルブ素子。
前記フリー層構造及び前記ピンド層構造の少なくとも一方を通る少なくとも1つの電流路の長さが前記フリー層構造及び前記ピンド層の少なくとも一方におけるスピン拡散長の半分よりも大きく、該スピン拡散長の3倍よりも小さいことを特徴とする付記22に記載のCPPスピンバルブ素子。
前記フリー層構造及び前記ピンド層構造の少なくとも一方を通る少なくとも1つの電流路の長さが前記フリー層構造及び前記ピンド層の少なくとも一方におけるスピン拡散長よりも大きく、該スピン拡散長の2倍よりも小さいことを特徴とする付記22に記載のCPPスピンバルブ素子。
基板上に形成されるCPPスピンバルブ素子であって:
少なくとも1つの強磁性層を含むフリー層構造;
少なくとも1つの強磁性層を含むピンド層構造、ただし、該フリー層は該ピンド層よりも磁気的に軟らかい;及び
該フリー層と該ピンド層を隔てて、前記フリー層構造とピンド層構造の間の実質的な磁気結合を妨げ、電流が電流狭窄路を通って流れることができるように構成された薄い非磁性導電層構造;
を含み、少なくとも1つの電流狭窄(CC)層構造がそこに組み込まれ、前記CC層構造の少なくとも1つの電流狭窄路の幅が前記フリー層構造とピンド層構造の少なくとも一方のナノメートルで測られる厚さの1.5乗よりも大きいことを特徴とするCPPスピンバルブ素子。
前記CC層構造の少なくとも1つの電流狭窄路の幅が前記フリー層構造とピンド層構造の少なくとも一方のナノメートルで測られる厚さの1.5乗の2倍よりも大きいことを特徴とする付記28に記載のCPPスピンバルブ素子。
基板上に形成されるCPPスピンバルブ素子であって:
少なくとも1つの強磁性層を含むフリー層構造;
少なくとも1つの強磁性層を含むピンド層構造、ただし、該フリー層は該ピンド層よりも磁気的に軟らかい;及び
該フリー層と該ピンド層を隔てて、前記フリー層構造とピンド層構造の間の実質的な磁気結合を妨げ、電流が電流狭窄路を通って流れることができるように構成された薄い非磁性電流狭窄(CC)層構造;
を含み、少なくとも前記非磁性層と前記ピンド層構造が少なくとも1つの電流狭窄路を形成するCC層構造で形成されていることを特徴とするCPPスピンバルブ素子。
前記CC層構造の少なくとも1つの電流狭窄路の幅が前記フリー層構造のナノメートルで測られる厚さの1.5乗よりも大きいことを特徴とする付記30に記載のCPPスピンバルブ素子。
前記CC層構造の少なくとも1つの電流狭窄路の幅が前記フリー層構造のナノメートルで測られる厚さの1.5乗の2倍よりも大きいことを特徴とする付記30に記載のCPPスピンバルブ素子。
少なくとももう1つのCC層構造が前記フリー層構造をはさんで組み込まれていることを特徴とする付記30に記載のCPPスピンバルブ素子。
少なくとも前記もう1つのCC層構造が前記フリー層構造をはさんで組み込まれており、前記CC層構造の少なくとも1つの電流狭窄路の幅が前記フリー層構造のナノメートルで測られる厚さの1.5乗よりも大きいことを特徴とする付記33に記載のCPPスピンバルブ素子。
前記CC層構造の少なくとも1つの電流狭窄路の幅が前記フリー層構造のナノメートルで測られる厚さの1.5乗の2倍よりも大きいことを特徴とする付記33に記載のCPPスピンバルブ素子。
前記フリー層構造をはさんで向き合うCC層の導電部分がカスケードの形で配置され、前記フリー層構造を通る少なくとも1つの電流路の長さを層平面へ射影したものが前記フリー層構造の厚さよりも大きくなるように作られていることを特徴とする付記33に記載のCPPスピンバルブ素子。
前記フリー層構造を通る少なくとも1つの電流路の前記長さが、前記フリー層構造又は前記ピンド層構造におけるスピン拡散長の半分よりも大きく、スピン拡散長の3倍よりも小さいことを特徴とする付記33に記載のCPPスピンバルブ素子。
前記フリー層構造を通る少なくとも1つの電流路の前記長さが、前記フリー層構造又は前記ピンド層構造におけるスピン拡散長よりも大きく、スピン拡散長の2倍よりも小さいことを特徴とする付記37に記載のCPPスピンバルブ素子。
前記CC層構造が、収束イオン・ビーム又は電気化学的走査プローブを用いるリソグラフィー法によって製造されることを特徴とする付記1に記載のCPPスピンバルブ素子。
142 ピンド層
143 非磁性導電層
145 導電層
146 絶縁層
Claims (9)
- 基板上に形成されるCPPスピンバルブ素子であって:
少なくとも1つの強磁性層を含むピンド層構造;
少なくとも1つの強磁性層を含み、ピンド層よりも磁気的に軟らかいフリー層構造;及び
電流狭窄路を形成する導電性が著しく異なる少なくとも2つの部分を含む少なくとも2つの電流狭窄(CC)層;を備え、
前記2つの電流狭窄(CC)層の少なくとも一方は、一方の側に前記ピンド層構造の強磁性層が存在し、他方の側に前記フリー層構造の強磁性層が存在するように配置され、
層厚方向に流れる電流が、前記2つの電流狭窄(CC)層の前記電流狭窄路を通って流れ、
各電流狭窄(CC)層の前記電流狭窄路の幅が、前記電流狭窄(CC)層が隣接する前記強磁性層のナノメートルで測られる厚さの1.5乗よりも大きいことを特徴とするCPPスピンバルブ素子。 - 前記電流狭窄路は、正方形のホール形状を有し、
前記電流狭窄路の幅が、前記電流狭窄(CC)層が隣接する前記強磁性層のナノメートルで測られる厚さの1.5乗の2倍よりも大きいことを特徴とする請求項1に記載のCPPスピンバルブ素子。 - 前記2つの電流狭窄(CC)層の一方は、前記ピンド層構造に隣接するかまたは前記ピンド層構造内に配置され、
前記2つの電流狭窄(CC)層の他方は、前記フリー層構造に隣接するかまたは前記フリー層構造内に配置されることを特徴とする請求項1または2に記載のCPPスピンバルブ素子。 - 前記フリー層と前記ピンド層を隔てて、前記フリー層構造と前記ピンド層構造の間の磁気結合を妨げ、電流がそこを通って流れることができるように構成された薄いスペーサー層構造を、備えることを特徴とする請求項1から3のいずれか1項に記載のCPPスピンバルブ素子。
- 少なくとも1つの電流狭窄路が、フリー層の側縁を除き、フリー層の交換長さの幅を有するどの磁束路の内部にも形成されていることを特徴とする請求項1から4のいずれか1項に記載のCPPスピンバルブ素子。
- 前記電流狭窄(CC)層が導電部分と絶縁部分のモザイク構造を含むことを特徴とする請求項1から5のいずれか1項に記載のCPPスピンバルブ素子。
- 前記モザイク構造が金属と酸化物を含むことを特徴とする請求項6に記載のCPPスピンバルブ素子。
- 前記金属が、Ag、Al、Au、Co、Cr、Cu、Fe、Mg、Mn、Nb、Ni、Pd、Pt、Si、Ta、Ti、V、Zr、及びそれらの合金から成る群から選択され、前記酸化物が、Al、Co、Cr、Cu、Fe、Mg、Mn、Nb、Ni、Pd、Si、Ta、Ti、V、及びZrの酸化物から成る群から選択されることを特徴とする請求項7に記載のCPPスピンバルブ素子。
- 前記電流狭窄(CC)層の導電部分がカスケードの形に位置し、前記フリー層構造又は前記ピンド層構造の強磁性層を通る少なくとも1つの電流狭窄路を構成する前記電流狭窄(CC)層の導電部分の層平面への射影の少なくとも内側の縁と縁との距離が前記フリー層構造及び前記ピンド層構造の強磁性層の少なくとも一方の厚さよりも大きく作られていることを特徴とする請求項1に記載のCPPスピンバルブ素子。
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