JP5360774B2 - 磁化制御方法、情報記憶方法、情報記憶素子及び磁気機能素子 - Google Patents
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Description
図1は本発明の第1の実施形態による磁気機能素子の断面図を示している。
図10は本発明の第2の実施形態による磁気機能素子の断面図を示している。
図11は本発明の第3の実施形態による磁気記録素子(情報記憶素子)の断面図を示している。
図12は本発明の第4の実施形態による磁気記録素子(情報記憶素子)の断面図を示している。
図13は本発明の第5の実施形態によるスピントランジスタの構造を示している。なお、図13(a)は同スピントランジスタの上面図であり、図13(b)は同スピントランジスタの断面図である。
図14は本発明の第6の実施形態による磁気機能素子の断面図を示している。
図15は本発明の第7の実施形態による磁気機能素子の断面図を示している。
図16は本発明の第8の実施形態による磁気機能素子の断面図を示している。
11 絶縁層
12、30、32、43、44、50 電極
13 基板
14 下地層
20 参照層
21 記録層
33、41 非磁性層
100 半導体層
101 第1の磁性層
102 第1の電極
103 第2の磁性層
104 第2の電極
105 ゲート絶縁膜
106 第3の電極
Claims (17)
- 磁性層の磁化方向を制御する磁化制御方法であって、
1原子層以上で、かつ、2nm以下の膜厚の超薄膜強磁性層と前記超薄膜強磁性層に直接接して積層された、単位面積当たりの抵抗値が10Ωμm 2 以上である、ポテンシャル障壁となる絶縁層とからなる構造体を形成する形成ステップと、
前記構造体を挟む対向電極に電圧を印加する、又は、前記構造体に対して電界を印加することによって前記超薄膜強磁性層の磁気異方性を変調し、当該変調によって前記超薄膜強磁性層の磁化方向を制御する制御ステップとを含み、
前記形成ステップでは、前記超薄膜強磁性層と前記絶縁層との界面における電界によって前記超薄膜強磁性層において面内磁気異方性と垂直磁気異方性との間での遷移が起こるように、前記超薄膜強磁性層の膜厚を決定するステップを含む
ことを特徴とする磁化制御方法。 - 前記制御ステップでは、前記超薄膜強磁性層で発生する垂直磁気異方性エネルギーが、磁化が面に垂直に向いた時の形状磁気異方性エネルギーの50〜99%となるように、前記電圧を印加する
ことを特徴とする請求項1に記載の磁化制御方法。 - 前記制御ステップでは、前記電圧として、ステップ状に変化する電圧を印加する
ことを特徴とする請求項1または2に記載の磁化制御方法。 - 磁性層の磁化方向を制御する磁化制御方法であって、
1原子層以上で、かつ、2nm以下の膜厚の超薄膜強磁性層と前記超薄膜強磁性層に直接接して積層されたポテンシャル障壁となる絶縁層とからなる構造体を形成する形成ステップと、
前記構造体を挟む対向電極に電圧を印加する、又は、前記構造体に対して電界を印加することによって前記超薄膜強磁性層の磁気異方性を変調し、当該変調によって前記超薄膜強磁性層の磁化方向を制御する制御ステップとを含み、
前記制御ステップでは、前記電圧として、立ち上がり時間が前記超薄膜強磁性層の磁気緩和時間以下であり、かつ、立下り時間が前記超薄膜強磁性層の磁気緩和時間以上であるパルス電圧を印加する
ことを特徴とする磁化制御方法。 - 磁性層の磁化方向を制御する磁化制御方法であって、
1原子層以上で、かつ、2nm以下の膜厚の超薄膜強磁性層と前記超薄膜強磁性層に直接接して積層されたポテンシャル障壁となる絶縁層とからなる構造体を形成する形成ステップと、
前記構造体を挟む対向電極に電圧を印加する、又は、前記構造体に対して電界を印加することによって前記超薄膜強磁性層の磁気異方性を変調し、当該変調によって前記超薄膜強磁性層の磁化方向を制御する制御ステップとを含み、
前記制御ステップでは、極性が異なる電圧を掃印して印加することで、前記超薄膜強磁性層の磁化方向を制御する
ことを特徴とする磁化制御方法。 - 前記形成ステップでは、Co組成が30%未満の鉄コバルト合金からなる前記超薄膜強磁性層を形成する
ことを特徴とする請求項1記載の磁化制御方法。 - 前記形成ステップでは、磁性遷移金属としてのFe、Co及びNiのいずれかとPt、Pd、Ru及びReのいずれかとの合金、規則合金又は多層積層構造からなる前記超薄膜強磁性層を形成する
ことを特徴とする請求項1記載の磁化制御方法。 - 前記形成ステップでは、室温において高い比誘電率を有する常誘電体からなる前記絶縁層を形成する
ことを特徴とする請求項1記載の磁化制御方法。 - 磁性層の磁化方向を制御する磁化制御方法であって、
1原子層以上で、かつ、2nm以下の膜厚の超薄膜強磁性層と前記超薄膜強磁性層に直接接して積層されたポテンシャル障壁となる絶縁層とからなる構造体を形成する形成ステップと、
前記構造体を挟む対向電極に電圧を印加する、又は、前記構造体に対して電界を印加することによって前記超薄膜強磁性層の磁気異方性を変調し、当該変調によって前記超薄膜強磁性層の磁化方向を制御する制御ステップとを含み、
前記制御ステップでは、外部から磁場を印加した状態で前記構造体を挟む対向電極に電圧を印加する、又は前記構造体に対して電界を印加することによって前記超薄膜強磁性層の保磁力を変化させ、当該変化によって前記超薄膜強磁性層の磁化方向を制御する
ことを特徴とする磁化制御方法。 - 3つの端子を有し、メモリ及びスイッチの少なくとも1つとして機能する磁気機能素子であって、半導体層上面に形成された、1原子層以上で、かつ、2nm以下の膜厚の超薄膜強磁性層からなる第1の磁性層と、前記第1の磁性層の上に形成された第1の電極と、前記半導体層上面に形成された第2の磁性層と、前記第2の磁性層の上に形成された第2の電極と、前記半導体層上面に形成されたゲート絶縁膜と、前記ゲート絶縁膜の上に形成された第3の電極とを備える磁気機能素子の磁化制御方法であって、
前記第1の電極及び第2の電極の間に電圧を印加する、又は前記第1の磁性層に電界を印加することによって前記第1の磁性層の磁気異方性を変化させ、当該変調によって前記第1の磁性層の磁化方向を制御する制御ステップを含む
ことを特徴とする磁化制御方法。 - 情報を記憶する方法であって、
請求項1〜10のいずれか1項に記載された磁化制御方法によって磁化方向を制御することによって情報を記憶する
ことを特徴とする情報記憶方法。 - 情報を記憶する素子であって、
1原子層以上で、かつ、2nm以下の膜厚の超薄膜強磁性層と、
前記超薄膜強磁性層に直接接して積層された、単位面積当たりの抵抗値が10Ωμm 2 以上である、ポテンシャル障壁となる絶縁層と、
前記超薄膜強磁性層及び前記絶縁層を挟む1対の対向電極とを備え、
前記超薄膜強磁性層は、前記超薄膜強磁性層と絶縁層とからなる構造体を挟む対向電極に電圧が印加される、又は、前記構造体に対して電界が印加されることにより、磁気異方性が変調し、当該変調により磁化方向が制御され、
前記超薄膜強磁性層の前記膜厚は、前記超薄膜強磁性層と前記絶縁層との界面における電界によって前記超薄膜強磁性層において面内磁気異方性と垂直磁気異方性との間での遷移が起こるような膜厚である
ことを特徴とする情報記憶素子。 - さらに、前記対向電極に挟まれ、かつ、前記超薄膜強磁性層から見て前記絶縁層の反対側に積層された強磁性金属を含む層である参照層を備える
ことを特徴とする請求項12記載の情報記憶素子。 - さらに、基板を備え、
前記対向電極の一方は、前記基板の上に積層され、前記超薄膜強磁性層又は前記参照層を成長させるための下地となる下地層である
ことを特徴とする請求項13記載の情報記憶素子。 - 3つの端子を有し、メモリ及びスイッチの少なくとも1つとして機能する磁気機能素子であって、
第1の端子と接続される第1の電極層と、
前記第1の電極層の上に積層され、1原子層以上で、かつ、2nm以下の膜厚の超薄膜強磁性層である第1の磁性層と、
前記第1の磁性層の上面の一部の領域に直接接して積層された、単位面積当たりの抵抗値が10Ωμm 2 以上である、ポテンシャル障壁となる絶縁層と、
前記絶縁層の上に形成され、第2の端子と接続される第2の電極層と、
前記第1の磁性層の上面の他の一部の領域に積層された非磁性層と、
前記非磁性層の上に積層された第2の磁性層と、
前記第2の磁性層の上に積層され、第3の端子と接続される第3の電極層とを備え、
前記超薄膜強磁性層は、前記超薄膜強磁性層と絶縁層とからなる構造体を挟む前記第1の電極層及び前記第2の電極層に電圧が印加される、又は、前記構造体に対して電界が印加されることにより、磁気異方性が変調し、当該変調により磁化方向が制御され、
前記超薄膜強磁性層の前記膜厚は、前記超薄膜強磁性層と前記絶縁層との界面における電界によって前記超薄膜強磁性層において面内磁気異方性と垂直磁気異方性との間での遷移が起こる膜厚である
ことを特徴とする磁気機能素子。 - 3つの端子を有し、メモリ及びスイッチの少なくとも1つとして機能する磁気機能素子であって、
1原子層以上で、かつ、2nm以下の膜厚の超薄膜強磁性層である第1の磁性層と、
前記第1の磁性層の下面に直接接して積層されたポテンシャル障壁となる絶縁層と、
前記絶縁層の下に形成され、第1の端子と接続される第1の電極層と、
前記第1の磁性層の上に積層された非磁性層と、
前記非磁性層の上に積層された第2の磁性層と、
前記第2の磁性層の上面の一部の領域に積層され、第2の端子と接続される第2の電極層と、
前記第2の磁性層の上面の他の一部の領域に積層され、第3の端子と接続される第3の電極層とを備える
ことを特徴とする磁気機能素子。 - 3つの端子を有し、メモリ及びスイッチの少なくとも1つとして機能する磁気機能素子であって、
第1の磁性層と、
前記第1の磁性層の上に積層された非磁性層と、
前記非磁性層の上に積層され、1原子層以上で、かつ、2nm以下の膜厚の超薄膜強磁性層である第2の磁性層と、
前記第2の磁性層の上面の一部の領域に直接接して積層された、単位面積当たりの抵抗値が10Ωμm 2 以上である、ポテンシャル障壁となる絶縁層と、
前記絶縁層の上に形成され、第1の端子と接続される第1の電極層と、
前記第2の磁性層の上面の他の一部の領域に積層され、第2及び第3の端子のそれぞれと接続される第2及び第3の電極層とを備え、
前記第2の磁性層は、前記第2の磁性層と絶縁層とからなる構造体を挟む前記第1の電極層と前記第2又は第3の電極層との間に電圧が印加される、又は、前記構造体に対して電界が印加されることにより、磁気異方性が変調し、当該変調により磁化方向が制御され、
前記第2の磁性層の前記膜厚は、前記第2の磁性層と前記絶縁層との界面における電界によって前記第2の磁性層において面内磁気異方性と垂直磁気異方性との間での遷移が起こる膜厚である
ことを特徴とする磁気機能素子。
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