JP6103123B1 - 磁気抵抗効果素子、磁気センサ及び磁気メモリ - Google Patents
磁気抵抗効果素子、磁気センサ及び磁気メモリ Download PDFInfo
- Publication number
- JP6103123B1 JP6103123B1 JP2016171995A JP2016171995A JP6103123B1 JP 6103123 B1 JP6103123 B1 JP 6103123B1 JP 2016171995 A JP2016171995 A JP 2016171995A JP 2016171995 A JP2016171995 A JP 2016171995A JP 6103123 B1 JP6103123 B1 JP 6103123B1
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- ferromagnetic metal
- crystal
- metal layer
- tunnel barrier
- barrier layer
- 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.)
- Active
Links
- 230000005291 magnetic effect Effects 0.000 title claims description 30
- 230000015654 memory Effects 0.000 title claims description 7
- 239000013078 crystal Substances 0.000 claims abstract description 254
- 230000005294 ferromagnetic effect Effects 0.000 claims abstract description 241
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 claims abstract description 233
- 239000002184 metal Substances 0.000 claims abstract description 233
- 230000004888 barrier function Effects 0.000 claims abstract description 185
- 230000000694 effects Effects 0.000 claims abstract description 93
- 229910019001 CoSi Inorganic materials 0.000 claims description 28
- 239000000463 material Substances 0.000 claims description 23
- 229910017857 MgGa Inorganic materials 0.000 claims description 14
- 229910020068 MgAl Inorganic materials 0.000 claims description 13
- 229910018072 Al 2 O 3 Inorganic materials 0.000 claims description 9
- 239000000696 magnetic material Substances 0.000 abstract description 8
- 239000010410 layer Substances 0.000 description 407
- 239000010408 film Substances 0.000 description 36
- 239000000758 substrate Substances 0.000 description 24
- 229910052596 spinel Inorganic materials 0.000 description 21
- 239000011029 spinel Substances 0.000 description 21
- 239000013598 vector Substances 0.000 description 18
- 230000005415 magnetization Effects 0.000 description 15
- 238000000034 method Methods 0.000 description 15
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 10
- 125000004429 atom Chemical group 0.000 description 9
- 150000001768 cations Chemical class 0.000 description 9
- -1 ZnAl 2 O 4 Inorganic materials 0.000 description 8
- 239000001301 oxygen Substances 0.000 description 8
- 229910052760 oxygen Inorganic materials 0.000 description 8
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 7
- 238000000137 annealing Methods 0.000 description 6
- 229910052742 iron Inorganic materials 0.000 description 6
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 6
- FAPWRFPIFSIZLT-UHFFFAOYSA-M Sodium chloride Chemical group [Na+].[Cl-] FAPWRFPIFSIZLT-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 5
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 description 5
- 230000008859 change Effects 0.000 description 5
- 230000001427 coherent effect Effects 0.000 description 5
- 230000000052 comparative effect Effects 0.000 description 5
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 5
- 239000007769 metal material Substances 0.000 description 5
- 229920002120 photoresistant polymer Polymers 0.000 description 5
- VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N Silicium dioxide Chemical compound O=[Si]=O VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 229910052804 chromium Inorganic materials 0.000 description 4
- 238000002425 crystallisation Methods 0.000 description 4
- 230000008025 crystallization Effects 0.000 description 4
- 238000010894 electron beam technology Methods 0.000 description 4
- 238000011156 evaluation Methods 0.000 description 4
- 238000001755 magnetron sputter deposition Methods 0.000 description 4
- 229910052814 silicon oxide Inorganic materials 0.000 description 4
- 239000010409 thin film Substances 0.000 description 4
- 229910052719 titanium Inorganic materials 0.000 description 4
- 229910052684 Cerium Inorganic materials 0.000 description 3
- 229910005347 FeSi Inorganic materials 0.000 description 3
- 238000002441 X-ray diffraction Methods 0.000 description 3
- QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N atomic oxygen Chemical compound [O] QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 239000003302 ferromagnetic material Substances 0.000 description 3
- 229910001291 heusler alloy Inorganic materials 0.000 description 3
- 229910052749 magnesium Inorganic materials 0.000 description 3
- 229910052748 manganese Inorganic materials 0.000 description 3
- 150000002739 metals Chemical class 0.000 description 3
- 238000000992 sputter etching Methods 0.000 description 3
- 229910052721 tungsten Inorganic materials 0.000 description 3
- 229910052720 vanadium Inorganic materials 0.000 description 3
- IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N Atomic nitrogen Chemical compound N#N IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229910020598 Co Fe Inorganic materials 0.000 description 2
- 229910002519 Co-Fe Inorganic materials 0.000 description 2
- 229910003321 CoFe Inorganic materials 0.000 description 2
- 230000005355 Hall effect Effects 0.000 description 2
- 229910045601 alloy Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000000956 alloy Substances 0.000 description 2
- 239000004020 conductor Substances 0.000 description 2
- 238000001704 evaporation Methods 0.000 description 2
- 239000007789 gas Substances 0.000 description 2
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 description 2
- 150000002500 ions Chemical class 0.000 description 2
- 229910052741 iridium Inorganic materials 0.000 description 2
- 238000003475 lamination Methods 0.000 description 2
- 238000000608 laser ablation Methods 0.000 description 2
- 229910052745 lead Inorganic materials 0.000 description 2
- 229910052750 molybdenum Inorganic materials 0.000 description 2
- 229910052759 nickel Inorganic materials 0.000 description 2
- 229910052758 niobium Inorganic materials 0.000 description 2
- 229910052757 nitrogen Inorganic materials 0.000 description 2
- 230000003647 oxidation Effects 0.000 description 2
- 238000007254 oxidation reaction Methods 0.000 description 2
- 229910052697 platinum Inorganic materials 0.000 description 2
- 238000005546 reactive sputtering Methods 0.000 description 2
- 229910052709 silver Inorganic materials 0.000 description 2
- 238000004088 simulation Methods 0.000 description 2
- 239000002356 single layer Substances 0.000 description 2
- 238000004544 sputter deposition Methods 0.000 description 2
- 229910052723 transition metal Inorganic materials 0.000 description 2
- 230000005641 tunneling Effects 0.000 description 2
- 108090000534 APL-R agglutinin Proteins 0.000 description 1
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052692 Dysprosium Inorganic materials 0.000 description 1
- 206010021143 Hypoxia Diseases 0.000 description 1
- 229910017028 MnSi Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910019041 PtMn Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000002885 antiferromagnetic material Substances 0.000 description 1
- 230000002238 attenuated effect Effects 0.000 description 1
- 229910052788 barium Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000008901 benefit Effects 0.000 description 1
- 229910052796 boron Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910052793 cadmium Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910052791 calcium Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910052802 copper Inorganic materials 0.000 description 1
- RKTYLMNFRDHKIL-UHFFFAOYSA-N copper;5,10,15,20-tetraphenylporphyrin-22,24-diide Chemical group [Cu+2].C1=CC(C(=C2C=CC([N-]2)=C(C=2C=CC=CC=2)C=2C=CC(N=2)=C(C=2C=CC=CC=2)C2=CC=C3[N-]2)C=2C=CC=CC=2)=NC1=C3C1=CC=CC=C1 RKTYLMNFRDHKIL-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000008878 coupling Effects 0.000 description 1
- 238000010168 coupling process Methods 0.000 description 1
- 238000005859 coupling reaction Methods 0.000 description 1
- 230000002950 deficient Effects 0.000 description 1
- 238000009792 diffusion process Methods 0.000 description 1
- 230000005307 ferromagnetism Effects 0.000 description 1
- 230000006870 function Effects 0.000 description 1
- 229910052733 gallium Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910052737 gold Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910052735 hafnium Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000002347 injection Methods 0.000 description 1
- 239000007924 injection Substances 0.000 description 1
- 239000011810 insulating material Substances 0.000 description 1
- 239000012212 insulator Substances 0.000 description 1
- 230000010354 integration Effects 0.000 description 1
- 230000003993 interaction Effects 0.000 description 1
- 229910000765 intermetallic Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000001788 irregular Effects 0.000 description 1
- 229910052746 lanthanum Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 1
- 238000000691 measurement method Methods 0.000 description 1
- 230000007246 mechanism Effects 0.000 description 1
- 238000002156 mixing Methods 0.000 description 1
- 150000004767 nitrides Chemical class 0.000 description 1
- 229910000510 noble metal Inorganic materials 0.000 description 1
- 125000004430 oxygen atom Chemical group O* 0.000 description 1
- 229910052763 palladium Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000000737 periodic effect Effects 0.000 description 1
- 230000010287 polarization Effects 0.000 description 1
- 229910052700 potassium Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000008569 process Effects 0.000 description 1
- 229910052703 rhodium Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910052707 ruthenium Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910052708 sodium Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910052712 strontium Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000012916 structural analysis Methods 0.000 description 1
- 239000000126 substance Substances 0.000 description 1
- 238000010408 sweeping Methods 0.000 description 1
- 229910052715 tantalum Inorganic materials 0.000 description 1
- 150000003624 transition metals Chemical group 0.000 description 1
- 230000005428 wave function Effects 0.000 description 1
- 229910052727 yttrium Inorganic materials 0.000 description 1
- VWQVUPCCIRVNHF-UHFFFAOYSA-N yttrium atom Chemical compound [Y] VWQVUPCCIRVNHF-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052725 zinc Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910052726 zirconium Inorganic materials 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01F—MAGNETS; INDUCTANCES; TRANSFORMERS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR MAGNETIC PROPERTIES
- H01F10/00—Thin magnetic films, e.g. of one-domain structure
- H01F10/32—Spin-exchange-coupled multilayers, e.g. nanostructured superlattices
- H01F10/324—Exchange coupling of magnetic film pairs via a very thin non-magnetic spacer, e.g. by exchange with conduction electrons of the spacer
- H01F10/3254—Exchange coupling of magnetic film pairs via a very thin non-magnetic spacer, e.g. by exchange with conduction electrons of the spacer the spacer being semiconducting or insulating, e.g. for spin tunnel junction [STJ]
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
- G01R33/00—Arrangements or instruments for measuring magnetic variables
- G01R33/02—Measuring direction or magnitude of magnetic fields or magnetic flux
- G01R33/06—Measuring direction or magnitude of magnetic fields or magnetic flux using galvano-magnetic devices
- G01R33/09—Magnetoresistive devices
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01F—MAGNETS; INDUCTANCES; TRANSFORMERS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR MAGNETIC PROPERTIES
- H01F10/00—Thin magnetic films, e.g. of one-domain structure
- H01F10/26—Thin magnetic films, e.g. of one-domain structure characterised by the substrate or intermediate layers
- H01F10/30—Thin magnetic films, e.g. of one-domain structure characterised by the substrate or intermediate layers characterised by the composition of the intermediate layers, e.g. seed, buffer, template, diffusion preventing, cap layers
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01F—MAGNETS; INDUCTANCES; TRANSFORMERS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR MAGNETIC PROPERTIES
- H01F10/00—Thin magnetic films, e.g. of one-domain structure
- H01F10/32—Spin-exchange-coupled multilayers, e.g. nanostructured superlattices
- H01F10/324—Exchange coupling of magnetic film pairs via a very thin non-magnetic spacer, e.g. by exchange with conduction electrons of the spacer
- H01F10/3286—Spin-exchange coupled multilayers having at least one layer with perpendicular magnetic anisotropy
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L27/00—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate
- H01L27/02—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components specially adapted for rectifying, oscillating, amplifying or switching and having at least one potential-jump barrier or surface barrier; including integrated passive circuit elements with at least one potential-jump barrier or surface barrier
- H01L27/04—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components specially adapted for rectifying, oscillating, amplifying or switching and having at least one potential-jump barrier or surface barrier; including integrated passive circuit elements with at least one potential-jump barrier or surface barrier the substrate being a semiconductor body
- H01L27/10—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components specially adapted for rectifying, oscillating, amplifying or switching and having at least one potential-jump barrier or surface barrier; including integrated passive circuit elements with at least one potential-jump barrier or surface barrier the substrate being a semiconductor body including a plurality of individual components in a repetitive configuration
- H01L27/105—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components specially adapted for rectifying, oscillating, amplifying or switching and having at least one potential-jump barrier or surface barrier; including integrated passive circuit elements with at least one potential-jump barrier or surface barrier the substrate being a semiconductor body including a plurality of individual components in a repetitive configuration including field-effect components
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L29/00—Semiconductor devices adapted for rectifying, amplifying, oscillating or switching, or capacitors or resistors with at least one potential-jump barrier or surface barrier, e.g. PN junction depletion layer or carrier concentration layer; Details of semiconductor bodies or of electrodes thereof ; Multistep manufacturing processes therefor
- H01L29/66—Types of semiconductor device ; Multistep manufacturing processes therefor
- H01L29/82—Types of semiconductor device ; Multistep manufacturing processes therefor controllable by variation of the magnetic field applied to the device
-
- H—ELECTRICITY
- H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10B—ELECTRONIC MEMORY DEVICES
- H10B61/00—Magnetic memory devices, e.g. magnetoresistive RAM [MRAM] devices
-
- H—ELECTRICITY
- H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10B—ELECTRONIC MEMORY DEVICES
- H10B99/00—Subject matter not provided for in other groups of this subclass
-
- H—ELECTRICITY
- H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10N—ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10N50/00—Galvanomagnetic devices
- H10N50/10—Magnetoresistive devices
-
- H—ELECTRICITY
- H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10N—ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10N50/00—Galvanomagnetic devices
- H10N50/80—Constructional details
- H10N50/85—Magnetic active materials
-
- H—ELECTRICITY
- H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10N—ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10N59/00—Integrated devices, or assemblies of multiple devices, comprising at least one galvanomagnetic or Hall-effect element covered by groups H10N50/00 - H10N52/00
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
- G01R33/00—Arrangements or instruments for measuring magnetic variables
- G01R33/02—Measuring direction or magnitude of magnetic fields or magnetic flux
- G01R33/06—Measuring direction or magnitude of magnetic fields or magnetic flux using galvano-magnetic devices
- G01R33/09—Magnetoresistive devices
- G01R33/098—Magnetoresistive devices comprising tunnel junctions, e.g. tunnel magnetoresistance sensors
Abstract
Description
このような背景のもと、自由層にFe2CoSiを用いる検討を行ったところ、十分なMR比が得られない場合があった。
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。
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、基板11上に設けられている。図1に示す磁気抵抗効果素子10は、基板11側から下地層4、第1強磁性金属層1、トンネルバリア層3、第2強磁性金属層2、キャップ層5の順に積層されている。下地層4及びキャップ層5は必須の層ではなく、除いてもよい。
第1強磁性金属層1は、第2強磁性金属層2より保磁力が大きい。すなわち、第1強磁性金属層1の磁化が一方向に固定され、第2強磁性金属層2の磁化の向きが相対的に変化することで、磁気抵抗効果素子10として機能する。第1強磁性金属層1は固定層または参照層と呼ばれ、第2強磁性金属層2は自由層または記録層と呼ばれる。
トンネルバリア層3は非磁性絶縁材料からなる。トンネルバリア層3の膜厚は、一般的に3nm以下の厚さである。金属材料によってトンネルバリア層3を挟み込むと金属材料の原子が持つ電子の波動関数がトンネルバリア層3を超えて広がるため、回路上に絶縁体が存在するにも関わらず電流が流れる。磁気抵抗効果素子10は、トンネルバリア層3を強磁性金属材料(第1強磁性金属層1及び第2強磁性金属層2)で挟み込む構造であり、挟み込んだ強磁性金属のそれぞれの磁化の向きの相対角によって抵抗値が決定される。
基板11の第1強磁性金属層1側の面には、下地層4が形成されていてもよい。下地層4を設けると、基板11上に積層される第1強磁性金属層1を含む各層の結晶配向性、結晶粒径等の結晶性を制御することができる。
例えば1つの例として、下地層4には(001)配向したNaCl構造を有し、Ti,Zr,Nb,V,Hf,Ta,Mo,W,B,Al,Ceの群から選択される少なくとも1つの元素を含む窒化物の層を用いることができる。
また第2強磁性金属層2のトンネルバリア層3と反対側の面には、キャップ層5が形成されていることが好ましい。キャップ層5は、第2強磁性金属層2から元素の拡散を抑制することができる。またキャップ層5は、磁気抵抗効果素子10の各層の結晶配向性にも寄与する。その結果、キャップ層5を設けることで、磁気抵抗効果素子10の第1強磁性金属層1及び第2強磁性金属層2の磁性の安定化し、磁気抵抗効果素子10を低抵抗化することができる。
ここで、スピン軌道トルク配線は、磁気抵抗効果素子10の積層方向に対して交差する方向に延在し、該スピン軌道トルク配線に磁気抵抗効果素子10の積層方向に対して直交する方向に電流を流す電源に電気的に接続され、その電源と共に、磁気抵抗効果素子10に純スピン流を注入するスピン注入手段として機能する。
磁気抵抗効果素子10は基板11上に形成される。基板11は、平坦性に優れた材料を用いることが好ましい。基板11は目的とする製品によって異なる。例えば、MRAMの場合、磁気抵抗効果素子の下にはSi基板で形成された回路を用いることができる。あるいは、磁気ヘッドの場合、加工しやすいAlTiC基板を用いることができる。
トンネルバリア層3と軟磁性材料を含む第1強磁性金属層1又は第2強磁性金属層2との結晶界面の少なくとも一部において、トンネルバリア層3を構成する結晶の結晶面と、第1強磁性金属層1又は第2強磁性金属層2を構成する結晶の結晶面とが、0°又は45°傾いて整合している。
またトンネルバリア層がZnGa2O4、CdAl2O4またはこれらの混晶材料のいずれかにより構成され、第2強磁性金属層2とトンネルバリア層3がConCの関係を満たす場合は、格子整合度が5%以内となり、特に好ましい。
磁気抵抗効果素子10を構成する第1強磁性金属層1、トンネルバリア層3及び第2強磁性金属層2からなる積層体は柱状の形状である。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。
図8は、本発明の一態様に係る磁気抵抗効果素子を備える磁気抵抗効果デバイスの側面模式図である。また図9は、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。磁気抵抗効果デバイス20は、図1に示すキャップ層5の第2強磁性金属層2と反対側の面には、電極層12が形成されている。下地層4は導電性を有し、電極層12と交差して配設されている。下地層4と電極層12の間には、電源13と電圧計14が設けられている。下地層4と電源13及び電圧計14はコンタクト電極15により接続されている。電源13により下地層4と電極層12に電圧を印加することにより、第1強磁性金属層1、トンネルバリア層3及び第2強磁性金属層2からなる積層体の積層方向に電流が流れる。この際の印加電圧は電圧計14でモニターされる。
磁気抵抗効果素子の評価方法について、図8と図9を例に説明する。上述のように、図9に示すように電源13と電圧計14を配置し、一定の電流、あるいは、一定の電圧を磁気抵抗効果素子に印可する。電圧、あるいは電流を外部から磁場を掃引しながら測定することによって、磁気抵抗効果素子の抵抗変化が観測される。
MR比(%)=(RAP−RP)/RP×100
RPは第1強磁性金属層1と第2強磁性金属層2の磁化の向きが平行の場合の抵抗であり、RAPは第1強磁性金属層1と第2強磁性金属層2の磁化の向きが反平行の場合の抵抗である。
磁気抵抗効果素子10を構成する下地層4、第1強磁性金属層1、トンネルバリア層3、第2強磁性金属層2およびキャップ層5は、例えば、マグネトロンスパッタ装置を用いて形成される。
第2強磁性金属層として機能するFe2CoSiと、トンネルバリア層として機能するMgO、MgAl2O4、γ−Al2O3、ZnAl2O4、MgGa2O4、ZnGa2O4、CdAl2O4及びCdGa2O4の格子定数を求め、CoCで整合した場合と、R45で整合した場合の格子整合度を求めた。求めた結果を表1に示す。
熱酸化珪素膜が設けられた基板上に、マグネトロンスパッタ法を用いた成膜により、磁気抵抗効果素子の各層を作製した。
まず、下地層として、Ta(5nm)/Ru(3nm)を成膜した。その後、下地層上に第1強磁性金属層として、IrMn(12nm)/CoFe(10nm)/Ru(0.8nm)/CoFe(7nm)を順に積層した。
トンネルバリア層と第2強磁性金属層の整合状態をConCとしたこと以外は実施例1と同様にした。成膜時の基板の温度を250度として成膜することによりトンネルバリア層と第2強磁性金属層の間の整合状態をエピタキシャル成長しない状態とした。エピタキシャル成長しない状態とはトンネルバリア層と第2強磁性金属層の界面がそろっていない状態であり、R45、ConC、及びR45とConCの混在状態のいずれの状態でもない。第2強磁性金属層はトンネルバリア層に対して決まった方位を持っていない多結晶の状態である。これはトンネルバリア層上に第2強磁性金属層が成膜される際に、第2強磁性金属層が十分な熱エネルギーが与えられなかったためトンネルバリア層上で結晶方位の再構成が出来なかったためと理解することができる。
第2強磁性金属層をFeとしたこと以外は実施例1と同様にした。Feの格子定数は、4.053であり、整合状態がR45で格子整合度は3.9であった。
トンネルバリア層をMgAl2O4としたこと以外は、実施例1と同様に磁気抵抗効果素子を作製した。成膜時の基板の温度を380度として成膜することによりトンネルバリア層と第2強磁性金属層の間の整合状態をR45とした。
トンネルバリア層と第2強磁性金属層の整合状態をConCとしたこと以外は実施例2と同様にした。成膜時の基板の温度を280度として成膜することによりトンネルバリア層と第2強磁性金属層の間の整合状態をConCとした。
トンネルバリア層をZnGa2O4としたこと以外は、実施例1と同様に磁気抵抗効果素子を作製した。成膜時の基板の温度を280度として成膜した後、360度に昇温し、30分保持した後、高温したことによりトンネルバリア層と第2強磁性金属層の間の整合状態をR45とした。
トンネルバリア層と第2強磁性金属層の整合状態をConCとしたこと以外は実施例3と同様にした。成膜時の基板の温度を360度として成膜することによりトンネルバリア層と第2強磁性金属層の間の整合状態をConCとした。
トンネルバリア層と第2強磁性金属層の整合状態をConCとR45の混在状態としたこと以外は実施例3と同様にした。成膜時の基板の温度を280度として成膜すること によりトンネルバリア層と第2強磁性金属層の間の整合状態をConCとR45の混在状態とした。整合状態がConCとR45の場合、混在状態の割合によって格子整合度は変化する。そのため、具体的な格子整合度は算出しなかった。
トンネルバリア層をMgGa2O4とZnGa2O4の混晶であるMg0.5Zn0.5Ga2O4としたこと以外は、実施例1と同様に磁気抵抗効果素子を作製した。成膜時の基板の温度を280度として成膜した後、365度に昇温し、30分保持した後、高温したことによりトンネルバリア層と第2強磁性金属層の間の整合状態をR45とした。
トンネルバリア層と第2強磁性金属層の整合状態をConCとしたこと以外は実施例6と同様にした。成膜時の基板の温度を365度として成膜することによりトンネルバリア層と第2強磁性金属層の間の整合状態をConCとした。
トンネルバリア層と第2強磁性金属層の整合状態をConCとR45の混在状態としたこと以外は実施例6と同様にした。成膜時の基板の温度を280度として成膜することによりトンネルバリア層と第2強磁性金属層の間の整合状態をConCとR45の混在状態とした。
Claims (20)
- 第1強磁性金属層と、第2強磁性金属層と、前記第1強磁性金属層と前記第2強磁性金属層との間に設けられたトンネルバリア層とを有し、
前記トンネルバリア層は立方晶の結晶構造を有し、
前記第1強磁性金属層又は前記第2強磁性金属層は、Fe2CoSiで表される立方晶の結晶構造を有する材料により構成され、
前記トンネルバリア層と前記第1強磁性金属層又は前記第2強磁性金属層のうちFe 2 CoSiにより構成される強磁性層との結晶界面の少なくとも一部において、前記トンネルバリア層を構成する結晶の結晶面と、前記Fe 2 CoSiにより構成される強磁性層を構成する結晶の結晶面とが、0°又は45°傾いて整合し、
前記トンネルバリア層と前記Fe 2 CoSiにより構成される強磁性層との格子整合度が10%以下である、磁気抵抗効果素子。 - 前記トンネルバリア層がMgO、MgAl2O4、γ−Al2O3、ZnAl2O4またはこれらの混晶材料のいずれかにより構成され、
前記結晶界面において、前記トンネルバリア層を構成する結晶の結晶面と、前記第1強磁性金属層又は前記第2強磁性金属層を構成する結晶の結晶面とが、45°傾いて整合している請求項1に記載の磁気抵抗効果素子。 - 前記トンネルバリア層がMgOにより構成されている、請求項2に記載の磁気抵抗効果素子。
- 前記トンネルバリア層がMgAl2O4により構成されている、請求項2に記載の磁気抵抗効果素子。
- 前記トンネルバリア層がγ−Al2O3により構成されている、請求項2に記載の磁気抵抗効果素子。
- 前記トンネルバリア層がZnAl2O4により構成されている、請求項2に記載の磁気抵抗効果素子。
- 前記トンネルバリア層がMgGa2O4、ZnGa2O4、CdAl2O4またはこれらの混晶材料のいずれかにより構成されている、請求項1に記載の磁気抵抗効果素子。
- 前記トンネルバリア層がMgGa2O4により構成され、
前記結晶界面において、前記トンネルバリア層を構成する結晶の結晶面と、前記第1強磁性金属層又は前記第2強磁性金属層を構成する結晶の結晶面とが、45°傾いて整合している請求項7に記載の磁気抵抗効果素子。 - 前記トンネルバリア層がMgGa2O4により構成され、
前記結晶界面において、前記トンネルバリア層を構成する結晶の結晶面と、前記第1強磁性金属層又は前記第2強磁性金属層を構成する結晶の結晶面とが、0°傾いて整合している請求項7に記載の磁気抵抗効果素子。 - 前記トンネルバリア層がMgGa2O4により構成され、
前記結晶界面において、前記トンネルバリア層を構成する結晶の結晶面と、前記第1強磁性金属層又は前記第2強磁性金属層を構成する結晶の結晶面とが、0°傾いて整合している部分と45°傾いて整合している部分とが混在している請求項7に記載の磁気抵抗効果素子。 - 前記トンネルバリア層がZnGa2O4により構成され、
前記結晶界面において、前記トンネルバリア層を構成する結晶の結晶面と、前記第1強磁性金属層又は前記第2強磁性金属層を構成する結晶の結晶面とが、45°傾いて整合している請求項7に記載の磁気抵抗効果素子。 - 前記トンネルバリア層がZnGa2O4により構成され、
前記結晶界面において、前記トンネルバリア層を構成する結晶の結晶面と、前記第1強磁性金属層又は前記第2強磁性金属層を構成する結晶の結晶面とが、0°傾いて整合している請求項7に記載の磁気抵抗効果素子。 - 前記トンネルバリア層がZnGa2O4により構成され、
前記結晶界面において、前記トンネルバリア層を構成する結晶の結晶面と、前記第1強磁性金属層又は前記第2強磁性金属層を構成する結晶の結晶面とが、0°傾いて整合している部分と45°傾いて整合している部分とが混在している請求項7に記載の磁気抵抗効果素子。 - 前記トンネルバリア層がCdAl2O4により構成され、
前記結晶界面において、前記トンネルバリア層を構成する結晶の結晶面と、前記第1強磁性金属層又は前記第2強磁性金属層を構成する結晶の結晶面とが、45°傾いて整合している請求項7に記載の磁気抵抗効果素子。 - 前記トンネルバリア層がCdAl2O4により構成され、
前記結晶界面において、前記トンネルバリア層を構成する結晶の結晶面と、前記第1強磁性金属層又は前記第2強磁性金属層を構成する結晶の結晶面とが、0°傾いて整合している請求項7に記載の磁気抵抗効果素子。 - 前記トンネルバリア層がCdAl2O4により構成され、
前記結晶界面において、前記トンネルバリア層を構成する結晶の結晶面と、前記第1強磁性金属層又は前記第2強磁性金属層を構成する結晶の結晶面とが、0°傾いて整合している部分と45°傾いて整合している部分とが混在している請求項7に記載の磁気抵抗効果素子。 - 前記トンネルバリア層がCdGa2O4により構成され、
前記結晶界面において、前記トンネルバリア層を構成する結晶の結晶面と、前記第1強磁性金属層又は前記第2強磁性金属層を構成する結晶の結晶面とが、0°傾いて整合している請求項1に記載の磁気抵抗効果素子。 - 前記第1強磁性金属層と前記第2強磁性金属層の少なくとも一方が、前記結晶界面に対して垂直な磁気異方性を有している請求項1〜17のいずれか一項に記載の磁気抵抗効果素子。
- 請求項1〜18のいずれか一項に記載の磁気抵抗効果素子を用いた磁気センサ。
- 請求項1〜18のいずれか一項に記載の磁気抵抗効果素子を用いた磁気メモリ。
Priority Applications (4)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2016171995A JP6103123B1 (ja) | 2016-09-02 | 2016-09-02 | 磁気抵抗効果素子、磁気センサ及び磁気メモリ |
US16/099,756 US11073575B2 (en) | 2016-09-02 | 2017-09-01 | Magnetoresistance effect element, magnetic sensor and magnetic memory |
PCT/JP2017/031567 WO2018043702A1 (ja) | 2016-09-02 | 2017-09-01 | 磁気抵抗効果素子、磁気センサ及び磁気メモリ |
US16/662,697 US10908234B2 (en) | 2016-09-02 | 2019-10-24 | Magnetoresistance effect element, magnetic sensor and magnetic memory |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2016171995A JP6103123B1 (ja) | 2016-09-02 | 2016-09-02 | 磁気抵抗効果素子、磁気センサ及び磁気メモリ |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP6103123B1 true JP6103123B1 (ja) | 2017-03-29 |
JP2018037613A JP2018037613A (ja) | 2018-03-08 |
Family
ID=59366044
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2016171995A Active JP6103123B1 (ja) | 2016-09-02 | 2016-09-02 | 磁気抵抗効果素子、磁気センサ及び磁気メモリ |
Country Status (3)
Country | Link |
---|---|
US (1) | US11073575B2 (ja) |
JP (1) | JP6103123B1 (ja) |
WO (1) | WO2018043702A1 (ja) |
Cited By (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2018056272A (ja) * | 2016-09-28 | 2018-04-05 | 株式会社東芝 | 磁気抵抗素子及び磁気記憶装置 |
WO2018230466A1 (ja) * | 2017-06-14 | 2018-12-20 | 国立研究開発法人物質・材料研究機構 | 強磁性トンネル接合体、それを用いたスピントロニクスデバイス、及び強磁性トンネル接合体の製造方法 |
WO2019077661A1 (ja) * | 2017-10-16 | 2019-04-25 | Tdk株式会社 | トンネル磁気抵抗効果素子、磁気メモリ、内蔵型メモリ、及びトンネル磁気抵抗効果素子を作製する方法 |
CN111725393A (zh) * | 2019-03-22 | 2020-09-29 | Tdk株式会社 | 隧道势垒层及其制造方法、磁阻效应元件和绝缘层 |
US10892400B2 (en) | 2018-12-11 | 2021-01-12 | Samsung Electronics Co., Ltd. | Magnetic memory device |
CN111725393B (zh) * | 2019-03-22 | 2024-04-30 | Tdk株式会社 | 隧道势垒层及其制造方法、磁阻效应元件和绝缘层 |
Families Citing this family (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US10753989B2 (en) * | 2018-08-27 | 2020-08-25 | Allegro Microsystems, Llc | Magnetoresistance element with perpendicular or parallel magnetic anistropy |
JP7400560B2 (ja) * | 2019-03-22 | 2023-12-19 | Tdk株式会社 | トンネルバリア層、磁気抵抗効果素子、トンネルバリア層の製造方法及び絶縁層 |
US11719771B1 (en) | 2022-06-02 | 2023-08-08 | Allegro Microsystems, Llc | Magnetoresistive sensor having seed layer hysteresis suppression |
Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2014107496A (ja) * | 2012-11-29 | 2014-06-09 | Tdk Corp | スピン注入電極構造、及びスピン伝導素子 |
WO2015016061A1 (ja) * | 2013-08-02 | 2015-02-05 | 株式会社 東芝 | 磁気抵抗素子および磁気メモリ |
JP2015090870A (ja) * | 2013-11-05 | 2015-05-11 | 独立行政法人物質・材料研究機構 | 強磁性トンネル接合体の製造方法 |
WO2015136969A1 (ja) * | 2014-03-13 | 2015-09-17 | 株式会社 東芝 | 磁気抵抗素子および磁気メモリ |
WO2016158926A1 (ja) * | 2015-03-31 | 2016-10-06 | Tdk株式会社 | 磁気抵抗効果素子 |
Family Cites Families (7)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP3603771B2 (ja) * | 2000-09-26 | 2004-12-22 | 松下電器産業株式会社 | 磁気抵抗素子およびそれを用いた磁気センサ、メモリー装置 |
JP5550239B2 (ja) * | 2009-01-26 | 2014-07-16 | 株式会社東芝 | 不揮発性半導体記憶装置、及びその製造方法 |
US8575674B2 (en) | 2009-04-16 | 2013-11-05 | National Institute For Materials Science | Ferromagnetic tunnel junction structure, and magneto-resistive element and spintronics device each using same |
KR101644215B1 (ko) | 2010-01-28 | 2016-08-09 | 톰슨 라이센싱 | 신뢰성 있는 데이터 통신을 위한 네트워크 추상화 계층을 파싱하는 방법 및 장치 |
US8982614B2 (en) * | 2013-03-22 | 2015-03-17 | Kabushiki Kaisha Toshiba | Magnetoresistive effect element and manufacturing method thereof |
JP6439413B6 (ja) | 2014-12-01 | 2019-01-30 | Tdk株式会社 | 磁気センサ、磁気ヘッド及び生体磁気センサ |
JP2017108067A (ja) * | 2015-12-11 | 2017-06-15 | Tdk株式会社 | 磁気抵抗効果素子 |
-
2016
- 2016-09-02 JP JP2016171995A patent/JP6103123B1/ja active Active
-
2017
- 2017-09-01 US US16/099,756 patent/US11073575B2/en active Active
- 2017-09-01 WO PCT/JP2017/031567 patent/WO2018043702A1/ja active Application Filing
Patent Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2014107496A (ja) * | 2012-11-29 | 2014-06-09 | Tdk Corp | スピン注入電極構造、及びスピン伝導素子 |
WO2015016061A1 (ja) * | 2013-08-02 | 2015-02-05 | 株式会社 東芝 | 磁気抵抗素子および磁気メモリ |
JP2015090870A (ja) * | 2013-11-05 | 2015-05-11 | 独立行政法人物質・材料研究機構 | 強磁性トンネル接合体の製造方法 |
WO2015136969A1 (ja) * | 2014-03-13 | 2015-09-17 | 株式会社 東芝 | 磁気抵抗素子および磁気メモリ |
WO2016158926A1 (ja) * | 2015-03-31 | 2016-10-06 | Tdk株式会社 | 磁気抵抗効果素子 |
Cited By (12)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2018056272A (ja) * | 2016-09-28 | 2018-04-05 | 株式会社東芝 | 磁気抵抗素子及び磁気記憶装置 |
US10305027B2 (en) | 2016-09-28 | 2019-05-28 | Kabushiki Kaisha Toshiba | Magnetoresistive element and magnetic memory device |
WO2018230466A1 (ja) * | 2017-06-14 | 2018-12-20 | 国立研究開発法人物質・材料研究機構 | 強磁性トンネル接合体、それを用いたスピントロニクスデバイス、及び強磁性トンネル接合体の製造方法 |
JPWO2018230466A1 (ja) * | 2017-06-14 | 2019-12-26 | 国立研究開発法人物質・材料研究機構 | 強磁性トンネル接合体、それを用いたスピントロニクスデバイス、及び強磁性トンネル接合体の製造方法 |
EP3640942A4 (en) * | 2017-06-14 | 2021-03-03 | National Institute for Materials Science | FERROMAGNETIC TUNNEL TRANSITION, SPINTRONIC DEVICE USING THIS FERROMAGNETIC TUNNEL TRANSITION AND METHOD FOR MANUFACTURING A FERROMAGNETIC TUNNEL TRANSITION |
US11107976B2 (en) | 2017-06-14 | 2021-08-31 | National Institute For Materials Science | Magnetic tunnel junction, spintronics device using same, and method for manufacturing magnetic tunnel junction |
WO2019077661A1 (ja) * | 2017-10-16 | 2019-04-25 | Tdk株式会社 | トンネル磁気抵抗効果素子、磁気メモリ、内蔵型メモリ、及びトンネル磁気抵抗効果素子を作製する方法 |
JPWO2019077661A1 (ja) * | 2017-10-16 | 2019-11-14 | Tdk株式会社 | トンネル磁気抵抗効果素子、磁気メモリ、及び内蔵型メモリ |
US10573449B2 (en) | 2017-10-16 | 2020-02-25 | Tdk Corporation | Tunnel magnetoresistive effect element |
US10892400B2 (en) | 2018-12-11 | 2021-01-12 | Samsung Electronics Co., Ltd. | Magnetic memory device |
CN111725393A (zh) * | 2019-03-22 | 2020-09-29 | Tdk株式会社 | 隧道势垒层及其制造方法、磁阻效应元件和绝缘层 |
CN111725393B (zh) * | 2019-03-22 | 2024-04-30 | Tdk株式会社 | 隧道势垒层及其制造方法、磁阻效应元件和绝缘层 |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JP2018037613A (ja) | 2018-03-08 |
US20190137576A1 (en) | 2019-05-09 |
US11073575B2 (en) | 2021-07-27 |
WO2018043702A1 (ja) | 2018-03-08 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US10193061B2 (en) | Spin-orbit torque magnetization rotational element | |
JP6103123B1 (ja) | 磁気抵抗効果素子、磁気センサ及び磁気メモリ | |
WO2017090730A1 (ja) | スピン流磁化反転素子、磁気抵抗効果素子、および磁気メモリ | |
KR101948464B1 (ko) | 자기 저항 효과 소자 | |
CN111864055B (zh) | 磁阻效应元件 | |
KR101965999B1 (ko) | 자기 저항 효과 소자 | |
US10388856B2 (en) | Magnetoresistance effect element | |
CN107431124B (zh) | 磁阻效应元件 | |
WO2016158926A1 (ja) | 磁気抵抗効果素子 | |
JP2017108067A (ja) | 磁気抵抗効果素子 | |
WO2016158910A1 (ja) | 磁気抵抗効果素子 | |
US10355202B2 (en) | Magnetoresistance effect element | |
JP2021125551A (ja) | 磁気抵抗効果素子 | |
US10908234B2 (en) | Magnetoresistance effect element, magnetic sensor and magnetic memory | |
JP2018056390A (ja) | 磁気抵抗効果素子 | |
WO2023079762A1 (ja) | 磁気抵抗効果素子 | |
WO2021199233A1 (ja) | 磁気抵抗効果素子 | |
JP6586872B2 (ja) | 磁気抵抗効果素子及び磁気抵抗効果素子の製造方法 |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20160902 |
|
A871 | Explanation of circumstances concerning accelerated examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A871 Effective date: 20161021 |
|
A975 | Report on accelerated examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971005 Effective date: 20161118 |
|
A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20161129 |
|
A521 | Request for written amendment filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20170112 |
|
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: 20170131 |
|
A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20170213 |
|
R150 | Certificate of patent or registration of utility model |
Ref document number: 6103123 Country of ref document: JP Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 |