JP6424999B1 - スピン素子の安定化方法及びスピン素子の製造方法 - Google Patents
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Abstract
本発明の一態様にかかるスピン素子の安定化方法は、第1の方向に延在する通電部と、前記通電部の一面に積層され、強磁性体を含む素子部と、を備えるスピン素子において、前記通電部の前記第1の方向に、所定温度中で所定電流値以上の電流パルスをパルス印加総時間が所定時間以上となるように印加する。
Description
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スピン素子の一例であるスピン軌道トルク型磁気抵抗効果素子10の断面模式図である。図1に示すスピン軌道トルク型磁気抵抗効果素子10は、素子部1とスピン軌道トルク配線(通電部)2とを備える。スピン軌道トルク配線2の素子部1を挟む位置には、導電性を有する第1電極3及び第2電極4を備える。
以下、通電部が延在する第1の方向をx方向、素子部1の積層方向(第2の方向)をz方向、x方向及びz方向のいずれにも直交する方向をy方向と規定して説明する。
<スピン軌道トルク配線>
スピン軌道トルク配線2は、x方向に延在する。スピン軌道トルク配線2は、素子部1のz方向の一面に接続されている。スピン軌道トルク配線2は、素子部1に直接接続されていてもよいし、他の層を介し接続されていてもよい。
素子部1は、第1強磁性層1Aと第2強磁性層1Bとこれらに挟まれた非磁性層1Cとを備える。素子部1は、スピン軌道トルク配線2と交差する第2の方向(z方向)に積層されている。
図2は、本実施形態にかかるスピン素子の一例である磁壁移動型磁気記録素子20の断面模式図である。図2に示す磁壁移動型磁気記録素子20は、素子部11と磁気記録層(通電部)12とを備える。磁気記録層12の素子部11を挟む位置には、導電性を有する第1電極3及び第2電極4を備える。
素子部11は、第1強磁性層11Aと非磁性層11Bとを備える。第1強磁性層11A及び非磁性層11Bは、図1に示すスピン軌道トルク型磁気抵抗効果素子10と同様のものを用いることができる。
磁気記録層12は、x方向に延在している。磁気記録層12は、内部に磁壁12Aを有する。磁壁12Aは、互いに反対方向の磁化を有する第1の磁区12Bと第2の磁区12Cとの境界である。図2に示す磁壁移動型磁気記録素子20は、第1の磁区12Bが+x方向に配向した磁化を有し、第2の磁区12Cが−x方向に配向した磁化を有する。
本実施形態にかかるスピン素子の安定化方法は、通電部のx方向に、所定温度中で所定電流値以上の電流パルスをパルス印加総時間が所定時間以上となるように、以下の関係式(1)に基づき印加する。
本実施形態にかかるスピン素子の製造方法は、第1の方向に延在する通電部の一面に、強磁性体を含む素子部を形成する工程と、上述のスピン素子の安定化方法に従い、通電部にパルス電流を通電する工程と、を有する。
図1に示すスピン軌道トルク型磁気抵抗効果素子10を作製した。具体的には、Auからなる第1電極3及び第2電極4を設けた基板状にスピン軌道トルク配線2となる層を積層した。スピン軌道トルク配線2となる層としては、Taを5nm積層した。そして、フォトリソグラフィーによりスピン軌道トルク配線2となる層を配線状に加工し、スピン軌道トルク配線2を作製した。スピン軌道トルク配線2は、y方向の幅が0.2μm、x方向の長さが0.7μmであった。スピン軌道トルク配線2を構成するTaの活性化エネルギーは414kJ/molであった。
第1強磁性層1A:CoFeB、1.0nm
非磁性層1C:MgO、2.5nm
第2強磁性層1B:CoFeB、1.0nm
更に熱安定性を向上させるために、第2強磁性層1Bの上に、Ru(0.42nm)と[Co(0.4nm)/Pt(0.8nm)]nとを積層し、シンセティック構造とした。
実施例2は、印加するパルス電流の電流密度を5.68×107A/cm2とし、パルス幅を10nsecとした点が実施例1と異なる。すなわち、印加したパルス電流は、反転臨界電流の1.21倍とした。
実施例3は、スピン軌道トルク型磁気抵抗効果素子10の周囲の環境温度を80℃にした点が実施例1と異なる。印加するパルス電流の電流密度及びパルス幅は実施例1と同じとした。すなわち、印加したパルス電流は、反転臨界電流の1.12倍とした。
1A、11A 第1強磁性層
1B 第2強磁性層
1C、11B 非磁性層
2 スピン軌道トルク配線
3 第1電極
4 第2電極
10 スピン軌道トルク型磁気抵抗効果素子
12 磁気記録層
12A 磁壁
12B 第1の磁区
12C 第2の磁区
20 磁壁移動型磁気記録素子
Claims (9)
- 第1の方向に延在する通電部と、前記通電部の一面に積層され、強磁性体を含む素子部と、を備えるスピン素子において、
前記通電部の前記第1の方向に、所定温度中で所定電流値以上の電流パルスをパルス印加総時間が所定時間以上となるように、以下の関係式(1)に従い印加する、スピン素子の安定化方法;
- 前記所定温度が室温であり、
前記所定電流値が前記反転臨界電流値の1.1倍以上であり、
前記所定時間が0.1秒以上である、請求項1に記載のスピン素子の安定化方法。 - 前記所定温度が室温であり、
前記所定電流値が前記反転臨界電流値の1.2倍以上であり、
前記所定時間が0.01秒以上である、請求項1に記載のスピン素子の安定化方法。 - 前記所定温度が室温より高く、
前記所定電流値が前記反転臨界電流値の1.1倍以上であり、
前記所定温度と前記室温との差をΔTとした際に、前記所定時間が0.1×(1/ΔT)2秒以上である、請求項1に記載のスピン素子の安定化方法。 - 前記電流パルスのパルス幅が10nsec以下である、請求項1〜4のいずれか一項に記載のスピン素子の安定化方法。
- 前記通電部を構成する元素の活性化エネルギーが200kJ/mol以上である、請求項1〜5のいずれか一項に記載のスピン素子の安定化方法。
- 前記通電部がスピン軌道トルク配線であり、前記素子部が第1強磁性層と第2強磁性層とこれらに挟まれた非磁性層とを備える、請求項1〜6のいずれか一項に記載のスピン素子の安定化方法。
- 前記通電部が磁壁を備える磁気記録層であり、前記素子部が前記磁気記録層側から非磁性層と第3強磁性層とを備える、請求項1〜6のいずれか一項に記載のスピン素子の安定化方法。
- 第1の方向に延在する通電部の一面に、強磁性体を含む素子部を形成する工程と、
請求項1〜8のいずれか一項に記載のスピン素子の安定化方法に従い、前記通電部にパルス電流を通電する工程と、を有するスピン素子の製造方法。
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