JP6669270B2 - スピン流磁化反転素子及び素子集合体 - Google Patents
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Description
また磁気抵抗効果素子の面内方向において磁気異方性の大きさが異なると、意図しない外力(外部磁場、熱等)が加わった際に、磁気異方性の小さい部分の磁化が反転する場合がある。意図しない磁化の反転は、データのノイズとなり、データの長期保存を阻害する。
特に磁気抵抗効果素子の強磁性体の大きさが磁壁を形成できる大きさの場合、磁気異方性の小さい部分の磁化反転が、その他の部分の磁化反転も誘発し、データを書き換えてしまうおそれがある。
図1は、本発明の一態様に係るスピン流磁化反転素子を模式的に示した斜視図である。
本発明の一態様に係るスピン流磁化反転素子100は、磁気抵抗効果素子10と、スピン軌道トルク配線20とを有する。
以下、磁気抵抗効果素子10の積層方向をz方向、スピン軌道トルク配線20が延在する第1の方向をx方向、z方向及びx方向のいずれにも直交する第2の方向をy方向とする。
磁気抵抗効果素子10は、磁化方向が固定された第1強磁性金属層1と、磁化方向が変化する第2強磁性金属層2と、第1強磁性金属層1及び第2強磁性金属層2に挟持された非磁性層3とを有する。特許請求の範囲における「強磁性金属層」は、第2強磁性金属層に対応する。
例えば、非磁性層3が絶縁体からなる場合(トンネルバリア層である場合)、その材料としては、Al2O3、SiO2、MgO、及び、MgAl2O4等を用いることができる。またこれらの他にも、材料中のAl、Si、Mgの一部が、Zn、Be等に置換された材料等も非磁性層3として用いることができる。これらの中でも、MgOやMgAl2O4はコヒーレントトンネルが実現できる材料であり、第2強磁性層2へスピンを効率よく注入できる。
非磁性層3が金属からなる場合、その材料としては、Cu、Au、Ag等を用いることができる。
スピン軌道トルク配線20は、x方向に延在する。スピン軌道トルク配線20は、第2強磁性金属層2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20は、第2強磁性金属層2に直接接続されていてもよいし、他の層を介して接続されていてもよい。
スピンホール効果とは、材料に電流を流した場合にスピン軌道相互作用に基づき、電流の向きに直交する方向に純スピン流が誘起される現象である。
次いで、スピン流磁化反転素子100の原理について説明すると共に、磁気抵抗効果素子10の具体的な構成について説明する。
一方で、磁気抵抗効果素子16に注入される磁化の向きはy方向であり、SOTが強く作用する方向はy方向である。すなわち、磁化が回転しやすい方向とSOTが強く作用する方向とが直交しており、SOTが磁化反転に作用しない。
図7は、磁気抵抗効果素子17の平面形状が多角形であり、多角形の頂部tが曲線状であるスピン流磁化反転素子103をz方向から見た平面図である。
次いで、スピン流磁化反転素子の製造方法について説明する。
まず一つ目の方法として、マスクを用いてレジストを感光する方法がある。例えば、ポジレジストを用いて、硬化したい部分上にフォトマスクを配設する。そしてフォトマスクを介して露光することで、所定の形状にレジストを加工できる。
図10〜図13は、スピン軌道トルク配線の実施形態を説明するための模式図であり、それぞれ、(a)は断面図であり、(b)は平面図である。
図15は、複数のスピン流磁化反転素子100を備える素子集合体200を模式的示した図である。図15に示す素子集合体200は、スピン流磁化反転素子100が3×3のマトリックス配置をしている。図15は、素子集合体の一例であり、スピン流磁化反転素子100の数及び配置は任意である。
2,12:第2強磁性金属層
3,13:非磁性層
10,15,16,17,18,19A,19B:磁気抵抗効果素子
20:スピン軌道トルク配線
100,101,102,103,104,105:スピン流磁化反転素子
200,201,202:素子集合体
S1:第1スピン
S2:第2スピン
I:電流
Js:純スピン流
M2,M12:磁化
Ra:第1回転方向
Rb:第2回転方向
Da:長軸方向
Db:短軸方向
M:中点
Y1:第1点
Y2:第2点
A1:第1領域
A2:第2領域
L:線分
t:頂部
PM:フォトマスク
WL1〜3:ワードライン
SL1〜3:ソースライン
Claims (11)
- 強磁性金属層と、
前記強磁性金属層の積層方向に対して交差する第1の方向に延在し、前記強磁性金属層に接合するスピン軌道トルク配線と、を備え、
前記スピン軌道トルク配線から前記強磁性金属層に注入されるスピンの向きは、前記強磁性金属層の磁化の向きに対して交差し、
前記強磁性金属層は形状異方性を有すると共に、形状異方性に伴う反磁場の分布を有し、
前記反磁場の分布は、前記強磁性金属層の磁化が最も磁化反転しやすい磁化反転容易方向を生み出し、
前記磁化反転容易方向は、前記積層方向からの平面視で前記第1の方向と交差しており、
前記強磁性金属層が、前記スピン軌道トルク配線が延在する第1の方向に沿って複数存在し、
隣接する前記強磁性金属層の磁化反転容易方向が逆向きである、スピン流磁化反転素子。 - 前記強磁性金属層は、前記積層方向からの平面視で、前記第1の方向に直交する第2の方向に最も離れた2点の中点を通り、前記第1の方向と平行な線分で分割した時に、分割された前記強磁性金属層の二つの部分の面積が異なる請求項1に記載のスピン流磁化反転素子。
- 前記強磁性金属層を前記積層方向から平面視した形状が、2n+1(nは自然数)の頂部を有する多角形である請求項1または2に記載のスピン流磁化反転素子。
- 前記多角形の重心から前記頂部への方向ベクトルが、いずれも前記スピン軌道トルク配線を流れる電流の向きと異なる請求項3に記載のスピン流磁化反転素子。
- 前記多角形の頂部が、曲線状である請求項3または4に記載のスピン流磁化反転素子。
- 前記強磁性金属層の前記スピン軌道トルク配線と反対側の面に、非磁性層と、磁化方向が固定された固定層とをさらに有する請求項1〜5のいずれか一項に記載のスピン流磁化反転素子。
- 複数のスピン流磁化反転素子を備え、
前記複数のスピン流磁化反転素子のそれぞれは、強磁性金属層と、前記強磁性金属層の積層方向に対して交差する第1の方向に延在し、前記強磁性金属層に接合するスピン軌道トルク配線と、を備え、
前記複数のスピン流磁化反転素子のそれぞれの前記スピン軌道トルク配線から前記強磁性金属層に注入されるスピンの向きは、前記強磁性金属層の磁化の向きに対して交差し、
前記複数のスピン流磁化反転素子のそれぞれの前記強磁性金属層は形状異方性を有すると共に、形状異方性に伴う反磁場の分布を有し、
前記反磁場の分布は、前記強磁性金属層の磁化が最も磁化反転しやすい磁化反転容易方向を生み出し、
前記磁化反転容易方向は、前記積層方向からの平面視で前記第1の方向と交差しており、
前記強磁性金属層の磁化は、前記積層方向に配向しており、
前記複数のスピン流磁化反転素子の隣接する前記強磁性金属層の磁化反転容易方向が逆向きである、素子集合体。 - 複数のスピン流磁化反転素子を備え、
前記複数のスピン流磁化反転素子のそれぞれは、強磁性金属層と、前記強磁性金属層の積層方向に対して交差する第1の方向に延在し、前記強磁性金属層に接合するスピン軌道トルク配線と、を備え、
前記複数のスピン流磁化反転素子のそれぞれの前記スピン軌道トルク配線から前記強磁性金属層に注入されるスピンの向きは、前記強磁性金属層の磁化の向きに対して交差し、
前記複数のスピン流磁化反転素子のそれぞれの前記強磁性金属層は形状異方性を有すると共に、形状異方性に伴う反磁場の分布を有し、
前記反磁場の分布は、前記強磁性金属層の磁化が最も磁化反転しやすい磁化反転容易方向を生み出し、
前記磁化反転容易方向は、前記積層方向からの平面視で前記第1の方向と交差しており、
前記強磁性金属層の磁化は、前記積層方向に配向しており、
前記複数のスピン流磁化反転素子を構成する前記強磁性金属層のそれぞれは、同一の方向に形状異方性を有する、素子集合体。 - 請求項1〜6のいずれか一項に記載のスピン流磁化反転素子を複数備える素子集合体。
- 複数の前記スピン流磁化反転素子を構成する前記強磁性金属層のそれぞれは、同一の方向に形状異方性を有する請求項9に記載の素子集合体。
- 隣接する前記強磁性金属層の磁化反転容易方向が逆向きである請求項8〜10のいずれか一項に記載の素子集合体。
Applications Claiming Priority (3)
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Publications (2)
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