JP6791304B2 - 磁化回転素子、磁気抵抗効果素子及び磁気メモリ - Google Patents
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Description
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。
(スピン軌道トルク型磁化回転素子)
図1は、第1実施形態にかかるスピン軌道トルク型磁化回転素子を模式的に示した断面図である。図1に示すスピン軌道トルク型磁化回転素子100は、第1強磁性層10とスピン軌道トルク配線20とを備える。
第1強磁性層10はその磁化M10の向きが変化することで機能する。図1に示す第1強磁性層10の磁化容易軸はz方向であり、第1強磁性層10は磁化M10がz方向に配向した垂直磁化膜である。第1強磁性層10は磁化M10がxy平面の面内方向に配向した面内磁化膜であってもよい。
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1配線21と第2配線22とを備える。
第1配線21と第2配線22との厚みが上記関係を満たせば、第1配線21と第2配線22の抵抗率の差が大きくならない。またスピン軌道トルク配線20に流す電流を小さくすることができ、スピン軌道トルク型磁化回転素子の設置面積やトランジスタの大きさを小さくすることができる。
低温における第1強磁性層10の磁気異方性エネルギーは、高温における第1強磁性層10の磁気異方性エネルギーより大きい。つまり第1強磁性層10の磁化M10は低温において回転しにくく、第1強磁性層10の磁化M10は高温において回転しやすい。第1強磁性層10の磁化M10を回転させるためには、低温の場合の方が高温の場合より多くのスピンをスピン軌道トルク配線20から注入する必要がある。
図3は、第2実施形態にかかるスピン軌道トルク型磁化回転素子101の断面模式図である。図3に示すスピン軌道トルク型磁化回転素子101は、第1強磁性層10とスピン軌道トルク配線25とを備える。スピン軌道トルク配線25は、第1配線26と第2配線27とを備える。図3に示すスピン軌道トルク型磁化回転素子101は第2配線27を構成する材料が半導体である点が、図1に示すスピン軌道トルク型磁化回転素子100と異なる。図1に示すスピン軌道トルク型磁化回転素子100と同様の構成については説明を省く。
スピン流磁化回転素子は、磁化が反転する場合に、特にスピン流磁化反転素子と呼ぶことができる。
尚、本実施形態に係るスピン軌道トルク型磁化回転素子は、上記のものに限られるものではない。
第1配線21、26は金属であり、第2配線22、27がトポロジカル絶縁体であってもよい。
第1配線21、26は半導体であり、第2配線22、27がトポロジカル絶縁体であってもよい。
<スピン軌道トルク型磁気抵抗効果素子>
図5は、第3実施形態に係るスピン軌道トルク型磁気抵抗効果素子200の断面模式図である。図5に示すスピン軌道トルク型磁気抵抗効果素子200は、スピン軌道トルク型磁化回転素子100と、非磁性層110と、第2強磁性層120とを備える。図5では、スピン軌道トルク型磁化回転素子として、第1実施形態にかかるスピン軌道トルク型磁化回転素子100を用いたが、第2実施形態にかかるスピン軌道トルク型磁化回転素子101を用いてもよい。第1実施形態のスピン軌道トルク型磁化回転素子100と同等の構成については、説明を省く。
例えば、非磁性層110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、Al、Si、Mgの一部が、Zn、Be等に置換された材料等も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る。非磁性層110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。さらに、非磁性層110が半導体からなる場合、その材料としてはSi、Ge、CuInSe2、CuGaSe2、Cu(In,Ga)Se2などを用いることができる。
<磁気メモリ>
図6は、複数のスピン軌道トルク型磁気抵抗効果素子200(図5参照)を備える磁気メモリ300の平面図である。図5は、図6におけるA−A面に沿ってスピン軌道トルク型磁気抵抗効果素子200を切断した断面図に対応する。図6に示す磁気メモリ300は、スピン軌道トルク型磁気抵抗効果素子200が3×3のマトリックス配置をしている。
図6は、磁気メモリの一例であり、スピン軌道トルク型磁気抵抗効果素子200の数及び配置は任意である。
20、25 スピン軌道トルク配線
21、26 第1配線
22、27 第2配線
100、101 スピン軌道トルク型磁化回転素子
110 非磁性層
120 第2強磁性層
130 機能部
200 スピン軌道トルク型磁気抵抗効果素子
300 磁気メモリ
M10、M120 磁化
Claims (6)
- 第1方向に延在する配線と、
前記配線の一面に積層された第1強磁性層と、を備え、
前記配線は、前記第1強磁性層側から第1配線と第2配線とを有し、
前記第1配線及び前記第2配線はいずれも金属であり、
前記第2配線は、クロメル、コンスタンタン、ニクロム、白金ロジウム、マンガニン、アルメルからなる群から選択される1つ以上の合金を含み、
前記第1配線は、少なくとも−40℃から100℃の温度域における抵抗率の温度依存性が前記第2配線より大きい、磁化回転素子。 - 第1方向に延在する配線と、
前記配線の一面に積層された第1強磁性層と、を備え、
前記配線は、前記第1強磁性層側から第1配線と第2配線とを有し、
前記第1配線及び前記第2配線はいずれも金属であり、
前記第1配線は、ビスマス、タリウム、トリウム、ルビジウム、モリブデン、ロジウム、スズからなる群から選択されるいずれか一つ以上の元素を含み、
前記第2配線は、イリジウム、白金、パラジウムからなる群から選択されるいずれか一つ以上の元素を含み、
前記第1配線は、少なくとも−40℃から100℃の温度域における抵抗率の温度依存性が前記第2配線より大きい、磁化回転素子。 - 前記第1配線は、最外殻にd電子又はf電子を有する原子番号39以上の原子番号が大きい非磁性金属を含む、請求項1または2のいずれかに記載の磁化回転素子。
- 前記第1配線の厚みが、前記第1配線を構成する元素のスピン拡散長以下である、請求項1から3のいずれか一項に記載の磁化回転素子。
- 請求項1から4のいずれか一項に記載の磁化回転素子と、
前記第1強磁性層と対向する第2強磁性層と、
前記第1強磁性層と前記第2強磁性層との間に位置する非磁性層と、を備える、磁気抵抗効果素子。 - 請求項5に記載の磁気抵抗効果素子を複数備えた磁気メモリ。
Applications Claiming Priority (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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