JP7052448B2 - スピン軌道トルク型磁化回転素子、スピン軌道トルク型磁気抵抗効果素子、磁気メモリ及び発振器 - Google Patents
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Description
(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と反強磁性層30とを備える。反強磁性層30は、スピン軌道トルク配線20の一面に積層されている。第1強磁性層10は、反強磁性層30のスピン軌道トルク配線20と反対側に位置する。
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の磁化容易軸は面内方向であり、第1強磁性層10は磁化M10がx方向に配向した面内磁化膜である。
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のz方向の一面には、第1強磁性層10及び反強磁性層30が位置する。
反強磁性層30は、第1強磁性層10とスピン軌道トルク配線20との間に位置する。反強磁性層30は、スピン軌道トルク配線20と直接接続されていてもよいし、他の層を介して間接的に接続されていてもよい。
スピン軌道トルク型磁化回転素子100の製造方法の一例について説明する。まず基板(図視略)上にスピン軌道トルク配線の基となる層を積層する。積層方法は、スパッタリング法、化学気相成長(CVD)法等の公知の方法を用いることができる。
<スピン軌道トルク型磁気抵抗効果素子>
図5は、第2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、スピン軌道トルク型磁化回転素子101、102、103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ため、スピンを効率よく注入できる。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。
<発振器>
本実施形態にかかる発振器は、図1に示すスピン軌道トルク型磁化回転素子100と構成が同じである。
20 スピン軌道トルク配線
30、31、32、33 反強磁性層
100、101、102、103 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、M11、M12、M13A、M13B、M13C、M30A、M30B、M30C、M30D、M31A、M31B、M31C、M31D、M32A、M32B、M32C、M32D、M33A、M33B、M33C、M33D、M120 磁化
Claims (11)
- 第1方向に延在するスピン軌道トルク配線と、
前記スピン軌道トルク配線の一面に積層された反強磁性層と、
前記反強磁性層の前記スピン軌道トルク配線と反対側に位置し、前記反強磁性層と交換結合により磁気結合する第1強磁性層と、を備え、
前記反強磁性層の前記第1方向の長さが、前記スピン軌道トルク配線の前記第1方向の長さより短く、
前記第1強磁性層の磁化の一部が、外力が加えられていない状態で面内方向及び積層方向に配向している、スピン軌道トルク型磁化回転素子。 - 第1方向に延在するスピン軌道トルク配線と、
前記スピン軌道トルク配線の一面に積層された反強磁性層と、
前記反強磁性層の前記スピン軌道トルク配線と反対側に位置し、前記反強磁性層と交換結合により磁気結合する第1強磁性層と、を備え、
前記反強磁性層の前記第1方向の長さが、前記スピン軌道トルク配線の前記第1方向の長さより短く、
前記反強磁性層の膜厚が、前記反強磁性層のスピン拡散長の2倍以下である、スピン軌道トルク型磁化回転素子。 - 前記第1強磁性層の磁化容易軸が面内方向であり、
前記反強磁性層の磁化と第1強磁性層の磁化とが面内方向に交換磁気異方性を示す、請求項2に記載のスピン軌道トルク型磁化回転素子。 - 前記第1強磁性層の磁化容易軸が積層方向であり、
前記反強磁性層の磁化と第1強磁性層の磁化とが積層方向に交換磁気異方性を示す、請求項2に記載のスピン軌道トルク型磁化回転素子。 - 前記第1強磁性層の磁化の一部が、外力が加えられていない状態で面内方向及び積層方向に配向している、請求項2に記載のスピン軌道トルク型磁化回転素子。
- 前記反強磁性層は、IrMn、PtMn、FeMn、PdMnからなる群から選択されるいずれか1つを含む、請求項1から5のいずれか一項に記載のスピン軌道トルク型磁化回転素子。
- 前記反強磁性層の膜厚が、前記反強磁性層のスピン拡散長の2倍以下である、請求項1又は6に記載のスピン軌道トルク型磁化回転素子。
- 前記スピン軌道トルク配線が、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である、請求項1から7のいずれか一項に記載のスピン軌道トルク型磁化回転素子。
- 請求項1から8のいずれか一項に記載のスピン軌道トルク型磁化回転素子と、
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、スピン軌道トルク型磁気抵抗効果素子。 - 請求項9に記載のスピン軌道トルク型磁気抵抗効果素子を複数備えた磁気メモリ。
- 請求項1から8のいずれか一項に記載のスピン軌道トルク型磁化回転素子を備えた発振器。
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