JP7347799B2 - 磁気抵抗効果素子及び磁気メモリ - Google Patents
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Description
待機時に電力を消費せず、高速動作性及び高書き込み耐性を有し、また、10nm以下まで微細化可能であるMRAMは、次世代の論理集積回路として注目されている。
一方、磁性層(記録層)への書き込みには、磁場を用いる方法と電流を用いる方法があり、後者の書き込み方法を用いるMRAMには、スピン移行トルクを用いて磁性層(記録層)へビット情報を書き込む2端子型と、スピン軌道トルク(Spin-orbit-torque;SOT)誘起磁化反転等を用いて磁性層(記録層)へビット情報を書き込む3端子型がある。2端子型STT-MRAMと比較し、書き込み電流と読み出し電流の経路が異なる3端子型STT-MRAM(スピン軌道トルク磁化反転素子、SOT素子ともいう。)は、電圧動作マージンを広くとれるために、特に高速動作が要求されるメモリにより適していることが知られている。
Zタイプの3端子型MRAMは、磁化が基板垂直方向(Z軸方向)を向くものであり、2011年に動作が実証された(非特許文献1等参照)。Zタイプは、原理的にはナノ秒付近の高速領域でも低速領域と同程度の低い電流で磁化反転(書き込み)が可能であるものの、磁化反転させるために外部磁界を要するという不利な点がある。
Yタイプの3端子型MRAMは、磁化が基板面内で電流と直交する方向(Y軸方向)を向くものであり、2012年に動作が実証された(特許文献2等参照)。Yタイプは、高速領域では磁化反転に要する電流が著しく増大するという課題や、セル面積が大きくなるという課題があるものの、低速領域では小さな電流で磁化を反転させられるものである。
Xタイプの3端子型STT-MRAMは、磁化が電流と平行方向(X軸方向)を向くものであり、2014年に動作が実証された(非特許文献3、特許文献1等参照)。Xタイプは、1ナノ秒レベルでの高速な磁化反転を低電流で実現できるものである。
特許文献1に開示されたXタイプの3端子型STT-MRAMにおいては、従来のZタイプやYタイプに比べ(ii)や(iii)の特性の改良が進み、低電流動作や高速動作が可能となっているものの、(i)の熱安定性指数Δの特性に関してさらなる改良が求められている。特許文献2ならびに非特許文献3で示されているCoFeB/MgOを用いた場合、セルの面積を大きくすることなく、熱安定性指数Δを大きくするためには磁性層のCoFeB膜厚を増加させることが有効である。しかしながら、熱安定性指数Δを大きくするためにCoFeB膜厚を増加させると、膜面垂直方向の実効的な反磁界HK effの絶対値が増加し、結果的に書き込み電流ICが増加してしまうという課題があった。
なお、図は一例に過ぎず、また、符号を付して説明するが、本発明を何ら限定するものではない。
図1に、本発明の実施の形態1の基本構成を示す。該磁気抵抗効果素子の基本構成は、チャネル層(1)/障壁層非隣接磁性層(2b)/障壁層隣接磁性層(2a)/障壁層(3)が順に隣接して配置されたものであり、障壁層非隣接磁性層(2b)/障壁層隣接磁性層(2a)は記録層(A1)を構成する。
チャネル層(1)の形状は、書き込み電流ICを流せるものであり、かつ、記録層(A1)に対し効率的に磁化反転できる形状であれば、特に限定されないが、書き込み電流ICの方向に延伸された平面形状が望ましい。電流は、チャネル層に記録層と略平行方向で導入される。電流の方向をX軸とすると、チャネル層の厚さは0.5nm~20nm、好ましくは、1nm~10nmであり、X軸方向の長さは60nm~260nm、好ましくは、100nm~150nmであり、Y軸方向の幅は20nm~150nm、好ましくは、60nm~120nmである。
ここで、磁気特性の異なる膜とは、各種磁気異方性や飽和磁化等の特性が異なる合金膜や積層膜をいう。一般的には材料や組成、隣接材料を変えることで、磁気特性の異なる膜を容易に作製することができる。
障壁層隣接磁性層(2a)の膜厚は、ウェハ内の膜厚ばらつきを吸収できるように適宜調整され、典型的には0.5nm以上であり、より好ましくは1.4nm以上である。
詳述すると、障壁層隣接磁性層(2a)の膜厚は、ウェハ内の膜厚ばらつき並びに素子形状に加工した際の膜面垂直方向の反磁界係数の減少を考慮して、面内容易軸となる範囲で可能な限り薄く調整される。障壁層隣接磁性層(2a)にCoFeB、障壁層(3)にMgOを用いる場合には、1.0nm~2.5nm程度である。面内容易軸となる範囲で可能な限り膜厚が薄く調整される理由は、膜厚の増加に伴い垂直方向の実効的な異方性磁界の絶対値が増加し、書き込み電流が増大するためである。
具体例としては、少なくともCoを含む膜、少なくともCoを含む積層膜、少なくともCo又はMnを含む合金膜等であり、Co膜、Co/Pt積層膜、Co/Pd積層膜、Co/Ni積層膜、CoPt合金膜、CoPd合金膜、CoNi合金膜、Mn-Al、Mn-Ga、Mn-Ge等のMn系規則合金等が挙げられる。該積層膜は2層以上の積層構造を有するが、垂直磁気異方性を有し、膜厚、成膜条件、組成等により面内磁化容易軸を有するように調整できる材料であればよい。Co膜、CoPt合金膜、Co/Pt積層膜、CoPd合金膜、Co/Pd積層膜、CoNi合金膜、Co/Ni積層膜等では、各層材料に適宜別の一種以上の元素を添加することで磁気特性を調整してもよいし、B、C、N、O、Al、Si、P、Ga、Ge等の一種以上の元素を添加することで電気材料特性等を改善してもよい。
詳述すると、障壁層非隣接磁性層(2b)の膜厚は、チャネル層(1)の材料と障壁層非隣接磁性層(2b)の材料の間で発生する界面磁気異方性を利用する場合には、垂直方向の実効的な反磁界の絶対値を増加させないように適宜調整される。たとえば、チャネル層(1)の材料にPtを用いて、障壁層非隣接磁性層(2b)にCoを用いる場合である。この場合には、Co膜厚が薄い場合(たとえば~1nm)にはチャネル層(1)の材料Ptとの界面での垂直磁気異方性により垂直容易軸となり、Co膜厚が厚くなると垂直磁気異方性を有しつつ面内容易軸となるが、面内容易軸となった以降は、実効的な反磁界の絶対値を増加させすぎないように適宜膜厚が調整される。一方、Co/Pt積層膜、Co/Pd積層膜、Co/Ni積層膜等の場合には、CoとPt、Pd又はNiとの間の界面異方性により垂直磁気異方性を有するが、各層の膜厚を垂直方向の実効的な反磁界の絶対値が一定になるように適宜調整し、積層回数を増やし、所望の熱安定性指数Δが得られるように積層回数を適宜調整してもよい。また、バルクの垂直磁気異方性を有するCoPt合金膜等を用いる場合には、面内磁化膜で垂直方向の実効的な反磁界の絶対値が障壁層隣接磁性層(2a)と比べて大きくならないように組成や成膜条件を適宜調整して、所望の熱安定性指数Δが得られるように適宜膜厚が調整される。
また、素子のサイズが変わった場合には、垂直方向の反磁界係数が変化するために、障壁層隣接磁性層(2a)と障壁層非隣接磁性層(2b)の膜厚や組成、成膜条件は適宜調整される。
以上、障壁層非隣接磁性層(2b)の膜厚は、所望の熱安定性指数Δが得られるように適宜調整されるが、膜面垂直方向の実効的な反磁界を一定にして厚くする場合には、極端に熱安定性指数Δが大きくならないように設計される。このような観点から、Co/Pt積層膜、Co/Pd積層膜、Co/Ni積層膜等、CoPt合金膜等を用いる場合には、膜厚は典型的には1nm~10nmであり、より好ましくは1nm~6nmである。障壁層非隣接磁性層を追加して積層した場合には、膜厚の合計は典型的には40nm以下であり、より好ましくは24nm以下に調整される。また、自発酸化の小さいMn-Al、Mn-Ga、Mn-Ge等のMn系規則合金を用いる場合には、障壁層非隣接磁性層(2b)の膜厚は典型的には90nm以下であり、より好ましくは54nm以下である。
障壁層(3)の膜厚は、0.1nm~5nm、さらには0.5nm~2nmであることが望ましい。0.1nmより小さいと原子サイズとの関係で連続的な膜の形成が困難になる。一方、5nmより大きいと成膜時間が長くなるために、1枚のウェハを作製する時間が延びることで、コストが高くなる。
しかしながら、障壁層隣接磁性層(2a)を薄膜化すると、熱安定性指数Δの減少も引き起こす。つまり、障壁層と隣接する1つの磁性層のみの構成では、書き込み電流ICを小さくすることと、熱安定性指数Δを高くすることは、トレードオフの関係にある。
図2に、本発明の実施の形態2の基本構成を示す。磁気抵抗効果素子の構成は、チャネル層(1)/障壁層非隣接磁性層(2b)/追加障壁層非隣接磁性層(2c)/障壁層隣接磁性層(2a)/障壁層(3)が順に隣接して配置されたものであり、障壁層非隣接磁性層(2b)/追加障壁層非隣接磁性層(2c)/障壁層隣接磁性層(2a)は記録層(A1)を構成する。実施の形態2の詳細は、以下の点を除き、実施の形態1と同様である。
図2では、障壁層非隣接磁性層を2つ(2b、2c)積層した例を示したが、3つ以上積層してもよい。その場合、記録層内の障壁層非隣接磁性層の膜厚の合計は、素子サイズに応じて所望の熱安定性指数Δが得られるように設定される。
図3に、本発明の実施の形態3の基本構成を示す。磁気抵抗効果素子の構成は、チャネル層(1)/障壁層非隣接磁性層(2b)/非磁性挿入層(2d)/障壁層隣接磁性層(2a)/障壁層(3)が順に隣接して配置されたものであり、障壁層非隣接磁性層(2b)/非磁性挿入層(2d)/障壁層隣接磁性層(2a)は記録層(A1)を構成する。実施の形態3の詳細は、以下の点を除き、実施の形態1と同様である。
非磁性挿入層(2d)の膜厚は、0.1nm~0.5nmである。非磁性挿入層(2d)の膜厚が0.5nmより大きいと、障壁層隣接磁性層(2a)と障壁層非隣接磁性層(2b)の磁気的な結合が弱くなり、熱安定性が低下する。
また、障壁層隣接磁性層(2a)の膜厚は、非磁性挿入層(2d)の材料に依存して障壁層(3)との間で界面磁気異方性が変化するため、ウェハ内の膜厚ばらつきを吸収できるように適宜調整される。
図4に、本発明の実施の形態4の基本構成を示す。磁気抵抗効果素子の構成は、チャネル層(1)/障壁層非隣接磁性層(2b)/障壁層隣接磁性層(2a)/障壁層(3)/参照層(4)が順に隣接して配置されたものである。実施の形態4の詳細は、以下の点を除き、実施の形態1と同様である。
長手方向に実質的に固定された参照層(4)の磁化方向と、可変で電流の方向の成分を有する記録層(A1)の磁化方向に基づき、ビット情報が読み出される。
図5に、本発明の実施の形態5の基本構成を示す。磁気抵抗効果素子の構成は、チャネル層(1)/障壁層非隣接磁性層(2b)/障壁層隣接磁性層(2a)/障壁層(3)/強磁性層(4c)/結合層(4b)/強磁性層(4a)が順に隣接して配置されたものであり、積層フェリ構造の「強磁性層(4c)/結合層(4b)/強磁性層(4a)」は参照層(B1)を構成する。実施の形態5の詳細は、以下の点を除き、実施の形態4と同様である。
強磁性層(4a)と強磁性層(4c)は、結合層(4b)によって磁気的に結合し、参照層(B1)の磁化を安定させる。
図6に、本発明の実施の形態6の基本構成を示す。磁気抵抗効果素子の構成は、補助磁性層(5a)/チャネル層(1)/障壁層非隣接磁性層(2b)/障壁層隣接磁性層(2a)/障壁層(3)/参照層(4)が順に隣接して配置されたものである。実施の形態6の詳細は、以下の点を除き、実施の形態4と同様である。
補助磁性層(5a)を備えた場合、磁気抵抗効果素子自体が垂直磁界を印加することができるため、書き込み動作において外部磁界H0を印加しなくてもよい。
図7に、本発明の実施の形態7の基本構成を示す。磁気抵抗効果素子の構成は、チャネル層(1)/障壁層非隣接磁性層(2b)/障壁層隣接磁性層(2a)/障壁層(3)/参照層(4)/導電層(6)/補助磁性層(5b)が順に隣接して配置されたものである。実施の形態7の詳細は、以下の点を除き、実施の形態4と同様である。
補助磁性層(5b)を備えた場合、磁気抵抗効果素子自体が垂直磁界を印加することができるため、書き込み動作において外部磁界H0を印加しなくてもよい。
図8A、図8B、図8Cに、実施の形態8として、チャネル層(1)の形状を書き込み電流ICの方向(X軸方向)に延伸された平面形状とした場合の、非磁性挿入層(2d)を備える実施の形態3、及び、参照層(4)を備える実施の形態4の両要素を含む磁気抵抗効果素子の正面図、側面図、上面図を示す。
外部磁界H0が印加される場合、外部磁界H0の強度は1mT~500mT程度であり、5mT~200mT程度がより望ましい。
図9A~図9Dに、実施の形態9として、実施の形態8の磁気抵抗効果素子においてデータ”1”を書き込む前後の状態、データ”0”を書き込む前後の状態を示す。
図10に、記録層(A1)の形状の実施の形態10を示す。
記録層(A1)の面内磁化容易軸は、チャネル層(1)への書き込み電流ICによりスピン軌道トルクが作用するX軸成分を有するものであればよいため、厳密にX軸方向である必要はなく、また、その形状も任意である。ただし、記録層(A1)の面内(層内、X-Y軸方向)の不均一性の範囲において、実質的に2回対称性を有していることが望ましい。
図11に、記録層(A1)の磁化容易軸が、厳密にX軸方向ではなく、X軸成分を有する実施の形態11を示す。
チャネル層(1)の平面形状が矩形であり、記録層(A1)、障壁層(3)、参照層(4)の平面形状が楕円であり、記録層の磁化容易軸がチャネル層(1)の電流の方向(X軸方向)に対してX-Y軸方向に角度θを以って配置されたものである。
なお、上記角度θは、外部磁界H0、あるいは補助磁性層(5a、5b)によるZ軸方向の磁界が印加されていない場合に好ましい値である。Z軸方向の磁界を別途印加している場合は、たとえば0°~±3°の範囲においても、書き込み動作は可能となる。
図12Aに、実施の形態12の一例として、1ビット分の磁気メモリセルの回路構成を示す。1ビット分の磁気メモリセル回路は、実施の形態8に示した磁気抵抗効果素子と、第1のビット線(BL1)、第2のビット線(BL2)、ワード線(WL)、グラウンド線(GND)、第1トランジスタ(Tr1)、第2トランジスタ(Tr2)、第1端子(T1)、第2端子(T2)、第3端子(T3)を備える。
図13に、実施の形態13として、実施の形態12の磁気メモリセルを複数個備える磁気メモリを示す。
磁気メモリは、メモリセルアレイ、Xドライバ、Yドライバ、コントローラを備える。メモリセルアレイは、アレイ状に配置された磁気メモリセルを有する。Xドライバは複数のワード線(WL)に接続され、Yドライバは複数のビット線(BL)に接続され、読み出し手段及び書き出し手段として機能する。
図14に、実施の形態14の熱安定性及び書き込み電流に関するデータを、従来例と比較して示す。(a)は従来例の磁気抵抗効果素子の構成、(b)は実施の形態14の構成を表した図であり、(c)は記録層中の磁性層の膜厚の合計と飽和磁化の関係を示したグラフ、(d)は記録層中の磁性層の膜厚の合計と膜面垂直方向の実効的な反磁界の関係を示したグラフである。
一方、実施の形態14の磁気抵抗効果素子の構成は、チャネル層(1):Pt(5nm)、障壁層非隣接磁性層(2b):Co(2.1nm)、非磁性挿入層(2d):Ta(0.2nm)、障壁層隣接磁性層(2a):CoFeB(1.4nm)、障壁層(3):MgOである。ここで実施の形態14では、Co層の有効的な膜厚が、非磁性挿入層(2d)であるTaとの相互拡散により0.7nm程度減少している。
従来例においてCoFeBの膜厚が増えると、飽和磁化Msはほぼ一定値を示し、その値は約1.5Tである。面内容易軸の材料を用いる場合には、熱安定性指数Δは飽和磁化の2乗と磁性層の膜厚に比例するために、CoFeBの膜厚が増えると、熱安定性も増加する。
一方、実施の形態14ではCoFeBは1.4nmであり、記録層中の磁性層の有効的な膜厚の合計は2.9nmである。この系において飽和磁化Msは約1.7Tであった。CoFeBの膜厚(1.4nm)で比較すると、飽和磁化Msは従来例の約1.13倍であり、同じ膜厚の従来例と比較した場合に熱安定性も1.3倍程度に増加していると考えられる。
よって、実施の形態14において障壁層隣接磁性層(2a)のCoFeBの膜厚を1.4nmと面内容易軸を有するように最小限にした場合であっても、障壁層非隣接磁性層(2b)を挿入することにより、CoFeBの膜厚を増やしたものよりも1.3倍程度大きな熱安定性が得られることが分かる。
従来例においてCoFeBの膜厚が増えると、膜面垂直方向の実効的な反磁界HK effと真空透磁率μ0の積μ0HK eff(T)は減少し、その絶対値は増加することが分かる。膜面垂直方向の実効的な反磁界HK effの絶対値と書き込み電流ICの値は正の相関があるため、CoFeBの膜厚が増えると、書き込み電流ICも増加する。
一方、実施の形態14では、記録層中の有効な磁性層の膜厚の合計が2.9nmとなっても、膜面垂直方向の実効的な反磁界HK effと真空透磁率μ0の積μ0HK eff(T)の絶対値は150mT程度となり、従来例のCoFeBの膜厚が1.4nm~1.6nmの場合の値(100mT程度)とほぼ同等である。
よって、実施の形態14においてCoFeBの障壁層隣接磁性層(2a)に障壁層非隣接磁性層(2b)が挿入され磁性層の膜厚の合計が2.9nmに増加しても、従来例においてCoFeBの膜厚を2.9nmにした場合に比べると、8割程度低い書き込み電流で動作できると考えられる。
2a 障壁層隣接磁性層
2b 障壁層非隣接磁性層
2c 追加障壁層非隣接磁性層
2d 非磁性挿入層
3 障壁層
4 参照層
4a、4c 強磁性層
4b 結合層
5a、5b 補助磁性層
6 導電層
A1 記録層
B1 参照層
BL1 第1のビット線
BL2 第2のビット線
GND グラウンド線
T1 第1端子
T2 第2端子
T3 第3端子
Tr1 第1トランジスタ
Tr2 第2トランジスタ
WL ワード線
Claims (15)
- チャネル層と、
前記チャネル層に隣接して設けられ、強磁性体を含む記録層と、
前記記録層の前記チャネル層とは反対側に隣接して設けられ、絶縁体から構成される障壁層と、を備え、
前記記録層は、磁気特性の異なる膜からなる少なくとも2以上の磁性層を有し、
前記2以上の磁性層は、前記障壁層と隣接して設けられる1つの障壁層隣接磁性層と、前記障壁層と隣接しない1以上の障壁層非隣接磁性層を含み、
前記記録層の磁化方向は、前記チャネル層に導入される電流の方向の成分を有し、可変であり、
前記チャネル層に前記記録層と略平行方向の電流を導入することで、前記記録層の磁化方向が反転し、
前記障壁層非隣接磁性層は、面内磁化容易軸となる磁気材料膜で構成され、主にCoを含む膜、主にCoを含む積層膜、又は、主にCoを含む合金膜であり、前記積層膜は2層以上の積層構造を有し、
前記記録層を構成する前記2以上の磁性層間に非磁性挿入層が挿入される、磁気抵抗効果素子。 - チャネル層と、
前記チャネル層に隣接して設けられ、強磁性体を含む記録層と、
前記記録層の前記チャネル層とは反対側に隣接して設けられ、絶縁体から構成される障壁層と、を備え、
前記記録層は、磁気特性の異なる膜からなる少なくとも2以上の磁性層を有し、
前記2以上の磁性層は、前記障壁層と隣接して設けられる1つの障壁層隣接磁性層と、前記障壁層と隣接しない1以上の障壁層非隣接磁性層を含み、
前記記録層の磁化方向は、前記チャネル層に導入される電流の方向の成分を有し、可変であり、
前記チャネル層に前記記録層と略平行方向の電流を導入することで、前記記録層の磁化方向が反転し、
前記障壁層非隣接磁性層は、面内磁化容易軸となる磁気材料膜で構成され、主にCoを含む膜、主にCoを含む積層膜、又は、主にCoを含む合金膜であり、前記積層膜は2層以上の積層構造を有し、
前記チャネル層は重金属を有する、磁気抵抗効果素子。 - チャネル層と、
前記チャネル層に隣接して設けられ、強磁性体を含む記録層と、
前記記録層の前記チャネル層とは反対側に隣接して設けられ、絶縁体から構成される障壁層と、を備え、
前記記録層は、磁気特性の異なる膜からなる少なくとも2以上の磁性層を有し、
前記2以上の磁性層は、前記障壁層と隣接して設けられる1つの障壁層隣接磁性層と、前記障壁層と隣接しない1以上の障壁層非隣接磁性層を含み、
前記記録層の磁化方向は、前記チャネル層に導入される電流の方向の成分を有し、可変であり、
前記チャネル層に前記記録層と略平行方向の電流を導入することで、前記記録層の磁化方向が反転し、
前記障壁層非隣接磁性層は、面内磁化容易軸となる磁気材料膜で構成され、主にCoを含む膜、主にCoを含む積層膜、又は、主にCoを含む合金膜であり、前記積層膜は2層以上の積層構造を有し、
前記チャネル層に電流を導入することで、前記チャネル層の膜面垂直方向から前記記録層に対して加わる縦有効磁界によって、前記記録層の磁化方向が反転する、磁気抵抗効果素子。 - チャネル層と、
前記チャネル層に隣接して設けられ、強磁性体を含む記録層と、
前記記録層の前記チャネル層とは反対側に隣接して設けられ、絶縁体から構成される障壁層と、を備え、
前記記録層は、磁気特性の異なる膜からなる少なくとも2以上の磁性層を有し、
前記2以上の磁性層は、前記障壁層と隣接して設けられる1つの障壁層隣接磁性層と、前記障壁層と隣接しない1以上の障壁層非隣接磁性層を含み、
前記記録層の磁化方向は、前記チャネル層に導入される電流の方向の成分を有し、可変であり、
前記チャネル層に前記記録層と略平行方向の電流を導入することで、前記記録層の磁化方向が反転し、
前記障壁層非隣接磁性層は、面内磁化容易軸となる磁気材料膜で構成され、主にCoを含む膜、主にCoを含む積層膜、又は、主にCoを含む合金膜であり、前記積層膜は2層以上の積層構造を有し、
前記記録層の磁化容易軸は、前記電流の方向に対し±25°以内の方向である、磁気抵抗効果素子。 - チャネル層と、
前記チャネル層に隣接して設けられ、強磁性体を含む記録層と、
前記記録層の前記チャネル層とは反対側に隣接して設けられ、絶縁体から構成される障壁層と、を備え、
前記記録層は、磁気特性の異なる膜からなる少なくとも2以上の磁性層を有し、
前記2以上の磁性層は、前記障壁層と隣接して設けられる1つの障壁層隣接磁性層と、前記障壁層と隣接しない1以上の障壁層非隣接磁性層を含み、
前記記録層の磁化方向は、前記チャネル層に導入される電流の方向の成分を有し、可変であり、
前記チャネル層に前記記録層と略平行方向の電流を導入することで、前記記録層の磁化方向が反転し、
前記障壁層非隣接磁性層は、面内磁化容易軸となる磁気材料膜で構成され、主にCoを含む膜、主にCoを含む積層膜、又は、主にCoを含む合金膜であり、前記積層膜は2層以上の積層構造を有し、
前記チャネル層は、導入される前記電流の方向に延伸された形状を有し、
前記記録層は、記録層面内において実質的に2回対称性の形状を有し、その長手方向が前記電流の方向の成分を有する、磁気抵抗効果素子。 - チャネル層と、
前記チャネル層に隣接して設けられ、強磁性体を含む記録層と、
前記記録層の前記チャネル層とは反対側に隣接して設けられ、絶縁体から構成される障壁層と、を備え、
前記記録層は、磁気特性の異なる膜からなる少なくとも2以上の磁性層を有し、
前記2以上の磁性層は、前記障壁層と隣接して設けられる1つの障壁層隣接磁性層と、前記障壁層と隣接しない1以上の障壁層非隣接磁性層を含み、
前記記録層の磁化方向は、前記チャネル層に導入される電流の方向の成分を有し、可変であり、
前記チャネル層に前記記録層と略平行方向の電流を導入することで、前記記録層の磁化方向が反転し、
前記障壁層非隣接磁性層は、面内磁化容易軸となる磁気材料膜で構成され、主にCoを含む膜、主にCoを含む積層膜、又は、主にCoを含む合金膜であり、前記積層膜は2層以上の積層構造を有し、
前記チャネル層に導入する電流のパルス幅が0.3~10ナノ秒である、磁気抵抗効果素子。 - チャネル層と、
前記チャネル層に隣接して設けられ、強磁性体を含む記録層と、
前記記録層の前記チャネル層とは反対側に隣接して設けられ、絶縁体から構成される障壁層と、を備え、
前記記録層は、磁気特性の異なる膜からなる少なくとも2以上の磁性層を有し、
前記2以上の磁性層は、前記障壁層と隣接して設けられる1つの障壁層隣接磁性層と、前記障壁層と隣接しない1以上の障壁層非隣接磁性層を含み、
前記記録層の磁化方向は、前記チャネル層に導入される電流の方向の成分を有し、可変であり、
前記チャネル層に前記記録層と略平行方向の電流を導入することで、前記記録層の磁化方向が反転し、
前記記録層に含まれる少なくとも1以上の前記障壁層非隣接磁性層は、垂直磁気異方性を有し面内磁化容易軸となる磁気材料膜で構成される、磁気抵抗効果素子。 - 前記記録層を構成する前記2以上の磁性層間に非磁性挿入層が挿入される、請求項2~7のいずれか一項に記載の磁気抵抗効果素子。
- 前記チャネル層は重金属を有する、請求項1、3~7のいずれか一項に記載の磁気抵抗効果素子。
- 前記チャネル層に電流を導入することで、前記チャネル層の膜面垂直方向から前記記録層に対して加わる縦有効磁界によって、前記記録層の磁化方向が反転する、請求項1~2、4~7のいずれか一項に記載の磁気抵抗効果素子。
- 前記記録層の磁化容易軸は、前記電流の方向に対し±25°以内の方向である、請求項1~3、5~7のいずれか一項に記載の磁気抵抗効果素子。
- 前記チャネル層は、導入される前記電流の方向に延伸された形状を有し、
前記記録層は、記録層面内において実質的に2回対称性の形状を有し、その長手方向が前記電流の方向の成分を有する、請求項1~4、6~7のいずれか一項に記載の磁気抵抗効果素子。 - 前記チャネル層に導入する電流のパルス幅が0.3~10ナノ秒である、請求項1~5、7のいずれか一項に記載の磁気抵抗効果素子。
- 前記障壁層隣接磁性層は、少なくともFeを含み、
前記障壁層は少なくともOを含む、請求項1~13のいずれか一項に記載の磁気抵抗効果素子。 - 請求項1~14のいずれか一項に記載の磁気抵抗効果素子を備える、磁気メモリ。
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