JPWO2019049591A1 - スピン流磁化反転素子、スピン軌道トルク型磁気抵抗効果素子、及びスピン流磁化反転素子の製造方法 - Google Patents
スピン流磁化反転素子、スピン軌道トルク型磁気抵抗効果素子、及びスピン流磁化反転素子の製造方法 Download PDFInfo
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Abstract
Description
本願は、2017年9月7日に、日本に出願された特願2017−172399号に基づき優先権を主張し、その内容をここに援用する。
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。
「第1実施形態」
図1は、第1実施形態にかか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。また図2は、第1実施形態にかかるスピン流磁化反転素子を模式的に示した断面図である。第1実施形態にかかるスピン流磁化反転素子10は、第1強磁性層1と、スピン軌道トルク配線2とを有する。
以下、スピン軌道トルク配線2が延在する第1方向をx方向、第1強磁性層1の積層方向(第2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。
第1強磁性層1は、スピン軌道トルク配線2の第1方向(x方向)と交差する第2方向(z方向)に、立設されるように配置(載置)されている。第1強磁性層1の厚み方向が、z方向と略平行であることが好ましい。第1強磁性層1はその磁化M1の向きが変化することで機能する。図1では、第1強磁性層1を、磁化M1がx方向に配向した面内磁化膜としたが、xy面内の異なる方向に配向した面内磁化膜としてもよいし、z方向に配向した垂直磁化膜としてもよい。
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、第1強磁性層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、第1強磁性層1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。
図1において、スピン軌道トルク配線2の上面に強磁性体を接触させると、純スピン流は強磁性体中に拡散して流れ込む。すなわち、第1強磁性層1にスピンが注入される。
まず、一方向(x方向)に並ぶ複数(ここでは2つ)の凹部2Bを一方の主面に有する基板11を準備し、この基板11の一方の主面にスピン軌道トルク配線の基となる層(スピン軌道トルク配線用の部材からなる層)を形成(積層)する。積層方法としては、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。次いで、スピン軌道トルク配線の基となる層を、フォトリソグラフィー等の技術を用いて、複数の凹部2Bを覆いつつ、x方向に沿って延在するように加工し、スピン軌道トルク配線2を形成する。スピン軌道トルク配線2は基板11の表面の形状に追従するように成膜されるため、第2領域2Bは対応する凹部を基板11に設けることで作製できる(図3A)。
そして、スピン軌道トルク配線の周囲を囲むように、絶縁層を被覆する。絶縁層には、酸化膜、窒化膜等を用いることができる。
図6は、第2実施形態にかかるスピン流磁化反転素子40の斜視模式図である。スピン流磁化反転素子40は、ビア配線3を有する点が、第1実施形態にかかるスピン流磁化反転素子10と異なる。その他の構成は、第1実施形態にかかるスピン流磁化反転素子10と同様であり、対応する構成には同一の符号を付す。
「第3実施形態」
図8は、第3実施形態にかかるスピン軌道トルク型磁気抵抗効果素子100の断面模式図である。図8に示すスピン軌道トルク型磁気抵抗効果素子100は、第1強磁性層1と、スピン軌道トルク配線2と、ビア配線3と、非磁性層5と、第2強磁性層6と、マスク層7とを備える。第1強磁性層1、スピン軌道トルク配線2及びビア配線3によって構成される積層体は、図6に示す第2実施形態にかかるスピン流磁化反転素子40に対応する。非磁性層5は、第1強磁性層1の表面のうち、スピン軌道トルク配線2側に位置する面と反対側に配置されている。第2強磁性層6は、第1強磁性1との間に非磁性層5を挟むように、非磁性層5上に配置されている。第2実施形態にかかるスピン流磁化反転素子40に変えて、第1実施形態にかかるスピン流磁化反転素子10、20、30としてもよい。第2実施形態のスピン流磁化反転素子40と同様の構成については、説明を省く。
また、この層の厚みは、層を構成する物質のスピン拡散長以下であることが好ましい。層の厚みがスピン拡散長以下であれば、スピン軌道トルク配線2から伝播するスピンを第1強磁性層1に十分伝えることができる。
<磁気メモリ>
図9は、複数のスピン軌道トルク型磁気抵抗効果素子100(図8参照)を備える磁気メモリ200の平面図である。図8は、図9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100を切断した断面図に対応する。図9に示す磁気メモリ200では、スピン軌道トルク型磁気抵抗効果素子100が3×3のマトリックス配置されている。図9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100の数及び配置は任意である。
<高周波磁気素子>
図10は、第5実施形態にかかる高周波磁気素子の断面模式図である。図6に示す高周波磁気素子300は、図8に示すスピン軌道トルク型磁気抵抗効果素子100と、スピン軌道トルク型磁気抵抗効果素子100に接続された直流電源41とを備える。
2、22、32 スピン軌道トルク配線
2A、22A、32A 第1領域
2B、22B、32B 第2領域
2B1 第1傾斜面
2B2 第2傾斜面
2a 第1面
2b 第2面
3 ビア配線
5 非磁性層
6 第2強磁性層
7 マスク層
10、20、30、40 スピン流磁化反転素子
11 基板
12 第1強磁性層の基となる層
13 保護層
24 第1部
26 第2部
41:直流電源
42:入力端子
43:出力端子
44:電極
50 層間絶縁膜
50a 開口部
60 機能部
100 スピン軌道トルク型磁気抵抗効果素子
200 磁気メモリ
300 高周波磁気素子
M1、M6 磁化
I イオンビーム
S 飛散物
本願は、2017年9月7日に、日本に出願された特願2017−172399号に基づき優先権を主張し、その内容をここに援用する。
Claims (9)
- 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前記第1方向と交差する第2方向に配置された第1強磁性層と、を備え、
前記スピン軌道トルク配線は、前記第1強磁性層が配置された側に位置する第1面、及び前記第1面と反対側の第2面とを有し、
前記スピン軌道トルク配線は、前記第1面において、前記第1強磁性層が配置された第1領域の外に、前記第1領域より前記第2面側に凹む第2領域を有する、スピン流磁化反転素子。 - 前記第2領域は、前記第1領域から見て前記第1方向の外側に位置する、請求項1に記載のスピン流磁化反転素子。
- 前記スピン軌道トルク配線の表面のうち、前記第2面から、前記第1方向と交差する方向に延在するビア配線をさらに備え、
前記第2領域は、前記第2方向からの平面視において前記ビア配線と重なる、請求項1又は2に記載のスピン流磁化反転素子。 - 前記第1領域に対する前記第2領域の凹みの深さは、前記スピン軌道トルク配線の厚み以下である、請求項1〜3のいずれか一項に記載のスピン流磁化反転素子。
- 前記第2領域の凹みは、前記第1領域から離れるにつれて深くなるように、前記第1面の第1領域に対して傾斜した傾斜面を有する、請求項1〜4のいずれか一項に記載のスピン流磁化反転素子。
- 前記第1強磁性層の厚さをh、前記傾斜面の傾斜角をφ、前記第1領域と前記第2領域の最短距離をG、前記第1強磁性層に対して入射させたイオンビームが前記第1領域における前記第1面と平行な面となす入射角をθとした際に、G>h/tan(θ+2φ)を満たす、請求項5に記載のスピン流磁化反転素子。
- 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と、
前記第1強磁性層の表面のうち、前記スピン軌道トルク配線側に位置する面と反対側の面に配置された非磁性層と、
前記第1強磁性層との間に前記非磁性層を挟む第2強磁性層と、を備える、スピン軌道トルク型磁気抵抗効果素子。 - 前記第1強磁性層と前記非磁性層と前記第2強磁性層とからなる積層体の高さをH、前記第2領域において前記第1領域から離れるにつれて深くなるように前記第1面に対して傾斜した傾斜面の傾斜角をφ、前記第1領域と前記第2領域の最短距離をG、前記第1強磁性層に対して入射させたイオンビームが前記第1領域における前記第1面と平行な面となす入射角をθとした際に、G>H/tan(θ+2φ)を満たす、請求項7に記載のスピン軌道トルク型磁気抵抗効果素子。
- 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の製造方法であって、
一方向に並ぶ複数の凹部を一方の主面に有する基板を準備し、前記基板の一方の主面にスピン軌道トルク配線用の部材からなる層を形成する工程と、
前記スピン軌道トルク配線用の部材の層を、複数の前記凹部を覆いつつ、前記一方向に沿って延在するように加工し、スピン軌道トルク配線を形成する工程と、
前記スピン軌道トルク配線上に、第1強磁性層用の部材からなる層を形成する工程と、
前記第1強磁性層用の部材の層のうち、積層方向からの平面視において、前記凹部と重なる部分が除去されるように加工し、第1強磁性層を形成する工程と、を有することを特徴とするスピン流磁化反転素子の製造方法。
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