JPWO2020090719A1 - Spin torque generator, its manufacturing method, and magnetization control device - Google Patents
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Abstract
スピントルク発生素子10は、電流Jcが供給される導体層1と、導体層1の一方側の面に形成される絶縁層2と、導体層1の他方側の面に形成される強磁性層と3を備える。導体層1の電流により、強磁性層3の磁化に作用するスピントルクを発生させる。The spin torque generating element 10 includes a conductor layer 1 to which a current Jc is supplied, an insulating layer 2 formed on one surface of the conductor layer 1, and a ferromagnetic layer formed on the other surface of the conductor layer 1. And 3 are provided. The current in the conductor layer 1 generates a spin torque that acts on the magnetization of the ferromagnetic layer 3.
Description
本発明は、導体層を流れる電流により強磁性層の磁化に対するスピントルクを発生させるスピントルク発生素子に関する。また、本発明は、スピントルク発生素子の製造方法、及び、スピントルク発生素子を備える磁化制御装置に関する。 The present invention relates to a spin torque generating element that generates a spin torque with respect to the magnetization of the ferromagnetic layer by a current flowing through the conductor layer. The present invention also relates to a method for manufacturing a spin torque generating element and a magnetization control device including the spin torque generating element.
スピントルク発生素子は、遷移金属等の導体で形成された導体層と、強磁性材料で形成された強磁性層を備え、導体層に電流が流れると、強磁性層の磁化に作用するスピントルクを発生する素子である。このスピントルクにより、強磁性層の磁化の向きを変えることができる。例えば、磁化の向きを反転させたり、磁化の歳差運動を自励発振させたりすることができる。このような磁化の向きの変化を利用した磁気メモリ、マイクロ波発振器、スピン波ロジック等が提案されている。 The spin torque generating element includes a conductor layer formed of a conductor such as a transition metal and a ferromagnetic layer formed of a ferromagnetic material, and when a current flows through the conductor layer, the spin torque acts on the magnetization of the ferromagnetic layer. Is an element that generates. This spin torque can change the direction of magnetization of the ferromagnetic layer. For example, the direction of magnetization can be reversed, or the precession of magnetization can be self-oscillated. Magnetic memories, microwave oscillators, spin wave logic, etc. that utilize such changes in the direction of magnetization have been proposed.
例えば、スピントルク発生素子を備えた磁気メモリとして、STT−MRAM(Spin-Transfer Torque Magnetic Random Access Memory)が特許文献1に開示されている。このSTT−MRAMでは、重金属で形成された導体層と、強磁性材料で形成された記録層(強磁性層)と、絶縁材料で形成された障壁層と、強磁性材料で形成され磁化の向きが固定された参照層が、この順で積層されている。このSTT−MRAMに外部磁場を各層の積層方向に印加した状態で、導体層に電流を流すと、スピンホール効果により当該導体層にスピン流が発生し、スピン流によるスピントルクの作用で記録層の磁化の向きを反転させている。
For example,
スピントルク発生素子における従来のスピントルク発生原理では、上述のように、導体層に電流が流れると、スピンホール効果でスピン流が生じ、スピン流によるスピントルクが強磁性層の磁化に作用している。 In the conventional spin torque generation principle in a spin torque generating element, as described above, when a current flows through the conductor layer, a spin current is generated due to the spin Hall effect, and the spin torque due to the spin current acts on the magnetization of the ferromagnetic layer. There is.
従来において、スピン流を発生させるためには、導体層は、スピン軌道相互作用(SOC: Spin Orbit Coupling)の大きい重金属で形成される必要があると考えられている。例えば、特許文献1では、導体層は、重金属であるHf、W、Re、Os、Ir、Pt、Pb、又はこれらの合金で形成されている。このような重金属は電気抵抗が高く、その分、導体層に電流を流す効率が低下する。その結果、導体層に電流を流して上述のようにスピントルクを発生させる効率が低くなってしまう。また、比重の大きな重金属材料は、高価であり入手し難い傾向にある。
Conventionally, in order to generate a spin current, it is considered that the conductor layer needs to be formed of a heavy metal having a large spin-orbit coupling (SOC). For example, in
そこで、本発明の目的は、従来とは異なる構成により、比重の大きい導体層を用いなくても、導体層の電流によりスピントルクを発生できる技術を提供することにある。 Therefore, an object of the present invention is to provide a technique capable of generating spin torque by the current of the conductor layer without using a conductor layer having a large specific gravity due to a configuration different from the conventional one.
本発明によるスピントルク発生素子は、電流が供給される導体層と、該導体層の一方側の面に形成される絶縁層と、前記導体層の他方側の面に形成される強磁性層とを備え、
前記導体層の電流により、前記強磁性層の磁化に作用するスピントルクを発生させる。The spin torque generating element according to the present invention includes a conductor layer to which an electric current is supplied, an insulating layer formed on one surface of the conductor layer, and a ferromagnetic layer formed on the other surface of the conductor layer. With
The current in the conductor layer generates a spin torque that acts on the magnetization of the ferromagnetic layer.
また、本発明による製造方法は、電流が供給される導体層と、該導体層の一方側の面に形成される絶縁層と、前記導体層の他方側の面に形成される強磁性層とを備え、前記導体層の電流により、前記強磁性層の磁化に作用するスピントルクを発生させるスピントルク発生素子の製造方法であって、
前記強磁性層と前記導体層と前記絶縁層がこの順に積層されるように、前記強磁性層と前記導体層と前記絶縁層をそれぞれの材料で形成する第1の工程と、
積層された前記強磁性層と前記導体層と前記絶縁層を加熱するアニール処理を行う第2の工程と、を含む。Further, the manufacturing method according to the present invention includes a conductor layer to which an electric current is supplied, an insulating layer formed on one surface of the conductor layer, and a ferromagnetic layer formed on the other surface of the conductor layer. A method for manufacturing a spin torque generating element, which generates a spin torque acting on the magnetization of the ferromagnetic layer by a current of the conductor layer.
A first step of forming the ferromagnetic layer, the conductor layer, and the insulating layer with their respective materials so that the ferromagnetic layer, the conductor layer, and the insulating layer are laminated in this order.
The present invention includes a second step of performing an annealing treatment for heating the laminated ferromagnetic layer, the conductor layer, and the insulating layer.
更に、本発明による磁化制御装置は、
電流が供給される導体層と、該導体層の一方側の面に形成される絶縁層と、前記導体層の他方側の面に形成される強磁性層とを備え、前記導体層の電流により、前記強磁性層の磁化に作用するスピントルクを発生させるスピントルク発生素子と、
前記導体層に電流を流す電流供給装置と、を備え、
前記電流供給装置は、前記導体層に電流を流すことにより、前記スピントルクで前記強磁性層の磁化の向きを制御する。Further, the magnetization control device according to the present invention is
A conductor layer to which an electric current is supplied, an insulating layer formed on one surface of the conductor layer, and a ferromagnetic layer formed on the other surface of the conductor layer are provided, and the electric current of the conductor layer causes the conductor layer. , A spin torque generating element that generates a spin torque acting on the magnetization of the ferromagnetic layer,
A current supply device for passing a current through the conductor layer is provided.
The current supply device controls the direction of magnetization of the ferromagnetic layer by the spin torque by passing a current through the conductor layer.
本発明のスピントルク発生素子は、導体層と、該導体層の一方側の面に形成される絶縁層と、導体層の他方側の面に形成される強磁性層とを備えることにより、導体層に電流を流すことで、強磁性層の磁化に作用するスピントルクを発生させることができる。このような本発明の構成では、導体層は、スピン軌道相互作用の大きい重金属で形成される必要がない。したがって、比重の大きい導体層を用いなくても、導体層の電流によりスピントルクを発生することが可能となる。 The spin torque generating element of the present invention includes a conductor layer, an insulating layer formed on one surface of the conductor layer, and a ferromagnetic layer formed on the other surface of the conductor layer to provide a conductor. By passing an electric current through the layer, it is possible to generate a spin torque that acts on the magnetization of the ferromagnetic layer. In such a configuration of the present invention, the conductor layer does not need to be formed of a heavy metal having a large spin-orbit interaction. Therefore, it is possible to generate spin torque by the current of the conductor layer without using a conductor layer having a large specific density.
本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。なお、各図において共通する部分には同一の符号を付し、重複した説明を省略する。 Embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. In addition, the same reference numerals are given to common parts in each figure, and duplicate description is omitted.
(スピントルク発生素子の構成の概要)
図1は、本発明の実施形態によるスピントルク発生素子10の構成を示す。スピントルク発生素子10は、導体層1と絶縁層2と強磁性層3を備える。導体層1は、電流が供給される層である。導体層1は、金属材料(例えば遷移金属)で形成されてよい。絶縁層2は、導体層1の厚み方向一方側の面に絶縁材料で形成されている。強磁性層3は、導体層1の厚み方向他方側の面に強磁性材料で形成されている。(Outline of configuration of spin torque generator)
FIG. 1 shows the configuration of the spin
本発明によると、導体層1と絶縁層2と強磁性層3は、導体層1の電流により、強磁性層3の磁化に作用するスピントルクを発生させることになるそれぞれの金属材料、絶縁材料、及び強磁性材料で形成されている。本実施形態によると、導体層1と絶縁層2と強磁性層3は、スピントルク発生素子10において後述する特定のスピントルク発生現象を生じさせるそれぞれの金属材料、絶縁材料、及び強磁性材料で形成されている。すなわち、これらの金属材料、絶縁材料、及び強磁性材料は、特定のスピントルク発生現象を生じさせる材料の組み合わせとして選定される。
According to the present invention, the
<スピントルク発生現象の原理>
図2は、本発明の実施形態による特定のスピントルク発生現象の原理を説明するための図である。スピントルク発生素子10における特定のスピントルク発生現象は、次のように生じる。すなわち、図2のように、導体層1に電流Jcが流れると、軌道ラシュバ効果(Orbital Rashba Effect)により導体層1と絶縁層2との界面4において各電子の軌道角運動量(Orbital Angular Momentum)Lが生じ、当該各軌道角運動量Lが、強磁性層3の磁化Mに作用するスピントルクTsを発生させる。ここで、電流Jcは、界面4に沿って、導体層1の一端から他端へ流れる。なお、この電流Jcは、導体層1だけでなく強磁性層3にも流れる。<Principle of spin torque generation phenomenon>
FIG. 2 is a diagram for explaining the principle of a specific spin torque generation phenomenon according to the embodiment of the present invention. A specific spin torque generation phenomenon in the spin
軌道ラシュバ効果とは、スピントルク発生素子10において、界面4に沿った方向に電流Jcが導体層1に流れることより、界面4において各電子の軌道角運動量が生じる効果である。この効果で生じた各電子の軌道角運動量によるスピントルクTsの作用により、強磁性層3の電子の軌道が結合(混成)し、その結果、強磁性層3の電子のスピンの向きが変わって強磁性層3の磁化Mの向きが変わる。例えば、強磁性層3の磁化Mが反転する。
The orbital Rashba effect is an effect in which the orbital angular momentum of each electron is generated at the
(スピントルク発生素子の詳しい構成)
上述した特定のスピントルク発生現象の原理では、従来のスピントルク発生現象の原理と違って、スピン流によるスピントルクではなく、電子の軌道角運動量によるスピントルクを発生させている。電子の軌道角運動量によるスピントルクを発生させるには、導体層1がスピン軌道相互作用の大きい重金属で形成されている必要はない。そのため、導体層1は、本実施形態では、以下のように、比重の小さい金属材料で形成されている。(Detailed configuration of spin torque generator)
In the principle of the specific spin torque generation phenomenon described above, unlike the principle of the conventional spin torque generation phenomenon, the spin torque is generated not by the spin current but by the orbital angular momentum of the electrons. In order to generate spin torque due to the orbital angular momentum of electrons, the
したがって、本実施形態によると、導体層1は、上述した特定のスピントルク発生現象を生じさせることができる限りにおいて、図3に示すように、元素の周期表において第2周期から第5周期までの範囲に属する金属元素(すなわち図3の範囲R1に含まれる金属元素)の材料で形成されている。この場合、導体層1は、当該範囲R1に含まれる遷移金属(すなわち図3の範囲R2に属する金属元素)の材料で形成されていてよい。
Therefore, according to the present embodiment, as long as the above-mentioned specific spin torque generation phenomenon can be generated, the
あるいは、導体層1は、別の観点から表現すると、例えば、比重が10以下の材料で形成されていてよい。ここで、比重とは、同じ体積を持つ標準物質(すなわち4℃の水)の質量に対する比を意味する。
Alternatively, the
導体層1は、実施例では、銅(Cu)で形成されている。ここで、銅は、純銅であっても、銅合金であってもよい。当該銅合金の主成分は、Cuであり、当該銅合金の残りの材料は、元素周期表の上記範囲R1(又は上記範囲R2)に含まれる金属元素の材料であってよい。導体層1の厚みは、数nm(例えば4nm又は5nm)以上であって数十nm(例えば20nm又は30nm)以下であってよい。
In the embodiment, the
絶縁層2は、電気的絶縁体であり、導体層1との間に界面4を形成する。絶縁層2は、界面4において、上述した軌道ラシュバ効果による各電子の軌道角運動量を生じさせるための層である。絶縁層2を形成する絶縁材料は、実施例では、酸化アルミニウム(Al2O3)又は酸化マグネシウム(MgO)である。The insulating
強磁性層3は、強磁性体であり、界面4に沿った方向に磁化している。強磁性層3の磁化Mは、上述の軌道ラシュバ効果で発生した上述のスピントルクLsの作用を受けて、向きが変化(例えば反転)する。強磁性層3は、このような磁化Mの向きの変化が生じる強磁性材料で形成されている。強磁性層を形成する強磁性材料は、実施例では、鉄(Fe)又はコバルト鉄(CoFe)である。
The
上述したように、本実施形態の実施例では、導体層1が銅で形成され、絶縁層2が酸化アルミニウム又は酸化マグネシウムで形成され、強磁性層3は鉄又はコバルト鉄で形成されている。しかし、本実施形態は、これに限定されず、導体層1と絶縁層2と強磁性層3をそれぞれ形成する金属材料、絶縁材料、及び強磁性材料は、上述したように、上記特定のスピントルク発生現象を生じさせる材料の組み合わせとして選定されてよい。この場合、導体層1の金属材料は、図3の範囲R1に含まれる金属元素の材料に限定されてよい。このような金属材料、絶縁材料、及び強磁性材料の選定は、後述する測定装置20により、スピントルクTsが生じているかを確認することにより行われてよい。例えば、導体層1と絶縁層2と強磁性層3をそれぞれ形成する金属材料、絶縁材料、及び強磁性材料は、後述の変換効率θが0.05以上、0.1以上、又は0.2以上となる材料の組み合わせとして選定されてよい。
As described above, in the embodiment of the present embodiment, the
(実施例に対する実験)
図4は、スピントルクTsを測定する測定装置20を示す。この測定装置20を用いて、スピントルク発生素子10において発生するスピントルクTs等を以下のように測定した。(Experiment for Examples)
FIG. 4 shows a measuring
測定装置20は、スピントルク磁気共鳴法を利用した装置であり、1対の電極5a,5b、コンデンサ6、交流電源7、コイル8、及び電圧計9を備える。1対の電極5a,5bは、それぞれ、スピントルク発生素子10の両端に接触している。一方の電極5aは、コンデンサ6を介して交流電源7に接続されており、他方の電極5bは接地されている。電圧計9は、一方の電極5aとコンデンサ6との間の電流経路に、コイル8を介して接続されている。この構成で、電圧計9は、一方の電極5aに生じた電圧の直流成分(直流電圧)を測定する。
The measuring
また、図4において、互いに直交するx軸、y軸、及びz軸を有する座標系において、x軸とy軸は、導体層1と絶縁層2との界面4に平行である。交流電源7は、x軸方向に導体層1(及び強磁性層3)に高周波電流を印加する。また、図示しない手段により、外部磁場Hextを印加する。外部磁場Hextの方向は、z軸と直交する方向であって、x軸と鋭角φを成す。外部磁場Hextと導体層1の電流により、強磁性層3の磁化Mの歳差運動である磁気共鳴が励起される。Further, in FIG. 4, in a coordinate system having x-axis, y-axis, and z-axis orthogonal to each other, the x-axis and the y-axis are parallel to the
図5は、磁気共鳴の説明図である。図5において、互いに直交するX軸、Y軸、及びZ軸を有する座標系は、強磁性層3に固定されており、これらX軸、Y軸、及びZ軸は、それぞれ、図4のx軸、y軸、及びz軸と平行である。x軸方向に導体層1に高周波電流を印加すると、当該電流自体が発生する磁場によるトルクTFが、図5のように、Z軸と平行な方向に、強磁性層3の磁化Mに作用する。また、当該電流に起因する上述のスピントルクTsが、図5のように、磁化Mを傾けるように、X−Y平面に平行な方向に磁化Mに作用する。その結果、磁化Mは、外部磁場Hextの方向を向く軸を中心として歳差運動を行う。FIG. 5 is an explanatory diagram of magnetic resonance. In FIG. 5, a coordinate system having X-axis, Y-axis, and Z-axis orthogonal to each other is fixed to the
<スピントルクの大きさを示す電圧の測定結果>
図6と図7は、図4の測定装置20の電圧計9により計測した直流電圧と、その対称成分及び非対称成分を示す。図6と図7の結果は、次の具体的構成を持つスピントルク発生素子10に対して得られたものである。すなわち、図6の結果が得られたスピントルク発生素子10の実施例では、導体層1がCuで形成され、絶縁層2がAl2O3で形成され、強磁性層3がCoFeで形成され、導体層1と絶縁層2と強磁性層3の厚みが、それぞれ、6.9nm、20nm、5nmである。図7の結果が得られたスピントルク発生素子10の実施例では、導体層1がCuで形成され、絶縁層2がMgOで形成され、強磁性層3がCoFeで形成され、導体層1と絶縁層2と強磁性層3の厚みが、それぞれ、10.9nm、20nm、5nmである。<Voltage measurement result indicating the magnitude of spin torque>
6 and 7 show the DC voltage measured by the
図6と図7において、横軸は、印加した外部磁場Hextの強さを示し、縦軸は、電圧を示す。図6と図7において、各四角印は、電圧計9が計測した直流電圧の測定値を示し、実線の曲線は、各測定値のフィッテング曲線であり、破線の曲線は、フィッテング曲線の対称成分を表わし、一点鎖線の曲線は、フィッテング曲線の非対称成分を表わす。ここで、対称成分は、スピントルクの寄与に相当し、非対称成分は、導体層1に流れる電流自体が発生させた磁場によるトルクの寄与に相当する。In FIGS. 6 and 7, the horizontal axis represents the strength of the applied external magnetic field Hext , and the vertical axis represents the voltage. In FIGS. 6 and 7, each square mark indicates the measured value of the DC voltage measured by the
なお、電流で発生したスピン流によるスピントルクが強磁性層3の磁化に作用していると仮定した計算式に従って、対称成分と非対称成分を求めた。しかし、比重の小さい銅でスピン流によるスピントルクが生じているとは考えられ難いため、対称成分と非対称成分は、界面4で生じた電子の軌道角運動量によるスピントルクによる値であるといえる。
The symmetric component and the asymmetric component were obtained according to a calculation formula assuming that the spin torque due to the spin current generated by the current acts on the magnetization of the
図6と図7において、対称成分には、ピークが生じており、ピークの大きさに対応する大きさのスピントルクが発生していることが分かる。このように、スピントルク発生素子10は、導体層1に電流が流れると、スピントルクを発生することが確認された。
In FIGS. 6 and 7, it can be seen that a peak is generated in the symmetric component, and a spin torque having a magnitude corresponding to the magnitude of the peak is generated. As described above, it was confirmed that the spin
図7において、鮮明なピークを有する対称成分は、導体層1と絶縁層2と強磁性層3の材料の組合せをCuとMgOとCoFeにすることにより、かなり大きな(すなわち、かなり効率よく)スピントルクが生じることを示している。
In FIG. 7, the symmetric component having a clear peak has a considerably large (that is, fairly efficient) spin by combining the materials of the
<導体層の厚みに対する変換効率の測定結果>
図8と図9は、図4の測定装置20を用いて得られた、導体層1の厚みに対する変換効率θの測定結果を示す。図8と図9において、横軸は、銅で形成された導体層1の厚みを示し、縦軸は、導体層1の電流からスピントルクへの変換効率θを示す。<Measurement result of conversion efficiency with respect to the thickness of the conductor layer>
8 and 9 show the measurement results of the conversion efficiency θ with respect to the thickness of the
θは、Js/Jcで表わされ、Jcは、導体層1に流れる電流の値であり、Jsは、スピントルクに相当する電流の値である。ここで、Jsは、電流Jcで発生したスピン流によるスピントルクが強磁性層3の磁化Mに作用していると仮定した場合のスピン流の値を示す。しかし、上述のように、比重の小さい銅でスピン流によるスピントルクが生じているとは考えられ難いため、Jsは、界面4で生じた電子の軌道角運動量によるスピントルクに相当する電流であるといえる。
θ is represented by Js / Jc, Jc is the value of the current flowing through the
また、図8において、四角印のプロットは、導体層1がCuで形成され、絶縁層2がAl2O3で形成され、強磁性層3がCoFeで形成されたスピントルク発生素子10の場合を示し、丸印のプロットは、導体層1がCuで形成され、絶縁層2がBi2O3で形成され、強磁性層3がCoFeで形成されたスピントルク発生素子10の場合を示す。Further, in FIG. 8, the plot of the square marks shows the case of the spin
図9において、丸印のプロットは、導体層1がCuで形成され、絶縁層2がMgOで形成され、強磁性層3がCoFeで形成されたスピントルク発生素子10の場合を示す。
In FIG. 9, the circled plot shows a spin
図8から分かるように、絶縁層2がAl2O3ある場合には、絶縁層2がBi2O3である場合と比べて、変換効率θが大幅に向上されている。例えば、絶縁層2がAl2O3である場合における変換効率θのピーク値の大きさは、絶縁層2がBi2O3である場合における変換効率θのピーク値の大きさの2倍よりも大きくなっている。したがって、絶縁層2がAl2O3である場合には、大きな変換効率θが得られることが分かる。As can be seen from FIG. 8, when the insulating
更に、図8と図9から分かるように、絶縁層2がMgOである場合における変換効率θのピーク値の大きさは、絶縁層2がAl2O3である場合における変換効率θのピーク値の大きさの2倍弱になっている。したがって、絶縁層2がMgOである場合には、絶縁層2がAl2O3である場合と比べて更に大幅に向上した変換効率θが得られることが分かる。Further, as can be seen from FIGS. 8 and 9, the magnitude of the peak value of the conversion efficiency θ when the insulating
また、図8と図9に示すように、絶縁層2がAl2O3又はMgOである場合において、変換効率θは、導体層1の厚みに依存している。したがって、電流JCからスピントルクへの変換は、導体層1及び界面4の存在によって生じていることが分かる。Further, as shown in FIGS. 8 and 9, when the insulating
導体層1がCuで形成され、絶縁層2がAl2O3で形成され、強磁性層3がCoFeで形成されている場合における導体層1の厚みの数値範囲の例を説明する。導体層1の厚みは、5nm以上であって19nm以下の範囲内の値であってよい。この場合、図8では、四角印のプロットに関する変換効率θが0.05弱以上の値となる。また、導体層1の厚みは、7nm以上であって15nm以下の範囲内の値であってもよい。この場合、図8では、四角印のプロットに関する変換効率θが約0.10以上の値となる。また、導体層1の厚みは、9nm以上であって13nm以下の範囲内の値であってもよい。この場合、図8では、四角印のプロットに関する変換効率θが、その極大値(0.13弱)近傍の値となる。An example of the numerical range of the thickness of the
導体層1がCuで形成され、絶縁層2がMgOで形成され、強磁性層3がCoFeで形成される場合における導体層1の厚みの数値範囲の例を説明する。導体層1の厚みは、4.5nm以上であって27nm以下の範囲内の値であってよい。この場合、図9では、四角印のプロットに関する変換効率θが0.05以上の値となるといえる。また、導体層1の厚みは、6nm以上であって26nm以下の範囲内の値であってもよい。この場合、図9では、四角印のプロットに関する変換効率θが0.10よりも大きい値となる。また、導体層1の厚みは、9nm以上であって17nm以下の範囲内の値であってもよい。この場合、図9では、四角印のプロットに関する変換効率θが、その極大値(0.25弱)近傍の値となる。
An example of the numerical range of the thickness of the
<強磁性層の材料に対する変換効率の測定結果>
図10は、図4の測定装置20を用いて得られた、強磁性層3の材料に対する変換効率θの測定結果を示す。すなわち、図10は、スピントルク発生素子10において、導体層1がCuで形成され、絶縁層2がAl2O3で形成されるが、強磁性層3の材料を変えた各場合についての測定結果を示す。図10において、横軸は、強磁性層3の飽和磁化を示し、縦軸は、導体層1の電流からスピントルクへの変換効率θを示す。図10において、各黒丸は、当該黒丸を指す矢印に付した材料で強磁性層3が形成された場合の測定値を示す。<Measurement result of conversion efficiency for material of ferromagnetic layer>
FIG. 10 shows the measurement result of the conversion efficiency θ with respect to the material of the
図10に示されるように、強磁性層3がCoFeで形成された場合に、最も高い変換効率θ(0.13弱)が得られた。また、強磁性層3がFeで形成された場合に、次に高い変換効率θ(約0.1)が得られた。強磁性層3がNi(ニッケル)又はPy(パーマロイ)である場合には、変換効率θは、ゼロ、又は、ほぼゼロになった。
As shown in FIG. 10, when the
このように、導体層1と絶縁層2と強磁性層3をそれぞれ形成する材料が特定の組み合わせである場合に、上述した軌道ラシュバ効果(特定のスピントルク発生現象)が得られることが分かる。図6〜図10の例では、当該組み合わせが、CuとAl2O3とCoFe、CuとAl2O3とFe、又はCuとMgOとCoFeである場合に、上述した軌道ラシュバ効果が得られることが確認された。ただし、本実施形態によると、軌道ラシュバ効果が得られれば、導体層1と絶縁層2と強磁性層3を形成する材料の組み合わせは、他の組み合わせ(例えば、それぞれCuとMgOとFe)であってもよい。As described above, it can be seen that the above-mentioned orbital Rashba effect (specific spin torque generation phenomenon) can be obtained when the materials forming the
また、導体層1がCuで形成され、絶縁層2がAl2O3又はMgOで形成される場合に、強磁性層3を形成する強磁性材料は、CoFe又はFeに限定されない。図10に示される例においては、上記強磁性材料としてのFeの飽和磁化は10kOe程度以上であり、上記強磁性材料としてのCoFeの飽和磁化は13kOe程度以上である。なお、上記強磁性材料の飽和磁化の上限は特に限定されないが、当該飽和磁化は、例えば20kOe以下であってもよい。本願において、上記強磁性材料の飽和磁化は、製造後の(後述のアニール処理前の又はアニール処理後の)スピントルク発生素子10を構成している状態の当該強磁性材料(すなわち強磁性層3)の飽和磁化であってよく、室温における値であってよい。Further, when the
<アニール処理に対する変換効率の測定結果>
図11は、図4の測定装置20を用いて得られた、アニール処理の加熱温度に対する変換効率θの測定結果を示す。図11は、導体層1がCuで形成され、絶縁層2がAl2O3で形成され、強磁性層3がCoFeで形成された場合を示すが、アニール処理を各加熱温度で行った場合の測定値と、アニール処理を行わなかった場合の測定値を示す。図11において、横軸は、強磁性層3の飽和磁化を示し、縦軸は、導体層1の電流からスピントルクへの変換効率θを示す。<Measurement result of conversion efficiency for annealing treatment>
FIG. 11 shows the measurement results of the conversion efficiency θ with respect to the heating temperature of the annealing treatment, which was obtained by using the measuring
また、図11において、各黒丸は、当該黒丸を指す矢印に付した温度で、導体層1と絶縁層2と強磁性層3を蒸着により積層した後に30分間加熱した場合の測定値を示す。ここで、当該温度は、導体層1と絶縁層2と強磁性層3の温度である。また、図11において、「NO ANNEALING」が付された矢印が示す黒丸は、アニール処理を行わなかった場合の測定値を示す。
Further, in FIG. 11, each black circle shows a measured value when the
図11に示されるように、アニール処理を行うことにより、変換効率θが大幅に向上することが分かる。例えば、400℃でアニール処理を行うことにより、変換効率θが、2倍以上も向上して0.3に近くなった。このように、アニール処理により、変換効率θを最大化させることが可能になる。 As shown in FIG. 11, it can be seen that the conversion efficiency θ is significantly improved by performing the annealing treatment. For example, by performing the annealing treatment at 400 ° C., the conversion efficiency θ was improved more than twice and approached 0.3. In this way, the annealing process makes it possible to maximize the conversion efficiency θ.
各実施例によるスピントルク発生素子10では、次のように、導体層1の抵抗率が、タングステン(W)等の重金属の抵抗率よりも大幅に小さいので、その分、スピントルクの発生効率が高いといえる。上述のように400℃でのアニール処理で得られた変換効率θは、上述した従来のスピントルク発生素子において導体層にタングステンを用いた場合と同等の値である。ナノスケールの厚みを有する薄膜状のタングステンの抵抗率は、ナノスケールの厚みを有する薄膜状の銅の抵抗率の概ね12倍以上であるので、各実施例によるスピントルク発生素子10の導体層1の電気抵抗が、その分、小さい。その結果、各実施例では、スピントルクの発生効率が上記従来の場合よりも12倍以上も向上しているといえる。
In the spin
したがって、導体層1と絶縁層2と強磁性層3がそれぞれCuとAl2O3又はMgOとCoFeで形成される場合に、又は、導体層1と絶縁層2と強磁性層3をそれぞれ形成する材料が他の組み合わせである場合に、変換効率θを向上させるために、アニール処理を行うことができる。この場合、アニール処理は、200℃以上、300℃以上、又は400℃以上の温度で、互いに積層された導体層1と絶縁層2と強磁性層3を加熱してよい。すなわち、導体層1と絶縁層2と強磁性層3の温度が、200℃以上、300℃以上、又は400℃以上になるようにアニール処理を行ってよい。なお、図6〜図10は、アニール処理を行わなかった場合の結果を示す。Therefore, when the
(スピントルク発生素子の製造方法)
図12は、本発明の実施形態によるスピントルク発生素子10の製造方法を示すフローチャートである。この製造方法は、ステップS1,S2を有する。(Manufacturing method of spin torque generating element)
FIG. 12 is a flowchart showing a method of manufacturing the spin
ステップS1において、強磁性層3と導体層1と絶縁層2をこの順で積層するように、強磁性層3と導体層1と絶縁層2をそれぞれの材料で形成する。この積層は、蒸着法により行われてよい。例えば、加熱蒸発させた強磁性材料を基板の表面に凝着させることにより強磁性層3を形成する。次に、加熱蒸発させた絶縁材料を強磁性層3の表面に凝着させることにより絶縁層2を形成する。その後、加熱蒸発させた金属材料を絶縁層2の表面に凝着させることにより導体層1を形成する。これにより、強磁性層3と導体層1と絶縁層2を有する積層体が得られる。ただし、強磁性層3と導体層1と絶縁層2の形成と積層は、他の方法で行われてもよい。
In step S1, the
ステップS1において、実施例では、強磁性層3と導体層1と絶縁層2は、それぞれ、CoFe(又はFe)とCuとAl2O3、若しくはCoFe(又はFe)とCuとMgOで形成されるが、他の材料で形成されてもよい。In step S1, in the embodiment, the
ステップS2において、ステップS1で積層された導体層1と絶縁層2と強磁性層3を加熱するアニール処理を(例えば30分間)行う。このアニール処理では、導体層1と絶縁層2と強磁性層3を加熱する温度は、200℃以上、300℃以上、又は400℃以上である。すなわち、導体層1と絶縁層2と強磁性層3の温度が、200℃以上、300℃以上、又は400℃以上となるようにアニール処理を行う。
In step S2, an annealing treatment (for example, 30 minutes) is performed to heat the
(実施形態の効果)
上述した実施形態のスピントルク発生素子10によると、導体層1に電流を流すことにより、軌道ラシュバ効果で導体層1と絶縁層2との界面4において発生した各電子の軌道角運動量が、強磁性層3の磁化に作用するスピントルクを発生させる。このようなスピントルク発生の原理では、導体層1は、スピン軌道相互作用の大きい重金属で形成される必要がない。したがって、比重の大きい導体層1を用いなくても、導体層1の電流によりスピントルクを発生させることが可能となる。
上述した実施形態によるスピントルク発生素子10とその製造方法では、導体層1は、比重が比較的小さい金属材料(例えば図3の周期表の範囲R1又はR2内の金属元素の材料)により形成される。当該金属材料(例えば銅)は、入手しやすい傾向にある。したがって、スピントルク発生素子10を安価に大量生産できる。(Effect of embodiment)
According to the spin
In the spin
また、このような金属材料は、比重が比較的小さいので、当該金属材料で形成された
導体層1は電気抵抗率が低い。したがって、その分、スピントルクTsの発生効率が向上する。更に、上述したアニール処理を行うことにより、導体層1の電流からスピントルクTsへの変換効率が向上する。Further, since such a metal material has a relatively small specific gravity, the
よって、非常に高い変換効率を有するスピントルク発生素子10を安価に大量生産することが可能となる。
Therefore, the spin
(磁化制御装置)
図13は、本発明の実施形態による磁化制御装置100の概略構成を示す。磁化制御装置100は、上述したスピントルク発生素子10と、導体層1に電流を流す電流供給装置11とを備える。電流供給装置11は、界面4に沿った方向であって、スピントルク発生素子10の一端から他端へ向かう方向へ導体層1に電流を流し、又は、スピントルク発生素子10の他端から一端へ向かう方向へ導体層1に電流を流し、これにより生じた上述のスピントルクTsで強磁性層3の磁化Mの向きを制御する。例えば、当該スピントルクTsにより、磁化Mの向きを反転させ、又は、磁化Mに歳差運動させる。ここで、後者の場合、歳差運動を生じさせるために、磁化制御装置100は、歳差運動の中心軸となる方向に外部磁場Hextを印加する磁場印加部(例えば永久磁石又は電磁石)12を備えていてよい。(Magnetization control device)
FIG. 13 shows a schematic configuration of the
<磁気メモリへの適用例>
磁化制御装置100は、磁気メモリを構成してよい。この場合、図13に示すように、スピントルク発生素子10は、更に参照層13を備える。なお、この場合、上述の磁場印加部12は省略されてよい。参照層13は、強磁性材料で形成され、絶縁層2における導体層1と反対側の表面に形成される。参照層13を形成する強磁性材料は、例えば、Co,Fe,Ni又はそれらの合金であるが、これらに限定されない。参照層13の磁化(以下で単に磁化Mrという)の向きは、固定されている。<Example of application to magnetic memory>
The
電流供給装置11は、磁化Mrの向きと同じ方向に又は磁化Mrの向きと反対方向に導体層1へ電流を界面4に沿って流すことにより、界面4において上述の軌道ラシュバ効果による電子の軌道角運動量を発生させ、当該軌道角運動量によるスピントルクTsにより、強磁性層3の磁化Mの向きを反転させる。これにより、強磁性層3の磁化Mの向きを、磁化Mrと同じにし、又は、磁化Mrと反対にする。
The
磁化制御装置100は、このようなスピントルク発生素子10を多数配列した構成を備える。電流供給装置11は、書き込み指令に従って、各スピントルク発生素子10における強磁性層3の磁化Mの向きを制御する。すなわち、電流供給装置11は、書き込み指令に従って、1つ又は複数の当該スピントルク発生素子10の各々の導体層1に上述のように電流を流して、当該素子10の強磁性層3の磁化Mの向きを反転させる。各素子10における強磁性層3の磁化Mの2種類の向きに、「0」と「1」の1ビットデータを割り当て、多数の素子10にデータを記憶させる。
The
各スピントルク発生素子10において、強磁性層3の磁化Mの向きに応じて、参照層13と強磁性層3との間の電気抵抗が異なる。したがって、各スピントルク発生素子10において、参照層13に設けた電極(図示せず)と、強磁性層3に設けた電極(図示せず)との間に読み出し電流を流し、当該読み出し電流の値から、参照層13と強磁性層3との間の電気抵抗値を検出し、当該検出値に基づいて、強磁性層3の磁化Mの向きを記録データとして求める。
In each spin
<マイクロ波発振装置への適用例>
図13に示す磁化制御装置100は、マイクロ波発振装置を構成してもよい。この場合、電流供給装置11は、強磁性層3の磁化Mの向きが変化するように、導体層1に電流を供給し、当該磁化Mの向きの変化によりマイクロ波を発生させる。<Example of application to microwave oscillator>
The
例えば、電流供給装置11は、界面4に沿った1方向(例えば図13の左右方向)に交流電流を導体層1に流すことにより、強磁性層3の磁化Mの向きを繰り返し反転させてマイクロ波を発生させる。この場合には、参照層13と磁場印加部12は省略されてよい。
For example, the
あるいは、電流供給装置11は、界面4に沿った方向(例えば図13の左右方向)に電流を導体層1に流すとともに、磁場印加部12が強磁性層3に外部磁場Hextを界面4に沿った方向(例えば導体層1の電流の方向と鋭角を成す方向)に印加する。これにより、図4を参照して上述したように、外部磁場Hextの方向を中心軸として磁化Mに歳差運動させる。これにより、マイクロ波を発生させる。Alternatively, the
<ロジックデバイスへの適用>
図14は、上述した磁化制御装置100をスピンロジックデバイスとして構成する場合の説明図である。この場合、磁化制御装置100は、更に、導体層1と絶縁層2との間にゲート電圧を印加する電圧印加装置14と、強磁性層3と参照層13との間の電圧を測定する電圧計15を備える。上述の磁場印加部12は省略される。電圧計15が測定した電圧値は、強磁性層3の磁化Mの向きを表わす。<Application to logic devices>
FIG. 14 is an explanatory diagram when the above-mentioned
図15は、スピンロジックデバイスを構成するスピントルク発生素子10の動作特性を示すグラフである。図15において、横軸は、電流供給装置11が、導体層1に流す電流の値を示し、この電流値の正負は、電流の向き(図14の右方向と左方向)を示す。図15において、縦軸は、電圧計15が測定した電圧の値を示す。図15の縦軸において、測定電圧値が1.0(arb.)であることは、強磁性層3の磁化が互いに反対を向く2方向のうちの一方(例えば図14の右方向)であること示し、測定電圧値が−1.0(arb.)であることは、上記2方向のうちの他方(例えば図14の左方向)であること示す。なお、「arb.」は任意単位を示す(以下同様)。
FIG. 15 is a graph showing the operating characteristics of the spin
図15において、太い一点鎖線は、上述のゲート電圧の値が+VGである状態での動作特性を示し、太い実線は、上述のゲート電圧の値が−VGである状態での動作特性を示す。強磁性層3の磁化の向きの切り替えが、図15の太い実線に従って行われるが、図15の太い一点鎖線に従って行われないようにする中間値の(すなわち、絶対値が6(arb.)より大きく7(arb.)より小さい)電流を、電流供給装置11が導体層1に流す。15, a chain line a thick one-dot shows the operation characteristics of a state whose value is + V G of the gate voltage of the above, and a thick line, the operating characteristics of a state value of the gate voltage of the above is -V G show. Switching the direction of magnetization of the
図16は、スピンロジックデバイスとしての磁化制御装置100の構成例を示す。図16では、磁化制御装置100は、1つの導体層1を共有する2組(以下で組Aと組Bとも言う)のスピントルク発生素子10を備える。すなわち、1つの導体層1を共有するように、2組の絶縁層2と強磁性層3と参照層13が設けられる。各組A,Bは、図15に示す動作特性を有する。
FIG. 16 shows a configuration example of the
各組A,Bに対して、上述した電圧印加装置14と、電圧計15が設けられる。一方の組Aの電圧印加装置14と電圧計15をそれぞれ電圧印加装置14Aと電圧計15Aと記載し、他方の組Bの電圧印加装置14と電圧計15をそれぞれ電圧印加装置14Bと電圧計15Bと記載する。
The
上述のゲート電圧について、+VGを「1」の入力デジタル信号とし、−VGを「0」の入力デジタル信号とする。電流供給装置11が上述の中間値(例えば、−6.5(arb.))の電流を導体層1に流している状態で、電圧印加装置14Aが、組Aに対して印加するゲート電圧を、+VGと−VG(すなわち、デジタル信号の「1」と「0」)との間で切り替え、電圧印加装置14Bが、組Bに対して印加するゲート電圧を、+VGと−VGとの間で切り替える場合、2つの入力デジタル信号に対する出力デジタル信号は、図17に示す表のようになる。図17において、組A,Bへのゲート電圧の「1」と「0」は、それぞれ+VGと−VGを意味し、VT(arb.)は、電圧計15A,15Bが測定する電圧値の合計VT(arb.)を意味する。For gate voltages above + the V G as an input digital signal of "1", the -V G as an input digital signal of "0". In a state where the
磁化制御装置100は、更に、上述した2つの入力デジタル信号に対する出力デジタル信号を出力する出力部16を備える。出力部16は、論理和(OR)として構成される場合には、図17の「論理和の場合」のように、電圧計15Aの電圧測定値と電圧計15Bの電圧測定値がいずれも0(arb.)である場合には、「0」のデジタル信号を出力し、その他の場合には、「1」のデジタル信号を出力する。一方、出力部16は、論理積(AND)として構成される場合には、図17の「論理積の場合」のように、電圧計15Aの電圧測定値と電圧計15Bの電圧測定値がいずれも1(arb.)である場合には、「1」のデジタル信号を出力し、その他の場合には、「0」のデジタル信号を出力する。
The
出力部16は、図17のようにデジタル信号を出力するために、例えば次のように構成されてよい。電流供給装置11は、絶対値が上記中間値に固定され且つ符号が負に固定された電流を導体層1に流す。導体層1の当該電流のため、各組A、Bの強磁性層3の磁化反転が誘起されて、電圧計15A,15Bからの電圧測定値の合計VT(arb.)は、それぞれの磁化状態と上述のゲート電圧に応じて、図17のように−2(arb.)から2(arb.)まで変わる。論理和の場合には、基準電圧を1(arb.)と定義して、VT(arb.)が基準電圧より大きい時には、出力部16はデジタル信号「0」を出力し、VT(arb.)が基準電圧より小さい時には、出力部16はデジタル信号「1」を出力する。同様に、論理積の場合には、基準電圧を−1(arb.)と定義して、VT(arb.)が基準電圧より大きい時には、出力部16はデジタル信号「0」を出力し、合計VT(arb.)が基準電圧より小さい時には、出力部16はデジタル信号「1」を出力する。なお、絶対値が上記中間値である負の電流が導体層1に流れている状態で、上述のゲート電圧に対して図17に従った合計VT(arb.)が得られるように、参照層13の磁化の向きが設定されている。The
<磁気センサへの適用>
図18は、上述した磁化制御装置100を磁気センサとする場合の構成例を示す。図18の例では、磁化制御装置100は、第1〜第4のスピントルク発生素子10A〜10Dを備える。これらのスピントルク発生素子10A〜10Dの各々は、上述のスピントルク発生素子10と同じ構成を有し、基板17上に形成されてよい。基板17は、例えばSiO2で形成されたものであってよい。なお、参照層13と磁場印加部12は、省略されてよい。<Application to magnetic sensors>
FIG. 18 shows a configuration example when the above-mentioned
図18において、xyz座標系は、基板17に対して固定された座標系であり、そのx軸とy軸は、基板17の表面(界面4)と平行であり、互いに直交し、そのz軸は、基板17の表面(界面4)と直交している。各スピントルク発生素子10A〜10Dは、全体として、その厚み方向(z軸方向)から見た場合に楕円形であってよい。当該楕円形の長軸はx軸方向を向いていてよい。
In FIG. 18, the xyz coordinate system is a coordinate system fixed to the
第1及び第2のスピントルク発生素子10A,10Bの導体層1におけるx軸方向の一端部同士は、導電ライン18aにより互いに接続されており、第3及び第4のスピントルク発生素子10C,10Dの導体層1におけるx軸方向の一端部同士も、導電ライン18bにより互いに接続されている。第1及び第3のスピントルク素子10A,10Cの導体層1におけるx軸方向の他端部同士は、導電ライン18cにより互いに接続されており、第2及び第4のスピントルク素子10B,10Dの導体層1におけるx軸方向の他端部同士も、導電ライン18dにより互いに接続されている。
One ends in the x-axis direction of the conductor layers 1 of the first and second spin
電流供給装置11は、導電ライン18aと導電ライン18bとの間に交流電流を印加する。これにより、各スピントルク発生素子10A〜10Dの導体層1には、交流電流がx軸方向に流れる。当該交流電流に応じて、各スピントルク発生素子10A〜10Dにおける強磁性層3の磁化の向きが変化する。
The
磁化制御装置100は、更に、電圧計18を備える。電圧計18は、導電ライン18cと導電ライン18dとの間の電圧(電位差)を測定し、その測定した電圧値を出力する。この電圧値は、電圧計18が測定した電圧の時間平均値であってよい。
The
電流供給装置11が導電ライン18aと導電ライン18bとの間に交流電流を印加している状態で、磁気センサにおいてy軸方向の外部磁場Hyが存在すると、電圧計18が測定する電圧は、外部磁場Hyに応じた値になる。したがって、電圧計18が出力する電圧値に基づいて、外部磁場Hyを検出できる。
When an alternating current is applied between the
一例では、磁化制御装置100による磁気センサは、外部磁場Hyに対して非常に敏感であるので、地面に対する磁気センサ(基板17)の姿勢が変化することにより、y軸方向の地磁気成分も変化するので、この変化を、電圧計18の出力電圧値に基づいて検出可能である。したがって、磁気センサの姿勢が検出可能であるので、磁気センサを取り付けた対象物の姿勢も検出可能である。
In one example, since the magnetic sensor by the
本発明は上述した実施の形態に限定されず、本発明の技術的思想の範囲内で種々変更を加え得ることは勿論である。例えば、スピントルク発生素子10、その製造方法、及び磁化制御装置100は、上述した複数の事項の全て有していなくてもよく、上述した複数の事項のうち一部のみを有していてもよい。また、スピントルク発生素子10、その製造方法、及び磁化制御装置100は、上述した作用効果の全てを奏するものなくてもよく、上述した作用効果の一部のみを奏するものであってもよい。
The present invention is not limited to the above-described embodiment, and it goes without saying that various modifications can be made within the scope of the technical idea of the present invention. For example, the spin
1 導体層、2 絶縁層、3 強磁性層、4 界面、5a,5b 電極、6 コンデンサ、7 交流電源、8 コイル、9 電圧計、10 スピントルク発生素子、11 電流供給装置、12 磁場印加部、13 参照層、14,14A,14B 電圧印加装置、15,15A,15B 電圧計、16 出力部、17 基板、18 電圧計、20 測定装置、100 磁化制御装置 1 Conductor layer, 2 Insulation layer, 3 ferromagnetic layer, 4 interface, 5a, 5b electrodes, 6 capacitors, 7 AC power supply, 8 coils, 9 voltmeter, 10 spin torque generator, 11 current supply device, 12 magnetic field application part , 13 Reference layer, 14, 14A, 14B voltage application device, 15, 15A, 15B voltmeter, 16 output unit, 17 board, 18 voltmeter, 20 measuring device, 100 magnetization control device
Claims (11)
前記導体層の電流により、前記強磁性層の磁化に作用するスピントルクを発生させる、
スピントルク発生素子。A conductor layer to which an electric current is supplied, an insulating layer formed on one surface of the conductor layer, and a ferromagnetic layer formed on the other surface of the conductor layer are provided.
The current in the conductor layer generates a spin torque that acts on the magnetization of the ferromagnetic layer.
Spin torque generating element.
前記特定のスピントルク発生現象は、前記導体層に電流が流れると、軌道ラシュバ効果により前記導体層と前記絶縁層との界面において電子の軌道角運動量が生じ、当該軌道角運動量が、前記強磁性層の磁化に作用するスピントルクを発生させる現象である
請求項1に記載のスピントルク発生素子。The conductor layer, the insulating layer, and the ferromagnetic layer are each made of a material that causes a specific spin torque generating phenomenon in the spin torque generating element.
In the specific spin torque generation phenomenon, when a current flows through the conductor layer, the orbital angular momentum of electrons is generated at the interface between the conductor layer and the insulating layer due to the orbital rushba effect, and the orbital angular momentum is the ferromagnetism. The spin torque generating element according to claim 1, which is a phenomenon of generating a spin torque acting on the magnetization of a layer.
請求項1又は2に記載のスピントルク発生素子。The spin torque generating element according to claim 1 or 2, wherein the conductor layer is made of a material of a metal element belonging to the range from the second period to the fifth period in the periodic table of elements.
請求項3に記載のスピントルク発生素子。The spin torque generating element according to claim 3, wherein the conductor layer is made of copper.
請求項1又は2に記載のスピントルク発生素子。The spin torque generating element according to claim 1 or 2, wherein the conductor layer is formed of copper, the insulating layer is formed of aluminum oxide or magnesium oxide, and the ferromagnetic layer is formed of iron or cobalt iron.
前記強磁性層は、飽和磁化が10kOe以上となる強磁性材料で形成されている
請求項1又は2に記載のスピントルク発生素子。The conductor layer is made of copper and the insulating layer is made of aluminum oxide or magnesium oxide.
The spin torque generating element according to claim 1 or 2, wherein the ferromagnetic layer is made of a ferromagnetic material having a saturation magnetization of 10 kOe or more.
請求項1〜6のいずれか一項に記載のスピントルク発生素子。The spin torque generating element according to any one of claims 1 to 6, wherein the thickness of the conductor layer is several nm or more and several tens of nm or less.
前記強磁性層と前記導体層と前記絶縁層がこの順に積層されるように、前記強磁性層と前記導体層と前記絶縁層をそれぞれの材料で形成する第1の工程と、
積層された前記強磁性層と前記導体層と前記絶縁層を加熱するアニール処理を行う第2の工程と、を含む
スピントルク発生素子の製造方法。A conductor layer to which an electric current is supplied, an insulating layer formed on one surface of the conductor layer, and a ferromagnetic layer formed on the other surface of the conductor layer are provided, and the electric current of the conductor layer causes the conductor layer. A method for manufacturing a spin torque generating element that generates a spin torque acting on the magnetization of the ferromagnetic layer.
A first step of forming the ferromagnetic layer, the conductor layer, and the insulating layer with their respective materials so that the ferromagnetic layer, the conductor layer, and the insulating layer are laminated in this order.
A method for manufacturing a spin torque generating element, comprising a second step of performing an annealing treatment for heating the laminated ferromagnetic layer, the conductor layer, and the insulating layer.
請求項8に記載のスピントルク発生素子の製造方法。The spin torque generation according to claim 8, wherein in the first step, the ferromagnetic layer is formed of iron or cobalt iron, the conductor layer is formed of copper, and the insulating layer is formed of aluminum oxide or magnesium oxide. Method of manufacturing the element.
請求項8又は9に記載のスピントルク発生素子の製造方法。The method for manufacturing a spin torque generating element according to claim 8 or 9, wherein in the annealing treatment, the conductor layer, the insulating layer, and the ferromagnetic layer are heated at a temperature of 200 ° C. or higher, 300 ° C. or higher, or 400 ° C. or higher. ..
前記導体層に電流を流す電流供給装置と、を備える磁化制御装置であって、
前記電流供給装置は、前記導体層に電流を流すことにより、前記スピントルクで前記強磁性層の磁化の向きを制御する
磁化制御装置。A conductor layer to which an electric current is supplied, an insulating layer formed on one surface of the conductor layer, and a ferromagnetic layer formed on the other surface of the conductor layer are provided, and the electric current of the conductor layer causes the conductor layer. , A spin torque generating element that generates a spin torque acting on the magnetization of the ferromagnetic layer,
A magnetization control device including a current supply device for passing a current through the conductor layer.
The current supply device is a magnetization control device that controls the direction of magnetization of the ferromagnetic layer by the spin torque by passing a current through the conductor layer.
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