[发明专利]磁性隧道结元件

说明书

技术领域

本发明涉及一种磁性隧道结（磁隧道结）元件，该磁性隧道结元件具有强磁性体层/绝缘体层/强磁性体层的层叠结构，通过夹持绝缘体层的强磁性体层间的磁化方向的关系使隔着绝缘体层的强磁性体层间的电阻值变化。

背景技术

已知有具有以一对强磁性体层夹持绝缘体层的层叠结构的磁性隧道结元件。在磁性隧道结元件通过夹持绝缘体层的强磁性体层间的磁化方向的关系使隔着绝缘体层的该强磁性体层间的电阻值变化。将该电阻值的变化称为磁阻变化。磁性隧道结元件例如具有如下结构：夹持绝缘体层的强磁性体层中的一个强磁性体层（固定层）的磁化方向被固定，另一个强磁性体层（自由层）的磁化方向能够变化。在该结构中，当自由层的磁化方向发生变化、固定层与自由层间的磁化方向从相互平行成为反平行时以及从相互反平行成为平行时，固定层-自由层间的电阻值发生变化。

作为磁性隧道结元件的绝缘体层，已知有氧化镁（MgO）层和氟化镁（MgF₂）层（参照日本特开2001-156357号公报）。

在S.Mitani et al.，“Structure and tunnel magnetoresistance in Fe/MgF₂/Co junctions with an oxide seed layer on an Fe bottom electrode”，Journal ofApplied Physics，vol.91（2002），pp.7200-7202，公开有通过包括MgO的种层（seed layer）的配置来形成抑制了小孔的产生的、漏电小的MgF₂绝缘体层的技术。在图14表示在Mitani et al公开的磁性隧道结元件的结构。图14所示的元件601，具有在基板602上层叠有Fe层603/MgO层604/MgF₂层605/Co层606的层叠结构。MgO层604是在Fe层603上形成MgF₂层605时的种层。MgO层604是相对于MgF₂层605独立的层，比MgF₂层605薄。但是，Mitani et al的磁性隧道结元件所示的磁阻变化率在室温不足1%，在温度4.2K为10%。Mitani et al的元件的性能显著低于在室温表现出几十%以上的磁阻变化率的现有的磁性隧道结元件。

在J.H.Kwon et al.，“Effect of F-inclusion in nm-thick MgO tunnel barrier”，Current Applied Physics，vol.9（2009），pp.788-791，公开有在含有氟的氧中使金属铝层或金属镁层氧化、形成包括氟氧化物的改性（modified）绝缘体层的方法。图15A、15B表示Kwon et al的图5。图15A、15B表示在Kwon et al中公开的氟氧化绝缘体层的、针对隧道电流的障壁高度（势垒高度，barrier height）。针对隧道电流的势垒高度成为表示绝缘体层（隧道势垒，tunnel barrier）的品质的电评价指标。图15A表示下电极和上电极包括铝（Al）、绝缘体层为仅将金属铝层氧化而得的层（AlO_x）或在含有氟的氧中将金属铝层氧化而得的层（AlOF）的例子。实线表示AlO_x层的势垒高度，虚线表示AlOF层的势垒高度。图15B表示下电极和上电极包括镁（Mg）、绝缘体层为仅将金属镁层氧化而得的层（MgO）或在含有氟的氧中使金属镁层氧化而得的层（MgOF）的例子。实线表示MgO层的势垒高度，虚线表示MgOF层的势垒高度。

如图15A所示，AlOF层具有比AlO_x层高的势垒高度。另一方面，如图15B所示，MgOF层与MgO层的势垒高度相同。即，Kwon et al公开有如下内容：在进行铝的氧化时添加氟的情况下，所得到的绝缘体层的势垒高度升高，在进行镁的氧化时添加氟的情况下，不能得到利用铝时所见到的势垒高度提高的效果。