[发明专利]自旋轨道转矩型磁化反转元件、磁存储器及高频磁性器件

说明书

本发明的目的在于，提供一种能够容易地磁化反转的自旋轨道转矩型磁化反转元件。该自旋轨道转矩型磁化反转元件具备：铁磁性金属层，其磁化方向变化；和自旋轨道转矩配线，其沿相对于上述铁磁性金属层的层叠方向交叉的第一方向延伸并与上述铁磁性金属层接合，在从上述第一方向观察时，以穿过上述铁磁性金属层的第二方向上的中心的轴为基准，上述自旋轨道转矩配线在上述第二方向为非对称，其中上述第二方向正交于上述第一方向及上述层叠方向。

(本申请是申请日为2017年10月24日、申请号为201710999831.8、发明名称为“自旋轨道转矩型磁化反转元件、磁存储器及高频磁性器件”的专利申请的分案申请。)

技术领域

本发明涉及自旋轨道转矩型磁化反转元件、磁存储器及高频磁性器件。

背景技术

已知有由铁磁性层和非磁性层的多层膜构成的巨磁阻(GMR)元件及在非磁性层中使用了绝缘层(隧道势垒层、势垒层)的隧道磁阻(TMR)元件。一般而言，与GMR元件相比，TMR元件的元件电阻较高，但磁阻(MR)比比GMR元件大。因此，作为磁传感器、高频部件、磁头及非挥发性随机存取存储器(MRAM)用的元件，TMR元件备受关注。

当夹持绝缘层的两个铁磁性层彼此的磁化的朝向变化时，MRAM利用TMR元件的元件电阻变化的特性读写数据。作为MRAM的写入方式，已知有利用电流产生的磁场进行写入(磁化反转)的方式、或利用沿磁阻效应元件的层叠方向流通电流而产生的自旋转移转矩(STT)进行写入(磁化反转)的方式。

从能量的效率的视点考虑，使用了STT的TMR元件的磁化反转是有效的，但用于进行磁化反转的反转电流密度高。从TMR元件的长寿命的观点出发，优选该反转电流密度较低。该点对于GMR元件也一样。

因此，近年来，作为降低反转电流的方法，利用了通过自旋轨道相互作用生成的纯自旋流的磁化反转备受关注(例如，非专利文献1)。其机理尚未充分了解，但认为通过自旋轨道相互作用产生的纯自旋流或不同种类的材料的界面中的Rashba效应感应自旋轨道转矩(SOT)，并产生磁化反转。纯自旋流通过朝上自旋的电子和朝下自旋的电子以相同数目相互反方向地流动而产生，电荷的流动相抵。因此，向磁阻效应元件流通的电流为零，可期待磁阻效应元件的长寿命化。

另一方面，可以说利用了SOT的磁化反转中，需要打乱磁化反转的磁化的对称性(例如，参照专利文献1及非专利文献2)。作为打乱磁化对称性的方法，记载有施加外部磁场的方法、及在磁阻效应元件的面内方向改变磁各向异性的大小的方法。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：美国专利申请公开第2015/0129995号说明书

非专利文献

非专利文献1：I.M.Miron，K.Garello，G.Gaudin，P.-J.Zermatten，M.V.Costache，S.Auffret，S.Bandiera，B.Rodmacq，A.Schuhl和P.Gambardella，Nature，476，189(2011)。

非专利文献2：Guoqiang Yu,et al.，Nature Nanotechnology，DOI:10.1038/NNANO.2014.94.

发明所要解决的技术问题

但是，为了施加外部磁场，需要磁场的产生源。额外设置磁场的产生源，会导致包含自旋轨道转矩型磁化反转元件的集成电路的集成度的降低。

另外，非专利文献2中记载了，改变作为非磁性层的氧化膜的面内方向的氧浓度。但是，非专利文献2所记载的方法需要由氧化膜构成的非磁性层，并且不能在TMR元件以外的用途中使用。因此，通用性低，不能用于GMR元件、利用了克尔效应(Kerr effect)或法拉第效应的磁光学器件。