[发明专利]磁阻效应元件、磁存储器、磁化反转方法及自旋流磁化反转元件

说明书

本发明提供一种磁阻效应元件，在该磁阻效应元件中，具备：磁阻效应元件，其具有固定了磁化方向的第一铁磁性金属层、和磁化方向可变的第二铁磁性金属层、以及被第一铁磁性金属层和第二铁磁性金属层夹持的非磁性层；自旋轨道转矩配线，其沿相对于该磁阻效应元件的层叠方向交叉的方向延伸，并与上述第二铁磁性金属层接合，在上述磁阻效应元件和上述自旋轨道转矩配线接合的部分，流通于上述磁阻效应元件的电流和流通于上述自旋轨道转矩配线的电流合流或被分配。

技术领域

本发明涉及可应用于磁头或高频滤波器等高频电子部件、及磁存储器等的磁阻效应元件、磁存储器、磁化反转方法及自旋流磁化反转元件。

本申请要求基于2015年11月27日在日本申请的特愿2015-232334 号、2016年3月16日在日本申请的特愿2016-53072号、2016年3月 18日在日本申请的特愿2016-56058号、2016年10月27日在日本申请的特愿2016-210531号、2016年10月27日在日本申请的特愿2016-210533号的优先权，并在此引用其内容。

背景技术

已知由铁磁性层和非磁性层的多层膜构成的巨磁阻(GMR)元件及使用了绝缘层(隧道势垒层、势垒层)作为非磁性层的隧道磁阻 (TMR)元件。通常，TMR元件虽然元件电阻比GMR元件高，但TMR 元件的磁阻(MR)比大于GMR元件的MR比。因此，作为磁传感器、高频部件、磁头及非易失性随机存取存储器(MRAM)用的元件，TMR 元件备受注目。

作为MRAM的写入方式，已知有利用由电流制作的磁场进行写入 (磁化反转)的方式、或利用沿磁阻元件的层叠方向流通电流而产生的自旋转移力矩(STT)进行写入(磁化反转)的方式。

在利用磁场的方式中，当元件尺寸小时，就会在能够流经细配线的电流中存在不能进行写入之类的问题。

与此相对，在利用自旋转移力矩(STT)的方式中，一个铁磁性层 (固定层、参照层)使电流自旋极化，该电流的自旋移至另一个铁磁性层(自由层、记录层)的磁化，通过其时产生的力矩(STT)进行写入(磁化反转)，具有元件尺寸越小，写入所需要的电流越小的优点。

现有技术文献

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，and P. Gambardella,Nature,476,189(2011).

发明内容

发明所要解决的技术问题

从能效的视点考虑，使用了STT的TMR元件的磁化反转是有效率的，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来出发，该反转电流密度优选越低越好。这一点对于GMR元件也同样。

因此，在TMR元件及GMR元件中的任一个磁阻效应元件中，都希望降低该磁阻效应元件中流通的电流密度。

近年来，也提倡利用通过自旋轨道相互作用而生成的纯自旋流的磁化反转在应用上成为可能(例如，非专利文献1)。通过自旋轨道相互作用而产生的纯自旋流能够诱发自旋轨道转矩(SOT)，通过SOT的大小，来引起磁化反转。纯自旋流是通过向上自旋电子和向下自旋电子以同数相互反向地流动而产生的，因为电荷的流动相互抵消，所以作为在磁阻效应元件内流通的电流为零。如果仅仅通过该纯自旋流就能够进行磁化反转，就会因电流为零而能够实现磁阻效应元件的长寿命化。或者，认为如果在磁化反转上也能够利用STT，且能够利用基于纯自旋流的SOT，则能够降低用于STT的电流至利用基于纯自旋流的SOT的分量，并能够实现磁阻效应元件的长寿命化。也认为在利用 STT及SOT双方的情况下，利用SOT的比例越高，越能够实现磁阻效应元件的长寿命化。