[发明专利]自旋流磁化反转元件、磁阻效应元件及磁存储器

说明书

本发明提供一种自旋流磁化反转元件，具备：第一铁磁性金属层，可改变磁化方向；自旋轨道转矩配线，沿着相对于上述第一铁磁性金属层的法线方向即第一方向交叉的第二方向延伸，且与第一铁磁性金属层接合，上述自旋轨道转矩配线的材料为以式A_xB_1‑x表示的二元合金、金属碳化物或金属氮化物，上述A为选自Al、Ti、及Pt的元素，上述B为选自Al、Cr、Mn、Fe、Co、Ni、Y、Ru、Rh、及Ir的元素，且为具有空间群Pm‑3m或Fd‑3m的对称性的立方晶结构，或上述A为选自Al、Si、Ti、Y、及Ta的元素，上述B为选自C、N、Co、Pt、Au及Bi的元素，且为具有空间群Fm‑3m的对称性的立方晶结构。

技术领域

本发明涉及自旋流磁化反转元件、磁阻效应元件及磁存储器。

本申请基于2015年11月27日申请于日本的专利申请2015-232334号、2016年3月16日申请于日本的专利申请2016-53072号、2016年3月18日申请于日本的专利申请2016-56058号、2016年10月27日申请于日本的专利申请2016-210531号、2016年10月27日申请于日本的专利申请2016-210533号主张优先权，且将其内容在此引用。

背景技术

已知由铁磁性层和非磁性层的多层膜构成的巨大磁阻(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。一般而言，TMR元件的元件电阻比GMR元件的元件电阻高，但磁阻(MR)比比GMR元件的MR比大。因此，作为磁传感器、高频零件、磁头及非易失性随机存取存储器(MRAM)用的元件，TMR元件备受关注。

MRAM利用夹持绝缘层的两个铁磁性层的彼此的磁化方向变化时而TMR元件的元件电阻变化的特性，来读写数据。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)的方式及利用沿磁阻元件的叠层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。使用了STT的TMR元件的磁化反转从能量效率的视点考虑时是有效率的，但用于进行磁化反转的反转电流密度较高。从TMR元件的长寿命的观点来看，优选该反转电流密度较低。该点对于GMR元件也一样。

近年来，作为通过与STT不同的机制降低反转电流的方法，利用了通过自旋霍尔效应生成的纯自旋流的磁化反转备受关注(例如，非专利文献1)。通过自旋霍尔效应产生的纯自旋流诱发自旋轨道转矩(SOT)，并通过SOT引起磁化反转。或，通过不同种类材料的界面中的Rashba效应产生的纯自旋流中，也通过同样的SOT引起磁化反转。纯自旋流通过向上自旋的电子和向下自旋电子以相同数量相互反向地流通而产生，电荷的流通相抵，因此，流通于磁阻效应元件的电流为零，期待反转电流密度较小的磁阻效应元件的实现。

自旋霍尔效应依赖于自旋轨道相互作用的大小。非专利文献2中，自旋轨道转矩配线使用具有产生自旋轨道相互作用的d电子的重金属即Ta。另外，已知作为半导体的GaAs中，通过由于空间性的反转对称性的崩溃产生的结晶内部的电场，产生自旋轨道相互作用。

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).

非专利文献2：S.Fukami,T.Anekawa,C.Zhang,and H.Ohno,NatureNanotechnology,DOI:10.1038/NNANO.2016.29.

发明所要解决的课题