[发明专利]自旋流磁化反转元件及其制造方法、磁阻效应元件、磁存储器

说明书

本发明的自旋流磁化反转元件具备磁化方向可变的第一铁磁性金属层、以及与上述第一铁磁性金属层接合且沿着相对于上述第一铁磁性金属层的法线方向交叉的方向延伸的自旋轨道转矩配线，上述自旋轨道转矩配线利用由两种以上的元素构成的非磁性体构成，在与上述第一铁磁性金属层接合的第一面与位于其相反侧的第二面之间，上述非磁性体的组成比具有不均匀的分布。

技术领域

本发明涉及自旋流磁化反转元件及其制造方法、磁阻效应元件、磁存储器。

本申请基于2016年12月2日在日本申请的特愿2016-235327号主张优先权，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。一般而言，相比于GMR元件，TMR元件的元件电阻高，但TMR元件的磁阻(MR)比比GMR元件的MR比大。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元件备受关注。

MRAM中，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元件的元件电阻会变化的特性，读写数据。作为MRAM的写入方式，已知有利用电流制作的磁场进行写入(磁化反转)的方式及利用沿磁阻效应元件的叠层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。从能量效率的观点考虑时，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较高。为了提高TMR元件的耐久性，优选该反转电流密度较低。该点对于GMR元件也一样。

由STT产生的反转电流密度与构成铁磁性层的铁磁性体的体积成比例，因此，尝试着通过缩小铁磁性体的体积，降低反转电流密度。但是，另一方面，存在当缩小铁磁性体的体积时，磁记录保持时间变短的问题。这是由于，铁磁性体的能量依赖于磁各向异性能量和铁磁性体的体积，因此，如果减小铁磁性体的体积时变弱，不能保持铁磁性的磁秩序，作为其结果，引起由于来自外部的热而成为热干扰的状态。因此，为了保持磁记录保持时间，也要求抗热干扰较强，热稳定性较高，但在利用了STT的方法中，未缩小铁磁性体的体积，难以降低反转电流密度。

因此，近年来，作为通过与STT不同的机制降低反转电流的手段，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1～3)。通过自旋轨道相互作用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。另外，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。但是，对于这些机制还不明确。纯自旋流是通过向上自旋的电子和向下自旋的电子以相同数目相互反向地流通而产生的，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，但作为现状，非专利文献1等中报告了由SOT引起的反转电流密度与由STT产生的反转电流密度为同程度。

现有技术文献

非专利文献

非专利文献1：S.Fukami，T.Anekawa，C.Zhang和H.Ohno，Nature Nano Tech(2016)，DOI：10.1038/NNANO.2016.29

非专利文献2：S.Fukami，C.Zhang，S.DuttaGupta，A.Kurenkov和H.Ohno，Naturematerials(2016)，DOI：10.1038/NMAT4566

非专利文献3：Y.Niimi，et al，Phys.Revi.Lett.，109，156602(2012)

发明内容

发明所要解决的技术问题

本发明是鉴于上述情况而完成的，其目的在于，提供一种利用纯自旋流的磁化反转能够降低反转电流密度的自旋流磁化反转元件及其制造方法、以及该自旋流磁化反转元件具备的磁阻效应元件、以及具备多个该磁阻效应元件的磁存储器。