[发明专利]磁化反转元件、磁阻效应元件和存储设备

说明书

该磁化反转元件具有：铁磁性金属层；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，上述铁磁性金属层位于上述自旋轨道转矩配线的一个面上，从上述自旋轨道转矩配线注入上述铁磁性金属层的自旋的方向相对于上述铁磁性金属层的磁化的方向交叉，上述铁磁性金属层的阻尼常数大于0.01。

技术领域

本发明涉及磁化反转元件、磁阻效应元件和存储设备。

本申请基于2017年2月24日在日本申请的特愿2017－033053号主张优先权，在此引用其内容。

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)元件以及作为非磁性层使用了绝缘层(隧道势垒层、势垒层)的隧道磁阻(TMR)元件。这些元件用于磁传感器、高频部件、磁头以及非易失性随机存取存储器(MRAM)等。

在MRAM中，利用夹持绝缘层的两个铁磁性层彼此的磁化方向发生变化时TMR元件的元件电阻发生变化这种特性读写数据。作为MRAM的写入方式，已知有利用电流形成的磁场进行写入(磁化反转)的方式、利用在磁阻效应元件的层叠方向流动电流而产生的自旋转移转矩(STT)进行写入(磁化反转)的方式。

在利用STT进行写入的磁阻效应元件中，尝试减小进行磁化反转的铁磁性金属层的阻尼常数。例如，专利文献1中记载了使阻尼常数为0.01以下的情况。已知利用了STT的临界写入电流密度与铁磁性金属层的阻尼常数成比例，从节能、高耐久性和高集成的观点来看，优选使用阻尼常数低的材料。近年来，Mn－Ga、Mn－Ge合金被期待为阻尼常数低的材料。但是，铁磁性金属层的阻尼常数低时，有可能因读入电流而进行错误写入，同时也产生降低作为设备的可靠性这样的问题。

阻尼常数是源于自旋轨道相互作用的物理量。因此，阻尼常数与磁各向异性能量具有密切的关系。通常，阻尼常数减小时，磁各向异性能量也减小。磁各向异性能量减小时，铁磁性金属层的磁化易反转，数据读写变得容易。

另外，在非专利文献1中记载了作为通常用于磁阻效应元件的材料的Co－Fe合金的阻尼常数低于0.01。对于通过溅射制作的Co－Fe－B合金也同样。在Co－Fe－B合金中阻尼常数为0.01以上只是不能得到高的输出特性的BCC结构以外的结构的情况。因此，作为使用了STT的磁阻效应元件，使用阻尼常数低于0.01的铁磁性材料。

另一方面，近年来，作为降低反转电流的方法，利用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2)。通过自旋轨道相互作用生成的纯自旋流诱发自旋轨道转矩(SOT)。纯自旋流通过朝上自旋的电子和朝下自旋电子以相同数目相互反向地流动而产生，电荷的流动相抵。因此，在磁阻效应元件中流动的电流为零，期待着磁阻效应元件的长寿命化。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开2011－258596号公报

非专利文献

非专利文献1：M.Oogane,T.Wakitani,S.Yakata,R.Yilgin,Y.Ando,A.Sakuma andT.Miyazaki,Japanease Journal of Applied Physics,Vol.45,pp.3889-3891(2006).

非专利文献2：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

发明所要解决的课题