[发明专利]自旋轨道转矩型磁化旋转元件、自旋轨道转矩型磁阻效应元件以及磁存储器

说明书

本发明的自旋轨道转矩型磁化旋转元件具备自旋轨道转矩配线、以及层叠于所述自旋轨道转矩配线的层叠体，所述层叠体从所述自旋轨道转矩配线侧起，依次具备第一铁磁性层、含氧化物层和第二铁磁性层，所述含氧化物层包含非磁性元素的氧化物，所述第一铁磁性层与所述第二铁磁性层铁磁性耦合。

技术领域

本发明涉及一种自旋轨道转矩型磁化旋转元件、自旋轨道转矩型磁阻效应元件以及磁存储器。本申请基于2018年5月31日在日本申请的日本特愿2018-105393号主张优先权，并将其内容援引于此。

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、以及在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。这些元件被用于磁传感器、高频部件、磁头以及非易失性随机存取存储器(MRAM)等。

MRAM利用夹持绝缘层的两个铁磁性层的相互的磁化方向改变时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，已知有利用由电流产生的磁场来进行写入(磁化反转)的方式或者利用在磁阻效应元件的层叠方向流通电流而产生的自旋转移矩(STT)来进行写入(磁化反转)的方式。

在利用STT进行写入的磁阻效应元件中，试图减小发生磁化反转的铁磁性层的阻尼常数。例如，专利文献1中公开了将阻尼常数设定为0.01以下。已知利用了STT的临界写入电流密度与铁磁性层的阻尼常数成比例，并且从节能、高耐久性以及高集成的观点来看，优选使用阻尼常数低的材料。近年来，Mn-Ga或Mn-Ge合金作为具有低阻尼常数的材料受到期待。然而，铁磁性层的阻尼常数低也存在因读取电流而发生误写入的可能性，同时也产生降低作为设备的可靠性的问题。

阻尼常数是起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，如果减小阻尼常数，则磁各向异性能量也变小。当磁各向异性能量变小时，铁磁性层的磁化变得容易反转，并且数据的读写变得容易。

另外，非专利文献1中公开了作为通常在磁阻效应元件中使用的材料的Co-Fe合金的阻尼常数小于0.01。根据非专利文献1，通过溅射制造的Co-Fe-B合金也同样地其阻尼常数小于0.01。在Co-Fe-B合金中，阻尼常数为0.01以上的合金仅为不能获得高输出特性的BCC结构以外的结构。因此，对于使用了STT的磁阻效应元件，使用阻尼常数小于0.01的铁磁性材料。

另一方面，近年来，作为降低反向电流的方法，利用了由自旋轨道相互作用产生的纯自旋流的磁化反转备受关注(例如，非专利文献2)。自旋轨道相互作用产生的纯自旋流会引起自旋轨道转矩(SOT)。纯自旋流通过相同数量的向上自旋电子和向下自旋电子相互向相反方向流动而产生。对于纯自旋流，由于向相反方向流动的电子的数量相同，因此，电荷的流动被抵消。因此，由于纯自旋流流动而使流过磁阻效应元件的电流为零，可以期待磁阻效应元件的长寿化。

在使用了SOT的磁化反转中，阻尼常数也是影响磁化反转的行为的要素之一。非专利文献3公开了在Pt氧化物膜、Ni₈₁Fe₁₉和氧化物盖层的层叠体中，通过提高Pt氧化物膜的氧化度，从而Ni₈₁Fe₁₉的阻尼常数变大。

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).