[发明专利]隧道势垒层及其制造方法、磁阻效应元件和绝缘层

说明书

本发明提供一种隧道势垒层，其包含非磁性氧化物，晶体结构既包括规则尖晶石结构也包括不规则尖晶石结构。

技术领域

本发明涉及隧道势垒层及其制造方法、磁阻效应元件和绝缘层。

本申请基于2019年3月22日申请的日本专利申请2019-055048号、2020年3月10日申请的日本专利申请2020-041278号主张优先权，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大磁阻(GMR)元件、和使用绝缘层(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元件与GMR元件相比，元件电阻高，磁阻(MR)比大。作为磁传感器、高频部件、磁头和非易失性随机存取存储器(MRAM)用的元件，TMR元件备受瞩目。

根据电子隧道传导机理的不同，TMR元件能够分为两种。一种是仅利用铁磁性层间的波函数的渗出效应(隧道效应)的TMR元件。另一种是保持波函数的对称性的相干隧道(仅使具有特定的波函数的对称性的电子贯穿)起支配作用的TMR元件。相干隧道起支配作用的TMR元件可得到比仅利用隧道效应的TMR元件大的MR比。

MgO是产生相干隧道现象的隧道势垒层的一例。另外，作为代替MgO的材料，也研究出了例如含有Mg、Al、O的三元系氧化物(Mg－Al－O)。与MgO相比，Mg－Al－O与铁磁性体的晶格匹配性提高，即使施加高电压，与现有的MgO相比，MR比也不易低。

例如，日本专利第5586028号公报中记载了一种将具有尖晶石型的晶体结构的MgAl₂O₄用于隧道势垒层的例子。

另外，日本专利第5988019号公报中记载了一种具有立方晶晶体(不规则尖晶石结构)的三元系氧化物(Mg－Al－O)，该立方晶晶体(不规则尖晶石结构)具有尖晶石结构的一半的晶格常数。由于不规则尖晶石结构是亚稳态结构，因此，能够不限定于尖晶石型结构的化学计量组成地构成隧道势垒层。不规则尖晶石结构通过调节Mg－Al组成比，能够使晶格常数连续地变化。另外，日本专利第5988019号公报中记载了一种组合不规则尖晶石结构的隧道势垒层和BCC型Co－Fe系铁磁性层而成的磁阻效应元件。当组合不规则尖晶石结构的隧道势垒层和BCC型Co－Fe系铁磁性层时，能带折叠效应被抑制，磁阻效应元件稳定地呈现大的MR比。

发明内容

发明所要解决的课题

日本专利第5586028号公报中记载的规则尖晶石结构的隧道势垒层无法得到充分大的MR比。另外，日本专利第5988019号公报中记载的不规则尖晶石结构的隧道势垒层在施加了高电压时，MR比容易降低。为了提高磁阻效应元件的输出电压，要求具有大的MR比和高的耐电压性。

本发明鉴于这样的情况，以提供一种能够提高输出电压的磁阻效应元件作为课题。

用于解决课题的方法

本发明的发明人将规则尖晶石结构和不规则尖晶石结构同时导入隧道势垒层中。为了解决上述课题，本发明提供以下技术方案。

(1)第一方式的隧道势垒层包含非磁性氧化物，晶体结构既包括规则尖晶石结构也包括不规则尖晶石结构。

(2)在上述方式的隧道势垒层中，上述不规则尖晶石结构的晶格常数也可以为上述规则尖晶石结构的晶格常数的大致一半。

(3)上述方式的隧道势垒层在使用了透射型电子显微镜的纳米束电子衍射中，可以包含显示第一电子射线图案的第一部分、显示第二电子射线图案的第二部分和显示近似第一电子射线图案的第三部分中的至少两个。

(4)在上述方式的隧道势垒层在使用了透射型电子显微镜的纳米束电子衍射中，可以仅由显示近似第一电子射线图案的第三部分构成。