JP6428988B1 - スピン素子の安定化方法及びスピン素子の製造方法 - Google Patents
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Abstract
Description
すなわち本発明は、上記課題を解決するため、以下の手段を提供する。
図1は、本実施形態にかかるスピン素子の一例であるスピン軌道トルク型磁気抵抗効果素子10の断面模式図である。図1に示すスピン軌道トルク型磁気抵抗効果素子10は、素子部1とスピン軌道トルク配線(通電部)2とを備える。スピン軌道トルク配線2の素子部1を挟む位置には、導電性を有する第1電極3及び第2電極4を備える。
以下、通電部が延在する第1の方向をx方向、素子部1の積層方向(第2の方向)をz方向、x方向及びz方向のいずれにも直交する方向をy方向と規定して説明する。
<スピン軌道トルク配線>
スピン軌道トルク配線2は、x方向に延在する。スピン軌道トルク配線2は、素子部1のz方向の一面に接続されている。スピン軌道トルク配線2は、素子部1に直接接続されていてもよいし、他の層を介し接続されていてもよい。
素子部1は、第1強磁性層1Aと第2強磁性層1Bとこれらに挟まれた非磁性層1Cとを備える。素子部1は、スピン軌道トルク配線2と交差する第2の方向(z方向)に積層されている。
図2は、本実施形態にかかるスピン素子の一例である磁壁移動型磁気記録素子20の断面模式図である。図2に示す磁壁移動型磁気記録素子20は、素子部11と磁気記録層(通電部)12とを備える。磁気記録層12の素子部11を挟む位置には、導電性を有する第1電極3及び第2電極4を備える。
素子部11は、第1強磁性層11Aと非磁性層11Bとを備える。第1強磁性層11A及び非磁性層11Bは、図1に示すスピン軌道トルク型磁気抵抗効果素子10と同様のものを用いることができる。
磁気記録層12は、x方向に延在している。磁気記録層12は、内部に磁壁12Aを有する。磁壁12Aは、互いに反対方向の磁化を有する第1の磁区12Bと第2の磁区12Cとの境界である。図2に示す磁壁移動型磁気記録素子20は、第1の磁区12Bが+x方向に配向した磁化を有し、第2の磁区12Cが−x方向に配向した磁化を有する。
上述のように、本実施形態にかかるスピン素子の安定化方法は、スピン素子に所定量以上のエネルギーを与え、スピン素子の抵抗値を安定化させる方法である。
本実施形態にかかるスピン素子の製造方法は、第1の方向に延在する通電部の一面に、強磁性体を含む素子部を形成する工程と、上述のスピン素子の安定化方法に従い、通電部にパルス電流を通電する工程と、を有する。
図1に示すスピン軌道トルク型磁気抵抗効果素子10を作製した。具体的には、Auからなる第1電極3及び第2電極4を設けた基板状にスピン軌道トルク配線2となる層を積層した。スピン軌道トルク配線2となる層としては、Taを3nm積層した。そして、フォトリソグラフィーによりスピン軌道トルク配線2となる層を配線状に加工し、スピン軌道トルク配線2を作製した。スピン軌道トルク配線2は、y方向の幅が0.2μm、x方向の長さが0.7μmであった。スピン軌道トルク配線2を構成するTaの活性化エネルギーは414kJ/molであった。
第1強磁性層1A:CoFeB、0.8nm
非磁性層1C:MgO、2.5nm
第2強磁性層1B:CoFeB、1.0nm
更に熱安定性を向上させるために、第2強磁性層1Bの上に、Ru(0.42nm)と、[Co(0.4nm)/Pt(0.8nm)]nとを積層し、シンセティック構造とした。
実施例2は、パルス電流を印加する環境温度を50℃とした点が実施例1と異なる。その他の条件は、実施例1と同じとした。
実施例3は、パルス電流を印加する環境温度を−100℃とした点が実施例1と異なる。また印加したパルス電流のパルス幅を10nsecとし、パルス電流を印加する際の待ち時間を100nsecとした点も実施例1と異なる。その他の条件は、実施例1と同じとした。
実施例4〜6は、スピン軌道トルク配線2を構成する材料をPtに変えた点が実施例1〜3と異なる。Ptは、実施例1〜3に用いたTaと比較して活性化エネルギーが小さく、279kJ/molである。また、スピンホール角の極性が異なる材料である。その他の条件は、実施例1〜3と同様にした。実施例4は実施例1と同じ環境温度であり、実施例5は実施例2と同じ環境温度であり、実施例6は実施例3と同じ環境温度である。
実施例7〜9は、スピン軌道トルク配線2を構成する材料をWに変えた点が実施例1〜3と異なる。Wは、実施例1〜3に用いたTaと比較して活性化エネルギーが大きく、622kJ/molである。その他の条件は、実施例1〜3と同様にした。実施例7は実施例1と同じ環境温度であり、実施例8は実施例2と同じ環境温度であり、実施例9は実施例3と同じ環境温度である。
1A、11A 第1強磁性層
1B 第2強磁性層
1C、11B 非磁性層
2 スピン軌道トルク配線
3 第1電極
4 第2電極
10 スピン軌道トルク型磁気抵抗効果素子
12 磁気記録層
12A 磁壁
12B 第1の磁区
12C 第2の磁区
20 磁壁移動型磁気記録素子
Claims (8)
- 第1の方向に延在する通電部と、前記通電部の一面に積層され、強磁性体を含む素子部と、を備えるスピン素子において、
環境温度が20℃以上50℃未満の場合、前記通電部の前記第1の方向に、電流密度が1.0×107A/cm2以上1.0×109A/cm2以下、パルス幅が1nsec以上100nsec以下のパルス電流を、印加する前記パルス電流のパルス幅の10倍以上の待ち時間をおいて、108回以上印加する、スピン素子の安定化方法。 - 第1の方向に延在する通電部と、前記通電部の一面に積層され、強磁性体を含む素子部と、を備えるスピン素子において、
環境温度が50℃以上200℃以下の場合、前記通電部の前記第1の方向に、電流密度が1.0×107A/cm2以上1.0×109A/cm2以下、パルス幅が1nsec以上100nsec以下のパルス電流を、印加する前記パルス電流のパルス幅の10倍以上の待ち時間をおいて、107回以上印加する、スピン素子の安定化方法。 - 第1の方向に延在する通電部と、前記通電部の一面に積層され、強磁性体を含む素子部と、を備えるスピン素子において、
環境温度が−100℃以上20℃未満の場合、前記通電部の前記第1の方向に、電流密度が1.0×107A/cm2以上1.0×109A/cm2以下、パルス幅が10nsec以上1μsec以下のパルス電流を、印加する前記パルス電流のパルス幅以上の待ち時間をおいて、107回以上印加する、スピン素子の安定化方法。 - 前記通電部を構成する元素の活性化エネルギーが200kJ/mol以上である、請求項1〜3のいずれか一項に記載のスピン素子の安定化方法。
- 前記通電部がスピン軌道トルク配線であり、前記素子部が第1強磁性層と第2強磁性層とこれらに挟まれた非磁性層とを備える、請求項1〜4のいずれか一項に記載のスピン素子の安定化方法。
- 前記通電部が磁壁を備える磁気記録層であり、前記素子部が前記磁気記録層側から非磁性層と第3強磁性層とを備える、請求項1〜4のいずれか一項に記載のスピン素子の安定化方法。
- 前記スピン素子が複数存在するアレー素子において、
n回目に前記パルス電流を印加する前記スピン素子と、n+1回目に前記パルス電流を印加する前記スピン素子と、を変える、請求項1〜6のいずれか一項に記載のスピン素子の安定化方法。 - 第1の方向に延在する通電部の一面に、強磁性体を含む素子部を形成する工程と、
請求項1〜7のいずれか一項に記載のスピン素子の安定化方法に従い、前記通電部にパルス電流を通電する工程と、を有するスピン素子の製造方法。
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