磁致电阻元件制造技术

根据本发明专利技术的一方面，提供一种磁致电阻元件，包括：其中磁化方向通过自旋极化电子改变的自由层，该自由层具有被非磁性层分开的铁磁层，其中在铁磁层中，有非磁性层插入其间的两个相邻的铁磁层以反铁磁性的方式彼此耦合；在铁磁层中，其中磁化方向是第一方向的至少一个铁磁层的总的磁化强度的绝对值和其中磁化方向是与第一方向相反的第二方向的至少一个铁磁层的总的磁化强度的绝对值之间的差值等于或小于５×１０↑［－１５］ｅｍｕ；并且，与铁磁层的衬底平行的平面越远离该衬底，所述平面越小。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种磁致电阻元件和磁性存储器，更具体地说，涉及一种通过供应自旋极化电子实现写操作的磁致电阻元件和磁性存储器。
技术介绍
在传统中，已经运用了应用磁场来控制磁体的磁化方向的方法。例如，在硬盘驱动器中，通过从记录头中产生的磁场使介质的磁化方向反向，由此实施写操作。此外，在固态磁性存储器中，通过将由输送给在磁致电阻效应元件的附近提供的导线的电流引起的电流磁场施加到单元中，控制单元的磁化方向。通过外部磁场对磁化方向进行控制具有较长的历史，并且可以说是比较可靠的技术。在另一方面，随着近来纳米技术的发展，使磁性材料极大地小型化已经成为可能，因此需要一种局部实施纳米级的磁化控制。然而，磁场实质上在空间上易于传播，因此，局部化困难。在位或单元小型化时在选择特定的位或单元以控制它的磁化方向的情况下，相邻的位或单元受磁场影响的串扰问题变得严重。此外，如果磁场发生源被减小以使磁场局部化，则发生的问题是不能获得充分产生的磁场。此外，在其中磁体作为介质提供的记录元件中，存在的危险是记录状态相对于被称为磁场的干扰变得不稳定。存在致命的问题是由于外部磁场的强度和磁致电阻元件或者平均的磁特性的组合会造成记录的擦除或者不正确信息的写。在写的过程中可能发生磁场作为干扰侵入的问题。在这种情况下，记录不正确的信息。近年来，已经发现了“电流直接驱动型磁化反向”，其中电流输送给磁体，由此产生磁化反向(例如参见F.J.Albert等人，Appl.Phy.Lett.77，3809(2001))。在这种反向中，通过使电流通过磁性层使电流自旋极化，并输送自旋极化电流，由此使目标磁性层的磁化反向。自旋极化电子所具有的角运动量传递给要磁性反向的磁体的角运动量并作用于它，由此使磁体的磁化反向。通过使用这种现象，可以更加直觉地作用于毫微级磁体，可以实施记录到更小的磁体中。然而，也是在利用“电流方向驱动型磁化反向”的情况下，由于具有作为干扰侵入的磁场的缘故可能发生在记录状态下的改变。此外，在电流驱动写的过程中，存在的问题是由于具有作为干扰侵入的外部磁场的强度造成改变写所要求的电流。即，存在的问题是由于在写过程中作为干扰侵入的磁场造成记录了不正确信息。此外，存在与可靠性相关的问题，因为由反向所要求的电流引起的热影响，造成对元件的破坏。专利技术概述根据本专利技术的一方面，提供了一种磁致电阻元件，包括其中磁化方向通过自旋极化电子改变的自由层，该自由层具有被非磁性层分开的铁磁层，其中在铁磁层中，有非磁性层插入其间的两个相邻的铁磁层在反铁磁性的方式彼此耦合；在铁磁层中，其中磁化方向是第一方向的至少一个铁磁层的总的磁化强度的绝对值和其中磁化方向是与第一方向相反的第二方向的至少一个铁磁层的总的磁化强度的绝对值之间的差值等于或小于1×10-15emu；并且，与铁磁层的衬底平行的平面越远离该衬底，所述平面越小。附图概述附附图说明图1A和1B所示为根据本专利技术的第一实施例的磁致电阻元件的基本剖面结构的示意图；附图2A和2B所示为根据本专利技术的实施例的磁致电阻元件的第二特定实例的示意性剖面图；附图3A和3B所示为根据本专利技术的实施例的磁致电阻元件的第三特定实例的示意性剖面图；附图4A和4B所示为写到在附图1A和1B中所示的记录部分RE中的机构的示意性剖面视图；附图5A和5B所示为在“反向型”的情况下写的机构的示意性剖面视图；附图6A和6B所示为在以反铁磁方式彼此耦合的层被定义为固定层时根据本专利技术的实施例的“普通型”的磁致电阻元件的写的机构的示意性剖面视图；附图7A和7B所示为在以反铁磁方式彼此耦合的层被定义为固定层时根据本专利技术的实施例的“普通型”的磁致电阻元件的写的机构的示意性剖面视图；附图8A和8B所示为在磁固定层提供在记录截面RE的顶部和底部上时“普通型”的磁致电阻元件的示意性剖面视图；附图9A和9B所示为使用其中以反铁磁性方式彼此耦合的磁性固定层的层状结构“普通型”的磁致电阻元件的示意性剖面视图；附图10A和10B所示为磁致电阻效应的原理视图；附图11A和11B所示为能够检测磁致电阻效应的磁致电阻元件的示意性视图；附图12A和12B所示为增加磁致电阻效应的磁致电阻元件的具体实例的示意性剖视图；附图13A和13B所示为增加磁致电阻效应的磁致电阻元件的另一具体实例的示意性剖视图；附图14所示为铁磁层FM1和FM2的静态磁性耦合的示意性剖视图；附图15所示为具有在其上提供有磁性固定层的磁致电阻元件的示意性剖视图；附图16A和16B所示为其中提供了反铁磁层以磁化并固定磁性固定层的磁致电阻元件的示意性剖视图；附图17A和17B所示为其中提供了反铁磁层以磁化并固定磁性固定层的磁致电阻元件的示意性剖视图；附图18所示为其中提供了反铁磁层以磁化并固定磁性固定层的磁致电阻元件的示意性剖视图；附图19所示为通过非磁性层NM绘制中间层交互作用的曲线图；附图20A和20B所示为通过本专利技术人制作的磁致电阻元件的试样的剖面结构的示意性视图；附图21A是根据本专利技术的实例的试样1的磁致电阻效果的曲线图；附图21B所示为根据本专利技术的比较实例的试样2的磁致电阻效果的曲线图；附图22所示为在与试样2相关的外部磁场为零时的写特性的曲线图；附图23所示为在外部磁场用于试样2时的写特性的曲线图；附图24所示为与临界电流的磁场相关的变化的曲线图；附图25所示为在与试样1相关的外部磁场为零时的写特性的曲线图；附图26所示为在与试样1相关的磁场上的临界写电流的依赖关系的曲线图；附图27A和27B所示为通过本专利技术人制作的磁致电阻元件的试样的剖面结构的示意性视图；附图28A、28B、28C和28D所示为根据本专利技术的实例磁性存储器的存储器单元的剖面结构的示意性视图；附图29所示为根据本专利技术的实例的磁性存储器的等效电路的示意性视图；附图30所示为使用二极管的磁性存储器的示意性视图；附图31所示为根据本专利技术的实例的磁性存储器的结构的示意性透视图；附图32所示为根据本专利技术的实例的磁性存储器的示意性视图；附图33所示为其中单元10共享其自身的部分层的结构的示意性剖视图；附图34所示为在生产多个探针时探针的阵列结构的示意性视图。优选实施例的详细描述下文参考附图详细地描述本专利技术的一方面的磁致电阻元件。附图1A和1B所示为根据本专利技术的第一实施例的第一具体实例的磁致电阻元件的剖面结构的示意性视图。磁致电阻元件10具有记录部分RE，在记录部分RE中铁磁层FM1、非磁性层NM和铁磁层FM2直接或间接地顺序地层叠在衬底上。如下文详细描述，根据要求可以增加电极或者磁性固定层等(未示)以将信息记录(写)到记录部分RE中。在这个具体实例中，信息被记录为使铁磁层FM1和FM2的磁化M1和M2彼此反向平行。例如，如附图1A所示，在铁磁层FM1的磁化M1向右朝你定向并且铁磁层FM2的磁化M2向左朝你定向的情况定义为“0”(或者“1”)。如附图1B所示，其中磁化M1和M2反向的状态分别指定为“1”(或者“0”)。这样，可以记录二值信息。此外，在这个具体实例中，铁磁层FM1的磁化M1和铁磁层FM2的磁化M2的绝对值彼此基本相等。在此，在将铁磁层FM1的每单位体积的磁化定义为Ma，而将该层的体积定义为Va，则磁化M1通过下式表示。M1＝Ma×Va (1本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种磁致电阻元件，包括：其中磁化方向被固定的固定层；其中磁化方向通过自旋极化电子而被改变的自由层，该自由层具有被非磁性层分开的铁磁层，其中在铁磁层中，有非磁性层插入其间的两个相邻的铁磁层以反铁磁性的方式彼此耦合；在铁磁层中， 其中磁化方向是第一方向的至少一个铁磁层的总的磁化强度的绝对值和其中磁化方向是与第一方向相反的第二方向的至少一个铁磁层的总的磁化强度的绝对值之间的差值等于或小于５×１０↑［－１５］ｅｍｕ；并且与铁磁层的衬底平行的平面越远离该衬底，所述平面越小；以及在固定层和自由层之间的中间层。

【技术特征摘要】
JP 2004-3-31 2004-1044801.一种磁致电阻元件，包括其中磁化方向被固定的固定层；其中磁化方向通过自旋极化电子而被改变的自由层，该自由层具有被非磁性层分开的铁磁层，其中在铁磁层中，有非磁性层插入其间的两个相邻的铁磁层以反铁磁性的方式彼此耦合；在铁磁层中，其中磁化方向是第一方向的至少一个铁磁层的总的磁化强度的绝对值和其中磁化方向是与第一方向相反的第二方向的至少一个铁磁层的总的磁化强度的绝对值之间的差值等于或小于5×10-15emu；并且与铁磁层的衬底平行的平面越远离该衬底，所述平面越小；以及在固定层和自由层之间的中间层。2.根据权利要求1的磁致电阻元件，其中各个铁磁层的磁化强度由该层的每单位体积的磁化强度和其体积之间的乘积来确定。3.根据权利要求1的磁致电阻元件，其中在铁磁层中，离衬底最远的铁磁层的厚度大于最接近衬底的铁磁层的厚度。4.根据权利要求1的磁致电阻元件，其中在垂直于自由层的衬底的方向上的剖面被形成为梯形。5.根据权利要求4的磁致电阻元件，其中自由层的侧面具有相对于衬底的大于等于30°并小于等于85°的角度。6.根据权利要求1的磁致电阻元件，其中在自由层的侧面上经由绝缘层配置磁轭。7.根据权利要求1的磁致电阻元件，其中由固定层、自由层和中间层产生的磁致电阻效应是普通型和反向型中的一种。8.根据权利要求1的磁致电阻元件，其中中间层具有绝缘体、半导体、导电体和针孔，并且由填充有在针孔内包含磁体的导电体的绝缘体之一组成。9.根据权利要求1的磁致电阻元件，其中固定层具有被非磁性层分开的铁磁层，有非磁性层插入其间的两个相邻的铁磁层以反铁磁性的方式彼此耦合。10.一种磁致电阻元件，包括其中磁化方向被固定的第一和第二固定层；其中磁化方向通过自旋极化电子改变的并且位于第一和第二固定层之间的自由层，该自由层具有被...

【专利技术属性】
技术研发人员：中村志保，羽根田茂，
申请(专利权)人：株式会社东芝，
类型：发明
国别省市：JP[日本]