JP2008004956A - 磁気抵抗素子及びその製造方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】単結晶MgO(001)基板11を準備し、50nm厚のエピタキシャルFe(001)下部電極(第1電極)17をMgO(001)シード層15上に室温で成長し、次いで、超高真空(2×10−8Pa)において、350℃でアニールを行う。2nm厚のMgO(001)バリア層21をFe(001)下部電極(第1電極)17上に室温でエピタキシャル成長する。この際、MgOの電子ビーム蒸着を用いた。MgO(001)バリア層21上に室温で、厚さ10nmのFe(001)上部電極(第2電極)23を形成した。連続して、10nm厚さのCo層21をFe(001)上部電極(第2電極)23上に堆積した。次いで、上記の作成試料を微細加工してFe(001)/MgO(001)/Fe(001)TMR素子を形成する。これによりMRAMの出力電圧値を高めることができる。
【選択図】図2
Description
ここで、Rp及びRapは、2つの電極の磁化が平行と反平行の場合のトンネル接合抵抗である。Jullireの公式によれば、低バイアス電圧におけるMR比は、以下のように表される。
MR比=(Rap−Rp)/Rp=2P1P2/(1−P1P2)であり、
Pα=(Dα↑(EF)−Dα↓(EF))/(Dα↑(EF)+Dα↓(EF)、α=1,2 (1)
と表される。
ここで、mは自由電子の質量(9.11×10−31kg)、eは素電荷(1.60×10−19C)、hはプランク定数(6.63×10−34J・s)である。また、トンネル障壁の有効厚さΔsは、Δs≒tMgO−0.5nmである。TMR素子の低バイアス電圧領域のJ−V特性を(2)式にフィッティングすれば、トンネル障壁の高さφを簡便かつ正確に見積もることが出来る。
Claims (13)
- トンネル障壁層と、前記トンネル障壁層の第1面側に形成されたBCC構造を有する第1の強磁性体層と、前記トンネル障壁層の第2面側に形成されたBCC構造を有する第2の強磁性体層と、を有する磁気トンネル接合構造を備えた磁気抵抗素子において、
前記トンネル障壁層が、単結晶MgO(001)あるいは(001)結晶面が優先配向した多結晶MgOであって、酸素欠損を有し、かつ、トンネル障壁の高さが0.2〜0.5eVのものからなり、
素子の室温での出力電圧が200mVより高いことを特徴とする磁気抵抗素子。 - トンネル障壁層と、前記トンネル障壁層の第1面側に形成されたFe(001)からなる第1の強磁性体層と、前記トンネル障壁層の第2面側に形成されたFe(001)からなる第2の強磁性体層と、を有する磁気トンネル接合構造を備えた磁気抵抗素子において、
前記トンネル障壁層が、単結晶MgO(001)あるいは(001)結晶面が優先配向した多結晶MgOであって、酸素欠損を有し、かつ、トンネル障壁の高さが0.2〜0.5eVのものからなり、
素子の室温での出力電圧が200mVより高いことを特徴とする磁気抵抗素子。 - トンネル障壁層と、前記トンネル障壁層の第1面側に形成されたBCC構造を有するFe系合金の単結晶(001)または(001)結晶面が優先配向した多結晶からなる第1の強磁性体層と、前記トンネル障壁層の第2面側に形成されたBCC構造を有するFe系合金の単結晶(001)または(001)結晶面が優先配向した多結晶からなる第2の強磁性体層と、を有する磁気トンネル接合構造を備えた磁気抵抗素子において、
前記トンネル障壁層が、単結晶MgO(001)あるいは(001)結晶面が優先配向した多結晶MgOであって、酸素欠損を有し、かつ、トンネル障壁の高さが0.2〜0.5eVのものからなり、
素子の室温での出力電圧が200mVより高いことを特徴とする磁気抵抗素子。 - (001)結晶面が優先配向した多結晶MgOであって、酸素欠損を有し、かつ、トンネル障壁の高さが0.2〜0.5eVのものからなることを特徴とする室温での出力電圧が200mVより高い磁気抵抗素子のトンネル障壁層。
- 基板を準備する第1工程と、
前記基板上に第1のFeまたはBCC構造を有するFe系合金の単結晶(001)層または(001)結晶面が優先配向した多結晶層を堆積する第2工程と、
前記第1のFeまたはBCC構造を有するFe系合金の(001)層上に、トンネル障壁層を高真空下において堆積する第3工程と、
前記トンネル障壁層上に第2のFeまたはBCC構造を有するFe系合金の単結晶(001)層または(001)結晶面が優先配向した多結晶層を形成する第4工程と、
を有する磁気抵抗素子の製造方法において、
前記トンネル障壁層が、単結晶MgO(001)あるいは(001)結晶面が優先配向した多結晶MgOであって、酸素欠損を有し、かつ、トンネル障壁の高さが0.2〜0.5eVのものからなり、
素子の室温での出力電圧が200mVより高いことを特徴とする方法。 - 単結晶MgO(001)あるいは(001)結晶面が優先配向した多結晶MgOからなる基板を準備する第1工程と、
前記基板上に第1のFeまたはBCC構造を有するFe系合金の単結晶(001)層または(001)結晶面が優先配向した多結晶層を堆積し、次いで、結晶化のためのアニールを行う第2工程と、
前記第1のFeまたはBCC構造を有するFe系合金の(001)層上にトンネル障壁層を高真空下において堆積する第3工程と、
前記トンネル障壁層上に第2のFeまたはBCC構造を有するFe系合金の単結晶(001)層または(001)結晶面が優先配向した多結晶層を形成する第4工程と、
を有する磁気抵抗素子の製造方法において、
前記トンネル障壁層が、単結晶MgO(001)あるいは(001)結晶面が優先配向した多結晶MgOであって、酸素欠損を有し、かつ、トンネル障壁の高さが0.2〜0.5eVのものからなり、
素子の室温での出力電圧が200mVより高いことを特徴とする方法。 - 前記第1工程と第2工程との間に、単結晶MgO(001)あるいは(001)結晶面が優先配向した多結晶MgOからなるシード層を成長させる工程を付加したことを特徴とする請求項5または6に記載の磁気抵抗素子の製造方法。
- 基板を準備する工程と、
前記基板上に第1のFeまたはBCC構造を有するFe系合金の単結晶(001)層または(001)結晶面が優先配向した多結晶層を堆積する工程と、
前記第1のFeまたはBCC構造を有するFe系合金の(001)層上にアモルファスMgO層を形成し、アニールにより前記アモルファスMgO層を結晶化して単結晶MgOx(001)あるいは(001)結晶面が優先配向した多結晶MgOx(0<x<1)からなるトンネル障壁層を形成する工程と、
前記トンネル障壁層上に第2のFeまたはBCC構造を有するFe系合金の単結晶(001)層または(001)結晶面が優先配向した多結晶層を堆積する工程と、
を有すること特徴とする磁気抵抗素子の製造方法。 - 前記アモルファスMgO層を形成するとき、スパッタリング法により、MgOxのx値を調整済みのターゲットを用いて堆積、形成することを特徴とする請求項8に記載の磁気抵抗素子の製造方法。
- 前記アモルファスMgOを形成する工程中に、MgOxのx値を調整する工程を含むことを特徴とする請求項8に記載の磁気抵抗素子の製造方法。
- トンネル障壁層と、前記トンネル障壁層の第1面側に形成されたアモルファス磁性合金からなる第1の強磁性体層と、前記トンネル障壁層の第2面側に形成されたアモルファス磁性合金からなる第2の強磁性体層と、を有する磁気トンネル接合構造を備えた磁気抵抗素子において、
前記トンネル障壁層が、(001)結晶面が優先配向した多結晶MgOであって、酸素欠損を有し、かつ、トンネル障壁の高さが0.2〜0.5eVのものからなり、
素子の室温での出力電圧が200mVより高いことを特徴とする磁気抵抗素子。 - トンネル障壁層と、前記トンネル障壁層の第1面側に形成された第1の強磁性体層と、前記トンネル障壁層の第2面側に形成された第2の強磁性体層と、を有する磁気トンネル接合構造を備えた磁気抵抗素子において、
前記トンネル障壁層が、(001)結晶面が優先配向した多結晶MgOであって、酸素欠損を有し、かつ、トンネル障壁の高さが0.2〜0.5eVのものからなり、
素子の室温での出力電圧が200mVより高いことを特徴とする磁気抵抗素子。 - 1つのトランジスタと、前記トランジスタの負荷として用いられる請求項1、2、3、11または12のいずれかに記載の磁気抵抗素子とを有する記憶素子。
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