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トンネル磁気抵抗素子および磁気ランダムアクセスメモリ

国内特許コード P03A003184
整理番号 A111P33
掲載日 2003年12月22日
出願番号 特願2001-279289
公開番号 特開2003-086863
登録番号 特許第3815601号
出願日 平成13年9月14日(2001.9.14)
公開日 平成15年3月20日(2003.3.20)
登録日 平成18年6月16日(2006.6.16)
発明者
  • 湯浅 新治
  • 長濱 太郎
  • 鈴木 義茂
出願人
  • 独立行政法人産業技術総合研究所
発明の名称 トンネル磁気抵抗素子および磁気ランダムアクセスメモリ
発明の概要 非磁性中間層の電子散乱を抑える素子構造を開発し、非磁性中間層の精密な膜厚制御により磁気抵抗効果を抑え、磁気抵抗効果のバイアス電圧依存性を人為的に制御することができるトンネル磁気抵抗素子を提供する。MgO(100)単結晶、高配向多結晶又はSi(100),GaAs(100)単結晶基板上にPt,Co,Cuの順にバッファー層を成長し、表面を非常に平坦にした後に、Co(100)単結晶電極11及びCu(100)非磁性単結晶中間層12を成長し、その上にアルミナバリヤ(Al-Obarrier)13と強磁性多結晶上部電極(Ni-Fe poly-crystal)14を成長させ、磁気抵抗効果がバイアス電圧に対して振幅動的に変化するトンネル磁気抵抗素子を得た。
従来技術、競合技術の概要
トンネル磁気抵抗効果とは、絶縁体を強磁性金属の電極で挟んだトンネル接合において、その電気抵抗が二つの強磁性電極の磁化の相対的な向きによって変化する現象である。磁気抵抗の大きさは以下の式で表される。
【0003】
【数1】
この現象は、1995年に発見され〔T.Miyazaki and N.Tezuka,J.Magn.Magn.Mater.,Vol.139(1995)L231.〕、現在では、固定磁気ディスクのピックアップヘッドの磁場センサーや強磁性ランダムアクセスメモリーへの応用研究が進んでいる。この効果を利用して磁気センサーや強磁性ランダムアクセスメモリーを実現するには、有限のバイアス電圧下の磁気抵抗効果の大きさを人為的に制御できることが望ましい。
【0004】
しかし、一般にトンネル磁気抵抗効果はバイアス電圧の増加にともない単調に減少してしまう。このバイアス電圧の増加に伴う磁気抵抗効果の減少は、マグノン散乱やフォノン散乱の増大に起因する本質的なものなので簡単には制御できない。そこで、例えば、トンネル障壁層を二重にしてバイアス電圧の増加に対する磁気抵抗効果の減少を抑える試みがなされている。
【0005】
一方、Moodera等は、強磁性電極とバリヤ層の間に多結晶非磁性中間層を挟んで磁気抵抗のバイアス依存性を変化させることを試みた(Moodera,Phys.Rev.Lett.,vol.83,1999,page 3029-3032.)。
【0006】
図7はかかる磁気抵抗効果素子のゼロバイアス、77KでのAu中間層の膜厚に対する接合磁気抵抗効果の依存性を示す図であり、横軸にAu中間層の厚さ(nm)、縦軸に磁気抵抗効果を示している。また、図8はそのバイアス電圧に対する磁気抵抗効果の依存性を示す図であり、横軸にバイアス電圧(V)、縦軸に磁気抵抗効果を示している。
産業上の利用分野
本発明は、トンネル磁気抵抗素子に係り、特に、その磁気抵抗効果のバイアス電圧依存性を制御したトンネル磁気抵抗素子および磁気ランダムアクセスメモリに関する。
特許請求の範囲 【請求項1】 バリヤ層と強磁性電極の間にCuの(100)面からなる非磁性金属単結晶中間層を挿入した構造を有することを特徴とするトンネル磁気抵抗素子。
【請求項2】 請求項1記載のトンネル磁気抵抗素子において、前記中間層の厚さが2~32Åであることを特徴とするトンネル磁気抵抗素子。
【請求項3】 請求項1記載のトンネル磁気抵抗素子において、前記強磁性電極の下地層または基板がMgO(100)単結晶であることを特徴とするトンネル磁気抵抗素子。
【請求項4】 請求項1記載のトンネル磁気抵抗素子において、前記強磁性電極の下地層または基板がGaAs(100)単結晶であることを特徴とするトンネル磁気抵抗素子。
【請求項5】 請求項1~の何れか一項記載のトンネル磁気抵抗素子をマトリックス型磁気ランダムアクセスメモリのワード線とビット線の交差点に接続配置することを特徴とする磁気ランダムアクセスメモリ。
産業区分
  • 固体素子
  • 磁性材料
  • 電子応用機器
国際特許分類(IPC)
Fターム
画像

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出願権利状態 権利存続中
参考情報 (研究プロジェクト等) CREST 電子・光子等の機能制御 領域
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