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公開番号2025066629
公報種別公開特許公報(A)
公開日2025-04-23
出願番号2024064148
出願日2024-04-11
発明の名称金属窒化物、膜、積層体、素子、デバイス、膜の製造方法、磁気トンネル接合素子、及び、磁気デバイス
出願人住友化学株式会社,国立大学法人東京科学大学
代理人個人,個人,個人
主分類C01B 21/072 20060101AFI20250416BHJP(無機化学)
要約【課題】磁気トンネル接合の低消費電力化を可能とする金属窒化物、膜、積層体、素子、デバイス、膜の製造方法、磁気トンネル接合素子、及び、磁気デバイスを提供する。
【解決手段】金属酸化物は、ウルツ鉱型構造を有し、一般式Z_1-xM_xW_yN_1-yで表され、Zは、Al、In、及び、Gaからなる群から選ばれる少なくとも1つの元素であり、Mは、Sc、B、Gd、Cr、Zn、Y、La、Ce、Pr、Nd、Sm、Eu、Tb、Dy、Ho、Er、Tm、Yb、Ti、Hf、及び、Zrからなる群から選ばれる少なくとも1つの元素であり、Wは、O、S、Se、F、Cl、Br、及び、Iからなる群から選ばれる少なくとも1つの元素であり、0<x≦0.45、及び、0<y≦0.4であり、n型半導体ではない。
【選択図】図1
特許請求の範囲【請求項１】
ウルツ鉱型構造を有し、
一般式Ｚ
１－ｘ
Ｍ
ｘ
Ｗ
ｙ
Ｎ
１－ｙ
で表され、
Ｚは、Ａｌ、Ｉｎ、及び、Ｇａからなる群から選ばれる少なくとも１つの元素であり、
Ｍは、Ｓｃ、Ｂ、Ｇｄ、Ｃｒ、Ｚｎ、Ｙ、Ｌａ、Ｃｅ、Ｐｒ、Ｎｄ、Ｓｍ、Ｅｕ、Ｔｂ、Ｄｙ、Ｈｏ、Ｅｒ、Ｔｍ、Ｙｂ、Ｔｉ、Ｈｆ、及び、Ｚｒからなる群から選ばれる少なくとも１つの元素であり、
Ｗは、Ｏ、Ｓ、Ｓｅ、Ｆ、Ｃｌ、Ｂｒ、及び、Ｉからなる群から選ばれる少なくとも１つの元素であり、
０＜ｘ≦０．４５、及び、０＜ｙ≦０．４であり、
ｎ型半導体ではない、
金属窒化物。
続きを表示（約 410 文字）【請求項２】
Ｚは、Ａｌである、請求項１に記載の金属窒化物。
【請求項３】
Ｚは、Ｉｎである、請求項１に記載の金属窒化物。
【請求項４】
Ｚは、Ｇａである、請求項１に記載の金属窒化物。
【請求項５】
Ｍは、Ｓｃである、請求項１～４のいずれか一項に記載の金属窒化物。
【請求項６】
Ｍは、Ｂである、請求項１～４のいずれか一項に記載の金属窒化物。
【請求項７】
Ｗは、Ｏである、請求項１～４のいずれか一項に記載の金属窒化物。
【請求項８】
Ｗは、Ｓである、請求項１～４のいずれか一項に記載の金属窒化物。
【請求項９】
Ｗは、Ｓｅである、請求項１～４のいずれか一項に記載の金属窒化物。
【請求項１０】
請求項１～４のいずれか一項に記載の金属窒化物を含む、膜。
（【請求項１１】以降は省略されています）
発明の詳細な説明【技術分野】
【０００１】
本開示は、金属窒化物、膜、積層体、素子、デバイス、膜の製造方法、磁気トンネル接合素子、及び、磁気デバイスに関する。
続きを表示（約 3,000 文字）【背景技術】
【０００２】
磁気トンネル接合（ＭａｇｎｅｔｉｃＴｕｎｎｅｌＪｕｎｃｔｉｏｎ＝ＭＴＪ）が知られている（例えば、特許文献１又は特許文献２）。ＭＴＪは、室温において巨大な磁気抵抗効果を示すことから、ハードディスクドライブ（ＨＤＤ）に搭載されている磁気ヘッドや磁気ランダムアクセスメモリ（ＭＲＡＭ）などに採用されている。ＭＴＪは、二つの強磁性層の間に絶縁層が配置された構造を有する。絶縁層の厚さが非常に薄いため、トンネル効果により二つの強磁性層の間に微小の電流（トンネル電流）が流れる。二つの強磁性層が互いに平行のとき、ＭＴＪの電気抵抗が低くなり、トンネル電流が増加する。一方、二つの強磁性層が互いに反平行のとき、ＭＴＪの電気抵抗が高くなり、トンネル電流が減少する。ＭＴＪを採用したデバイスでは、一方の強磁性層の磁化方向を反強磁性層により固定するとともに、他方の強磁性層の磁化方向を自由に反転できるようにして、電気抵抗を変化させる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
特開２０１４－２２９７０６号公報
特開２０２２－０６９２４７号公報
特開２００７－２６１８８３号公報
【非特許文献】
【０００４】
HC Lee, “Influence of sputtering pressure on the microstructure evolution of AlN thin films prepared by reactive sputtering”, Thin Solid Films, Volume 261, Issues 1-2, 1 June 1995, Pages 148-153
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上述のＭＴＪにおいて、外部磁界を用いて電気抵抗を変化させるには、大きな電力が必要である。よって、低消費電力化が望まれている。
【０００６】
本開示は、ＭＴＪの低消費電力化を可能とする金属窒化物、膜、積層体、素子、デバイス、膜の製造方法、磁気トンネル接合素子、及び、磁気デバイスを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明者らは、上記課題を解決すべく鋭意検討を進めたところ、ウルツ鉱型構造を有する特定の金属窒化物がＭＴＪの低消費電力化を可能とすることを見出し、本発明を想到した。
【０００８】
［１］
ウルツ鉱型構造を有し、
一般式Ｚ
１－ｘ
Ｍ
ｘ
Ｗ
ｙ
Ｎ
１－ｙ
で表され、
Ｚは、Ａｌ、Ｉｎ、及び、Ｇａからなる群から選ばれる少なくとも１つの元素であり、
Ｍは、Ｓｃ、Ｂ、Ｇｄ、Ｃｒ、Ｚｎ、Ｙ、Ｌａ、Ｃｅ、Ｐｒ、Ｎｄ、Ｓｍ、Ｅｕ、Ｔｂ、Ｄｙ、Ｈｏ、Ｅｒ、Ｔｍ、Ｙｂ、Ｔｉ、Ｈｆ、及び、Ｚｒからなる群から選ばれる少なくとも１つの元素であり、
Ｗは、Ｏ、Ｓ、Ｓｅ、Ｆ、Ｃｌ、Ｂｒ、及び、Ｉからなる群から選ばれる少なくとも１つの元素であり、
０＜ｘ≦０．４５、及び、０＜ｙ≦０．４であり、
ｎ型半導体ではない、
金属窒化物。
［２］
Ｚは、Ａｌである、［１］に記載の金属窒化物。
［３］
Ｚは、Ｉｎである、［１］に記載の金属窒化物。
［４］
Ｚは、Ｇａである、［１］に記載の金属窒化物。
［５］
Ｍは、Ｓｃである、［１］～［４］のいずれか一項に記載の金属窒化物。
［６］
Ｍは、Ｂである、［１］～［４］のいずれか一項に記載の金属窒化物。
［７］
Ｗは、Ｏである、［１］～［６］のいずれか一項に記載の金属窒化物。
［８］
Ｗは、Ｓである、［１］～［６］のいずれか一項に記載の金属窒化物。
［９］
Ｗは、Ｓｅである、［１］～［６］のいずれか一項に記載の金属窒化物。
［１０］
［１］～［９］のいずれか一項に記載の金属窒化物を含む、膜。
［１１］
［１０］に記載の膜と、
前記膜上に設けられた導電層と、を備える、積層体。
［１２］
［１１］に記載の積層体を備える、素子。
［１３］
［１２］に記載の素子を備える、デバイス。
［１４］
［１０］に記載の膜の製造方法であって、
スパッタリング工程を含む、膜の製造方法。
［１５］
磁化固定層である第１強磁性層と、
磁化自由層である第２強磁性層と、
前記第１強磁性層と前記第２強磁性層との間に介在するトンネル絶縁層と、
前記第１強磁性層上に設けられた金属窒化層と、
前記金属窒化層上に設けられた第１導電層と、を備え、
前記金属窒化層は、
ウルツ鉱型構造を有し、
一般式Ｚ
１－ｘ
【発明の効果】
【０００９】
本開示の一態様によれば、ＭＴＪの低消費電力化を可能とする金属窒化物、膜、積層体、素子、デバイス、膜の製造方法、磁気トンネル接合素子、及び、磁気デバイスが提供される。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
図１は、実施形態に係るＭＴＪ素子を示す断面図である。
図２は、実施形態に係るＭＲＡＭの単一セルを示す断面図である。
図３は、変形例に係るＭＴＪ素子を示す断面図である。
図４は、ＡＦＭを用いたＡｌ
０．７
Ｓｃ
０．３
Ｏ
０．０５
Ｎ
０．９５
膜の評価方法を説明する図である。
図５（ａ）は、書き込み領域及び書き込み電圧の説明図である。図５（ｂ）は、書き込み後の磁化状態を示すＭＦＭ像である。
図６（ａ）は、書き込み領域及び書き込み電圧の説明図である。図６（ｂ）は、書き込み後の表面形状を示すＡＦＭ像である。図６（ｃ）は、書き込み後の磁化状態を示す膜のＭＦＭ像である。
図７（ａ）は、Ａｌ
０．７
Ｓｃ
０．３
Ｏ
０．０５
Ｎ
０．９５
膜の磁化曲線を示すグラフである。図７（ｂ）は、Ａｌ
０．７
Ｓｃ
０．３
Ｏ
０．２
Ｎ
０．８
膜の磁化曲線を示すグラフである。
図８は、ＡｌＳｃＮ膜のＸ線回折の結果である。
図９は、Ａｌ
０．７
Ｓｃ
０．３
Ｏ
ｙ
Ｎ
１－ｙ
膜の磁化曲線を示すグラフである。
図１０は、酸素置換量及び飽和磁化量の関係を示すグラフである。
図１１は、飽和磁化量の経時変化を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
（【００１１】以降は省略されています）

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