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公開番号2025117592
公報種別公開特許公報(A)
公開日2025-08-13
出願番号2024012378
出願日2024-01-31
発明の名称多層薄膜およびその製造方法
出願人株式会社豊田中央研究所
代理人個人,個人,個人
主分類H10N 50/10 20230101AFI20250805BHJP()
要約【課題】トンネル磁気抵抗効果を発揮する新たな多層薄膜を提供する。
【解決手段】本発明は、絶縁層と該絶縁層を挟む磁性層とを有する多層薄膜である。その磁性層の少なくとも一方は、Alおよび/またはGaを含むCo基合金からなる。Co基合金全体に対して、例えば、Coは58.5～63at%含まれる。磁性層を構成するCo基合金はβ相であるとよい。絶縁層は、例えば、MgOまたはMgAl₂O₄である。絶縁層の他方側にある磁性層は、CoAlの他、CoFeB(合金)でもよい。各層はスパッタリング法により形成され、熱処理により平坦化や結晶化等が図られる。本発明の多層薄膜を有する磁気トンネル接合(MTJ)は高い磁気抵抗変化率(MR比)を発揮し、次世代の磁気抵抗メモリ(MRAM)等へ応用され得る。
【選択図】図3
特許請求の範囲【請求項１】
絶縁層と該絶縁層を挟む磁性層とを有する多層薄膜であって、
該磁性層の少なくとも一方は、Ａｌおよび／またはＧａを含むＣｏ基合金からなる多層薄膜。
続きを表示（約 570 文字）【請求項２】
前記Ｃｏ基合金全体に対してＣｏは、５８．５～６３ａｔ％含まれる請求項１に記載の多層薄膜。
【請求項３】
前記Ｃｏ基合金は、β相である請求項１に記載の多層薄膜。
【請求項４】
前記磁性層は、厚さが２～１００ｎｍである請求項１に記載の多層薄膜。
【請求項５】
前記絶縁層の下側の磁性層は、ＭｇＯ単結晶上、または該ＭｇＯ単結晶上にあるＣｒ層上に形成されている請求項１に記載の多層薄膜。
【請求項６】
前記絶縁層の下側の磁性層は、前記Ｃｏ基合金からなり、
該絶縁層の上側の磁性層は、前記Ｃｏ基合金またはＣｏＦｅＢ系合金からなる請求項１に記載の多層薄膜。
【請求項７】
前記絶縁層は、ＭｇＯまたはＭｇＡｌ
２
Ｏ
４
からなる請求項１に記載の多層薄膜。
【請求項８】
請求項１～７のいずれかに記載の多層薄膜の製造方法であって、
前記Ｃｏ基合金からなる磁性層を形成する成層工程と、
該磁性層を５００～６７５℃で加熱する加熱工程と、
を備える多層薄膜の製造方法。
【請求項９】
前記成層工程は、スパッタリング法によりなされる請求項８に記載の多層薄膜の製造方法。

発明の詳細な説明【技術分野】
【０００１】
本発明は、多層薄膜等に関する。
続きを表示（約 2,200 文字）【背景技術】
【０００２】
電子の電荷とスピンの両特性を応用するスピントロニクス分野において、外部磁界により電気抵抗が変化する磁気抵抗効果を発現する磁性材料の研究・開発が主になされている。
【０００３】
その代表例として、一つの絶縁層が二つの（強）磁性層で挟み込まれた積層構造（磁性層／絶縁層／強磁性層）を有する磁気トンネル接合（ＭＴＪ：Magnetic Tunnel Junction）がある。ＭＴＪは、積層構造を面直方向に流れる電子が絶縁層を透過するときの確率（トンネル確率）が外部磁場により変化し、二つの磁性層の磁化方向が平行でないときの電気抵抗（トンネル抵抗）が、その平行なときの電気抵抗よりも大きくなるトンネル磁気抵抗（ＴＭＲ：Tunnel Magneto Resistance）効果を生じる。
【０００４】
ＭＴＪは、省エネルギーな次世代の磁気抵抗メモリ（ＭＲＡＭ：Magnetic Random Access Memory）や高感度の磁気センサ等への利用が期待されており、例えば、下記の非特許文献１～６に関連する記載（研究報告）がある。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００５】
S. Yuasa et al., Jpn. J. Appl. Phys., 43, L588 (2004).
H. Sukegawa et al., Appl. Phys. Lett., 96, 212505 (2010).
D. D. Djayaprawira et al., Appl. Phys. Lett., 86, 092502 (2005).
M. Tsunoda et al., J. Vac. Soc. Jpn., 51, 583 (2008).
Y. Sakuraba et al., Jpn. Soc. Appl. Phys., 44, L1100 (2005).
J. Schmalhorst et al., Phys. Rev. B, 70, 024426 (2004).
E. Wachtel et al., J. Phys. Chem. Solids. 34, 1461 (1973).
A Parthasarathi et al., Solod state Comm. 18, 211 (1976).
J. Y. Rhee et al., J. Appl. Phys. 87, 5887(2000).
M. W. Meisei et al., J. Phys. F: Met. Phys. 12, 317 (1982).
A. M. Zeltser et al., IEEE Trans. Magn. MAG-22, 588 (1986).
Y. V. Kudryavtsev rt al., J. Appl. Phys. 83, 1575 (1998).
T. Omori et al., Mater. Sci. Engineering A, 438-440, 1045 (2006).
K. Bruggemann et al., Phys. Rev. Lett. 98, 037202 (2007).
P. Weinberger, J. Phys. C: Solid State Phys. 10, L347 (1977).
M. Okochi et al., J. Phys. Soc. Jpn. 51, 1166 (1982).
M. Lahdeniemi et al., J. Phys. F: Met. Phys. 13, 513 (1983).
N. Stefanou et al., Phys. Rev. B 35, 2705 (1986).
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
非特許文献１～６は、絶縁層をＭｇＯまたはＭｇＡｌ
２
Ｏ
４
、磁性層をＣｏＦｅＢまたはＣｏ
２
ＭｎＳｉとしたＭＴＪ（素子）に関する報告をしているに留まる。
【０００７】
非特許文献７～１８は、ＣｏＡｌについて報告をしている。しかし、ＣｏＡｌをＭＴＪに利用することやその電子スピンの伝導特性等に関連する記載や示唆は、それら非特許文献には全くない。
【０００８】
本発明は、このような事情に鑑みて為されたものであり、磁気トンネル接合などに適した新たな多層薄膜等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】
【０００９】
本発明者がその課題を解決すべく鋭意研究した結果、磁性層にＣｏＡｌを用いた磁気トンネル接合（ＭＴＪ）が高い磁気抵抗変化率（ＭＲ比）を発揮することを新たに見出した。この成果を発展させることにより、以降に述べるような本発明を完成するに至った。
【００１０】
《多層薄膜》
（１）本発明は、絶縁層と該絶縁層を挟む磁性層とを有する多層薄膜であって、該磁性層の少なくとも一方は、Ａｌおよび／またはＧａを含むＣｏ基合金からなる多層薄膜である。
（【００１１】以降は省略されています）

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