数据的写入方法、检查方法、自旋元件的制造方法及磁阻效应元件
阅读：842发布：2020-05-13
专利汇可以提供数据的写入方法、检查方法、自旋元件的制造方法及磁阻效应元件专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且本 发明 的一个实施方式提供一种数据的写入方法，在具备沿第一方向延伸的通电部、和层叠于所述通电部的一面且含有非 磁性 层和 铁 磁性层的元件部的自旋元件中，在将施加脉冲的脉冲宽度设为t时，沿所述通电部的所述第一方向负载由规定的关系式(1)表示的 能量 E以下的能量。E＝(A+BtC)-1+D……(1)在所述关系式(1)中，A、B、C、D是根据所述非磁性层决定的常数。，下面是数据的写入方法、检查方法、自旋元件的制造方法及磁阻效应元件专利的具体信息内容。
1.一种数据的写入方法，其中，
在具备沿第一方向延伸的通电部、和层叠于所述通电部的一面且含有非磁性层和铁磁性层的元件部的自旋元件中，在将施加脉冲的脉冲宽度设为t时，沿所述通电部的所述第一方向负载由以下的关系式(1)表示的能量E以下的能量；
E＝(A+BtC)-1+D……(1)
在所述关系式(1)中，A、B、C、D是根据所述非磁性层决定的常数。
2.根据权利要求1所述的数据的写入方法，其中，
所述非磁性层为MgO，在所述关系式(1)中，满足A＝-0.18264、B＝13.2554、C＝
0.22749、D＝0.2；或者
所述非磁性层为MgAl2O4，在所述关系式(1)中，满足A＝-0.13792、B＝6.98、C＝
0.20832、D＝0.2。
3.根据权利要求1或2所述的数据的写入方法，其中，
所述脉冲宽度为1sec以下，且所述通电部的沿所述第一方向附加的能量为0.2mΩA2以下。
4.根据权利要求1～3中任一项所述的数据的写入方法，其中，
所述通电部为自旋轨道转矩配线，所述元件部具备第一铁磁性层、第二铁磁性层、以及被它们夹持的非磁性层。
5.根据权利要求1～3中任一项所述的数据的写入方法，其中，
所述通电部为具备磁畴壁的磁记录层，所述元件部自所述磁记录层侧起具备非磁性层和第三铁磁性层。
6.一种检查方法，其中，
在具备沿第一方向延伸的通电部、和层叠于所述通电部的一面且含有非磁性层和铁磁性层的元件部的自旋元件中，在将施加脉冲的脉冲宽度设为t时，沿所述通电部的所述第一方向负载由以下的关系式(1)表示的能量E以下的能量，
E＝(A+BtC)-1+D……(1)
在所述关系式(1)中，A、B、C、D是根据所述非磁性层决定的常数。
7.根据权利要求6所述的检查方法，其中，
所述非磁性层为MgO，在所述关系式(1)中，满足A＝-0.18264、B＝13.2554、C＝
0.22749、D＝0.2；或者
所述非磁性层为MgAl2O4，在所述关系式(1)中，满足A＝-0.13792、B＝6.98、C＝
0.20832、D＝0.2。
8.一种自旋元件的制造方法，其中，
具有通过权利要求6所述的检查方法检查所述自旋元件的工序。
9.一种磁阻效应元件，其中，
具备：
自旋元件，其具备沿第一方向延伸的通电部、和层叠于所述通电部的一面且包含非磁性层和铁磁性层的元件部；以及
能量源，在将施加脉冲的脉冲宽度设为t时，沿所述通电部的所述第一方向能够负载由以下的关系式(1)表示的能量E以下的能量，
E＝(A+BtC)-1+D……(1)
在所述关系式(1)中，A、B、C、D是根据所述非磁性层决定的常数。
数据的写入方法、检查方法、自旋元件的制造方法及磁阻效应
元件
技术领域
[0001] 本发明涉及一种数据的写入方法、检查方法、自旋元件的制造方法及磁阻效应元件。
背景技术
[0002] 作为利用了基于两个铁磁性层的磁化的相对角的变化的电阻值变化(磁阻变化)的元件，已知有由铁磁性层和非磁性层的多层膜构成的巨磁阻(GMR)元件、及非磁性层中使用了绝缘层(隧道势垒层、势垒层)的隧道磁阻(TMR)元件等。
[0004] 例如，非专利文献1中记载有自旋轨道转矩型磁阻效应元件。SOT通过由自旋轨道相互作用产生的纯自旋流或异种材料的界面上的Rashba效应诱发。用于在磁阻效应元件内诱发SOT的电流沿与磁阻效应元件的层叠方向交叉的方向流动。无需沿磁阻效应元件的层叠方向流动电流，期待磁阻效应元件的长寿命化。
[0005] 另外，例如，专利文献1中记载有磁畴壁移动型磁记录元件。磁畴壁移动型磁记录元件通过使磁记录层内的磁畴壁移动，从而电阻值变化是阶段性的。通过电阻值阶段性变化，可以进行多值的数据记录。另外，可以不进行“0”、“1”的数字的数据记录，而进行模拟的数据记录。
[0006] 现有技术文献
[0007] 专利文献
[0008] 专利文献1：日本特许第5441005号公报
[0009] 非专利文献
[0010] 非专利文献1：S.Fukami,T.Anekawa,C.Zhang and H.Ohno,Nature Nano Tec(2016).DOI:10.1038/NNANO.2016.29.
发明内容
[0011] 发明所要解决的技术问题
[0012] 这些自旋元件在进行数据的写入时，无需沿元件部(表现磁阻效应的功能部、磁阻效应元件)的层叠方向流动电流。因此，认为几乎无需考虑元件部的绝缘破坏，原理上能够流动大的写入电流。
[0014] 本发明是鉴于上述情况而完成的，其目的在于，提供一种能够稳定地写入数据的数据的写入方法、及能够实现该写入方法的磁阻效应元件。另外，提供一种利用元件部的电阻值变化进行元件的筛选的检查方法及制造方法。
[0015] 用于解决技术问题的技术手段
[0016] 即，本发明为了解决上述问题而提供以下的技术手段。
[0017] (1)第一实施方式提供一种数据的写入方法，在具备沿第一方向延伸的通电部、和层叠于上述通电部的一面且含有非磁性层和铁磁性层的元件部的自旋元件中，在将施加脉冲的脉冲宽度设为t时，沿上述通电部的上述第一方向负载由以下的关系式(1)表示的能量E以下的能量。
[0018] E＝(A+BtC)-1+D……(1)
[0019] 在上述关系式(1)中，A、B、C、D是根据上述非磁性层决定的常数。
[0020] (2)在上述实施方式的数据的写入方法中，也可以为如下结构，上述非磁性层为MgO，在上述关系式(1)中，满足A＝-0.18264、B＝13.2554、C＝0.22749、D＝0.2、或者，上述非磁性层为MgAl2O4，在上述关系式(1)中，满足A＝-0.13792、B＝6.98、C＝0.20832、D＝0.2。
[0021] (3)在上述实施方式的数据的写入方法中，也可以是，上述脉冲宽度为1sec以下，上述通电部的沿上述第一方向附加的能量为0.2mΩA2以下。
[0022] (4)在上述实施方式的数据的写入方法中，也可以是，上述通电部为自旋轨道转矩配线，上述元件部具备第一铁磁性层、第二铁磁性层、被它们夹持的非磁性层。
[0023] (5)在上述实施方式的数据的写入方法中，也可以是，上述通电部为具备磁畴壁的磁记录层，上述元件部从上述磁记录层侧起具备非磁性层和第三铁磁性层。
[0024] (6)第二实施方式提供一种检查方法，在具备沿第一方向延伸的通电部、和层叠于上述通电部的一面且含有非磁性层和铁磁性层的元件部的自旋元件中，在将施加脉冲的脉冲宽度设为t时，沿上述通电部的上述第一方向负载由以下的关系式(1)表示的能量E以下的能量。
[0025] E＝(A+BtC)-1+D……(1)
[0026] 在上述关系式(1)中，A、B、C、D是根据上述非磁性层决定的常数。
[0027] (7)在上述实施方式的检查方法中，也可以为如下结构，上述非磁性层为MgO，在上述关系式(1)中，满足A＝-0.18264、B＝13.2554、C＝0.22749、D＝0.2；或者，上述非磁性层为MgAl2O4，在上述关系式(1)中，满足A＝-0.13792、B＝6.98、C＝0.20832、D＝0.2。
[0028] (8)第三实施方式提供一种自旋元件的制造方法，具有通过上述实施方式的检查方法检查上述自旋元件的工序。
[0029] (9)第四实施方式提供一种磁阻效应元件，其具备：自旋元件，其具备沿第一方向延伸的通电部和层叠于上述通电部的一面且具备包含非磁性层和铁磁性层的元件部；以及能量源，在将施加脉冲的脉冲宽度设为t时，沿上述通电部的上述第一方向能够负载由以下的关系式(1)表示的能量E以下的能量，
[0030] E＝(A+BtC)-1+D……(1)
[0031] 在上述关系式(1)中，A、B、C、D是根据上述非磁性层决定的常数。
[0032] 发明效果
[0034] 图1是本实施方式的自旋元件的一个例子即自旋轨道转矩型磁阻效应元件的截面示意图。
[0035] 图2是本实施方式的自旋元件的一例即磁畴壁移动型磁记录元件的截面示意图。
[0036] 图3表示施加脉冲的脉冲宽度和直至击穿的能量的关系。
[0037] 符号说明
[0038] 1、11……元件部
[0039] 1A、11A……第一铁磁性层
[0040] 1B……第二铁磁性层
[0041] 1C、11B……非磁性层
[0042] 2……自旋轨道转矩配线
[0044] 4……第二电极
[0045] 10……自旋轨道转矩型磁阻效应元件
[0046] 12……磁记录层
[0047] 12A……磁畴壁
[0048] 12B……第一磁区
[0049] 12C……第二磁区
[0050] 20……磁畴壁移动型磁记录元件
具体实施方式
[0051] 以下，适当参照附图详细说明本实施方式。以下的说明中使用的附图中，为了容易理解其特征，有时为了方便起见放大显示特征部分，各构成要素的尺寸比例等与实际不同。以下的说明中示例的材料、尺寸等是一例，本发明不受这些限定，可以在实现本发明的效果的范围内适当变更实施。
[0052] “数据的写入方法”
[0053] 本实施方式的数据的写入方法是对3端子型的自旋元件的通电部负载规定能量以下的能量的方法。
[0054] 3端子型的自旋元件具备沿第一方向延伸的通电部和层叠于通电部的一面且含有非磁性层和铁磁性层的元件部。3端子型的自旋元件通过沿着通电部流动电流而写入数据，通过在元件部和通电部的一端之间流动电流而读出数据。3端子型的自旋元件在通电部的夹着元件部的位置具有用于施加写入电流的两个端子，在元件部的与通电部相反的一侧的端面具有用于施加读出电流的一个端子。以下，对3端子型的自旋元件的具体例进行说明。
[0055] (自旋轨道转矩型磁阻效应元件)
[0056] 图1是本实施方式的自旋元件的一例的自旋轨道转矩型磁阻效应元件10的截面示意图。图1所示的自旋轨道转矩型磁阻效应元件10具备元件部1和自旋轨道转矩配线(通电部)2。在自旋轨道转矩配线2的夹着元件部1的位置具备具有导电性的第一电极3及第二电极4。
[0057] 以下，将通电部延伸的第一方向规定为x方向，将元件部1的层叠方向(第二方向)规定为z方向，将与x方向及z方向的任一方向都正交的方向规定为y方向来进行说明。
[0058] ＜自旋轨道转矩配线＞
[0059] 自旋轨道转矩配线2沿x方向延伸。自旋轨道转矩配线2与第一铁磁性层1A的z方向的一面连接。自旋轨道转矩配线2可以与第一铁磁性层1A直接连接，也可以经由其它层连接。
[0060] 自旋轨道转矩配线2由在流动电流I时通过自旋霍尔效应生成自旋流的材料构成。作为该材料，只要为在自旋轨道转矩配线2中生成自旋流的结构即可。因此，不限于由单体的元素构成的材料，也可以是利用由容易生成自旋流的材料构成的部分和由不易生成自旋流的材料构成的部分构成的材料等。
[0061] 自旋霍尔效应是在材料中流动电流I的情况下，基于自旋轨道相互作用沿与电流I的方向正交的方向诱发自旋流的现象。对通过自旋霍尔效应产生自旋流的机制进行说明。
[0062] 如果对自旋轨道转矩配线2的两端赋予电位差，则沿着自旋轨道转矩配线2流动电流I。当流动电流I时，沿一个方向取向的第一自旋S1和沿与第一自旋S1相反方向取向的第二自旋S2分别向与电流正交的方向弯曲。例如，第一自旋S1相对于行进方向向z方向弯曲，第二自旋S2相对于行进方向向-z方向弯曲。
[0063] 通常的霍尔效应和自旋霍尔效应在运动(移动)的电荷(电子)在运动(移动)方向上弯曲这一点上是相同的。另一方面，通常的霍尔效应是在磁场中运动的荷电粒子受到洛伦兹力而使运动方向弯曲，与之相对，在自旋霍尔效应中，即使不存在磁场，仅电子移动(仅流动电流)即可使自旋的移动方向弯曲，在这一点上大幅不同。
[0064] 在非磁性体(不是铁磁性体的材料)中，因为第一自旋S1的电子数和第二自旋S2的电子数相等，所以图中朝向+z方向的第一自旋S1的电子数和朝向-z方向的第二自旋S2的电子数相等。该情况下，电荷的流动相互抵消，电流量成为零。不伴有电流的自旋流被特别地称作纯自旋流。
[0065] 如果将第一自旋S1的电子的流动表示为J↑，将第二自旋S2的电子的流动表示为J↓，将自旋流表示为JS，则通过JS＝J↑-J↓进行定义。自旋流JS沿图中的z方向流动。在图1中，在自旋轨道转矩配线2的上表面存在后述的第一铁磁性层1A。因此，向第一铁磁性层1A注入自旋。
[0067] 自旋轨道转矩配线2的主结构优选为非磁性的重金属。在此，重金属是指具有钇以上的比重的金属。非磁性的重金属优选为在最外壳具有d电子或f电子的原子编号为39以上的原子编号大的非磁性金属。这些非磁性金属产生自旋霍尔效应的自旋轨道相互作用大。
[0068] 电子通常与其自旋的方向无关地向与电流反方向移动。与之相对，在最外壳具有d电子或f电子的原子序号大的非磁性金属的自旋轨道相互作用大，自旋霍尔效应强力作用。因此，电子移动的方向依赖于电子的自旋的方向。因此，在这些非磁性的重金属中容易产生自旋流JS。
[0069] 另外，自旋轨道转矩配线2也可以包含磁性金属。磁性金属是指铁磁性金属或反铁磁性金属。当非磁性金属中含有微量的磁性金属时，成为自旋的散射因子。当自旋散射时，自旋轨道相互作用被增强，自旋流相对于电流的生成效率变高。自旋轨道转矩配线2的主结构也可以仅由反铁磁性金属构成。
[0070] 另一方面，当磁性金属的添加量过于增大时，产生的自旋流因添加的磁性金属而散射，结果是有时自旋流减少的作用增强。因此，添加的磁性金属的摩尔比优选比构成自旋轨道转矩配线的元素的总摩尔比足够小。添加的磁性金属的摩尔比优选为整体的3％以下。
[0071] 自旋轨道转矩配线2也可以含有拓扑绝缘体。拓扑绝缘体是指物质内部为绝缘体或高电阻体，但在其表面产生自旋极化的金属状态的物质。在该物质中，通过自旋轨道相互作用而产生内部磁场。因此，即使没有外部磁场，通过自旋轨道相互作用的效果也能够表现新的拓扑相。这是拓扑绝缘体，通过较强的自旋轨道相互作用和边缘处的反转对称性的破坏，能够高效地生成纯自旋流。
[0072] 作为拓扑绝缘体，例如优选SnTe、Bi1.5Sb0.5Te1.7Se1.3、TlBiSe2、Bi2Te3、Bi1-xSbx、(Bi1-xSbx)2Te3等。这些拓扑绝缘体可高效地生成自旋流。
[0073] ＜元件部＞
[0074] 元件部1具备第一铁磁性层1A、第二铁磁性层1B、以及被它们夹持的非磁性层1C。元件部1沿与自旋轨道转矩配线2交叉的第二方向(z方向)层叠。
[0075] 元件部1通过第一铁磁性层1A的磁化M1A和第二铁磁性层1B的磁化M1B的相对角发生变化而电阻值发生变化。第二铁磁性层1B的磁化M1B固定于一个方向(z方向)，第一铁磁性层1A的磁化M1A的方向相对于磁化M1B相对地变化。第二铁磁性层1B有时表述为固定层、参照层等，第一铁磁性层1A表述为自由层、记录层等。在适用于矫顽力差型(伪自旋阀型；Pseudo spin valve型)的MRAM的情况下，使第二铁磁性层1B的矫顽力比第一铁磁性层1A的矫顽力大。在适用于交换偏置型(自旋阀；spin valve型)的MRAM的情况下，通过与反铁磁性层的交换耦合而固定第二铁磁性层1B的磁化M1B。
[0076] 元件部1的层叠结构能够采用公知的磁阻效应元件的层叠结构。例如，各层可以由多个层构成，也可以具备用于固定第二铁磁性层1B的磁化方向的反铁磁性层等的其它层。第二铁磁性层1B被称作固定层或参照层，第一铁磁性层1A被称作自由层或存储层等。
[0077] 第一铁磁性层1A及第二铁磁性层1B既可以是磁化M1A、M1B的易磁化轴沿z方向取向的垂直磁化膜，也可以是易磁化轴沿xy面内方向取向的面内磁化膜。
[0078] 第一铁磁性层1A及第二铁磁性层1B能够应用铁磁性材料。例如，能够使用选自Cr、Mn、Co、Fe及Ni中的金属、含有一种以上的这些金属的合金、含有这些金属和B、C、及N的至少一种以上的元素的合金等。具体而言，能够示例Co-Fe、Co-Fe-B、Ni-Fe。另外，在第一铁磁性层1A为面内磁化膜的情况下，例如，能够使用Co-Ho合金(CoHo2)、Sm-Fe合金(SmFe12)等。
[0079] 当第一铁磁性层1A及第二铁磁性层1B使用Co2FeSi等霍伊斯勒合金(Heusler alloy)时，能够更强地表现磁阻效应。霍伊斯勒合金含有具有X2YZ的化学组成的金属间化合物，X在周期表上是Co、Fe、Ni、或Cu族的过渡金属元素或贵金属元素，Y是Mn、V、Cr或Ti族的过渡金属或X的元素种类，Z是从III族至V族的典型元素。例如可举出Co2FeSi、Co2FeGe、Co2FeGa、Co2MnSi、Co2Mn1-aFeaAlbSi1-b、Co2FeGe1-cGac等。
[0080] 在第二铁磁性层1B上也可以层叠由IrMn、PtMn等反铁磁性材料构成的层。通过设为合成铁磁性耦合的构造，能够减轻第二铁磁性层1B的漏磁场对第一铁磁性层1A带来的影响。
[0081] 非磁性层1C能够使用公知的材料。例如，能够使用Al2O3、SiO2、MgO、及MgAl2O4等。除这些之外，也可以使用上述氧化物的Al、Si、Mg的一部分置换为Zn、Be等的材料等。这些之中，MgO或MgAl2O4是能够实现相干隧道的材料，因此能够高效地注入自旋。
[0082] 元件部1也可以具有其它层。在第一铁磁性层1A的与非磁性层1C相反侧的面也可以具有基底层。配设于自旋轨道转矩配线2和第一铁磁性层1A之间的层优选不散逸从自旋轨道转矩配线2传播的自旋。例如，银、铜、镁、及铝等已知自旋扩散长长达100nm以上，自旋不易散逸。该层的厚度优选为构成层的物质的自旋扩散长以下。如果层的厚度为自旋扩散长以下，则能够将从自旋轨道转矩配线2传播的自旋充分传递到第一铁磁性层1A。
[0083] (磁畴壁移动型磁记录元件)
[0084] 图2是本实施方式的自旋元件的一例的磁畴壁移动型磁记录元件20的截面示意图。图2所示的磁畴壁移动型磁记录元件20具备元件部11和磁记录层(通电部)12。在磁记录层12的夹着元件部11的位置具备具有导电性的第一电极3及第二电极4。
[0085] ＜元件部＞
[0086] 元件部11具备第一铁磁性层11A和非磁性层11B。第一铁磁性层11A及非磁性层11B能够使用与图1所示的自旋轨道转矩型磁阻效应元件10相同的层。
[0087] ＜磁记录层＞
[0088] 磁记录层12沿x方向延伸。磁记录层12在内部具有磁畴壁12A。磁畴壁12A为具有彼此相反方向的磁化的第一磁区12B和第二磁区12C的边界。就图2所示的磁畴壁移动型磁记录元件20而言，第一磁区12B具有沿+x方向取向的磁化，第二磁区12C具有沿-x方向取向的磁化。
[0089] 磁畴壁移动型磁记录元件20通过磁记录层12的磁畴壁12A的位置多值地记录数据。记录于磁记录层12的数据作为第一铁磁性层11A及磁记录层12的层叠方向的电阻值变化而被读出。当磁畴壁12A移动时，磁记录层12上的第一磁区12B和第二磁区12C的比率发生变化。第一铁磁性层11A的磁化与第一磁区12B的磁化为同方向(平行)，与第二磁区12C的磁化为相反方向(反平行)。当磁畴壁12A沿x方向移动，从z方向观察与第一铁磁性层11A重叠的部分的第一磁区12B的面积变宽时，磁畴壁移动型磁记录元件20的电阻值降低。相反，当磁畴壁12A沿-x方向移动，从z方向观察与第一铁磁性层11A重叠的部分的第二磁区12C的面积变宽时，磁畴壁移动型磁记录元件20的电阻值变高。磁畴壁移动型磁记录元件20的电阻值在与第一铁磁性层11A电连接的上部电极和第一电极3或第二电极4之间进行测定。
[0090] 磁畴壁12A通过沿磁记录层12的延伸方向流动电流、或者施加外部磁场而移动。例如，当从第一电极3向第二电极4施加电流脉冲时，第一磁区12B向第二磁区12C的方向扩展，磁畴壁12A向第二磁区12C的方向移动。即，通过设定在第一电极3及第二电极4流动的电流的方向、强度，从而控制磁畴壁12A的位置，并向磁畴壁移动型磁记录元件20写入数据。
[0091] 磁记录层12由磁性体构成。构成磁记录层12的磁性体能够使用与第一铁磁性层11A相同的层。另外，磁记录层12优选具有选自Co、Ni、Pt、Pd、Gd、Tb、Mn、Ge、Ga中的至少一种元素。例如，可举出Co和Ni的层叠膜、Co和Pt的层叠膜、Co和Pd的层叠膜、MnGa系材料、GdCo系材料、TbCo系材料。MnGa系材料、GdCo系材料、TbCo系材料等亚铁磁性体的饱和磁化小，能够降低用于移动磁畴壁所需要的阈值电流。另外，Co和Ni的层叠膜、Co和Pt的层叠膜、Co和Pd的层叠膜的矫顽力大，能够抑制磁畴壁的移动速度。
[0092] 至此，说明了规定的自旋元件的具体例子。自旋轨道转矩型磁阻效应元件10和磁畴壁移动型磁记录元件20在进行数据的写入时，在沿与元件部1、11交叉的方向延伸的通电部2、12流动写入电流这一点上是共通的。就自旋元件而言，只要在进行数据的写入时在沿与元件部交叉的方向延伸的通电部流动写入电流，不限于自旋轨道转矩型磁阻效应元件10及磁畴壁移动型磁记录元件20。
[0093] (数据的写入)
[0094] 本实施方式的数据的写入方法中，在对上述3端子型的自旋元件负载用于写入数据的能量时，沿通电部2、12的x方向负载由以下的关系式(1)表示的能量以下的能量。
[0095] E＝(A+BtC)-1+D……(1)
[0096] 在关系式(1)中，E是对通电部施加的能量(×10-3mΩA2)，t是施加的施加脉冲的脉冲宽度，A、B、C、D是根据非磁性层1C、11B决定的常数。
[0097] 如果对3端子型的自旋元件的通电部2、12赋予的能量为上述关系式(1)表示的能量以下，则能够稳定地在自旋元件记录数据。
[0098] 3端子型的自旋元件在进行数据的写入时，无需沿元件部1、11的层叠方向流动电流。因此，认为只要不施加使得构成通电部2、12的配线材料引起电迁徙的大的能量，则对通电部2、12赋予的能量就都没有限制。
[0099] 但是，进行了实际的探讨的结果可知，当将上述关系式(1)以上的能量对通电部2、12重复赋予负载(进行重复写入)时，元件部1、11的电阻会降低至一定的水准。其原因不明确，但认为当沿通电部2、12的x方向赋予大的电位差时，在元件部1、11的第一电极3侧的端面和第二电极4侧的端面之间也产生电位差，非磁性层1C、11B的绝缘性降低。当元件部1、11的电阻在使用中途变化时，不能适宜地捕获与磁化的相对角的差异对应的电阻值变化。
[0100] 关系式(1)中的常数A、B、C、D根据构成非磁性层1C、11B的材料决定。例如，在非磁性层1C、11B为MgO的情况下，A＝-0.18264、B＝13.2554、C＝0.22749、D＝0.2，在非磁性层为MgAl2O4的情况下，在关系式(1)中，A＝-0.13792、B＝6.98、C＝0.20832、D＝0.2。
[0101] 在此，构成非磁性层1C、11B的材料不限于求算常数A、B、C、D的MgO、MgAl2O4。MgO具有NaCl型的结晶结构，MgAl2O4具有尖晶石型的结晶结构。尽管具有不同的结晶结构，但因为以相同的关系式(1)表现，在MgO、MgAl2O4以外的材料的情况下也能够一般化。在将MgO、MgAl2O4以外的材料用作非磁性层的情况下，在实际的元件中求元件部1、11的电阻降低至一定的水准的值，通过拟合规定常数A、B、C、D。通过求常数A、B、C、D，可施加的能量的范围变得明确。
[0102] 另外，在3端子型的自旋元件中写入数据时，施加脉冲的脉冲宽度为1sec以下，对通电部2、12负载的能量优选为0.2mΩA2以下。
[0103] 如上所述，根据本实施方式的数据的写入方法，能够避免沿3端子型的自旋元件的x方向施加大的能量。其结果，能够避免元件部的电阻值急剧降低，能够进行稳定的数据的写入。
[0104] “自旋元件的制造方法”
[0105] 本实施方式的自旋元件的制造方法具备制作自旋元件的第一工序和检测自旋元件的第二工序。
[0106] (第一工序)
[0107] 第一工序具有形成沿第一方向延伸的通电部的工序和在通电部的一面形成含有非磁性层与铁磁性体的元件部的工序。
[0108] 自旋元件无论在自旋轨道转矩型磁阻效应元件10(图1)的情况下还是磁畴壁移动型磁记录元件(图2)的情况下，都使用光刻等技术制作。
[0109] 例如，在自旋轨道转矩型磁阻效应元件的情况下，按以下的顺序制作。首先，在基板上开设贯通孔，通过用导电体填充贯通孔，制作第一电极3及第二电极4。接下来，层叠成为通电部的自旋轨道转矩配线2的基础的层，使用光刻技术在配线上进行加工。最后，将成为第一铁磁性层1A的基础的层、成为非磁性层1C的基础的层、成为第二铁磁性层1B的基础的层重叠层叠，并使用光刻技术加工元件部1。
[0110] 在磁畴壁移动型磁记录元件20的情况下，仅在制作元件部11时层叠的层的结构不同。因此，通过与上述的工序相同的步骤，能够制作磁畴壁移动型磁记录元件20。
[0111] 自旋元件可以个别地制作，也可以在晶圆上一并制作多个元件。从制造效率的观点出发，优选在晶圆上一并制作多个元件。
[0112] (第二工序)
[0113] 在第二工序中，在将施加脉冲的脉冲宽度设为t时，在自旋元件的通电部的第一方向上负载由上述关系式(1)表示的能量以下的能量。
[0114] 如上所述，作为原则，自旋元件即使被负载由上述关系式(1)表示的能量，也能够维持非磁性层1C、11B的绝缘性。另一方面，在自旋元件包含缺陷等的情况下，不限于此。即，即使在负载了上述关系式(1)以下的能量的情况下，也有可能元件部1、11的电阻会降低至一定水准。
[0115] 因此，通过对自旋元件施加由上述关系式(1)表示的能量，能够以元件部1、11的电阻值筛选良品的自旋元件和次品的自旋元件。次品的自旋元件通过附加能量而元件电阻急剧降低。
[0116] 在提高筛选的精度的情况下，将由上述关系式(1)表示的能量施加于自旋元件。在具有余量的情况下，将由上述关系式表述的能量以下的能量施加到自旋元件。
[0117] 能量的负载可以以存在多个元件的晶圆的状态进行，也可以将在晶圆上制作的各元件芯片化后进行。为了提高制造效率，优选在晶圆的状态下对各元件施加脉冲电流。
[0118] 如上所述，根据本实施方式的自旋元件的制造方法，能够简便地除去次品。也有在一个晶圆上制作数千个自旋元件的情况，如果能够简便地除去次品，则自旋元件的制造效率得以改善。另外，根据本实施方式的自旋元件的检查方法，能够简便地筛选良品和次品。
[0119] “磁阻效应元件”
[0120] 本实施方式的磁阻效应元件具备自旋元件和能量源。自旋元件使用上述的元件。在将施加脉冲的脉冲宽度设为t时，能量源沿自旋元件的通电部的x方向能够负载由关系式(1)表示的能量E以下的能量。本实施方式的磁阻效应元件也可以具有与能量源连接的控制部。控制部根据施加脉冲的脉冲宽度，由关系式(1)决定从能量源输出的能量的量。
[0122] 实施例
[0123] (实施例1)
[0124] 制作了图1所示的自旋轨道转矩型磁阻效应元件10。在热氧化Si基板上层叠3nm的钨(W)。然后，将由该钨构成的层加工成宽度50nm、长度300nm，制成自旋轨道转矩配线2。而且，将其周围用由氧化硅构成的绝缘膜包覆。
[0125] 接着，在自旋轨道转矩配线2及绝缘膜上按CoFeB(厚度1nm)、MgAl2O4(厚度3nm)、CoFeB(厚度1nm)、Ta(厚度0.4nm)、[Co(厚度0.4nm)/Pt(厚度0.8nm)]4、Co(厚度0.4nm)、Ru(厚度0.4nm)、[Co(厚度0.4nm)/Pt(厚度0.8nm)]5、Co(厚度0.4nm)、Pt(厚度10nm)的顺序形成层。然后，在将所制作的层以350℃退火后，加工成50nm×50nm的方形，制作了元件部1。首先层叠的CoFeB与第一铁磁性层1A对应，MgAl2O4与非磁性层1C对应，SAF(synthetic antiferromagnetic，合成反铁磁)结构与第二铁磁性层1B对应。第一铁磁性层1A是垂直磁化膜。
[0126] 在按上述顺序制作的自旋轨道转矩型磁阻效应元件10的第一电极3和第二电极4之间施加脉冲电流。所施加的脉冲电流的脉冲宽度设为10nsec。施加的能量稍大。其结果，在80×10-3ΩA2，元件电阻急剧降低(击穿)。
[0127] 一边改变所施加的脉冲宽度一边进行同样的探讨。图3表示施加脉冲的脉冲宽度和至击穿的能量的关系。图3所示的有关MgAl2O4的图表能够以E＝(-0.13792+6.98t0.20832)-1+0.2进行拟合。
[0128] (实施例2)
[0129] 实施例2中，在将非磁性层1C变为MgO这一点上与实施例1不同。如图3所示，在非磁性层1C为MgO的情况下，也能够得到与实施例1相同的曲线。图3所示的有关MgO的图表能够以E＝(-0.18264+13.2554t0.22749)-1+0.2进行拟合。
[0130] (实施例3)
[0131] 实施例3中，将非磁性层的厚度设为2nm，将元件部1的俯视时尺寸设为100nm×100nm，在这一点上与实施例1不同。在实施例3的情况下，也能够得到与实施例1相同的拟合曲线。即，确认到非磁性层的厚度、大小对击穿无影响。
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