自旋開關和使用該自旋開關的磁存儲元件的製作方法

2024-01-28 18:26:15

專利名稱：自旋開關和使用該自旋開關的磁存儲元件的製作方法
技術領域：
本發明涉及自旋開關和使用該自旋開關的磁存儲元件。
背景技術：
關於通過加磁場使阻值變化的磁阻元件正在大量地進行應用到作為磁頭、磁存儲元件的MRAM(磁隨機存取存儲器Magnetic RandomAccess Memory)等器件上的開發。尤其是集中注意於包含隧道結的磁阻元件的潛在的、高的磁阻變化率。在磁阻元件中通常通過改變多個強磁性體一部分的磁化方向進行存儲器的寫入。存儲器的讀出可以通過檢測伴隨磁方向變化的電阻變化進行。
從存儲器大容量化的要求出發，磁阻元件探索微細化的方法。因為微細化，預料要增大用於使強磁性體的磁化方向變化的必要的磁場。可是，由於用於產生磁場的導線也有必要微細化，所以通過增加電流產生磁場增大是有限度的。此外，一旦增大磁場，則磁串擾成為問題。磁串擾引起與應加磁場的元件鄰接的元件誤動作。從這些事項出發，使用了現有磁阻元件的器件的大容量化和高集成化就受到了限制。
另一方面，對於通過加電壓可控制順磁性和強磁性的被稱為磁性半導體的材料開始有了基礎的研究(H.Ohno；Nature，Vol.408，21/28December(2000)P944)。關於磁性半導體也提出對磁頭的應用(特開平11-87796號公報)。

發明內容
通過磁性半導體的應用，可實現用電壓驅動的新的磁性器件。可是關於使用了磁性半導體的自旋開關尚未見具體的提案。因此，本發明的目的是提供使用了磁性半導體的自旋開關，以及使用該自旋開關的磁存儲元件。
本發明的第一自旋開關包含強磁性體，對該強磁性體磁耦合的磁性半導體，對該磁性半導體磁耦合的反強磁性體，和經絕緣體與該磁性半導體連接的電極。通過該電極上的電壓變化，磁性半導體在強磁性和順磁性之間可逆地變化。而且，在第一自旋開關，如果使磁性半導體為強磁性，則強磁性體通過與磁性半導體磁耦合，在規定方向被磁化。所謂磁耦合指的是對磁化方向處於相互影響的關係。
本發明的第二自旋開關包含磁性半導體，經絕緣體與該磁性半導體連接、至少覆蓋該磁性半導體至少一部分的一個電極。磁性半導體包含以規定方向(第一方向)為縱向的磁化變化區域和與該區域鄰接的周邊區域。而且，合併磁化變化區域和周邊區域的合計區域具有與上述規定方向相異的方向(第二方向)的縱向。在第二自旋開關，通過上述至少1個電極的電壓變化，在磁性半導體上，在上述至少1個電極覆蓋的部分上，產生在強磁性和順磁性之間的可逆變化，通過該變化可以實現磁化變化區域以及周邊區域成為強磁性的第一狀態和磁化區域成為強磁性、周邊區域成為順磁性的第二狀態。通過第二自旋開關可以實現對因形狀各向異性引起的反磁場加以利用的磁化反向。在第一狀態沿其縱向(第一方向)磁化後的磁化變化區域在第二狀態磁化方向改變為合計區域的縱向(第二方向)。


圖1是本發明第一自旋開關一例的截面圖。
圖2是圖1的第一自旋開關的平面圖。
圖3是本發明第一自旋開關其它例的截面圖。
圖4是本發明第一自旋開關其它例的截面圖。
圖5是本發明第一自旋開關其它例的截面圖。
圖6是本發明第二自旋開關一例的截面圖。
圖7是示出在圖6的自旋開關中，磁性半導體合計區域(磁化變化區域和周邊區域)全部成為強磁性狀態的平面圖。
圖8是示出在圖6的自旋開關中，磁性半導體的周邊區域的一部分從圖7的狀態向順磁性變化後的狀態的平面圖。
圖9是示出在圖6的自旋開關，磁性半導體的周邊區域的剩餘部分從圖8的狀態變化為順磁性的狀態的平面圖。
圖10是示出在圖6的自旋開關，磁性半導體的周邊區域的一部分從圖9的狀態變化為強磁性的狀態的平面圖。
圖11是本發明第二自旋開關的其它例的截面圖。
圖12是本發明第二自旋開關的其它例的截面圖。
圖13是使用第一自旋開關的本發明的磁存儲元件一例的截面圖。
圖14是使用第二自旋開關的本發明的磁存儲元件一例的截面圖。
具體實施例方式
首先，對本發明的第一自旋開關加以說明。
在由圖1及圖2所示的第一自旋開關的一方式中，在強磁性體10上連接有第一磁性半導體11以及第二磁性半導體21。在該方式，強磁性體和第一及第二磁性半導體分別通過交換相互作用磁耦合，然而，磁耦合方式不限於此，只要耦合充分大，則例如也可以是基於靜磁耦合的。第一及第二磁性半導體11、21分別經絕緣體12、22連接第一電極13及第二電極23。在第一及第二磁性半導體11、21上又分別連接第一反強磁性體14及第二反強磁性體24。在這些的反強磁性體上賦與單方向各向異性，以便分別如圖中箭矢所示，相互呈180°角度，即相反方向。
對該自旋開關的開關動作一例加以說明。如果通過加上從第一電極13來的電壓，使第一磁性半導體11從順磁性變化為強磁性，則第一磁性半導體通過與第一反強磁性體14的磁耦合，在與該反強磁性體的單方向各向異性相同的方向上被磁化。其結果，通過與第一磁性半導體11的磁相互作用，強磁性體10也在相同方向(第一方向)被磁化。
接著，如果不在第一電極13上加電壓，在第二電極23上加電壓，則第一磁性半導體11返回成順磁性，第二磁性半導體21從順磁性變化成強磁性。與此相伴，強磁性體10經第二反強磁性體24和第二磁性半導體21之間的磁耦合以及第二磁性半導體21和強磁性體10之間的磁耦合，向著由第二反強磁性體規定的反方向(第二方向)磁化。這樣一來，不是利用電流而是利用電壓就可產生強磁性體10的磁化反向。在該自旋開關，通過利用電極的電壓向磁性半導體注入空穴或電子，可以保持強磁性體的磁化或控制反向。
上述動作不過一例。磁性半導體如果調整摻雜量，則從通過加電壓引起的強磁性變化為順磁性。如果利用這點，則通過不加從電極來的電壓使其停止，也可以使磁化反向。
優選第一反強磁性體14的單方向各向異性的方向和第二強磁性體的單方向各向異性的方向之間構成的角度在90°以上180°以下。另一方面，如後述所示，使用自旋反轉元件使任一反強磁性體的單方向各向異性反轉從而起作用的情況下，優選上述角度0°以上90°以下。
對強磁性體磁耦合的磁性半導體數不限於2個，也可以為3個以上，也可以只是1個。
在只用一個磁性半導體的情況下，也可以追加其它磁性變更手段，例如追加用於施加磁場的導線。此外，如後述所示，可以利用強磁性體的形狀各向異性。在這種情形，也可以選擇強磁性體的形狀，以便在使磁性半導體返回順磁性時，通過形狀各向異性改變磁化方向。或者在器件內不配置其它磁化變更手段，也可以作為只重寫1次的一次寫入型存儲器用。在這種情況下，也可以通過在器件外具有的磁化變更手段進行存儲的初始化。
如圖3～圖5所示，也可以在反強磁性體和磁性半導體之間以及在強磁性體和磁性半導體之間介入其它層。這些構件也可以相互磁耦合，不必要一定接觸。
在圖3的元件，在第一及第二磁性半導體11、12和第一及第二反強磁性體14、24之間分別介入強磁性體15、25。
在圖4的元件，在第一磁性半導體11和第一反強磁性體14之間用疊層鐵氧體16作為自旋反向元件。在該疊層鐵氧體，由一對強磁性體以及介入其間的非磁性體構成、一對強磁性體經非磁性體交換耦合。如果介入自旋反向元件，則磁性半導體11在與反強磁性體14的單方向各向異性相反方向被磁化。因此，如圖4所示，即使將第一反強磁性體14和第二反強磁性體24之間的單方向各向異性一致，也可以使強磁性體10的磁化反向。在製作該方式的元件的工序，可以一次完成用於對反強磁性體賦與單方向各向異性的磁場內的熱處理。
在圖5的元件，在強磁性體10和第一磁性半導體11之間介入疊層鐵氧體16，與圖4的元件同樣，如果對兩反強磁性體14、24賦與同一方向的各向異性足矣。自旋反向元件也可以介入第二磁性半導體側。
這樣，在本發明的優選方式中，從第一反強磁性體14直到強磁性體10的磁耦合或從第二反強磁性體24到強磁性10的磁耦合包含磁化反向的磁耦合，在兩反強磁性體14、24包含賦與相同的單方向各向異性的元件。具體講，如圖5及圖6的所示，也可以從強磁性體和磁性半導體之間或從磁性半導體和反強磁性體之間選擇的至少一方，或任一方介入自旋反向元件。
在相反方向上賦與單方向各向異性的情況下，在第一反強磁性體14和第二反強磁性體24之間也可以用阻隔溫度互相各異的材料。關於用本優選方式的各向異性的賦與方法在實施例一欄內示出具體例。
其次，說明本發明的第二自旋開關。
圖6所示的第二自旋開關的一方式具有具有長邊LL及短邊LW的磁性半導體31、覆蓋其一部分的第一電極41及第二電極42。該磁性半導體31沿俯視圖，即膜厚方向觀測時，具有大體矩形體的形狀。電極41、42分別經省略圖示的絕緣體與磁性半導體的第一區域51(圖中I)及第三區域53(圖中III)相接。第一電極41從磁性半導體31一方的短邊，沿長邊只覆蓋長度L2的磁性半導體，第二電極42從磁性半導體的另一方的短邊，沿長邊只覆蓋長度L1的磁性半導體。成為磁化變化區域的第二區域52(圖中II)全介於與周邊區域相當的第一區域51或第三區域53之間。
如圖6所示，在磁性半導體31，優選第一區域51，第三區域53以及第二區域52沿著合計區域的縱向(第二方向)，按其順序排列。
在這裡，優選設定LL、LW、L1及L2使其滿足以下關係式a)～d)。
a)L1+L2＜LLb)LL/LW＞1，優選LL/LW＞1.5c)LW/{LL-(L1+L2)}＞1，優選LW/{LL-(L1+L2)}＞1.5d)0.5＜LW/(LL-L1)＜2，優選0.67＜LW/(LL-L1)＜1.5其中，L1及L2分別是沿著合計區域(第一～第三區域)的縱向(第二方向)的第三區域及第一區域的長度，LL是沿著上述合計區域的縱向(第二方向)的長度，LW是沿第二區域的縱向(第一方向)的長度。
邊參照圖7～圖10，邊說明該元件動作的一例。以下是具有如下特性情況下的動作例在所有區域，磁性半導體在未加電壓的狀態下是強磁性，如果加電壓，則變化為順磁性。
如圖7所示，即使在所有區域上也不加電壓的情況下，磁性半導體31在所有區域成為強磁性體。在該狀態下，通過形狀各向異性，在區域全體，磁化沿著縱向(第二方向)。即使在第二電極42上加電壓，使第三區域53作為順磁性，如圖8所示，作為強磁性的第一區域51及第二區域52的磁化方向維持不變。
可是，如圖9所示，如果還在第一電極41上加電壓，使第一區域51作為順磁性，則強磁性區域只限制在第二區域52。一旦到達該狀態，則通過形狀各向異性，第二區域沿其縱向(第一方向)被磁化。這樣一來，第二區域的磁化方向大體只變化90°。在該狀態下，如果終止加在第一電極41的電壓，則如圖10所示，磁化方向的變化擴大到第一區域51。這樣一來，通過上述動作，在第一區域51及第二區域52，磁化方向變化。
在該動作例，第一區域51及第二區域52成為儲存區域。正如上述關係式d)所示，優選儲存區域作成難以受形狀各向異性影響的形狀。
在圖10所示的狀態，如果再解除加在第二電極42的電壓，則由於形狀各向異性起作用，所以磁性半導體31如圖7所示再在其全區域，在第二方向被磁化。
這樣一來，不是通過電流，而是通過電壓可引起磁化反向動作。即使在該自旋開關，通過向磁性半導體注入空穴或電子，也可以保持強磁性體的磁化或控制反向。
只要因形狀各向異性而磁化反向即可，對磁性半導體形狀沒有限制，例如如圖11所示，也可以是俯視圖大體呈橢圓形的形狀。對電極配置也沒有限制，沒有必要一定從端部開始覆蓋磁性半導體。電極優選配置在不是磁化變化區域的周邊區域。
如果在該自旋開關，在各區域，為了變更磁性半導體特性調整摻雜量，則可實現不同的開關動作。在優選摻雜量的調整中，包含略微改變摻雜量的方式，以便在不加電壓的狀態下，第一區域51以及第二區域52是強磁性體，而第三區域53成為順磁性。根據該調整，在保持磁化的方式(參照圖8，圖10)下，沒有必要施加電壓。
如果如上述所示調整摻雜量，則如圖12所示，即使使第一電極及第二電極短路作為一個電極43，也可以實現同樣的動作。該動作也取決於磁性半導體的特性。
即，在因空穴濃度而TC(居裡溫度)改變的磁性半導體，即使在強磁性狀態下進一步注入空穴，也只有通過進一步提高TC，維持強磁性。同樣地，在因電子密度而TC改變的磁性半導體，即使在強磁性狀態下進一步注入電子，也只有通過進一步提高TC，維持強磁性。因此，例如，用如上述所示調整摻雜量後的磁性半導體和圖12所示的電極，例如從電極43加正電壓，第一～第三區域的磁化可以沿其縱向(參照圖7)，加負電壓，第二區域的磁化可以沿橫向(參照圖9)。如果不加電壓，則磁化被維持(參照圖8、圖10)。
本發明的自旋開關可以用於例如磁存儲元件。在以下說明磁存儲元件的例子。但是，本發明的磁存儲元件並不限於以下的構成。
圖13所示的磁存儲元件包含本發明的第一自旋開關，而且，上部電極71與通過開關動作改變磁化方向的強磁化體10連接。在該磁存儲元件上包含以強磁性體10作為自由磁性層的磁阻元件，該磁阻元件具有自由磁性層(強磁性體)10/高阻層72/固定磁性層(強磁性體)73/反強磁性體層74的疊層構造。高阻層72例如是隧道絕緣層。此外，在該磁阻元件上，在省略圖示的下部電極和上部電極71之間流過電流，檢測伴隨強磁性體10的磁化方向變化的阻值變化。
在圖14示出本發明的磁存儲元件另外的例子。在該元件上應用了本發明的第二自旋開關。在該元件，上部電極71與通過開關動作改變磁化方向的磁性半導體31的磁化變化區域(第二區域)連接。在該磁存儲元件上也包含以強磁性體作為自由磁性層的、與上述同樣的磁阻元件，用省略圖示的下部電極和上部電極71，檢測由於磁化方向不同產生的阻值的變化。
作為磁性半導體並沒有特別限制，然而通過式(L1-xMx)Q或(R1-xMx)(T1-yQy)表達的材料是合適的。
在這裡，L是從B、Al、Ga、In及Tl中選擇的至少1種元素，尤其是從Al、Ga及In中選擇的至少一種元素，M是從V、Cr、Mn、Fe、Co及Ni中選擇的至少1種元素，尤其是Mn，Q是從N、P、As、Sb以及Bi中選擇的至少1種元素，尤其是從N、P、As以及Sb中選擇的至少1種元素。
R是從Zn、Cd及Hg中選擇的至少1種元素，M與上述同樣，T是從O、S、Se、Te及Po中選擇的至少1種元素，尤其是從O、S、Se及Te中選擇的至少1種元素，Q與上述同樣。
L、M、Q、R及T也可以由2種以上的元素構成，例如M也可以是NiFe、CoFe、FeCr、MnFe等，此外，例如R也可以是ZnCd、ZnHg等。
x是0.001以上0.3以下的數值，y是0以上0.3以下的數值。
在上述例示的磁性半導體，通過例如改變x值，調整摻雜量，可以改變其特性。確定磁性半導體的TC的摻雜量有2種。是M所示那樣的具有自旋的元素所產生的自旋的摻雜量和與普通半導體同樣的載流子的摻雜量。例如，L＝Ga、M＝Mn、Q＝As時，Mn與自旋的摻雜一起，以空穴作為摻雜。自旋的摻雜量基本上可以通過用M所示那樣的磁性元素的添加量加以控制。相反，載流子的摻雜量除了改變x或y以外，可以通過對(L1-xMx)和Q之比或(R1-xMx)和(T1-yQy)之比稍微與1∶1錯開一點，即，也可以通過摻入晶格缺陷加以控制。通過以上所述那樣的組成、添加元素的控制，可以控制磁性半導體特性。
在強磁性體、反強磁性體，非磁性體(高阻膜)等的其它構件上，尤其可以不受限制地使用根據現有已知的材料。
本發明的磁存儲元件基本上可以通過形成多層膜得到。作為基板，也可以用表面用絕緣體覆蓋的物體，例如熱氧化處理的矽基板，石英基板，藍寶石基板等。為了使基板表面作得平滑，根據需要也可以進行機械化學拋光(CMP)等的平滑化處理。也可以用預先形成MOS電晶體等的開關元件的基板。
多層膜可以用濺射法、MBE(分子束外延Molecular Beam Epitaxy)法、CVD(化學氣相沉積Chemical Vapor Deposition)法、脈衝雷射沉積法、離子束濺射法等通常的薄膜製作法。作為微細加工法也可以用眾知的微細加工法，例如用接觸光罩或分擋器的光刻法或EB(電子束Electron Beam)刻法、FIB(聚焦離子束Focused Ion Beam)加工法。
作為蝕刻法也可以用離子研磨或RIE(反應離子蝕刻Reactive IonEtching)。在表面平滑化、部分膜的除去中可以用CMP或精密拋光法。
對多層膜根據需要也可以在真空中、惰性氣體中或氫中，在無磁場或施加磁場的同時進行熱處理。
實施例實施例1製作具有圖13所示構成的磁存儲元件。在這裡，作為反強磁性體14、74用PtMn，作為反強磁性體24用IrMn，作為高阻膜(隧道絕緣層)72用膜厚1.2nm的AlOx(x≤1.5)，作為強磁性體10、73，用膜厚3nm的Co75Fe25，作為磁性半導體11、21用膜厚1.5nm的(In0.97Mn0.03)As，作為絕緣體12、22用膜厚7nm的Ta2O5，作為電極13、23用TiN(3nm)/Pt，作為上部電極71用Ta(3nm)/Cu。
(In0.97Mn0.03)As在不加電壓的狀態下，Tc約為30K。因此，在稍微超過30K的溫度下，在不加電壓的狀態下是順磁性。在該溫度下，通過電壓注入空穴，可以使該磁性半導體為強磁性。相反，在稍微下降到30K以下的溫度，在無電壓下是強磁性，通過利用電壓注入電子，補償空穴載流子，可以作成順磁性。
在磁性半導體形成中用MBE法，在其它的成膜適合使用濺射法等。通過對成膜的金屬Al氧化形成隧道絕緣層。各構件使用光刻等作成規定形狀。在圖13，雖然省略圖示，但在反強磁性體下方上配置有由Cu形成的下部電極。同樣雖然省略圖示，在各構件之間通過SiO2絕緣。
在構成自旋開關的2個反強磁性體14、21上，利用PtMn和IrMn具有不同的阻隔溫度，賦與各異的單方向各向異性。首先，在規定方向施加5kOe(398kA/m)的磁場同時在300℃下熱處理5小時，接著，在與上述規定方向相反的方向上施加500Oe的磁場同時在250℃下熱處理1小時，在施加該磁場的同時冷卻。由於PtMn的阻隔溫度為380℃，在上述元件按照賦與大約1kOe程度的交換耦合磁場的方式來設制元件，所以在500Oe、250℃條件下，PtMn的單方向各向異性的方向不變，只有IrMn的單方向各向異性方向改變。
在這樣製作的磁存儲元件，根據上述說明的開關動作在從電極13、23施加電壓，確認強磁性體10的磁化改變。也可測定伴隨該變化的磁阻效應。
在以下示例說明適合於上述所示的2階段的磁場中熱處理的反強磁性材料的優選組合。第一材料是從PtMn、NiMn、PdPtMn及CrMnPt中選擇的至少1種。與其組合的第二材料是從IrMn、FeMn、CrAl、NiO及αFe2O3中選擇的至少1種。從這些材料選擇的組合適用於第一反強磁性體14及第二反強磁性體24，使用上述方法，就可以得到在相互各異的方向上具有單方向各向異性的第一及第二反強磁性體。該方法按其順序包含以下工序，即比第一材料阻隔溫度還高的溫度下，在第一方向邊加磁場邊進行熱處理的工序，和在比第一材料的阻隔溫度還低但比第二材料的阻隔溫度還高的溫度，優選在與第一方向成90～180°角度的第二方向上邊加磁場，邊進行熱處理的工序。
使用該方法，改變形成第一反強磁性體及第二反強磁性體的單方向各向異性的角度，測量上述元件的特性，上述角度越接近180°，讀出的S/N越上升，在90°以上，可得到大體實用的S/N。
實施例2用與實施例1相同材料，製作圖14所示的元件。但是，磁性半導體31的膜厚取3nm，絕緣體32的膜厚取10nm。
在該元件中包含的磁性半導體的形狀與圖6同樣。參照圖6，在以下說明元件的形狀。
LL＝1.8μm，LW＝0.9μm，L1＝0.9μm，L2＝0.5μm。
在這樣製作的磁存儲元件，根據上述說明的開關動作，在從電極41、42施加電壓時，磁性半導體31在包含與電極相接的磁化變化區域的區域，磁化改變。此外，也可以測量與該變化相伴的磁阻效果。
此外，在實施例1、2，適當變更在各構件中用的材料製作元件。其結果，可確認從傳統獲悉的材料可以適用於本發明的元件。例如，作為高阻層(隧道絕緣層)72可以使用膜厚0.8～2nm程度的AlOx、TaOx、BN、C、AlN等。作為固定磁性層73可以使用Co90Fe10、Co50Fe50、Ni80Fe20、Ni60Fe40、Ni40Fe60、Co、Fe等。即使在固定磁性層和高阻層的界面上介入Co75Fe25、Ni60F40等的構成也可得同樣的結果。作為固定磁性層，即使用疊層鐵氧體元件也可以動作。作為疊層鐵氧體由Co75Fe25/Ru(厚度約0.7nm)/Co75Fe25、Co90Fe10/Ru(厚度約0.7nm)/Co90Fe10表示的3層構造的膜是有效的。
與固定磁性層73同樣的材料也可以適用於成為自由磁性層的強磁性體10。在自由磁性層，Co90Fe10、Ni80Fe20等的「軟」磁性材料是合適的。但是疊層鐵氧體不適於實施例子中所示的本發明的第二自旋開關中的自由磁性層。這是由於在第二自旋開關，反磁場成為使磁化變化的能量，所以不優選用疊層鐵氧體降低反磁場。相反，在第一自旋開關，如果元件尺寸降低到1μm以下，則反磁場提高了使磁化反向需要的能量。因此，例如以通過將Ni60Fe40/Ir(厚度約0.5nm)/Ni60Fe40表示的疊層鐵氧體用於自由磁化層也可以抑制磁化反向能量的上升。
在上述各實施例，使用滿足上述式子的磁性半導體。對於滿足各式的x＝0.01、0.2或0.25，y＝0、0.1或0.25的磁性半導體，定性地可以得同樣的效果。
權利要求
1.一種自旋開關，包括強磁性體，與所述強磁性體磁耦合的磁性半導體，與所述磁性半導體磁耦合的反強磁性體，和經絕緣體與所述磁性半導體連接的電極；其特徵在於通過所述電極電壓的改變，所述磁性半導體在強磁性和順磁性之間進行可逆地變化，在使所述磁性半導體向強磁性變化時，所述強磁性體通過與所述磁性半導體磁耦合向規定方向進行磁化。
2.根據權利要求1所述的自旋開關，以所述磁性半導體作為第一磁性半導體，以所述反強磁性體作為第一反強磁性體，以所述電極作為第一電極，此外還包括第二磁性半導體，第二反強磁性體以及第二電極；其特徵在於所述強磁性體與所述第二磁性半導體磁耦合，所述第二磁性半導體與所述第二反強磁性體磁耦合，所述第二磁性半導體經絕緣體與所述第二電極連接，通過所述第二電極的電壓變化，所述第二磁性半導體在強磁性和順磁性之間可逆地變化，在使所述第二磁性半導體向強磁性變化時，所述強磁性體通過與所述第二磁性半導體的磁耦合，以所述規定方向作為第一方向，在第二方向被磁化。
3.根據權利要求2所述的自旋開關，其特徵在於所述第一反強磁性體及所述第二反強磁性體具有單方向各向異性，所述第一反強磁性體的單方向各向異性的方向和所述第二反強磁性的單方向各向異性的方向之間形成90°以上180°以下的角度。
4.根據權利要求3所述的自旋開關，其特徵在於所述第一反強磁性體材料和所述第二反強磁性體材料具有相互不同的阻隔溫度。
5.根據權利要求1所述的自旋開關，其特徵在於強磁性體介於所述磁性半導體和所述反強磁性體之間。
6.根據權利要求1所述的自旋開關，其特徵在於自旋反向元件介於從所述強磁性體與所述磁性半導體之間和所述磁性半導體與所述反強磁性體之間選擇的至少一方。
7.一種自旋開關，包括磁性半導體，和經絕緣體與所述磁性半導體連接、並覆蓋所述磁性半導體的至少一部分的至少1個電極，其特徵在於所述磁性半導體包括以第一方向為縱向的磁化變化區域和與所述磁化變化區域鄰接的周邊區域，將所述磁化變化區域和所述周邊區域合併後的合計區域以與第一方向不同的第二方向為縱向，通過所述至少1個電極的電壓變化，所述磁性半導體上，在所述至少1個電極覆蓋的部分中，產生強磁性和順磁性之間的可逆變化，通過所述變化可以實現所述磁化變化區域以及所述周邊區域為強磁性的第一狀態和所述磁化變化區域為強磁性、而所述周邊區域為順磁性的第二狀態。
8.根據權利要求7所述的自旋開關，其特徵在於所述磁性半導體作為所述周邊區域具有第一區域和第三區域，作為所述磁化變化區域具有第二區域，所述第一區域，所述第二區域及所述第三區域沿所述第二方向按其順序排列。
9.根據權利要求8所述的自旋開關，其特徵在於滿足以下的關係式L1+L2＜LL，LL/LW＞1，LW/{LL-(L1+L2)}＞1，0.5＜LW/(LL-L1)＜2，其中，L1及L2分別為沿所述第二方向的所述第三區域及所述第一區域的長度，LL是所述合計區域沿所述第二方向的長度，LW是所述第二區域沿所述第一方向的長度。
10.根據權利要求9所述的自旋開關，其特徵在於在不從所述電極施加電壓時，所述磁性半導體是強磁性。
11.根據權利要求9所述的自旋開關，其特徵在於在不從所述電極施加電壓時，在所述第一區域及所述第二區域是強磁性，在所述第三區域是順磁性。
12.一種磁存儲元件，其特徵在於具有權利要求1所述的自旋開關，將所述強磁性體中的磁化方向的變化作為阻值變化而檢測。
13.一種磁存儲元件，其特徵在於具有權利要求7所述的自旋開關，將所述磁性半導體中的磁化方向的變化作為阻值變化而檢測。
全文摘要
本發明提供由電壓驅動的自旋開關，該自旋開關包含強磁性體、與其磁耦合的磁性半導體、與磁性半導體磁耦合的反強磁性體、和經絕緣體與磁性半導體連接的電極，通過電極電壓的變化，磁性半導體在強磁性和順磁性之間可逆地變化，在使磁性半導體向強磁性變化時，強磁性體通過與所述磁性半導體磁耦合而在規定方向被磁化。
文檔編號H01L27/22GK1488175SQ02803898
公開日2004年4月7日 申請日期2002年1月18日 優先權日2001年1月19日
發明者松川望, 平本雅祥, 小田川明弘, 裡見三男, 杉田康成, 成, 明弘, 男, 祥 申請人:松下電器產業株式會社