【手続補正書】
【提出日】平成27年2月10日(2015.2.10)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
所定の隣接層に対するフリー層の第１界面および第２界面において界面垂直異方性を示す磁気素子であって、
（ａ）基板の上に形成されたピンド層と、
（ｂ）前記ピンド層の表面に隣接するトンネルバリア層と、
（ｃ）前記ピンド層から離れた前記トンネルバリア層の表面と共に第１界面を形成する下面と、Ｈｋ増加層と共に第２界面を形成する上面とを有し、
第１ＣｏＦｅＢ磁性層中のＦｅ含有量と第２ＣｏＦｅＢ磁性層中のＦｅ含有量とが異なる２つのＣｏＦｅＢ磁性層の複合体であり、
垂直磁気異方性（ＰＭＡ：Perpendicular Magnetic Anisotropy ）を有する、前記フリー層と、
（ｄ）前記フリー層において前記第１界面および前記第２界面における界面垂直異方性が形状異方性磁界を支配するように、前記第２界面に沿った前記フリー層において界面異方性を提供する前記Ｈｋ増加層と、
（ｅ）前記Ｈｋ増加層の上面に隣接するキャップ層と、
を備え、
ピンド層／トンネルバリア層／フリー層／Ｈｋ増加層／キャップ層からなる積層構造を有する、
磁気素子。
【請求項２】
前記トンネルバリア層は、ＭｇＯ、Ａｌ2 Ｏ3 、ＴｉＯx またはＨｆＯx であり、あるいはこれらの酸化物のうちの１または２以上の積層体である、
請求項１記載の磁気素子。
【請求項３】
前記フリー層は、５オングストローム以上２５オングストローム以下の厚さを有する、
請求項１記載の磁気素子。
【請求項４】
前記Ｈｋ増加層は、ＭｇＯ、ＳｉＯx 、ＳｒＴｉＯx 、ＢａＴｉＯx 、ＣａＴｉＯx 、ＬａＡｌＯx 、ＭｎＯx 、ＶＯx 、ＡｌＯx 、ＴｉＯx およびＨｆＯx から選択される１または２以上の酸化物からなる単層または積層体であると共に、前記トンネルバリア層の面積抵抗（抵抗×面積：ＲＡ）値よりも小さい面積抵抗値を有する、
請求項１記載の磁気素子。
【請求項５】
さらに、前記Ｈｋ増加層の中に埋め込まれたＦｅ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｒｕ、Ｃｒ、Ａｕ、ＡｇおよびＣｕのうちの１または２以上からなる粒子を備えた、
請求項４記載の磁気素子。
【請求項６】
前記Ｈｋ増加層は、Ｒｕ、Ｔａ、Ｔｉ、Ｂ、Ｖ、Ｍｇ、Ａｇ、Ａｕ、ＣｕまたはＣｒからなる、
請求項１記載の磁気素子。
【請求項７】
前記キャップ層は、前記Ｈｋ増加層に用いられる前記酸化物の酸化物形成の自由エネルギーよりも大きな酸化物形成の自由エネルギーを有する、
請求項４記載の磁気素子。
【請求項８】
前記トンネルバリア層および前記Ｈｋ増加層は、ＭｇＯからなり、
前記キャップ層は、Ｒｕである、
請求項７記載の磁気素子。
【請求項９】
前記界面垂直異方性は、１２０００Ｏｅよりも大きな強度を有し、
前記フリー層の磁化方向は、前記フリー層の上面および下面に対して垂直である、
請求項１記載の磁気素子。
【請求項１０】
前記（ａ）のピンド層、前記（ｂ）のトンネルバリア層、前記（ｃ）のフリー層、前記（ｄ）のＨｋ増加層および前記（ｅ）のキャップ層は、磁気トンネル接合（ＭＴＪ：Magnetic Tunnel Junction）素子の一部であり、
前記磁気トンネル接合素子のアレイは、ＭＲＡＭ（Magnetoresistive Random Access Memory ）、スピントランスファーＭＲＡＭまたは他のスピントロニックデバイスのデジタルストレージに用いられる、
請求項１記載の磁気素子。
【請求項１１】
所定の隣接層に対するフリー層の第１界面および第２界面において界面垂直異方性を示す磁気素子であって、
（ａ）基板の上に形成されたシード層と、
（ｂ）前記シード層の上面に隣接するＨｋ増加層と、
（ｃ）前記Ｈｋ増加層の上面と共に第２界面を形成する下面と、トンネルバリア層と共に第１界面を形成する上面とを有し、
第１ＣｏＦｅＢ磁性層中のＦｅ含有量と第２ＣｏＦｅＢ磁性層中のＦｅ含有量とが異なる２つのＣｏＦｅＢ磁性層の複合体であり、
垂直磁気異方性（ＰＭＡ）を有し、
前記第１界面および前記第２界面における前記界面垂直異方性により形状異方性磁界が支配される、前記フリー層と、
（ｄ）前記トンネルバリア層と、
（ｅ）前記トンネルバリア層の上面に隣接するピンド層と
を備え、
シード層／Ｈｋ増加層／フリー層／トンネルバリア層／ピンド層からなる積層構造を有する、
磁気素子。
【請求項１２】
前記トンネルバリア層は、ＭｇＯ、Ａｌ2 Ｏ3 、ＴｉＯx またはＨｆＯx であり、あるいはこれらの酸化物のうちの１または２以上の積層体である、
請求項１１記載の磁気素子。
【請求項１３】
前記フリー層は、５オングストローム以上２５オングストローム以下の厚さを有する、
請求項１１記載の磁気素子。
【請求項１４】
前記Ｈｋ増加層は、ＭｇＯ、ＳｉＯx 、ＳｒＴｉＯx 、ＢａＴｉＯx 、ＣａＴｉＯx 、ＬａＡｌＯx 、ＭｎＯx 、ＶＯx 、ＡｌＯx 、ＴｉＯx およびＨｆＯx から選択される１または２以上の酸化物からなる単層または積層体であると共に、前記トンネルバリア層の面積抵抗（抵抗×面積：ＲＡ）値よりも小さい面積抵抗値を有する、
請求項１１記載の磁気素子。
【請求項１５】
さらに、前記Ｈｋ増加層の中に埋め込まれたＦｅ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｒｕ、Ｃｒ、Ａｕ、ＡｇおよびＣｕのうちの１または２以上からなる粒子を備えた、
請求項１４記載の磁気素子。
【請求項１６】
前記Ｈｋ増加層は、Ｒｕ、Ｔａ、Ｔｉ、Ｂ、Ｖ、Ｍｇ、Ａｇ、Ａｕ、ＣｕまたはＣｒからなる、
請求項１１記載の磁気素子。
【請求項１７】
前記シード層は、前記Ｈｋ増加層に用いられる前記酸化物の酸化物形成の自由エネルギーよりも大きな酸化物形成の自由エネルギーを有する、
請求項１４記載の磁気素子。
【請求項１８】
前記トンネルバリア層および前記Ｈｋ増加層は、ＭｇＯからなり、
前記キャップ層は、Ｒｕである、
請求項１７記載の磁気素子。
【請求項１９】
前記フリー層の前記界面垂直異方性は、前記フリー層の磁化方向が前記フリー層の上面および下面に対して垂直になるように、１２０００Ｏｅよりも大きな強度を有する、
請求項１１記載の磁気素子。
【請求項２０】
前記（ａ）のシード層、前記（ｂ）のＨｋ増加層、前記（ｃ）のフリー層、前記（ｄ）のトンネルバリア層および前記（ｅ）のピンド層は、磁気トンネル接合（ＭＴＪ）素子の一部であり、
前記磁気トンネル接合素子のアレイは、ＭＲＡＭ、スピントランスファーＭＲＡＭまたは他のスピントロニックデバイスのデジタルストレージに用いられる、
請求項１１記載の磁気素子。
【請求項２１】
前記第２ＣｏＦｅＢ磁性層は、５０原子％以上のＦｅ含有量を有するＦｅリッチであり、
前記Ｈｋ増加層は、ＭｇＯ、ＴｉＯx 、ＨｆＯx またはＡｌ2 Ｏ3 からなる、
請求項１記載の磁気素子。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００６
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００６】
図１Ａおよび図１Ｂに示したように、ＴＭＲ構造の２つの磁性層では、その磁化方向が膜面内であっても膜面外であってもよい。面内の磁化の例を図１Ａに示す。この図１Ａでは、ピンド層１０がＸ軸に沿った磁気モーメントを有し、フリー層１２が（＋）または（−）のＸ軸方向に回転自由な磁気モーメントを有している。絶縁（トンネルバリア）層１１が上記２つの強磁性層を隔てている。面外磁化については図１Ｂに示す。この図１Ｂでは、ピンド層２０がＹ軸方向あるいは膜面に対して垂直方向の磁化方向を有し、フリー層２１が（＋）また は（−）のＹ軸方向のどちらにも回転自由な磁気モーメントを有している。両例共に、フリー層およびピンド層の磁化は、静止状態において互いに平行または反平行になる。そして、フリー層１２（またはフリー層２１）の磁化方向によって、デジタル情報が記憶される。
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１２
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１２】
図１Ｂに示したように、フリー層の磁化方向が膜面に対して垂直方向であるとき、磁気素子の反転に必要な臨界電流は、以下の数式（３）に示すように、垂直異方性磁場に直接比例する。
【手続補正４】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１５
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１５】
図１Ａおよび図１Ｂに示した面内および面外の構造の両方で、磁気素子の垂直異方性磁場は、以下の数式（５）のように表される。
【手続補正５】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００３２
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００３２】
本出願人は、関連出願（米国特許第８，４７０，４６２号）において、ＮＣＣ(nanocurrent channel)層をＣｏＦｅＢフリー層に取り込むことにより、どのようにＨeffが下げられているのか、と共にこれにより界面垂直異方性Ｈｋ⊥（interfacial）が強まることを
明らかにした。加えて、同じＢｓでは、２つのＮＣＣ−ＭＴＪのＨｃおよび熱安定性Δの方が、１つのＮＣＣ−ＭＴＪよりも大きくなることが観測された。上記数式（１），（２）に基づくと、Ｈｋｅｆｆ⊥（例えば磁場のうち垂直異方性磁場）は、面内磁化方向を有するフリー層の熱安定性を低下させることなく、スピン偏極反転電流を小さくするように制御できる可能性があるように思える。更に、例え臨界電流が小さくならなくても、独立して磁気モーメントもしくは体積の熱安定性を向上させたい場合には、面垂直のフリー層の構造において垂直異方性を増加させることは、明らかに利点がある。従って、図１Ａおよび図１Ｂに示した面内および面外の両方の構造で、数式（５）に示した磁気素子の垂直異方性磁場を向上させることが望まれる。ここで、本出願人は、フリー層の上面および下面での界面垂直異方性を強めた磁気素子を示す。この磁気素子により、面内磁化方向の形態では、反転電流が小さくなり、面外の形態ではＭＲ比等の他の特性に大きな影響を及ぼすことなく、熱安定性を向上させることが可能となる。