磁阻效应器件以及使用它的磁性随机存取存储器的制作方法

专利名称：：磁阻效应器件以及使用它的磁性随机存取存储器的制作方法
技术领域：
：本发明涉及一种磁阻效应器件以及一种使用它的磁性随机存取存储器，例如使用自旋注入写入方案的磁阻效应器件。
背景技术：
：近年来，已经提出信息基于新原理而记录于其上的许多固态存储器。在固态存储器中，作为固态磁性存储器，使用隧道磁阻(TMR)的磁阻随机存取存储器(MRAM)是已知的。MRAM使用发挥磁阻效应的磁阻(MR)器件作为存储单元，依赖于MR元件的磁化状态将信息存储在存储单元中。MR元件包括具有可变磁化的层和具有固定磁化的层。当可变磁化层的磁化方向与固定磁化层的磁化方向平行时，低阻态出现。当方向彼此相反时，高阻态出现。阻态之间的差异用来存储信息。作为在MR元件中写入信息的方法，使用所谓电流磁场写入方案。在该方案中，互连排列在MR元件附近，并且由在互连中流动的电流产生的磁场改变MR元件的磁化状态。当MR元件的尺寸减小以缩小MRAM时，MR元件的矫顽磁性He增加。由于这个原因，在使用磁场写入方案的MRAM中，随着缩小的进展，写入所需的电流趋向于增加。结果，超过256Mbit的大容量的单元尺寸的缩小与低电流配置不容易兼容。提出使用自旋动量转移(SMT)的写入方案作为解决上述问题的写入方案(自旋注入写入)(USP6,256,223号的说明书)。在自旋注入写入方案中，电流垂直于表面而传导，其中各个薄膜在实现隧道式磁阻的器件(MR元件)中面向，以改变(翻转)MR元件的磁化状态。在通过自旋注入的磁化翻转中，磁化翻转所需的电流Ic由电流密度Jc精确地调整。因此，当MR元件的电流流过的表面面积减小时，翻转磁化的注入电流Ic也减小。使用用于写入的恒定电流密度，尺寸减小的MR元件需要减小的电流Ic。这使得自旋注入写入方案原则上在可扩展性方面胜过磁场写入方案。但是，当自旋注入写入方案用来实现MRAM时，磁化翻转所需的电流大于常常用来实现MRAM的选择晶体管产生的电流。由于这个原因，MRAM基本上不能用作存储器。
发明内容根据本发明的一个方面，提供一种磁阻效应元件，包括具有基本上固定磁化方向的磁化固定层；具有可变磁化方向，由具有BCC结构并且由Fe"x—yCOxNiy((^x+y化0^x￡l，OSySl)表示的磁性合金形成，并且包含0<a￡20at%(a是含量)范围内的V，Cr和Mn中至少一种添加元素的磁化可变层；以及置于磁化固定层和磁化可变层之间并且由非磁性材料形成的中间层，其中由经过磁化固定层、中间层和磁化可变层的双向电流翻转磁化可变层的磁化方向。根据本发明的一个方面，提供一种磁阻效应元件，包括具有基本上固定磁化方向的磁化固定层；具有可变磁化方向，由具有BCC结构并且由Fe^-yCOxNiy(0Sx+y化0￡x^l，0^1)表示的磁性合金形成，并且包含(Xa^5at。/0(a是含量)范围内的Si，Ge和Ga中至少一种添加元素的磁化可变层；以及置于磁化固定层和磁化可变层之间并且由非磁性材料形成的中间层，其中由经过磁化固定层、中间层和磁化可变层的双向电流翻转磁化可变层的磁化方向。根据本发明的一个方面，提供一种磁阻效应元件，包括具有基本上固定磁化方向的磁化固定层；具有可变磁化方向，由具有BCC结构并且由Fe—COxNiy(0Sx+y$l，O化l，0￡y￡l)表示的磁性合金形成，并且包含0<a^l0at%(a是含量)范围内的Sr，Ti，Y，Zr，Nb,Mo，Tc，Hf，Ta，\V和Re中至少一种添加元素的磁化可变层；以及置于磁化固定层和磁化可变层之间并且由非磁性材料形成的中间层，其中由经过磁化固定层、中间层和磁化可变层的双向电流翻转磁化可变层的磁化方向。根据本发明的一个方面，提供一种磁阻效应元件，包括具有基本上固定磁化方向的磁化固定层；具有可变磁化方向，由Fei_x-yCoxNiy(0^x+y化0￡xHOSySl)表示的磁性合金形成，并且包含Ru，Rh，Pd，Os，Ir，Pt，Au和Ag中至少一种的磁化可变层；以及置于磁化固定层和磁化可变层之间并且由非磁性材料形成的中间层，其中由经过磁化固定层、中间层和磁化可变层的双向电流翻转磁化可变层的磁化方向。图l-9每个显示根据一种实施方案的MR元件的基本部分；图10显示使用根据一种实施方案的MR元件的存储单元的基本部分；以及图11显示使用才艮据一种实施方案的MR元件的MRAM的电路图。具体实施方式下面将参考附随附图描述本发明的实施方案。在下面的描述中相同的参考数字表示具有相同功能和配置的组成元件，并且重复的描述仅当需要时执行。(1)MR元件(1-1)MR元件的结构图1和2每个显示根据本发明一种实施方案的MR元件的基本部分。在图1和2中，箭头指示磁化方向。在下面的附图中，显示MR元件的基本部分。但是，MR元件可能还包括层，只要它包括基本配置。配置MR元件1以依赖于流过层彼此面向的表面(薄膜表面)的电流的方向而采取两种稳定状态的一种。稳定状态分别对应于"o"数据和"l"数据，从而允许将二进制数据存储在MR元件1中。在MR元件1中，磁化状态根据自旋注入写入方案翻转，并且存储依赖于状态的信息。如图1中所示，MR元件1具有两个铁磁层2和3以及排列在铁磁层2和3之间的间隔层(中间层)4。铁磁层2具有沿着薄膜表面的方向上的易磁化轴，以使得磁化方向沿着薄膜表面可变。在下面的描述中，铁磁层2称作自由层(自由层、磁化自由层、磁化可变层或记录层)。随后将描述包括自由层2的配置的详细特性。沿着薄膜表面的磁化称作面内磁化。铁磁层3具有沿着薄膜表面固定的磁化方向。更具体地，铁磁层3是面内磁化薄膜。铁磁层3可以设计以具有高于自由层2的矫顽磁性。铁磁层3将称作钉层(固定层(fixedlayer)、磁化固定层(magnetizationfixedlayer)、参考层、磁化参考层、标准层或磁化标准层)。自由层2的易磁化轴的方向典型地沿着固定层3的磁化方向。钉层(pinlayer)3的磁化可以通过将反铁磁层(没有显示)排列在例如与间隔层4相对的钉层3的表面上而固定。钉层3可以包括例如Co,Fe，Ni或包含这些金属的合金。间隔层(中间层)4由非磁性金属薄膜、非磁性半导体薄膜、绝缘薄膜等构成。优选地，间隔层4是由具有NaCl结构的MgO,CaO，SrO,TiO或TiN形成的氧化物间隔层或氮化物间隔层。具有NaCl结构的间隔层4优选地具有(100)平面取向。虽然随后将描述，这是因为晶格失配在间隔层4与具有(100)平面取向的体心立方(BBC)结构的自由层2，或者具有(001)平面取向的Ll。有序结构相或Lh有序结构相的自由层2之间的分界面上减小。写入时，电流传导以在穿透薄膜表面的方向上(典型地，垂直于薄膜表面)从钉层3流到自由层2或者从自由层2流到钉层3。结果，自旋角动量从钉层3转移到自由层2，其中根据自旋角动量守恒定律，动量转移到自由层2的自旋，导致自由层2的磁化翻转。图2显示自由层2和钉层3的磁化方向与图1中不同的实例。更具体地，如图2中所示，自由层2的易磁化轴和钉层3的磁化沿着穿透薄膜表面的方向(典型地，垂直于薄膜表面的方向)，并且自由层2的磁化沿着与薄膜表面垂直的表面旋转。穿透薄膜表面的方向上的磁化称作垂直磁化。当自由层2的易磁化轴设置在垂直磁化方向上时，减小MR元件尺寸相关性从而允许长宽比为1的MR元件的实现。这使得能够减小长宽比，从而减小元件面积，这减小翻转电流。具有垂直磁化的钉层3比自由层2厚，并且优选地具有饱和磁化Ms与厚度t的乘积MS.t，或者充分大于(三倍或更多)自由层2的单轴磁性各向异性能量Ku。这是为了在钉层3中有效地执行自旋累积效应，也就是，角动量从磁化自旋到传导电子的转移，以及为了最小化由来自自由层2的自旋注入引起的钉层3的磁化波动。当钉层3具有垂直磁化时，优选地减小来自钉层3的漏磁场。钉层3的漏磁场防止自由层2的磁化相对于钉层3从平行翻转到反平行。因此，钉层3的视饱和磁化Ms(净Ms)优选地小。作为为此目的的一种方法，合成反铁磁(SAF)结构可以给予钉层3。如图3中所示，SAF结构由包括铁磁层11、中间层12和铁磁层13的层叠结构构成。设计铁磁层11和磁性层13以在反平行磁化排列中稳定。作为中间层12的材料，使用元素例如Ru或Os。在图3中的实例中，SAF结构应用于具有垂直磁化的MR元件的钉层3。但是，面内磁化(图1)结构当然也可以适用。作为减小具有垂直磁化的钉层3的漏磁场的另一种方法，钉层3可以包括铁磁材料。在该情况下，如图4中所示，分界面钉层14插入到钉层3与间隔层4之间的分界面中以使得MR变化率出现。作为铁磁材料，典型地使用FeCo-RE材料(RE是稀土元素)。作为RE，Gd，Tb，Dy和Ho优选地用来稳定垂直磁化。FeCo-RE合金具有非晶结构。在FeCo-RE合金中，饱和磁化Ms因RE成分接近补偿点而几乎为零，饱和磁化Ms的载体从FeCo变成RE元素，并且矫顽磁性He变成相对最大值。因此，使用使得RE元素丰富的组成，分界面钉层14和钉层3的视饱和磁化净Ms可以几乎为零。在图1和2中的结构中，层叠顺序可以反转。更具体地，结构可以垂直反转。此外，MR元件1可以拥有具有两个钉层的结构(双固定结构)。图5显示MR元件的另一个实例。如图5中所示，间隔层5和钉层6进一步排列在与间隔层4相对的自由层2的表面上。自由层2以及钉层3和6可以具有如图1中所示的面内磁化(由图5的左部中的箭头指示的磁化)或者可以具有如图2中所示的垂直磁化(由图5的右部中的箭头指示的磁化)。间隔层5的材料可以选自在间隔层4中使用的材料，并且钉层6的材料选自在钉层3中使用的材料。钉层3的磁化和钉层6的磁化彼此反平行耦合。除了双自旋结构之外，自由层2可以具有SAF结构。在SAF结构中，如图6中所示，自由层2具有由铁磁层11、中间层12和磁性层13构成的层叠结构。自由层2以及钉层3和6可以具有如图1中的相同的面内磁化(由图5的左部中的箭头指示的磁化)或者可以具有如图2中的垂直磁化(由图5的右部中的箭头指示的磁化)。钉层3的磁化方向与钉层6的磁化方向平行，并且铁磁层11的磁化与磁性层13的磁化反平行耦合。作为中间层12，例如，使用元素例如Os,Ru和Ir。具有单固定结构的自由层2(图1和图2)当然可以由具有SAF结构的自由层2代替。SAF结构的优点在于SAF结构的视饱和磁化净Ms在剩余磁化状态中几乎为零(也就是，没有外部磁场)。利用该特性，MR元件的SAF结构的钉层3和6以及具有SAF结构的自由层2对于外部磁场不敏感，并且对于外部磁场具有提高的阻抗。(1-2)自由层下面将描述自由层2的细节。当自由层2具有SAF结构时，下面的描述适用于铁磁层11和13。在自旋注入写入中翻转自由层2的磁化所需的电流(翻转电流)Isw由下面的>^式给出/swoc(a/g).MsF(2/ir"/Ms+祝)(1)其中a:阻尼常数g:效率Ms:饱和磁化V:体积Ku:磁性各向异性能量Hd:退磁场。翻转电流是用于将自由层2的磁化从与钉层3平行和反平行分别翻转到反平行和平行的翻转电流的平均值。单轴磁性各向异性能量Ku通过将晶体磁性各向异性Kc和感应磁性各向异性Ki相加而获得。通过减小公式(1)的右侧项中除g之外的物理值，翻转电流可以减小。一些物理值可以是减小的目标并且阻尼常数a是可能的。作为物理常数的阻尼常数a从微观的观点依赖于自旋轨道相互作用。它也依赖于多数电子和少数电子的电子密度。从宏观的观点，实际上，使用具有有限晶粒尺寸的多晶薄膜的影响也是显著的。在多晶薄膜的情况下，有助于自旋注入磁化翻转电流的阻尼常数因为薄膜形状的影响而变化。例如，随着薄膜的粗糙度减小，阻尼常数减小。因此，平整度和光滑度对于自由层是不可缺少的。另外，晶体取向也影响薄膜的平整度。随着晶体取向增加，阻尼常数减小。阻尼常数也依赖于由磁性薄膜的饱和磁化引起的去磁场中的变化而变化。因此，随着退磁场的分布增加，阻尼常数增加。退磁场的变化的绝对值通过减小饱和磁化Ms而减小，具有阻尼常数也减小的结果。当形成使用垂直磁性薄膜的器件时，退磁场系数通过减小MTJ元件的尺寸因形状的作用而变化。因此，与薄膜表面垂直的方向上MR元件的退磁场变小。因此，阻尼常数减小。如上所述，自旋极化电子从钉层3提供到自由层2以提供扭矩到自由层2的电子的自旋，从而翻转自由层2的磁化。此时，自由层2中的自由电子显示出相对于由自旋扭矩引起的自由层2的磁化的变化而返回到磁性稳定状态的力。该力意思是阻尼常数a。阻尼常数a用作防止在磁化翻转过程开始的翻转的力。因此，当阻尼常数a减小时，自旋注入磁化翻转电流可以减小。(1-2-1)添加剂1根据本发明一种实施方案的自由层2的材料是具有组成公式Fe,.x-yCoxNiy(0Sx+ySl，0Sx，ySl)的磁性合金(FeCoNi合金)并且包含选自V，Cr和Mn的至少一种元素N。此外，FeCoNi合金优选地具有BCC结构。更具体地说，FeCoNi组成是FeLx-yCOxNiy(0^x+y<0.2，0Sx<0.2,0^y<0.2)。当x和y落入这些范围时，FeCoNi合金具有BCC结构。因为BCC结构不是紧密堆积结构，原子间距离大。由于这个原因，作为元素的特性相对强，并且电子趋向于相对定位于原子核中。因为阻尼常数a与自旋之间的相互作用成比例，阻尼常数a随着自由层2的电子减少而变小。当电子限于局部时，阻止相对自旋的电子数目减少。结果，阻尼常数a减小。如上所述，间隔层4的材料经常具有NaCI结构。由具有BCC结构的材料形成的自由层2可以用于间隔层4，以方便地执行间隔层4与自由层2之间的分界面匹配。更具体地，例如，当间隔层4包括MgO时，可以抑制(100)平面上的失配。在包含Fe，Co和Ni作为主要成分具有BCC结构的铁磁中，MgO的优选取向(100)平面和具有BCC结构的FeCoNi合金的(100)平面之间的失配可以通过倾斜[100方向45。而抑制至多5%。结果，MR元件可以实现超过100%的MR变化率。通过添加元素N到FeCoNi合金，MR元件的阻尼常数a可以减小。结果，翻转电流可以减小。该减小由下面的机制引起。阻尼常数a与自旋轨道的相互作用成比例。FeCoNi的轨道成分(L)是正的，而V、Cr和Mn的轨道成分(L)是负的。由于这个原因，通过添加元素N到FeCoNi合金，轨道成分(L)可以减小。结果，自旋轨道的相互作用减小，并且阻尼常数a可以因此减小。阻尼常数a的减小依赖于添加元素N的量，甚至少量元素N的添加减小阻尼常数a。更具体地，元素N以0<aS50at%(a是含量)的范围添加，因为当添加元素N的量超过50at。/o时，MR元件的MR变化率很少出现。其原因似乎是饱和磁化Ms减小到几乎零，并且抵销分界面上磁化自旋的方向。更优选的上限由a￡20at。/。给出。考虑到保证大MR变化率的观点，更优选的上限由a￡l0at"/。给出。另一方面，下限优选地由0.1at。/c^a给出，因为在小于O.lat%时不会获得减小阻尼常数a的充分效果。通过添加元素N减小阻尼常数a的效果在FeCoNi具有BCC结构时最大。这是因为BCC结构不是紧密堆积结构。具有BCC结构的V、Cr和Mn可以在用作母合金的BCC结构的FeCoNi中完全固态溶解。由于这个原因，这种材料的结晶相非常稳定o但是，即使FeCoNi合金具有面心立方晶格(FCC)结构，添加元素N也可以稳定FeCoNi合金的BCC结构。通常，由'减射法形成自由层2强迫固态溶解状态形成，允许添加剂固态溶解到5at%。这也适用于随后将描述的添加剂2-4。由元素N的添加引起的饱和磁化Ms的减小几乎与添加元素N的量成比例。该特征不同于高达大约10at。/。的一般金属元素的添加表现出小的饱和磁化Ms减小率的特征。这也适用于添加剂2-4。自由层2以优选地整个体积的50。/。或更多拥有具有小阻尼常数a的BCC结构部分的体积。这样，阻尼常数a显著趋向于减小。剩余部分可以具有任何结构。但是，假设该部分经常是非晶的。固态溶解范围上的添加剂聚集在BCC结构的晶粒间界并且处于非晶态。该描述也适用于添加剂2-4。(1-2-2)添加剂2根据本发明一种实施方案的自由层2的材料是由组成公式Fei.x—yCoxNiy(OSx+y$l，O^x^l,OSyH)表示的材料形成的磁性合金并且包含选自Si，Ge和Ga的至少一种元素M。此外，FeCoM合金优选地具有BCC结构。更具体地说，FeCoNi的组成是Fe—COxNiy(0￡x+y<0.2,0￡x<0.2，0￡y<0.2)。当x和y落入这些范围时，FeCoNi合金具有BCC结构。由于下面的原因，MR元件的阻尼常数a也可以通过添加元素M到FeCoNi合金而减小。也就是，如上所述，翻转电流可以通过减小阻尼常数a而减小。因为阻尼常数a与自旋轨道的相互作用成比例，阻尼常数a随着自由层2的电子数目减少而变小。用作元素M的Si，Ge和Ga具有产生共价键的力。因此，Si，Ge和Ga添加到FeCoNi合金以产生共价键，从而局部化自由层2的自由电子，并且可以自由移动的自由电子的数目减少。结果，翻转电流可以通过阻尼常数a的减小而减小。优选地设置添加剂的量，使得阻尼常数a减小而不破坏FeCoNi合金的晶体结构。更具体地，添加剂的量(含量)b由0<b￡5at。/。给出。添加剂的量的上限的意义如下。元素M具有BCC结构。由于这个原因，添加元素M到具有BCC结构的FeCoNi合金允许元素M基本上固态溶解，同时保持BCC结构。但是，元素M以多于5at%添加，则FeCoM合金的晶体结构从BCC结构变成非晶结构。结果，结构中的原子间距离等于紧密堆积结构中的原子间距离，这提出增加的阻尼常数a的担忧。更具体地，当添加剂的量小于0.1at。/o时，不能观察到减小阻尼常数a的充分效果。由于这个原因，下限优选地设置在0.1at。/^a。当元素M添加到具有BCC结构的FeCoNi时，FeCoNi合金的BCC结构的晶格常数可以有利地增加。结果，节制经常用作间隔层4的MgO(100)平面上的失配量，这减小面积阻抗。这是因为MgO中的能带结构的连接对于晶格匹配非常敏感。在这种情况下，依赖于元素M及其量的MR变化率可能影响不大。(1-2-3)添加剂3根据本发明一种实施方案的自由层2的材料是由组成公式Fe^.yCoxNiy(O^x+y^l，0^x51，0SyH)表示的材料形成的磁性合金并且包含选自Sr，Ti，Y，Zr，Nb，Mo，Tc，Hf，Ta，W和Re的至少一种元素L。此外，FeCoNi合金优选地具有BCC结构。更具体地说，FeCoNi的组成是Fe^.yCOxNiy(0^x+y<0.2,0^x<0.2，0^y<0.2)。当x和y落入这些范围时，FeCoNi合金具有BCC结构。由于下面的原因，MR元件的阻尼常数a也可以通过添加元素L到.FeCoNi合金而减小。也就是，如上所述，翻转电流可以通过减小阻尼常数a而减小。阻尼常数a也可以通过减小自由层2中的原子间相互作用而减小。作为为此目的的一种方法，可以增加原子间距离。为了实现这一点，通过添加每种具有长的最近原子间距离的Sr，Ti，Y，Zr，Nb，Mo，Tc，Hf，Ta，W和Re到FeCoNi合金，包含在自由层2中的原子的晶体结构扩展，并且自由层2中的原子间距离增加。结果，电子的减小的相互作用可以减小阻尼常数a。结果，翻转电流可以减小。优选地设置添加剂的量，使得阻尼常数a减小而不破坏FeCoNi合金的晶体结构。更具体地，添加剂的量(含量)c由0<c$10at%给出。添加剂的量的上限的意义与对于元素M的意义相同。简要地，上限之上的添加将FeCoNi合金的晶体结构从BCC结构变成非晶结构，并且使得结构的原子间距离等于紧密堆积晶格的原子间距离，这增加阻尼常数ou更具体地，因为在小于0.1at。/。时不能观察到减小阻尼常数a的充分效果，所以下限优选地由0.1atVc^a给出。具有更稳定BCC结构的Nb,Mo，W，Ta或Re更优选地用于元素L。4象元素M—样，当元素L添加到具有BCC结构的FeCoNi时，FeCoNi合金的BCC结构的晶格常数可以有利地增加。结果，节制经常用作间隔层4的MgO(100)平面上的失配量，以减小面积阻抗。具有(1-2-1)、(1-2-2)和(1-2-3)中描述的BCC结构的FeCoNi合金具有(100)平面取向。自由层2的取向与间隔层4的取向的关系如下。(100)间隔层〃(100)自由层100间隔层〃[110]自由层其中〃表示平行。(1-2-4)添加剂4公式(1)显示具有减小体积的MR元件，更具体地，具有减小厚度的自由层也可以减小翻转电流。这是因为，在自旋注入写入中，因为由自旋注入作用在自由层上的扭矩仅在分界面(S3nm)附近起作用，当自由层变厚时，没有扭矩的部分增加，并且翻转电流增加。翻转电流可以通过使自由层变薄而减小。但是，当自由层仅仅变薄时，MR元件在热阻方面退化。这不利地退化MRAM的存储单元的数据保持特性。由于这个原因，高磁性各向异性能量给予自由层，并且自由层的体积减小同时保持一定的热阻。关于热阻，满足下面的公式△=Ke'V/(kb'T)其中△:热阻Ke:有效磁性各向异性能量V:自由层的体积(=S(自由层的面积).t(自由层的厚度))kb:Bolzmann常数T:温度因此，在一定温度下，当热阻A和自由层面积S恒定时，增加的有效磁性各向异性能量Ke允许小的自由层厚度t。垂直磁性薄膜(例如图2)和面内磁性薄膜(例如图1)上的有效磁性各向异性能量Ke彼此不同。垂直磁性薄膜上的有效磁性各向异性能量Ke通常由下面的等式表示Ke-Ku-4;rMs2。另一方面，在面内磁性薄膜上，满足下面的等式Ke-Ku+Ks其中Ks:形状磁性各向异性能量。因此，根据本发明一种实施方案的MR元件的自由层2是由组成公式Fe^yCoxNiy(Olx+y^l,05x，y^1)表示的材料形成的磁性合金，并且包含选自Ru，Rh，Pd，Os，Ir，Pt，Au和Ag的至少一种元素X。元素X的组成范围优选地在20at%至80at。/。之间。元素X可以提供高单轴磁性各向异性能量Ku到自由层2,并且提高自由层2的耐蚀性。当自由层2具有高单轴磁性各向异性能量Ku时，有效磁性各向异性能量Ke可以增加。因为元素X不是磁性元素，当元素X添加时，饱和磁化Ms作为材料的整个体积而减小。这也有助于自旋注入磁性翻转电流的减小。当自由层2具有高单轴磁性各向异性能量Ku以实现具有一定相等值的有效磁性各向异性能量Ke时，基于MR元件形状的形状磁性各向异性能量Ks可以相对减小，如从公式(3)中显然的。结果，与MR元件的特性的尺寸的相关性减小，并且提高对使用MR元件的MRAM中MR元件(存储单元)尺寸的波动的阻抗。随着MR元件的小型化，由MR元件尺寸的波动引起的特性的波动是显著的。由于这个原因，通过使用该实施方案，可以实现小(小尺寸)MR元件而不考虑尺寸的波动。当元素X适当地添加到自由层2以适当地使自由层2的晶格取向一致时，可以实现与薄膜表面垂直的磁性各向异性。更具体地，控制添加有元素X的FeCoNi合金薄膜的晶体结构和取向，以使得能够提供垂直磁性各向异性到FeCoNi合金。更具体地，可以使用具有(001)平面取向的六角紧密堆积(HCP)结构的CoFeNi-X合金，具有(111)平面取向的FCC结构的CoFeNi-X合金，以及具有(001)平面取向的面心四方(FCT)结构的FeCoNi-X合金。FCT结构合金具有有序结构。作为有序相的晶体结构，Llo结构和Ll2结构是已知的。为了形成具有LU结构和Ll2结构的有序结构的相，元素X的组成范围在20at。/。至80at。/。之间是优选的。需要热处理以形成有序结构相。在上面的组成范围中，具有Llo结构和Ll2结构的有序结构相可以容易地由适当的热处理形成。Lln结构的有序结构相容易在40atV。至60at，。之间的元素X的组成范围中形成。Ll2结构的有序结构相容易在20at"/。至40at。/。之间和60at。/。至80at。/。之间的元素X的组成范围中形成。(1-2-5)MR元件的另外结构下面的实施方案可以加入添加有元素N，M或L(称作添加元素)的实施方案。更具体地，自由层2中的添加元素具有这种浓度分布，即位置处的含量随着位置接近间隔层4而降低。这是因为作为非磁性元素的添加元素的浓度接近间隔层4与自由层2之间的分界面而减小，以使得能够保持MR元件1的MR变化率高。因为添加元素的量在分界面附近小，由添加元素引起的轨道角动量减小，并且分界面附近由自由层2的自旋注入引起的扭矩应用的效率提高。为了形成如上所述的浓度分布，如图7中所示，使用的优选方法是自由层2与间隔层4之间没有添加元素的分界面自由层21的插入以使得自由层2成为双层。更具体地，分界面自由层21包括由组成公式Fe^-yCOxNiy(0￡x+y￡l，05x^1，0Sy￡l)表示的磁性合金。在该情况下，分界面自由层21优选地具有BCC结构。在该情况下，FeCoNi合金的组成可以是FeLx.yCOxNiy(0^x+y<0.2，0^x<0.2，0￡y<0.2)。自由层2包括通过根据描述(1-2-1)、(1-2-2)和(1-2-3)添加元素N，M或L到FeCoNi合金而获得的材料。具有分界面自由层21的MR元件在适当的温度下退火。结果，添加元素从自由层2扩散到分界面自由层21以使得能够实现这种浓度分布，即位置处的含量随着位置接近间隔层4而增加。如上所述的浓度分布也可以实现，使得如图8中所示，由选自Ru，Rh,Pd，Os，Ir，Pt和Au的至少一种元素X形成的覆盖层22在没有添加元素的自由层2上形成，然后适当地退火。自由层2典型地具有BCC结构并且包括通过根据描述(1-2-1)、(1-2-2)和(1-2-3)添加元素N，M和L的任何一种到(100)平面取向的FeCoNi合金而获得的材料。作为覆盖层22，优选地使用具有FCC结构并且(100)平面取向的材料。通过减小间隔层4的分界面上添加元素的浓度，获得因添加元素引起的翻转电流减小效果，并且MR元件1的MR变化率可以保持高。这是因为MR变化率相当大地依赖于间隔层4与自由层2之间的分界面的状态。自由层2中的添加元素的浓度梯度可以通过在MR元件中使用的层的横截面中与薄膜表面垂直的方向上由能量分散x射线衍射(EDX)或电子能量损失镨分析(EELS)对组成的线路分析，由组成分析标识。(1-2-6)自由层的原子结构根据本发明实施方案的自由层2优选地具有Ll。有序结构相或Ll2有序结构相。因为具有LU有序结构相和Ll2有序结构相的FeCoNi合金发挥非常高的晶体磁性各向异性能量Kc，FeCoNi合金有助于增加单轴磁性各向异性能量Ku。如上所述，高单轴磁性各向异性能量Ku可以减小翻转电流同时保持高热阻。Llo有序结构相和Ll2有序结构相的形成由X射线衍射法和电子衍射法检查。在两种方法中，衍射强度通过使用每个原子的电子散射强度由结构因数计算获得。根据有序化，结合通常出现的(002)衍射，以及当消光法则失去时出现的属于超晶格峰的(ooi)峰来估计有序度。有序度从(001)峰与(002)峰之间的比值中计算。这里，Llo有序结构相或Ll2有序结构相定义为当Fe，Co和Ni的一种元素与Ru，Rh，Pd，Os，Ir，Pt，Au和Ag的一种元素的二元合金看作母合金时获得的晶体结构。例如，作为Llo结构合金，给出FePt有序合金，FePd有序合金，CoPt有序合金等。作为Ll2结构合金，给出Co3Pt有序合金，Fe3Pt有序合金，Fe3Pd有序合金等。特别地，当具有Ll。有序结构相的FePt合金或CoPt合金具有5xl06erg/cc或更多的高晶体磁性各向异性能量Kc，具有FCT结构，并且(001)平面取向时，FePt合金或CoPt合金优选地发挥强垂直磁性各向异性。具有Ll2结构的Fe3Pt合金和具有Lh有序结构相的Co3Pt合金具有FCT结构并且表现出lxl06erg/cc或更多的高晶体磁性各向异性能量Kc。当选自V，Cr和Mn的元素添加到具有Llo有序结构相的Fe3Pt合金或具有Lh有序结构相的FePt合金时，饱和磁化Ms对于添加剂的量而极大地减小。这是因为V,Cr和Mn的自旋方向与Fe的自旋方向相反。这与FeMn，FeCr等具有反铁磁性质的事实类似。阻尼常数a也趋向于减小。V，Cr和Mn代替Fe固态溶解。在磁化磁场(M-H)曲线中，垂直磁化指非磁场中的剩余磁化Mr与饱和磁化Ms的比值Mr/Ms为0.5或更多的状态。在MR元件的磁阻效应变化率-磁场(MR-H)曲线中，垂直磁化指非磁场中处于剩余状态的MR变化率MRr与反平行磁化的最大MR变化率MRs之间的比值MRr/MRs为0.5或更多的状态。元素N可以添加到由具有Ll。有序结构相或Lh有序结构相的FeCoNi合金形成的自由层2。添加剂的量优选地"i殳置为0.5atV。或更多至10at。/。或更少。当量少于0.5at。/。时，不能观察到充分的添加剂效果。通过添加，翻转电流可以通过阻尼常数a的减小而减小。虽然添加剂的量可以大于10at%，LU或Ll2有序结构相的有序化温度增加，有序化被阻止，并且有序度退化。因为V,Cr和Mn与Fe完全固态溶解，这些V,Cr和Mn不会破坏有序晶体结构的稳定。为了使用MR元件作为MRAM的MR元件，由X射线衍射图像的(001)峰和(002)峰计算的有序度必须为0.6或更多。0.8或更多的有序度是优选的。当有序度小于0.6时，形成图案的MR元件中的自旋注入磁性翻转电流非常可能波动。元素M或L可以添加到由具有Ll。有序结构相或Lh有序结构相的FeCoNi合金形成的自由层2。添加剂的量优选地^t置为0.5at。/。或更多至10at。/。或更少。当量大于10at。/。时，自由层2具有非晶结构并且不具有有序结构。当量小于0.5atY。时，不能观察到充分的添加剂效果。具有Ll。有序结构相或Ll2有序结构相的自由层2(001)平面取向以用作垂直磁性薄膜。当垂直磁性薄膜用作自由层2时，垂直磁性薄膜优选地用作钉层3。在该配置中，钉层3的厚度优选地大于自由层2的厚度。这是必需的，以使得钉层3的磁化量大于自由层2的磁化量，从而相对于翻转电流提高钉层3的稳定性。实际上，钉层3的单轴磁性各向异性能量Ku或矫顽磁性Hc也必须大于自由层2。分界面自由层21可以在具有Ll。有序结构相或Ll2有序结构相并且添加有元素N，M和L的任何一种的自由层2与间隔层4之间形成。分界面自由层21优选地包括具有BCC结构的FeCoNi合金。在该情况下，FeCoNi合金的组成是FeLx-yCoxNiy(0￡x+y<0.2，0^x<0.2，0^y<0.2)。分界面自由层21可以根据描述(1-2-1)、(1-2-2)和(1-2-3)添加有元素N，M和L的任何一种。分界面自由层21的厚度设置为0.5nm或更多至2nm或更少。当厚度小于0.5nm时，几乎不能获得分界面自由层21的效果。当厚度大于2nm时，翻转电流增加。当具有NaCl结构的氧化物例如MgO，CaO，SrO或TiO用于间隔层4时，间隔层4优选地(100)平面取向。在该情况下，具有LU有序结构相或Ll2有序结构相的自由层2优选地(001)平面取向。在该情况下，自由层2的取向与间隔层4的取向的关系如下。(IOO)间隔层〃(100)自由层[100间隔层〃[100I自由层(1-3)具体实例(1-3-1)第一实例下面将描述本发明的具体实例。可以对其执行四端测量的MR元件由下面的过程形成。厚度为lfun或更多的SK)2层通过热氧化在Si衬底的表面上形成。低互连的图案由沟槽在衬底上形成。用作下电极的Cu通过使用镶嵌(Damascene)方法埋入沟槽中。通过使用DC磁控管濺射法，形成根据本发明一种实施方案的MR元件。MR元件具有图9中的结构，包括图l等中的结构。更具体地，如图9中所示，MR元件具有从顶部开始接连排列的覆盖层23，自由层2，间隔层4,钉层3，反铁磁层24和底层25。钉层3具有由从顶部开始接连排列的铁磁层11、中间层12和铁磁层13构成的SAF结构。由到现在为止执行的步骤获得的结构在1.5T的磁场中和在真空状态下在375°C下退火。此后，使用硬掩模材料例如TiN或Ta由离子铣削法对MR元件形成图案。此后，形成由SiN形成的保护薄膜和由SK)2形成的层间薄膜。层间薄膜的表面由化学机械抛光(CMP)平面化和抛光以暴露MR元件部分的顶面。此后，上电极通过形成图案而形成。下面将描述形成的MR元件的详细配置。夹在标记/之间的材料表示为图9中所示MR元件的从顶部开始接连排列的各个层。[I中的值表示薄膜厚度(单位是nm)，并且組成的单位是at%。MR元件中的磁性层具有面内磁化。比较实例Ta[5/Fe[2/MgO/Fe97Cr3[2/MgO0.7/Co40Fe40B203]/Ru/Ta5通过使用根据比较实例和实例1-3的MR元件，估计面积阻抗RA，MR变化率以及自旋注入磁化翻转电流密度Jc。作为MR元件的尺寸和形状，获得每个具有lOOnm宽度和200nm长度的椭圆形。电流密度Jc由脉沖宽度为1微秒的DC脉冲电流估计。估计结果在下面的表格中显示。翻转电流密度Jc是用于将自由层2的磁化分别从与钉层3平行翻转到反平行以及从平行翻转到反平行的翻转电流密度的平均值。表格l<table>tableseeoriginaldocumentpage24</column></row><table>如表格1中所示，翻转电流密度Jc的显著减小效果通过添加V，Cr或Mn而获得。通过使用由从顶部开始接连排列的Ta5/FeV[5/MgO3/Ta5/衬底形成的层叠结构，通过铁磁共振(FMR)测量估计阻尼常数a。结果，当V添加到Fe时，发现常数是使用5at。/。添加的相对最小值。当添加剂的量超过20at。A时，获得的结果是比没有V添加而获得的阻尼常数a大的阻尼常数a。在Mn或Cr添加的情况下，获得具有相同趋势的结果。在具有由FeV形成的自由层2的MR元件(实施方案1中的结构)中，当测量添加的V的量与MR变化率的相关性时，MR变化率在大约20at。/。显著退化。类似地，在具有由FeMn形成的自由层2以及由FeCr形成的自由层2的MR薄膜(第二和第三实例)中，测量MR变化率。结果，开始显示MR变化率在大约15at。/。和大约18at。/。显著退化。(1-3-2)第二实例MR元件由与实例1中相同的步骤形成。MR元件的尺寸是100nmxl00nm。各个层的材料和厚度如下。与第一实例中的描述中一样，夹在标记/之间的材料表示为从顶部开始顺序排列的各个层。[1中的值表示薄膜厚度(单位是nm)，并且组成的单位是at。/0。比较实例Ta[5/Fe50Pt50[1.5/MgO/Co4。Fe40B2。[2/Fe5。Pt50[30/Pt[10/Cr20/MgO/底层实例2:Ta[51/(Fe0.97Cr0.3)50Pt50[1.51/MgO/MgO/底层实例3:Ta[5/(Fe0.97Mn0.3)50Pt50[1.5/MgO/Fe50Pt50[30/Pt[10/Cr20I/MgO/底层所有基于FePt的合金薄膜的Ll。有序结构相从X射线衍射图像中观察，比较实例和实例1-3的有序度为0.8或更多，并且没有观察到由元素的添加而引起的有序度的显著退化。MR元件的所有磁性薄膜是垂直磁化薄膜。根据X射线衍射图像，所有实例的自由层是垂直(001)平面取向。关于根据比较实例和实例的MR元件，MR变化率和自旋注入磁化翻转电流密度由四端法估计。结果在表格2中显示。表格2<table>tableseeoriginaldocumentpage26</column></row><table>如表格2中所示，甚至在具有垂直磁化的MR元件中，减小翻转电流密度Jc的显著效果通过添加V,Cr或Mn而获得。从理论方面，当基于第一定律计算的结果比较费米能量处状态的密度时，建议本质的阻尼常数可以在Mn，Cr和V中减小。效果在V中特别显著。同样在使用具有LU有序结构相的Fe100_xPdx(x:40-60at%)合金自由层的情况下，关于自旋注入磁化翻转电流密度Jc，如上所述的相同效果在上述添加剂中获得。自旋注入磁化翻转电流密度Jc的减小比率关于所有添加元素和添加的添加剂的量基本上相同。在使用FesoPd5o合金自由层的情况下，自旋注入磁化翻转电流密度Jc使用基本上相同的层结构为大约10MA/cm2。此外，在具有Llo有序结构相的FePt合金薄膜或FePd合金薄膜中，测量的阻尼常数极大地依赖于(001)取向和从LU有序结构相的(001)超晶格峰获得的有序度，而与是否添加Cr，Mn或V无关。当(OOl)取向良好时，阻尼常数减小。该结果建议增加有序度。因此，当Llo有序度增加时，阻尼常数减小。从自由层的(001)取向和平整度方面，MR薄膜的底层是重要的。20nm的Cr层作为正好位于FePt钉层下面的Pt层的底层可以由(001)取向的TiN，CrN，VN或NbN薄膜等代替。同样在该情况下，可以获得相同的效果，并且热阻可以提高。前述薄膜的最佳厚度是5國20nm。从增加Ll。有序结构相的(001)超晶格峰和提高有序度的观点，除了上面的添加元素之外，添加Cu和Zn是优选的。添加剂的量在1%或更多和小于10%的范围内调节。Cu和Zn在Ll。有序结构相中代替Fe，Co和Ni。在具有垂直磁化薄膜的MR薄膜中，可以期望因退磁场的减小而引起的阻尼常数的减小效果也依赖于MR元件的尺寸。为了使退磁场的减小有效，MR元件尺寸为lOOnmcp或更小是优选的。这是因为如果尺寸超过100nmcp，退磁场的减小比率低，并且从遮光薄膜中找到磁通翻转行为的差异是困难的。(1-3-3)第三实例与实例1中具有相同层叠结构的MR元件由与实例1中相同的步骤形成。MR元件的尺寸是100nmxl00nm。各个层的材料和厚度如下。与实例1中的描述中一样，夹在标记/之间的材料表示为从顶部开始接连排列的各个层。[l中的值表示薄膜厚度(单位是nm)，并且组成的单位是at%。比较实例Ta[5/Co5()Fe5o[2/MgO/PtMn[15/Ta[5实例1:Ta[5/(Co0.5Fe0.5)97Si3[2/MgO/CoFe[3/PtMn[15/Ta[5实例2:Ta5/(Co0.5Fe0.5)97.5Ge2.5[2/MgO实例4:Ta[5/(Co0.5Fe0.5)97Ta3[2/MgO/Co40Fe40B20[3/Ru/(Co。.5Fe。.5)97Nb3[2/MgO/Co40Fe40B2o[3/Ru[0.85/CoFe[3/PtMn[15/Ta[5实例8:Ta[5/(Co0.5Fe0.5)96.5Mo3.5[2/MgO[0.75/Co40Fe40B20[3/Ru[0.85/CoFe[3I/PtMn[15/Ta5关于比较实例和实例的MR元件，估计MR变化率和翻转电流密度Jc。结果在表格3中显示。表格3<table>tableseeoriginaldocumentpage28</column></row><table>如表格3中所示，减小翻转电流密度Jc的显著效果通过添加Si，Ge，Ga，Ta，Sr，W，Nb和Mo而获得。研究添加到CoQ.5FeQ.5的Si的量。待估计的MR元件具有由从顶部开始接连排列的Ta[5I/CoFeSi5I/MgO[3I/Ta[5I/衬底([l中的值是厚度，并且单位是nm)形成的层叠结构。作为估计的结果，当添加剂的量为5at。/。或更少时，因BCC结构而引起的清晰峰由X射线衍射测量观察到。在平行横向电磁波(TEM)观察中，证实当添加剂的量超过5at。/。时，CoFeSi层的体积的50%或更多具有非晶结构。当量为10at。/o或更多时，整个CoFeSi层由非晶结构构成。当通过FMR测量来测量阻尼常数a时，相对最小值在大约3at。/。的添加Si的量处获得。该趋势也适用于Ge或Ga。研究添加到Coo.5Fe。.5的Ta的量。待估计的MR元件具有由从顶部开始接连排列的Ta5I/CoFeTa[5j/MgO[3/Ta5/衬底([中的值是厚度并且单位是nm)形成的层叠结构。作为估计的结果，当添加剂的量为10at。/。或更少时，因BCC结构而引起的清晰峰由X射线衍射测量观察到。在平行TEM观察中，证实当添加剂的量超过10at。/。时，CoFeTa层的体积的50%或更多具有非晶结构。当量为20at。/。或更多时，整个CoFeTa层由非晶结构构成。该趋势也适用于Sr，Ti，Y，Zr，Nb，Mo,Tc，Hf，W和Re。上述所有MR元件和MR薄膜不仅可以适用于自旋注入磁化翻转元件以及4吏用它的MRAM，而且可以适用于畴壁移动式元件以及使用它的存储器。(2)MRAM下面将描述使用在项目(1)中描述的MR元件的自旋注入写入MRAM。图10是显示根据本发明一种实施方案的MRAM的一个存储单元的基本部分的横截面视图。如图10中所示，MR元件1的顶面通过上电极31连接到位线32。MR元件1的底面通过下电极33、导电层(引线)34和插塞35连接到半导体衬底36的表面上的源极/漏极扩散区37a。源极/漏极扩散区37a与源极/漏极扩散区37b,在半导体衬底36上形成的栅极绝缘薄膜38，以及在栅极绝缘薄膜38上形成的栅电极39—起构成选择晶体管Tr。选择晶体管Tr和MR元件1构成MRAM的一个存储单元。源极/漏极扩散区37b通过插塞41连接到另一个位线42。插塞35可以在下电极33下面形成，而不使用引线34将下电极33和插塞！彼此直接连接。位线32和42，电极33和34，导电层34，以及插塞35和36由W，Al，AlCu，Cu等组成。每个在图10中显示的多个存储单元以矩阵排列以形成MRAM的存储单元阵列。图11是显示根据本发明实施方案的MRAM的基本部分的电路图。如图11中所示，每个由MR元件1和选择晶体管Tr构成的多个存储单元53以矩阵排列。属于一列的存储单元53的一个端子连接到相同的位线32，并且另一个端子连接到相同的位线42。属于相同行的存储单元35的栅电极(字线)39彼此连接并且连接到行解码器51。位线32通过开关电路54例如晶体管连接到电流源/吸收器电路55。位线42通过开关电路56例如晶体管连接到电流源/吸收器电路57。电流源/吸收器电路55和57提供写入电流(翻转电流)到连接的位线32和42或者从位线32和42吸收写入电流。位线42连接到读出电路52。读出电路52可以连接到位线32。读出电路52包括读出电流电路，读出放大器等。写入时，开关电路54和56以及连接到待写入存储单元的选择晶体管Tr导通从而形成通过目标存储单元的电流通路。依赖于待写入的信息，电流源/吸收器电路55和57中的一个用作电流源，而另一个用作电流吸收器。结果，写入电流在与写入信息相对应的方向上流动。关于写入速率，自旋注入写入可以由脉沖宽度在从几纳秒到几微秒范围变化的电流执行。读出时，读出电流电路提供太小以至于不能引起磁化翻转的读出电流到像写入时一样指定的MR元件1。读出电路32比较根据MR元件1的磁化状态由阻抗引起的电流值或电压值与参考值，从而确定阻抗状态。读出时，电流脉沖宽度优选地小于写入时。这样，可以减少读出时由电流引起的错误写入。这以当写入电流的脉沖宽度小时写入电流值的绝对值增加为前提。如此描述，根据本发明实施方案的磁阻效应器件，自由层2包括具有BCC结构并且添加有预先确定元素(M，N或L)的FeCoNi合金。由于这个原因，依赖于添加元素的类型，自旋轨道的相互作用减小，或者自由电子局部化，使得MR元件的阻尼常数ot减小。结果，可以减小MR元件的翻转电流。依据根据实施方案的磁阻效应器件，自由层2包括具有BCC结构并且添加有预先确定元素(X)的FeCoNi合金。由于这个原因，热阻自由层通过单轴磁性各向异性能量Ku的增加而变薄，从而减小翻转电流，并且使得能够防止热阻退化。根据实施方案的磁阻效应器件，自由层2与间隔层4之间的分界面上元素M和N的浓度低于自由层2的另一个部分。由于这个原因，通过添加元素M和N减小翻转电流与高MR变化率是兼容的。此外，根据实施方案的磁阻效应器件，自由层2包括具有Llo或Ll2有序结构相并且添加有预先确定元素(M，N或L)的FeCoNi合金。由于这个原因，可以减小翻转电流，同时通过高单轴磁性各向异性能量Ku保持高热阻。另外的优点和修改将容易由本领域技术人员想到。因此，本发明方案。因此，可以不背离由附加的权利要求及其等价物所定义的一般发明概念的本质或范围而做各种修改。权利要求1.一种磁阻效应元件，其特征在于包括具有基本上固定的磁化方向的磁化固定层；磁化可变层，其具有可变的磁化方向，由具有BCC结构并由Fe1-x-yCoxNiy(0≤x+y≤1，0≤x≤1，0≤y≤1)表示的磁性合金形成，并且包含在0＜a≤20at％(a是含量)范围内的V、Cr和Mn中的至少一种添加元素；以及置于所述磁化固定层和所述磁化可变层之间并且由非磁性材料形成的中间层，其中由经过所述磁化固定层、所述中间层和所述磁化可变层的双向电流翻转所述磁化可变层的磁化方向。2.根据权利要求l的元件，其特征在于在所述磁化可变层中的位置处的所述添加元素的量随着该位置接近所述中间层而减少。3.根据权利要求l的元件，其特征在于所述磁化可变层和所述磁化固定层分别具有与其薄膜平面垂直的磁化。4.一种磁阻效应元件，其特征在于包括具有基本上固定的磁化方向的磁化固定层；磁化可变层，其具有可变的磁化方向，由具有BCC结构并由Fe—COxNiy(0￡x+y￡l，0￡xSl，0￡ySl)表示的磁性合金形成，并且包含在0<a^5at%(a是含量)范围内的Si、Ge和Ga中的至少一种添加元素的；以及置于所述磁化固定层和所述磁化可变层之间并且由非磁性材料形成的中间层，其中由经过所述磁化固定层、所述中间层和所述磁化可变层的双向电流翻转所述磁化可变层的磁化方向。5.根据权利要求4的元件，其特征在于在所述磁化可变层中的位置处的所述添加元素的量随着该位置接近所述中间层而减少。6.根据权利要求4的元件，其特征在于所述磁化可变层和所述磁化固定层分别具有与其薄膜平面垂直的磁化。7.—种磁阻效应元件，其特征在于包括具有基本上固定的磁化方向的磁化固定层；磁化可变层，其具有可变的磁化方向，由具有BCC结构并由Fe^-yCOxNiy(O^x+y^l，0^1,0￡y$l)表示的磁性合金形成，并且包含在0<a$10at%(a是含量)范围内的Sr、Ti、Y、Zr、Nb、Mo、Tc、Hf、Ta、W和Re中的至少一种添加元素；以及置于所述磁化固定层和所述磁化可变层之间并且由非磁性材料形成的中间层，其中由经过所述磁化固定层、所述中间层和所述磁化可变层的双向电流翻转所述磁化可变层的磁化方向。8.根据权利要求7的元件，其特征在于在所述磁化可变层中的位置处的所述添加元素的量随着该位置接近所述中间层而减少。9.根据权利要求7的元件，其特征在于所述磁化可变层和所述磁化固定层分别具有与其薄膜平面垂直的磁化。10.—种磁阻效应元件，其特征在于包括具有基本上固定的磁化方向的磁化固定层；磁化可变层，其具有可变的磁化方向，由Fei_x-yCoxNiy(0Sx+y化0^1，OSy￡l)表示的磁性合金形成，并且包含Ru、Rh、Pd、Os、Ir、Pt、Au和Ag中至少一种；以及置于所述磁化固定层和所述磁化可变层之间并且由非磁性材料形成的中间层，其中由经过所述磁化固定层、所述中间层和所述磁化可变层的双向电流翻转所述磁化可变层的磁化方向。11.根据权利要求10的元件，其特征在于所述磁化可变层具有Ll。有序结构相或Ll2有序结构相。12.根据权利要求10的元件，其特征在于所述磁性可变层包含在0.5^a510at%(a是含量)范围内的V、Cr和Mn的至少一种。13.根据权利要求10的元件，其特征在于所述磁性可变层包含在0.5￡a^l0at%(a是含量)范围内的Si、Ge和Ga的至少一种。14.根据权利要求10的元件，其特征在于所述磁性可变层包含在0.5^aSlOat%(a是含量)范围内的Sr、Ti、Y、Zr、Nb、Mo、Tc、Hf、Ta、W和Re的至少一种。15.根据权利要求10的元件，其特征在于所述磁化可变层和所述磁化固定层分别具有与其薄膜平面垂直的磁化。16.—种磁性随机存取存储器，其特征在于包括包括存储单元的存储单元阵列，每个存储单元包括根据权利要求1所述的磁阻效应元件作为存储元件；以及供应双向电流给所述存储单元的电流供应电路。17.—种磁性随机存取存储器，其特征在于包括包括存储单元的存储单元阵列，每个存储单元包括根据权利要求4所述的磁阻效应元件作为存储元件；以及供应双向电流给所述存储单元的电流供应电路。18.—种磁性随机存取存储器，其特征在于包括包括存储单元的存储单元阵列，每个存储单元包括根据权利要求7所述的磁阻效应元件作为存储元件；以及供应双向电流给所述存储单元的电流供应电路。19.一种磁性随机存取存储器，其特征在于包括包括存储单元的存储单元阵列，每个存储单元包括根据权利要求IO所述的磁阻效应元件作为存储元件；以及供应双向电流给所述存储单元的电流供应电路。全文摘要一种磁阻效应元件(1)，包括具有基本上固定磁化方向的磁化固定层(3)。磁化可变层(2)具有可变磁化方向，由具有BCC结构并且由Fe_1-x-yCo_xNi_y(0≤x+y≤1，0≤x≤1，0≤y≤1)表示的磁性合金组成，并且包含0＜a≤20at％(a是含量)范围内的V，Cr和Mn中至少一种添加元素。中间层(4)置于磁化固定层(3)和磁化可变层(2)之间并且由非磁性材料组成。由经过磁化固定层(3)、中间层(4)和磁化可变层(2)的双向电流翻转磁化可变层(2)的磁化方向。文档编号H01L43/08GK101154707SQ20071015288公开日2008年4月2日申请日期2007年9月21日优先权日2006年9月29日发明者与田博明,北川英二,吉川将寿,岸达也,永濑俊彦,甲斐正申请人:株式会社东芝