CN108573725A - 磁存储装置 - Google Patents

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Abstract

本发明的实施方式提供一种能够以一个方向的写入电流写入互相不同的两个数据的磁存储装置。一个实施方式的磁存储装置具备存储单元，该存储单元包括：磁阻效应元件；选择器，其电连接于上述磁阻效应元件；第1端，其电连接于位线，以及第2端，其电连接于字线。上述磁阻效应元件包括第1铁磁性层、第2铁磁性层、第3铁磁性层、第1非磁性层以及第2非磁性层。上述第1非磁性层设置于上述第1铁磁性层与上述第2铁磁性层之间。上述第2非磁性层设置于上述第2铁磁性层与上述第3铁磁性层之间且将上述第2铁磁性层以及上述第3铁磁性层反铁磁性地耦合。上述第1铁磁性层的膜厚比上述第2铁磁性层的膜厚大。

Description

磁存储装置
关联申请
本申请享有以日本专利申请2017-46567号(申请日：2017年3月10日)为基础申请的优先权。本申请通过参照该基础申请而包括基础申请的所有内容。
技术领域
实施方式涉及磁存储装置。
背景技术
已知有一种将磁阻效应元件用作存储元件的磁存储装置(MRAM：Magnetoresistive Random Access Memory，磁阻随机存取存储器)。
发明内容
本发明的实施方式提供一种能够通过一个方向的写入电流来写入互相不同的两个数据的磁存储装置。
实施方式的磁存储装置具备存储单元，该存储单元包括磁阻效应元件、电连接于上述磁阻效应元件的选择器、电连接于位线的第1端、以及电连接于字线的第2端。上述磁阻效应元件包括第1铁磁性层、第2铁磁性层、第3铁磁性层、第1非磁性层以及第2非磁性层。上述第1非磁性层设置于上述第1铁磁性层与上述第2铁磁性层之间。上述第2非磁性层设置于上述第2铁磁性层与上述第3铁磁性层之间并将上述第2铁磁性层和上述第3铁磁性层反铁磁性地耦合。上述第1铁磁性层的膜厚比上述第2铁磁性层的膜厚大。
附图说明
图1是用于说明第1实施方式的磁存储装置的构成的框图。
图2是用于说明第1实施方式的磁存储装置的存储单元阵列的构成的电路图。
图3是用于说明第1实施方式的磁存储装置的存储单元的构成的立体图。
图4是用于说明第1实施方式的磁存储装置的磁阻效应元件的构成的剖视图。
图5是用于说明第1实施方式的磁存储装置的磁阻效应元件的磁阻特性的图表。
图6是用于说明第1实施方式的磁存储装置的磁阻效应元件的磁化反转特性的图表。
图7是用于说明第1实施方式的磁存储装置中的写入动作的时间图。
图8是用于说明第1实施方式的磁存储装置中的数据“0”的写入动作的示意图。
图9是用于说明第1实施方式的磁存储装置中的数据“0”的写入动作的示意图。
图10是用于说明第1实施方式的磁存储装置中的数据“1”的写入动作的示意图。
图11是用于说明第1实施方式的磁存储装置中的数据“1”的写入动作的示意图。
图12是用于说明第2实施方式的磁存储装置的磁阻效应元件的磁阻特性的图表。
图13是用于说明第2实施方式的磁存储装置中的数据“1”的写入动作的示意图。
图14是用于说明第2实施方式的磁存储装置中的数据“0”的写入动作的示意图。
图15是用于说明变形例的磁存储装置中的写入动作的时间图。
图16是用于说明变形例的磁存储装置的存储单元的构成的立体图。
图17是用于说明变形例的磁存储装置的磁阻效应元件的构成的剖视图。
具体实施方式
以下，参照附图对实施方式进行说明。此外，在以下的说明中，对于具有相同的功能及构成的构成要素，标注共通的参照标号。另外，在对具有共通的参照标号的多个构成要素进行区分的情况下，对该共通的参照标号标注下标进行区分。此外，在不需要对多个构成要素特别地进行区分的情况下，对该多个构成要素仅标注共通的参照标号，不标注下标。
1.第1实施方式
对第1实施方式的磁存储装置进行说明。第1实施方式的磁存储装置是例如将磁阻效应(MTJ：Magnetic Tunnel Junction：磁性隧道结)元件用作存储元件的、基于垂直磁化方式的磁存储装置。
1.1关于构成
首先，对第1实施方式的磁存储装置的构成进行说明。
1.1.1.关于磁存储装置的构成
图1是示出第1实施方式的磁存储装置的构成的框图。如图1所示，磁存储装置1具备存储单元阵列11、写入电路及读出电路(WC/RC)12、行译码器13、页缓冲器14、输入输出电路15以及控制部16。
存储单元阵列11具备与行(row)以及列(column)相关联的多个存储单元MC。并且，处于同一行的存储单元MC连接于同一字线WL，处于同一列的存储单元MC连接于同一位线BL。
WC/RC12经由位线BL而与存储单元阵列11连接。WC/RC12经由位线BL向动作对象的存储单元MC供给电流，进行相对于存储单元MC的数据的写入及读出。更具体而言，WC/RC12的写入电路进行向存储单元MC的数据的写入，WC/RC12的读出电路进行从存储单元MC的数据的读出。
行译码器13经由字线WL而与存储单元阵列11连接。行译码器13对指定存储单元阵列11的行方向的行地址进行译码。并且，根据译码结果选择字线WL，对所选择的字线WL施加数据的写入以及读出等动作所需的电压。
页缓冲器14将写入存储单元阵列11内的数据、以及从存储单元阵列11读出的数据以称为页的数据单位暂时保持。
输入输出电路15将从磁存储装置1的外部接收到的各种信号向控制部16以及页缓冲器14发送，将来自于控制部16以及页缓冲器14的各种信号向磁存储装置1的外部发送。
控制部16与WC/RC12、行译码器13、页缓冲器14以及输入输出电路15连接。控制部16根据输入输出电路15从磁存储装置1的外部接收到的各种信号，对WC/RC12、行译码器13以及页缓冲器14进行控制。
1.1.2.关于存储单元阵列的构成
接着，使用图2对第1实施方式的磁存储装置的存储单元阵列的构成进行说明。图2是示出第1实施方式的磁存储装置的存储单元阵列的构成的电路图。
如图2所示，存储单元MC在存储单元阵列11内呈矩阵状地配置，与m条的位线BL(BL0、BL1、…、BL(m-1)(m为自然数))中的1条和n条的字线WL(WL0、WL1、…、WL(n-1)(n为自然数))中的1条所成的组相关联。即，某存储单元MC的第1端与m条的位线BL中的某一条连接，第2端与n条的字线WL中的某一条连接。另外，同一列的存储单元MC的第1端与同一位线BL共同连接。同一行的存储单元MC的第2端与同一字线WL共同连接。
存储单元MC包括串联连接的选择器SEL以及磁阻效应元件MTJ。更具体而言，选择器SEL包括输入端以及输出端，磁阻效应元件MTJ包括第1端以及第2端。选择器SEL的输出端与磁阻效应元件MTJ的第1端电连接。在图3的例子中，选择器SEL的输入端与存储单元MC的第1端相对应，磁阻效应元件MTJ的第2端与存储单元MC的第2端相对应。
选择器SEL具有作为在进行相对于磁阻效应元件MTJ的数据写入以及读出时，对向磁阻效应元件MTJ的电流的供给进行控制的开关的功能。更具体而言，例如，某存储单元MC内的选择器SEL使与该存储单元MC相对应的从位线BL向字线WL流动的电流流通，并截断与该存储单元MC相对应的从字线WL向位线BL流通的电流。即，选择器SEL具有使从一个方向向另一方向的电流流通，并截断从另一方向向一个方向的电流的整流功能。
此外，选择器SEL例如可以应用Oxide–PN(氧化物-PN)结元件、Metal-OxideSchottky(金属-氧化物肖特基)二极管元件、MIM(Metal-Insulator–Metal：金属–绝缘体–金属)二极管元件、MSM(Metal-Semiconductor–Metal：金属–半导体–金属)二极管元件、以及OTS(Ovonic Threshold Switch：双向记忆开关)元件等，但不限于此，可以应用具有如上所述的整流功能的任意的元件。
磁阻效应元件MTJ能够根据由选择器SEL控制供给的电流，将阻值在低阻抗状态与高阻抗状态之间进行切换。磁阻效应元件MTJ作为能够根据该阻抗状态的变化来写入数据，且非易失性地保持所写入的数据，并能够读出的存储元件而发挥功能。
通过如以上那样构成，存储单元阵列11具有如下交叉点(cross point)构造：通过选择一条位线BL以及一条字线WL的组而能够选择一个存储单元MC。
1.1.3.关于存储单元的构成
接着，使用图3对第1实施方式的磁存储装置的存储单元的构成进行说明。在以下的说明中，磁存储装置1设置在未图示的半导体基板上。并且，将与该半导体基板的上表面平行的面定义为xy平面，将与该xy平面垂直的轴定义为z轴。在以下的说明中，z轴方向也称为膜厚方向。x轴以及y轴作为在xy平面内互相正交的轴而定义。
图3是用于示意性地说明第1实施方式的磁存储装置的存储单元的三维构造的一例的立体图。如图3所示，存储单元MC例如被作为位线BL发挥功能的配线层21和作为字线WL发挥功能的配线层27夹着。配线层21以及27分别例如沿着y轴方向以及x轴方向延伸。存储单元MC包括导电层22、元件层23、导电层24、元件层25以及导电层26。
在配线层21的上表面上，设置有作为下部电极BE(Bottom Electrode)发挥功能的导电层22。导电层22例如包括钽(Ta)、钨(W)、氮化钛(TiN)以及氮化钽(TaN)。
在导电层22的上表面上，设置有作为选择器SEL发挥功能的元件层(例如半导体层)23。
在元件层23的上表面上，设置有作为中间电极ME(Middle Electrode)发挥功能的导电层24。导电层24例如包括钽(Ta)、钨(W)、氮化钛(TiN)以及氮化钽(TaN)。
在导电层24的上表面上，设置有作为磁阻效应元件MTJ发挥功能的元件层25。对元件层25的详细情况在后叙述。
在元件层25的上表面上，设置有作为上部电极TE(Top Electrode)发挥功能的导电层26。导电层26例如包括钽(Ta)、钨(W)、氮化钛(TiN)、氮化钽(TaN)以及钛(Ti)。并且，在导电层26的上表面上，设置有配线层27。
此外，在配线层21的上表面上，设置有沿着y轴设置的未图示的多个其他的存储单元MC。另外，在配线层27的下表面上，共通地设置有沿着x轴方向设置的未图示的多个其他的存储单元MC。
1.1.4.关于磁阻效应元件的构成
接着，使用图4对第1实施方式的磁存储装置的磁阻效应元件的构成进行说明。图4是沿着第1实施方式的磁存储装置的存储单元的xz平面的剖视图的一例。
如图4所示，元件层25包括：作为基底层发挥功能的非磁性层250、作为存储层SL(Storage Layer)发挥功能的铁磁性层251、作为隧道势垒层发挥功能的非磁性层252、作为参照层RL(Reference Layer)发挥功能的铁磁性层253、作为间隔层发挥功能的非磁性层254、作为移位取消层SCL(Shift Cancelling Layer)发挥功能的铁磁性层255、以及作为盖层发挥功能的非磁性层256。铁磁性层251、非磁性层252以及铁磁性层253构成磁隧道结。
元件层25例如从位线BL侧按非磁性层250、铁磁性层251、非磁性层252、铁磁性层253、非磁性层254、铁磁性层255以及非磁性层256的顺序依次在z轴方向上层叠多个膜。元件层25作为铁磁性层251、253以及255的磁化方向分别朝向相对于膜面垂直方向的垂直磁化型MTJ元件发挥功能。
非磁性层250是非磁性的膜，例如包括氧化镁(MgO)、氮化镁(MgN)、氮化锆(ZrN)、氮化铌(NbN)、氮化硅(SiN)、氮化铝(AlN)、氮化铪(HfN)、氮化钽(TaN)、氮化钨(WN)、氮化铬(CrN)、氮化钼(MoN)、氮化钛(TiN)以及氮化钒(VN)等氮化合物或氧化合物。另外，非磁性层250也可以包括上述的氮化合物或氧化合物的混合物。即，非磁性层250不限于由两种元素构成的二元化合物，也可以包括由三种元素构成的三元化合物，例如氮化钛铝(AlTiN)等。氮化合物以及氧化合物抑制与其相接的磁性层的阻尼常数上升，可获得写入电流降低的效果。而且，通过使用高熔点金属的氮化合物或氧化合物，能够抑制基底层材料向磁性层的扩散并能够防止MR比的劣化。此处高熔点金属是指熔点比铁(Fe)、钴(Co)高的材料，例如锆(Zr)、铪(Hf)、钨(W)、铬(Cr)、钼(Mo)、铌(Nb)、钛(Ti)、钽(Ta)以及钒(V)。
铁磁性层251具有铁磁性，在与膜面垂直的方向上具有易磁化轴向。铁磁性层251具有朝向位线BL侧、字线WL侧中的任一侧的方向的磁化方向。铁磁性层251例如包括硼铁化钴(CoFeB)或硼化铁(FeB)，在z轴方向上具有膜厚tSL。
此外，铁磁性层251例如上表面的面积比下表面的面积小。更具体而言，铁磁性层251包括沿着xy平面的截面的截面面积沿着z轴方向逐渐变小的部分。也就是说，铁磁性层251的与xy平面垂直的截面例如具有上底的长度比下底的长度短的梯形形状的部分。即，铁磁性层251包括以锥角θSL(θ＞0)锥形化的部分。铁磁性层251中的以锥角θSL锥形化的部分具有膜厚tSL_T。铁磁性层251的锥形部分例如设置于与非磁性层250的界面附近。
此外，在图4的例子中，对铁磁性层251的与xy平面垂直的截面沿着z轴方向线性地变化的例子进行了说明，但不限于此。例如，铁磁性层251的与xy平面垂直的截面也可以沿着z轴方向非线性地变化。
非磁性层252是非磁性的绝缘膜，例如包括氧化镁(MgO)。
铁磁性层253具有铁磁性，在与膜面垂直的方向上具有易磁化轴向，在z轴方向上具有膜厚tRL。更具体而言，铁磁性层253包括：作为界面参照层IRL(Interface ReferenceLayer)发挥功能的铁磁性层253a、作为间隔层发挥功能的非磁性层253b、以及作为主参照层MRL(Main Reference Layer)发挥功能的铁磁性层253c。铁磁性层253例如从铁磁性层251侧按铁磁性层253a、非磁性层253b以及铁磁性层253c的顺序依次在z轴方向上层叠多个膜。铁磁性层253a、非磁性层253b以及铁磁性层253c分别在z轴方向上具有膜厚tIRL、tS1以及tMRL。即，膜厚tRL包括膜厚tIRL、tS1以及tMRL。
铁磁性层253a具有铁磁性，在与膜面垂直的方向上具有易磁化轴向。铁磁性层253a具有朝向位线BL侧、字线WL侧中的任一侧的方向的磁化方向。铁磁性层253a例如包括如下化合物，该化合物包括从钴、铁及镍(Ni)中选择的元素和从硼(B)、磷(P)、碳(C)及氮(N)中选择的元素。
此外，铁磁性层253a例如上表面的面积比下表面的面积小。更具体而言，铁磁性层253a包括沿着xy平面的截面的截面面积沿着z轴方向逐渐变小的部分。也就是说，铁磁性层253a的与xy平面垂直的截面例如具有上底的长度比下底的长度短的梯形形状的部分。即，铁磁性层253a包括以锥角θIRL(θ＞0)锥形化的部分。铁磁性层253a中的以锥角θIRL锥形化的部分具有膜厚tIRL_T。铁磁性层253a的锥形部分例如设置于与非磁性层253b的界面附近。
此外，在图4的例子中，对铁磁性层253a的与xy平面垂直的截面沿着z轴方向线性地变化的例子进行了说明，但不限于此。例如，铁磁性层253a的与xy平面垂直的截面也可以沿着z轴方向非线性地变化。
非磁性层253b是非磁性的导电膜，例如包括钽(Ta)、铪(Hf)、钨(W)、锆(Zr)、钼(Mo)、铌(Nb)或钛(Ti)。
铁磁性层253c具有铁磁性，在与膜面垂直的方向上具有易磁化轴向。铁磁性层253c具有朝向位线BL侧、字线WL侧中的任一侧的方向的磁化方向。铁磁性层253c例如包括钴铂(CoPt)、钴镍(CoNi)，或钴钯(CoPd)。铁磁性层253c例如包括上述的化合物的多层膜。具体而言，例如，铁磁性层253c包括钴(Co)与铂(Pt)的多层膜(Co/Pt多层膜)、钴(Co)与镍(Ni)的多层膜(Co/Ni多层膜)、或钴(Co)与钯(Pd)的多层膜(Co/Pd多层膜)。
铁磁性层253a以及铁磁性层253c通过非磁性层253b铁磁性地耦合。即，铁磁性层253a以及铁磁性层253c在没有外部磁场的影响的情况下，以具有互相平行的磁化方向的方式耦合。在以下的说明中，铁磁性层253a与铁磁性层253c之间的铁磁性耦合也简称为“铁磁性耦合”。
铁磁性耦合的强度例如用铁磁性层253a与铁磁性层253c之间的铁磁性耦合的每单位面积的耦合能Jex1的绝对值|Jex1|来表示。由于为铁磁性耦合，所以耦合能Jex1为“0”以上的数值(Jex1＞0)。铁磁性耦合的强度|Jex1|根据非磁性层253b的膜厚tS1的厚度变化。反铁磁性耦合的强度|Jex1|例如随着膜厚tS1变薄而单调增加。
非磁性层254是非磁性的导电膜，例如包括钌(Ru)，锇(Os)，铱(Ir)，钒(V)，或铬(Cr)。非磁性层254具有膜厚tS2。
铁磁性层255具有铁磁性，在与膜面垂直的方向上具有易磁化轴向。铁磁性层255例如包括钴铂合金(CoPt)、钴镍合金(CoNi)或钴钯合金(CoPd)。铁磁性层255例如包括上述的化合物的多层膜。具体而言，例如，铁磁性层255包括钴(Co)与铂(Pt)的多层膜(Co/Pt多层膜)、钴(Co)与镍(Ni)的多层膜(Co/Ni多层膜)、或钴(Co)与钯(Pd)的多层膜(Co/Pd多层膜)。此外，铁磁性层255所包括的化合物的多层膜的周期数例如比铁磁性层253c所包括的化合物的多层膜的周期数大。铁磁性层255具有朝向位线BL侧、字线WL侧中的任一侧的方向的磁化方向。铁磁性层255的磁化方向被固定，在图4的例子中，朝向铁磁性层253的方向。此外，“磁化方向被固定”意味着不会因能够使铁磁性层251的磁化方向反转的大小的电流(自旋转矩)而磁化方向变化。
铁磁性层253c以及铁磁性层255通过非磁性层254反铁磁性地耦合。即，铁磁性层253c以及铁磁性层255在没有外部磁场的影响的情况下，以具有互相反平行的磁化方向的方式耦合。因此，在图4的例子中，铁磁性层253c的磁化方向朝向铁磁性层255的方向。将这样的铁磁性层253c、非磁性层254以及铁磁性层255的耦合构造称为SAF(Synthetic Anti-Ferromagnetic：合成反铁磁)构造。在以下的说明中，铁磁性层253c与铁磁性层255之间的反铁磁性耦合也简称为“反铁磁性耦合”。
反铁磁性耦合的强度例如用铁磁性层253c与铁磁性层255之间的反铁磁性耦合的每单位面积的耦合能Jex2的绝对值|Jex2|来表示。反铁磁性耦合的强度|Jex2|根据非磁性层254的膜厚tS2的厚度变化。反铁磁性耦合的强度|Jex2|例如在膜厚tS2接近某值的情况下局部变大。即，反铁磁性耦合的强度|Jex2|具有与膜厚tS2的多个值分别对应的多个峰值。
此外，铁磁性层253以及255形成能够对周围的铁磁性层(例如铁磁性层251)的磁化方向产生影响的磁场。该磁场称为漏磁场(Stray field)。在铁磁性层255的磁化方向与铁磁性层253的磁化方向反平行的情况下，来自于铁磁性层255的漏磁场能够降低来自于铁磁性层253的漏磁场对铁磁性层251的磁化方向的影响。在图4的例子中，来自于铁磁性层255的漏磁场例如设计成将来自于铁磁性层253的漏磁场抵消。
非磁性层256是非磁性的导电膜，例如包括铂(Pt)、钨(W)、钽(Ta)、钌(Ru)等。
在如以上那样构成的磁阻效应元件MTJ中，在第1实施方式中，设计成铁磁性耦合的强度|Jex1|比反铁磁性耦合的强度|Jex2|大。更具体而言，通过调整膜厚tS1以及膜厚tS2，设计成铁磁性耦合的强度|Jex1|比反铁磁性耦合的强度|Jex2|大(|Jex1|＞|Jex2|)。由此，在第1实施方式中，例如，用于切断铁磁性耦合所需的磁场的大小比用于切断反铁磁性耦合所需的磁场的大小大。在该情况下，在铁磁性层253c与铁磁性层255反铁磁性地耦合的期间，铁磁性层253a与铁磁性层253c铁磁性地耦合。因此，在铁磁性层253c与铁磁性层255反铁磁性地耦合的期间，铁磁性层253a的磁化方向与铁磁性层253c的磁化方向成为平行。即，铁磁性层253a、非磁性层253b以及铁磁性层253c在铁磁性层253c以及铁磁性层255反铁磁性地耦合的情况下，可以看作作为参照层RL具有一个磁化方向的一个铁磁性层253。在第1实施方式的以下的说明中，铁磁性层253a、非磁性层253b以及铁磁性层253c看作作为参照层RL发挥功能的、具有一个磁化方向的一个铁磁性层253的磁性层来说明。
另外，在第1实施方式中，铁磁性层253设计成磁化能ΔE比铁磁性层251的磁化能ΔE小。磁化能ΔE例如是表示相对于自旋转矩而言磁化反转的难度的指标，磁化能ΔE越大，则相对于自旋转矩越难磁化反转。磁化能ΔE与热稳定性Δ等价，例如，通过以下的式子来表示。
ΔE＝Ku×Vol/(kB×T)≒Ms×Hc×A×t/(kB×T)
在此，Ku是各向异性能，Ku＝Ms×Hk。Ms以及Hk分别是饱和磁化以及各向异性磁场。各向异性磁场Hk在将铁磁性层看作单磁畴构造的情况下，能够近似为Hk≒Hc。Hc是矫顽力。Vol是体积，Vol＝A×t。A以及t分别是沿着xy平面的截面面积、以及沿着z轴方向的膜厚。kB以及T分别是玻尔兹曼常数以及温度。
为了使得铁磁性层253的磁化能ΔE_RL比铁磁性层251的磁化能ΔE_SL小，例如，优选铁磁性层253的饱和磁化Ms_RL与膜厚tRL之积Ms_RL×tRL比铁磁性层251的饱和磁化Ms_SL与膜厚tSL之积Ms_SL×tSL小。具体而言，例如，优选至少满足铁磁性层253的饱和磁化Ms_RL比铁磁性层251的饱和磁化Ms_SL小和铁磁性层253的膜厚tRL比铁磁性层251的膜厚tSL小中的任一方。另外，例如，优选铁磁性层253的矫顽力Hc_RL比铁磁性层251的矫顽力Hc_SL小。另外，例如，优选铁磁性层253的体积Vol_RL比铁磁性层251的体积Vol_SL小。
锥角θSL以及θIRL，从使铁磁性层251的体积Vol_SL比铁磁性层253的体积Vol_RL大的观点出发，优选具有比0度大且低于90度(0＜θSL、θIRL＜90)的值。然而，铁磁性层251以及253a通过与非磁性层252的界面处的界面磁各向异性来维持垂直磁化。因此，在铁磁性层251中的与非磁性层252的界面附近以锥角θSL(＞0)锥形化的情况下，该锥形部分有可能不受界面磁各向异性的影响。在该情况下，铁磁性层251的各向异性能Ku有可能比没有锥形化的铁磁性层251的各向异性能Ku小。因此，不优选使非磁性层252附近锥形化。另外，一般，锥形部分在设置磁阻效应元件MTJ时容易受到由磁力导致的损伤，所以不优选使其急剧地锥形化。
为了满足上述必要条件，优选膜厚tSL例如为0.5nm(纳米)以上且3.0nm以下。另外，优选膜厚tIRL为0.5nm以上且2.0nm以下。锥角θSL以及θIRL例如优选设定为70度以上且低于90度(70≤θSL、θIRL＜90)的范围，膜厚tSL_T以及tIRL_T优选为1.0nm以下。另外，从使各向异性能Ku维持为执行性的值的观点出发，更优选的是，锥角θSL以及θIRL例如优选设定在80度以上且低于90度(80≤θSL、θIRL＜90)的范围，膜厚tSL_T以及tIRL_T优选为0.5nm以下。
此外，在第1实施方式中，采用如下自旋注入写入方式：向这样的磁阻效应元件MTJ直接流通写入电流，通过该写入电流向存储层SL以及参照层RL注入自旋转矩，对存储层SL的磁化方向以及参照层RL的磁化方向进行控制。磁阻效应元件MTJ能够根据存储层SL以及参照层RL的磁化方向的相对关系为平行还是反平行，成为低阻抗状态以及高阻抗状态中的某一方。
在磁阻效应元件MTJ、向图4中的箭头a1的方向即从存储层SL朝向参照层RL的方向流通某一大小的写入电流Iw0时，存储层SL以及参照层RL的磁化方向的相对关系成为平行。在该平行状态的情况下，磁阻效应元件MTJ的阻值最低，磁阻效应元件MTJ设定为低阻抗状态。该低阻抗状态称为“P(Parallel：平行)状态”，例如规定为数据“0”的状态。
另外，在磁阻效应元件MTJ、向图4中的箭头a2的方向即从存储层SL朝向参照层RL的方向(与箭头a1相同的方向)流通比写入电流Iw0大的写入电流Iw1时，存储层SL以及参照层RL的磁化方向的相对关系成为反平行。在该反平行状态的情况下，磁阻效应元件MTJ的阻值最高，磁阻效应元件MTJ设定为高阻抗状态。该高阻抗状态称为“AP(Anti-Parallel：反平行)状态”，例如规定为数据“1”的状态。
此外，在以下的说明中，按照上述的数据的规定方法进行说明，但数据“1”以及数据“0”的规定的方法不限于上述的例子。例如，也可以是，将P状态规定为数据“1”，将AP状态规定为数据“0”。
1.1.5.关于磁阻效应元件的特性
接着，对如上述那样构成的第1实施方式的磁存储装置的磁阻效应元件所具有的特性进行说明。
图5是示出第1实施方式的磁存储装置的磁阻效应元件MTJ的磁阻特性(R-H特性)的图表。在图5中，为了满足上述的存储层SL与参照层RL之间的磁化能ΔE所涉及的条件，示出存储层SL的矫顽力Hc_SL比参照层RL的矫顽力Hc_RL大(Hc_SL＞Hc_RL)的磁阻效应元件MTJ的R-H特性。此外，R-H特性示出根据从外部施加的磁场的大小而阻值变化的样子。另外，在图5中，一并示出根据磁场的大小来变化的存储层SL以及参照层RL的磁化反转举动。
包括存储层SL以及参照层RL的磁化反转举动的R-H特性也称为主环(英文：majorloop)，与仅示出存储层SL的磁化反转举动的R-H特性(副环(英文：minor loop))区别开。此外，如上所述，移位取消层SCL的磁化方向被固定，所以在图5中，没有示出移位取消层SCL的磁化反转举动。因此，在图5所示的磁场的范围内，移位取消层SCL的磁化方向向参照层RL侧固定于箭头朝向的方向。随之，为了方便，图5中的磁场的大小将与被固定了的移位取消层SCL的磁化方向平行的方向设为正方向。
如图5所示，在初始状态(1a)下，参照层RL以及移位取消层SCL的磁化方向为反平行，参照层RL以及存储层SL的磁化方向平行。也就是说，在初始状态(1a)下，磁阻效应元件MTJ为具有阻值R0的低阻抗状态。在从该状态施加从移位取消层SCL朝向存储层SL的方向的磁场时，在磁场H_SL1附近，存储层SL的磁化方向反转，磁阻效应元件MTJ成为具有阻值R1的高阻抗状态(1b)。更具体而言，例如，磁阻效应元件MTJ的阻值在磁场H_SL1处达到阻值R0与阻值R1的中间的阻值(R1+R0)/2。并且，磁阻效应元件MTJ的阻值在成为比磁场H_SL1大之后迅速达到阻值R1。
在进一步增强所施加的磁场时，在磁场H_RL1附近，参照层RL的磁化方向反转，磁阻效应元件MTJ成为低阻抗状态(1c)。更具体而言，例如，磁阻效应元件MTJ的阻值在磁场H_RL1处达到阻值(R1+R0)/2。并且，磁阻效应元件MTJ的阻值在成为比磁场H_RL1大之后迅速达到阻值R0。在状态(1c)下，存储层SL、参照层RL以及移位取消层SCL的磁化方向成为平行。
在从该状态(1c)减弱所施加的磁场时，在磁场H_RL2附近，参照层RL的磁化方向反转，磁阻效应元件MTJ成为高阻抗状态(1b)。更具体而言，例如，磁阻效应元件MTJ的阻值在磁场H_RL2处达到阻值(R1+R0)/2。并且，磁阻效应元件MTJ的阻值在成为比磁场H_RL2小之后迅速达到阻值R1。
在进一步减弱所施加的磁场时，在负的磁场H_SL2附近，存储层SL的磁化方向反转，磁阻效应元件MTJ成为低阻抗状态，返回到初始状态(1a)。更具体而言，例如，磁阻效应元件MTJ的阻值在磁场H_SL2处达到阻值(R1+R0)/2。并且，磁阻效应元件MTJ的阻值在成为比磁场H_SL2小之后迅速达到阻值R0。
如以上那样，根据第1实施方式的磁阻效应元件MTJ，在将参照层RL看作具有一个磁化方向的情况下，参照层RL内的主参照层MRL以及界面参照层IRL在主环内保持互相平行的磁化方向，并且相对于移位取消层SCL使磁化方向反转。
此外，如上所述，在图5的例子中，存储层SL的矫顽力Hc_SL比参照层RL的矫顽力Hc_RL大。在R-H特性中，存储层SL的矫顽力Hc_SL的大小例如用磁场H_SL1与磁场H_SL2之差的一半的值(Hc_SL＝(H_SL1-H_SL2)/2)来表示。换言之，矫顽力Hc_SL的大小用从磁场H_SL1与磁场H_SL2的中间值(H_SL1+H_SL2)/2到磁场H_SL1或H_SL2的大小来表示。同样，在R-H特性中，参照层RL的矫顽力Hc_RL的大小例如用磁场H_RL1与磁场H_RL2之差的一半的值(Hc_RL＝(H_RL1-H_RL2)/2)来表示。换言之，矫顽力Hc_RL的大小用从磁场H_RL1与磁场H_RL2的中间值(H_RL1+H_RL2)/2到磁场H_RL1或H_RL2的大小来表示。
另外，图6是用于说明第1实施方式的磁存储装置的磁阻效应元件MTJ的磁化反转特性的图表。在图6中，示出对磁阻效应元件MTJ施加的电压和施加了该电压的情况下的存储层SL以及参照层RL的磁化反转概率。图6中的磁化反转概率被定义为存储层SL的磁化方向以及参照层RL的磁化方向平行的概率。也就是说，在磁化反转概率为“0”的情况下，存储层SL以及参照层RL的磁化方向以0％的概率成为互相平行(也就是说，以100％的概率成为互相反平行)。另外，在磁化反转概率为“0.5”的情况下，存储层SL以及参照层RL的磁化方向以50％的概率成为互相平行(即，以50％的概率成为互相反平行)。另外，在磁化反转概率为“1”的情况下，存储层SL以及参照层RL的磁化方向以100％的概率成为互相平行(即，以0％的概率成为互相反平行)。另外，在图6中施加的电压将磁阻效应元件MTJ的存储层SL侧相对于参照层RL侧而言高的情况设为正。此外，图6在没有施加电压的状态下，示出为存储层SL的磁化方向与参照层RL的磁化方向成为互相反平行状态(磁化反转概率为“0”)。
如图6所示，随着使对磁阻效应元件MTJ施加的电压从“0”逐渐升高，磁化反转概率上升。具体而言，磁化反转概率在电压Vc0下达到“0.5”，在比电压Vc0大的Vc0max下达到“1”。并且，在从电压Vc0max到比该电压Vc0max大的电压Vc1min之间，磁化反转概率保持为“1”。
随着使对磁阻效应元件MTJ施加的电压从电压Vc1min进一步逐渐升高，磁化反转概率下降。具体而言，磁化反转概率在比电压Vc1min大的电压Vc1下达到“0.5”，在比电压Vc1大的Vc1max下达到“0”。并且，在从电压Vc1max到比该电压Vc1max大的电压Vc2min之间，磁化反转概率保持为“0”。
随着使对磁阻效应元件MTJ施加的电压从电压Vc2min进一步逐渐升高，磁化反转概率再次上升。
如以上那样，根据第1实施方式的磁阻效应元件MTJ，存储层SL的磁化方向与参照层RL的磁化方向成为平行那样的电压Vw0存在于电压Vc0max与电压Vc1min之间。另外，根据第1实施方式的磁阻效应元件MTJ，存储层SL的磁化方向与参照层RL的磁化方向成为反平行那样的电压Vw1存在于电压Vc1max与电压Vc2min之间。
1.2.关于写入动作
接着，对第1实施方式的磁存储装置的写入动作进行说明。在以下的说明中，对磁阻效应元件MTJ内的各要素中的铁磁性层(存储层SL、参照层RL以及移位取消层SCL)的磁化方向进行说明，关于其他的非磁性层，为了简单，省略其说明。
1.2.1关于写入动作的概要
首先，使用图7对第1实施方式的磁存储装置中的写入动作的概要进行说明。图7是用于说明第1实施方式的磁存储装置的写入动作的概要的时间图。在图7中，示出在从时刻T10到时刻T12的期间，供给用于向写入对象的存储单元MC写入数据“0”的电压的样子。另外，在图7中，示出在从时刻T14到时刻T16的期间，供给用于写入数据“1”的电压的样子。另外，在图7中，示出在进行向写入对象的存储单元MC的写入之时，向与该写入对象的存储单元MC相对应的位线BL及字线WL以及不与该写入对象的存储单元MC对应的位线BL及字线WL供给的电压。
在以下的说明中，将写入对象的存储单元MC称为“选择存储单元MC”，将与选择存储单元MC相对应的位线BL以及字线WL称为“选择位线BL以及选择字线WL”。另外，将不与选择存储单元MC对应的位线BL以及字线WL称为“非选择位线BL以及非选择字线WL”。
首先，对写入数据“0”的情况下的动作进行说明。
如图7所示，到时刻T10为止，对位线BL以及字线WL例如供给电压VSS。
在时刻T10，对选择位线BL以及选择字线WL分别供给电压Vw0以及电压VSS。由此，关于选择存储单元MC，第1端成为电压Vw0，第2端成为电压VSS，所以在选择存储单元MC内的磁阻效应元件MTJ，从选择位线BL朝向选择字线WL流动电流Iw0。
另一方面，对非选择位线BL以及非选择字线WL分别供给电压VSS以及电压Vw0。
由此，关于第1端连接于选择位线BL且第2端连接于非选择字线WL的非选择存储单元MC，第1端以及第2端均以电压Vw0成为同电位，所以没有电流流动。另外，关于第1端连接于非选择位线BL且第2端连接于选择字线WL的非选择存储单元MC，第1端以及第2端均以电压VSS成为同电位，所以没有电流流动。另外，关于第1端连接于非选择位线BL且第2端连接于非选择字线WL的非选择存储单元MC，第1端成为电压VSS，第2端成为Vw0，所以选择器SEL的输出端的电位比选择器SEL的输入端的电位高。因此，通过选择器SEL的整流功能，不流动从非选择字线WL向非选择位线BL侧的电流。因此，仅从选择位线BL朝向选择字线WL流动电流Iw0。
在时刻T12，对选择位线BL供给有电压VSS。另外，非选择字线WL例如被供给电压VSS。由此，向选择存储单元MC的电流的供给停止。
以上，向选择存储单元MC的数据“0”的写入结束。
接着，继续使用图7对写入数据“1”的情况下的动作进行说明。
直到时刻T14为止，对位线BL以及字线WL例如供给电压VSS。
在时刻T14，对选择位线BL供给比电压Vw0大的电压Vw1，对选择字线WL供给电压VSS。由此，关于选择存储单元MC，第1端成为电压Vw1，第2端成为电压VSS，所以在磁阻效应元件MTJ流动比电流Iw0大的电流Iw1。
另一方面，对非选择位线BL以及非选择字线WL分别供给电压VSS以及电压Vw1。
由此，关于第1端连接于选择位线BL且第2端连接于非选择字线WL的非选择存储单元MC，第1端以及第2端均以电压Vw1成为同电位，所以没有电流流动。另外，关于第1端连接于非选择位线BL且第2端连接于选择字线WL的非选择存储单元MC，第1端以及第2端均以电压VSS成为同电位，所以没有电流流动。另外，关于第1端连接于非选择位线BL且第2端连接于非选择字线WL的非选择存储单元MC，第1端成为电压VSS，第2端成为Vw1，所以选择器SEL的输出端的电位比选择器SEL的输入端的电位高。因此，通过选择器SEL的整流功能，不流动从非选择字线WL向非选择位线BL侧的电流。因此，仅从选择位线BL朝向选择字线WL流动电流Iw1。
在时刻T16，对选择位线BL供给电压VSS。另外，非选择字线WL例如被供给电压VSS。由此，向选择存储单元MC的电流的供给停止。
以上，向选择存储单元MC的数据“1”的写入结束。
1.2.2关于写入动作时的磁化方向的变化
接着，使用图8～图11对第1实施方式的磁存储装置中的写入动作时的磁化方向的变化进行说明。图8以及图9是示出第1实施方式的磁存储装置中的数据“0”写入动作时的磁阻效应元件的磁化方向的变化的一例的示意图。图8示出了从写入了数据“1”的状态写入数据“0”的情况，图9示出了从写入了数据“0”的状态写入数据“0”的情况。图10以及图11是示出第1实施方式的磁存储装置中的数据“1”写入动作时的磁阻效应元件的磁化方向的变化的一例的示意图。图10示出了从写入了数据“0”的状态写入数据“1”的情况，图11示出了从写入了数据“1”的状态写入数据“1”的情况。此外，图8及图9中的时刻T10～T12以及图10及图11中的时刻T14～T16与图7中的时刻T10～T16相对应。
首先，对从写入了数据“1”的状态写入数据“0”时的磁化方向的变化进行说明。
如图8所示，到时刻T10为止，参照层RL的磁化方向是与移位取消层SCL的磁化方向反平行的方向。存储层SL的磁化方向是与参照层RL的磁化方向反平行的方向。到时刻T10为止，在数据“0”写入中，控制部16不选择选择存储单元MC，所以在磁阻效应元件MTJ没有电流流动。
在从时刻T10到时刻T12之间，控制部16对选择存储单元MC内的磁阻效应元件MTJ施加电压Vw0，从存储层SL朝向移位取消层SCL流动电流Iw0。通过电流Iw0，向存储层SL注入具有与参照层RL的磁化方向平行的磁化方向的自旋转矩。由此，存储层SL的磁化方向向与参照层RL的磁化方向平行的方向反转。
在时刻T12，控制部16停止对选择存储单元MC内的磁阻效应元件MTJ的电压Vw0的施加。由此，存储层SL的磁化方向与参照层RL的磁化方向成为互相平行，数据“0”被写入。
接着，对从写入了数据“0”的状态写入数据“0”时的磁化方向的变化进行说明。
如图9所示，到时刻T10为止，参照层RL的磁化方向是与移位取消层SCL的磁化方向反平行的方向。存储层SL的磁化方向是与参照层RL的磁化方向平行的方向。到时刻T10为止，在数据“0”写入中，控制部16不选择选择存储单元MC，所以在磁阻效应元件MTJ没有电流流动。
在从时刻T10到时刻T12之间，控制部16对选择存储单元MC内的磁阻效应元件MTJ施加电压Vw0，从存储层SL朝向移位取消层SCL流动电流Iw0。随之，向存储层SL注入与参照层RL的磁化方向平行的自旋转矩。然而，存储层SL的磁化方向已经与参照层RL的磁化方向平行，所以存储层SL的磁化方向不因电流Iw0而变化。另一方面，通过电流Iw0，向参照层RL注入具有与存储层SL的磁化方向反平行的磁化方向的自旋转矩。然而，通过电流Iw0向参照层RL注入的自旋转矩，没有大到使参照层RL的磁化方向反转的程度，所以参照层RL的磁化方向不变化。
在时刻T12，控制部16停止对选择存储单元MC内的磁阻效应元件MTJ的电压Vw0的施加。由此，存储层SL的磁化方向与参照层RL的磁化方向成为互相平行，数据“0”被写入。
以上，向选择存储单元MC的数据“0”的写入结束。
接着，对从写入了数据“0”的状态写入数据“1”时的磁化方向的变化进行说明。
如图10所示，到时刻T14为止，参照层RL的磁化方向是与移位取消层SCL的磁化方向反平行的方向。存储层SL的磁化方向是与参照层RL的磁化方向平行的方向。到时刻T14为止，在数据“1”写入中，控制部16不选择选择存储单元MC，所以在磁阻效应元件MTJ没有电流流动。
在从时刻T14到时刻T16之间，控制部16对选择存储单元MC内的磁阻效应元件MTJ施加电压Vw1，从存储层SL朝向移位取消层SCL流动电流Iw1。通过电流Iw1，向参照层RL注入具有与存储层SL的磁化方向反平行的磁化方向的自旋转矩。通过电流Iw1，向参照层RL注入的自旋转矩大到使参照层RL的磁化方向反转的程度。因此，参照层RL的磁化方向向与存储层SL的磁化方向反平行的方向反转。
接下来，通过电流Iw1，向存储层SL注入具有与参照层RL的磁化方向平行的磁化方向的自旋转矩。由此，存储层SL的磁化方向向与参照层RL的磁化方向平行的方向反转。
在时刻T16，控制部16停止对选择存储单元MC内的磁阻效应元件MTJ的电压Vw1的施加。随之，向参照层RL以及存储层SL的自旋转矩的注入停止。参照层RL的磁化方向，通过与移位取消层SCL的反铁磁性耦合，向与移位取消层SCL的磁化方向反平行的方向反转。由此，存储层SL的磁化方向与参照层RL成为互相反平行，数据“1”被写入。
接着，对从写入了数据“1”的状态写入数据“1”时的磁化方向的变化进行说明。
如图11所示，到时刻T14为止，参照层RL的磁化方向是与移位取消层SCL的磁化方向反平行的方向。存储层SL的磁化方向是与参照层RL的磁化方向反平行的方向。到时刻T14为止，在数据“1”写入中，控制部16不选择选择存储单元MC，所以在磁阻效应元件MTJ没有电流流动。
在从时刻T14到时刻T16之间，控制部16对选择存储单元MC内的磁阻效应元件MTJ施加电压Vw1，从存储层SL朝向移位取消层SCL流动电流Iw1。通过电流Iw1，向存储层SL注入具有与参照层RL的磁化方向平行的磁化方向的自旋转矩。由此，存储层SL的磁化方向向与参照层RL的磁化方向平行的方向反转。
接下来，通过电流Iw1，向参照层RL注入具有与存储层SL的磁化方向反平行的磁化方向的自旋转矩。通过电流Iw1向参照层RL注入的自旋转矩大到使参照层RL的磁化方向反转的程度。因此，参照层RL的磁化方向向与存储层SL的磁化方向反平行的方向反转。
接下来，通过电流Iw1，向存储层SL注入具有与参照层RL的磁化方向平行的磁化方向的自旋转矩。由此，存储层SL的磁化方向向与参照层RL的磁化方向平行的方向反转。
在时刻T16，控制部16停止对选择存储单元MC内的磁阻效应元件MTJ的电压Vw1的施加。随之，向参照层RL以及存储层SL的自旋转矩的注入停止。参照层RL的磁化方向，通过与移位取消层SCL的反铁磁性耦合，向与移位取消层SCL的磁化方向反平行的方向反转。由此，存储层SL的磁化方向与参照层RL成为互相反平行，数据“1”被写入。
以上，向选择存储单元MC的数据“1”的写入结束。
1.3关于本实施方式的效果
根据第1实施方式，能够通过一个方向的写入电流来进行互相不同的两个数据的写入。对本效果在以下进行说明。
一般，在从存储层朝向参照层流动电流的情况下，向参照层注入与存储层的磁化方向反平行的自旋转矩。也就是说，在存储层的磁化方向与参照层的磁化方向平行的情况下，从存储层朝向参照层流动电流，由此，向参照层注入使磁化方向反转的方向的自旋转矩。另一方面，参照层具有磁化能越大，则磁化方向越强地被固定而越难以通过外部的磁场和/或自旋转矩来反转的性质。
根据第1实施方式，参照层RL的磁化能ΔE_RL比存储层SL的磁化能ΔE_SL小。为了满足上述的关系，例如，参照层RL的矫顽力Hc_RL比存储层SL的矫顽力Hc_SL小。另外，例如，参照层RL的饱和磁化Ms_RL与膜厚tRL之积Ms_RL×tRL比存储层SL的饱和磁化Ms_SL与膜厚tSL之积Ms_SL×tSL小。另外，例如，参照层RL的体积Vol_RL比存储层SL的体积Vol_SL小。由此，具有与存储层SL的磁化方向平行的磁化方向的参照层RL，在从存储层SL朝向参照层RL流动电流的情况下，容易通过从存储层SL注入的自旋转矩，使磁化方向反转。
另外，控制部16在数据“0”的写入之时，对存储单元MC施加电压Vw0以从存储层SL朝向参照层RL流动电流Iw0。在参照层RL的磁化能ΔE_RL比存储层SL的磁化能ΔE_SL小的情况下，电流Iw0设定成使参照层RL的磁化方向与存储层SL的磁化方向成为平行状态(磁化反转概率成为“1”)的大小。由此，在通过电流Iw0向参照层RL注入的自旋转矩下，参照层RL的磁化方向不反转。因此，磁阻效应元件MTJ能够写入数据“0”。
另外，控制部16在数据“1”的写入之时，对存储单元MC施加电压Vw1以从存储层SL朝向参照层RL流动比电流Iw0大的电流Iw1。在参照层RL的磁化能ΔE_RL比存储层Sl的磁化能ΔE_SL小的情况下，电流Iw1设定成使参照层RL的磁化方向与存储层SL的磁化方向成为反平行状态(磁化反转概率成为“0”)的大小。由此，参照层RL通过利用电流Iw1注入的自旋转矩而磁化反转。因此，磁阻效应元件MTJ能够写入数据“1”。
另外，主参照层MRL与界面参照层IRL之间的铁磁性耦合，比主参照层MRL与移位取消层SCL之间的反铁磁性耦合强。由此，对于外部磁场或自旋转矩的影响，铁磁性耦合比反铁磁性耦合难以切断。因此，主参照层MRL以及界面参照层IRL，在主参照层MRL以及移位取消层SCL反铁磁性地耦合的情况下，能够看作具有平行的磁化方向。
另外，存储单元阵列11内的存储单元MC的集成度越高，则磁阻效应元件MTJ的沿着xy平面的截面的截面面积例如能够以越大的比例变化。因此，磁阻效应元件MTJ在存储层SL的上方设置有参照层RL。由此，能够在磁阻效应元件MTJ所包括的层叠构造中的上层的截面面积相对于下层的截面面积小的情况下，使存储层SL的截面面积相对于参照层RL的截面面积大。因此，能够容易设计成使存储层SL的体积Vol_SL相对于参照层RL的体积Vol_RL大。
另外，选择器SEL具有使一个方向的电流通过且截断另一方向的电流的整流功能。由此，能够对磁阻效应元件MTJ截断与写入电流反向地流通的电流。
另外，选择器SEL包括Oxide-PN(氧化物-PN)结元件、Metal-Oxide Schottky(金属-氧化物肖特基)二极管元件、MIM二极管(Metal-Insulator-Metal：金属-绝缘体-金属)元件、MSM二极管(Metal-Semiconductor-Metal：金属-半导体-金属)元件、以及OTS(OvonicThreshold Switch：双向记忆开关)元件中的任一种。由此，选择器SEL可以以电流路径沿着z轴方向的方式设置。因此，能够以不使用平面型晶体管那样地电流路径沿着xy平面的选择器的方式设置存储单元MC。因此，能够将存储单元阵列11以比6F2尺寸稠密的4F2尺寸设置。
2.第2实施方式
接着，对第2实施方式的磁存储装置进行说明。第2实施方式在不将铁磁性层253a、非磁性层253b以及铁磁性层253c看作一体的铁磁性层253这一点上，与第1实施方式不同。以下，仅对与第1实施方式不同的点进行说明。
2.1关于磁阻效应元件的构成
对第2实施方式的磁存储装置的磁阻效应元件的构成进行说明。作为第2实施方式的磁阻效应元件MTJ发挥功能的元件层25的层叠构造，与第1实施方式同样，所以省略其说明。
在第2实施方式中，设计成，铁磁性层253a与铁磁性层253c之间的铁磁性耦合的耦合力比铁磁性层253c与铁磁性层255之间的反铁磁性耦合的耦合力小。更具体而言，通过调整非磁性层253b的膜厚tS1以及非磁性层254的膜厚tS2，设计成绝对值|Jex1|比绝对值|Jex2|小(|Jex1|＜|Jex2|)。由此，在第2实施方式中，例如，用于切断铁磁性层253a与铁磁性层253c之间的铁磁性耦合所需的磁场的大小，比用于切断铁磁性层253c与铁磁性层255之间的反铁磁性耦合所需的磁场的大小大。在该情况下，在铁磁性层253c与铁磁性层255反铁磁性地耦合的期间，铁磁性层253a的磁化方向与铁磁性层253c的磁化方向可能成为反平行。即，铁磁性层253a、非磁性层253b以及铁磁性层253c不看作作为参照层RL发挥功能的一个铁磁性层253。在第2实施方式所涉及的以下的说明中，铁磁性层253a以及铁磁性层253c作为可各自具有互相不同的磁化方向的铁磁性层进行说明。
另外，在第2实施方式中，铁磁性层253a设计成磁化能ΔE比铁磁性层251的小。
为了使铁磁性层253a的磁化能ΔE_IRL成为比铁磁性层251的磁化能ΔE_SL小，例如，优选铁磁性层253a的膜厚tIRL比铁磁性层251的膜厚tSL小。另外，例如，优选铁磁性层253a的矫顽力Hc_IRL比铁磁性层251的矫顽力Hc_SL小。另外，例如，优选铁磁性层253a的体积Vol_IRL比铁磁性层251的体积Vol_SL小。
2.2关于磁阻效应元件的磁阻特性
接着，对第2实施方式的磁存储装置的磁阻效应元件所具有的磁阻特性进行说明。
图12是示出第2实施方式的磁存储装置的磁阻效应元件MTJ的磁阻特性(R-H特性)的图表。图12的R-H特性，与图5的R-H特性同样，根据从外部施加的磁场的大小，来示出存储层SL以及参照层RL(主参照层MRL以及界面参照层IRL)的磁化反转举动。为了方便，图12中的磁场的大小将与移位取消层SCL的磁化方向平行的方向设为正方向。此外，如上所述，移位取消层SCL的磁化方向被固定，所以在图12中，没有示出移位取消层SCL的磁化反转举动。因此，在图12所示的磁场的范围，移位取消层SCL的磁化方向向参照层RL侧固定于箭头所朝向的方向。
如图12所示，在初始状态(2a)下，参照层RL以及移位取消层SCL的磁化方向为反平行，参照层RL以及存储层SL的磁化方向为平行。即，在初始状态(2a)下，磁阻效应元件MTJ为具有阻值R0的低阻抗状态。在从该状态施加从移位取消层SCL朝向存储层SL的方向的磁场时，在磁场H_SL1附近，存储层SL的磁化方向反转，磁阻效应元件MTJ成为具有阻值R1高阻抗状态(2b)。更具体而言，例如，磁阻效应元件MTJ的阻值在磁场H_SL1处达到阻值(R1+R0)/2。并且，磁阻效应元件MTJ的阻值在成为比磁场H_SL1大之后迅速达到阻值R1。
在进一步增强施加的磁场时，界面参照层IRL的磁化方向以成为与主参照层MRL的磁化方向反平行的方式逐渐反转。随之，磁阻效应元件MTJ的阻值从阻值R1逐渐变低(2b’)。此外，在界面参照层IRL的磁化方向逐渐反转的期间，主参照层MRL的磁化方向不变化。并且，在阻值下降至比R1小的R1’时，主参照层MRL以及界面参照层IRL的磁化方向以成为与存储层SL的磁化方向平行的方向方式开始急剧反转，磁阻效应元件MTJ成为低阻抗状态(2c)。更具体而言，例如，磁阻效应元件MTJ的阻值在磁场H_RL1处达到阻值(R1+R0)/2。并且，磁阻效应元件MTJ的阻值在成为比磁场H_RL1大之后迅速达到阻值R0。在状态(2c)下，存储层SL、参照层RL以及移位取消层SCL的磁化方向成为平行。
在从该状态(2c)减弱施加的磁场时，在磁场H_RL2附近，主参照层MRL以及界面参照层IRL的磁化方向同时反转。更具体而言，例如，磁阻效应元件MTJ的阻值在磁场H_RL2处，达到阻值(R1+R0)/2。此外，界面参照层IRL的磁化方向在磁场H_RL2处完全不反转(2b’)。并且，在到磁场H_SL1附近为止减弱施加的磁场时，阻值逐渐上升，达到阻值R1(2b)。
在进一步减弱施加的磁场时，在负的磁场H_SL2附近，存储层SL的磁化方向反转，磁阻效应元件MTJ成为低阻抗状态。更具体而言，例如，磁阻效应元件MTJ的阻值在磁场H_SL2处，达到阻值(R1+R0)/2。并且，磁阻效应元件MTJ的阻值在成为比磁场H_RL2小之后迅速达到阻值R0，返回到初始状态(1a)。
这样，在铁磁性层253a、非磁性层253b以及铁磁性层253c不看作作为参照层RL发挥功能的一个铁磁性层253的情况下，主参照层MRL以及界面参照层IRL的磁化方向包括在主环内不成为互相平行的状态(2b’)。此外，图12中的状态(2b’)的形状根据界面参照层IRL与主参照层MRL之间的铁磁性耦合的强度而变化。状态(2b’)的形状例如用以下的式子所示的铁磁性耦合的劣化比S来定义。
S＝(R1’-R0)/(R1-R0)
劣化比S示出，其值越小，则铁磁性耦合相对于界面参照层IRL与移位取消层SCL之间的反铁磁性耦合越弱。例如，劣化比S的值优选为0.8以上且低于1.0(0.8≤S＜1.0)，更优选为0.8以上且0.95以下(0.8≤S≤0.95)，又进一步优选为0.8以上且0.9以下(0.8≤S≤0.9)。
2.3关于写入动作之时的磁化方向的变化
接着，使用图13以及图14对第2实施方式的磁存储装置中的写入动作之时的磁化方向的变化进行说明。图13以及图14是示出第2实施方式的磁存储装置中的数据“1”写入动作之时的磁阻效应元件的磁化方向的变化的样子的一例的示意图。图13示出了从写入了数据“0”的状态写入数据“1”的情况，图14示出了从写入了数据“1”的状态写入数据“1”的情况。此外，图13以及图14中的时刻T14～T16与图7中的时刻T14～T16相对应。
首先，对从写入了数据“0”的状态写入数据“1”时的磁化方向的变化进行说明。
如图13所示，到时刻T14为止，主参照层MRL的磁化方向是与移位取消层SCL的磁化方向反平行的方向，是与界面参照层IRL的磁化方向平行的方向。存储层SL的磁化方向是例如与主参照层MRL以及界面参照层IRL的磁化方向平行的方向。到时刻T14为止，在数据“1”写入中，控制部16不选择选择存储单元MC。
在从时刻T14到时刻T16之间，控制部16对选择存储单元MC内的磁阻效应元件MTJ施加电压Vw1，从存储层SL朝向移位取消层SCL流动电流Iw1。通过电流Iw1，向界面参照层IRL注入具有与存储层SL的磁化方向反平行的磁化方向的自旋转矩。通过电流Iw1，向界面参照层IRL注入的自旋转矩大到使界面参照层IRL的磁化方向反转的程度。因此，界面参照层IRL的磁化方向向与存储层SL的磁化方向反平行的方向反转。
之后，继续通过电流Iw1，向存储层SL注入具有与界面参照层IRL的磁化方向平行的磁化方向的自旋转矩。由此，存储层SL的磁化方向向与界面参照层IRL的磁化方向平行的方向反转。
在时刻T16，控制部16停止对选择存储单元MC内的磁阻效应元件MTJ的电压Vw1的施加。随之，向界面参照层IRL以及存储层SL的自旋转矩的注入停止。界面参照层IRL的磁化方向通过与主参照层MRL的铁磁性耦合，向与主参照层MRL的磁化方向平行的方向反转。由此，存储层SL的磁化方向与界面参照层IRL以及主参照层MRL的磁化方向成为互相反平行，数据“1”被写入。
接着，对从写入了数据“1”的状态写入数据“1”时的磁化方向的变化进行说明。
如图14所示，到时刻T14为止，主参照层MRL的磁化方向是与移位取消层SCL的磁化方向反平行的方向，是与界面参照层IRL的磁化方向平行的方向。存储层SL的磁化方向是例如与主参照层MRL以及界面参照层IRL的磁化方向反平行的方向。到时刻T14为止，在数据“1”写入中，控制部16不选择选择存储单元MC。
在从时刻T14到时刻T16之间，控制部16对选择存储单元MC内的磁阻效应元件MTJ施加电压Vw1，从存储层SL朝向移位取消层SCL流动电流Iw1。通过电流Iw1，向存储层SL注入具有与界面参照层IRL的磁化方向平行的磁化方向的自旋转矩。由此，存储层SL的磁化方向向与界面参照层IRL的磁化方向平行的方向反转。
接下来，通过电流Iw1，向界面参照层IRL注入具有与存储层SL的磁化方向反平行的磁化方向的自旋转矩。通过电流Iw1，向界面参照层IRL注入的自旋转矩大到使界面参照层IRL的磁化方向反转的程度。因此，界面参照层IRL的磁化方向向与存储层SL的磁化方向反平行的方向反转。
接下来，通过电流Iw1，向存储层SL注入具有与界面参照层IRL的磁化方向平行的磁化方向的自旋转矩。由此，存储层SL的磁化方向向与界面参照层IRL的磁化方向平行的方向反转。
在时刻T16，控制部16停止对选择存储单元MC内的磁阻效应元件MTJ的电压Vw1的施加。随之，向界面参照层IRL以及存储层SL的自旋转矩的注入停止。界面参照层IRL的磁化方向通过与主参照层MRL的铁磁性耦合，向与主参照层MRL的磁化方向平行的方向反转。由此，存储层SL的磁化方向与界面参照层IRL以及主参照层MRL的磁化方向成为互相反平行，数据“1”被写入。
以上，向选择存储单元MC的数据“1”的写入结束。
2.4关于本实施方式的效果
根据第2实施方式，主参照层MRL与界面参照层IRL之间的铁磁性耦合，比主参照层MRL与移位取消层SCL之间的反铁磁性耦合弱。由此，对于外部磁场或自旋转矩的影响，铁磁性耦合比反铁磁性耦合容易切断。因此，主参照层MRL以及界面参照层IRL即使在主参照层MRL以及移位取消层SCL反铁磁性地耦合的期间，也可能具有不平行的磁化方向。
另外，界面参照层IRL的磁化能ΔE_RL比存储层SL的磁化能ΔE_SL小。更具体而言，界面参照层IRL的矫顽力Hc_IRL比存储层SL的矫顽力Hc_SL小。和/或，界面参照层IRL的饱和磁化Ms_IRL与膜厚tIRL之积Ms_IRL×tIRL比存储层SL的饱和磁化Ms_SL与膜厚tSL之积Ms_SL×tSL小。和/或，界面参照层IRL的体积Vol_IRL比存储层SL的体积Vol_SL小。由此，具有与存储层SL的磁化方向平行的磁化方向的界面参照层IRL，在从存储层SL朝向界面参照层IRL流动电流的情况下，通过从存储层SL注入的自旋转矩，容易使磁化方向反转。
另外，控制部16，在数据“0”的写入之时，以从存储层SL朝向界面参照层IRL流动电流Iw0的方式，对存储单元MC施加电压Vw0。在界面参照层IRL的磁化能ΔE_IRL比存储层Sl的磁化能ΔE_SL小的情况下，电流Iw0设定成使界面参照层IRL的磁化方向与存储层SL的磁化方向成为平行状态(磁化反转概率成为“1”)的大小。由此，在通过电流Iw0向界面参照层IRL注入的自旋转矩中，界面参照层IRL的磁化方向不反转。因此，磁阻效应元件MTJ能够写入数据“0”。
另外，控制部16，在数据“1”的写入之时，以从存储层SL朝向界面参照层IRL流动比电流Iw0大的电流Iw1的方式，对存储单元MC施加电压Vw1。在界面参照层IRL的磁化能ΔE_IRL比存储层Sl的磁化能ΔE_SL小的情况下，电流Iw1设定成使界面参照层IRL的磁化方向与存储层SL的磁化方向成为反平行状态(磁化反转概率成为“0”)的大小。由此，界面参照层IRL因通过电流Iw1注入的自旋转矩而磁化反转。因此，磁阻效应元件MTJ能够写入数据“1”。
3.变形例等
不限于上述的第1实施方式以及第2实施方式所述的形态，可以各种变形。
3.1第1变形例
在第1实施方式以及第2实施方式中，对电压Vw1比电压Vw0大的情况进行了说明，但不限于此。
图15是用于说明第1变形例的磁存储装置的写入动作的概要的时间图。在图15中，示出在从时刻T20到时刻T22的期间向写入对象的存储单元MC写入数据“0”，在从时刻T24到时刻T26的期间写入数据“1”的样子。
首先，对数据“0”被写入的情况下的动作进行说明。
如图15所示，到时刻T20为止，向位线BL以及字线WL，例如供给电压VSS。
在时刻T20，向选择位线BL以及选择字线WL分别供给电压Vw2以及电压VSS。由此，关于选择存储单元MC，第1端成为电压Vw2，第2端成为电压VSS，所以在选择存储单元MC内的磁阻效应元件MTJ，从选择位线BL朝向选择字线WL流动某一电流。
另一方面，向非选择位线BL以及非选择字线WL，分别供给电压VSS以及电压Vw2。
由此，关于第1端连接于选择位线BL且第2端连接于非选择字线WL的非选择存储单元MC，第1端以及第2端均以电压Vw2成为同电位，所以没有电流流动。另外，关于第1端连接于非选择位线BL且第2端连接于选择字线WL的非选择存储单元MC，第1端以及第2端均以电压VSS成为同电位，所以没有电流流动。另外，关于第1端连接于非选择位线BL且第2端连接于非选择字线WL的非选择存储单元MC，第1端成为电压VSS，第2端成为Vw2，所以选择器SEL的输出端的电位比选择器SEL的输入端的电位高。因此，通过选择器SEL的整流功能，没有从非选择字线WL向非选择位线BL侧的电流流动。
在时刻T22，向选择位线BL供给电压VSS。另外，非选择字线WL，例如被供给电压VSS。由此，向选择存储单元MC的电流的供给停止。因此，在从时刻T20到时刻T22的期间D0，仅在选择存储单元MC流动某一电流。
以上，向选择存储单元MC的数据“0”的写入结束。
接着，继续使用图15对数据“1”被写入的情况下的动作进行说明。
到时刻T24为止，向位线BL以及字线WL，例如供给电压VSS。
在时刻T24，向选择位线BL供给电压Vw2，向选择字线WL供给电压VSS。由此，关于选择存储单元MC，第1端成为电压Vw2，第2端成为电压VSS，所以在磁阻效应元件MTJ流动电流。
另一方面，向非选择位线BL以及非选择字线WL分别供给电压VSS以及电压Vw1。由此，在选择存储单元流动某一电流，在非选择存储单元没有电流流动。
在时刻T26，向选择位线BL供给电压VSS。另外，非选择字线WL例如，被供给电压VSS。由此，向选择存储单元MC的电流的供给停止。因此，在从时刻T24到时刻T26的期间D1，仅在选择存储单元MC流动某一电流。
以上，向选择存储单元MC的数据“1”的写入结束。
此外，期间D1设定为比期间D0长。由此，能够以不使得在数据“1”的写入之时施加的电压的大小比在数据“0”的写入之时施加的电压大的方式，增大对参照层RL或界面参照层IRL注入的自旋转矩。因此，关于参照层RL或界面参照层IRL，在期间D1比在期间D0容易磁化反转。因此，变形例的写入动作能够获得与第1实施方式以及第2实施方式的写入动作在实质上相同的效果。
3.2第2变形例
关于上述的各实施方式及其变形例所述的磁阻效应元件MTJ，对参照层RL设置于存储层SL的上方的无底(英文：bottom free)型的情况进行了说明，但也可以是存储层SL设置于参照层RL的上方的无顶(英文：top free)型。
图16以及图17示出应用了无顶型的情况下的构成例。图16是用于说明第2变形例的存储单元的构成的立体图。图17是用于说明第2变形例的磁阻效应元件的构成的剖视图。
如图16所示，在未图示的半导体基板上，配线层27、导电层26、元件层25、导电层24、元件层23、导电层22以及配线层21依次层叠。
如图17所示，元件层25例如从字线WL侧起，按非磁性层256(盖层)、铁磁性层255(移位取消层SCL)、非磁性层254(第2间隔层)、铁磁性层253(参照层RL)、非磁性层252(隧道势垒层)、铁磁性层251(存储层SL)以及非磁性层250(基底层)的顺序，在z轴方向上层叠多个膜。另外，铁磁性层253按铁磁性层253c(主参照层MRL)、非磁性层253b(第1间隔层)以及铁磁性层253a(界面参照层IRL)的顺序，在z轴方向上层叠多个膜。
在磁阻效应元件MTJ，在向图17中的箭头a3的方向即从存储层SL朝向参照层RL的方向流动某一大小的写入电流Iw0时，存储层SL以及参照层RL的磁化方向的相对关系成为平行。另外，在磁阻效应元件MTJ，在向图17中的箭头a4的方向即从存储层SL朝向参照层RL的方向(与箭头a3相同的方向)流动比写入电流Iw0大的写入电流Iw1时，存储层SL以及参照层RL的磁化方向的相对关系成为反平行。
铁磁性层251以及253a例如上表面的面积比下表面的面积大。更具体而言，铁磁性层251以及253a包括沿着xy平面的截面的截面面积沿着+z轴方向逐渐变大的部分。也就是说，铁磁性层251以及253a的与xy平面垂直的截面例如具有上底的长度比下底的长度长的梯形形状的部分。即，铁磁性层251以及253a分别包括以锥角θSL以及θIRL(θSL＜0、θIRL＜0)锥形化的部分。锥角θSL以及θIRL例如优选设定在大于-90度且-70度以下(-70≥θSL、θIRL＞-90)的范围，更优选的是，设定在大于-90度且-80度以下(-80≥θSL，θIRL＞-90)的范围。
通过如以上那样构成，容易设计成存储层SL的磁化能ΔE_SL比参照层RL的磁化能ΔE_RL大。由此，在应用了无顶型的情况下，也容易以一个方向的电流写入互相不同的两个数据。
3.3其他
在上述的各实施方式及其变形例所述的磁存储装置1的写入动作中，对控制部16通过控制电压来向存储单元MC供给电流的情况进行了说明，但不限于此。例如，控制部16也可以通过直接控制在存储单元MC流动的电流来执行写入动作。在该情况下，具体而言，例如，在第1实施方式以及第2实施方式中，也可以是，控制部16以在写入数据“0”以及“1”之时在存储单元MC分别流动电流Iw0以及Iw1的方式控制SA/CD12以及行译码器13。另外，例如，在变形例中，也可以是，控制部16以在写入数据“0”以及“1”之时在存储单元MC流动某一电流的期间分别为期间D0以及D1的方式控制SA/CD12以及行译码器13。
另外，关于上述的各实施方式及其变形例所述的磁阻效应元件MTJ，对垂直磁化MTJ的情况进行了说明，但不限于此，也可以是具有水平磁各向异性的水平磁化MTJ元件。
对本发明的几个实施方式进行了说明，但这些实施方式是作为例子而提出，并非意在限定发明的范围。这些新颖的实施方式可以以其他的各式各样的形态来实施，在不脱离发明的要旨的范围内，可以进行各种省略、置换、变更。这些实施方式和/或其变形包含于发明的范围和/或要旨，并且包含于与权利要求书所记载的发明均等的范围。
附图标记说明
1…磁存储装置；
11…存储单元阵列；
12…写入电路以及读出电路；
13…行译码器；
14…页缓冲器；
15…输入输出电路；
16…控制部；
21、27…配线层；
22、24、26…导电层；
23、25…元件层；
250、252、253b、254、256…非磁性层；
251、253、253a、253c、255…铁磁性层。

Claims (20)

1.一种磁存储装置，
具备存储单元，该存储单元包括：
磁阻效应元件；
选择器，其电连接于所述磁阻效应元件；
第1端，其电连接于位线；以及
第2端，其电连接于字线，
所述磁阻效应元件包括：第1铁磁性层；第2铁磁性层；第3铁磁性层；第1非磁性层，其设置于所述第1铁磁性层与所述第2铁磁性层之间；以及第2非磁性层，其设置于所述第2铁磁性层与所述第3铁磁性层之间且将所述第2铁磁性层以及所述第3铁磁性层反铁磁性地耦合，
所述第1铁磁性层的膜厚比所述第2铁磁性层的膜厚大。
2.根据权利要求1所述的磁存储装置，
所述第1铁磁性层的体积比所述第2铁磁性层的体积大。
3.根据权利要求1所述的磁存储装置，
所述第2铁磁性层设置于所述第1铁磁性层的上方，
所述磁阻效应元件的上表面的面积比所述磁阻效应元件的下表面的面积小。
4.根据权利要求1所述的磁存储装置，
所述第2铁磁性层设置于所述第1铁磁性层的下方，
所述磁阻效应元件的上表面的面积比所述磁阻效应元件的下表面的面积大。
5.根据权利要求1所述的磁存储装置，
所述选择器包括Oxide-PN结元件、Metal-Oxide Schottky二极管元件、MIM二极管元件、MSM二极管元件、以及OTS元件中的任一种，所述MIM即Metal-Insulator-Metal也就是金属-绝缘体-金属，所述MSM即Metal-Semiconductor-Metal也就是金属-半导体-金属，所述OTS即Ovonic Threshold Switch。
6.根据权利要求1所述的磁存储装置，
所述磁存储装置还具备控制部，
所述控制部执行：
第1动作，即向所述存储单元的第1端供给比所述存储单元的第2端的电压高的第1电压来写入第1数据；和
第2动作，即向所述存储单元的第1端供给与所述第1电压不同且比所述存储单元的第2端的电压高的第2电压来写入与所述第1数据不同的第2数据。
7.一种磁存储装置，具备：
存储单元，其包括磁阻效应元件和电连接于所述磁阻效应元件的选择器；和
控制部，
所述磁阻效应元件包括：第1铁磁性层；第2铁磁性层；第3铁磁性层；第1非磁性层，其设置在所述第1铁磁性层与所述第2铁磁性层之间；以及第2非磁性层，其设置于所述第2铁磁性层与所述第3铁磁性层之间且将所述第2铁磁性层以及所述第3铁磁性层反铁磁性地耦合，
所述控制部执行：
第1动作，即向所述存储单元的第1端供给比所述存储单元的第2端的电压高的第1电压来写入第1数据；和
第2动作，即向所述存储单元的第1端供给比所述存储单元的第2端的电压高且与所述第1电压不同的第2电压来写入与所述第1数据不同的第2数据。
8.根据权利要求7所述的磁存储装置，
所述第2电压比所述第1电压大。
9.根据权利要求7所述的磁存储装置，
所述第2电压的脉冲宽度比所述第1电压的脉冲宽度大。
10.一种磁存储装置，
具备存储单元，该存储单元包括：
磁阻效应元件；和
选择器，其电连接于所述磁阻效应元件，
所述磁阻效应元件包括：第1铁磁性层；第2铁磁性层；第3铁磁性层；第1非磁性层，其设置于所述第1铁磁性层与所述第2铁磁性层之间；以及第2非磁性层，其设置于所述第2铁磁性层与所述第3铁磁性层之间且将所述第2铁磁性层以及所述第3铁磁性层反铁磁性地耦合，
所述第1铁磁性层的磁化能比所述第2铁磁性层的磁化能大。
11.根据权利要求10所述的磁存储装置，
所述第1铁磁性层的矫顽力比所述第2铁磁性层的矫顽力大。
12.根据权利要求10所述的磁存储装置，
所述第1铁磁性层的饱和磁化与膜厚之积比所述第2铁磁性层的饱和磁化与膜厚之积大。
13.根据权利要求10所述的磁存储装置，
所述第1铁磁性层的饱和磁化比所述第2铁磁性层的饱和磁化大。
14.根据权利要求10所述的磁存储装置，
所述第1铁磁性层的膜厚比所述第2铁磁性层的膜厚大。
15.根据权利要求10所述的磁存储装置，
所述第1铁磁性层的体积比所述第2铁磁性层的体积大。
16.一种磁存储装置，
具备存储单元，该存储单元包括：
磁阻效应元件；
选择器，其电连接于所述磁阻效应元件；
第1端，其电连接于位线；以及
第2端，其电连接于字线，
所述磁阻效应元件包括：第1铁磁性层；第2铁磁性层；第3铁磁性层；第1非磁性层，其设置于所述第1铁磁性层与所述第2铁磁性层之间；以及第2非磁性层，其设置于所述第2铁磁性层与所述第3铁磁性层之间且将所述第2铁磁性层以及所述第3铁磁性层反铁磁性地耦合，
所述第2铁磁性层包括：
第3非磁性层；
第4铁磁性层，其设置于所述第1非磁性层与所述第3非磁性层之间；以及
第5铁磁性层，其设置于所述第2非磁性层与所述第3非磁性层之间，
所述第1铁磁性层的膜厚比所述第4铁磁性层的膜厚大。
17.根据权利要求16所述的磁存储装置，
所述第3非磁性层将所述第4铁磁性层以及所述第5铁磁性层铁磁性地耦合，
所述第1铁磁性层的磁化能比所述第4铁磁性层的磁化能大。
18.根据权利要求16所述的磁存储装置，
所述第1铁磁性层的体积比所述第4铁磁性层的体积大。
19.根据权利要求16所述的磁存储装置，
所述第2铁磁性层设置于所述第1铁磁性层的上方，
所述磁阻效应元件的上表面的面积比所述磁阻效应元件的下表面的面积小。
20.根据权利要求16所述的磁存储装置，
所述第2铁磁性层设置于所述第1铁磁性层的下方，
所述磁阻效应元件的上表面的面积比所述磁阻效应元件的下表面的面积大。
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