CN111613721A

CN111613721A - 磁畴壁移动元件和磁记录阵列

Info

Publication number: CN111613721A
Application number: CN202010103970.XA
Authority: CN
Inventors: 芦田拓也; 佐佐木智生; 柴田龙雄
Original assignee: TDK Corp
Current assignee: TDK Corp
Priority date: 2019-02-22
Filing date: 2020-02-20
Publication date: 2020-09-01
Anticipated expiration: 2040-02-20
Also published as: CN111613721B; US10916283B2; US20200273511A1; CN116867350A

Abstract

本发明提供磁畴壁移动元件和磁记录阵列。本实施方式的磁畴壁移动型磁记录元件包括：第一铁磁性层、磁记录层、非磁性层以及第一电极和第二电极，第一电极包含磁化取向在与第一铁磁性层的磁化的朝向不同的方向的磁性体，磁记录层具有：与第一电极及第一铁磁性层在第一方向上重叠的第一区域；与第二电极及第一铁磁性层在第一方向上重叠的第二区域；以及被第一区域和第二区域夹着的第三区域，第一区域的与第一电极对置的第一部分的面积比第二区域的与第二电极对置的第二部分的面积大，第一铁磁性层在第一方向上与第一电极和第二电极的一部分重叠。本发明中电阻变化幅度大。

Description

磁畴壁移动元件和磁记录阵列

技术领域

本发明涉及磁畴壁移动元件和磁记录阵列。

背景技术

人们关注着代替在微小化上已出现极限的闪存等的下一代的非易失性存储器。例如，已知有MRAM(Magnetoresistive Random Access Memory：磁阻式随机存取存储器)、ReRAM(Resistance Randome Access Memory：电阻式随机存取存储器)、PCRAM(PhaseChange Random Access Memory：相变随机存取存储器)等作为下一代的非易失性存储器。

MRAM将因磁化的朝向的变化而产生的电阻值变化用于数据记录。为了实现记录存储器的大容量化，研究了构成存储器的元件的小型化、构成存储器的每个元件的记录位的多值化。

专利文献1中记载有利用磁畴壁的移动的磁阻效应元件。专利文献1记载的磁阻效应元件根据磁畴壁的位置模拟地记录信息。专利文献1记载的磁阻效应元件通过磁化固定部来控制磁畴壁能够移动的范围。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本特许第5598697号公报

发明内容

发明要解决的技术问题

磁畴壁移动元件根据夹着非磁性层的两个铁磁性体的磁化的相对角的不同而电阻值变化。磁畴壁移动元件基于电阻值存储数据。磁畴壁移动元件为了防止磁畴壁的消失，有时在磁畴壁移动的磁记录层设置磁化固定部。另外，为了提高多个磁畴壁移动元件的集成度，有时在包含磁化固定部的磁记录层的一面层叠成为电阻变化的基准的参照层。磁化固定部的磁化的方向被固定，磁化固定部的磁化与参照层的磁化的相对角没有变化。因此，磁化固定部没有产生磁畴壁移动元件的电阻值变化，而电阻的变化幅度减小磁化固定层和参照层在俯视时重叠的量。当电阻值的变化幅度大时，能够抑制例如磁畴壁移动元件记录的数据由于噪声而变动。

本发明是鉴于上述问题而完成的，提供一种电阻变化幅度大且稳定的磁畴壁移动型磁记录元件和磁存储器。

用于解决技术问题的技术方案

(1)第一方式的磁畴壁移动元件包括：第一铁磁性层；磁记录层，其相对于上述第一铁磁性层位于第一方向且沿第二方向延伸；非磁性层，其位于上述第一铁磁性层与上述磁记录层之间；以及第一电极和第二电极，它们位于上述磁记录层的与上述非磁性层相反的一侧，在上述第一方向上与上述磁记录层的一部分分别重叠，上述第一电极包含磁化取向在与上述第一铁磁性层的磁化的朝向不同的方向的磁性体，上述磁记录层具有：与上述第一电极及上述第一铁磁性层在上述第一方向上重叠的第一区域；与上述第二电极及上述第一铁磁性层在上述第一方向上重叠的第二区域；以及被上述第一区域和上述第二区域夹着的第三区域，上述第一区域的与上述第一电极对置的第一部分的面积比上述第二区域的与上述第二电极对置的第二部分的面积大，上述第一铁磁性层从上述第一方向上观察时与上述第一电极及上述第二电极的一部分重叠。

(2)在上述方式的磁畴壁移动元件中，也可以是，上述第二电极包含磁化取向在与上述第一铁磁性层的磁化的朝向相同的方向的磁性体。

(3)上述方式的磁畴壁移动元件中，也可以是，还包括基片，上述第一铁磁性层位于比上述磁记录层靠近上述基片处。

(4)上述方式的磁畴壁移动元件中，也可以是，还具有覆盖上述磁记录层的上述第三区域的绝缘层。

(5)上述方式的磁畴壁移动元件中，也可以是，还包括基片，上述第一铁磁性层位于比上述磁记录层远离上述基片的位置。

(6)在上述方式的磁畴壁移动元件中，也可以是，上述磁记录层的上述第二方向的侧面相对于上述第一方向倾斜。

(7)在上述方式的磁畴壁移动元件中，也可以是，上述第一电极具有相对于上述第一方向倾斜的第一倾斜部。

(8)上述方式的磁畴壁移动元件中，也可以是，在通过上述磁记录层的与上述第一方向及上述第二方向正交的第三方向的中心且在上述第一方向和上述第二方向上扩展的截面中，上述第一电极具有第一侧面和位于比上述第一侧面靠近上述第二电极处的第二侧面，上述第一侧面具有拥有比上述第二侧面相对于上述第一方向的倾斜角大的倾斜角的部分。

(9)在上述方式的磁畴壁移动元件中，也可以是，在通过上述磁记录层的与上述第一方向及上述第二方向正交的上述第三方向的中心且在上述第一方向和上述第二方向上扩展的截面中，上述第一电极具有第一侧面和位于比上述第一侧面靠近上述第二电极处的第二侧面，上述第一侧面具有相对于上述第一方向的倾斜度不连续地变化的部分。

(10)第二方式的磁记录阵列，也可以具有多个上述方式的磁畴壁移动元件。

发明效果

依照上述方式的磁畴壁移动元件和磁记录阵列，能够扩大电阻变化幅度。

附图说明

图1是第一实施方式的半导体装置的截面图。

图2是第一实施方式的存储元件的截面图。

图3是第一实施方式的存储元件的俯视图。

图4是第一实施方式的半导体装置的存储元件的第一变形例的俯视图。

图5是第一实施方式的半导体装置的存储元件的第二变形例的截面图。

图6是第一实施方式的半导体装置的存储元件的第三变形例的截面示意图。

图7是第一实施方式的半导体装置的存储元件的第三变形例的俯视示意图。

图8是第一实施方式的半导体装置的存储元件的第四变形例的截面示意图。

图9是第一实施方式的存储元件的第五变形例的截面示意图。

图10是第二实施方式的半导体装置的截面示意图。

图11是第二实施方式的半导体装置的存储元件的截面示意图。

图12是第二实施方式的存储元件的第六变形例的截面示意图。

图13是第三实施方式的磁记录阵列的结构图。

附图标记说明

10、11 第一铁磁性层

20、21 磁记录层

27 磁畴壁

28 第一磁区

29 第二磁区

30、31 非磁性层

40、41、43、44、45 第一电极

50、51、52、53、54、55 第二电极

60 基片

70 层间绝缘膜

80 绝缘层

100、100A、100B、100C、100D、100E、101 半导体装置

110 第一开关元件

120 第二开关元件

130 第三开关元件

200 磁记录阵列

20a、40a、50a、60a 第一面

20b 第二面

11S1、21S1、31S1、43S1、44S1、53S1、54S1 第一侧面

11S2、21S2、31S2、43S2、44S2、53S2、54S2 第二侧面

43p1、44p1、53p1、54p1 第一倾斜部

43p2、53p2 第二部分

44p2、54p2 第二倾斜部

R1 第一区域

R1a、R1a’ 第一部分

R2a、R2a’ 第二部分

R2 第二区域

R3 第三区域

M₁₀、M₁₁、M₂₈、M₂₉、M₄₀、M₄₃、M₄₄、M₅₂ 磁化

Cm1～Cmn 第一配线

Wp1～Wpn 第二配线

Rp1～Rpn 第三配线。

具体实施方式

以下，适当参照附图，对本实施方式进行详细说明。在以下的说明中使用的附图中，为了容易理解本发明的特征，为便于说明有时放大表示成为特征的部分，各结构要素的尺寸比例等有时与实际不同。以下的说明中例示的材料、尺寸等为一例，本发明并不限定于此，在起到本发明的效果的范围内能够实施适当的变更。

首先，对方向进行定义。x方向和y方向是与后述的基片60的一面大致平行的方向。x方向是后述的磁记录层20延伸的方向。x方向是第二方向的一例。y方向是与x方向正交的方向。z方向是与x方向及y方向正交的方向。z方向是第一方向的一例。另外，在本说明书中“沿x方向延伸”例如是指x方向的尺寸比x方向、y方向、及z方向的各尺寸中最小的尺寸大。沿其它方向延伸的情况也同样。

(第一实施方式)

(半导体装置)

图1是第一实施方式的半导体装置的截面图。图1是在通过磁记录层20的y方向的宽度的中心的xz平面上切断而得的截面。半导体装置200具有多个存储元件100和与存储元件100连接的半导体元件(例如晶体管)。图1中，为了方便说明，聚焦于一个存储元件100，图示了与存储元件100连接的三个晶体管。半导体装置200具有：第一铁磁性层10、磁记录层20、非磁性层30、第一电极40、第二电极50、基片60、第三电极70、多个绝缘层80、多个导电部90、第一配线Cm、第二配线Wp、第三配线Rp、多个栅电极G1、G2、G3、多个栅绝缘膜GI1、GI2、GI3。将第一铁磁性层10、磁记录层20、非磁性层30、第一电极40、第二电极50称为存储元件100。存储元件100为磁畴壁移动元件的一例。图1所示的半导体装置200为磁记录层20位于比第一铁磁性层10靠近基片60处的顶销(top pin)结构。

“基片、栅电极、栅绝缘膜”

基片60例如是半导体基片。基片60具有多个源极区域S1、S2、S3和多个漏极区域D1、D2、D3。多个源极区域S1、S2、S3和多个漏极区域D1、D2、D3是在基片60注入有杂质的区域。源极区域S1、漏极区域D1、栅电极G1、栅绝缘膜GI1构成第一晶体管Tr1。源极区域S2、漏极区域D2、栅电极G2、栅绝缘膜GI2构成第二晶体管Tr2。源极区域S3、漏极区域D3、栅电极G3、栅绝缘膜GI3构成第三晶体管Tr3。

“绝缘层”

绝缘层80是将多层配线的配线之间或元件之间绝缘的绝缘层。绝缘层80除导电部90外，将基片60、第一配线Cm、第二配线Wp、第三配线Rp和存储元件100各自电分离。

绝缘层80能够使用与半导体装置等中使用的材料同样的材料。绝缘层80例如为氧化硅(SiO_x)、氮化硅(SiN_x)、碳化硅(SiC)、氮化铬、碳氮化硅(SiCN)、氮氧化硅(SiON)、氧化铝(Al₂O₃)、氧化锆(ZrO_x)等。

“配线”

第一配线Cm是共用配线。共用配线是在数据写入时和读取时这两种情况下所使用的配线。第二配线Wp是写入配线。写入配线是用于数据写入时的配线。第三配线Rp是读取配线。读取配线是用于数据读取时的配线。当第一晶体管Tr1和第三晶体管Tr3导通时，第二配线Wp和第一配线Cm电连接，写入电流流动到存储元件100。当第二晶体管Tr1和第三晶体管Tr3导通时，第三配线Wp和第一配线Cm电连接，读取电流流动到存储元件100。

“导电部”

导电部90将第一配线Cm、第二配线Wp、第三配线Rp、存储元件100分别与基片60电连接。导电部90包含具有导电性的材料。导电部91将第二配线Wp与第一晶体管Tr1的源极区域S1电连接。导电部92将第二电极50与第一晶体管Tr1的漏极区域D1电连接。导电部93将第三配线Rp与第二晶体管Tr2的源极区域S2电连接。导电部94将配线71与第二晶体管Tr2的漏极区域D2电连接。导电部95将第一配线Cm与第三晶体管Tr3的源极区域S3电连接。导电部96将第一电极40与第三晶体管Tr3的漏极区域D3电连接。导电部91、92、93、94、95、96沿z方向延伸。

“第三电极”

第三电极70是用于使电流流动到存储元件100的电极。第三电极70包含具有导电性的材料。第三电极70与导电部94之间通过配线71连接。

“存储元件”

图2是放大了第一实施方式的半导体装置的存储元件100的附近的截面图。图3是第一实施方式的半导体装置的存储元件100的俯视图。存储元件100具有：第一铁磁性层10、磁记录层20、非磁性层30、第一电极40和第二电极50。图2是将存储元件100在通过磁记录层的y方向的中心的xz平面(图3中的A－A面)上切断而得的截面图。图2中，为便于说明，省略了磁记录层20、非磁性层30和第一铁磁性层10的周围的绝缘层80。

“第一电极、第二电极”

第一电极40和第二电极50位于以磁记录层20为基准的非磁性层30的相反侧。第一电极40和第二电极50处于绝缘层80的内部。第一电极40位于磁记录层20与导电部96之间，第二电极50位于磁记录层20与导电部92之间。第一电极40的至少一部分在z方向上与磁记录层20重叠。第二电极50的至少一部分在z方向上与磁记录层20重叠。

从z方向俯视时的第一电极40和第二电极50的形状没有特别限定。例如，图3所示的第一电极40和第二电极50从z方向俯视时为矩形。

第一电极40包含磁性体。第一电极40例如具有取向于一个方向的磁化M₄₀。第一电极40的磁化M₄₀的朝向与第一铁磁性层10的磁化M₁₀的朝向不同。图2所示的磁化M₄₀例如取向在﹣z方向。第一电极40的矫顽力比后述的磁记录层20的第三区域R3的矫顽力大。第三区域R3的矫顽力与在不具有第一电极40和第二电极50的绝缘层80上形成有磁记录层20的情况的磁记录层20的矫顽力大致一致。

第一电极40与第三区域R3之间的矫顽力差能够通过选择构成第一电极40的材料和构成磁记录层20的材料来调节。另外，也可以将第一电极40作为合成反铁磁性结构(SAF结构)。合成反铁磁性结构由夹着非磁性层的两个磁性层构成。两个磁性层的磁化分别被固定，固定的磁化的朝向相反。例如，在图1所示的第一电极40的下方设置磁性层和铁磁性层。通过第一电极40和铁磁性层耦合，第一电极40的矫顽力提高。

第一电极40例如包括选自Cr、Mn、Co、Fe及Ni构成的组中的金属、包含一种以上上述金属的合金、包含上述金属和B、C、及N的至少一种以上的元素的合金等。第一电极40例如为Co－Fe、Co－Fe－B、Ni－Fe等。

第二电极50为导体。第二电极例如是导电性优异的Al、Cu、Ag等。

“磁记录层”

磁记录层20位于第一电极40、第二电极50的z方向上。磁记录层20以跨第一面40a、50a的方式形成。磁记录层20可以与第一面40a、50a直接连接，也可以经由其之间的层连接。

磁记录层20是能够根据内部的磁状态的变化来记录信息的层。磁记录层20是位于比非磁性层30靠第一电极40和第二电极50侧的磁性层。磁记录层20沿x方向延伸。从z方向俯视时，图2所示的磁记录层20是x方向为长轴，y方向为短轴的矩形。

磁记录层20在内部具有第一磁区28和第二磁区29。第一磁区28的磁化M₂₈和第二磁区29的磁化M₂₉取向在相反方向。第一磁区28与第二磁区29的边界是磁畴壁27。磁记录层20可以在内部具有磁畴壁27。图2所示的存储元件100的第一磁区28的磁化M₂₈取向在+z方向，第二磁区29的磁化M₂₉取向在﹣z方向。以下，使用磁化沿z轴方向取向的例子进行说明，但磁记录层20和第一铁磁性层10的磁化可以沿x轴方向取向，也可以沿xy面内的任意方向取向。

存储元件100根据磁记录层20的磁畴壁27的位置多值或连续地记录数据。磁记录层20中记录的数据在施加读取电流时，作为存储元件100的电阻值变化而被读取。

磁记录层20中的第一磁区28和第二磁区29的比例在磁畴壁27移动时进行变化。第一铁磁性层10的磁化M₁₀是与第一磁区28的磁化M₂₈相同的方向(平行)，与第二磁区29的磁化M₂₉相反的方向(反向平行)。当磁畴壁27向+x方向移动，从z方向俯视时与第一铁磁性层10重叠的部分中的第一磁区28的面积变宽时，存储元件100的电阻值变低。相反，当磁畴壁27向﹣x方向移动，从z方向俯视时与第一铁磁性层10重叠的部分中的第二磁区29的面积变宽时，存储元件100的电阻值变高。

磁畴壁27通过使写入电流在磁记录层20的x方向上流动、或者施加外部磁场而移动。例如，当对磁记录层20的+x方向施加写入电流(例如，电流脉冲)时，磁畴壁27移动。此时，电子向与电流相反的﹣x方向流动。在电流从第一磁区28向第二磁区29流动的情况下，在第二磁区29自旋极化的电子使第一磁区28的磁化M₂₈磁化翻转。通过第一磁区28的磁化M₂₈磁化翻转，磁畴壁27移动。

磁记录层20能够划分成不同的多个区域。以下，为了便于说明，将多个区域称为第一区域R1、第二区域R2和第三区域R3。磁记录层20从z方向俯视时，其一部分与第一电极40和第二电极50重叠。将从z方向观察时与第一电极40和第一铁磁性层10重叠的区域称为第一区域R1。第一区域R1例如是磁记录层20中与第一电极40的上表面和第一铁磁性层10的下表面重叠的区域，例如，是磁记录层20与第一电极40相接的区域中在z方向上与第一铁磁性层10重叠的区域。将从z方向观察时与第二电极50和第一铁磁性层10重叠的区域称为第二区域R2。第二区域R2例如是磁记录层20中与第二电极50的上表面和第一铁磁性层10的下表面重叠的区域，例如是磁记录层20与第二电极50相接的区域中在z方向上与第一铁磁性层10重叠的区域。将被第一区域R1和第二区域R2夹着的区域称为第三区域R3。第三区域R3例如是除第一区域R1和第二区域R2以外的区域。第一区域R1通过第一电极40的磁化M₄₀而磁化的朝向被固定。第二区域R2的磁化未固定。但是，第二区域R2与第二电极50相接，因此第二区域R2的电流密度比第三区域R3的电流密度小，从第三区域R3抵达第二区域R2时的电流密度的变化量相对于在第三区域内流动的电流的电流密度的变化量大。因此，磁畴壁27难以从第三区域R3侵入到第二区域R2，磁畴壁27的移动范围被限制。

第一区域R1具有第一部分R1a。第一部分R1a是第一区域R1中与第一电极40对置的面。第一部分R1a例如是第一区域R1中与第一电极40相接的面。第二区域R2具有第二部分R2a。第二部分R2a是第二区域R2中与第二电极50对置的面。第二部分R2a例如是第二区域R2中与第二电极50相接的面。第一部分R1a的面积比第二部分R2a的面积大。在图3所示的例子中，第一部分R1a和第二部分R2a的y方向的宽度w_y相同，第一部分R1a的x方向的宽度w_x1比第二部分R2a的x方向的宽度w_x2大。

磁记录层20由磁性体构成。构成磁记录层20的磁性体能够使用选自Cr、Mn、Co、Fe及Ni构成的组中的金属、包含一种以上上述金属的合金、含有上述金属和B、C、及N的至少一种以上的元素的合金等。具体而言，能够举出Co－Fe、Co－Fe－B、Ni－Fe。

磁记录层20优选具有选自Co、Ni、Pt、Pd、Gd、Tb、Mn、Ge、Ga构成的组中的至少一种元素。作为磁记录层20所使用的材料，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系材料等铁氧磁性体的饱和磁化小，为移动磁畴壁所需的阈值电流小。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，磁畴壁的移动速度慢。

“非磁性层”

非磁性层30位于第一铁磁性层10与磁记录层20之间。非磁性层30层叠于磁记录层20的第二面20b。第二面20b是与第一面20a对置的面。

非磁性层30例如由非磁性的绝缘体、半导体或金属构成。非磁性的绝缘体例如是将Al₂O₃、SiO₂、MgO、MgAl₂O₄、及上述Al、Si、Mg的一部分替换为Zn、Be等材料。这些材料的禁带宽度(bandgap)大，绝缘性优异。在非磁性层30由非磁性的绝缘体构成的情况下，非磁性层30为隧道势垒层。非磁性的金属例如为Cu、Au、Ag等。而且，非磁性的半导体例如为Si、Ge、CuInSe₂、CuGaSe₂、Cu(In，Ga)Se₂等。

非磁性层30的厚度优选为

以上，更优选为

以上。当非磁性层30的厚度厚时，记录元件100的电阻面积积(RA)变大。记录元件100的电阻面积积(RA)优选为1×10⁵Ωμm²以上，更优选为1×10⁶Ωμm²以上。记录元件100的电阻面积积(RA)由一个记录元件100的元件电阻和记录元件100的元件截面积(将非磁性层30在xy平面上切断而得的截面的面积)之积表示。

“第一铁磁性层”

第一铁磁性层10位于非磁性层30的+z方向上。第一铁磁性层10面向非磁性层30。第一铁磁性层10具有从z方向观察时与第一电极40和第二电极50的一部分重叠的部分。第一铁磁性层10从z方向观察时与第一区域R1和第二区域R2部分重叠。

第一铁磁性层10是具有取向于一个方向的磁化M₁₀的磁化固定层。磁化M₁₀的取向方向与第一电极40的磁化M₄₀的取向方向相反。磁化固定层在施加了规定的外力时磁化的朝向与磁记录层20相比难以变化。规定的外力例如是通过外部磁场对磁化施加的外力或通过自旋极化电流对磁化施加的外力。

第一铁磁性层10包含铁磁性体。作为构成第一铁磁性层10的铁磁性材料例如能够使用选自Cr、Mn、Co、Fe及Ni构成的组中的金属、包含一种以上上述金属的合金、包含上述金属和B、C、及N的至少一种以上的元素的合金等。具体而言，可举出Co－Fe、Co－Fe－B、Ni－Fe。

构成第一铁磁性层10的材料也可以为哈斯勒合金。哈斯勒合金为半金属，具有高自旋极化率。哈斯勒合金是具有XYZ或X₂YZ的化学组成的金属间化合物，X是周期表上的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，Z是III族～V族的典型元素。作为哈斯勒合金，例如可举出Co₂FeSi、Co₂FeGe、Co₂FeGa、Co₂MnSi、Co₂Mn_1－aFe_aAl_bSi_1－b、Co₂FeGe_1－cGa_c等。

第一铁磁性层10的膜厚在使第一铁磁性层10的磁化容易轴为z方向(为垂直磁化膜)的情况下，优选为1.5nm以下，更优选为1.0nm以下。当减少第一铁磁性层10的膜厚时，在第一铁磁性层10与其它层(非磁性层30)的界面上能够附加与第一铁磁性层10垂直的磁各向异性(界面垂直磁各向异性)。第一铁磁性层10的磁化容易取向在z方向。

第一铁磁性层10的磁化，作为一例被固定在z方向上。将固定磁化在z方向上时，优选使第一铁磁性层10是由选自Co、Fe、Ni构成的组的铁磁性体和选自Pt、Pd、Ru、Rh构成的组的非磁性体形成的层叠体，更优选作为中间层将选自Ir、Ru构成的组的非磁性体插入到层叠体的任意位置。当将铁磁性体和非磁性体层叠时，能够附加垂直磁各向异性，通过插入中间层，第一铁磁性层10的磁化能够更强地固定在垂直方向上。

第一铁磁性层10也可以为SAF结构。在第一铁磁性层10的与非磁性层30相反的一侧的面也可以隔着间隔层而具有反铁磁性层。当第一铁磁性层10与反铁磁性层反铁磁性耦合时，第一铁磁性层10的矫顽力变大。反铁磁性层例如为IrMn、PtMn等。间隔层例如包含选自Ru、Ir、Rh构成的组的至少一种。

第一实施方式的半导体装置能够通过层叠各层，将各层加工成规定的形状而得到。各层的层叠能够使用溅射法、化学气相沉积(CVD)方法、电子束蒸镀法(EB蒸镀法)、原子激光沉积法等。各层的加工能够使用光刻法等进行。

在第一实施方式的存储元件100中，当第一区域R1的第一部分R1a的面积比第二区域R2的第二部分R2a的面积大时，存储元件100的电阻变化的幅度(动态范围)大。

存储元件100基于夹着非磁性层30的两个铁磁性体(第一铁磁性层10和磁记录层20)的磁化的相对角的不同，电阻值发生变化。第一铁磁性层10从z方向俯视时到达第一区域R1和第二区域R2。因此，存储元件100的电阻值由第一区域R1、第二区域R2和第三区域R3的磁化的朝向来决定。另一方面，如上所述，磁畴壁27难以侵入到第一区域R1和第二区域R2。即，磁化的朝向被固定的第一区域R1和第二区域R2在存储元件100中对“0”和“1”的数据的基准电阻造成大的影响，但对存储元件100的电阻变化的影响比第三区域R3小。

存储元件100的磁畴壁27越靠近第一区域R1而电阻值越小，磁畴壁27越靠近第二区域R2而电阻值越大。当磁记录层20中的第一区域R1占据的面积变大时，存储元件100的最小的电阻值变大。另外，当磁记录层20中的第二区域R2占据的面积变大时，存储元件100的最大的电阻值变小。关于存储元件100，与最大的电阻值变小的情况相比，在最小的电阻值变大的情况下能够增大电阻变化幅度。

以下，举出具体的一例进行说明。首先，作为假设条件，在没有磁畴壁27，第一铁磁性层10的磁化M₁₀和磁记录层20的磁化M₂₈在所有区域中完全平行的情况下，将存储元件100示出的电阻值设为100Ω，在没有磁畴壁27，第一铁磁性层10的磁化M₁₀和磁记录层20的磁化M₂₉在所有区域中完全反向平行的情况下，将存储元件100示出的电阻值设为200Ω。该情况下，存储元件100具有最大的100Ω的电阻变化幅度。另一方面，在存在第一区域R1和第二区域R2的情况下，磁畴壁27的移动范围限定于第三区域R3，因此，第一铁磁性层10的磁化M₁₀和磁记录层20的磁化M₂₈、M₂₉不能获得完全平行和完全反向平行的状态。即，存储元件100的电阻变化幅度低于100Ω。

首先，作为比较例1，求取第一区域R1和第二区域R2分别占据磁记录层20的各10％的区域时的存储元件100的电阻变化幅度。存储元件100在磁畴壁27处于第一区域R1与第三区域R3的边界时示出最小的电阻值，在磁畴壁27处于第二区域R2与第三区域R3的边界时示出最大的电阻值。在存储元件100示出最小的电阻值时，磁记录层20的90％的磁化M₂₈与第一铁磁性层10的磁化M₁₀平行，磁记录层20的10％的磁化M₂₉与第一铁磁性层10的磁化M₁₀反向平行。存储元件100示出的最小电阻值为105.3Ω。另一方面，在存储元件100示出最大的电阻值时，磁记录层20的10％的磁化M₂₈与第一铁磁性层10的磁化M₁₀平行，磁记录层20的90％的磁化M₂₉与第一铁磁性层10的磁化M₁₀反向平行。存储元件100示出的最大电阻值为181.8Ω。存储元件100的电阻变化幅度为76.6Ω，存储元件100的MR比为72.7。

接着，作为比较例2，求取第一区域R1占据磁记录层20的5％的区域，第二区域R2占据磁记录层20的15％的区域时的存储元件100的电阻变化幅度。在存储元件100示出最小的电阻值时，磁记录层20的95％的磁化M₂₈与第一铁磁性层10的磁化M₁₀平行，磁记录层20的5％的磁化M₂₉与第一铁磁性层10的磁化M₁₀反向平行。存储元件100示出的最小电阻值为102.6Ω。另一方面，在存储元件100示出最大的电阻值时，磁记录层20的15％的磁化M₂₈与第一铁磁性层10的磁化M₁₀平行，磁记录层20的85％的磁化M₂₉与第一铁磁性层10的磁化M₁₀反向平行。存储元件100示出的最大电阻值为173.9Ω。存储元件100的电阻变化幅度为71.3Ω，存储元件100的MR比为69.6。

最后，作为实施例1，求取第一区域R1占据磁记录层20的15％的区域，第二区域R2占据磁记录层20的5％的区域时的存储元件100的电阻变化幅度。存储元件100示出最小的电阻值时，磁记录层20的85％的磁化M₂₈与第一铁磁性层10的磁化M₁₀平行，磁记录层20的15％的磁化M₂₉与第一铁磁性层10的磁化M₁₀反向平行。存储元件100示出的最小电阻值为105.3Ω。另一方面，存储元件100示出最大的电阻值时，磁记录层20的5％的磁化M₂₈与第一铁磁性层10的磁化M₁₀平行，磁记录层20的95％的磁化M₂₉与第一铁磁性层10的磁化M10反向平行。存储元件100示出的最大电阻值为190.5Ω。存储元件100的电阻变化幅度为82.4Ω，存储元件100的MR比为76.2。

如实施例1、比较例1和比较例2所示，当使磁记录层20中的第一区域R1占据的比例和第二区域R2占据的比例变动时，存储元件100的电阻变化幅度和MR比变动。就实施例1而言，磁记录层20中的第一区域R1占据的比例比第二区域R2占据的比例大，因此，与比较例1和比较例2相比，存储元件100的电阻变化幅度和MR比大。该关系不限定于该例，在磁记录层20中的第一区域R1占据的比例比第二区域R2占据的比例大的前提下，即使在使第一区域R1和第二区域R2占据的百分比变动了的情况下，以及作为假设条件设定的电阻值的值变动，也不发生变化。

即，第一实施方式的存储元件100的第一区域R1的第一部分R1a的面积比第二区域R2的第二部分R2a的面积大，因此，存储元件100的电阻变化的幅度(动态范围)大。

存储元件100可以不是“0”和“1”的数字信号，而能够模拟地记录数据。因此，半导体装置200作为模仿大脑的仿神经装置起作用。

存储元件100的第一铁磁性层10、磁记录层20、第一电极40各自的磁化的朝向例如能够通过测定磁化曲线进行确认。磁化曲线例如，能够利用MOKE(Magneto Optical KerrEffect：磁光克尔效应)来测定。基于MOKE的测定是通过使线偏振光入射到测定对象物，使用其偏光方向的旋转等引起的磁光效应(磁Kerr效应)进行的测定方法。

例如，以测定磁记录层20的第一区域R1、第二区域R2、第三区域R3各自的磁化的取向方向的情况为例，具体进行说明。首先，从z方向研磨存储元件100，除去第一铁磁性层10。非磁性层30对磁记录层20的磁化的取向方向的影响大，因此，残留非磁性层30的一部分。接着，为了使磁记录层20的磁化M₂₈、M₂₉取向于一个方向，而将足够的磁场施加到规定的方向上。然后，一边一点点减少施加磁场，一边测定磁化曲线。使测定部位为第一区域R1、第二区域R2、第三区域R3各自的xy平面上的中心位置。在测定出的磁化曲线中，根据最初施加磁场为零的时刻的磁化的正负而能够特定磁化的朝向。第一铁磁性层10和第一电极40的磁化的朝向也能够以同样的方式进行测定。

以上，对本发明优选的实施方式进行了详细说明，但本发明不限定于特定的实施方式，在权利要求的范围内记载的本发明的主旨的范围内，能够进行各种变形、变更。

(第一变形例)

图4是第一实施方式的半导体装置的第一变形例的俯视示意图。图4所示的存储元件100A在第一电极41和第二电极51的从z方向俯视时的形状为圆形这一点与图3所示的存储元件100不同。其它结构与图3所示的存储元件100相同，对相同的结构标注相同的附图标记，并省略说明。

磁记录层20从z方向俯视时与第一电极41和第二电极51重叠。图4所示的第一部分R1a的面积比第二部分R2a的面积大。在图4所示的例中，第一部分R1a与磁记录层20重叠的部分的x方向的最大的宽度w_x1比第二部分R2a与磁记录层20重叠的部分的x方向的最大的宽度w_x2宽。在第一变形例的存储元件100A中，第一区域R1的第一部分R1a的面积也比第二区域R2的第二部分R2a的面积大，因此存储元件100A的电阻变化的幅度(动态范围)大。另外，第一电极41和第二电极51的从z方向俯视时的形状不限于图3所示的矩形、图4所示的圆形，能够选择各种形状。

(第二变形例)

图5是第一实施方式的半导体装置的第二变形例的截面示意图。图5所示的存储元件100B在第二电极52为磁性体这一点与图2所示的存储元件100不同。其它结构与图1所示的存储元件100相同，对相同的结构标注相同的附图标记，并省略说明。

第二电极52包含磁性体。第二电极52例如具有取向于一个方向的磁化M₅₂。第二电极52的磁化M₅₂的朝向与第一铁磁性层10的磁化M₁₀的朝向相同，与第一电极40的磁化M₄₀的朝向相反。图5所示的磁化M₅₂取向在+z方向。第二电极52的矫顽力比磁记录层20的第三区域R3的矫顽力大。

第二电极52能够使用与第一电极40相同的结构、材料。例如，第二电极也可以为合成反铁磁性结构。

在第二变形例的存储元件100B中，第一区域R1的第一部分R1a的面积也比第二区域R2的第二部分R2a的面积大，因此半导体装置100B的电阻变化的幅度(动态范围)大。第二电极52的磁化M₅₂固定磁记录层20的第二区域R2的磁化。通过固定第二区域R2的磁化，能够进一步抑制磁畴壁27侵入到第二区域R2的情况。

(第三变形例)

图6是第一实施方式的半导体装置的存储元件的第三变形例的截面示意图。图7是第一实施方式的半导体装置的存储元件的第三变形例的俯视示意图。图6是在图7的A－A面上将存储元件在xz平面上切断而得的截面图。存储元件100C在存储元件的x方向的侧面的形状不同这一点与图1所示的存储元件100不同。其它结构与图1所示的存储元件100相同，对相同的结构标注相同的附图标记，并省略说明。

第一铁磁性层11具有磁化M₁₁，在x方向上具有第一侧面11S1和第二侧面11S2。非磁性层31在x方向上具有第一侧面31S1和第二侧面31S2。磁记录层21在x方向上具有第一侧面21S1和第二侧面21S2。第一侧面11S1、31S1、21S1是第一铁磁性层11、非磁性层31、磁记录层21各自的x方向的两个侧面中靠近第一电极43的侧面。第二侧面11S2、31S2、21S2是第一铁磁性层11、非磁性层31、磁记录层21各自的x方向的两个侧面中靠近第二电极53的侧面。第一侧面11S1、31S1、21S1和第二侧面11S2、31S2、21S2相对于z方向倾斜。第一侧面11S1、31S1、21S1的切线例如相对于z方向具有倾斜角θ1。第二侧面11S2、31S2、21S2的切线例如相对于z方向具有倾斜角θ2。另外，倾斜角θ1和θ2可以与引出切线的切点的位置无关而是固定的，也可以根据引出切线的切点的位置变化。图6所述的倾斜角θ1、θ2根据引出切线的位置而变化。

第一电极43具有磁化M₄₃。第一电极43在通过磁记录层20的y方向的中心在xz平面上切断而得的截面中，在x方向上具有第一侧面43S1和第二侧面43S2。第二侧面43S2位于比第一侧面43S1靠近第二电极53的位置。第一侧面43S1具有第一倾斜部43p1和第二部43p2。第一倾斜部43p1相对于z方向倾斜。第一倾斜部43p1的切线例如相对于z方向具有倾斜角

第一倾斜部43p1与第二侧面43S2相比，相对于z方向的倾斜角大。第一侧面43S1在第一倾斜部43p1与第二部43p2的边界不连续地变化。

第一侧面11S1、31S1、21S1和第一倾斜部43p1连续。例如，在XZ平面中，用连续的直线或曲线描绘渐近线的情况下，视为第一侧面11S1、31S1、21S1和第一倾斜部43p1连续地变化。

第二电极53在通过磁记录层20的y方向的中心在xz平面上切断而得的截面中，在x方向上具有第一侧面53S1和第二侧面53S2。第二侧面53S2位于比第一侧面53S1靠近第一电极43的位置。第一侧面53S1具有第一倾斜部53p1和第二部53p2。第一倾斜部53p1相对于z方向倾斜。第一倾斜部53p1的切线例如相对于z方向具有倾斜角

第一倾斜部53p1与第二侧面53S2相比，相对于z方向的倾斜角大。第一侧面53S1在第一倾斜部53p1和第二部53p2的边界不连续地变化。第二侧面11S2、31S2、21S2和第一倾斜部53p1连续。

第一侧面11S1、31S1、21S1、第二侧面11S2、31S2、21S2和第一倾斜部43p1、53p1是依次层叠磁记录层20、非磁性层30和第一铁磁性层10的之后，除去它们的x方向的端部的一部分而形成的。端部的加工通过离子铣、光刻等进行。磁化通常在因晶粒、表面状态、高低差、蚀刻损伤等而状态不同的区域中值不同，彼此造成影响。除去了x方向的端部后露出的部分受到损伤。受到损伤的部分因为表面状态等发生变化，有时成为钉扎点(pinningsite)。钉扎点是磁化难以动作的部分。因损伤而磁化难以动作的钉扎点具有对相邻的区域造成影响而更强地固定磁化的效果。磁记录层20的第一侧面21S1成为钉扎点，进一步固定第一区域R1的磁化。第一电极43的第一倾斜部43p1成为钉扎点，进一步固定第一电极43的磁化M₄₃。磁记录层20的第一侧面21S1成为钉扎点，进一步固定第一区域R1的磁化。磁记录层20的第二侧面21S2成为钉扎点，进一步固定第二区域R2的磁化。即，第一电极43、第一区域R1和第二区域R2的磁化与不具有第一倾斜部43p1、第一侧面21S和第二侧面21S2的情况相比，难以翻转。由此第一区域R1和第二区域R2的磁化的固定变得更强(磁化难以反转)，因此磁畴壁27难以侵入第一区域R1和第二区域R2。

在第三变形例的存储元件100C中，第一区域R1的第一部分R1a的面积也比第二区域R2的第二部分R2a的面积大，因此存储元件100C的电阻变化的幅度(动态范围)大。

此外，在第三变形例中，示出了存储元件100C的x方向的两个侧面倾斜的情况，但也可以仅任一个侧面倾斜。另外，第二电极53也可以包含磁性体。

(第四变形例)

图8是第一实施方式的半导体装置的存储元件的第四变形例的截面示意图。图8所示的存储元件100D在第一侧面11S1、31S1、21S1和第一倾斜部43p1不连续，第二侧面11S2、31S2、21S2和第一倾斜部53p1不连续这一点与图8所示的第三变形例的存储元件100C不同。其它结构与图8所示的第三变形例的存储元件100C相同，对相同的结构标注相同的附图标记，并省略说明。

由于蚀刻率不同，第一侧面11S1、31S1、21S1和第一倾斜部43p1有时变得不连续。同样，第二侧面11S2、31S2、21S2和第一倾斜部53p1有时变得不连续。

在第四变形例的存储元件100D中，第一区域R1的第一部分R1a的面积也比第二区域R2的第二部分R2a的面积大，因此存储元件100D的电阻变化的幅度(动态范围)大。

另外，磁记录层20的第一侧面21S1、第二侧面21S2和第一倾斜部43p1成为钉扎点。由于第一区域R1和第二区域R2的磁化的固定变得更强(磁化难以反转)，因此磁畴壁27难以侵入第一区域R1和第二区域R2。

另外，在第四变形例中，示出了存储元件100D的x方向的两个侧面倾斜的情况，但也可以仅任一个侧面倾斜。另外，第二电极53也可以包含磁性体。

(第五变形例)

图9是第一实施方式的存储元件的第五变形例的截面示意图。图9所示的存储元件100E的第一电极44和第二电极54的形状与图6所示的第三变形例的存储元件100C不同。其它结构与图6所示的第三变形例的存储元件100C相同，对相同的结构标注相同的附图标记，并省略说明。

第一电极44具有磁化M₄₄。第一电极44在通过磁记录层20的y方向的中心在xz平面上切断而得的截面中，在x方向上具有第一侧面44S1和第二侧面44S2。第二侧面44S2位于比第一侧面44S1靠近第二电极54的位置。第一侧面44S1具有第一倾斜部44p1和第二倾斜部44p2。第一倾斜部44p1和第二倾斜部44p2相对于z方向倾斜。第一倾斜部44p1的切线例如相对于z方向具有倾斜角

第二倾斜部44p2的切线例如相对于z方向具有倾斜角

第一倾斜部44p1与第二侧面44S2相比，相对于z方向的倾斜角大。第一侧面44S1在第一倾斜部44p1与第二倾斜部44p2的边界不连续地变化。

第二电极54在xz平面上切断而得的截面中，在x方向上具有第一侧面54S1和第二侧面54S2。第二侧面54S2位于比第一侧面54S1靠近第一电极44的位置。第一侧面54S1具有第一倾斜部54p1和第二倾斜部54p2。第一倾斜部54p1和第二倾斜部54p2相对于z方向倾斜。第一倾斜部54p1的切线例如相对于z方向具有倾斜角

第二倾斜部54p2的切线例如相对于z方向具有倾斜角

第一倾斜部54p1与第二侧面54S2相比，相对于z方向的倾斜角大。第一侧面54S1在第一倾斜部54p1与第二倾斜部54p2的边界不连续地变化。

在第五变形例的存储元件100E中，第一区域R1的第一部分R1a的面积也比第二区域R2的第二部分R2a的面积大，因此，存储元件100E的电阻变化的幅度(动态范围)大。

另外，磁记录层20的第一侧面21S1、第二侧面21S2和第一倾斜部44p1成为钉扎点。由于第一区域R1和第二区域R2的磁化的固定变得更强(磁化难以反转)，因此磁畴壁27难以侵入到第一区域R1和第二区域R2。

另外，在第五变形例中，给出了存储元件100E的x方向的两个侧面倾斜的情况，但也可以仅任一个侧面倾斜。另外，第一电极44和第二电极54的xz截面的形状不局限于+z方向的上底的长度比﹣z方向的下底的长度短的梯形，也可以为+z方向的上底的长度比﹣z方向的下底的长度长的梯形。另外，第二电极54也可以包含磁性体。

(第二实施方式)

图10是第二实施方式的半导体装置的截面示意图。图10所示的半导体装置201在为第一铁磁性层10位于比磁记录层20靠近基片60的底销(bottom pin)结构这一点上与第一实施方式的半导体装置200不同。其它结构与图1所示的半导体装置200相同，对相同的结构标注相同的附图标记，并省略说明。

图11是第二实施方式的半导体装置的存储元件的截面示意图。半导体装置101具有第一铁磁性层10、磁记录层20、非磁性层30、第一电极40和第二电极50。在第一电极40与第二电极50之间设置有绝缘层81。

绝缘层81使用与第一实施方式的绝缘层80相同的层。绝缘层81形成于磁记录层20的与非磁性层30侧的面相反的一侧的面。绝缘层81覆盖磁记录层20的第三区域R3。绝缘层81还作为盖层起作用。盖层是用于提高磁记录层20的磁化的取向性，保护磁记录层20的层。由于盖层是绝缘体，因此能够避免用于驱动磁畴壁27的电流向绝缘层81侧分流。

底销结构的半导体装置101通过以下的顺序来制作。首先，在基片60上隔着绝缘层80形成第一晶体管Tr1、第二晶体管Tr2、第三晶体管Tr3、第一配线Cm、第二配线Wp和第三配线Rp。然后，在绝缘层80的一面依次层叠第一铁磁性层10、非磁性层30和磁记录层20，将各层加工成规定的形状。然后，还用绝缘层80覆盖第一铁磁性层10、非磁性层30和磁记录层20的周围。在将磁记录层20和绝缘层80的表面平坦化后，形成第一电极40和第二电极50。然后通过用绝缘层81填埋在第一电极40与第二电极50之间，而得到半导体装置201。

在第二实施方式的存储元件101中，第一区域R1的第一部分R1a的面积也比第二区域R2的第二部分R2a的面积大，因此存储元件101的电阻变化的幅度(动态范围)大。

第二实施方式的存储元件101能够选择与第一实施方式的存储元件100相同的变形例。

(第六变形例)

图12是第二实施方式的存储元件的第六变形例的截面示意图。关于图12所示的存储元件101B，第一电极45和第二电极55的形状、磁畴壁移动层20的第一部分R1a’和第二部分R2a’的形状、以及第一电极45和第二电极55与绝缘层81的关系，与图11所示的第二实施方式的存储元件101不同。其它结构与图11所示的第二实施方式的存储元件101相同，对相同的结构标注相同的附图标记，并省略说明。

磁畴壁移动层20的第一区域R1具有第一部分R1a’。第一部分R1a’是在第一区域R1与第一电极45对置的面。第一部分R1a’例如是第一区域R1中与第一电极45相接的面。磁畴壁移动层20的第二区域R2具有第二部分R2a’。第二部分R2a’是第二区域R2中与第二电极50对置的面。第二部分R2a’例如是在第二区域R2与第二电极55相接的面。第一部分R1a’的面积比第二部分R2a’的面积大。第一部分R1a’和第二部分R2a’相对于z方向向x方向倾斜。作为磁畴壁移动层20的z方向的表面的第一面20a和第一部分R1a’以及第二部分R2a’不连续。第一部分R1a’和第二部分R2a’在除去绝缘层81的一部分时研磨磁畴壁移动层20的一部分而形成。

另外，磁记录层20的第一部分R1a’和第二部分R2a’成为钉扎点。由于第一区域R1和第二区域R2的磁化的固定变得更强(磁化难以反转)，因此磁畴壁27难以侵入到第一区域R1和第二区域R2。

第一电极45和第二电极55是在通过磁记录层20的y方向的中心的xz平面上切断而得的截面中，表面45a、55a为圆弧状的凸形状。第一电极45和第二电极55有时因表面张力而表面形成为圆弧状。

绝缘层81的表面81a位于比第一电极45和第二电极55的表面45a、55a的至少一部分靠﹣z方向处。绝缘层81的x方向的两个侧面81S1、81S2相对于z方向向x方向倾斜。侧面81S1、81S2通过研磨而形成。

在第六变形例的存储元件101B中，第一区域R1的第一部分R1a’的面积也比第二区域R2的第二部分R2a’的面积大，因此存储元件101B的电阻变化的幅度(动态范围)大。

(第三实施方式)

图13是第三实施方式的磁记录阵列的结构图。磁记录阵列300包括存储元件100、第一配线Cm1～Cmn、第二配线Wp1～Wpn、第三配线Rp1～Rpn、第一开关元件110、第二开关元件120和第三开关元件130。图1所示的第一配线Cm是图12所示的第一配线Cm1～Cmn中的一个。图1所示的第二配线Wp是图12所示的第二配线Wp1～Wpn中的一个。图1所示的第三配线Rp是图12所示的第三配线Rp1～Rpn中的一个。第一开关元件110例如是图1所示的第三晶体管Tr3。第二开关元件120例如是图1所示的第一晶体管Tr1。第三开关元件130例如是图1所示的第二晶体管Tr2。另外，存储元件100不限于图1的元件，也可以为其它变形例、其它实施方式的结构。

(第一配线、第二配线、第三配线)

第一配线Cm1～Cmn是共用配线。共用配线是在数据写入时和读取时这两者情况下所使用的配线。第一配线Cm1～Cmn与基准电位电连接。例如，在将第一配线Cm1～Cmn接地的情况下，基准电位接地。另外，第一配线Cm1～Crnn与多个存储元件100中至少一个存储元件100连接。第一配线Cm1～Cmn可以与多个存储元件100分别连接，也可以跨多个存储元件100而设置。

第二配线Wp1～Wpn是写入配线。第二配线Wp1～Wpn与多个存储元件100中至少两个以上的存储元件100电连接。第二配线Wp1～Wpn在使用磁记录阵列300时与电源连接。

第三配线Rp1～Rpn是读取配线。第三配线Rp1～Rpn与多个存储元件100中至少一个以上的存储元件100电连接。第三配线Rp1～Rpn在使用磁记录阵列300时与电源连接。

(第一开关元件、第二开关元件、第三开关元件)

第一开关元件110连接在各存储元件100与第一配线Cm1～Cmn之间。第二开关元件120连接在各存储元件100与第二配线Wp1～Wpn之间。第三开关元件130连接在各存储元件100与第三配线Rp1～Rpn之间。

当使第一开关元件110和第二开关元件120为ON(接通)时，写入电流流入与规定的存储元件100连接的第一配线Cm1～Cmn和第二配线Wp1～Wpn之间。当使第一开关元件110和第三开关元件130接通时，读取电流流入与规定的存储元件100连接的第一配线Cm1～Cmn和第三配线Rp1～Rpn之间。

第一开关元件110、第二开关元件120和第三开关元件130是控制电流的流动的元件。例如，作为第一开关元件110、第二开关元件120和第三开关元件130，能够使用如晶体管、双向阈值开关(OTS：Ovonic Threshold Switch)那种利用结晶层的相的变化的开关、如金属绝缘体转移(MIT)开关那种利用带结构的变化的开关、如齐纳二极管和雪崩二极管那种利用了击穿电压的开关、随着原子位置的变化而传导性变化的开关等。

第二开关元件120和第三开关元件130也可以在与一个第二配线Wp1～Wpn或一个第三配线Rp1～Rpn连接的存储元件100中共用。例如，也可以在任意第二配线Wpn的上游侧设置一个第二开关元件120。另外，例如，也可以在任意第三配线Rpn的上游侧设置一个第三开关元件130。通过切换与各存储元件100连接的第一开关元件110的ON/OFF(接通/断开)，能够选择特定的存储元件100。

磁记录阵列300集成有多个存储元件100。各存储元件100的电阻变化的幅度(动态范围)大。因此，能够抑制各存储元件100记录的数据的噪声造成的影响，磁记录阵列300的数据的可靠性进一步提高。

Claims

1.一种磁畴壁移动元件，其特征在于，包括：

第一铁磁性层；

磁记录层，其相对于所述第一铁磁性层位于第一方向且沿第二方向延伸；

非磁性层，其位于所述第一铁磁性层与所述磁记录层之间；以及

第一电极和第二电极，它们位于所述磁记录层的与所述非磁性层相反的一侧，在所述第一方向上与所述磁记录层的一部分分别重叠，

所述第一电极包含磁化取向在与所述第一铁磁性层的磁化的朝向不同的方向的磁性体，

所述磁记录层具有：与所述第一电极及所述第一铁磁性层在所述第一方向上重叠的第一区域；与所述第二电极及所述第一铁磁性层在所述第一方向上重叠的第二区域；以及被所述第一区域和所述第二区域夹着的第三区域，

所述第一区域的与所述第一电极对置的第一部分的面积比所述第二区域的与所述第二电极对置的第二部分的面积大，

所述第一铁磁性层在所述第一方向上与所述第一电极及所述第二电极的一部分重叠。

2.如权利要求1所述的磁畴壁移动元件，其特征在于：

所述第二电极包含磁化取向在与所述第一铁磁性层的磁化的朝向相同的方向的磁性体。

3.如权利要求1或2所述的磁畴壁移动元件，其特征在于：

还包括基片，

所述第一铁磁性层位于比所述磁记录层靠近所述基片处。

4.如权利要求3所述的磁畴壁移动元件，其特征在于：

还具有覆盖所述磁记录层的所述第三区域的绝缘层。

5.如权利要求1～4中任一项所述的磁畴壁移动元件，其特征在于：

还包括基片，

所述第一铁磁性层位于比所述磁记录层远离所述基片的位置。

6.如权利要求5所述的磁畴壁移动元件，其特征在于：

所述磁记录层的所述第二方向的侧面相对于所述第一方向倾斜。

7.如权利要求5或6所述的磁畴壁移动元件，其特征在于：

所述第一电极具有相对于所述第一方向倾斜的第一倾斜部。

8.如权利要求5～7中任一项所述的磁畴壁移动元件，其特征在于：

在通过所述磁记录层的与所述第一方向及所述第二方向正交的第三方向的中心且在所述第一方向和所述第二方向上扩展的截面中，

所述第一电极具有第一侧面和位于比所述第一侧面靠近所述第二电极处的第二侧面，

所述第一侧面具有拥有比所述第二侧面相对于所述第一方向的倾斜角大的倾斜角的部分。

9.如权利要求5～8中任一项所述的磁畴壁移动元件，其特征在于：

在通过所述磁记录层的与所述第一方向及所述第二方向正交的所述第三方向的中心且在所述第一方向和所述第二方向上扩展的截面中，

所述第一侧面具有相对于所述第一方向的倾斜度不连续地变化的部分。

10.一种磁记录阵列，其特征在于：

具有多个如权利要求1～9中任一项所述的磁畴壁移动元件。