CN117642055A - 磁畴壁移动元件以及磁阵列 - Google Patents
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Abstract
该磁畴壁移动元件具备：第一铁磁性层、非磁性层、第二铁磁性层、第一磁化固定部、第二磁化固定部、第一表面层、第二表面层，所述第一铁磁性层和所述第二铁磁性层夹持所述非磁性层，所述第二铁磁性层具有在内部形成有磁畴壁的区域，所述第一磁化固定部与所述第二铁磁性层相接，所述第二磁化固定部在不同于所述第一磁化固定部的位置与所述第二铁磁性层相接，所述第一磁化固定部比所述第二磁化固定部厚，所述第一表面层与所述第一磁化固定部的第一面相接，所述第二表面层与所述第二磁化固定部的第一面相接，所述第一表面层的与所述第一磁化固定部相接的部分的结构原子与所述第二表面层的与所述第二磁化固定部相接的部分的结构原子不同。
Description
技术领域
本发明涉及一种磁畴壁移动元件以及磁阵列。
背景技术
取代微细化已经显露出极限的闪存等的下一代非易失性存储器备受瞩目。例如，MRAM(Magnetoresistive Random Access Memory：磁阻随机存取存储器)、ReRAM(Resistive Random Access Memory：电阻式随机存取存储器)、PCRAM(Phase ChangeRandom 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而被熟知。
MRAM将根据磁化的朝向变化所产生的电阻值变化用于数据记录。数据记录由构成MRAM的各个磁电阻变化元件分别承担。例如，在国际公开第2011/052475号中记载有磁电阻变化元件(磁畴壁移动元件)，其通过使第一磁化自由层(磁畴壁移动层)内的磁畴壁移动，从而能够记录多值的数据。另外，在国际公开第2011/052475号中记载有，在第一磁化自由层(磁畴壁移动层)的两端设置限制磁畴壁的移动范围的磁化固定部。设置于两端的磁化固定部各自的磁化取向方向不同。
发明内容
(一)要解决的技术问题
利用两个磁化固定部(以下称为第一磁化固定部和第二磁化固定部)的保磁力差，能够使第一磁化固定部的磁化和第二磁化固定部的磁化在不同的方向上取向。如果在第一磁化固定部的磁特性和第二磁化固定部的磁特性中存在差，则容易进行各个磁化固定部的磁化固定。
本发明鉴于上述问题而完成，其目的在于提供一种容易确定磁化固定部的磁化的取向方向的磁畴壁移动元件以及磁阵列。
(二)技术方案
第一方式的磁畴壁移动元件具备：第一铁磁性层、非磁性层、第二铁磁性层、第一磁化固定部、第二磁化固定部、第一表面层、第二表面层。所述第一铁磁性层和所述第二铁磁性层夹持所述非磁性层。所述第二铁磁性层具有在内部形成有磁畴壁的区域。所述第一磁化固定部与所述第二铁磁性层相接。所述第二磁化固定部在不同于所述第一磁化固定部的位置与所述第二铁磁性层相接。所述第一磁化固定部比所述第二磁化固定部厚。所述第一表面层与所述第一磁化固定部的第一面相接。所述第二表面层与所述第二磁化固定部的第一面相接。所述第一磁化固定部的第一面是所述第一磁化固定部的与所述第二铁磁性层相接的面的相反侧的面。所述第二磁化固定部的第一面是所述第二磁化固定部的与所述第二铁磁性层相接的面的相反侧的面。所述第一表面层的与所述第一磁化固定部相接的部分的结构原子与所述第二表面层的与所述第二磁化固定部相接的部分的结构原子不同。
附图说明
图1是第一实施方式的磁阵列的结构图。
图2是第一实施方式的磁阵列的磁畴壁移动元件附近的剖视图。
图3是第一实施方式的磁畴壁移动元件的剖视图。
图4是第一实施方式的磁畴壁移动元件的俯视图。
图5是用于说明第一实施方式的磁畴壁移动元件的制造方法的图。
图6是用于说明第一实施方式的磁畴壁移动元件的制造方法的图。
图7是用于说明第一实施方式的磁畴壁移动元件的制造方法的图。
图8是用于说明第一实施方式的磁畴壁移动元件的制造方法的图。
图9是第二实施方式的磁畴壁移动元件的剖视图。
附图标记说明
1-磁畴壁移动层(第二铁磁性层)；2-非磁性层；3-参照层(第一铁磁性层)；10-磁电阻效应元件；20-第一磁化固定部；20A、30A-第一面；30-第二磁化固定部；40-第一表面层；41-第一层；42-第二层；50-第二表面层；100、101-磁畴壁移动元件；200-磁阵列。
具体实施方式
以下，适当参照附图对本实施方式进行详细地说明。在以下的说明中使用的附图，为了使本发明的特征容易理解，为了方便，有时放大表示作为特征的部分，各结构要素的尺寸比率等有时与实际不同。在以下的说明中例示的材料、尺寸等是一个例子，本发明不限于此，能够在实现本发明的效果的范围内适当变更来进行实施。
首先对方向进行定义。x方向及y方向是与后面说明的基板Sub(参照图2)的一面大致平行的方向。x方向是后面说明的磁畴壁移动层1延伸的方向。y方向是在xy面内与x方向正交的方向。z方向是从后面说明的基板Sub朝向磁畴壁移动元件的方向。在本说明书中，有时将+z方向表示为“上”、将－z方向表示为“下”，这些表现是为了方便，并不规定重力方向。
(第一实施方式)
图1是第一实施方式的磁阵列的结构图。磁阵列200具备：多个磁畴壁移动元件100、多个第一配线WL、多个第二配线CL、多个第三配线RL、多个第一开关元件SW1、多个第二开关元件SW2、以及多个第三开关元件SW3。磁阵列200能够用于例如磁存储器、积和运算器、神经模态器件、自旋存储器、磁光学元件。
第一配线WL分别是写入配线。第一配线WL分别对电源和一个以上的磁畴壁移动元件100进行电连接。电源在使用时连接于磁阵列200的一端。
第二配线CL分别是共用配线。共用配线是能够在数据的写入时及读出时双方使用的配线。第二配线CL分别将基准电位与一个以上的磁畴壁移动元件100电连接。基准电位例如是接地。第二配线CL可以设置于多个磁畴壁移动元件100的每一个，也可以跨越多个磁畴壁移动元件100设置。
第三配线RL分别是读出配线。第三配线RL分别将电源和一个以上的磁畴壁移动元件100电连接。电源在使用时连接于磁阵列200的一端。
在图1中，在多个磁畴壁移动元件100的每一个上连接有第一开关元件SW1、第二开关元件SW2、第三开关元件SW3。第一开关元件SW1连接于磁畴壁移动元件100与第一配线WL之间。第二开关元件SW2连接于磁畴壁移动元件100与第二配线CL之间。第三开关元件SW3连接于磁畴壁移动元件100与第三配线RL之间。
当接通第一开关元件SW1及第二开关元件SW2时，则向连接于规定的磁畴壁移动元件100的第一配线WL与第二配线CL之间流动写入电流。当接通第二开关元件SW2及第三开关元件SW3时，则向连接于规定的磁畴壁移动元件100的第二配线CL与第三配线RL之间流动读出电流。
第一开关元件SW1、第二开关元件SW2以及第三开关元件SW3是控制电流的流动的元件。第一开关元件SW1、第二开关元件SW2以及第三开关元件SW3例如是晶体管。第一开关元件SW1、第二开关元件SW2以及第三开关元件SW3可以是像双向阈值开关(OTS：OvonicThreshold Switch)那样利用了结晶层的相变的元件、像金属绝缘体转变(MIT)开关那样利用了频带结构的变化的元件、像齐纳二极管及雪崩二极管那样利用了击穿电压的元件、以及传导性随着原子位置的变化而变化的元件。
第一开关元件SW1、第二开关元件SW2、第三开关元件SW3的任一个都可以在连接于相同的配线的磁畴壁移动元件100中共用。例如，在共有第一开关元件SW1的情况下，在第一配线WL的上游(一端)设置一个第一开关元件SW1。例如，在共有第二开关元件SW2的情况下，在第二配线CL的上游(一端)设置一个第二开关元件SW2。例如，在共有第三开关元件SW3的情况下，在第三配线RL的上游(一端)设置一个第三开关元件SW3。
图2是第一实施方式的磁阵列200的磁畴壁移动元件100附近的剖视图。图2是用通过磁畴壁移动层1的y方向的宽度的中心的xz平面剖切图1中的一个磁畴壁移动元件100的剖面。
图2所示的第一开关元件SW1及第二开关元件SW2是晶体管Tr。晶体管Tr具有：栅电极G、栅极绝缘膜GI、以及形成于基板Sub的源极S及漏极D。源极S和漏极D是根据电流的流动方向既定的，都是活性区域。图2仅示出一例，也可以将源极S与漏极D的位置关系翻转。基板Sub例如是半导体基板。第三开关元件SW3与第三配线RL电连接，例如，位于在图2中向y方向偏移的位置。
各个晶体管Tr和磁畴壁移动元件100经由配线w1、w2电连接。配线w1、w2包含具有导电性的材料。配线w1是沿着z方向延伸的通孔配线。配线w2是在xy面内的任意方向上延伸的面内配线。配线w1、w2形成于绝缘层90的内部。
绝缘层90是使多层配线的配线间、元件间绝缘的绝缘层。磁畴壁移动元件100与晶体管Tr除了配线w1、w2之外被绝缘层90电分离。绝缘层90例如是氧化硅(SiOx)、氮化硅(SiNx)、碳化硅(SiC)、氮化铬、碳氮化硅(SiCN)、氮氧化硅(SiON)、氧化铝(Al2O3)、氧化锆(ZrOx)、氧化镁(MgO)等。
在图2中，示出磁畴壁移动元件100夹持绝缘层90位于基板Sub的上方的例子，磁畴壁移动元件100也可以位于基板Sub上。
磁畴壁移动元件100例如连接于三个电极60、61、62。电极60连接于参照层3。电极61与第一磁化固定部20连接。电极62与第二磁化固定部30连接。电极60、61、62包含具有导电性的材料。
(磁畴壁移动元件)
图3是用通过磁畴壁移动层1的y方向的中心的xz平面剖切磁畴壁移动元件100的剖视图。图3是沿着图4的A－A线的剖面。图4是从z方向俯视观察磁畴壁移动元件100的俯视图。图所示的箭头是铁磁性体的磁化的取向方向的一例。
磁畴壁移动元件100具有例如磁电阻效应元件10、第一磁化固定部20、第二磁化固定部30、第一表面层40、第二表面层50。磁畴壁移动元件100例如是连接于三个电极60、61、62的3端子型的元件。磁畴壁移动元件100的周围用绝缘层90覆盖。
磁电阻效应元件10具备：磁畴壁移动层1、非磁性层2、参照层3。磁畴壁移动层1是第二铁磁性层的一例。参照层3是第一铁磁性层的一例。磁电阻效应元件10从例如接近基板Sub的一侧开始依次具备参照层3、非磁性层2、磁畴壁移动层1。当向磁电阻效应元件10写入数据时，沿着磁畴壁移动层1流动写入电流。当从磁电阻效应元件10读出数据时，向电极60与电极61或者电极62之间流动读出电流，并向磁电阻效应元件10的z方向施加电流。
磁畴壁移动层1沿着x方向延伸。磁畴壁移动层1具有在内部形成有磁畴壁的区域。磁畴壁移动层1在内部具有多个磁区，在多个磁区的边界具有磁畴壁DW。磁畴壁移动层1例如是能够利用磁状态的变化对信息进行磁记录的层。磁畴壁移动层1有时被称为模拟层、磁记录层。
磁畴壁移动层1具有：磁化固定区域A1、磁化固定区域A2、磁畴壁移动区域A3。磁化固定区域A1是从z方向观察与第一磁化固定部20重合的区域。磁化固定区域A2是从z方向观察与第二磁化固定部30重合的区域。磁畴壁移动区域A3是磁畴壁移动层1的磁化固定区域A1以及磁化固定区域A2以外的区域。磁畴壁移动区域A3例如是在x方向上被磁化固定区域A1和磁化固定区域A2夹持的区域。
磁化固定区域A1的磁化MA1被第一磁化固定部20的磁化M20固定。磁化固定区域A2的磁化MA2被第二磁化固定部30的磁化M30固定。磁化被固定是指，在磁畴壁移动元件100的通常的操作(不施加超过预想的外力)中，磁化不翻转。磁化固定区域A1的磁化MA1和磁化固定区域A2的磁化MA2例如取向方向相反。
磁畴壁移动区域A3是磁化的朝向变化且磁畴壁DW能够移动的区域。磁畴壁移动区域A3具有第一磁区A3a和第二磁区A3b。第一磁区A3a的磁化MA3a和第二磁区A3b的磁化MA3b例如取向方向相反。第一磁区A3a与第二磁区A3b的边界是磁畴壁DW。第一磁区A3a的磁化MA3a在与例如磁化固定区域A1的磁化MA1相同的方向上取向。第二磁区A3b的磁化MA3b在与例如磁化固定区域A2的磁化MA2相同的方向上取向。磁畴壁DW原则上在磁畴壁移动区域A3内移动，不侵入磁化固定区域A1及磁化固定区域A2。
如果磁畴壁移动区域A3内的第一磁区A3a与第二磁区A3b的体积的比率变化，则磁畴壁DW移动。磁畴壁DW通过向磁畴壁移动区域A3的x方向流动写入电流而移动。例如，当向磁畴壁移动区域A3施加+x方向的写入电流(例如，电流脉冲)时，则由于电子向与电流相反的－x方向流动，因此磁畴壁DW向－x方向移动。在电流从第一磁区A3a向第二磁区A3b流动的情况下，在第二磁区A3b自旋极化的电子使第一磁区A3a的磁化产生磁化翻转。由于第一磁区A3a的磁化翻转，因此，磁畴壁DW向－x方向移动。
磁畴壁移动层1包含磁性体。磁畴壁移动层1可以是铁磁性材料、亚铁磁性体、或者是它们与能够利用电流使磁状态变化的反铁磁材料的组合。磁畴壁移动层1优选具有选自Co、Ni、Fe、Pt、Pd、Gd、Tb、Mn、Ge、Ga构成的组中的至少一个元素。作为用于磁畴壁移动层1的材料，能够举出例如Co和Ni的层叠膜、Co和Pt的层叠膜、Co和Pd的层叠膜、CoFe和Pd的层叠膜、MnGa类材料、GdCo类材料、TbCo类材料。MnGa类材料、GdCo类材料、TbCo类材料等亚铁磁性体的饱和磁化较小，用于使磁畴壁DW移动所需要的阈值电流较小。另外，Co和Ni的层叠膜、Co和Pt的层叠膜、Co和Pd的层叠膜的保磁力较大，磁畴壁DW的移动速度变慢。反铁磁材料例如是Mn3X(X是Sn、Ge、Ga、Pt、Ir等)、CuMnAs、Mn2Au等。磁畴壁移动层1也能够适用与后面说明的参照层3相同的材料。
非磁性层2被磁畴壁移动层1和参照层3夹持。非磁性层2层叠在参照层3的一面。
非磁性层2由例如非磁性的绝缘体、半导体或者金属构成。非磁性的绝缘体例如是Al2O3、SiO2、MgO、MgAl2O4、以及它们的Al、Si、Mg的一部分置换成Zn、Be等的材料。这些材料的带隙较大，绝缘性优良。在非磁性层2由非磁性的绝缘体构成的情况下，非磁性层2是隧道阻挡层。非磁性的金属例如是Cu、Au、Ag等。非磁性的半导体例如是Si、Ge、CuInSe2、CuGaSe2、Cu(In，Ga)Se2等。
非磁性层2的厚度例如是以上，也可以是/>以上。如果非磁性层2的厚度较厚，则磁畴壁移动元件100的电阻面积(RA)变大。磁畴壁移动元件100的电阻面积(RA)优选是1×104Ωμm2以上，更优选是5×104Ωμm2以上。磁畴壁移动元件100的电阻面积(RA)用一个磁畴壁移动元件100的元件电阻与磁畴壁移动元件100的元件剖面积(用xy平面剖切了非磁性层2的切剖面的面积)的积来表示。
参照层3与磁畴壁移动层1一起夹持非磁性层2。参照层3例如位于电极60上。参照层3也可以层叠于基板Sub上。参照层3比磁畴壁移动层1更接近基板Sub。参照层3位于在z方向上与磁畴壁移动层1重合的位置。参照层3的磁化M3比磁畴壁移动层1的磁畴壁移动区域A3的磁化MA3a、MA3b更难翻转。关于参照层3的磁化M3，当施加了磁畴壁移动区域A3的磁化MA3a、MA3b翻转的程度的外力时，朝向不变化而固定。参照层3有时被称为固定层。参照层3可以由多个层构成。例如，也可以具有多个铁磁性层、和夹持于多个铁磁性层的中间层。夹持中间层的两个铁磁性层也可以磁性耦合而成为合成反铁磁性结构(SAF)。
参照层3包含铁磁性材料。参照层3例如包含在与磁畴壁移动层1之间容易获得相干隧道效应的材料。参照层3例如包含：选自Cr、Mn、Co、Fe以及Ni构成的组中的金属、包含一种以上这些金属的合金、包含这些金属和B、C、以及N的至少一种以上的元素的合金等。参照层3例如是Co－Fe、Co－Fe－B、Ni－Fe。
参照层3可以例如是惠斯勒磁性合金。惠斯勒磁性合金是半金属，具有较高的自旋极化率。惠斯勒磁性合金是具有XYZ或者X2YZ的化学组成的金属间化合物，X是周期表上Co、Fe、Ni、或者Cu族的迁移金属元素或者贵金属元素，Y是Mn、V、Cr或者Ti族的迁移金属或者X的元素种类，Z是从III族到V族的典型元素。作为惠斯勒磁性合金能够举出例如Co2FeSi、Co2FeGe、Co2FeGa、Co2MnSi、Co2Mn1－aFeaAlbSi1－b、Co2FeGe1－cGac等。
第一磁化固定部20与磁畴壁移动层1相接。第二磁化固定部30在不同于第一磁化固定部20的位置上与磁畴壁移动层1相接。第一磁化固定部20和第二磁化固定部30例如与磁畴壁移动层1的上表面的不同的位置相接。第一磁化固定部20和第二磁化固定部30在x方向上分离。第一磁化固定部20固定磁化固定区域A1的磁化MA1。第二磁化固定部30固定磁化固定区域A2的磁化MA2。第一磁化固定部20与第二磁化固定部30在保磁力方面存在差。例如，第一磁化固定部20的保磁力可以比第二磁化固定部30的保磁力大，也可以比第二磁化固定部30的保磁力小。
第一磁化固定部20比第二磁化固定部30厚。第一磁化固定部20的厚度是从第一面20A向磁畴壁移动层1下垂的垂线的高度。第一面20A是第一磁化固定部20的与磁畴壁移动层1相接的面的相反侧的面，是从磁畴壁移动层1突出的第一磁化固定部20中的位于最上部的铁磁性层的上表面。第二磁化固定部30的厚度是从第一面30A向磁畴壁移动层1下垂的垂线的高度。第一面30A是第二磁化固定部30的与磁畴壁移动层1相接的面的相反侧的面，是从磁畴壁移动层1突出的第二磁化固定部30中的位于最上部的铁磁性层的上表面。
第一磁化固定部20的第一面20A和第二磁化固定部30的第一面30A的z方向的位置不同。第二磁化固定部30的第一面30A的表面粗糙度例如比第一磁化固定部20的第一面20A的表面粗糙度大。表面粗糙度例如是算术表面粗糙度Ra。
构成第一磁化固定部20及第二磁化固定部30的材料与上述的参照层3或者上述的磁畴壁移动层1相同。第一磁化固定部20及第二磁化固定部30可以是多层膜。
第二磁化固定部30可以具有第二磁化固定部30的主要的结构原子以及构成后面说明的第二表面层50的原子以外的原子(以下称为第一原子)。在第二磁化固定部30由单层构成的情况下，第二磁化固定部30的主要的结构原子是构成第二磁化固定部30的结晶结构的元素。在第二磁化固定部30由多层构成的情况下，第二磁化固定部30的主要的结构原子是构成最上层的铁磁性层的结晶结构的元素。第一原子能够减弱第二磁化固定部30的保磁力并且增大第一磁化固定部20与第二磁化固定部30的保磁力差。
第一表面层40与第一磁化固定部20的第一面20A相接。第一表面层40与从磁畴壁移动层1突出的第一磁化固定部20中的位于最上部的铁磁性层相接。
第一表面层40是非磁性层。在图3中例示第一表面层40是2层的情况，但第一表面层40可以是单层也可以是3层以上。第一表面层40例如具有第一层41和第二层42。第一层41比第二层42更接近第一磁化固定部20。
第一层41是非磁性层。第一层41包含例如从选自Mg、Al、Ti、Cr、Zn、Zr、Ta、Ru构成的组中的任一种以上的原子。第一层41例如是Mg、Al、Cr、Ta、Ti、W、Zn、Zr、Ru、Cu、Mo、Au、Pt、Pd。
第二层42是非磁性层。第二层42例如是Mg、Al、Cr、Ta、Ti、W、Zn、Zr、Ru、Cu、Mo、Au、Pt、Pd。
构成第一层41的原子的溅射率例如比构成第二层42的原子的溅射率低。例如，在第一层41是Ta、第二层42是Pt的情况下，满足该结构。
溅射率是当一个离子与靶材碰撞时从靶材飞出的原子数的统计学概率值。溅射率能够根据从靶材溅射的原子的个数和入射到靶材的离子的个数计算，是对每个靶材的材料唯一确定的值。溅射率低表示从靶材飞出的原子的数量少。
如果构成第一层41的原子的溅射率较低，则当对第一层41进行成膜时，能够抑制构成第一层41的原子混合到第一磁化固定部20。混合到第一磁化固定部20的原子可能成为降低第一磁化固定部20的保磁力的原因。
第一层41的厚度例如是以上。如果第一层41的厚度足够厚，则当对第一层41的更上层进行成膜时，能够防止这些成膜原子侵入第一磁化固定部20。另外，后面会详细说明，第一层41能够作为蚀刻的检测层使用，当第一层41的厚度足够厚时，能够充分确保蚀刻时的信号强度。
第二表面层50与第二磁化固定部30的第一面30A相接。第二表面层50与从磁畴壁移动层1突出的第二磁化固定部30中的位于最上部的铁磁性层相接。
第二表面层50是非磁性层。在图3中例示第二表面层50是单层的情况，但第二表面层50可以是2层以上的层叠膜。
第二表面层50是非磁性层。第二表面层50例如是Mg、Al、Cr、Ta、Ti、W、Zn、Zr、Ru、Cu、Mo、Au、Pt、Pd。
第二表面层50的与第二磁化固定部30相接的部分的结构原子与第一表面层40的与第一磁化固定部20相接的部分的结构原子不同。在第二磁化固定部30由多层构成的情况下，第二表面层50的与第二磁化固定部30相接的部分是作为最下层的层。在第一磁化固定部20由多层构成的情况下，第一表面层40的与第一磁化固定部20相接的部分是作为最下层的层，例如是第一层41。
界面磁各向异性是受到铁磁性层和另外一层的界面的影响而在铁磁性层上产生的磁各向异性。第一表面层40对第一磁化固定部20的磁化的磁各向异性带来影响。第二表面层50对第二磁化固定部30的磁化的磁各向异性带来影响。如果第一表面层40与第二表面层50的结构原子不同，则能够在第一磁化固定部20的磁特性与第二磁化固定部30的磁特性之间产生差。
第一表面层40的与第一磁化固定部20相接的部分的结构原子的溅射率比例如第二表面层50的与第二磁化固定部30相接的部分的结构原子的溅射率低。例如，构成第一层41的结构原子的溅射率比构成第二表面层50的结构原子的溅射率低。例如，在第一层41是Ta、第二表面层50是Pt的情况下，满足该结构。
磁畴壁移动元件100的各层的磁化的朝向例如能够通过测量磁化曲线来确认。磁化曲线能够使用例如MOKE(Magneto Optical Kerr Effect：慈光克尔效应)来测量。利用MOKE的测量是通过磁光效应(磁克尔效应)而进行的测量方法，该磁光效应使直线偏光入射到测量对象物，引起偏光方向的旋转等。
接着，对磁畴壁移动元件100的制造方法进行说明。图5～图8是用于说明第一实施方式的磁畴壁移动元件100的制造方法的图。
首先，如图5所示，在电极60上依次层叠参照层3、非磁性层2、磁畴壁移动层1、铁磁性层81、非磁性层82、非磁性层83。各层的层叠能够使用溅镀法、化学气相成长(CVD)法、电子束蒸镀法(EB蒸镀法)、原子激光沉积法等。当对非磁性层82进行成膜时，构成非磁性层82(第一表面层40)的原子的一部分可以混合到第一磁化固定部20。
接着，如图6所示，在层叠体的上表面形成保护膜84。保护膜84例如是抗蚀膜。而且，将由铁磁性层81、非磁性层82、非磁性层83构成的层叠体的一部分去除至磁畴壁移动层1。另外，同时，在元件外侧将层叠体的一部分去除至电极60。加工能够使用光刻及蚀刻(例如，Ar蚀刻)等来进行。
铁磁性层81在磁畴壁移动层1上为相互分离的第一磁化固定部20和第二磁化固定部30。非磁性层82为第一层41和非磁性层85。非磁性层83为第二层42和非磁性层86。第一层41和第二层42是包覆第一磁化固定部20的表面的第一表面层40。接着，用绝缘层90包覆去除了层叠体的部分。
接着，如图7所示，除去与非磁性层86在z方向上重合的部分，并在绝缘层90上形成保护膜84。而且，当对层叠体进行蚀刻时，非磁性层86及非磁性层85被去除，形成使第二磁化固定部30暴露的开口H。蚀刻进行至第二磁化固定部30，能够通过一边进行蚀刻一边进行元素分析来确认。元素分析例如通过二次离子质量分析(SIMS)、固体发光分光分析(OES)来进行。例如，通过在检测构成非磁性层85的原子之后经过一定时间后停止蚀刻，从而能够暴露第二磁化固定部30。
当对非磁性层85进行蚀刻时，也可以在第二磁化固定部30上混合构成第二磁化固定部30的原子以及构成第二表面层50的原子以外的原子(第一原子)。
接着，如图8所示，通过用非磁性体来掩埋开口H，从而形成第二表面层50。当形成第二表面层50时，构成第二表面层50的原子的一部分可以混合到第二磁化固定部30。
接着，对制作的磁畴壁移动元件100进行磁化固定工序。首先，对磁畴壁移动元件100向一个方向(例如，+z方向)施加外部磁场。各层的磁化在施加了外部磁场的方向(例如，+z方向)上取向。
接着，对磁畴壁移动元件100向刚才施加的外部磁场的相反方向施加外部磁场。外部磁场比之前施加的外部磁场小。外部磁场例如从足够小的强度开始逐渐变大。通过施加外部磁场，保磁力较小的第二磁化固定部30首先翻转。第一磁化固定部20由于具有恒定的体积且具有规定值以上的保磁力，因此磁化M20不翻转。如果第一磁化固定部20的磁化M20翻转，则磁化固定区域A2的磁化MA2也翻转。
通过上述的流程而制作出图3所示的磁畴壁移动元件100。在此，示出了当形成了绝缘层90后去除非磁性层85、非磁性层86的例子，但该顺序也可以反转。
第一实施方式的磁畴壁移动元件100的第一磁化固定部20和第二磁化固定部30的膜厚不同。另外，第一实施方式的磁畴壁移动元件100的与第一磁化固定部20相接的第一表面层40和与第二磁化固定部相接的第二表面层50的材料不同。第一磁化固定部20和第二磁化固定部30的磁特性受到第一磁化固定部20与第二磁化固定部30的体积差的影响、和界面磁各向异性的强度不同的影响而不同。如果第一磁化固定部20的磁特性和第二磁化固定部30的磁特性不同，则容易使第一磁化固定部20的磁化和第二磁化固定部30的磁化向不同的方向取向。另外，如果存在第一磁化固定部20的磁特性与第二磁化固定部30的磁特性的差，则各个磁化在向规定的方向取向的状态下稳定化，能够抑制在多个磁畴壁移动元件100之间在磁化方向上产生偏差。
(第二实施方式)
图9是用通过磁畴壁移动层1的y方向的中心的xz平面剖切第二实施方式的磁畴壁移动元件101的剖视图。第二实施方式的磁畴壁移动元件101的第一磁化固定部20及第二磁化固定部30的结构与第一实施方式不同。在第二实施方式中，对与第一实施方式相同的结构标注相同的附图标记并省略说明。
图9所示的第一磁化固定部20具有例如铁磁性层21、中间层22、铁磁性层23。铁磁性层21和铁磁性层23夹持中间层22。图9所示的第一磁化固定部20是具有两个铁磁性层、和被它们夹持的中间层的SAF结构。
在图9中示出了铁磁性层21的磁化M21和铁磁性层23的磁化M23反铁磁耦合的例子，也可以铁磁耦合。反铁磁耦合及铁磁耦合也可以是静磁耦合。铁磁性层21的磁化M21在与磁畴壁移动层1的磁化固定区域A1的磁化MA1相同的方向上取向。
图9所示的第二磁化固定部30具有例如铁磁性层31、中间层32、铁磁性层33。铁磁性层31和铁磁性层33夹持中间层32。图9所示的第二磁化固定部30是具有两个铁磁性层、和被它们夹持的中间层的SAF结构。在图9中示出了铁磁性层31的磁化M31和铁磁性层33的磁化M33反铁磁耦合的例子，也可以铁磁耦合。反铁磁耦合及铁磁耦合也可以是静磁耦合。铁磁性层31的磁化M31在与磁畴壁移动层1的磁化固定区域A2的磁化MA2相同的方向上取向。
第一磁化固定部20的保磁力比例如第二磁化固定部30的保磁力小。在铁磁性层21和铁磁性层23进行铁磁耦合的情况下，第一磁化固定部20的保磁力是铁磁性层21的保磁力与铁磁性层23的保磁力的和。在铁磁性层21和铁磁性层23进行反铁磁耦合的情况下，第一磁化固定部20的保磁力是铁磁性层21的保磁力与铁磁性层23的保磁力的差。在铁磁性层31和铁磁性层33进行铁磁耦合的情况下，第二磁化固定部30的保磁力是铁磁性层31的保磁力与铁磁性层33的保磁力的和。在铁磁性层31和铁磁性层33进行反铁磁耦合的情况下，第二磁化固定部30的保磁力是铁磁性层31的保磁力与铁磁性层33的保磁力的差。
构成铁磁性层21、铁磁性层23、铁磁性层31以及铁磁性层33的材料与上述的参照层3或者上述的磁畴壁移动层1相同。这些铁磁性层可以是多层膜。铁磁性层33可以具有铁磁性层33的主要的结构原子以及构成第二表面层50的原子以外的原子(以下称为第一原子)。
中间层22及中间层32可以分别是非磁性体。构成中间层22及中间层32的材料例如可以与上述的非磁性层2相同。中间层22例如包含选自由MgO、Mg－Al－O、Mg、W、Mo、Ta、Pd、Pt、Ir、Ru构成的组中的任意一个。
中间层22及中间层32各自的厚度例如是以上。中间层22及中间层32各自的厚度例如是/>以下。
第二实施方式的磁畴壁移动元件101实现与第一实施方式的磁畴壁移动元件100同样的效果。
以上，对本发明的优选的实施方式进行了详细说明，但本发明不限于这些实施方式。例如，可以组合各个实施方式的特征性结构，也可以在不变更发明的主旨的范围中变更一部分。
Claims (9)
1.一种磁畴壁移动元件，其具备：第一铁磁性层、非磁性层、第二铁磁性层、第一磁化固定部、第二磁化固定部、第一表面层、第二表面层，
所述第一铁磁性层和所述第二铁磁性层夹持所述非磁性层，
所述第二铁磁性层具有在内部形成有磁畴壁的区域，
所述第一磁化固定部与所述第二铁磁性层相接，
所述第二磁化固定部在不同于所述第一磁化固定部的位置与所述第二铁磁性层相接，
所述第一磁化固定部比所述第二磁化固定部厚，
所述第一表面层与所述第一磁化固定部的第一面相接，
所述第二表面层与所述第二磁化固定部的第一面相接，
所述第一磁化固定部的第一面是所述第一磁化固定部的与所述第二铁磁性层相接的面的相反侧的面，
所述第二磁化固定部的第一面是所述第二磁化固定部的与所述第二铁磁性层相接的面的相反侧的面，
所述第一表面层的与所述第一磁化固定部相接的部分的结构原子与所述第二表面层的与所述第二磁化固定部相接的部分的结构原子不同。
2.根据权利要求1所述的磁畴壁移动元件，其特征在于，
所述第二磁化固定部的第一面的表面粗糙度比所述第一磁化固定部的第一面的表面粗糙度大。
3.根据权利要求1所述的磁畴壁移动元件，其特征在于，
所述第一表面层包含第一层和第二层，
所述第一层比所述第二层更接近所述第一磁化固定部。
4.根据权利要求3所述的磁畴壁移动元件，其特征在于，
构成所述第一层的原子的溅射率比构成所述第二层的原子的溅射率低。
5.根据权利要求3所述的磁畴壁移动元件，其特征在于，
所述第一层包含选自由Mg、Al、Ti、Cr、Zn、Zr、Ta、Ru构成的组中的任一种以上的原子。
6.根据权利要求3所述的磁畴壁移动元件，其特征在于，
所述第一层的厚度是以上。
7.根据权利要求1所述的磁畴壁移动元件，其特征在于，
所述第一表面层的与所述第一磁化固定部相接的部分的结构原子的溅射率比所述第二表面层的与所述第二磁化固定部相接的部分的结构原子的溅射率低。
8.根据权利要求1所述的磁畴壁移动元件，其特征在于，
所述第二磁化固定部具有第一原子，
所述第一原子是所述第二磁化固定部的主要的结构原子以及构成所述第二表面层的原子以外的原子。
9.一种磁阵列，其具有多个磁畴壁移动元件，
所述多个磁畴壁移动元件中的至少一个是权利要求1所述的磁畴壁移动元件。
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