JP2007201059A - Magnetic element, magnetic recording equipment, and writing method - Google Patents

Magnetic element, magnetic recording equipment, and writing method Download PDF

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To reduce variation in element characteristics due to micro working. <P>SOLUTION: The magnetic element comprises a first magnetic layer FP of which magnetization direction is fitted, and a first region 20 with variable magnetization direction arranged opposite to the first magnetic layer FP. It is also provided with: a second magnetic layer FF formed from conductive material, with a larger width than the first magnetic layer parallel to a film surface; and a first nonmagnetic layer SP formed from nonconductive material, and provided between the first magnetic layer FP and the second magnetic layer FF. <P>COPYRIGHT: (C)2007,JPO&INPIT

Description

本発明は、細線形状の磁性層を有する磁気素子、磁気記録装置及び書き込み方法に関する。   The present invention relates to a magnetic element, a magnetic recording apparatus, and a writing method having a thin wire-shaped magnetic layer.

近年、広範囲かつ高度に情報化された社会を支え、また、牽引していく存在として、様々な要求を満たす情報記録技術が求められている。強磁性体の磁気モーメントを利用した磁気記録装置は、例えば、ハードディスクドライブとして広く使われている他、高速性と不揮発性を併せ持つ磁気ランダムアクセスメモリ(MRAM:Magnetic Random Access Memory)としての利用が提案されている。   In recent years, as a presence that supports and leads a wide and highly informatized society, information recording technology that satisfies various requirements has been demanded. Magnetic recording devices using the magnetic moment of a ferromagnetic material are widely used as, for example, hard disk drives, and proposed to be used as magnetic random access memories (MRAMs) that have both high speed and non-volatility. Has been.

磁気ランダムアクセスメモリにおいて、特に高密度化に対する要求は強い。今後、1ビットのデータを格納する単位セルを100ナノメートルから数10ナノメートルのサイズにまで小さくすることが必要になると、現在の主流方式である磁界書き込み方式では、書き込み電流の増大と隣接セルへの誤作用(クロストーク)といった問題に直面することが予想される。そこで、この磁界書き込み方式に代わる方式として、電流を介したスピントランスファ現象を用いた書き込み方式に対する期待が高まっている。この書き込み方式は、伝導電子のスピンから磁性体の局在磁気モーメントへの角運動量の伝達(スピントランスファ)を物理的基礎としており、磁界書き込み方式と比べて、セルのサイズが小さくなればなるほど、書き込み電流を低減化できるという特徴を持つ。   In the magnetic random access memory, there is a strong demand for high density. In the future, if it becomes necessary to reduce the unit cell for storing 1-bit data from 100 nanometers to several tens of nanometers, the current mainstream magnetic field writing method will increase the write current and the adjacent cells. It is expected that we will face problems such as crosstalk. Therefore, as an alternative to this magnetic field writing method, there is an increasing expectation for a writing method using a spin transfer phenomenon via current. This writing method is based on the physical basis of the transfer of angular momentum (spin transfer) from the spin of conduction electrons to the local magnetic moment of the magnetic material. The smaller the cell size compared to the magnetic field writing method, It has the feature that the write current can be reduced.

非特許文献1に代表される、従来のスピントランスファ書き込み方式の磁気素子は、柱状の形状を有する。すなわち、磁化固着磁性層(以下、固着層)、中間層、磁化自由磁性層(以下、記録層)からなる積層膜が、数十から数百ナノメートル四方のドット形状にパターニングされ、この膜面に垂直に電流を流すことにより、書き込み及び読み出しが行われる。   A conventional magnetic element of a spin transfer writing system represented by Non-Patent Document 1 has a columnar shape. That is, a laminated film composed of a magnetization pinned magnetic layer (hereinafter referred to as a pinned layer), an intermediate layer, and a magnetization free magnetic layer (hereinafter referred to as a recording layer) is patterned into a dot shape of several tens to several hundreds of nanometers. Writing and reading are performed by passing a current perpendicular to the.

しかしながら、従来のスピントランスファ書き込み方式による磁気素子では、書き込み電流のばらつきを抑えるのが容易ではない。これは、特に記録層を均一なドット形状に加工しなければならないことに起因している。
F.J.Albert et al.,Appl.Phys.Lett.,77,3809(2000)
However, it is not easy to suppress variation in write current in a magnetic element using a conventional spin transfer write method. This is due to the fact that the recording layer must be processed into a uniform dot shape.
FJAlbert et al., Appl. Phys. Lett., 77, 3809 (2000)

本発明は、微細加工による素子特性のばらつきを低減することが可能な磁気素子、磁気記録装置及び書き込み方法を提供する。   The present invention provides a magnetic element, a magnetic recording apparatus, and a writing method capable of reducing variations in element characteristics due to microfabrication.

本発明の第1の視点による磁気素子は、磁化方向が固着された第1の磁性層と、前記第1の磁性層と対向して配置された磁化方向が可変である第1の領域を含み、膜面に対して平行な方向の前記第1の磁性層より大きな幅を有し、導電性材料で形成された第2の磁性層と、前記第1の磁性層と前記第2の磁性層との間に設けられ、非導電性材料で形成された第1の非磁性層とを具備する。   A magnetic element according to a first aspect of the present invention includes a first magnetic layer having a fixed magnetization direction, and a first region having a variable magnetization direction disposed to face the first magnetic layer. A second magnetic layer having a larger width than the first magnetic layer in a direction parallel to the film surface and formed of a conductive material; the first magnetic layer; and the second magnetic layer And a first nonmagnetic layer formed of a nonconductive material.

本発明の第2の視点による磁気素子の書き込み方法は、磁化方向が固着された第1の磁性層と、前記第1の磁性層と対向して配置された磁化方向が可変である第1の領域と第2の領域とを含み、膜面に対して平行な方向の前記第1の磁性層より大きな幅を有し、導電性材料で形成された第2の磁性層と、前記第1の磁性層と前記第2の磁性層との間に設けられ、非導電性材料で形成された第1の非磁性層とを具備し、前記第1の磁性層の磁化と前記第1の領域の磁化とを第1の磁化配置にする場合、前記第1の磁性層と前記第2の磁性層との間に第1の電流を流し、前記第1の領域の前記磁化を第1の方向に向けて前記第1の磁化配置に設定する工程を含み、前記第1の磁性層の前記磁化と前記第1の領域の前記磁化とを第2の磁化配置にする場合、前記第2の領域の磁化の方向を設定する工程と、前記第2の磁性層の膜面に対して平行な方向に第2の電流を流すことにより、前記第1の領域を含む磁区の磁壁を前記第2の磁性層内で移動させ、前記第1の領域の前記磁化を前記第2の領域の前記磁化の方向に応じた方向に向けて前記第2の磁化配置に設定する工程とを含む。   According to a second aspect of the present invention, there is provided a magnetic element writing method comprising: a first magnetic layer having a fixed magnetization direction; and a first magnetization layer disposed opposite to the first magnetic layer and having a variable magnetization direction. A second magnetic layer including a region and a second region, having a width greater than that of the first magnetic layer in a direction parallel to the film surface, and formed of a conductive material; and A first nonmagnetic layer formed between the magnetic layer and the second magnetic layer and made of a non-conductive material, wherein the magnetization of the first magnetic layer and the first region When the magnetization is in the first magnetization arrangement, a first current is passed between the first magnetic layer and the second magnetic layer, and the magnetization of the first region is set in the first direction. A step of setting the first magnetization arrangement toward the first magnetization layer, and setting the magnetization of the first magnetic layer and the magnetization of the first region to a second magnetization arrangement. A magnetic domain including the first region by setting the direction of magnetization of the second region and passing a second current in a direction parallel to the film surface of the second magnetic layer. Moving the domain wall of the first region in the second magnetic layer, and setting the magnetization of the first region to the second magnetization arrangement in a direction corresponding to the direction of the magnetization of the second region Including.

本発明によれば、微細加工による素子特性のばらつきを低減することが可能な磁気素子、磁気記録装置及び書き込み方法を提供できる。   ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the magnetic element which can reduce the dispersion | variation in the element characteristic by microfabrication, a magnetic recording apparatus, and the writing method can be provided.

以下、図面を参照しつつ、本発明の実施の形態について説明する。この説明に際し、全図にわたり、共通する部分には共通する参照符号を付す。   Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. In the description, common parts are denoted by common reference symbols throughout the drawings.

[1]第1の実施形態
[1−1]構造
図1は、本発明の第1の実施形態に係る磁気素子の断面構造を模式的に示す図である。図2(a)及び(b)は、本発明の第1の実施形態に係る磁気素子の平面構造を模式的に示す図である。以下に、本発明の第1の実施形態に係る磁気素子の構造について説明する。
[1] First Embodiment [1-1] Structure FIG. 1 is a diagram schematically showing a cross-sectional structure of a magnetic element according to a first embodiment of the present invention. 2A and 2B are diagrams schematically showing a planar structure of the magnetic element according to the first embodiment of the present invention. The structure of the magnetic element according to the first embodiment of the present invention will be described below.

図1に示すように、磁気素子10は、例えば、MTJ(Magnetic Tunnel Junction)素子のような磁気抵抗効果素子である。この磁気素子10は、記録層(磁性層)FF、中間層(非磁性層)SP及び固着層(磁性層)FPが順に積層された多層構造を有する。   As shown in FIG. 1, the magnetic element 10 is a magnetoresistive effect element such as an MTJ (Magnetic Tunnel Junction) element. The magnetic element 10 has a multilayer structure in which a recording layer (magnetic layer) FF, an intermediate layer (nonmagnetic layer) SP, and a fixed layer (magnetic layer) FP are sequentially stacked.

記録層FFは、磁化方向が可変である記憶領域20を含み、細線形状を有する。この細線形状とは、X方向(膜面に対して平行方向)の寸法(幅WFFX)がX方向に垂直なY方向の寸法及びZ方向の寸法(膜厚)に対して例えば1桁以上大きい形状を指す。以下では、このX方向を細線方向と称す。記録層FFの細線方向の幅WFFXは、固着層FPの細線方向の幅WFPXより大きい。つまり、記録層FFの側面は、固着層FPの側面より外側に突出している。 The recording layer FF includes a storage area 20 whose magnetization direction is variable and has a thin line shape. This fine line shape means that the dimension (width W FFX ) in the X direction (parallel to the film surface) is one digit or more relative to the dimension in the Y direction perpendicular to the X direction and the dimension (film thickness) in the Z direction. Point to a large shape. Hereinafter, this X direction is referred to as a fine line direction. The width W FFX in the fine line direction of the recording layer FF is larger than the width W FPX in the fine line direction of the fixed layer FP. That is, the side surface of the recording layer FF protrudes outward from the side surface of the fixed layer FP.

記憶領域20は、図の点線で囲んだ領域であり、固着層FPと対向して配置されている。この記憶領域20は、例えば固着層FPの細線方向の幅WFPXと同じ幅W20Xを有する。但し、記憶領域20の形状、サイズは、記録層FFに用いる材料や、電流強度、電流経路などの詳細により変化しうる。特に、記憶領域20が中間層SPとの界面を全て包含する場合と中間層SPとの界面の一部のみを包含する場合があり得る。 The storage area 20 is an area surrounded by a dotted line in the figure, and is arranged to face the fixed layer FP. The storage area 20 has, for example, the same width W 20X as the width W FPX in the thin line direction of the fixed layer FP. However, the shape and size of the storage area 20 can vary depending on the material used for the recording layer FF, details of current intensity, current path, and the like. In particular, the storage area 20 may include all of the interface with the intermediate layer SP, or may include only a part of the interface with the intermediate layer SP.

固着層FPは、電極ELに直接又は間接的に接続されている。固着層FPの磁化は、特定の方向に固着されている。磁化固着の方法としては、固着層FPに異方性エネルギーKuが十分大きい材料を用いる方法、固着層FPと電極ELの間に反強磁性層AFを設ける方法等がある。固着層FPの細線方向の幅WFPXは、電極EL及び中間層SPの幅と同じでもよいし、異なってもよい。 The fixing layer FP is directly or indirectly connected to the electrode EL. The magnetization of the pinned layer FP is pinned in a specific direction. Examples of the magnetization pinning method include a method using a material having a sufficiently large anisotropic energy Ku for the pinned layer FP and a method of providing an antiferromagnetic layer AF between the pinned layer FP and the electrode EL. The width W FPX in the thin line direction of the fixed layer FP may be the same as or different from the widths of the electrode EL and the intermediate layer SP.

図2(a)及び(b)に示すように、記録層FFの細線方向の幅WFFXが固着層FPの細線方向の幅WFPXより大きいことからも分かるように、記録層FFの表面積は固着層FPの表面積より大きい。ここで、記録層FFのY方向の幅WFFYは、固着層FPのY方向の幅WFPYと同じでもよい(図2(a)参照)。また、記録層FFのY方向の幅WFFYは、固着層FPのY方向の幅WFPYと異なっていてもよく、固着層FPのY方向の幅WFPYより大きくても小さくてもよい(図2(b)参照)。 As shown in FIGS. 2A and 2B, as can be seen from the fact that the width W FFX in the fine line direction of the recording layer FF is larger than the width W FPX in the fine line direction of the fixed layer FP, the surface area of the recording layer FF is It is larger than the surface area of the fixing layer FP. Here, the width W FFY in the Y direction of the recording layer FF may be the same as the width W FPY in the Y direction of the fixed layer FP (see FIG. 2A). Further, the width W FFY in the Y direction of the recording layer FF may be different from the width W FPY in the Y direction of the fixed layer FP, and may be larger or smaller than the width W FPY in the Y direction of the fixed layer FP ( (Refer FIG.2 (b)).

尚、各層のサイズや各層に用いられる材料の詳細については、[1−6]で述べる。   Details of the size of each layer and the material used for each layer will be described in [1-6].

[1−2]書き込み方法
図1を参照して、本実施形態に係る磁気素子10におけるデータの書き込み方法(バイポーラ方式)について説明する。尚、電子e1、e2の流れる方向と電流の流れる方向とは勿論逆である。
[1-2] Writing Method A data writing method (bipolar method) in the magnetic element 10 according to the present embodiment will be described with reference to FIG. Of course, the direction in which the electrons e1 and e2 flow is opposite to the direction in which the current flows.

まず、記録層FF及び固着層FPの磁化を平行磁化配置にする場合は、次のように書き込みが行われる。電子e1が電極ELから固着層FPを通過し記録層FFに向かう方向に電流を流すことにより、固着層FPの磁化方向と平行な方向にスピン偏極した電子e1が中間層SPと記録層FFの界面を通じて記録層FFに流入する。その結果、記録層FF内の中間層SPとの界面近傍の一部の領域(記憶領域20)の磁化が、固着層FPの磁化と平行な方向を向く。   First, when the magnetizations of the recording layer FF and the pinned layer FP are arranged in parallel magnetization, writing is performed as follows. The electron e1 passes through the pinned layer FP from the electrode EL and a current flows in the direction toward the recording layer FF, so that the electron e1 spin-polarized in a direction parallel to the magnetization direction of the pinned layer FP becomes the intermediate layer SP and the recording layer FF. Flows into the recording layer FF through the interface. As a result, the magnetization of a partial region (storage region 20) in the vicinity of the interface with the intermediate layer SP in the recording layer FF faces a direction parallel to the magnetization of the fixed layer FP.

一方、記録層FF及び固着層FPの磁化を反平行磁化配置にする場合は、次のように書き込みが行われる。電子e2が記録層FFから固着層FPを通過し電極ELに向かう方向に電流を流すことにより、固着層FPの磁化方向と反平行な方向にスピン偏極した電子e2が記録層FFの磁化の一部に作用する。その結果、記録層FF内の中間層SPとの界面近傍の一部の領域(記憶領域20)の磁化が、固着層FPの磁化と反平行な方向を向く。   On the other hand, when the magnetizations of the recording layer FF and the pinned layer FP are arranged in an antiparallel magnetization arrangement, writing is performed as follows. The electron e2 passes through the pinned layer FP from the recording layer FF and a current flows in the direction toward the electrode EL, so that the electron e2 spin-polarized in a direction antiparallel to the magnetization direction of the pinned layer FP becomes the magnetization of the recording layer FF. Act on some. As a result, the magnetization of a partial region (storage region 20) in the vicinity of the interface with the intermediate layer SP in the recording layer FF faces in a direction antiparallel to the magnetization of the fixed layer FP.

以上述べたように、記録層FF内に磁化が可変な記憶領域20が存在し、この記憶領域20の磁化方向は電流を流す方向に応じた方向を向く。従って、平行磁化配置及び反平行磁化配置の状態を“1”、“0”のそれぞれに規定することで、磁気素子10の1個の記憶領域20に1ビットのデータを書き込むことが可能である。   As described above, the storage area 20 with variable magnetization exists in the recording layer FF, and the magnetization direction of the storage area 20 is in a direction corresponding to the direction in which current flows. Therefore, it is possible to write 1-bit data in one storage area 20 of the magnetic element 10 by defining the states of the parallel magnetization arrangement and the antiparallel magnetization arrangement as “1” and “0”, respectively. .

[1−3]読み出し方法
図1を参照して、本実施形態に係る磁気素子10におけるデータの読み出し方法について説明する。
[1-3] Reading Method A data reading method in the magnetic element 10 according to the present embodiment will be described with reference to FIG.

電極ELと記録層FFの間に電流を流した際の電気抵抗は、固着層FPの磁化方向と記録層FF内の磁化可変領域(記憶領域20)の磁化方向との相対角度によって変化する。これは、いわゆるトンネル磁気抵抗(TMR:Tunneling Magneto Resistive)効果として知られている現象である。磁気素子10におけるデータの読み出しは、この抵抗の差異を検出することにより行われる。   The electric resistance when a current is passed between the electrode EL and the recording layer FF varies depending on the relative angle between the magnetization direction of the fixed layer FP and the magnetization direction of the magnetization variable region (storage region 20) in the recording layer FF. This is a phenomenon known as a so-called tunneling magnetoresistive (TMR) effect. Data reading in the magnetic element 10 is performed by detecting the difference in resistance.

電流を流す方向は、電子e1が電極ELから固着層FPを通過し記録層FFに向かう方向とすることも、逆に、電子e2が記録層FFから固着層FPを通過し電極ELに向かう方向とすることもできる。   The direction in which the current flows is the direction in which the electrons e1 pass from the electrode EL through the fixed layer FP and go to the recording layer FF. Conversely, the direction of the electrons e2 from the recording layer FF passes through the fixed layer FP and goes to the electrode EL. It can also be.

但し、電流の大きさがある閾値を越えると、記憶領域20の磁化方向が変化し、書き込みが行われる。このため、読み出し電流の大きさは、この閾値よりも小さい値とすることにより、読み出しと書き込みが同時に行われてしまうのを防止することができる。   However, when the magnitude of the current exceeds a certain threshold value, the magnetization direction of the storage area 20 changes and writing is performed. For this reason, it is possible to prevent reading and writing from being performed simultaneously by setting the magnitude of the reading current to a value smaller than this threshold value.

また、電流の大きさが別のある閾値を越えると、記録層FF内で記憶領域20を囲む磁壁の位置が電子の流れる方向に移動する。このため、読み出し電流の大きさは、この閾値よりも小さい値とすることにより、この磁壁移動の現象が起こるのを防止することができる。   When the current exceeds a certain threshold value, the position of the domain wall surrounding the storage area 20 in the recording layer FF moves in the direction in which electrons flow. For this reason, by setting the magnitude of the read current to a value smaller than this threshold value, it is possible to prevent this domain wall movement phenomenon from occurring.

尚、記憶領域20の磁化方向による電気抵抗の差異の検出は、公知の回路技術を用いて行うことができる。   The detection of the difference in electrical resistance depending on the magnetization direction of the storage area 20 can be performed using a known circuit technique.

[1−4]磁化方向
本実施形態に係る磁気素子10において、固着層FPの磁化及び記録層FF内の記憶領域20の磁化の安定方向は、特に限定されず、例えば以下のような方向に設定されている。
[1-4] Magnetization direction In the magnetic element 10 according to the present embodiment, the stable direction of the magnetization of the fixed layer FP and the magnetization of the storage region 20 in the recording layer FF is not particularly limited, and for example, in the following direction: Is set.

図3(a)及び(b)は、本発明の第1の実施形態に係る磁気素子の磁化方向を模式的に示す図である。例えば、固着層FPの磁化及び記録層FF内の記憶領域20の磁化は、膜面に対して平行な方向(X方向)に配向されていてもよいし(図3(a)参照)、膜面に対して垂直な方向(Z方向)に配向されていてもよい(図3(b)参照)。図3(b)のように磁化が膜面に対して垂直に配向する場合は、熱に対する安定性に優れるため、磁気素子10の微細化に有利である。   3A and 3B are diagrams schematically showing the magnetization direction of the magnetic element according to the first embodiment of the present invention. For example, the magnetization of the pinned layer FP and the magnetization of the storage region 20 in the recording layer FF may be oriented in a direction parallel to the film surface (X direction) (see FIG. 3A). It may be oriented in a direction perpendicular to the surface (Z direction) (see FIG. 3B). When the magnetization is oriented perpendicularly to the film surface as shown in FIG. 3B, it is excellent in thermal stability, which is advantageous for miniaturization of the magnetic element 10.

[1−5]構造の変形例
本実施形態に係る磁気素子10は、図1に示す構造に限定されず、例えば次のような構造に変形することが可能である。
[1-5] Modified Example of Structure The magnetic element 10 according to the present embodiment is not limited to the structure shown in FIG. 1 and can be modified to the following structure, for example.

固着層FP及び記録層FFは、強磁性サブレイヤーを2層以上含み、非磁性サブレイヤーを0層以上含む多層構造とすることもできる。すなわち、固着層FP及び記録層FFは、強磁性層/強磁性層/強磁性層のような複数の強磁性層からなる多層膜で形成されてもよいし、強磁性層/非磁性層/強磁性層からなる多層膜で2つの強磁性層が強磁性結合又は反強磁性結合した構造でもよい。   The fixed layer FP and the recording layer FF may have a multilayer structure including two or more ferromagnetic sublayers and zero or more nonmagnetic sublayers. That is, the fixed layer FP and the recording layer FF may be formed of a multilayer film including a plurality of ferromagnetic layers such as a ferromagnetic layer / ferromagnetic layer / ferromagnetic layer, or a ferromagnetic layer / non-magnetic layer / A structure in which two ferromagnetic layers are ferromagnetically coupled or antiferromagnetically coupled may be a multilayer film composed of ferromagnetic layers.

図4に示すように、中間層SPは、固着層FPと同じ形状にすることに限定されず、記録層FFと同じ細線形状にしてもよい。   As shown in FIG. 4, the intermediate layer SP is not limited to the same shape as the fixed layer FP, and may be the same thin line shape as the recording layer FF.

図5に示すように、記録層FFの記憶領域20の周辺に括れ部21を設けてもよい。このように細線形状の記録層FF内に括れ部21を設けると、括れ部21の位置の前後での磁化方向の空間変化が生じにくくなる。このため、この様な構造を導入することは、記憶領域20の境界を確定することになり望ましい。尚、ここではXZ面内の括れの一例を図示したが、図示するような括れた形状に限定されず、細線形状の記録層FF内に何らかの凹凸を設ければよい。また、図5と同じような形状の括れ部をXY面内での括れとして設けることも可能である。   As shown in FIG. 5, a constricted portion 21 may be provided around the storage area 20 of the recording layer FF. When the constricted portion 21 is provided in the thin-line-shaped recording layer FF as described above, it is difficult to cause a spatial change in the magnetization direction before and after the position of the constricted portion 21. For this reason, it is desirable to introduce such a structure because the boundary of the storage area 20 is determined. Although an example of the narrowing in the XZ plane is shown here, the present invention is not limited to the narrowed shape as illustrated, and any irregularities may be provided in the thin line-shaped recording layer FF. Further, it is possible to provide a constricted portion having the same shape as in FIG. 5 as a constriction in the XY plane.

[1−6]各層の材料及び膜厚
本実施形態に係る磁気素子10の各層の構成材料について説明する。
[1-6] Material and Film Thickness of Each Layer The constituent material of each layer of the magnetic element 10 according to this embodiment will be described.

(A)磁性層
記録層FFに用いる導電性の磁性材料として、Co、Fe、Ni、又はこれらを含む合金を用いることができる。また、記録層FFの厚さは、強磁性を維持し、磁化が変化可能であるという理由から、0.2nm以上50nm以下の範囲内とすることが望ましい。
(A) Magnetic layer As the conductive magnetic material used for the recording layer FF, Co, Fe, Ni, or an alloy containing these can be used. In addition, the thickness of the recording layer FF is preferably in the range of 0.2 nm to 50 nm because the ferromagnetism is maintained and the magnetization can be changed.

固着層FPには、Co、Fe、Ni、又はこれらを含む合金を用いることができる。固着層FPの厚さは、強磁性を維持し、製造上のコストを大きくしないために、0.6nm以上100nm以下の範囲内とすることが望ましい。尚、固着層FPの磁化を安定的に固着しておくために、固着層FPは記録層FFより膜厚を厚くするとよい。   Co, Fe, Ni, or an alloy containing these can be used for the fixed layer FP. The thickness of the pinned layer FP is preferably in the range of 0.6 nm to 100 nm in order to maintain ferromagnetism and not increase the manufacturing cost. In order to stably fix the magnetization of the fixed layer FP, the fixed layer FP is preferably thicker than the recording layer FF.

固着層FPの材料のスピン分極率が高い方が固着層FPと記録層FFの間に垂直に電流を流したときの磁化反転効率が高くなり、書き込み電流を小さくすることができるので好ましい。また、このとき、MR(Magneto Resistive)比が大きくなり、読み出しが容易になるという利点もある。従って、ハーフメタルと呼ばれる高スピン分極率材料は、固着層FPの材料として理想的である。ハーフメタルの例として、ホイスラー系合金、ルチル型酸化物、スピネル型酸化物、ペロブスカイト型酸化物、二重ペロブスカイト型酸化物、閃亜鉛鉱型クロム化合物、パイライト型マンガン化合物、センダスト合金が含まれる。   It is preferable that the material of the pinned layer FP has a higher spin polarizability because the magnetization reversal efficiency when a current is allowed to flow vertically between the pinned layer FP and the recording layer FF increases, and the write current can be reduced. At this time, there is also an advantage that MR (Magneto Resistive) ratio is increased and reading is facilitated. Therefore, a high spin polarizability material called half metal is ideal as a material for the pinned layer FP. Examples of half metals include Heusler alloys, rutile oxides, spinel oxides, perovskite oxides, double perovskite oxides, zinc blende chromium compounds, pyrite manganese compounds, and sendust alloys.

固着層FP及び記録層FFに用いられる磁性体には、Ag、Cu、Au、Al、Mg、Si、Bi、Ta、B、C、O、N、Pd、Pt、Zr、Ir、W、Mo、Nb、Hなどの非磁性元素を添加して、磁気特性を調節したり、その他、結晶性、機械的特性、化学的特性などの各種物性を調節したりすることができる。   Magnetic materials used for the pinned layer FP and the recording layer FF include Ag, Cu, Au, Al, Mg, Si, Bi, Ta, B, C, O, N, Pd, Pt, Zr, Ir, W, and Mo. , Nb, H, and other nonmagnetic elements can be added to adjust the magnetic properties and to adjust various physical properties such as crystallinity, mechanical properties, and chemical properties.

固着層FP及び記録層FFの少なくとも一方が多層膜構造を有する場合、この多層膜構造を構成する非磁性サブレイヤーの材料として、Cu、Au、Ag、Ru、Ir、Os、あるいは、これらのいずれか一種以上を含む合金を用いることができる。   When at least one of the fixed layer FP and the recording layer FF has a multilayer film structure, Cu, Au, Ag, Ru, Ir, Os, or any of these can be used as a material for the nonmagnetic sublayer constituting the multilayer film structure. Or an alloy containing one or more of them can be used.

固着層FPの磁化を固着させるために反強磁性層AFを用いた場合、この反強磁性層AFの材料としては、Fe−Mn、Pt−Mn、Pt−Cr−Mn、Ni−Mn、Pd−Mn、Pd−Pt−Mn、Ir−Mn、Pt−Ir−Mn、NiO、Fe23、磁性半導体などを用いることが望ましい。 When the antiferromagnetic layer AF is used to fix the magnetization of the pinned layer FP, the material of the antiferromagnetic layer AF is Fe-Mn, Pt-Mn, Pt-Cr-Mn, Ni-Mn, Pd. It is desirable to use —Mn, Pd—Pt—Mn, Ir—Mn, Pt—Ir—Mn, NiO, Fe 2 O 3 , a magnetic semiconductor, or the like.

固着層FP及び記録層FFの磁化方向を膜面に対して垂直方向に向ける場合(図3(b))は、磁気異方性エネルギー密度Kuが大きく、垂直磁気異方性を示すFePt、CoPt、FePd、CoPdなどを用いることが望ましい。また、hcp構造(最密六方構造)の結晶構造を持ち、垂直磁気異方性を示す磁性材料を用いることもできる。このような磁性材料としては、Coを主成分とする金属を含むものが代表的であるが、他のhcp構造を有する金属を用いることもできる。その他、希土類元素と鉄族遷移元素との合金で、垂直磁気異方性を示す材料を用いることもできる。具体的には、GdFe、GdFeCo、TbFe、TbFeCo、DyFe、DyFeCoなどが挙げられる。   When the magnetization directions of the pinned layer FP and the recording layer FF are oriented perpendicular to the film surface (FIG. 3B), the magnetic anisotropy energy density Ku is large, and FePt, CoPt exhibiting perpendicular magnetic anisotropy. It is desirable to use FePd, CoPd, or the like. In addition, a magnetic material having a crystal structure of hcp structure (close-packed hexagonal structure) and showing perpendicular magnetic anisotropy can be used. As such a magnetic material, a material containing a metal containing Co as a main component is typical, but other metals having an hcp structure can also be used. In addition, a material exhibiting perpendicular magnetic anisotropy that is an alloy of a rare earth element and an iron group transition element can also be used. Specific examples include GdFe, GdFeCo, TbFe, TbFeCo, DyFe, DyFeCo, and the like.

(B)非磁性層
中間層SPは、非導電性材料からなる。すなわち、中間層SPの材料としては、絶縁体又は半導体を用いることが望ましい。
(B) Nonmagnetic layer The intermediate layer SP is made of a nonconductive material. That is, it is desirable to use an insulator or a semiconductor as the material of the intermediate layer SP.

中間層SPの材料として絶縁体を用いる場合は、例えば、Al23(酸化アルミニウム)、SiO2(酸化シリコン)、MgO(酸化マグネシウム)、AlN(窒化アルミニウム)、Bi23(酸化ビスマス)、MgF2(フッ化マグネシウム)、CaF2(フッ化カルシウム)、SrTiO2(酸化チタン・ストロンチウム)、AlLaO3(酸化ランタン・アルミニウム)、Al−N−O(酸化窒化アルミニウム)、Si−N−Oなどを用いることができる。 When an insulator is used as the material of the intermediate layer SP, for example, Al 2 O 3 (aluminum oxide), SiO 2 (silicon oxide), MgO (magnesium oxide), AlN (aluminum nitride), Bi 2 O 3 (bismuth oxide) ), MgF 2 (magnesium fluoride), CaF 2 (calcium fluoride), SrTiO 2 (titanium oxide / strontium), AlLaO 3 (lanthanum oxide / aluminum oxide), Al—N—O (aluminum oxynitride), Si—N -O or the like can be used.

中間層SPの材料として半導体を用いる場合は、例えば、ZnO、InMn、GaN、GaAs、TiO2、Zn、Te、又はそれらに遷移金属がドープされたものなどを用いることができる。 When a semiconductor is used as the material of the intermediate layer SP, for example, ZnO, InMn, GaN, GaAs, TiO 2 , Zn, Te, or those doped with a transition metal can be used.

絶縁体又は半導体からなる中間層SPの上述する化合物材料は、化学量論的にみて完全に正確な組成である必要はなく、酸素、窒素、フッ素などの欠損、あるいは過不足が存在していてもよい。   The above-described compound material of the intermediate layer SP made of an insulator or a semiconductor does not need to have a completely accurate composition in terms of stoichiometry, and there is a deficiency or excess or deficiency of oxygen, nitrogen, fluorine, or the like. Also good.

絶縁体又は半導体からなる中間層SPの厚さは、トンネル障壁を維持しながら、十分な大きさのトンネル電流を流すため、0.2nm以上5nm以下の範囲内とすることが望ましい。   The thickness of the intermediate layer SP made of an insulator or a semiconductor is preferably in the range of not less than 0.2 nm and not more than 5 nm in order to allow a sufficiently large tunnel current to flow while maintaining the tunnel barrier.

[1−7]実施例
本実施形態の実施例として、図1の構造に反強磁性層AFが追加された以下の構造及び材料を持つ磁気記録素子を作製した。
[1-7] Example As an example of the present embodiment, a magnetic recording element having the following structure and material in which an antiferromagnetic layer AF was added to the structure of FIG. 1 was manufactured.

上部電極EL1(Cu)/反強磁性層AF(PtMn:15nm)/固着層FP(CoFe:12nm)/中間層SP(MgO:0.8nm)/記録層FF(FeNi:3nm)
まず、ウェーハの上方に下地層が形成される。次に、超高真空スパッタ装置を使ってSiO2膜が成膜される。そして、このSiO2膜上にEB(Electron Beam)レジストを塗布してEB露光が行われる。これにより、記録層FFの細線形状に応じたマスクが形成される。次に、イオンエッチングによりマスクに被覆されない領域のSiO2膜がエッチングされる。その結果、記録層FFを形成するための細線溝が形成される。この記録層FFの細線幅は50nmである。エッチング後、マスクが剥離される。次に、超高真空スパッタ装置を使って細線溝にFeNiを充填することにより、記録層FFが形成される。この後、イオンミリングによってFeNi表面の平滑化が行われる。次に、超高真空スパッタ装置を使って、中間層SP、固着層FP、反強磁性層AFからなる積層構造が記録層FFの上に形成され、さらに、この積層構造の上に保護膜が形成される。各層の成膜時には、その層を構成する材料からなるターゲットを用いた。この膜に対し、上と同様にEBを用いて、中間層SP、固着層FP、反強磁性層AFを100nm×50nmのドット形状に加工する。さらに、中間層SP、固着層FP、反強磁性層AFの間隙にSiO2膜が超高真空スパッタ装置を用いて成膜される。その後、SiO2膜の表面はイオンミリングにより平滑化され、保護膜の表面を露出させる「頭出し」が行われる。この保護膜の表面の上に上部電極EL1が形成される。このウェーハを磁場中真空炉にて、270℃で約10時間、磁場中アニールして磁性層に一方向異方性が付与される。
Upper electrode EL1 (Cu) / antiferromagnetic layer AF (PtMn: 15 nm) / fixed layer FP (CoFe: 12 nm) / intermediate layer SP (MgO: 0.8 nm) / recording layer FF (FeNi: 3 nm)
First, a base layer is formed above the wafer. Next, an SiO 2 film is formed using an ultrahigh vacuum sputtering apparatus. Then, an EB (Electron Beam) resist is applied on the SiO 2 film and EB exposure is performed. Thereby, a mask corresponding to the thin line shape of the recording layer FF is formed. Next, the SiO 2 film in the region not covered with the mask is etched by ion etching. As a result, a fine line groove for forming the recording layer FF is formed. The thin line width of the recording layer FF is 50 nm. After etching, the mask is peeled off. Next, the recording layer FF is formed by filling the fine wire groove with FeNi using an ultra-high vacuum sputtering apparatus. Thereafter, the FeNi surface is smoothed by ion milling. Next, using an ultra-high vacuum sputtering apparatus, a laminated structure including the intermediate layer SP, the fixed layer FP, and the antiferromagnetic layer AF is formed on the recording layer FF, and a protective film is further formed on the laminated structure. It is formed. When forming each layer, a target made of a material constituting the layer was used. For this film, the intermediate layer SP, the fixed layer FP, and the antiferromagnetic layer AF are processed into a dot shape of 100 nm × 50 nm using EB in the same manner as above. Further, a SiO 2 film is formed in the gap between the intermediate layer SP, the fixed layer FP, and the antiferromagnetic layer AF using an ultrahigh vacuum sputtering apparatus. Thereafter, the surface of the SiO 2 film is smoothed by ion milling, and “cueing” is performed to expose the surface of the protective film. An upper electrode EL1 is formed on the surface of the protective film. The wafer is annealed in a magnetic field in a magnetic field vacuum furnace at 270 ° C. for about 10 hours to impart unidirectional anisotropy to the magnetic layer.

以上の工程により作製した磁気記録素子について、上部電極EL1と記録層FFの間に電流を流し、磁気記録素子の抵抗値を測定した。電流を−10mAから+10mAの範囲で掃引したときの抵抗値の変化はヒステリシスを示し、電流の閾値が正負でそれぞれ1個ずつ存在した。すなわち電流を流す方向に応じて磁化可変領域(記憶領域20)の磁化方向が変化したことに対応する。   About the magnetic recording element produced by the above process, the electric current was sent between upper electrode EL1 and the recording layer FF, and the resistance value of the magnetic recording element was measured. When the current was swept in the range of −10 mA to +10 mA, the change in resistance value showed hysteresis, and the current threshold value was positive and negative, and there was one each. That is, this corresponds to the change in the magnetization direction of the magnetization variable region (storage region 20) in accordance with the direction in which the current flows.

[1−8]効果
以上のように、本発明の第1の実施形態の磁気素子10によれば、記録層FFを細線形状に加工すればよいため、従来のような均一なドット形状の微細加工を必要としない。このため、このような従来の磁気素子に比べて、素子特性のばらつきを低減した磁気素子10を作製することが容易になる。
[1-8] Effect As described above, according to the magnetic element 10 of the first embodiment of the present invention, the recording layer FF may be processed into a thin line shape. No processing is required. For this reason, it becomes easier to manufacture the magnetic element 10 with reduced variations in element characteristics as compared with such a conventional magnetic element.

[2]第2の実施形態
[2−1]構造
図6(a)及び(b)は、本発明の第2の実施形態に係る磁気素子の断面構造を模式的に示す図である。ここで、図6(a)は磁化方向被設定領域30及び固着層FPの磁化配置が反平行である反平行型を示し、図6(b)は磁化方向被設定領域30及び固着層FPの磁化配置が平行である平行型を示す。以下に、本発明の第2の実施形態に係る磁気素子の構造について説明する。
[2] Second Embodiment [2-1] Structure FIGS. 6A and 6B are views schematically showing a cross-sectional structure of a magnetic element according to a second embodiment of the present invention. 6A shows an antiparallel type in which the magnetization arrangement of the magnetization direction setting region 30 and the fixed layer FP is antiparallel, and FIG. 6B shows the magnetization direction setting region 30 and the fixed layer FP. A parallel type in which the magnetization arrangement is parallel is shown. The structure of the magnetic element according to the second embodiment of the present invention will be described below.

図6(a)及び(b)に示すように、第2の実施形態に係る磁気素子10は、第1の実施形態と同様の構造に加え、記録層FFの記憶領域20とは異なる領域に磁化方向被設定領域30を有し、この磁化方向被設定領域30の磁化方向を制御する磁化方向設定機構40をさらに備えている。磁化方向被設定領域30は、磁化方向被設定領域30の磁化制御の際に記憶領域20に影響を及ぼさない程度に、記憶領域20と離れていればよい。   As shown in FIGS. 6A and 6B, the magnetic element 10 according to the second embodiment has a structure different from that of the storage area 20 of the recording layer FF in addition to the same structure as that of the first embodiment. A magnetization direction setting region 30 is provided, and a magnetization direction setting mechanism 40 that controls the magnetization direction of the magnetization direction setting region 30 is further provided. The magnetization direction setting area 30 may be separated from the storage area 20 to the extent that the magnetization direction setting area 30 does not affect the storage area 20 when the magnetization control of the magnetization direction setting area 30 is performed.

ここで、図6(a)の反平行型の場合、磁化方向被設定領域30の磁化方向は、磁化方向設定機構40により、固着層FPの磁化方向に対して反平行となるように設定されている。一方、図6(b)の平行型の場合、磁化方向被設定領域30の磁化方向は、磁化方向設定機構40により、固着層FPの磁化方向に対して平行となるように設定されている。   Here, in the case of the antiparallel type in FIG. 6A, the magnetization direction of the magnetization direction setting region 30 is set by the magnetization direction setting mechanism 40 so as to be antiparallel to the magnetization direction of the pinned layer FP. ing. On the other hand, in the parallel type of FIG. 6B, the magnetization direction of the magnetization direction setting region 30 is set by the magnetization direction setting mechanism 40 so as to be parallel to the magnetization direction of the fixed layer FP.

[2−2]磁化方向設定機構の例
磁化方向設定機構40は、例えば以下のような機構とすることができる。
[2-2] Example of Magnetization Direction Setting Mechanism The magnetization direction setting mechanism 40 can be, for example, the following mechanism.

(A)第1の例:磁気的結合タイプ
磁化方向設定機構40の第1の例は、磁性体の層間交換結合を利用した磁気的結合タイプの例である。
(A) First Example: Magnetic Coupling Type A first example of the magnetization direction setting mechanism 40 is an example of a magnetic coupling type using interlayer exchange coupling of a magnetic material.

図7(a)及び(b)は、本発明の第2の実施形態に係る磁化方向設定機構の第1の例(磁気的結合タイプ)を説明するための図を示す。以下に、磁気的結合タイプの磁化方向設定機構について説明する。   FIGS. 7A and 7B are views for explaining a first example (magnetic coupling type) of the magnetization direction setting mechanism according to the second embodiment of the present invention. A magnetic coupling type magnetization direction setting mechanism will be described below.

図7(a)及び(b)に示すように、磁気的結合タイプにおいて、磁化方向設定機構40は、非磁性層N、強磁性層F、反強磁性層AFで構成されている。ここで、記録層FFの磁化方向被設定領域30に対向して強磁性層Fが配置され、この強磁性層Fと磁化方向被設定領域30の間に非磁性層Nが設けられている。さらに、強磁性層Fの磁化を固着させるための反強磁性層AFが設けられている。   As shown in FIGS. 7A and 7B, in the magnetic coupling type, the magnetization direction setting mechanism 40 includes a nonmagnetic layer N, a ferromagnetic layer F, and an antiferromagnetic layer AF. Here, the ferromagnetic layer F is disposed opposite to the magnetization direction setting region 30 of the recording layer FF, and the nonmagnetic layer N is provided between the ferromagnetic layer F and the magnetization direction setting region 30. Further, an antiferromagnetic layer AF for fixing the magnetization of the ferromagnetic layer F is provided.

このような磁気結合タイプにおいて、磁化方向被設定領域30の磁化の制御は次のように行われる。まず、強磁性層Fの磁化方向は、反強磁性層AFと強磁性層Fとの間の交換結合により、第1の方向(本図の場合、紙面の右向き)に固着される。記録層FFの磁化方向被設定領域30の磁化方向は、強磁性層Fと記録層FFとの間の交換結合により、第1の方向に対して反平行又は平行な方向に設定される。   In such a magnetic coupling type, the magnetization control of the magnetization direction set region 30 is performed as follows. First, the magnetization direction of the ferromagnetic layer F is fixed in the first direction (in the case of this figure, rightward in the drawing) by exchange coupling between the antiferromagnetic layer AF and the ferromagnetic layer F. Magnetization direction of the recording layer FF The magnetization direction of the set region 30 is set to be antiparallel or parallel to the first direction by exchange coupling between the ferromagnetic layer F and the recording layer FF.

ここで、一般に、非磁性層を介した2つの磁性層の間の交換結合は、図8に示すような磁性層間の距離(非磁性層の厚さ)に対して振動的な性質を持つ。   Here, in general, exchange coupling between two magnetic layers via a nonmagnetic layer has a vibration property with respect to the distance between the magnetic layers (thickness of the nonmagnetic layer) as shown in FIG.

例えば、記録層FFと強磁性層Fとの間に挟まれる非磁性層Nの厚みをt1とすれば、結合定数が負、つまり、反強磁性的な結合が実現することになる。よって、このとき、図7(a)に示すように、磁化方向被設定領域30の磁化方向は、強磁性層Fの磁化方向に対して反平行な方向に設定される。尚、この場合、磁化方向被設定領域30の磁化方向は固着層FPの磁化に対して反平行となるため、図6(a)に示す反平行型となる。   For example, if the thickness of the nonmagnetic layer N sandwiched between the recording layer FF and the ferromagnetic layer F is t1, the coupling constant is negative, that is, antiferromagnetic coupling is realized. Therefore, at this time, as shown in FIG. 7A, the magnetization direction of the magnetization direction set region 30 is set to a direction antiparallel to the magnetization direction of the ferromagnetic layer F. In this case, since the magnetization direction of the magnetization direction setting region 30 is antiparallel to the magnetization of the pinned layer FP, the antiparallel type shown in FIG.

また、記録層FFと強磁性層Fとの間に挟まれる非磁性層Nの厚みをt2とすれば、結合定数が正、つまり、強磁性的な結合が実現することになる。よって、このとき、図7(b)に示すように、磁化方向被設定領域30の磁化方向は、強磁性層Fの磁化方向に対して平行な方向に設定される。尚、この場合、磁化方向被設定領域30の磁化方向は固着層FPの磁化に対して平行となるため、図6(b)に示す平行型となる。   If the thickness of the nonmagnetic layer N sandwiched between the recording layer FF and the ferromagnetic layer F is t2, the coupling constant is positive, that is, ferromagnetic coupling is realized. Therefore, at this time, as shown in FIG. 7B, the magnetization direction of the magnetization direction setting region 30 is set in a direction parallel to the magnetization direction of the ferromagnetic layer F. In this case, since the magnetization direction of the magnetization direction setting region 30 is parallel to the magnetization of the pinned layer FP, the parallel type shown in FIG.

尚、磁化方向設定機構40において、多層膜を用い、反強磁性結合と強磁性結合とを組み合わせることも可能である。   In the magnetization direction setting mechanism 40, a multilayer film can be used to combine antiferromagnetic coupling and ferromagnetic coupling.

(B)第2の例:電流磁界タイプ
磁化方向設定機構40の第2の例は、電流により発生する磁界を利用した電流磁界タイプの例である。
(B) 2nd example: Current magnetic field type The 2nd example of the magnetization direction setting mechanism 40 is an example of the current magnetic field type using the magnetic field which generate | occur | produces with an electric current.

図9(a)及び(b)は、本発明の第2の実施形態に係る磁化方向設定機構の第2の例(電流磁界タイプ)を説明するための図を示す。以下に、電流磁界タイプの磁化方向設定機構について説明する。   FIGS. 9A and 9B are views for explaining a second example (current magnetic field type) of the magnetization direction setting mechanism according to the second embodiment of the present invention. The current magnetic field type magnetization direction setting mechanism will be described below.

図9(a)及び(b)に示すように、電流磁界タイプにおいて、磁化方向設定機構40は、記録層FFと絶縁して設けられた配線Mで構成されている。この配線Mは、磁化方向被設定領域30の近傍に磁化方向設定領域30と対向して設けられている。   As shown in FIGS. 9A and 9B, in the current magnetic field type, the magnetization direction setting mechanism 40 includes a wiring M provided so as to be insulated from the recording layer FF. The wiring M is provided in the vicinity of the magnetization direction setting region 30 so as to face the magnetization direction setting region 30.

このような電流磁界タイプにおいて、磁化方向被設定領域30の磁化の制御は次のように行われる。まず、配線M中に電流Iを流す。配線Mに電流が流れると、その周囲に磁界Hが発生し、この磁界Hの作用を受けて磁化方向被設定領域30の磁化方向が設定される。   In such a current magnetic field type, the magnetization control of the magnetization direction set region 30 is performed as follows. First, a current I is passed through the wiring M. When a current flows through the wiring M, a magnetic field H is generated around it, and the magnetization direction of the magnetization direction setting region 30 is set by the action of the magnetic field H.

ここで、磁化方向被設定領域30の磁化方向は、配線Mに流す電流Iの方向に応じて決まる。例えば、図9(a)及び(b)に示したように、磁化方向被設定領域30の上部に配線Mが配置されている場合には、次のようになる。   Here, the magnetization direction of the magnetization direction setting region 30 is determined according to the direction of the current I flowing through the wiring M. For example, as shown in FIGS. 9A and 9B, when the wiring M is arranged above the magnetization direction set region 30, the following is performed.

図9(a)に示すように、紙面の手前から奥に向かう方向に電流Iを流すと、時計回りに磁界Hが発生し、磁化方向被設定領域30の磁化方向は紙面の左向きに設定される。尚、この場合、磁化方向被設定領域30の磁化方向は固着層FPの磁化に対して反平行となるため、図6(a)に示す反平行型となる。   As shown in FIG. 9A, when a current I is passed in the direction from the front to the back of the paper, a magnetic field H is generated clockwise, and the magnetization direction of the magnetization direction setting region 30 is set to the left of the paper. The In this case, since the magnetization direction of the magnetization direction setting region 30 is antiparallel to the magnetization of the pinned layer FP, the antiparallel type shown in FIG.

図9(b)に示すように、紙面の奥から手前に向かう方向に電流Iを流すと、反時計回りに磁界Hが発生し、磁化方向被設定領域30の磁化方向は紙面の右向きに設定される。尚、この場合、磁化方向被設定領域30の磁化方向は固着層FPの磁化に対して平行となるため、図6(b)に示す平行型となる。   As shown in FIG. 9B, when a current I is passed in the direction from the back to the front of the paper, a magnetic field H is generated counterclockwise, and the magnetization direction of the magnetization direction setting region 30 is set to the right of the paper. Is done. In this case, since the magnetization direction of the magnetization direction setting region 30 is parallel to the magnetization of the pinned layer FP, the parallel type shown in FIG.

尚、電流Iにより発生する磁場Hを効率的に磁化方向被設定領域30に集中させるために、配線Mの磁化方向被設定領域30と対向する面以外をヨーク層で囲んだヨーク構造を採用してもよい。前記ヨーク層は、例えば絶縁性又は導電性の磁性層からなる。絶縁性の磁性層の材料としては、例えば、絶縁性のフェライトや、(Fe、Co)−(B、Si、Hf、Zr、Sm、Ta、Al)−(F、O、N)系などの金属−非金属ナノグラニュラー膜等があげられる。具体的に、絶縁性のフェライトは、例えば、Mn−Zn−フェライト、Ni−Zn−フェライト、MnFeO、CuFeO、FeO、NiFeOのうち少なくとも1つ以上の材料からなる。導電性の磁性層の材料としては、例えば、Ni−Fe合金、Co−Fe合金、Co−Fe−Ni合金、Co−(Zr、Hf、Nb、Ta、Ti)系のアモルファス材料、(Co、Fe、Ni)−(Si、B)−(P、Al、Mo、Nb、Mn)系のアモルファス材料があげられる。尚、前記ヨーク層は、上述する材料には限定されず、種々変更可能である。   In order to efficiently concentrate the magnetic field H generated by the current I in the magnetization direction setting region 30, a yoke structure in which a portion other than the surface facing the magnetization direction setting region 30 of the wiring M is surrounded by a yoke layer is employed. May be. The yoke layer is made of, for example, an insulating or conductive magnetic layer. As a material of the insulating magnetic layer, for example, insulating ferrite, (Fe, Co)-(B, Si, Hf, Zr, Sm, Ta, Al)-(F, O, N), etc. Examples thereof include metal-nonmetal nano granular films. Specifically, the insulating ferrite is made of, for example, at least one material of Mn—Zn—ferrite, Ni—Zn—ferrite, MnFeO, CuFeO, FeO, and NiFeO. Examples of the material for the conductive magnetic layer include a Ni—Fe alloy, a Co—Fe alloy, a Co—Fe—Ni alloy, a Co— (Zr, Hf, Nb, Ta, Ti) -based amorphous material, (Co, Fe, Ni)-(Si, B)-(P, Al, Mo, Nb, Mn) -based amorphous materials. The yoke layer is not limited to the materials described above, and can be variously changed.

また、配線Mは、磁化方向被設定領域30の下方に配置してもよい。この場合、電流Iの流す方向と磁化方向被設定領域30の磁化方向との関係は、図9(a)及び(b)とは逆になり、紙面の手前から奥に向かう方向に電流Iを流すと、磁化方向被設定領域30の磁化方向は紙面の右向きに設定され、紙面の奥から手前に向かう方向に電流Iを流すと、磁化方向被設定領域30の磁化方向は紙面の左向きに設定される。   Further, the wiring M may be arranged below the magnetization direction set region 30. In this case, the relationship between the direction in which the current I flows and the magnetization direction of the magnetization direction set region 30 is opposite to that in FIGS. 9A and 9B, and the current I is applied in the direction from the front of the paper to the back. When flowing, the magnetization direction of the magnetization direction setting region 30 is set to the right side of the drawing, and when the current I is passed in the direction from the back to the front of the drawing, the magnetization direction of the magnetization direction setting region 30 is set to the left of the drawing. Is done.

(C)第3の例:スピントランスファタイプ
磁化方向設定機構40の第3の例は、膜面垂直に電流を流しスピン偏極した電子を磁化に作用させるスピン注入書き込みを利用したスピントランスファタイプの例である。
(C) Third Example: Spin Transfer Type A third example of the magnetization direction setting mechanism 40 is a spin transfer type using spin injection writing in which a current flows perpendicularly to the film surface and spin-polarized electrons act on the magnetization. It is an example.

図10(a)及び(b)、図11(a)及び(b)は、本発明の第2の実施形態に係る磁化方向設定機構の第3の例(スピントランスファタイプ)を説明するための図を示す。以下に、スピントランスファタイプの磁化方向設定機構について説明する。   FIGS. 10A and 10B, FIGS. 11A and 11B are views for explaining a third example (spin transfer type) of the magnetization direction setting mechanism according to the second embodiment of the present invention. The figure is shown. Hereinafter, a spin transfer type magnetization direction setting mechanism will be described.

図10(a)及び(b)、図11(a)及び(b)に示すように、スピントランスファタイプでは、磁化方向被設定領域30が直接あるいは間接的に2つの電極ELa,ELbとそれぞれ接続されている。つまり、2つの電極ELa,ELbのうち少なくとも一方と磁化方向被設定領域30の間には強磁性層と非磁性層をそれぞれ1層以上有する多層膜が挟まれており、磁化方向被設定領域30には非磁性層が直接接続されている。この非磁性層の厚みは、スピン拡散長より小さい。   As shown in FIGS. 10A and 10B and FIGS. 11A and 11B, in the spin transfer type, the magnetization direction set region 30 is directly or indirectly connected to the two electrodes ELa and ELb, respectively. Has been. That is, a multilayer film having at least one ferromagnetic layer and one nonmagnetic layer is sandwiched between at least one of the two electrodes ELa and ELb and the magnetization direction setting region 30, and the magnetization direction setting region 30. A nonmagnetic layer is directly connected to. The thickness of this nonmagnetic layer is smaller than the spin diffusion length.

ここで、図10(a)及び(b)に示すシングル構造の場合、磁化方向設定機構40は、非磁性層N、強磁性層F、電極ELa,ELbで構成されている。そして、記録層FFの磁化方向被設定領域30の上面に非磁性層N、強磁性層F、電極ELaが順に接続され、磁化方向被設定領域30の下面に電極ELbが接続されている。   Here, in the case of the single structure shown in FIGS. 10A and 10B, the magnetization direction setting mechanism 40 includes a nonmagnetic layer N, a ferromagnetic layer F, and electrodes ELa and ELb. The nonmagnetic layer N, the ferromagnetic layer F, and the electrode ELa are sequentially connected to the upper surface of the magnetization direction setting region 30 of the recording layer FF, and the electrode ELb is connected to the lower surface of the magnetization direction setting region 30.

図11(a)及び(b)に示すデュアル構造の場合、磁化方向設定機構40は、非磁性層N1,N2、強磁性層F1,F2、電極ELa,ELbで構成されている。そして、記録層FFの磁化方向被設定領域30の上面に非磁性層N1、強磁性層F1、電極ELaが順に接続され、磁化方向被設定領域30の下面に非磁性層N2、強磁性層F2、電極ELbが順に接続されている。強磁性層F1,F2の磁化は反平行に配置されている。   In the dual structure shown in FIGS. 11A and 11B, the magnetization direction setting mechanism 40 includes nonmagnetic layers N1 and N2, ferromagnetic layers F1 and F2, and electrodes ELa and ELb. Then, the nonmagnetic layer N1, the ferromagnetic layer F1, and the electrode ELa are sequentially connected to the upper surface of the magnetization direction setting region 30 of the recording layer FF, and the nonmagnetic layer N2 and the ferromagnetic layer F2 are connected to the lower surface of the magnetization direction setting region 30. The electrodes ELb are connected in order. The magnetizations of the ferromagnetic layers F1, F2 are arranged antiparallel.

このようなスピントランスファタイプでは、磁化方向被設定領域30の磁化の制御は次のように行われる。   In such a spin transfer type, the magnetization control of the magnetization direction setting region 30 is performed as follows.

まず、図10(a)及び(b)を参照して、シングル構造の場合について説明する。   First, the case of a single structure will be described with reference to FIGS.

図10(a)に示すように、磁化方向被設定領域30の磁化を強磁性層Fの磁化に対して反平行磁化配置にする場合は、次のように書き込みが行われる。電子e2が磁化方向被設定領域30から強磁性層Fを通過し電極ELaに向かう方向に電流を流す。これにより、スピンフィルタ効果によって強磁性層Fの磁化方向に反平行な方向にスピン偏極した電子e2が、磁化方向被設定領域30の磁化に作用する。その結果、磁化方向被設定領域30の磁化が強磁性層Fと反平行な方向を向く。尚、この場合、磁化方向被設定領域30の磁化方向は固着層FPの磁化に対して反平行となるため、図6(a)に示す反平行型となる。   As shown in FIG. 10A, when the magnetization of the magnetization direction setting region 30 is arranged in an antiparallel magnetization arrangement with respect to the magnetization of the ferromagnetic layer F, writing is performed as follows. The electron e2 passes a current in a direction from the magnetization direction setting region 30 through the ferromagnetic layer F toward the electrode ELa. Thereby, the electrons e2 spin-polarized in a direction antiparallel to the magnetization direction of the ferromagnetic layer F by the spin filter effect act on the magnetization of the magnetization direction setting region 30. As a result, the magnetization of the magnetization direction setting region 30 faces in a direction antiparallel to the ferromagnetic layer F. In this case, since the magnetization direction of the magnetization direction setting region 30 is antiparallel to the magnetization of the pinned layer FP, the antiparallel type shown in FIG.

一方、図10(b)に示すように、磁化方向被設定領域30の磁化を強磁性層Fの磁化に対して平行磁化配置にする場合は、次のように書き込みが行われる。電子e1が電極ELaから強磁性層Fを通過し磁化方向被設定領域30に向かう方向に電流を流す。これにより、スピンフィルタ効果によって強磁性層Fの磁化方向と平行な方向にスピン偏極した電子e1が、非磁性層Nと磁化方向被設定領域30の界面を通じて磁化方向被設定領域30に流入する。その結果、磁化方向被設定領域30の磁化が強磁性層Fと平行な方向を向く。尚、この場合、磁化方向被設定領域30の磁化方向は固着層FPの磁化に対して平行となるため、図6(b)に示す平行型となる。   On the other hand, as shown in FIG. 10B, when the magnetization of the magnetization direction set region 30 is arranged parallel to the magnetization of the ferromagnetic layer F, writing is performed as follows. The electrons e1 pass a current in a direction from the electrode ELa through the ferromagnetic layer F toward the magnetization direction setting region 30. Thereby, electrons e1 spin-polarized in a direction parallel to the magnetization direction of the ferromagnetic layer F by the spin filter effect flow into the magnetization direction setting region 30 through the interface between the nonmagnetic layer N and the magnetization direction setting region 30. . As a result, the magnetization of the magnetization direction setting region 30 is directed in a direction parallel to the ferromagnetic layer F. In this case, since the magnetization direction of the magnetization direction setting region 30 is parallel to the magnetization of the pinned layer FP, the parallel type shown in FIG.

以上述べたように、2つの電極ELa,ELb間に電流を流すことにより、磁化方向被設定領域30の磁化は、強磁性層Fを通過あるいは反射してスピンフィルタ効果によりスピン偏極した電流からスピントランスファトルクを受け、流される電流の向きに応じた方向を向く。   As described above, by passing a current between the two electrodes ELa and ELb, the magnetization of the magnetization direction setting region 30 passes from or reflects through the ferromagnetic layer F and is spin-polarized by a spin filter effect. It receives the spin transfer torque and turns in the direction according to the direction of the flowing current.

次に、図11(a)及び(b)を参照して、デュアル構造の場合について説明する。   Next, the case of the dual structure will be described with reference to FIGS. 11 (a) and 11 (b).

図11(a)に示すように、磁化方向被設定領域30の磁化を強磁性層F1の磁化に対して反平行磁化配置にする場合は、次のように書き込みが行われる。電子e2が強磁性層F2から強磁性層F1を通過し電極ELaに向かう方向に電流を流す。これにより、スピンフィルタ効果によって強磁性層F1の磁化方向に反平行な方向にスピン偏極した電子e2が、磁化方向被設定領域30の磁化に作用する。その結果、磁化方向被設定領域30の磁化が強磁性層F1と反平行な方向を向く。尚、この場合、磁化方向被設定領域30の磁化方向は固着層FPの磁化に対して反平行となるため、図6(a)に示す反平行型となる。   As shown in FIG. 11A, when the magnetization of the magnetization direction setting region 30 is arranged in an antiparallel magnetization arrangement with respect to the magnetization of the ferromagnetic layer F1, writing is performed as follows. The electron e2 passes a current in a direction from the ferromagnetic layer F2 through the ferromagnetic layer F1 toward the electrode ELa. Thereby, the electrons e2 spin-polarized in a direction antiparallel to the magnetization direction of the ferromagnetic layer F1 by the spin filter effect act on the magnetization of the magnetization direction setting region 30. As a result, the magnetization of the magnetization direction setting region 30 faces in a direction antiparallel to the ferromagnetic layer F1. In this case, since the magnetization direction of the magnetization direction setting region 30 is antiparallel to the magnetization of the pinned layer FP, the antiparallel type shown in FIG.

一方、図11(b)に示すように、磁化方向被設定領域30の磁化を強磁性層F1の磁化に対して平行磁化配置にする場合は、次のように書き込みが行われる。電子e1が電極ELaから強磁性層F1を通過し磁化方向被設定領域30に向かう方向に電流を流す。これにより、スピンフィルタ効果によって強磁性層F1の磁化方向と平行な方向にスピン偏極した電子e1が、非磁性層Nと磁化方向被設定領域30の界面を通じて磁化方向被設定領域30に流入する。さらに、磁化方向被設定領域30を通過して強磁性層F2と磁化方向被設定領域30の界面で反射されたスピン偏極した電子e1が、磁化方向被設定領域30の磁化に作用する。その結果、磁化方向被設定領域30の磁化が強磁性層Fと平行な方向を向く。尚、この場合、磁化方向被設定領域30の磁化方向は固着層FPの磁化に対して平行となるため、図6(b)に示す平行型となる。   On the other hand, as shown in FIG. 11B, when the magnetization of the magnetization direction setting region 30 is arranged parallel to the magnetization of the ferromagnetic layer F1, writing is performed as follows. The electron e1 passes a current in a direction from the electrode ELa to the magnetization direction setting region 30 through the ferromagnetic layer F1. Thereby, electrons e1 spin-polarized in a direction parallel to the magnetization direction of the ferromagnetic layer F1 by the spin filter effect flow into the magnetization direction setting region 30 through the interface between the nonmagnetic layer N and the magnetization direction setting region 30. . Furthermore, spin-polarized electrons e 1 that have passed through the magnetization direction setting region 30 and reflected at the interface between the ferromagnetic layer F 2 and the magnetization direction setting region 30 act on the magnetization of the magnetization direction setting region 30. As a result, the magnetization of the magnetization direction setting region 30 is directed in a direction parallel to the ferromagnetic layer F. In this case, since the magnetization direction of the magnetization direction setting region 30 is parallel to the magnetization of the pinned layer FP, the parallel type shown in FIG.

以上述べたように、2つの電極ELa,ELb間に電流を流すことにより、磁化方向被設定領域30の磁化は、強磁性層F1,F2を通過あるいは反射してスピンフィルタ効果によりスピン偏極した電流からスピントランスファトルクを受け、流される電流の向きに応じた方向を向く。   As described above, by passing a current between the two electrodes ELa and ELb, the magnetization of the magnetization direction setting region 30 passes or reflects through the ferromagnetic layers F1 and F2 and is spin-polarized by the spin filter effect. It receives the spin transfer torque from the current and turns in the direction according to the direction of the flowing current.

尚、デュアル構造では、強磁性層F1,F2の磁化方向が反平行になるように固着することで、シングル構造と比べて、磁化方向被設定領域30の磁化方向を変化させるのに必要な電流を2分の1以下にできるという利点がある。   Incidentally, in the dual structure, the current required for changing the magnetization direction of the magnetization direction set region 30 as compared with the single structure by fixing the magnetization directions of the ferromagnetic layers F1 and F2 to be antiparallel. There is an advantage that can be reduced to half or less.

[2−3]書き込み方法
図6(a)及び(b)を参照して、本素子におけるデータの書き込み方法(ユニポーラ方式)について説明する。
[2-3] Writing Method With reference to FIGS. 6A and 6B, a data writing method (unipolar method) in this element will be described.

(A)反平行型
図6(a)を参照して、磁化方向被設定領域30の磁化方向が固着層FPの磁化方向に対して反平行に設定された反平行型の書き込み方法について説明する。
(A) Anti-Parallel Type With reference to FIG. 6A, an anti-parallel type writing method in which the magnetization direction of the magnetization direction setting region 30 is set anti-parallel to the magnetization direction of the fixed layer FP will be described. .

まず、記憶領域20の磁化方向を固着層FPの磁化方向に対して平行磁化配置にする場合、第1の実施形態と同様の方法を用いる。つまり、電子e1が電極ELから固着層FPを通過し記録層FFに向かう方向に電流を流す。   First, when making the magnetization direction of the storage region 20 parallel to the magnetization direction of the pinned layer FP, the same method as in the first embodiment is used. That is, the electron e1 passes a current in a direction from the electrode EL to the recording layer FF through the fixed layer FP.

一方、記憶領域20の磁化方向を固着層FPの磁化方向に対して反平行磁化配置にする場合、第1の実施形態と異なる方法を用いる。まず、磁化方向被設定領域30の磁化方向を上述する磁化方向設定機構40を用いて固着層FPの磁化方向と反平行な方向に設定する。次に、電流を記録層FFの細線方向に流す。すなわち、電子e2を、磁壁を移動させたい方向(紙面の右方向)に流す。これにより、記録層FF内の記憶領域20を含む磁区の磁壁位置が紙面の右方向に移動する。その結果、磁化方向被設定領域30の磁化方向が記憶領域20の磁化に伝達され、記憶領域20の磁化方向が固着層FPの磁化方向に対して反平行の状態となる。このような状態となったら、電流を切り、磁壁の移動を停止させる。尚、細線形状の記録層FF内に上述する括れ部21(図5)のような凹凸があると、記憶領域20の位置で磁壁が停止しやすくなるため望ましい。   On the other hand, when the magnetization direction of the storage region 20 is antiparallel to the magnetization direction of the pinned layer FP, a method different from that of the first embodiment is used. First, the magnetization direction of the magnetization direction setting region 30 is set to a direction antiparallel to the magnetization direction of the pinned layer FP using the magnetization direction setting mechanism 40 described above. Next, a current is passed in the thin line direction of the recording layer FF. That is, the electrons e2 are caused to flow in the direction in which the domain wall is desired to move (the right direction on the page). As a result, the domain wall position of the magnetic domain including the storage area 20 in the recording layer FF moves to the right in the drawing. As a result, the magnetization direction of the magnetization direction setting region 30 is transmitted to the magnetization of the storage region 20, and the magnetization direction of the storage region 20 becomes antiparallel to the magnetization direction of the fixed layer FP. In such a state, the current is turned off to stop the domain wall movement. Note that it is preferable that the thin recording layer FF has irregularities such as the constricted portion 21 (FIG. 5) described above, because the domain wall tends to stop at the position of the storage area 20.

(B)平行型
図6(b)を参照して、磁化方向被設定領域30の磁化方向が固着層FPの磁化方向に対して平行に設定された平行型の書き込み方法について説明する。
(B) Parallel Type With reference to FIG. 6B, a parallel type writing method in which the magnetization direction of the magnetization direction setting region 30 is set parallel to the magnetization direction of the fixed layer FP will be described.

まず、記憶領域20の磁化方向を固着層FPの磁化方向に対して平行磁化配置にする場合、第1の実施形態と異なる方法を用いる。まず、磁化方向被設定領域30の磁化方向を上述する磁化方向設定機構40を用いて固着層FPの磁化方向と平行な方向に設定する。次に、電流を記録層FFの細線方向に流す。すなわち、電子e1を、磁壁を移動させたい方向(紙面の右方向)に流す。これにより、記録層FF内の記憶領域20を含む磁区の磁壁位置が紙面の右方向へ移動する。その結果、磁化方向被設定領域30の磁化方向が記憶領域20の磁化に伝達され、記憶領域20の磁化方向が固着層FPの磁化方向に対して平行の状態となる。このような状態となったら、電流を切り、磁壁の移動を停止させる。尚、細線形状の記録層FF内に上述する括れ部21(図5)のような凹凸があると、記憶領域20の位置で磁壁が停止しやすくなるため望ましい。   First, when making the magnetization direction of the storage region 20 parallel to the magnetization direction of the pinned layer FP, a method different from that of the first embodiment is used. First, the magnetization direction of the magnetization direction setting region 30 is set to a direction parallel to the magnetization direction of the pinned layer FP using the magnetization direction setting mechanism 40 described above. Next, a current is passed in the thin line direction of the recording layer FF. That is, the electrons e1 are caused to flow in the direction in which the domain wall is desired to move (the right direction on the page). As a result, the domain wall position of the magnetic domain including the storage area 20 in the recording layer FF moves to the right in the drawing. As a result, the magnetization direction of the magnetization direction setting region 30 is transmitted to the magnetization of the storage region 20, and the magnetization direction of the storage region 20 becomes parallel to the magnetization direction of the fixed layer FP. In such a state, the current is turned off to stop the domain wall movement. Note that it is preferable that the thin recording layer FF has irregularities such as the constricted portion 21 (FIG. 5) described above, because the domain wall tends to stop at the position of the storage area 20.

一方、記憶領域20の磁化方向を固着層FPの磁化方向に対して反平行磁化配置にする場合、第1の実施形態と同様の方法を用いる。つまり、電子e2が記録層FFから固着層FPを通過し電極ELに向かう方向に電流を流す。   On the other hand, when the magnetization direction of the storage region 20 is antiparallel to the magnetization direction of the pinned layer FP, the same method as in the first embodiment is used. That is, the electron e2 passes a current from the recording layer FF to the electrode EL through the fixed layer FP.

[2−4]読み出し方法
第2の実施形態におけるデータの読み出し方法は、第1の実施形態と同様の方法で行われる。
[2-4] Reading Method The data reading method in the second embodiment is performed in the same manner as in the first embodiment.

[2−5]効果
以上のように、本発明の第2の実施形態の磁気素子10によれば、上記第1の実施形態と同様の効果が得られる。さらに、第2の実施形態の場合、記録層FF内に磁化方向被設定領域30を設け、磁壁移動による磁化方向の制御を行っている。このため、記録層FFと固着層FPとの間に流す電流を一方向のみにすることができるので、この電流を流すための選択スイッチング素子としてトランジスタよりも小面積のダイオードなどを利用できる。
[2-5] Effects As described above, according to the magnetic element 10 of the second embodiment of the present invention, the same effects as those of the first embodiment can be obtained. Furthermore, in the case of the second embodiment, the magnetization direction setting region 30 is provided in the recording layer FF, and the magnetization direction is controlled by the domain wall movement. For this reason, the current flowing between the recording layer FF and the fixed layer FP can be made only in one direction, so that a diode having a smaller area than the transistor can be used as a selective switching element for flowing this current.

尚、第2の実施形態においても、第1の実施形態で述べた[1−4]磁化方向、[1−5]構造の変形例、[1−6]各層の材料及び膜厚等の内容を適用することは可能である。   Also in the second embodiment, the contents such as [1-4] magnetization direction, [1-5] structure modification described in the first embodiment, [1-6] material and film thickness of each layer, etc. It is possible to apply

[3]第3の実施形態
上述した磁気素子10を多数並べ、特定の磁気素子10を選択して書き込み及び読み出し動作を行うことができるようにすることで、磁気記録装置とすることも可能である。ここでは、この磁気記録装置の実施例について説明する。
[3] Third Embodiment By arranging a large number of the above-described magnetic elements 10 and selecting a specific magnetic element 10 so that writing and reading operations can be performed, a magnetic recording apparatus can be obtained. is there. Here, an embodiment of the magnetic recording apparatus will be described.

[3−1]実施例3−1
実施例3−1は、上述した第1の実施形態に係る磁気素子10を用いた場合の磁気記録装置の例である。
[3-1] Example 3-1
Example 3-1 is an example of a magnetic recording apparatus using the magnetic element 10 according to the first embodiment described above.

図12(a)及び(b)は、本発明の第3の実施形態に係る磁気記録装置の実施例3−1の構造を模式的に示す図である。以下、実施例3−1について説明する。   12A and 12B are views schematically showing the structure of Example 3-1 of the magnetic recording apparatus according to the third embodiment of the present invention. Hereinafter, Example 3-1 will be described.

図12(a)及び(b)に示すように、磁気記録装置100は、1つの細線形状の記録層FF上に中間層SP−n、固着層FP−n、電極EL−nの積層構造が複数個配置され、複数の磁気素子10−nで1つの記録層FFを共有している(n=1,2,3,…)。記録層FF内には、各中間層SP−nと接する界面近傍の領域に記憶領域20−nが設けられている。尚、中間層SPは、磁気素子10−n毎に分離されていてもよいし(図12(a))、複数の磁気素子10−nで共有してもよい(図12(b))。   As shown in FIGS. 12A and 12B, the magnetic recording apparatus 100 has a laminated structure of an intermediate layer SP-n, a fixed layer FP-n, and an electrode EL-n on one thin-line-shaped recording layer FF. A plurality of magnetic elements 10-n share one recording layer FF (n = 1, 2, 3,...). In the recording layer FF, a storage area 20-n is provided in an area near the interface in contact with each intermediate layer SP-n. The intermediate layer SP may be separated for each magnetic element 10-n (FIG. 12A), or may be shared by a plurality of magnetic elements 10-n (FIG. 12B).

この実施例3−1に係る磁気記録装置100の書き込み及び読み出し方法は、第1の実施形態の項で述べた方法に準じる。   The writing and reading methods of the magnetic recording apparatus 100 according to Example 3-1 are based on the method described in the section of the first embodiment.

書き込み方法は、電極EL−nに選択トランジスタ(図示せず)をそれぞれ接続し、このトランジスタにより選択された電極EL−nと記録層FF−nの間に電流を流せば、選択された電極EL−nと固着層FP−n、中間層SP−nを介して接する記憶領域20−nのみを選択的に書き込むことが可能である。   In the writing method, a selection transistor (not shown) is connected to the electrode EL-n, and a current is passed between the electrode EL-n selected by the transistor and the recording layer FF-n. It is possible to selectively write only the storage area 20-n in contact with −n through the fixed layer FP-n and the intermediate layer SP-n.

また、読み出し方法も同様に、選択された電極EL−nと記録層FF−nの間に電流を流すことにより行われる。第1の実施形態の項で述べたように、格納されたデータは、電気抵抗の値の違いとして読み出すが、この電気抵抗の値に最も大きな寄与をするのは、中間層SP−nの電気抵抗である。従って、記録層FF−n内の磁気構造の詳細に影響されず、所望のビットデータのみを検出することが可能である。   Similarly, the reading method is performed by passing a current between the selected electrode EL-n and the recording layer FF-n. As described in the section of the first embodiment, the stored data is read out as a difference in electric resistance value. The largest contribution to the electric resistance value is the electric power of the intermediate layer SP-n. Resistance. Therefore, it is possible to detect only desired bit data without being affected by the details of the magnetic structure in the recording layer FF-n.

但し、図12(b)に示すような中間層SPを分離しない構造の場合には、記録再生の対象となる記憶領域(20−1とする)とそれに対応する電極(EL−1とする)の間に流れる電流が、隣接する他の記憶領域(20−2とする)と電極EL−1の間に流れる電流よりも大きい必要がある。このため、中間層SP−nの膜厚は、隣接する固着層FP−nの間隔に比べて薄くする必要があり、10分の1以下とするのが望ましい。   However, in the case of a structure in which the intermediate layer SP is not separated as shown in FIG. 12B, the storage area (20-1) to be recorded and reproduced and the corresponding electrode (EL-1). Must be larger than the current flowing between another adjacent storage area (referred to as 20-2) and the electrode EL-1. For this reason, the film thickness of the intermediate layer SP-n needs to be thinner than the interval between the adjacent fixed layers FP-n, and is desirably set to 1/10 or less.

以上のように、実施例3−1では、各記憶領域20−nの磁化方向を独立に制御、保持することができるため、1個の記憶領域20−nにつき1ビットのデータを記録、格納できる。従って、1つの細線形状の記録層FFに中間層SP、固着層FP、電極ELのセットがn個接続されている場合、記録層FF内にn個の記憶領域20が存在し、nビットのデータを記憶する磁気記録装置100として用いることができる。   As described above, in Example 3-1, since the magnetization direction of each storage area 20-n can be controlled and held independently, 1-bit data is recorded and stored in each storage area 20-n. it can. Therefore, when n sets of intermediate layers SP, fixed layers FP, and electrodes EL are connected to one thin-line-shaped recording layer FF, n storage areas 20 exist in the recording layer FF, and n bits of It can be used as a magnetic recording apparatus 100 that stores data.

[3−2]実施例3−2
実施例3−2は、上述した第2の実施形態に係る磁気素子10を用いた場合の磁気記録装置の例である。
[3-2] Example 3-2
Example 3-2 is an example of a magnetic recording apparatus using the magnetic element 10 according to the second embodiment described above.

図13(a)及び(b)は、本発明の第3の実施形態に係る磁気記録装置の実施例3−2の構造を模式的に示す図である。以下、実施例3−2について説明する。   FIGS. 13A and 13B are views schematically showing the structure of Example 3-2 of the magnetic recording apparatus according to the third embodiment of the present invention. Hereinafter, Example 3-2 will be described.

図13(a)及び(b)に示すように、実施例3−2では、実施例3−1の構造に加えて、第2の実施形態と同様の磁化方向設定機構40及び磁化方向被設定領域30が設けられている。尚、中間層SPは、磁気素子10−n毎に分離されていてもよいし(図13(a))、複数の磁気素子10−nで共有してもよい(図13(b))。   As shown in FIGS. 13A and 13B, in Example 3-2, in addition to the structure of Example 3-1, the magnetization direction setting mechanism 40 and the magnetization direction setting are the same as those in the second embodiment. Region 30 is provided. The intermediate layer SP may be separated for each magnetic element 10-n (FIG. 13A), or may be shared by a plurality of magnetic elements 10-n (FIG. 13B).

この実施例3−2に係る磁気記録装置100の書き込み及び読み出し方法は、第2の実施形態の項で述べた方法に準じる。   The writing and reading methods of the magnetic recording apparatus 100 according to Example 3-2 are based on the method described in the section of the second embodiment.

この装置の書き込みの方法の典型例として、まず、データの一括上書きを行い、次に、データの書き込みを行う方法がある。第1段階のデータの一括上書きは、磁化方向設定機構40を用いて磁化方向被設定領域30の磁化方向を設定し、記録層FFの細線方向に電流を流して磁壁位置を移動させることにより、すべての記憶領域20−nの磁化方向を磁化方向被設定領域30の磁化方向と同じ方向とすることで行われる。第2段階のデータの書き込みは、磁化方向被設定領域30の磁化方向に対して反平行の磁化方向に変化させたい記憶領域20−nを選択して、これに対応する電極EL−nを選択トランジスタ(図示せず)により選択して、電極EL−nと記録層FF−nの間に電流を流すことにより行われる。   As a typical example of the writing method of this apparatus, there is a method in which data is overwritten first and then data is written. Batch overwriting of the first stage data is performed by setting the magnetization direction of the magnetization direction set region 30 using the magnetization direction setting mechanism 40, and moving the domain wall position by passing a current in the thin line direction of the recording layer FF. This is done by setting the magnetization direction of all the storage areas 20-n to the same direction as the magnetization direction of the magnetization direction setting area 30. In the second stage of data writing, the storage region 20-n to be changed in the magnetization direction antiparallel to the magnetization direction of the magnetization direction setting region 30 is selected, and the corresponding electrode EL-n is selected. This is performed by selecting a transistor (not shown) and passing a current between the electrode EL-n and the recording layer FF-n.

また、読み出し方法については、図12(a)及び(b)の構造を持つ磁気記録装置100と同様に、選択された電極EL−nと記録層FF−nの間に電流を流すことにより行われる。   As for the reading method, as in the magnetic recording device 100 having the structure of FIGS. 12A and 12B, a current is passed between the selected electrode EL-n and the recording layer FF-n. Is called.

[3−3]効果
以上のように、本発明の第3の実施形態によれば、素子特性のばらつきを低減した磁気素子10を作製することが容易となり、この磁気素子10を用いて集積化と安定動作を両立する磁気記憶装置100を提供することができる。
[3-3] Effect As described above, according to the third embodiment of the present invention, it is easy to manufacture the magnetic element 10 with reduced variations in element characteristics, and integration is performed using the magnetic element 10. And a magnetic storage device 100 that achieves both stable operation and stable operation.

[4]第4の実施形態
第3の実施形態の磁気記録装置100を複数個並べ、一部を共有化して用いることにより、集積度の高い磁気ランダムアクセスメモリ(MRAM:Magnetic Random Access Memory)のような磁気記録装置を構成することができる。以下、実施例を挙げながらこの実施形態について説明する。
[4] Fourth Embodiment By arranging a plurality of magnetic recording devices 100 of the third embodiment and sharing a part thereof, a highly integrated magnetic random access memory (MRAM) can be obtained. Such a magnetic recording apparatus can be configured. Hereinafter, this embodiment will be described with reference to examples.

[4−1]実施例4−1
図14は、本発明の第4の実施形態に係る磁気記録装置の実施例4−1の構造を模式的に示す図である。以下、実施例4−1について説明する。
[4-1] Example 4-1
FIG. 14 is a diagram schematically showing the structure of Example 4-1 of the magnetic recording apparatus according to the fourth embodiment of the present invention. Hereinafter, Example 4-1 will be described.

実施例4−1では、第3の実施形態の磁気記録装置100[1],100[2],…,100[m](m≧1)を用いて構成されている。この例では、各磁気記録装置100[i](1≦i≦m)に含まれる記録層FF[i]の細線方向が互いに平行になるように配置されている。なお、第3の実施形態の磁気記録装置100として、第3の実施形態の項で述べたいずれの構造を用いることも可能である。   In Example 4-1, the magnetic recording device 100 [1], 100 [2],..., 100 [m] (m ≧ 1) of the third embodiment is used. In this example, the recording layers FF [i] included in each magnetic recording device 100 [i] (1 ≦ i ≦ m) are arranged so that the thin line directions are parallel to each other. In addition, as the magnetic recording apparatus 100 of the third embodiment, any structure described in the section of the third embodiment can be used.

各磁気記録装置100[i](i=1,…,m)内には、相互に分離された固着層FPがn個含まれており、端からj(j=1,…,n)番目の固着層FPをそれぞれFP[i,j]と称す。固着層FP[i,j]に接続される電極をEL[i,j]とし、固着層FP[i,j]に接続される中間層をSP[i,j](分離されていない場合はSP[i])とする。   Each magnetic recording device 100 [i] (i = 1,..., M) includes n pinned layers FP separated from each other, and is j (j = 1,..., N) th from the end. Each of the fixed layers FP is referred to as FP [i, j]. The electrode connected to the fixed layer FP [i, j] is EL [i, j], and the intermediate layer connected to the fixed layer FP [i, j] is SP [i, j] (if not separated) SP [i]).

磁気記録装置100[i]が図12(a)及び図13(a)のように中間層SPが分離されている構造を持つ場合、電極EL[i,j]、電極FP[i,j]、中間層SP[i,j]のセットのことを以下では磁気素子R[i,j]と呼び、記録層FF[i]のことを以下では配線WL[i]と呼ぶ。一方、磁気記録装置100[i]が図12(b)及び図13(b)のように中間層SPが分離されていない構造を持つ場合、電極EL[i,j]、電極FP[i,j]のセットのことを磁気素子R[i,j]と呼び、記録層FF[i]と中間層SP[i]のセットのことを以下では配線WL[i]と呼ぶ。   When the magnetic recording device 100 [i] has a structure in which the intermediate layer SP is separated as shown in FIGS. 12A and 13A, the electrode EL [i, j] and the electrode FP [i, j] The set of intermediate layers SP [i, j] is hereinafter referred to as a magnetic element R [i, j], and the recording layer FF [i] is hereinafter referred to as a wiring WL [i]. On the other hand, when the magnetic recording device 100 [i] has a structure in which the intermediate layer SP is not separated as shown in FIGS. 12B and 13B, the electrode EL [i, j] and the electrode FP [i, j] is called a magnetic element R [i, j], and a set of the recording layer FF [i] and the intermediate layer SP [i] is hereinafter called a wiring WL [i].

異なるi、同じjに属する磁気素子R[i,j]は、選択トランジスタTr[i,j]を介して共通の配線BL[j]に接続されている。選択トランジスタTr[i,j]において、電流経路の一端は磁気素子R[i,j]に接続され、電流経路の他端は接地端子又は電源端子に接続され、ゲートは配線BL[j]に接続されている。また、メモリセルアレイMCAの外部に各配線を選択するデコーダ、読み出し回路等の周辺回路Sが、各配線に接続されている。これらは公知技術を用いて構成することができる。   Magnetic elements R [i, j] belonging to different i and same j are connected to a common wiring BL [j] via a selection transistor Tr [i, j]. In the selection transistor Tr [i, j], one end of the current path is connected to the magnetic element R [i, j], the other end of the current path is connected to the ground terminal or the power supply terminal, and the gate is connected to the wiring BL [j]. It is connected. In addition, a peripheral circuit S such as a decoder and a read circuit for selecting each wiring is connected to each wiring outside the memory cell array MCA. These can be configured using known techniques.

書き込み時には、まず、外部からのアドレス信号に応じたアドレスを有する配線BLを選択することにより選択トランジスタTrがオンとされる。次いで、この磁気素子Rと接続された配線WLに電流Iwを流すことにより、記録が行われる。   At the time of writing, first, the selection transistor Tr is turned on by selecting a wiring BL having an address corresponding to an address signal from the outside. Next, recording is performed by causing a current Iw to flow through the wiring WL connected to the magnetic element R.

読み出し時には、記録時と同じく、配線WLと配線BLを1本ずつ選択し、これらの間に電流Isを流すことにより行われる。電流値Isは、Iwより小さくなければならない。その他の制限については、上記各実施形態の項で述べたとおりである。   At the time of reading, as with recording, the wiring WL and the wiring BL are selected one by one and the current Is is passed between them. The current value Is must be smaller than Iw. Other restrictions are as described in the above embodiments.

[4−2]実施例4−2
上述した実施例4−1における選択トランジスタTrは省略することが可能である。このような実施例では、トランジスタTrの面積を確保する必要がないため、高密度に記憶素子を集積化させることができるという利点を持つ。但し、記録再生対象の記憶領域20以外の記憶領域20を経由する電流(いわゆる回り込み電流)により、SN比が損なわれることが問題になる場合がある。
[4-2] Example 4-2
The selection transistor Tr in Example 4-1 described above can be omitted. Such an embodiment has an advantage that storage elements can be integrated at high density because it is not necessary to ensure the area of the transistor Tr. However, there may be a problem that the S / N ratio is impaired by a current (so-called sneak current) passing through the storage area 20 other than the storage area 20 to be recorded and reproduced.

そこで、実施例4−2では、選択トランジスタTrに代わる小面積のスイッチング素子として、例えば、ダイオードDを用いる。ダイオードDはトランジスタTrに比べて構造が単純であり、かつ必要とする面積が小さくて済むことから、高集積化に有利である。   Therefore, in Example 4-2, for example, a diode D is used as a small-area switching element instead of the selection transistor Tr. The diode D has a simple structure compared to the transistor Tr and requires a small area, which is advantageous for high integration.

図15は、本発明の第4の実施形態に係る磁気記録装置の実施例4−2の構造を模式的に示す図である。以下、実施例4−2について説明する。   FIG. 15 is a diagram schematically showing the structure of Example 4-2 of the magnetic recording apparatus according to the fourth embodiment of the invention. Hereinafter, Example 4-2 will be described.

実施例4−2では、第3の実施形態で述べた全ての磁気記録装置100を用いることができる。尚、図13(a)及び(b)に示す磁気記録装置100を用いた場合は、電極ELと記録層FFの間に電流を流す向きが予め定められた一方向であるため、この方向がダイオードDの順方向と一致するように構成すれば良い。このとき、回り込み電流は、ダイオードDの整流作用によって抑制され、結果として、高集積化とSN比の確保が両立される。   In Example 4-2, all the magnetic recording apparatuses 100 described in the third embodiment can be used. When the magnetic recording device 100 shown in FIGS. 13A and 13B is used, the direction in which current flows between the electrode EL and the recording layer FF is a predetermined direction. What is necessary is just to comprise so that it may correspond with the forward direction of the diode D. FIG. At this time, the sneak current is suppressed by the rectifying action of the diode D, and as a result, both high integration and securing of the SN ratio are compatible.

[4−3]効果
以上のように、本発明の第4の実施形態によれば、上記第3の実施形態と同様の効果を得ることができる。第4の実施形態は、高集積化に適した実施形態である。
[4-3] Effects As described above, according to the fourth embodiment of the present invention, the same effects as those of the third embodiment can be obtained. The fourth embodiment is an embodiment suitable for high integration.

[5]その他
以上、具体例を参照しつつ、本発明の実施の形態について説明した。しかし、本発明は、これらの具体例に限定されるものではない。例えば、磁気素子を構成する各要素の具体的な寸法関係や材料、その他、電極、パッシベーション、絶縁構造などの形状や材質に関しては、当業者が公知の範囲から適宜選択することにより本発明を同様に実施し、同様の効果を得ることができる限り、本発明の範囲に包含される。
[5] Others Embodiments of the present invention have been described above with reference to specific examples. However, the present invention is not limited to these specific examples. For example, regarding the specific dimensional relationship and materials of each element constituting the magnetic element, and other shapes and materials such as electrodes, passivation, and insulation structure, those skilled in the art can appropriately select the present invention by appropriately selecting from a known range. As long as the same effect can be obtained, it is included in the scope of the present invention.

また、本発明の磁気素子において、各実施形態の各項で示した図を上下反転させた構造とすることができる。   In the magnetic element of the present invention, the structure shown in each section of each embodiment can be turned upside down.

また、磁気素子における反強磁性層、中間層、絶縁層などの構成要素は、それぞれ、単層として形成しても良く、あるいは、2以上の層を積層した構造としても良い。   In addition, each component of the magnetic element such as an antiferromagnetic layer, an intermediate layer, and an insulating layer may be formed as a single layer, or may have a structure in which two or more layers are stacked.

その他、本発明の実施の形態として上述した磁気素子や磁気記録装置を基にして、当業者が適宜設計変更して実施しうる全ての磁気素子、磁気記録装置も、本発明の要旨を包含する限り、本発明の範囲に属する。   In addition, all magnetic elements and magnetic recording devices that can be implemented by those skilled in the art based on the magnetic elements and magnetic recording devices described above as embodiments of the present invention also include the gist of the present invention. As long as it belongs to the scope of the present invention.

その他、本発明の思想の範疇において、当業者であれば、各種の変更例及び修正例に想到し得るものであり、それら変更例及び修正例についても本発明の範囲に属するものと了解される。   In addition, in the category of the idea of the present invention, those skilled in the art can conceive various changes and modifications, and it is understood that these changes and modifications also belong to the scope of the present invention. .

本発明の第1の実施形態に係る磁気素子の断面構造を模式的に示す図。The figure which shows typically the cross-section of the magnetic element which concerns on the 1st Embodiment of this invention. 本発明の第1の実施形態に係る磁気素子の平面構造を模式的に示す図であり、図2(a)は記録層の幅WFFYが固着層の幅WFPYと等しい場合の図、図2(b)は記録層の幅WFFYが固着層の幅WFPYより大きい場合の図。The planar structure of the magnetic element according to a first embodiment of the present invention is a diagram schematically showing, FIG. 2 (a) illustrates a case width W FFY recording layer is equal to the width W FPY pinned layer, FIG. FIG. 2B is a diagram when the width W FFY of the recording layer is larger than the width W FPY of the fixed layer. 本発明の第1の実施形態に係る磁気素子の磁化方向を模式的に示す図であり、図3(a)は平行磁化型の図、図3(b)は垂直磁化型の図。3A and 3B are diagrams schematically showing the magnetization direction of the magnetic element according to the first embodiment of the present invention, in which FIG. 3A is a diagram of a parallel magnetization type, and FIG. 3B is a diagram of a perpendicular magnetization type. 本発明の第1の実施形態に係る磁気素子の変形例の断面構造を模式的に示す図。The figure which shows typically the cross-section of the modification of the magnetic element which concerns on the 1st Embodiment of this invention. 本発明の第1の実施形態に係る磁気素子の変形例の断面構造を模式的に示す図。The figure which shows typically the cross-section of the modification of the magnetic element which concerns on the 1st Embodiment of this invention. 本発明の第2の実施形態に係る磁気素子の断面構造を模式的に示す図であり、図6(a)は反平行型の図、図6(b)平行型の図。It is a figure which shows typically the cross-section of the magnetic element which concerns on the 2nd Embodiment of this invention, Fig.6 (a) is a figure of an antiparallel type, FIG.6 (b) is a figure of a parallel type. 本発明の第2の実施形態に係る磁化方向設定機構の第1の例(磁気的結合タイプ)を説明するための図であり、図7(a)は反平行型の図、図7(b)は平行型の図。It is a figure for demonstrating the 1st example (magnetic coupling type) of the magnetization direction setting mechanism based on the 2nd Embodiment of this invention, Fig.7 (a) is an antiparallel type figure, FIG.7 (b) ) Is a parallel figure. 本発明の第2の実施形態に係る磁化方向設定機構の第1の例において、非磁性層の厚さとこの非磁性層を挟む2つの強磁性層間の結合力との関係を示す図。The figure which shows the relationship between the thickness of a nonmagnetic layer, and the coupling force between two ferromagnetic layers which pinch | interpose this nonmagnetic layer in the 1st example of the magnetization direction setting mechanism which concerns on the 2nd Embodiment of this invention. 本発明の第2の実施形態に係る磁化方向設定機構の第2の例(電流磁界タイプ)を説明するための図であり、図9(a)は反平行型の図、図9(b)は平行型の図。It is a figure for demonstrating the 2nd example (current magnetic field type) of the magnetization direction setting mechanism which concerns on the 2nd Embodiment of this invention, Fig.9 (a) is an antiparallel type figure and FIG.9 (b). Is a parallel figure. 本発明の第2の実施形態に係る磁化方向設定機構の第3の例(スピントランスファタイプ:シングル構造)を説明するための図であり、図10(a)は反平行型の図、図10(b)は平行型の図。It is a figure for demonstrating the 3rd example (spin transfer type: single structure) of the magnetization direction setting mechanism based on the 2nd Embodiment of this invention, Fig.10 (a) is an antiparallel type figure, FIG. (B) is a parallel view. 本発明の第2の実施形態に係る磁化方向設定機構の第3の例(スピントランスファタイプ:デュアル構造)を説明するための図であり、図11(a)は反平行型の図、図11(b)は平行型の図。It is a figure for demonstrating the 3rd example (spin transfer type: dual structure) of the magnetization direction setting mechanism based on the 2nd Embodiment of this invention, Fig.11 (a) is an antiparallel type figure, FIG.11. (B) is a parallel view. 本発明の第3の実施形態に係る磁気記録装置の実施例3−1の構造を模式的に示す図であり、図12(a)は非磁性層分離型の図、図12(b)は非磁性層共有型の図。FIGS. 12A and 12B are diagrams schematically showing the structure of Example 3-1 of the magnetic recording apparatus according to the third embodiment of the present invention, FIG. 12A is a non-magnetic layer separation type, and FIG. The nonmagnetic layer sharing type figure. 本発明の第3の実施形態に係る磁気記録装置の実施例3−2の構造を模式的に示す図であり、図13(a)は非磁性層分離型の図、図13(b)は非磁性層共有型の図。FIGS. 13A and 13B are diagrams schematically showing a structure of Example 3-2 of the magnetic recording apparatus according to the third embodiment of the present invention, FIG. 13A is a non-magnetic layer separation type, and FIG. The nonmagnetic layer sharing type figure. 本発明の第4の実施形態に係る磁気記録装置の実施例4−1の構造を模式的に示す図。The figure which shows typically the structure of Example 4-1 of the magnetic-recording apparatus which concerns on the 4th Embodiment of this invention. 本発明の第4の実施形態に係る磁気記録装置の実施例4−2の構造を模式的に示す図。The figure which shows typically the structure of Example 4-2 of the magnetic-recording apparatus which concerns on the 4th Embodiment of this invention.

符号の説明Explanation of symbols

10,R…磁気素子、20…記憶領域、21…括れ部、30…磁化方向被設定領域、40…磁化方向設定機構、FF…記録層、SP…中間層、FP…固着層、EL…電極、N…非磁性層、F…強磁性層、AF…反強磁性層、M…配線、I…電流、H…磁界、Tr…トランジスタ、D…ダイオード、WL…ワード線、BL…ビット線、S…周辺回路。   DESCRIPTION OF SYMBOLS 10, R ... Magnetic element, 20 ... Memory area, 21 ... Constriction part, 30 ... Magnetization direction set area, 40 ... Magnetization direction setting mechanism, FF ... Recording layer, SP ... Intermediate layer, FP ... Fixed layer, EL ... Electrode , N ... nonmagnetic layer, F ... ferromagnetic layer, AF ... antiferromagnetic layer, M ... wiring, I ... current, H ... magnetic field, Tr ... transistor, D ... diode, WL ... word line, BL ... bit line, S: Peripheral circuit.

Claims (15)

磁化方向が固着された第1の磁性層と、
前記第1の磁性層と対向して配置された磁化方向が可変である第1の領域を含み、膜面に対して平行な方向の前記第1の磁性層より大きな幅を有し、導電性材料で形成された第2の磁性層と、
前記第1の磁性層と前記第2の磁性層との間に設けられ、非導電性材料で形成された第1の非磁性層と
を具備することを特徴とする磁気素子。
A first magnetic layer having a fixed magnetization direction;
The first magnetic layer includes a first region having a variable magnetization direction disposed opposite to the first magnetic layer, has a width larger than that of the first magnetic layer in a direction parallel to the film surface, and is electrically conductive. A second magnetic layer formed of a material;
A magnetic element comprising: a first nonmagnetic layer provided between the first magnetic layer and the second magnetic layer and formed of a nonconductive material.
前記第1の磁性層から前記第2の磁性層へ第1の電流を流し、前記第1の領域の前記磁化を第1の方向に向けることにより、前記第1の磁性層の磁化と前記第1の領域の磁化とを第1の磁化配置にし、
前記第2の磁性層から前記第1の磁性層へ第2の電流を流し、前記第1の領域の前記磁化を第2の方向に向けることにより、前記第1の磁性層の磁化と前記第1の領域の磁化とを第2の磁化配置にする
ことを特徴とする請求項1に記載の磁気素子。
By flowing a first current from the first magnetic layer to the second magnetic layer and directing the magnetization of the first region in a first direction, the magnetization of the first magnetic layer and the first magnetic layer The magnetization of one region to the first magnetization arrangement,
By passing a second current from the second magnetic layer to the first magnetic layer and directing the magnetization of the first region in a second direction, the magnetization of the first magnetic layer and the first magnetic layer The magnetic element according to claim 1, wherein the magnetization of the first region is set to the second magnetization arrangement.
前記第2の磁性層は、第2の領域をさらに含み、
前記第1の磁性層の磁化と前記第1の領域の磁化とを第1の磁化配置にする場合、前記第1の磁性層と前記第2の磁性層との間に第1の電流を流し、前記第1の領域の前記磁化を第1の方向に向けて前記第1の磁化配置に設定し、
前記第1の磁性層の前記磁化と前記第1の領域の前記磁化とを第2の磁化配置にする場合、前記第2の領域の磁化の方向を設定し、前記第2の磁性層の膜面に対して平行な方向に第2の電流を流すことにより、前記第1の領域を含む磁区の磁壁を前記第2の磁性層内で移動させ、前記第1の領域の前記磁化を前記第2の領域の前記磁化の方向に応じた方向に向けて前記第2の磁化配置に設定する
ことを特徴とする請求項1に記載の磁気素子。
The second magnetic layer further includes a second region,
When the magnetization of the first magnetic layer and the magnetization of the first region are set to the first magnetization arrangement, a first current is passed between the first magnetic layer and the second magnetic layer. , Setting the magnetization of the first region in the first magnetization arrangement in a first direction,
When the magnetization of the first magnetic layer and the magnetization of the first region are set to the second magnetization arrangement, the magnetization direction of the second region is set, and the film of the second magnetic layer By passing a second current in a direction parallel to the surface, the domain wall of the magnetic domain including the first region is moved in the second magnetic layer, and the magnetization of the first region is changed to the first region. 2. The magnetic element according to claim 1, wherein the second magnetization arrangement is set in a direction according to the magnetization direction of the second region.
前記第1の磁性層の前記磁化の方向と前記第2の領域の前記磁化の方向とが反平行であるとき、前記第1の磁化配置は平行磁化配置であり、前記第2の磁化配置は反平行磁化配置であることを特徴とする請求項1に記載の磁気素子。   When the magnetization direction of the first magnetic layer and the magnetization direction of the second region are antiparallel, the first magnetization configuration is a parallel magnetization configuration, and the second magnetization configuration is The magnetic element according to claim 1, wherein the magnetic element has an antiparallel magnetization arrangement. 前記第1の磁性層の前記磁化の方向と前記第2の領域の前記磁化の方向とが平行であるとき、前記第1の磁化配置は反平行磁化配置であり、前記第2の磁化配置は平行磁化配置であることを特徴とする請求項1に記載の磁気素子。   When the magnetization direction of the first magnetic layer and the magnetization direction of the second region are parallel, the first magnetization arrangement is an antiparallel magnetization arrangement, and the second magnetization arrangement is The magnetic element according to claim 1, wherein the magnetic element has a parallel magnetization arrangement. 前記第2の領域と対向して配置された第3の磁性層と、
前記第3の磁性層と前記第2の領域との間に配置された第2の非磁性層と
をさらに具備し、
前記第2の領域の前記磁化の方向は、前記第2の非磁性層の膜厚に応じて、前記第2の磁性層と前記第3の磁性層との交換結合により設定されることを特徴とする請求項1に記載の磁気素子。
A third magnetic layer disposed opposite to the second region;
A second nonmagnetic layer disposed between the third magnetic layer and the second region;
The magnetization direction of the second region is set by exchange coupling between the second magnetic layer and the third magnetic layer according to the film thickness of the second nonmagnetic layer. The magnetic element according to claim 1.
前記第2の領域と対向して配置され、前記第2の磁性層と絶縁された配線をさらに具備し、
前記配線に流す電流によって発生した磁界を前記第2の領域の前記磁化に作用させ、前記第2の領域の前記磁化は前記電流を流す方向に応じて設定されることを特徴とする請求項1に記載の磁気素子。
A wiring further disposed opposite to the second region and insulated from the second magnetic layer;
2. The magnetic field generated by a current flowing through the wiring is applied to the magnetization of the second region, and the magnetization of the second region is set according to a direction in which the current flows. The magnetic element according to 1.
前記第2の領域と対向して配置された第3の磁性層と、
前記第3の磁性層と前記第2の領域との間に配置された第2の非磁性層と
をさらに具備し、
前記第2の磁性層と前記第3の磁性層との間に電流を流し、前記第2の領域の前記磁化は前記電流の流れる方向に応じて設定されることを特徴とする請求項1に記載の磁気素子。
A third magnetic layer disposed opposite to the second region;
A second nonmagnetic layer disposed between the third magnetic layer and the second region;
2. A current is passed between the second magnetic layer and the third magnetic layer, and the magnetization of the second region is set according to a direction in which the current flows. The magnetic element described.
前記第2の領域の第1の面と対向して配置された第3の磁性層と、
前記第3の磁性層と前記第2の領域の前記第1の面との間に配置された第2の非磁性層と、
前記第2の領域の第2の面と対向して配置された第4の磁性層と、
前記第4の磁性層と前記第2の領域の前記第2の面との間に配置された第3の非磁性層と
をさらに具備し、
前記第3の磁性層の磁化の方向と前記第4の磁性層の磁化の方向とは反平行であり、
前記第3の磁性層と前記第4の磁性層との間に電流を流し、前記第2の領域の前記磁化は前記電流の流れる方向に応じて設定されることを特徴とする請求項1に記載の磁気素子。
A third magnetic layer disposed opposite to the first surface of the second region;
A second nonmagnetic layer disposed between the third magnetic layer and the first surface of the second region;
A fourth magnetic layer disposed opposite to the second surface of the second region;
A third nonmagnetic layer disposed between the fourth magnetic layer and the second surface of the second region;
The magnetization direction of the third magnetic layer and the magnetization direction of the fourth magnetic layer are antiparallel,
2. A current is passed between the third magnetic layer and the fourth magnetic layer, and the magnetization of the second region is set according to a direction in which the current flows. The magnetic element described.
前記第2の磁性層の側面は、前記第1の磁性層の側面よりも突出することを特徴とする請求項1に記載の磁気素子。   The magnetic element according to claim 1, wherein a side surface of the second magnetic layer protrudes from a side surface of the first magnetic layer. 前記第1及び第2の磁性層の磁化は、膜面に対して平行な方向に配向されていることを特徴とする請求項1に記載の磁気素子。   2. The magnetic element according to claim 1, wherein the magnetizations of the first and second magnetic layers are oriented in a direction parallel to the film surface. 前記第1及び第2の磁性層の磁化は、膜面に対して垂直な方向に配向されていることを特徴とする請求項1に記載の磁気素子。   The magnetic element according to claim 1, wherein the magnetizations of the first and second magnetic layers are oriented in a direction perpendicular to the film surface. 前記第1の非磁性層の膜面に対して平行な方向の幅は、前記第2の磁性層の膜面に対して平行な方向の幅と同じであることを特徴とする請求項1に記載の磁気素子。   The width in the direction parallel to the film surface of the first nonmagnetic layer is the same as the width in the direction parallel to the film surface of the second magnetic layer. The magnetic element described. 請求項1乃至13のいずれか1項に記載の前記磁気素子を具備することを特徴とする磁気記録装置。   A magnetic recording apparatus comprising the magnetic element according to claim 1. 磁化方向が固着された第1の磁性層と、
前記第1の磁性層と対向して配置された磁化方向が可変である第1の領域と第2の領域とを含み、膜面に対して平行な方向の前記第1の磁性層より大きな幅を有し、導電性材料で形成された第2の磁性層と、
前記第1の磁性層と前記第2の磁性層との間に設けられ、非導電性材料で形成された第1の非磁性層と
を具備し、
前記第1の磁性層の磁化と前記第1の領域の磁化とを第1の磁化配置にする場合、前記第1の磁性層と前記第2の磁性層との間に第1の電流を流し、前記第1の領域の前記磁化を第1の方向に応じた方向に向けて前記第1の磁化配置に設定する工程を含み、
前記第1の磁性層の前記磁化と前記第1の領域の前記磁化とを第2の磁化配置にする場合、前記第2の領域の磁化の方向を設定する工程と、前記第2の磁性層の膜面に対して平行な方向に第2の電流を流すことにより、前記第1の領域を含む磁区の磁壁を前記第2の磁性層内で移動させ、前記第1の領域の前記磁化を前記第2の領域の前記磁化の方向に応じた方向に向けて前記第2の磁化配置に設定する工程とを含む
ことを特徴とする磁気素子の書き込み方法。
A first magnetic layer having a fixed magnetization direction;
A width that is greater than the first magnetic layer in a direction parallel to the film surface, including a first region and a second region that are arranged opposite to the first magnetic layer and have a variable magnetization direction. A second magnetic layer formed of a conductive material,
A first nonmagnetic layer provided between the first magnetic layer and the second magnetic layer and formed of a nonconductive material;
When the magnetization of the first magnetic layer and the magnetization of the first region are set to the first magnetization arrangement, a first current is passed between the first magnetic layer and the second magnetic layer. And setting the magnetization of the first region to the first magnetization arrangement in a direction according to a first direction,
Setting the magnetization direction of the second region when the magnetization of the first magnetic layer and the magnetization of the first region are in a second magnetization arrangement; and the second magnetic layer By causing a second current to flow in a direction parallel to the film surface, the domain wall of the magnetic domain including the first region is moved in the second magnetic layer, and the magnetization of the first region is changed. And a step of setting the second magnetization arrangement in a direction corresponding to the direction of the magnetization of the second region.
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