JP2008235533A - 磁気記憶素子 - Google Patents

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悟 百瀬
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Abstract

【課題】信頼性が高く、かつ高度な集積化が可能である磁気記憶素子を提供する。
【解決手段】磁束が流れる磁路を具備する磁気回路を形成する磁気記憶素子は、磁束を発生する硬磁性層と、電流が供給されることで発熱する発熱層と、所定温度以上になると磁路を形成する反強磁性層と、磁路を形成し、硬磁性層、発熱層、反強磁性層で構成される第１の積層構造体と接する第１の高キュリー点軟磁性層と、磁路を形成し、第１の積層構造体と接する第２の高キュリー点軟磁性層とを備え、第１の積層構造体が有する発熱層に電流を供給し、第１の積層構造体が有する反強磁性層の温度を所定温度以上にし、第１の積層構造体が有する硬磁性層が発生する磁束により第１の高キュリー点軟磁性層、第１の積層構造体が有する硬磁性層、第１の積層構造体が有する反強磁性層および第２の高キュリー点軟磁性層によって形成された磁気回路の磁化方向を定める。
【選択図】図１

Description

本発明は、記録動作に硬磁性材料を用い、読み出し動作に磁気抵抗素子を用いた磁気記憶素子に関する。
磁性記録材料を用いた固体記憶素子の代表である磁気抵抗効果メモリＭＲＡＭ（magnetoresistive random access memory）は、その不揮発性と高速性から大いに期待されてい
るメモリデバイスである。下記特許文献１には、ＭＲＡＭの典型的な構成例の一つが開示されている。ここでは、メモリセルをマトリクス配列とし、横方向には読み出し線で直列に接続し、縦方向には各セル上に共通する書き込み線を配置する。
メモリセルは磁気抵抗素子であり、素子内部のフリー層における磁化の向きを変えることで記録を行う。上記記録動作は、セル上に配置された書き込み線に電流を通した際に発生する磁場によって行う。記録の読み出しは、上記フリー層における磁化と、素子内のピニング層における磁化が平行である場合と、反平行である場合との素子の電気抵抗の差を検知することで行う。
ＭＲＡＭは、記録材料の磁化状態を反転させる記録動作を、書き込み線を流れる電流が発生する磁界によって行うため、ある程度以上の電流が必要である。その結果、ＭＲＡＭには、素子の微細化と必要な電流密度とが背反する関係が発生するという問題がある。このような問題に対応するため、記録材料を加熱することで磁化反転を容易にする技術がある。
一方、電流が発生する磁界に依存せずに記録動作を行う方法がある。この方法では、互いに反対方向の磁化を持つ永久磁石を磁界源に用い、同時に高温で磁性を失う軟磁性材料を磁路に用いて、加熱部位を適宜選択することで記録材料の磁化方向を任意の方向に定めている。また、素子の微細化が進むにつれて書き込み動作が困難になるという問題がある。この問題に対して、書き込み動作時にメモリセルの温度を上げることにより、書き込みを容易にすることができる。
特開平９−９１９５１号公報 特開２０００−２８５６６８号公報 特開２００６−８０２８７号公報 特開２００１−２６６５６５号公報
しかし、上記従来の方法により、書き込み動作時にメモリセルの温度を上げる場合、書き込み動作の度にメモリセルでもあり読み出し機構でもある磁気抵抗効果素子が加熱・冷却されることになるため、磁気抵抗効果素子が劣化するリスクが増大する。一方、書き込みに強力な磁石を用いた場合、書き込み動作を加熱によって補助する必要がなくなる。しかし、この方法では、一つの記録セルに対して互いに反平行の磁化を持つ２つの永久磁石が必要となる。そのため、この方法を固体記憶素子に用いる場合、記録セルとして使用可能な面積が減少し、集積度が低下する。本発明の目的は、信頼性が高く、かつ高度な集積化が可能である磁気記憶素子を提供することである。
本発明は前記課題を解決するために、以下の手段を採用した。すなわち、本発明の磁気
記憶素子は、
磁束が流れる磁路を具備する磁気回路を形成する磁気記憶素子であって、
所定温度以上になると磁気回路を流れる磁束により磁化方向が定まり、所定温度未満になると磁束を発生する硬磁性層と、
電流が供給されることで発熱する発熱層と、
所定温度以上になると磁路を形成する反強磁性層と、
磁路を形成し、前記硬磁性層、前記発熱層および前記反強磁性層で構成される第１の積層構造体と接する第１の高キュリー点軟磁性層と、
磁路を形成し、前記第１の積層構造体と接する第２の高キュリー点軟磁性層とを備え、
前記第１の積層構造体が有する前記発熱層に電流を供給し、前記第１の積層構造体が有する前記硬磁性層の温度を所定温度以上にするとともに前記第１の積層構造体が有する前記反強磁性層の温度を所定温度以上にすることで、前記第１の高キュリー点軟磁性層、前記第１の積層構造体が有する前記反強磁性層、前記第１の積層構造体が有する前記硬磁性層および前記第２の高キュリー点軟磁性層によって磁気回路が形成され、前記第１の高キュリー点軟磁性層から前記第２の高キュリー点軟磁性層に向かって該磁気回路を流れる磁束または前記第２の高キュリー点軟磁性層から前記第１の高キュリー点軟磁性層に向かって該磁気回路を流れる磁束により前記第１の積層構造体が有する前記硬磁性層の磁化方向を定める。
本発明の磁気記憶素子によれば、第１の積層構造体が有する発熱層が発熱するのに必要な電流を供給するだけで、第１の高キュリー点軟磁性層、反強磁性、硬磁性層および第２の高キュリー点軟磁性層によって磁気回路が形成される。そして、第１の高キュリー点軟磁性層から第２の高キュリー点軟磁性層に向かって磁気回路を流れる磁束または第２の高キュリー点軟磁性層から第１の高キュリー点軟磁性層に向かって磁気回路を流れる磁束により硬磁性層の磁化方向が定まる。したがって、第１の積層構造体が有する発熱層が発熱するのに必要な電流を供給するだけで、硬磁性層の磁化方向を定めることが可能となる。
また、本発明の磁気記憶素子は、
磁束を発生する永久磁石と、
所定温度未満になると磁路を形成する低キュリー点軟磁性層とを更に備え、
前記永久磁石と接し、かつ前記第１の高キュリー点軟磁性層および前記第２の高キュリー点軟磁性層と接する、前記反強磁性層、前記発熱層および前記低キュリー点軟磁性層で構成される第２の積層構造体が少なくとも２つ設置され、
一方の前記第２の積層構造体が有する前記発熱層に電流を供給することにより、一方の前記第２の積層構造体が有する前記反強磁性層の温度を所定温度以上にするとともに一方の前記第２の積層構造体が有する前記低キュリー点軟磁性層の温度を所定温度以上にし、かつ前記第１の積層構造体が有する前記発熱層に電流を供給することにより、前記第１の積層構造体が有する前記硬磁性層の温度を所定温度以上にするとともに前記第１の積層構造体が有する前記反強磁性層の温度を所定温度以上にすることで、一方の前記第２の積層構造体が有する前記反強磁性層、前記第１の高キュリー点軟磁性層、前記第１の積層構造体が有する前記反強磁性層、前記第１の積層構造体が有する前記硬磁性層および前記第２の高キュリー点軟磁性層によって形成された磁気回路に前記永久磁石が発生する磁束を流し、前記第１の高キュリー点軟磁性層から前記第２の高キュリー点軟磁性層に向かって該磁気回路を流れる磁束により前記硬磁性層の磁化方向を定めてもよい。
本発明の磁気記憶素子によれば、一方の第２の積層構造体が有する反強磁性層、第１の高キュリー点軟磁性層、第１の積層構造体が有する反強磁性層および第１の積層構造体が有する硬磁性層、第２の高キュリー点軟磁性層によって形成された磁気回路に永久磁石が発生する磁束を流すことにより、硬磁性層の磁化方向を定める。したがって、第１の積層構造体が有する発熱層および一方の第２の積層構造体が有する発熱層が発熱するのに必要
な電流を供給するだけで、硬磁性層の磁化方向を定めることが可能となる。
また、本発明の磁気記憶素子は、
他方の前記第２の積層構造体が有する前記発熱層に電流を供給することにより、他方の前記第２の積層構造体が有する前記反強磁性層の温度を所定温度以上にするとともに他方の前記第２の積層構造体が有する前記低キュリー点軟磁性層の温度を所定温度以上にし、かつ前記第１の積層構造体が有する前記発熱層に電流を供給することにより、前記第１の積層構造体が有する前記硬磁性層の温度を所定温度以上にするとともに前記第１の積層構造体が有する前記反強磁性層の温度を所定温度以上にすることで、一方の前記第２の積層構造体が有する前記低キュリー点軟磁性層、前記第２の高キュリー点軟磁性層、前記第１の積層構造体が有する前記硬磁性層、前記第１の積層構造体が有する前記反強磁性層および前記第１の高キュリー点軟磁性層によって形成された磁気回路に前記永久磁石が発生する磁束を流し、前記第２の高キュリー点軟磁性層から前記第１の高キュリー点軟磁性層に向かって該磁気回路を流れる磁束により前記第１の積層構造体が有する前記硬磁性層の磁化方向を定めてもよい。
本発明の磁気記憶素子によれば、他方の第２の積層構造体が有する反強磁性層、第１の高キュリー点軟磁性層、第１の積層構造体が有する反強磁性層および第１の積層構造体が有する硬磁性層、第２の高キュリー点軟磁性層によって形成された磁気回路に永久磁石が発生する磁束を流すことにより、硬磁性層の磁化方向を定める。したがって、第１の積層構造体が有する発熱層および他方の第２の積層構造体が有する発熱層が発熱するのに必要な電流を供給するだけで、硬磁性層の磁化方向を定めることが可能となる。
また、本発明の磁気記憶素子は、
前記第１の積層構造体が有する前記発熱層に電流を供給し、前記第１の積層構造体が有する前記硬磁性層の温度を所定温度未満にするとともに前記第１の積層構造体が有する前記反強磁性層の温度を所定温度以上にし、前記第１の積層構造体が有する前記硬磁性層が発生する磁束により前記第１の高キュリー点軟磁性層、前記第１の積層構造体が有する前記硬磁性層、前記第１の積層構造体が有する前記反強磁性層および前記第２の高キュリー点軟磁性層によって形成された磁気回路の磁化方向を定める。
本発明の磁気記憶素子によれば、第１の積層構造体が有する硬磁性層が発生する磁束により第１の高キュリー点軟磁性層、第１の積層構造体が有する硬磁性層、第１の積層構造体が有する反強磁性層および第２の高キュリー点軟磁性層によって形成された磁気回路の磁化方向を定める。したがって、第１の積層構造体が有する発熱層が発熱するのに必要な電流を供給するだけで、第１の積層構造体が有する硬磁性層が発生する磁束により第１の高キュリー点軟磁性層、第１の積層構造体が有する硬磁性層、第１の積層構造体が有する反強磁性層および第２の高キュリー点軟磁性層によって形成された磁気回路の磁化方向を定めることが可能となる。
また、本発明の磁気記憶素子は、
磁束が流れる磁路を具備する磁気回路を形成する磁気記憶素子であって、
磁束を発生する硬磁性層と、
電流が供給されることで発熱する発熱層と、
所定温度以上になると磁路を形成する反強磁性層と、
前記硬磁性層、前記発熱層および前記反強磁性層で構成される第１の積層構造体の前記反強磁性層に隣接し、磁路を形成する第１の高キュリー点軟磁性層と、
前記第１の積層構造体の前記硬磁性層に隣接し、磁路を形成する第２の高キュリー点軟磁性層とを備え、
前記第１の積層構造体が有する前記発熱層に電流を供給し、該第１の積層構造体が有す
る前記反強磁性層の温度を所定温度以上にし、該硬磁性層が発生する磁束により前記第１の高キュリー点軟磁性層、該硬磁性層、該反強磁性層および前記第２の高キュリー点軟磁性層によって形成された前記磁気回路の磁化方向を定めてもよい。
本発明の磁気記憶素子によれば、第１の積層構造体が有する硬磁性層が発生する磁束により第１の高キュリー点軟磁性層、第１の積層構造体が有する硬磁性層、第１の積層構造体が有する反強磁性層および第２の高キュリー点軟磁性層によって形成された磁気回路の磁化方向を定める。したがって、第１の積層構造体が有する発熱層が発熱するのに必要な電流を供給するだけで、第１の積層構造体が有する硬磁性層が発生する磁束により第１の高キュリー点軟磁性層、第１の積層構造体が有する硬磁性層、第１の積層構造体が有する反強磁性層および第２の高キュリー点軟磁性層によって形成された磁気回路の磁化方向を定めることが可能となる。
また、本発明の磁気記憶素子は、
前記第１の高キュリー点軟磁性層の磁化方向により抵抗値が変化する磁気抵抗素子と、
前記磁気抵抗素子の抵抗値の変化を検出することにより前記第１の高キュリー点軟磁性層の磁化方向を判別する判別素子とを更に備えてもよい。
本発明の磁気記憶素子によれば、磁気抵抗素子の抵抗値の変化を検出することにより第１の高キュリー点軟磁性層の磁化方向を判別する。第１の高キュリー点軟磁性層の磁化方向は、第１の高キュリー点軟磁性層、第１の積層構造体が有する硬磁性層、第１の積層構造体が有する反強磁性層および第２の高キュリー点軟磁性層によって形成された磁気回路の磁化方向と同方向となる。そして、その磁気回路の磁化方向は、第１の積層構造体が有する硬磁性層が発生する磁束により定まる。その結果、第１の積層構造体が有する発熱層が発熱するのに必要な電流を供給するだけで、第１の高キュリー点軟磁性層の磁化方向を判別することが可能となる。
本発明によれば、信頼性が高く、かつ高度な集積化が可能である磁気記憶素子を提供することができる。
以下、図面に基づいて、本発明の実施の形態を説明する。以下の実施形態の構成は例示であり、本発明は実施形態の構成には限定されない。
図１に、本実施形態の磁気記憶素子１の構造図を示す。本実施形態の磁気記憶素子１は、読み取り用磁気抵抗効果素子２、端子膜３、高キュリー点軟磁性層４、下地層５、反強磁性層６、発熱抵抗層７、垂直磁化硬磁性層８、低キュリー点軟磁性層９、面内磁化硬磁性層１０及びＳｉＯ2膜１１から構成されている。
図２に、読み取り用磁気抵抗効果素子２の構造図を示す。図２に示すように、読み取り用磁気抵抗効果素子２は、反強磁性膜２１、強磁性膜であるピンド層２２、非強磁性膜である中間層２３から構成されている。ピンド層２２の磁化方向（磁化の向き）は固定されている。
高キュリー点軟磁性層４は、キュリー点が高い軟磁性層である。本実施形態では、高キュリー点軟磁性層４として、キュリー点が３９７℃（６７０Ｋ）であるＮｉ78Ｆｅ22を用いることができるが、他の材料を用いてもよい。高キュリー点軟磁性層４としてＮｉ78Ｆｅ22を用いると、高キュリー点軟磁性層４の温度が３９７℃（６７０Ｋ）未満の場合、高キュリー点軟磁性層４は軟磁性体として機能する。図１に示すように、２つの高キュリー
点軟磁性層４が略平行に対向するように配置されている。
読み取り用磁気抵抗効果素子２は、略平行に対向するように配置された高キュリー点軟磁性層４の一方と接するように設置されている。読み取り用磁気抵抗効果素子２に接する高キュリー点軟磁性層４の磁化方向によって、読み取り用磁気抵抗効果素子２の抵抗値は異なる。読み取り用磁気抵抗効果素子２に接する高キュリー点軟磁性層４の磁化方向は、その高キュリー点軟磁性層４を流れる磁束の向きによって変化する。端子膜３は、読み取り用磁気抵抗効果素子２の抵抗値を読み取る端子である。
永久磁石である面内磁化硬磁性層１０は磁束を発生させる。永久磁石から発生した磁束は高キュリー点軟磁性層４に流れ、高キュリー点軟磁性層４の磁化方向を変化させる。本実施形態では、面内磁化硬磁性層１０として、ＣｏＣｒＰｔを用いることができるが、キュリー点が４２７℃（７００Ｋ）以上であるＣｏＰｔ系高磁性材料などを用いてもよい。本実施形態では、面内磁化硬磁性層１０の磁化方向は読み取り用磁気抵抗効果素子２の方向に向けられている。
低キュリー点軟磁性層９は、所定温度以上で磁性を失う軟磁性材料である。本実施形態では、低キュリー点軟磁性層９として、キュリー点が約９７℃（３７０Ｋ）である（ＦｅＮｉ）98Ｐ12Ｂ8を用いることができるが、他の材料を用いてもよい。低キュリー点軟磁
性層９の温度が９７℃（３７０Ｋ）未満の場合、低キュリー点軟磁性層９は軟磁性体として機能し、磁路を形成する。一方、低キュリー点軟磁性層９の温度が９７℃（３７０Ｋ）以上の場合、低キュリー点軟磁性層９は磁性を失い、磁路を形成しない。低キュリー点軟磁性層９の温度が９７℃（３７０Ｋ）未満である場合、低キュリー点軟磁性層９は、面内磁化硬磁性層１０が発生する磁束を流す磁路を形成する。本実施形態では、磁束が流れる磁束の路を磁路という。
反強磁性層６は、常温では磁性を備えておらず、反強磁性層６の温度が所定温度以上になった場合、軟磁性体として機能する。本実施形態では、約８０℃（３５３Ｋ）以上で軟磁性を獲得するＦｅＲｈを用いることができるが、他の材料を用いてもよい。反強磁性層６の温度が８０℃（３５３Ｋ）以上の場合、反強磁性層６は軟磁性体として機能し、磁路を形成する。一方、反強磁性層６の温度が８０℃（３５３Ｋ）未満の場合、反強磁性層６は軟磁性体として機能せず、磁路を形成しない。
下地層５は、反強磁性層６の結晶構造を調節するための下地であり、絶縁層としても機能する。本実施形態では、下地層５としてＭｇＯを用いることができるが、他の材料を用いてもよい。発熱抵抗層７は、電流が供給されることにより発熱する。本実施形態では、発熱抵抗層７として、ＳｉＮを用いることができるが、他の材料を用いてもよい。
垂直磁化硬磁性層８は、垂直磁化硬磁性層８の温度が所定温度以上になった場合、磁性を失う硬磁性材料である。磁性を失った場合、垂直磁化硬磁性層８の磁化方向は、外部から流れてくる磁束の向きにより変化する。本実施形態では、垂直磁化硬磁性層８として、キュリー点が約２２７℃（５００Ｋ）であるＴｂＦｅＣｏを用いることができるが、他の材料を用いてもよい。ＳｉＯ2膜１１は、電流が垂直磁化硬磁性層８などに流れないよう
にするための絶縁物である。
図３及び図４に、本実施形態の磁気記憶素子１の平面図を示す。図３は、図１に示す本実施形態の磁気記憶素子１の上面図である。なお、図３では、ＳｉＯ2膜１１は省略して
ある。図４は、図１に示す本実施形態の磁気記憶素子１の下面図である。なお、図４では、ＳｉＯ2膜１１、端子膜３及び下地層５は省略してある。
読み取り用磁気抵抗効果素子２は、面内磁化硬磁性層１０と記録セルとの間に設置される。記録セルとは、反強磁性層６、発熱抵抗層７及び垂直磁化硬磁性層８から成る積層構造体のうち、反強磁性層６、発熱抵抗層７及び垂直磁化硬磁性層８から成る積層構造体と交わるように略平行に配置された２つの高キュリー点軟磁性層４に挟まれた部分である。反強磁性層６、発熱抵抗層７及び垂直磁化硬磁性層８から成る積層構造体は、複数設置される。また、略平行に対向するように配置された高キュリー点軟磁性層４の組が複数設置される。
反強磁性層６、発熱抵抗層７及び垂直磁化硬磁性層８から成る積層構造体は、反強磁性層６の上に発熱抵抗層７が形成され、その発熱抵抗層７の上に垂直磁化硬磁性層８が形成され、その垂直磁化硬磁性層８の上に更に発熱抵抗層７が形成されている。本実施形態では、垂直磁化硬磁性層８を挟むように設置された各発熱抵抗層７の膜厚は、等しくさせてある。すなわち、高キュリー点軟磁性層４と垂直磁化硬磁性層８との間に設置された発熱抵抗層７と、垂直磁化硬磁性層８と反強磁性層６との間に設置された発熱抵抗層７とは、膜厚が等しい。
また、読み取り用磁気抵抗効果素子２と面内磁化硬磁性層１０との間には、低キュリー点軟磁性層９及び発熱抵抗層７から成る積層構造体が設置される。低キュリー点軟磁性層９及び発熱抵抗層７から成る積層構造体は、発熱抵抗層７の上に低キュリー点軟磁性層９が形成され、その低キュリー点軟磁性層９の上に更に発熱抵抗層７が形成されている。
さらに、面内磁化硬磁性層１０を挟むように、反強磁性層６、発熱抵抗層７及び低キュリー点軟磁性層９から成る積層構造体が面内磁化硬磁性層１０の横に設置される。反強磁性層６、発熱抵抗層７及び低キュリー点軟磁性層９から成る積層構造体は、反強磁性層６の上に発熱抵抗層７が形成され、その発熱抵抗層７の上に低キュリー点軟磁性層９が形成され、その低キュリー点軟磁性層９の上に更に発熱抵抗層７が形成されている。
本実施形態では、反強磁性層６、低キュリー点軟磁性層９又は垂直磁化硬磁性層８の温度を上昇させる手段として、発熱抵抗層７及び発熱抵抗層７に供給する電圧・電流を利用する。すなわち、発熱抵抗層７に電流が流れると発熱抵抗層７は発熱し、発熱抵抗層７と接する部位の温度を上昇させる。
〈記録動作〉
本実施形態の磁気記憶素子１の記録動作について説明する。記録の対象となる記録セルは、高キュリー点軟磁性層４と、その高キュリー点軟磁性層４と交わる反強磁性層６、発熱抵抗層７及び垂直磁化硬磁性層８から成る積層構造体を適宜選択し、電流を流すことにより決定する。そして、本実施形態の磁気記憶素子１の記録は、垂直磁化硬磁性層８の磁化方向を定めることにより行われる。垂直磁化硬磁性層８の磁化方向は、外部の磁化方向、すなわち垂直磁化硬磁性層８に流れる磁束の向きにより定まる。本実施形態では、垂直磁化硬磁性層８の磁化方向を、面内磁化硬磁性層１０から発生した磁束が垂直磁化硬磁性層８に流れる向きで定める。したがって、面内磁化硬磁性層１０から発生した磁束を垂直磁化硬磁性層８に流す必要がある。しかし、面内磁化硬磁性層１０の横に設置された低キュリー点軟磁性層９の温度が９７℃（３７０Ｋ）未満であり、反強磁性層６の温度が８０℃（３５３Ｋ）未満である場合、面内磁化硬磁性層１０から発生した磁束は、図５のＡ及びＢの軌道をとる。そのため、面内磁化硬磁性層１０から発生した磁束は、垂直磁化硬磁性層８に流れることなく再び面内磁化硬磁性層１０に戻る。
本実施形態では、面内磁化硬磁性層１０から発生した磁束を垂直磁化硬磁性層８に流すための磁気回路を形成することにより、垂直磁化硬磁性層８の磁化方向を定める。すなわち、面内磁化硬磁性層１０から発生した磁束を高キュリー点軟磁性層４に流し、高キュリ
ー点軟磁性層４の中を流れる磁束を垂直磁化硬磁性層８へ向かうようにして垂直磁化硬磁性層８に流す。本実施形態では、磁束が流れる経路のことを磁気回路という。
垂直磁化硬磁性層８は、垂直磁化硬磁性層８の温度が約２２７℃（５００Ｋ）未満の場合は、硬磁性体として機能する。そのため、外部から流れてくる弱い磁束では、垂直磁化硬磁性層８の磁化方向は変化しない。しかし、垂直磁化硬磁性層８は、垂直磁化硬磁性層８の温度が約２２７℃（５００Ｋ）以上になった場合、磁性を失う。そこで、垂直磁化硬磁性層８の温度を約２２７℃（５００Ｋ）以上にし、垂直磁化硬磁性層８に磁束を流して垂直磁化硬磁性層８の磁化方向を変化させる。
本実施形態では、磁気記憶素子１の記録は、垂直磁化硬磁性層８の磁化方向を高キュリー点軟磁性層４と交差する方向（反強磁性層６、発熱抵抗層７及び垂直磁化硬磁性層８から成る積層構造体の積層方向）に向けることにより行われる。垂直磁化硬磁性層８の磁化方向が高キュリー点軟磁性層４と交わる方向は２方向あるため、面内磁化硬磁性層１０から発生した磁束が、対向して配置された高キュリー点軟磁性層４のどちらの経路を通って垂直磁化硬磁性層８の中を流れるかによって垂直磁化硬磁性層８の磁化方向は定まる。
図６に示すように、面内磁化硬磁性層１０から発生した磁束が、高キュリー点軟磁性層４Ａの中を流れて、垂直磁化硬磁性層８の中を流れる場合、垂直磁化硬磁性層８の磁化方向は、面内磁化硬磁性層１０から発生した磁束が流れた高キュリー点軟磁性層４Ａと対向して配置された高キュリー点軟磁性層４Ｂの方向に向けられる。一方、図７に示すように、面内磁化硬磁性層１０から発生した磁束が、高キュリー点軟磁性層４Ｂの中を流れて、垂直磁化硬磁性層８の中を流れる場合、垂直磁化硬磁性層８の磁化方向は、面内磁化硬磁性層１０から発生した磁束が流れた高キュリー点軟磁性層４Ｂと対向して配置された高キュリー点軟磁性層４Ａの方向に向けられる。なお、図６から図１０およびその説明において、高キュリー点軟磁性層４と表記する場合、高キュリー点軟磁性層４Ａ及び高キュリー点軟磁性層４Ｂの両方を含むものとする。
面内磁化硬磁性層１０から発生した磁束を高キュリー点軟磁性層４の中に流す動作について説明する。ここでは、図６に示すように、面内磁化硬磁性層１０から発生した磁束を高キュリー点軟磁性層４Ａの中に流す動作について説明する。
まず、高キュリー点軟磁性層４Ｂと、低キュリー点軟磁性層９、発熱抵抗層７及び反強磁性層６から成る積層構造体とを選択する。この場合、記録の対象となる記録セルの上に設置された高キュリー点軟磁性層４Ｂを選択する。また、面内磁化硬磁性層１０の磁化方向に設置された低キュリー点軟磁性層９、発熱抵抗層７及び反強磁性層６から成る積層構造体を選択する。図６では、面内磁化硬磁性層１０の磁化方向は右方向であるため、面内磁化硬磁性層１０の右に設置された低キュリー点軟磁性層９、発熱抵抗層７及び反強磁性層６から成る積層構造体を選択する。
選択した高キュリー点軟磁性層４Ｂの一方の端部にＬｏｗレベルの電圧をかけ、選択した低キュリー点軟磁性層９、発熱抵抗層７及び反強磁性層６から成る積層構造体の一方の端部の反強磁性層６にＨｉｇｈレベルの電圧をかける。電圧をかけることにより、選択した低キュリー点軟磁性層９、発熱抵抗層７及び反強磁性層６から成る積層構造体の一方の端部の反強磁性層６から、選択した高キュリー点軟磁性層４Ｂの一方の端部に電流が流れる。この場合、図示しない電圧供給手段（電流供給手段）により高キュリー点軟磁性層４Ｂ及び反強磁性層６に電圧をかける。
選択した高キュリー点軟磁性層４Ｂと、選択した低キュリー点軟磁性層９、発熱抵抗層７及び反強磁性層６から成る積層構造体との交点では、反強磁性層６、低キュリー点軟磁
性層９、低キュリー点軟磁性層９を挟む２つの発熱抵抗層７、及び高キュリー点軟磁性層４Ｂに電流が流れる。そのため、選択した高キュリー点軟磁性層４Ｂと、選択した低キュリー点軟磁性層９、発熱抵抗層７及び反強磁性層６から成る積層構造体との交点に位置する２つの発熱抵抗層７が発熱する。
図８は、図１に示す本実施形態の磁気記憶素子１の上面図である。なお、図８では、ＳｉＯ2膜１１は省略してある。例えば、図８のＩ１からＩ４に電流を流した場合、図８の
交点Ｃに位置する２つの発熱抵抗層７が発熱する。反強磁性層６及び低キュリー点軟磁性層９は、それぞれ発熱抵抗層７と接しているため、発熱抵抗層７が発熱した場合、発熱抵抗層７で発生するジュール熱により反強磁性層６及び低キュリー点軟磁性層９の温度は上昇する。
反強磁性層６の温度が約８０℃（３５３Ｋ）以上になると反強磁性層６は、軟磁性体として機能する。また、低キュリー点軟磁性層９の温度が約９７℃（３７０Ｋ）以上になると低キュリー点軟磁性層９は磁性を失う。したがって、選択した高キュリー点軟磁性層４Ｂと、選択した低キュリー点軟磁性層９、発熱抵抗層７及び反強磁性層６から成る積層構造体の交点Ｃに位置する低キュリー点軟磁性層９は磁性を失い、反強磁性層６は軟磁性体として機能する。反強磁性層６の温度の上昇値と発熱抵抗層７に供給する電圧・電流の値との関係は、実験又はシミュレーションによって求めておけばよい。
面内磁化硬磁性層１０の磁化方向に設置された反強磁性層６が軟磁性体として機能する場合、面内磁化硬磁性層１０から発生した磁束は、高キュリー点軟磁性層４Ａが設置された方向に進みながら反強磁性層６の中を流れる。また、面内磁化硬磁性層１０の磁化方向に設置された低キュリー点軟磁性層９が磁性を失った場合、面内磁化硬磁性層１０から発生した磁束は、低キュリー点軟磁性層９の中をほとんど流れなくなり、軟磁性体として機能する反強磁性層６の中を流れるようになる。そして、高キュリー点軟磁性層４Ａの中を流れる磁束は、面内磁化硬磁性層１０の磁化方向と同一方向に向かって進む。
次に、高キュリー点軟磁性層４Ａの中を流れる磁束を、読み取り用磁気抵抗効果素子２と面内磁化硬磁性層１０との間に設置された低キュリー点軟磁性層９及び発熱抵抗層７から成る積層構造体の中に流さずにそのまま直進させる動作について説明する。高キュリー点軟磁性層４Ａの中を流れる磁束を、読み取り用磁気抵抗効果素子２と面内磁化硬磁性層１０との間に設置された低キュリー点軟磁性層９及び発熱抵抗層７から成る積層構造体の中を流さずにそのまま直進させる動作のことを、以下では、高キュリー点軟磁性層４Ａの中を流れる磁束を直進させる動作という。
まず、高キュリー点軟磁性層４Ｂを選択する。この場合、面内磁化硬磁性層１０から発生した磁束を高キュリー点軟磁性層４Ａの中を流す動作において既に選択された高キュリー点軟磁性層４Ｂを選択する。
選択した高キュリー点軟磁性層４Ｂの一方の端部にＬｏｗレベルの電圧をかけ、発熱抵抗層７及び低キュリー点軟磁性層９から成る積層構造体の一方の端部の低キュリー点軟磁性層９にＨｉｇｈレベルの電圧をかける。電圧をかけることにより、発熱抵抗層７及び低キュリー点軟磁性層９から成る積層構造体の一方の端部の低キュリー点軟磁性層９から、選択した高キュリー点軟磁性層４Ｂの一方の端部に電流が流れる。この場合、図示しない電圧供給手段（電流供給手段）により高キュリー点軟磁性層４Ｂ及び低キュリー点軟磁性層９に電圧をかける。
選択した高キュリー点軟磁性層４Ｂと、発熱抵抗層７及び低キュリー点軟磁性層９から成る積層構造体との交点では、低キュリー点軟磁性層９、発熱抵抗層７及び高キュリー点
軟磁性層４Ｂに電流が流れる。そのため、選択された高キュリー点軟磁性層４Ｂと、発熱抵抗層７及び低キュリー点軟磁性層９から成る積層構造体との交点に位置する発熱抵抗層７が発熱する。
例えば、図８のＩ２からＩ４に電流を流した場合、交点Ｄに位置する発熱抵抗層７が発熱する。低キュリー点軟磁性層９は、発熱抵抗層７と接しているため、発熱抵抗層７が発熱した場合、発熱抵抗層７で発生するジュール熱により低キュリー点軟磁性層９の温度は上昇する。
低キュリー点軟磁性層９の温度が９７℃（３７０Ｋ）以上になると、低キュリー点軟磁性層９は磁性を失う。低キュリー点軟磁性層９が磁性を失った場合、高キュリー点軟磁性層４Ａの中を流れる磁束は、発熱抵抗層７及び低キュリー点軟磁性層９から成る積層構造体の中を流れずにそのまま高キュリー点軟磁性層４Ａの中を直進する。低キュリー点軟磁性層９の温度の上昇値と発熱抵抗層７に供給する電圧・電流の値との関係は、実験又はシミュレーションによって求めておけばよい。
次に、高キュリー点軟磁性層４Ａの中を流れる磁束を垂直磁化硬磁性層８へ向かうようにし、垂直磁化硬磁性層８の中に磁束を流すことにより垂直磁化硬磁性層８の磁化方向を定める動作について説明する。以下では、高キュリー点軟磁性層４Ａの中を流れる磁束を垂直磁化硬磁性層８へ向かうようにし、垂直磁化硬磁性層８の中に磁束を流すことにより、垂直磁化硬磁性層８の磁化方向を定める動作を、高キュリー点軟磁性層４Ａの中を流れる磁束により垂直磁化硬磁性層８の磁化方向を定める動作という。
まず、高キュリー点軟磁性層４Ｂを選択する。この場合、面内磁化硬磁性層１０から発生した磁束を高キュリー点軟磁性層４Ａの中を流す動作において既に選択された高キュリー点軟磁性層４Ｂを選択する。また、記録の対象となる記録セルを備えた低キュリー点軟磁性層９、発熱抵抗層７及び反強磁性層６から成る積層構造体を選択する。
選択した高キュリー点軟磁性層４Ｂの一方の端部にＬｏｗレベルの電圧をかけ、選択した垂直磁化硬磁性層８、発熱抵抗層７及び反強磁性層６から成る積層構造体の一方の端部の反強磁性層６にＨｉｇｈレベルの電圧をかける。電圧をかけることにより、選択した垂直磁化硬磁性層８、発熱抵抗層７及び反強磁性層６から成る積層構造体の一方の端部の反強磁性層６から、選択した高キュリー点軟磁性層４Ｂの一方の端部に電流が流れる。この場合、図示しない電圧供給手段（電流供給手段）により高キュリー点軟磁性層４Ｂ及び反強磁性層６に電圧をかける。
選択した高キュリー点軟磁性層４Ｂと、選択した垂直磁化硬磁性層８、発熱抵抗層７及び反強磁性層６から成る積層構造体との交点では、反強磁性層６、垂直磁化硬磁性層８、垂直磁化硬磁性層８を挟む２つの発熱抵抗層７及び高キュリー点軟磁性層４Ｂに電流が流れる。そのため、選択した高キュリー点軟磁性層４Ｂと、選択した垂直磁化硬磁性層８、発熱抵抗層７及び反強磁性層６から成る積層構造体との交点に位置する２つの発熱抵抗層７が発熱する。
例えば、図８のＩ３からＩ４に電流を流した場合、交点Ｅに位置する２つの発熱抵抗層７が発熱する。反強磁性層６及び垂直磁化硬磁性層８は、それぞれ発熱抵抗層７と接しているため、発熱抵抗層７が発熱した場合、発熱抵抗層７で発生するジュール熱により反強磁性層６及び垂直磁化硬磁性層８の温度は上昇する。
高キュリー点軟磁性層４Ａの中を流れる磁束を垂直磁化硬磁性層８へ向かうようにするためには、反強磁性層６を軟磁性体として機能させ、反強磁性層６の中を磁束が流れるよ
うにする必要がある。また、反強磁性層６の中を流れる磁束が垂直磁化硬磁性層８の中を流れ、垂直磁化硬磁性層８の磁化方向を定めるためには、垂直磁化硬磁性層８の磁性を失わせる必要がある。
垂直磁化硬磁性層８の磁性を失わせるためには、垂直磁化硬磁性層８の温度を約２３０℃（５０３Ｋ）まで上昇させる必要がある。垂直磁化硬磁性層８は、２つの発熱抵抗層７と接しているのに対し、反強磁性層６は、１つの発熱抵抗層７と接している。また、本実施形態では、垂直磁化硬磁性層８を挟むように設置された各発熱抵抗層７の膜厚は等しい。そのため、垂直磁化硬磁性層８に与えられる熱量は、反強磁性層６に与えられる熱量のほぼ倍となる。例えば、垂直磁化硬磁性層８の温度を３０℃（３０３Ｋ）から、垂直磁化硬磁性層８のキュリー点である２３０℃（５０３Ｋ）まで上昇させた場合、反強磁性層６の温度は、約１３０℃（４０３Ｋ）となる。反強磁性層６の温度が１３０℃（４０３Ｋ）となる場合、反強磁性層６は軟磁性体として良好な特性を示す。
そこで、発熱抵抗層７に供給する電圧・電流を制御し、垂直磁化硬磁性層８の温度を２３０℃（５０３Ｋ）まで上昇させ、反強磁性層６の温度を１３０℃（４０３Ｋ）まで上昇させる。垂直磁化硬磁性層８の温度を２３０℃（５０３Ｋ）まで上昇させ、反強磁性層６の温度を１３０℃（４０３Ｋ）まで上昇させた場合、高キュリー点軟磁性層４Ａの中を流れる磁束は、反強磁性層６の中を流れて垂直磁化硬磁性層８の中に流れる。そのため、垂直磁化硬磁性層８の磁化方向が定まる。垂直磁化硬磁性層８の中を流れた磁束は、高キュリー点軟磁性層４Ｂの中を流れ、再び面内磁化硬磁性層１０に戻る。なお、垂直磁化硬磁性層８の温度の上昇値と発熱抵抗層７に供給する電圧・電流の値との関係は、実験又はシミュレーションによって求めておけばよい。
上記では、説明の便宜のため、面内磁化硬磁性層１０から発生した磁束を高キュリー点軟磁性層４Ａの中に流す動作、高キュリー点軟磁性層４Ａの中を流れる磁束を直進させる動作、高キュリー点軟磁性層４Ａの中を流れる磁束により垂直磁化硬磁性層８の磁化方向を定める動作を別々に説明したが、これらの動作は全て同時に行うものとする。すなわち、記録の対象となる記録セルの上に設置された高キュリー点軟磁性層４Ｂ、面内磁化硬磁性層１０の横に配置され、面内磁化硬磁性層１０の磁化方向に設置された反強磁性層６、面内磁化硬磁性層１０と読み取り用磁気抵抗効果素子２との間に設置された低キュリー点軟磁性層９、記録の対象となる記録セルに繋がる反強磁性層６にそれぞれ電圧をかける。このようにすれば、図６に示すように、面内磁化硬磁性層１０から発生した磁束が、面内磁化硬磁性層１０の横に配置され、面内磁化硬磁性層１０の磁化方向に設置された反強磁性層６の中を流れる。そして、面内磁化硬磁性層１０から発生した磁束は、高キュリー点軟磁性層４Ａの中を流れ、記録セルの中を流れる。次に、面内磁化硬磁性層１０から発生した磁束は、高キュリー点軟磁性層４Ｂの中を流れて、面内磁化硬磁性層１０の磁化方向の反対方向に設置された低キュリー点軟磁性層９の中を流れて、再び面内磁化硬磁性層１０に戻る。このような磁気回路が形成されることにより、面内磁化硬磁性層１０から発生した磁束が流れた高キュリー点軟磁性層４Ａと対向して配置された高キュリー点軟磁性層４Ｂの方向に、垂直磁化硬磁性層８の磁化方向が定まる。
次に、図７に示すように、面内磁化硬磁性層１０から発生した磁束を高キュリー点軟磁性層４Ｂの中に流す動作について説明する。
まず、高キュリー点軟磁性層４Ｂと、低キュリー点軟磁性層９、発熱抵抗層７及び反強磁性層６から成る積層構造体とを選択する。この場合、記録の対象となる記録セルの上に設置された高キュリー点軟磁性層４Ｂを選択する。また、面内磁化硬磁性層１０の磁化方向と反対方向に設置された低キュリー点軟磁性層９、発熱抵抗層７及び反強磁性層６から成る積層構造体を選択する。図７では、面内磁化硬磁性層１０の磁化方向は右方向である
ため、面内磁化硬磁性層１０の左に設置された低キュリー点軟磁性層９、発熱抵抗層７及び反強磁性層６から成る積層構造体を選択する。
選択した高キュリー点軟磁性層４Ｂの一方の端部及び選択した低キュリー点軟磁性層９、発熱抵抗層７及び反強磁性層６から成る積層構造体の一方の端部の反強磁性層６に電圧をかける。電圧をかけることにより、選択した高キュリー点軟磁性層４Ｂの一方の端部と、選択した低キュリー点軟磁性層９、発熱抵抗層７及び反強磁性層６から成る積層構造体の一方の端部の反強磁性層６との間で電流が流れる。この場合、図示しない電圧供給手段（電流供給手段）により高キュリー点軟磁性層４Ｂ及び反強磁性層６に電圧をかける。
選択した高キュリー点軟磁性層４Ｂと、選択した低キュリー点軟磁性層９、発熱抵抗層７及び反強磁性層６から成る積層構造体との交点では、反強磁性層６、発熱抵抗層７、低キュリー点軟磁性層９及び高キュリー点軟磁性層４Ｂに電流が流れる。そのため、選択した高キュリー点軟磁性層４Ｂと、選択した低キュリー点軟磁性層９、発熱抵抗層７及び反強磁性層６から成る積層構造体との交点に位置する発熱抵抗層７が発熱する。
例えば、図８のＩ５からＩ４に電流を流した場合、交点Ｆに位置する発熱抵抗層７が発熱する。反強磁性層６及び低キュリー点軟磁性層９は、それぞれ発熱抵抗層７と接しているため、発熱抵抗層７が発熱した場合、発熱抵抗層７で発生するジュール熱により反強磁性層６及び低キュリー点軟磁性層９の温度は上昇する。
反強磁性層６の温度が約８０℃（３５３Ｋ）以上になると反強磁性層６は、軟磁性体として機能する。また、低キュリー点軟磁性層９の温度が約９７℃（３７０Ｋ）以上になると低キュリー点軟磁性層９は磁性を失う。したがって、選択した高キュリー点軟磁性層４Ｂと、選択した低キュリー点軟磁性層９、発熱抵抗層７及び反強磁性層６から成る積層構造体の交点に位置する低キュリー点軟磁性層９は磁性を失い、反強磁性層６は軟磁性体として機能する。反強磁性層６の温度の上昇値と発熱抵抗層７に供給する電圧・電流の値との関係は、実験又はシミュレーションによって求めておけばよい。
面内磁化硬磁性層１０の磁化方向の反対方向に設置された反強磁性層６が軟磁性体として機能する場合、面内磁化硬磁性層１０に流れ込む磁束は、高キュリー点軟磁性層４Ａから面内磁化硬磁性層１０に向かって、面内磁化硬磁性層１０の磁化方向の反対方向に設置された反強磁性層６の中を流れる。
通常、面内磁化硬磁性層１０から発生した磁束は、面内磁化硬磁性層１０の磁化方向に設置された低キュリー点軟磁性層９の中を流れて高キュリー点軟磁性層４Ｂの中を流れる。面内磁化硬磁性層１０の磁化方向と反対方向に設置された低キュリー点軟磁性層９が磁性を失っていない場合、高キュリー点軟磁性層４Ｂの中を流れる磁束は、面内磁化硬磁性層１０の磁化方向と反対方向に設置された低キュリー点軟磁性層９の中を流れて再び面内磁化硬磁性層１０に戻る。
一方、面内磁化硬磁性層１０の磁化方向と反対方向に設置された低キュリー点軟磁性層９が磁性を失った場合、高キュリー点軟磁性層４Ｂの中を流れる磁束は、面内磁化硬磁性層１０の磁化方向と反対方向に設置された低キュリー点軟磁性層９の中をほとんど流れなくなる。そして、高キュリー点軟磁性層４Ｂの中を流れる磁束は、面内磁化硬磁性層１０の磁化方向と同一方向に向かって進む。
高キュリー点軟磁性層４Ｂの中を流れる磁束を、読み取り用磁気抵抗効果素子２と面内磁化硬磁性層１０との間に設置された低キュリー点軟磁性層９及び発熱抵抗層７から成る積層構造体の中に流さずにそのまま直進させる動作は、上記で説明した高キュリー点軟磁
性層４Ａの中を流れる磁束を直進させる動作と同様であるので、ここではその説明を省略する。
また、高キュリー点軟磁性層４Ｂの中を流れる磁束を垂直磁化硬磁性層８へ向かうようにし、垂直磁化硬磁性層８の中に磁束を流すことにより垂直磁化硬磁性層８の磁化方向を定める動作は、上記で説明した高キュリー点軟磁性層４Ａの中を流れる磁束により垂直磁化硬磁性層８の磁化方向を定める動作と同様であるので、ここではその説明を省略する。以下では、高キュリー点軟磁性層４Ｂの中を流れる磁束を垂直磁化硬磁性層８へ向かうようにし、垂直磁化硬磁性層８の中に磁束を流すことにより垂直磁化硬磁性層８の磁化方向を定める動作を、高キュリー点軟磁性層４Ｂの中を流れる磁束により垂直磁化硬磁性層８の磁化方向を定める動作という。
上記では、説明の便宜のため、面内磁化硬磁性層１０から発生した磁束を高キュリー点軟磁性層４Ｂの中に流す動作、高キュリー点軟磁性層４Ｂの中を流れる磁束を直進させる動作、高キュリー点軟磁性層４Ｂの中を流れる磁束により垂直磁化硬磁性層８の磁化方向を定める動作を別々に説明したが、これらの動作は全て同時に行うものとする。すなわち、記録の対象となる記録セルの上に設置された高キュリー点軟磁性層４Ｂ、面内磁化硬磁性層１０の横に配置され、面内磁化硬磁性層１０の磁化方向と反対方向に設置された反強磁性層６、面内磁化硬磁性層１０と読み取り用磁気抵抗効果素子２との間に設置された低キュリー点軟磁性層９、記録の対象となる記録セルに繋がる反強磁性層６にそれぞれ電圧をかける。このようにすれば、図７に示すように、面内磁化硬磁性層１０から発生した磁束が、面内磁化硬磁性層１０の横に配置され、面内磁化硬磁性層１０の磁化方向に設置された低キュリー点軟磁性層９の中を流れる。そして、面内磁化硬磁性層１０から発生した磁束は、高キュリー点軟磁性層４Ｂの中を流れ、記録セルの中を流れる。次に、面内磁化硬磁性層１０から発生した磁束は、高キュリー点軟磁性層４Ａの中を流れて、面内磁化硬磁性層１０の磁化方向の反対方向に設置された反強磁性層６の中を流れて、再び面内磁化硬磁性層１０に戻る。このような磁気回路が形成されることにより、面内磁化硬磁性層１０から発生した磁束が流れた高キュリー点軟磁性層４Ａの方向に、垂直磁化硬磁性層８の磁化方向が定まる。
上記では、一つの記録セルの垂直磁化硬磁性層８の磁化方向を定める動作について説明したが、本実施形態の磁気記憶素子１の記録動作は、垂直磁化硬磁性層８の磁化を同じ向きにしたい記録セルを同時に複数選択して行うことができる。
〈読み出し動作〉
本実施形態の磁気記憶素子１の読み出し動作について説明する。具体的には、読み取り用磁気抵抗効果素子２に接する高キュリー点軟磁性層４Ａの磁化方向を変化させる磁気回路を形成する。そして、読み取り用磁気抵抗効果素子２に接する高キュリー点軟磁性層４Ａの磁化方向を変化させることによって起こる読み取り用磁気抵抗効果素子２の抵抗値の変化を検出する。
高キュリー点軟磁性層４Ａの磁化方向によって、読み取り用磁気抵抗効果素子２の抵抗値は変化する。読み取り用磁気抵抗効果素子２の磁化方向が、高キュリー点軟磁性層４Ａの磁化方向に対して反対方向となる場合、読み取り用磁気抵抗効果素子２の磁化方向が高キュリー点軟磁性層４Ａの磁化方向に対して同方向となる場合と比べて、読み取り用磁気抵抗効果素子２の抵抗値が増大する。
本実施形態では、読み取り用磁気抵抗効果素子２の磁化方向と、高キュリー点軟磁性層４Ａの磁化方向とが同方向となる場合の読み取り用磁気抵抗効果素子２の抵抗値を、抵抗値小と定義される。また、本実施形態では、読み取り用磁気抵抗効果素子２の磁化方向と
、高キュリー点軟磁性層４Ａの磁化方向とが反対方向となる場合の読み取り用磁気抵抗効果素子２の抵抗値を、抵抗値大と定義される。
本実施形態の磁気記憶素子１の読み出し動作において、読み出しの対象となる記録セルは、垂直磁化硬磁性層８、発熱抵抗層７及び反強磁性層６から成る積層構造体の列を適宜選択し、電流を流すことにより決定する。
まず、読み出しの対象となる記録セルを備えた垂直磁化硬磁性層８、発熱抵抗層７及び反強磁性層６から成る積層構造体を選択する。そして、選択した垂直磁化硬磁性層８、発熱抵抗層７及び反強磁性層６から成る積層構造体の一方の端部の反強磁性層６にＨｉｇｈレベルの電圧をかけ、選択した垂直磁化硬磁性層８、発熱抵抗層７及び反強磁性層６から成る積層構造体の他方の端部の垂直磁化硬磁性層８にＬｏｗレベルの電圧をかける。
電圧をかけることにより、選択した垂直磁化硬磁性層８、発熱抵抗層７及び反強磁性層６から成る積層構造体の一方の端部の反強磁性層６から、選択した垂直磁化硬磁性層８、発熱抵抗層７及び反強磁性層６から成る積層構造体の一方の端部の垂直磁化硬磁性層８の端部に電流が流れる。
選択した垂直磁化硬磁性層８、発熱抵抗層７及び反強磁性層６から成る積層構造体では、反強磁性層６、垂直磁化硬磁性層８、反強磁性層６と垂直磁化硬磁性層８との間に設置された発熱抵抗層７に電流が流れる。そのため、選択した垂直磁化硬磁性層８、発熱抵抗層７及び反強磁性層６から成る積層構造体では、反強磁性層６と垂直磁化硬磁性層８との間に設置された発熱抵抗層７が発熱する。
例えば、図８のＩ３からＩ６に電流を流した場合、垂直磁化硬磁性層８、発熱抵抗層７及び反強磁性層６から成る積層構造体の反強磁性層６と垂直磁化硬磁性層８との間に設置された発熱抵抗層７が発熱する。反強磁性層６及び垂直磁化硬磁性層８は、反強磁性層６と垂直磁化硬磁性層８との間に設置された発熱抵抗層７と接しているため、発熱抵抗層７が発熱した場合、発熱抵抗層７で発生するジュール熱により反強磁性層６及び垂直磁化硬磁性層８の温度は上昇する。
本実施形態の磁気記憶素子１の読み出し動作では、反強磁性層６と垂直磁化硬磁性層８との間に設置された発熱抵抗層７を発熱させ、反強磁性層６の温度を約８０℃（３５３Ｋ）に上昇させる。反強磁性層６の温度を約８０℃（３５３Ｋ）に上昇させた場合、反強磁性層６は軟磁性体として機能する。また、反強磁性層６の温度を約８０℃（３５３Ｋ）に上昇させた場合、発熱した発熱抵抗層７と接する垂直磁化硬磁性層８の温度も約８０℃（３５３Ｋ）に上昇する。垂直磁化硬磁性層８の温度が約８０℃（３５３Ｋ）の場合、垂直磁化硬磁性層８は硬磁性を失わず、垂直磁化硬磁性層８の磁化も十分大きい。
反強磁性層６が軟磁性体として機能する場合、高キュリー点軟磁性層４Ａ、反強磁性層６、垂直磁化硬磁性層８および高キュリー点軟磁性層４Ｂからなる磁気回路が形成される。このような磁気回路が形成された場合、高キュリー点軟磁性層４Ａの磁化方向は、垂直磁化硬磁性層８の磁化方向に支配される。すなわち、高キュリー点軟磁性層４Ａの磁化方向は、高キュリー点軟磁性層４Ａ、反強磁性層６、垂直磁化硬磁性層８および高キュリー点軟磁性層４Ｂによって形成される磁気回路の中を流れる磁束の方向に向けられる。高キュリー点軟磁性層４Ａ、反強磁性層６、垂直磁化硬磁性層８および高キュリー点軟磁性層４Ｂによって形成された磁気回路の中では、磁束は垂直磁化硬磁性層８の磁化方向に沿って流れる。
例えば、図９に示すように、垂直磁化硬磁性層８の磁化方向は、高キュリー点軟磁性層
４Ｂが設置された方向に向けられている。この場合、高キュリー点軟磁性層４Ａ、反強磁性層６、垂直磁化硬磁性層８、高キュリー点軟磁性層４Ｂによって形成された磁気回路の高キュリー点軟磁性層４Ａの磁化方向は、垂直磁化硬磁性層８、発熱抵抗層７及び反強磁性層６から成る積層構造体が設置された方向（図９では、右方向）となる。
また、例えば、図１０に示すように、垂直磁化硬磁性層８の磁化方向は、高キュリー点軟磁性層４Ａが設置された方向に向けられている。この場合、高キュリー点軟磁性層４Ａ、反強磁性層６、垂直磁化硬磁性層８、高キュリー点軟磁性層４Ｂによって形成された磁気回路の高キュリー点軟磁性層４Ａの磁化方向は、垂直磁化硬磁性層８、発熱抵抗層７及び反強磁性層６から成る積層構造体が設置された方向と反対方向（図１０では、左方向）となる。
高キュリー点軟磁性層４Ａの磁化方向によって、読み取り用磁気抵抗効果素子２の抵抗値は変化するため、記録セルに記録された内容（すなわち記録セルの垂直磁化硬磁性層８の磁化方向）を読み出すことができる。
例えば、読み取り用磁気抵抗効果素子２の磁化方向を垂直磁化硬磁性層８、発熱抵抗層７及び反強磁性層６から成る積層構造体が設置された方向（図９及び図１０では右方向）に固定する。また、読み取り用磁気抵抗効果素子２の抵抗値が抵抗値大の場合は“１”とし、読み取り用磁気抵抗効果素子２の抵抗値が抵抗値小の場合は“０”として論理定義する。
図９に示すように、高キュリー点軟磁性層４Ａの磁化方向が、垂直磁化硬磁性層８、発熱抵抗層７及び反強磁性層６から成る積層構造体が設置された方向（図９では、右方向）となる場合、読み取り用磁気抵抗効果素子２の磁化方向は、高キュリー点軟磁性層４Ａの磁化方向と同方向となる。したがって、読み取り用磁気抵抗効果素子２の抵抗値は、抵抗値小となる。
一方、高キュリー点軟磁性層４Ａの磁化方向が、垂直磁化硬磁性層８、発熱抵抗層７及び反強磁性層６から成る積層構造体が設置された方向と反対方向（図１０では、左方向）となる場合、読み取り用磁気抵抗効果素子２の磁化方向は、高キュリー点軟磁性層４Ａの磁化方向と反対方向となる。したがって、読み取り用磁気抵抗効果素子２の抵抗値は、抵抗値大となる。
読み取り用磁気抵抗効果素子２の抵抗値の変化を検出することによって、記録セルの垂直磁化硬磁性層８の磁化方向を“１”又は“０”という情報として読み出すことができる。
このように、読み取り用磁気抵抗効果素子２の抵抗値を検出することにより、記録セルに記録された情報を読み出すことができる。また、本実施形態の磁気記憶素子１の読み出し動作は、垂直磁化硬磁性層８、発熱抵抗層７及び反強磁性層６から成る積層構造体の列を独立して選択することができる。そして、選択された垂直磁化硬磁性層８、発熱抵抗層７及び反強磁性層６から成る積層構造体が備える記録セル全てに対して同時に読み出し動作を行う。したがって、選択された垂直磁化硬磁性層８、発熱抵抗層７及び反強磁性層６から成る積層構造体の列が備える記録セルに記録された情報を全て同時に読み出すことができる。
本実施形態では、記録動作を行うために供給する電流は、発熱抵抗層７を発熱させるために必要な量でよい。したがって、本実施形態で供給する電流量は、電流を供給することによって磁界を発生させ、その磁界により高キュリー点軟磁性層４Ａの磁化方向を変更さ
せるのに必要な電流量よりも少ない量でよい。すなわち、記録動作に必要な電流は、磁気記憶素子１の一部の温度を上げるためだけに必要な量になるため、磁気記憶素子１の微細化と記録動作の電流密度とが相反する問題を克服することができる。その結果、高集積度化を行うことができ、さらに低消費電力を実現することができる。
また、本実施形態によれば、読み取り用磁気抵抗効果素子２を加熱することなく、記録セルに記録された情報を読み出すことができる。そのため、読み取り用磁気抵抗効果素子２が加熱されることがなくなり、読み取り用磁気抵抗効果素子２の劣化を低減することができる。
次に、図１１から図２５を参照して、本実施形態の磁気記憶素子１の作製方法について説明する。まず、図１１に示すように、ケイ素（Ｓｉ）基板３１上に反強磁性膜２１、ピンド層２２、中間層２３を形成する。なお、図１１およびそれ以降の図面では、反強磁性膜２１は省略してある。そして、反強磁性膜２１、ピンド層２２、中間層２３から構成される読み取り用磁気抵抗効果素子２を所望の形状及び大きさに成型するために読み取り用磁気抵抗効果素子２の中間層２３の上にレジスト３２を塗布し、パターニングを行う。
次に、イオンミリングにより読み取り用磁気抵抗効果素子２を成型する。図１２に示すように、読み取り用磁気抵抗効果素子２を成型した後、端子膜３及び絶縁用のＳｉＯ2膜
１１をレジスト３２の上に成膜する。この場合、端子膜３、ＳｉＯ2膜１１の順に成膜す
る。なお、図１２およびそれ以降の図面では、ケイ素基板３１は省略してある。図１３に、図１２のＦ１−Ｆ２の断面図を示す。
そして、リフトオフプロセスにより、読み取り用磁気抵抗効果素子２の中間層２３の上のレジスト３２、端子膜３及びＳｉＯ2膜１１を除去した後、読み取り用磁気抵抗効果素
子２の中間層２３を露出させ、高キュリー点軟磁性層４をＳｉＯ2膜及び読み取り用磁気
抵抗効果素子２の上に成膜する。図１４は、ＳｉＯ2膜１１及び読み取り用磁気抵抗効果
素子２の上に高キュリー点軟磁性層４を成膜した後の構造図である。また、図１５は、ＳｉＯ2膜１１及び読み取り用磁気抵抗効果素子２の上に高キュリー点軟磁性層４を成膜し
た後の図１４のＧ１−Ｇ２の断面図である。
高キュリー点軟磁性層４を成膜後、読み取り用磁気抵抗効果素子２を略矩形に成型し、端子膜３、ＳｉＯ2膜１１及び高キュリー点軟磁性層４から成る積層構造体を櫛状に成型
する。すなわち、読み取り用磁気抵抗効果素子２に対して、読み取り用磁気抵抗効果素子２の長手方向で所定サイズ及び所定間隔によりエッチングを行う。また、端子膜３、ＳｉＯ2膜１１及び高キュリー点軟磁性層４から成る積層構造体に対して、読み取り用磁気抵
抗効果素子２の長手方向と同方向で所定サイズ及び所定間隔によりエッチングを行う。エッチングされた読み取り用磁気抵抗効果素子２は、略矩形の形状となり所定間隔で配列される。また、エッチングされた端子膜３、ＳｉＯ2膜１１及び高キュリー点軟磁性層４か
ら成る積層構造体は、櫛状の形状となり所定間隔で配列される。図１６は、読み取り用磁気抵抗効果素子２を略矩形の形状に成型し、端子膜３、ＳｉＯ2膜１１及び高キュリー点
軟磁性層４から成る積層構造体を櫛状の形状に成型した後の図１４のＧ１−Ｇ２の断面図である。
次に、ＳｉＯ2膜１１のスパッタ、リフトオフプロセスにより、読み取り用磁気抵抗効
果素子２と、端子膜３、ＳｉＯ2膜及び高キュリー点軟磁性層４から成る積層構造体とを
エッチングしたことによって生じた隙間をＳｉＯ2膜１１で埋める。続いて、図１７に示
すように、下地層５、反強磁性層６を高キュリー点軟磁性層４の上に成膜する。この場合、下地層５、反強磁性層６の順で成膜する。図１７のＨ１−Ｈ２の断面図を図１８に示す。
そして、反強磁性層６上にレジスト３２を成膜し、そのレジスト３２に対してパターニングを行う。この場合、読み取り用磁気抵抗効果素子２の垂直方向付近に成膜された発熱抵抗層７及び反強磁性層６を除去できるように、反強磁性層６上に成膜されたレジスト３２に対してパターニングを行う。エッチングにより下地層５が露出するまで反強磁性層６を削り、反強磁性層６にパターンを形成する。反強磁性層６及び露出した下地層５の上に、発熱抵抗層７及び低キュリー点軟磁性層９を成膜する。この場合、発熱抵抗層７、低キュリー点軟磁性層９の順で成膜する。図１９に、反強磁性層６及び露出した下地層５の上に、発熱抵抗層７及び低キュリー点軟磁性層９を成膜した後の構造図を示す。また、図１９のＪ１−Ｊ２の断面図を図２０に示す。
次に、図１９の正面右側の反強磁性層６の上に成膜された発熱抵抗層７を露出させるため、低キュリー点軟磁性層９上にレジスト３２を成膜し、そのレジスト３２に対してパターニングを行う。図１９の正面右側の反強磁性層６上に成膜された発熱抵抗層７が露出するまでエッチングを行う。露出した発熱抵抗層７上に垂直磁化硬磁性層８及び保護層４１を成膜する。この場合、垂直磁化硬磁性層８、保護層４１の順で成膜する。本実施形態では、保護層４１としてＴａ（タンタル）を使用するが、他の材料を使用してもよい。垂直磁化硬磁性層８及び保護層４１の成膜後、リフトオフプロセスにより、低キュリー点軟磁性層９上のレジスト３２を除去する。図２１に、露出した発熱抵抗層７上に垂直磁化硬磁性層８及び保護層４１を成膜した後の構造図を示す。
そして、低キュリー点軟磁性層９及び保護層４１の上にレジスト３２を成膜し、そのレジスト３２に対してパターニングを行う。この場合、下地層５上に成膜された反強磁性層６、発熱抵抗層７及び低キュリー点軟磁性層９から成る積層構造体を２つに分割できるように、レジスト３２に対してパターニングを行う。
また、下地層５上に成膜された発熱抵抗層７及び低キュリー点軟磁性層９から成る積層構造体を、下地層５上に成膜された反強磁性層６、発熱抵抗層７及び低キュリー点軟磁性層９から切り離せるように、レジスト３２に対してパターニングを行う。
さらに、下地層５上に成膜された発熱抵抗層７及び低キュリー点軟磁性層９から成る積層構造体を、下地層５上に成膜された反強磁性層６、発熱抵抗層７、垂直磁化硬磁性層８及び保護層４１から成る積層構造体から切り離すことができるように、レジスト３２に対してパターニングを行う。また、下地層５上に成膜された反強磁性層６、発熱抵抗層７、垂直磁化硬磁性層８及び保護層４１から成る積層構造体を複数に分割できるように、レジスト３２に対してパターニングを行う。
次に、下地層５が露出するまでエッチングを行い、ＳｉＯ2膜１１を成膜する。この場
合、ＳｉＯ2膜１１は約２０ｎｍの厚さで成膜する。図２２に、下地層５が露出するまで
エッチングを行い、ＳｉＯ2膜１１を成膜した後の構造図を示す。
そして、２つに分割された下地層５、反強磁性層６及び低キュリー点軟磁性層９から成る積層構造体の間に面内磁化硬磁性層１０を成膜する。本実施形態では、面内磁化硬磁性層１０としてＣｏＣｒＰｔを使用するが、他の材料を使用してもよい。図２３に面内磁化硬磁性層１０を成膜した後の構造図を示す。
次に、隙間にＳｉＯ2膜１１を埋め、低キュリー点軟磁性層９及び保護層４１が露出す
るまでＳｉＯ2膜１１をエッチングする。そして、発熱抵抗層７を約５ｎｍで成膜した後
、発熱抵抗層７が低キュリー点軟磁性層９及び垂直磁化硬磁性層８の上に残るようにエッチングを行う。その後、発熱抵抗層７、ＳｉＯ2膜１１の上に高キュリー点軟磁性層４を
成膜する。そして、発熱抵抗層７、ＳｉＯ2膜１１の上に成膜された高キュリー点軟磁性
層４を、対向する櫛状の形状に成型された高キュリー点軟磁性層４と同一の形状に成型する。この場合、保護層４１の上に成膜された発熱抵抗層７が露出するまで高キュリー点軟磁性層４をエッチングする。図２４は、高キュリー点軟磁性層４をエッチングした後の構造図である。図２４の矢印Ｋの方向からの側面図を図２５に示す。図２５において、ＳｉＯ2膜１１および端子膜３は省略してある。
上記で説明した方法によって、本実施形態の磁気記憶素子１を作製する。なお、上記作製方法で説明した保護層４１は、図１および図３から図１０では省略してある。また、上記作製方法において、下地層５を下地層５の上に成膜する反強磁性層６または発熱抵抗層７と同一の形状となるようにエッチングしてもよい。
（付記１）
磁束が流れる磁路を具備する磁気回路を形成する磁気記憶素子であって、
所定温度以上になると磁気回路を流れる磁束により磁化方向が定まり、所定温度未満になると磁束を発生する硬磁性層と、
電流が供給されることで発熱する発熱層と、
所定温度以上になると磁路を形成する反強磁性層と、
磁路を形成し、前記硬磁性層、前記発熱層および前記反強磁性層で構成される第１の積層構造体と接する第１の高キュリー点軟磁性層と、
磁路を形成し、前記第１の積層構造体と接する第２の高キュリー点軟磁性層とを備え、
前記第１の積層構造体が有する前記発熱層に電流を供給し、前記第１の積層構造体が有する前記硬磁性層の温度を所定温度以上にするとともに前記第１の積層構造体が有する前記反強磁性層の温度を所定温度以上にすることで、前記第１の高キュリー点軟磁性層、前記第１の積層構造体が有する前記反強磁性層、前記第１の積層構造体が有する前記硬磁性層および前記第２の高キュリー点軟磁性層によって磁気回路が形成され、前記第１の高キュリー点軟磁性層から前記第２の高キュリー点軟磁性層に向かって該磁気回路を流れる磁束または前記第２の高キュリー点軟磁性層から前記第１の高キュリー点軟磁性層に向かって該磁気回路を流れる磁束により前記第１の積層構造体が有する前記硬磁性層の磁化方向を定める磁気記憶素子。
（付記２）
磁束を発生する永久磁石と、
所定温度未満になると磁路を形成する低キュリー点軟磁性層とを更に備え、
前記永久磁石と接し、かつ前記第１の高キュリー点軟磁性層および前記第２の高キュリー点軟磁性層と接する、前記反強磁性層、前記発熱層および前記低キュリー点軟磁性層で構成される第２の積層構造体が少なくとも２つ設置され、
一方の前記第２の積層構造体が有する前記発熱層に電流を供給することにより、一方の前記第２の積層構造体が有する前記反強磁性層の温度を所定温度以上にするとともに一方の前記第２の積層構造体が有する前記低キュリー点軟磁性層の温度を所定温度以上にし、かつ前記第１の積層構造体が有する前記発熱層に電流を供給することにより、前記第１の積層構造体が有する前記硬磁性層の温度を所定温度以上にするとともに前記第１の積層構造体が有する前記反強磁性層の温度を所定温度以上にすることで、一方の前記第２の積層構造体が有する前記反強磁性層、前記第１の高キュリー点軟磁性層、前記第１の積層構造体が有する前記反強磁性層、前記第１の積層構造体が有する前記硬磁性層および前記第２の高キュリー点軟磁性層によって形成された磁気回路に前記永久磁石が発生する磁束を流し、前記第１の高キュリー点軟磁性層から前記第２の高キュリー点軟磁性層に向かって該磁気回路を流れる磁束により前記硬磁性層の磁化方向を定める付記１に記載の磁気記憶素子。
（付記３）
他方の前記第２の積層構造体が有する前記発熱層に電流を供給することにより、他方の
前記第２の積層構造体が有する前記反強磁性層の温度を所定温度以上にするとともに他方の前記第２の積層構造体が有する前記低キュリー点軟磁性層の温度を所定温度以上にし、かつ前記第１の積層構造体が有する前記発熱層に電流を供給することにより、前記第１の積層構造体が有する前記硬磁性層の温度を所定温度以上にするとともに前記第１の積層構造体が有する前記反強磁性層の温度を所定温度以上にすることで、一方の前記第２の積層構造体が有する前記低キュリー点軟磁性層、前記第２の高キュリー点軟磁性層、前記第１の積層構造体が有する前記硬磁性層、前記第１の積層構造体が有する前記反強磁性層および前記第１の高キュリー点軟磁性層によって形成された磁気回路に前記永久磁石が発生する磁束を流し、前記第２の高キュリー点軟磁性層から前記第１の高キュリー点軟磁性層に向かって該磁気回路を流れる磁束により前記第１の積層構造体が有する前記硬磁性層の磁化方向を定める付記２に記載の磁気記憶素子。
（付記４）
磁束を発生する永久磁石と、
所定温度未満になると磁路を形成する低キュリー点軟磁性層とを更に備え、
前記永久磁石と接し、かつ前記第１の高キュリー点軟磁性層および前記第２の高キュリー点軟磁性層と接する、前記反強磁性層、前記発熱層および前記低キュリー点軟磁性層で構成される第２の積層構造体が少なくとも２つ設置され、
一方の前記第２の積層構造体が有する前記発熱層に電流を供給することにより、一方の前記第２の積層構造体が有する前記反強磁性層の温度を所定温度以上にするとともに一方の前記第２の積層構造体が有する前記低キュリー点軟磁性層の温度を所定温度以上にし、かつ前記第１の積層構造体が有する前記発熱層に電流を供給することにより、前記第１の積層構造体が有する前記硬磁性層の温度を所定温度以上にするとともに前記第１の積層構造体が有する前記反強磁性層の温度を所定温度以上にすることで、他方の前記第２の積層構造体が有する前記低キュリー点軟磁性層、前記第２の高キュリー点軟磁性層、前記第１の積層構造体が有する前記硬磁性層、前記第１の積層構造体が有する前記反強磁性層および前記第１の高キュリー点軟磁性層によって形成された磁気回路に前記永久磁石が発生する磁束を流し、前記第２の高キュリー点軟磁性層から前記第１の高キュリー点軟磁性層に向かって該磁気回路を流れる磁束により前記第１の積層構造体が有する前記硬磁性層の磁化方向を定める付記１に記載の磁気記憶素子。
（付記５）
他方の前記第２の積層構造体が有する前記発熱層に電流を供給することにより、他方の前記第２の積層構造体が有する前記反強磁性層の温度を所定温度以上にするとともに他方の前記第２の積層構造体が有する前記低キュリー点軟磁性層の温度を所定温度以上にし、かつ前記第１の積層構造体が有する前記発熱層に電流を供給することにより、前記第１の積層構造体が有する前記硬磁性層の温度を所定温度以上にするとともに前記第１の積層構造体が有する前記反強磁性層の温度を所定温度以上にすることで、他方の前記第２の積層構造体が有する前記反強磁性層、前記第１の高キュリー点軟磁性層、前記第１の積層構造体が有する前記反強磁性層、前記第１の積層構造体が有する前記硬磁性層および前記第２の高キュリー点軟磁性層によって形成された磁気回路に前記永久磁石が発生する磁束を流し、前記第１の高キュリー点軟磁性層から前記第２の高キュリー点軟磁性層に向かって該磁気回路を流れる磁束により前記硬磁性層の磁化方向を定める付記４に記載の磁気記憶素子。
（付記６）
前記第１の積層構造体が有する前記発熱層に電流を供給し、前記第１の積層構造体が有する前記硬磁性層の温度を所定温度未満にするとともに前記第１の積層構造体が有する前記反強磁性層の温度を所定温度以上にし、前記第１の積層構造体が有する前記硬磁性層が発生する磁束により前記第１の高キュリー点軟磁性層、前記第１の積層構造体が有する前記硬磁性層、前記第１の積層構造体が有する前記反強磁性層および前記第２の高キュリー点軟磁性層によって形成された磁気回路の磁化方向を定める付記１から５のいずれかに記載の磁気記憶素子。
（付記７）
前記発熱層および前記低キュリー点軟磁性層で構成される第３の積層構造体が、前記磁気抵抗素子と前記永久磁石との間に設置され、前記第３の積層構造体が有する前記発熱層に電流を供給し、前記第３の積層構造体が有する前記低キュリー点軟磁性層の温度を所定の温度以上にする付記２から６のいずれかに記載の磁気記憶素子。
（付記８）
磁束が流れる磁路を具備する磁気回路を形成する磁気記憶素子であって、
磁束を発生する硬磁性層と、
電流が供給されることで発熱する発熱層と、
所定温度以上になると磁路を形成する反強磁性層と、
磁路を形成し、前記硬磁性層、前記発熱層および前記反強磁性層で構成される第１の積層構造体と接する第１の高キュリー点軟磁性層と、
磁路を形成し、前記第１の積層構造体と接する第２の高キュリー点軟磁性層とを備え、
前記第１の積層構造体が有する前記発熱層に電流を供給し、前記第１の積層構造体が有する前記反強磁性層の温度を所定温度以上にし、前記第１の積層構造体が有する前記硬磁性層が発生する磁束により前記第１の高キュリー点軟磁性層、前記第１の積層構造体が有する前記硬磁性層、前記第１の積層構造体が有する前記反強磁性層および前記第２の高キュリー点軟磁性層によって形成された磁気回路の磁化方向を定める磁気記憶素子。
（付記９）
前記第１の高キュリー点軟磁性層の磁化方向により抵抗値が変化する磁気抵抗素子と、
前記磁気抵抗素子の抵抗値の変化を検出することにより前記第１の高キュリー点軟磁性層の磁化方向を判別する判別素子とを更に備える付記６から８のいずれかに記載の磁気記憶素子。
本実施形態の磁気記憶素子１の構造図である。 読み取り用磁気抵抗効果素子２の構造図である。 本実施形態の磁気記憶素子１の上面図である。 本実施形態の磁気記憶素子１の下面図である。 面内磁化硬磁性層１０から発生した磁束の軌道を示した図である。 面内磁化硬磁性層１０から発生した磁束が流れる経路を示した図である。 面内磁化硬磁性層１０から発生した磁束が流れる経路を示した図である。 本実施形態の磁気記憶素子１の上面図である。 高キュリー点軟磁性層４Ａの磁化方向を説明した図である。 高キュリー点軟磁性層４Ａの磁化方向を説明した図である。 ケイ素基板３１上に反強磁性膜２１、ピンド層２２、中間層２３を形成した後の構造図である。 読み取り用磁気抵抗効果素子２を成型し、端子膜３及び絶縁用のＳｉＯ2膜１１をレジスト３２の上に成膜した後の構造図である。 読み取り用磁気抵抗効果素子２を成型し、端子膜３及び絶縁用のＳｉＯ2膜１１をレジスト３２の上に成膜した後の図１２のＦ１−Ｆ２の断面図である。 ＳｉＯ2膜１１及び読み取り用磁気抵抗効果素子２の上に高キュリー点軟磁性層を成膜した後の構造図である。 ＳｉＯ2膜１１及び読み取り用磁気抵抗効果素子２の上に高キュリー点軟磁性層を成膜した後の図１４のＧ１−Ｇ２の断面図である。 読み取り用磁気抵抗効果素子２を略矩形の形状に成型し、端子膜３、ＳｉＯ2膜１１及び高キュリー点軟磁性層から成る積層構造体を櫛状の形状に成型した後の図１４のＧ１−Ｇ２の断面図である。 下地層５、反強磁性層６を高キュリー点軟磁性層の上に成膜した後の構造図である。 下地層５、反強磁性層６を高キュリー点軟磁性層の上に成膜した後の図１７のＨ１−Ｈ２の断面図である。 反強磁性層６及び露出した下地層５の上に、発熱抵抗層７及び低キュリー点軟磁性層９を成膜した後の構造図である。 反強磁性層６及び露出した下地層５の上に、発熱抵抗層７及び低キュリー点軟磁性層９を成膜した後の図１９のＪ１−Ｊ２の断面図である。 露出した発熱抵抗層７上に垂直磁化硬磁性層８及び保護層４１を成膜した後の構造図である。 下地層５が露出するまでエッチングを行い、ＳｉＯ2膜１１を成膜した後の構造図である。 面内磁化硬磁性層１０を成膜した後の構造図である。 高キュリー点軟磁性層をエッチングした後の構造図である。 高キュリー点軟磁性層をエッチングした後の側面図である。
符号の説明
１ 磁気記憶素子
２ 読み取り用磁気抵抗効果素子
３ 端子膜
４、４Ａ、４Ｂ 高キュリー点軟磁性層
５ 下地層
６ 反強磁性層
７ 発熱抵抗層
８ 垂直磁化硬磁性層
９ 低キュリー点軟磁性層
１０ 面内磁化硬磁性層
１１ ＳｉＯ2膜
２１ 反強磁性膜
２２ ピンド層
２３ 中間層
３１ ケイ素基板
３２ レジスト
４１ 保護層

Claims (6)

  1. 磁束が流れる磁路を具備する磁気回路を形成する磁気記憶素子であって、
    所定温度以上になると磁気回路を流れる磁束により磁化方向が定まり、所定温度未満になると磁束を発生する硬磁性層と、
    電流が供給されることで発熱する発熱層と、
    所定温度以上になると磁路を形成する反強磁性層と、
    磁路を形成し、前記硬磁性層、前記発熱層および前記反強磁性層で構成される第１の積層構造体と接する第１の高キュリー点軟磁性層と、
    磁路を形成し、前記第１の積層構造体と接する第２の高キュリー点軟磁性層とを備え、
    前記第１の積層構造体が有する前記発熱層に電流を供給し、前記第１の積層構造体が有する前記硬磁性層の温度を所定温度以上にするとともに前記第１の積層構造体が有する前記反強磁性層の温度を所定温度以上にすることで、前記第１の高キュリー点軟磁性層、前記第１の積層構造体が有する前記反強磁性層、前記第１の積層構造体が有する前記硬磁性層および前記第２の高キュリー点軟磁性層によって磁気回路が形成され、前記第１の高キュリー点軟磁性層から前記第２の高キュリー点軟磁性層に向かって該磁気回路を流れる磁束または前記第２の高キュリー点軟磁性層から前記第１の高キュリー点軟磁性層に向かって該磁気回路を流れる磁束により前記第１の積層構造体が有する前記硬磁性層の磁化方向を定める磁気記憶素子。
  2. 磁束を発生する永久磁石と、
    所定温度未満になると磁路を形成する低キュリー点軟磁性層とを更に備え、
    前記永久磁石と接し、かつ前記第１の高キュリー点軟磁性層および前記第２の高キュリー点軟磁性層と接する、前記反強磁性層、前記発熱層および前記低キュリー点軟磁性層で構成される第２の積層構造体が少なくとも２つ設置され、
    一方の前記第２の積層構造体が有する前記発熱層に電流を供給することにより、一方の前記第２の積層構造体が有する前記反強磁性層の温度を所定温度以上にするとともに一方の前記第２の積層構造体が有する前記低キュリー点軟磁性層の温度を所定温度以上にし、かつ前記第１の積層構造体が有する前記発熱層に電流を供給することにより、前記第１の積層構造体が有する前記硬磁性層の温度を所定温度以上にするとともに前記第１の積層構造体が有する前記反強磁性層の温度を所定温度以上にすることで、一方の前記第２の積層構造体が有する前記反強磁性層、前記第１の高キュリー点軟磁性層、前記第１の積層構造体が有する前記反強磁性層、前記第１の積層構造体が有する前記硬磁性層および前記第２の高キュリー点軟磁性層によって形成された磁気回路に前記永久磁石が発生する磁束を流し、前記第１の高キュリー点軟磁性層から前記第２の高キュリー点軟磁性層に向かって該磁気回路を流れる磁束により前記硬磁性層の磁化方向を定める請求項１に記載の磁気記憶素子。
  3. 他方の前記第２の積層構造体が有する前記発熱層に電流を供給することにより、他方の前記第２の積層構造体が有する前記反強磁性層の温度を所定温度以上にするとともに他方の前記第２の積層構造体が有する前記低キュリー点軟磁性層の温度を所定温度以上にし、かつ前記第１の積層構造体が有する前記発熱層に電流を供給することにより、前記第１の積層構造体が有する前記硬磁性層の温度を所定温度以上にするとともに前記第１の積層構造体が有する前記反強磁性層の温度を所定温度以上にすることで、一方の前記第２の積層構造体が有する前記低キュリー点軟磁性層、前記第２の高キュリー点軟磁性層、前記第１の積層構造体が有する前記硬磁性層、前記第１の積層構造体が有する前記反強磁性層および前記第１の高キュリー点軟磁性層によって形成された磁気回路に前記永久磁石が発生する磁束を流し、前記第２の高キュリー点軟磁性層から前記第１の高キュリー点軟磁性層に向かって該磁気回路を流れる磁束により前記第１の積層構造体が有する前記硬磁性層の磁化方向を定める請求項２に記載の磁気記憶素子。
  4. 前記第１の積層構造体が有する前記発熱層に電流を供給し、前記第１の積層構造体が有する前記硬磁性層の温度を所定温度未満にするとともに前記第１の積層構造体が有する前記反強磁性層の温度を所定温度以上にし、前記第１の積層構造体が有する前記硬磁性層が発生する磁束により前記第１の高キュリー点軟磁性層、前記第１の積層構造体が有する前記硬磁性層、前記第１の積層構造体が有する前記反強磁性層および前記第２の高キュリー点軟磁性層によって形成された磁気回路の磁化方向を定める請求項１から３のいずれかに記載の磁気記憶素子。
  5. 磁束が流れる磁路を具備する磁気回路を形成する磁気記憶素子であって、
    磁束を発生する硬磁性層と、
    電流が供給されることで発熱する発熱層と、
    所定温度以上になると磁路を形成する反強磁性層と、
    磁路を形成し、前記硬磁性層、前記発熱層および前記反強磁性層で構成される第１の積層構造体と接する第１の高キュリー点軟磁性層と、
    磁路を形成し、前記第１の積層構造体と接する第２の高キュリー点軟磁性層とを備え、
    前記第１の積層構造体が有する前記発熱層に電流を供給し、前記第１の積層構造体が有する前記反強磁性層の温度を所定温度以上にし、前記第１の積層構造体が有する前記硬磁性層が発生する磁束により前記第１の高キュリー点軟磁性層、前記第１の積層構造体が有する前記硬磁性層、前記第１の積層構造体が有する前記反強磁性層および前記第２の高キュリー点軟磁性層によって形成された磁気回路の磁化方向を定める磁気記憶素子。
  6. 前記第１の高キュリー点軟磁性層の磁化方向により抵抗値が変化する磁気抵抗素子と、
    前記磁気抵抗素子の抵抗値の変化を検出することにより前記第１の高キュリー点軟磁性層の磁化方向を判別する判別素子とを更に備える請求項４または５に記載の磁気記憶素子。
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