JP2010114261A - Magnetic memory and method for recording information to the magnetic memory - Google Patents

Magnetic memory and method for recording information to the magnetic memory Download PDF

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昇 岩田
Yoshiteru Murakami
善照 村上
Takeshi Ogasawara
剛 小笠原
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a magnetic memory, capable of rewriting magnetic recording information without carrying a high density current, or employing a high coersive force material on a part for holding magnetic information. <P>SOLUTION: The magnetic memory 1 includes a magnetic-wall moving layer 111; non-magnetic substance layer 112 as an intermediate layer; a magnetoresistance effect element 11 stacked with a fixed layer 113; and heating parts 12A and 12B, locally heating the magnetic-wall moving layer 111. In the magnetic-wall moving layer 111, an axis of easy magnetization is disposed in the in-plane direction of the magnetic-wall moving layer 111, and a magnetic wall 51 is formed in the magnetic-wall moving layer 111; and the magnetic wall moves in the magnetic wall moving layer, by the local heating of the magnetic-wall moving layer with the heating parts 12A, 12B. <P>COPYRIGHT: (C)2010,JPO&INPIT

Description

本発明は、磁気情報を保持する磁壁移動層を備える磁気メモリ、および上記磁気メモリに対して磁気情報を記録する情報記録方法に関する。   The present invention relates to a magnetic memory including a domain wall moving layer for holding magnetic information, and an information recording method for recording magnetic information in the magnetic memory.

磁気情報を磁気抵抗効果素子に記録する磁気メモリとして、MRAM(Magnetic Random Access Memory)が公知である。特にトンネル磁気抵抗効果素子を用いるMRAMでは、高い磁気抵抗効果を得られることが知られている。上記MRAMに磁気情報を記録する方法としては、磁界を発生する電流線を磁気抵抗効果素子の直近に配置し、情報を保持する磁性層の保磁力よりも大きな磁界を印加することにより磁気情報を記録する方法が知られている。   An MRAM (Magnetic Random Access Memory) is known as a magnetic memory that records magnetic information in a magnetoresistive effect element. In particular, it is known that an MRAM using a tunnel magnetoresistive effect element can obtain a high magnetoresistive effect. As a method of recording magnetic information in the MRAM, a current line for generating a magnetic field is arranged in the immediate vicinity of the magnetoresistive effect element, and the magnetic information is applied by applying a magnetic field larger than the coercive force of the magnetic layer holding the information. A method of recording is known.

また、MRAMに磁気情報を記録する他の方法としては、例えば、スピン注入磁化反転と称される磁気情報記録方法が知られている。特許文献1には、スピン注入磁化反転による磁気情報記録方法によって、磁気情報を記録することができる磁気抵抗効果素子が開示されている。図14は、特許文献1に記載の磁気抵抗効果素子を示す断面図である。図14に示すように、特許文献1に記載の磁気抵抗効果素子210は、記憶磁性膜211と、スペーサー212と、参照磁性膜213とから構成されている。スピン注入磁化反転による磁気情報記録方法では、磁気抵抗効果素子210に対して直接電流を流し、電流がスピン偏極することによって発生するスピントルクを利用して、情報を保持する記憶磁性膜211の磁化反転を行い、磁気情報を記録する。   As another method for recording magnetic information in the MRAM, for example, a magnetic information recording method called spin injection magnetization reversal is known. Patent Document 1 discloses a magnetoresistive effect element capable of recording magnetic information by a magnetic information recording method by spin injection magnetization reversal. FIG. 14 is a cross-sectional view showing the magnetoresistive effect element described in Patent Document 1. As shown in FIG. 14, the magnetoresistive element 210 described in Patent Document 1 includes a memory magnetic film 211, a spacer 212, and a reference magnetic film 213. In the magnetic information recording method by spin injection magnetization reversal, a current is directly applied to the magnetoresistive effect element 210, and spin torque generated by spin polarization of the current is used to store information in the storage magnetic film 211 that holds information. Magnetization reversal is performed and magnetic information is recorded.

さらに、他の磁気メモリとして、特許文献2には、細線状に形成した磁性体に磁気情報を記録し、記録した情報を細線中で移動させながら記録または再生を行う磁気メモリが開示されている。特許文献2に記載の磁気メモリでは、細線状の磁性体に電流を流して、電流をスピン偏極させることによってスピントルクを発生させ、細線内の磁壁を移動させて記録しようとする磁区を記録デバイスの位置に動かした後、記録デバイスから磁界を印加して情報の記録を行う。また、記録情報の再生は、磁気抵抗効果素子を用いて行うことが開示されている。
特開2005−93488号公報(2005年4月7日公開) 米国特許第6834005号明細書(2004年12月21日登録)
Further, as another magnetic memory, Patent Document 2 discloses a magnetic memory in which magnetic information is recorded on a magnetic material formed in a thin line, and recording or reproduction is performed while moving the recorded information in the thin line. . In the magnetic memory described in Patent Document 2, a current is passed through a fine wire-like magnetic material, spin current is generated by spin-polarizing the current, and a magnetic domain to be recorded is recorded by moving a domain wall in the fine wire. After moving to the position of the device, information is recorded by applying a magnetic field from the recording device. Further, it is disclosed that reproduction of recorded information is performed using a magnetoresistive effect element.
JP 2005-93488 A (published April 7, 2005) US Pat. No. 6,834,005 (registered on Dec. 21, 2004)

しかしながら、従来の磁気メモリでは以下の問題がある。すなわち、上記従来の電流線から生じる磁界を印加して磁気情報を記録するMRAMや、特許文献2に開示されているような細線状の磁性体に電流線から生じる磁界を印加して磁気情報を記録する磁気メモリでは、磁気情報を保持する部分に、磁気情報を安定保持可能な高保磁力材料を用いた場合、電流線から生じる記録磁界が不足して記録が困難になる。それゆえ、磁気情報を保持する部分に、磁気情報を安定保持可能な高保磁力材料を用いることができないという問題を有している。   However, the conventional magnetic memory has the following problems. That is, the magnetic information generated by applying the magnetic field generated from the current line to the MRAM that records the magnetic information by applying the magnetic field generated from the above-described conventional current line or the thin line-shaped magnetic material as disclosed in Patent Document 2 is used. In a magnetic memory for recording, when a high coercive force material that can stably hold magnetic information is used for a portion that holds magnetic information, a recording magnetic field generated from a current line is insufficient and recording becomes difficult. Therefore, there is a problem that a high coercive force material that can stably hold magnetic information cannot be used for a portion that holds magnetic information.

また、特許文献1に開示されたMRAMでは、磁気抵抗効果素子に対して直接電流を流すことにより磁化反転させるので、磁化反転を起こす磁気トルクを発生させるために、1×10A/cmを超えるような高い電流密度の電流を通電する必要がある。このため、繰り返し書き換えを行った際には磁気抵抗効果素子の絶縁破壊を起こす等、磁気メモリの耐久性が下がる虞があるという問題を有している。 Further, in the MRAM disclosed in Patent Document 1, since magnetization is reversed by passing a current directly through the magnetoresistive effect element, in order to generate a magnetic torque that causes magnetization reversal, 1 × 10 6 A / cm 2. It is necessary to energize a current having a high current density that exceeds. For this reason, there is a problem that the durability of the magnetic memory may be lowered, such as causing dielectric breakdown of the magnetoresistive effect element when rewriting is performed repeatedly.

本発明は、上記従来の問題点に鑑みてなされたものであって、その目的は、磁気抵抗効果素子に高い電流密度の電流を通電する必要が無く、磁気情報を保持する部分に高保磁力材料を用いることが可能な磁気メモリを提供することにある。   The present invention has been made in view of the above-mentioned conventional problems, and the object thereof is not to energize a magnetoresistive effect element with a high current density, and a high coercive force material is provided in a part for holding magnetic information. It is an object of the present invention to provide a magnetic memory that can be used.

本発明の磁気メモリは、上記課題を解決するために、磁壁移動層と、中間層である非磁性体層と、固定層とが積層された磁気抵抗効果素子、および、上記磁壁移動層を局所的に加熱可能な加熱部を備え、上記磁壁移動層において、磁化容易軸は磁壁移動層の面内方向に位置しており、上記磁壁移動層には磁壁が形成されており、上記加熱部によって、磁壁移動層が局所的に加熱されることにより、上記磁壁が磁壁移動層内において移動することを特徴としている。   In order to solve the above problems, a magnetic memory according to the present invention includes a magnetoresistive effect element in which a domain wall motion layer, a nonmagnetic material layer as an intermediate layer, and a fixed layer are laminated, and the domain wall motion layer is locally disposed. A heating part that can be heated automatically, and in the domain wall motion layer, the easy axis of magnetization is located in an in-plane direction of the domain wall motion layer, and the domain wall motion layer has a domain wall formed by the heating unit. The domain wall moving layer is locally heated, so that the domain wall moves in the domain wall moving layer.

以上のように、本発明に係る磁気メモリによれば、磁壁移動層において、磁化容易軸は磁壁移動層の面内方向に位置していており、上記磁壁移動層には磁壁が形成されている。このため、加熱部によって磁壁移動層が局所的に加熱されると、加熱された領域の保磁力が低下する。これにより、エネルギー勾配によって生じる磁壁駆動力と漏洩磁界によって生じる力とが磁壁に加わるので、磁壁を加熱された領域へ移動させることができ、磁気抵抗を変化させることができる。   As described above, according to the magnetic memory of the present invention, in the domain wall motion layer, the easy magnetization axis is located in the in-plane direction of the domain wall motion layer, and the domain wall motion layer is formed with the domain wall. . For this reason, when the domain wall motion layer is locally heated by the heating unit, the coercivity of the heated region is reduced. Thereby, the domain wall driving force generated by the energy gradient and the force generated by the leakage magnetic field are applied to the domain wall, so that the domain wall can be moved to the heated region, and the magnetic resistance can be changed.

それゆえ、加熱部による熱によって磁気記録情報を書き換えることができるので、高い電流密度の電流を磁気抵抗効果素子に通電せずとも磁気記録情報を書き換えることができる。また、熱によって磁気記録情報を書き換えるので、磁壁移動層に高保磁力材料を用いることが出来、情報を安定保持できる。さらに、高い電流密度の電流を磁気抵抗効果素子に通電せずとも磁気記録情報を書き換えることが可能であるので、耐久性に優れた磁気メモリを提供することができる。   Therefore, since the magnetic recording information can be rewritten by the heat from the heating unit, the magnetic recording information can be rewritten without passing a high current density current through the magnetoresistive element. Further, since the magnetic recording information is rewritten by heat, a high coercive force material can be used for the domain wall moving layer, and information can be stably maintained. Furthermore, since magnetic recording information can be rewritten without passing a current having a high current density through the magnetoresistive element, a magnetic memory having excellent durability can be provided.

本発明の磁気メモリでは、上記加熱部が複数備えられていることが好ましい。   In the magnetic memory of the present invention, it is preferable that a plurality of the heating units are provided.

本発明の磁気メモリでは、磁壁移動層の加熱によって、磁壁を上記加熱された領域へ移動させることができるので、加熱部が複数備えられていることによって、上記加熱された領域を複数の箇所に生じさせることができる。これにより、磁壁をそれぞれの加熱された領域に向かって移動させることができるので、磁壁の位置を段階的に変化させることが可能となる。そのため、多値記録が可能な磁気メモリを提供することができる。   In the magnetic memory of the present invention, the domain wall can be moved to the heated region by heating the domain wall moving layer. Therefore, by providing a plurality of heating units, the heated region is provided at a plurality of locations. Can be generated. Thereby, since the domain wall can be moved toward each heated region, the position of the domain wall can be changed stepwise. Therefore, a magnetic memory capable of multi-value recording can be provided.

本発明の磁気メモリでは、上記磁壁に直交する方向を長さ方向としたときに、上記磁壁移動層の長さは、上記非磁性体層の長さよりも長く、上記加熱部の長さ方向における中心位置は、磁壁移動層と非磁性体層とが重なる領域の外側に形成されていることが好ましい。   In the magnetic memory of the present invention, when the direction perpendicular to the domain wall is defined as the length direction, the length of the domain wall moving layer is longer than the length of the nonmagnetic layer, and the length of the heating unit is The center position is preferably formed outside the region where the domain wall motion layer and the nonmagnetic layer overlap.

上記発明によれば、加熱部が磁壁移動層と非磁性体層とが重なる領域の外側に形成されているので、加熱部による加熱によって、磁壁を上記領域の外側に移動させることができる。これにより、磁気抵抗の変化に寄与する磁壁移動層の領域、すなわち、非磁性体層と接する面上にある磁壁移動層の内部領域の磁化方向を一方向にすることができる。このため、磁気抵抗効果を検出する際に、大きな磁気抵抗効果を得ることが可能な磁気メモリを提供することができる。   According to the above invention, since the heating part is formed outside the region where the domain wall moving layer and the nonmagnetic layer overlap, the domain wall can be moved outside the region by heating by the heating unit. Thereby, the magnetization direction of the domain wall moving layer region contributing to the change of the magnetic resistance, that is, the inner region of the domain wall moving layer on the surface in contact with the non-magnetic layer can be made one direction. Therefore, it is possible to provide a magnetic memory capable of obtaining a large magnetoresistance effect when detecting the magnetoresistance effect.

本発明の磁気メモリでは、上記磁壁は複数形成されており、複数の磁壁の全体を磁壁移動層内において移動させる通電手段が、上記磁壁移動層に接続されていることが好ましい。   In the magnetic memory of the present invention, it is preferable that a plurality of the domain walls are formed, and energizing means for moving the whole of the plurality of domain walls in the domain wall moving layer is connected to the domain wall moving layer.

上記発明によれば、通電手段によって、複数の磁壁の全体を磁壁移動層内において移動させることができるので、加熱部の設置数が1つと少なくても、所望の位置にある磁壁を個別に、且つ、所望の幅で移動させることが可能となる。   According to the above invention, since the whole of the plurality of domain walls can be moved in the domain wall moving layer by the energization means, even if the number of installed heating parts is as small as one, the domain wall at a desired position is individually In addition, it can be moved with a desired width.

本発明の磁気メモリでは、上記加熱部がジュール熱を発することにより発熱して、上記磁壁移動層を局所的に加熱することが好ましい。   In the magnetic memory of the present invention, it is preferable that the heating section generates heat by generating Joule heat and locally heats the domain wall motion layer.

上記発明によれば、少ない電流で発熱する加熱部を備える磁気メモリを容易に構成することができる。   According to the above invention, a magnetic memory including a heating unit that generates heat with a small current can be easily configured.

本発明の磁気メモリでは、上記加熱部は光照射により発熱して、上記磁壁移動層を局所的に加熱することが好ましい。   In the magnetic memory of the present invention, it is preferable that the heating unit generates heat by light irradiation and locally heats the domain wall motion layer.

上記発明によれば、上記加熱部の加熱並びに冷却を高速に行うことができるため、高速記録が可能となる。   According to the above invention, since the heating part can be heated and cooled at high speed, high-speed recording is possible.

本発明の磁気メモリへの情報記録方法は、上記磁気メモリに対して、上記磁壁移動層を局所的に加熱し、上記磁壁移動層内において磁壁を移動させる方法である。   The information recording method to the magnetic memory according to the present invention is a method of locally heating the domain wall motion layer with respect to the magnetic memory and moving the domain wall in the domain wall motion layer.

上記方法によれば、磁壁移動層の局所的な加熱によって磁壁を移動させるので、電流による磁界印加やスピン注入を用いずに磁気メモリへの磁気情報記録を行うことが可能となる。それゆえ、磁気情報を安定保持することができる高保磁力材料であっても、磁気情報の記録が可能であり、且つ、高い電流密度の電流を通電することが無く、磁気情報の記録を実現することができる。   According to the above method, since the domain wall is moved by local heating of the domain wall moving layer, it is possible to perform magnetic information recording in the magnetic memory without using magnetic field application by current or spin injection. Therefore, even with a high coercive force material that can stably hold magnetic information, magnetic information can be recorded, and magnetic information can be recorded without passing a current having a high current density. be able to.

本発明の磁気メモリは、以上のように、磁壁移動層において、磁化容易軸は磁壁移動層の面内方向に位置しており、上記磁壁移動層には磁壁が形成されており、上記加熱部によって、磁壁移動層が局所的に加熱されることにより、上記磁壁が磁壁移動層内において移動するものである。   As described above, in the magnetic memory of the present invention, in the domain wall motion layer, the easy axis of magnetization is located in the in-plane direction of the domain wall motion layer, the domain wall motion layer has a domain wall, and the heating unit Thus, the domain wall moving layer is locally heated, so that the domain wall moves in the domain wall moving layer.

それゆえ、高い電流密度の電流を通電することが無く、情報を書き換えることができるとともに、耐久性および磁気情報の保持安定性に優れた磁気メモリを提供することができるという効果を奏する。   Therefore, there is an effect that it is possible to rewrite information without passing a current having a high current density, and to provide a magnetic memory excellent in durability and retention stability of magnetic information.

〔実施の形態1〕
本発明の一実施形態について図1ないし図8に基づいて説明すれば、以下の通りである。図1は、本実施の形態係る磁気メモリ1の構成を示す断面図である。磁気メモリ1は、磁壁移動層111と、中間層である非磁性体層112と、固定層113とが積層された磁気抵抗効果素子11、および、磁壁移動層111を加熱するための加熱部12Aおよび加熱部12Bと、加熱部12Aおよび加熱部12Bに通電するための電源13と、磁気抵抗効果素子11の磁気抵抗効果を検出するための上部電極114および下部電極115とを備えている。
[Embodiment 1]
An embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. 1 to 8 as follows. FIG. 1 is a cross-sectional view showing a configuration of a magnetic memory 1 according to the present embodiment. The magnetic memory 1 includes a magnetoresistive effect element 11 in which a domain wall motion layer 111, a nonmagnetic material layer 112 as an intermediate layer, and a fixed layer 113 are stacked, and a heating unit 12A for heating the domain wall motion layer 111. And a heating unit 12B, a power source 13 for energizing the heating unit 12A and the heating unit 12B, and an upper electrode 114 and a lower electrode 115 for detecting the magnetoresistive effect of the magnetoresistive effect element 11.

磁壁移動層111は、磁化容易軸が面内方向にあり、その内部における磁化方向が反転する境界には磁壁51が形成されている。磁壁51は、磁壁移動層111の面方向に垂直に位置しており、磁壁51の両端は磁壁移動層111の対向する両側面に達している。すなわち、磁壁移動層111には、磁壁51を挟んで互いに逆向きの磁化を持った2つの磁区52Aおよび磁区52Bが形成されている。本実施の形態1における磁気メモリ1は、以上のような構成からなり、以下、各構成要素について説明する。なお、図1中の矢印はトータル磁化の方向を表している。   The domain wall motion layer 111 has an easy axis of magnetization in the in-plane direction, and a domain wall 51 is formed at the boundary where the magnetization direction in the domain is reversed. The domain wall 51 is positioned perpendicular to the surface direction of the domain wall moving layer 111, and both ends of the domain wall 51 reach opposite side surfaces of the domain wall moving layer 111. That is, in the domain wall moving layer 111, two magnetic domains 52A and 52B having magnetizations opposite to each other across the domain wall 51 are formed. The magnetic memory 1 according to the first embodiment has the above configuration, and each component will be described below. In addition, the arrow in FIG. 1 represents the direction of total magnetization.

上記磁壁移動層111は、磁化容易軸が面内方向にある面内磁化層であり、高透磁率材料やキュリー温度近傍に加熱することができる希土類−遷移金属材料を、単層または複数層重ねて形成することができる。具体的な材料としては、Fe、NiFe、NiFeTa、Co、CoFeおよびCoFeB、または、これらを主体とする合金材料を用いることができる。また、Gd、Tb、DyおよびHoのうちの1種類または複数種類と、Fe、CoおよびNiのうちの1種類または複数種類とを組み合わせた合金材料を用いることもできる。磁壁移動層111の磁壁51の移動をスムーズに行うためには、結晶粒の存在しないアモルファス磁性体を用いることがより好ましい。   The domain wall motion layer 111 is an in-plane magnetization layer having an easy axis of magnetization in the in-plane direction, and a single layer or a plurality of layers of rare earth-transition metal materials that can be heated near the high magnetic permeability material or the Curie temperature. Can be formed. As a specific material, Fe, NiFe, NiFeTa, Co, CoFe, and CoFeB, or an alloy material mainly composed of these materials can be used. An alloy material in which one or more of Gd, Tb, Dy, and Ho and one or more of Fe, Co, and Ni are combined can also be used. In order to smoothly move the domain wall 51 of the domain wall moving layer 111, it is more preferable to use an amorphous magnetic material having no crystal grains.

上記材料のうち、フェリ磁性を示す希土類−遷移金属材料を用いた場合、室温での保磁力を大きくでき、磁気情報が安定保持される。上記のフェリ磁性を示す希土類−遷移金属材料を適用する場合には、磁壁移動層111の磁化容易軸を面内方向とするために、補償温度から離れた材料の組成を設定する。具体的には、材料の一軸異方性定数をK、飽和磁化をMとしたときに、室温から加熱最高温度までの範囲でK−2πM が負となるように材料組成を決定する。 Among the above materials, when a rare earth-transition metal material exhibiting ferrimagnetism is used, the coercive force at room temperature can be increased, and magnetic information is stably maintained. When the rare earth-transition metal material exhibiting ferrimagnetism is applied, the composition of the material away from the compensation temperature is set so that the easy axis of magnetization of the domain wall motion layer 111 is in the in-plane direction. Specifically, when the material uniaxial anisotropy constant is K u and the saturation magnetization is M s , the material composition is set so that K u −2πM S 2 is negative in the range from room temperature to the highest heating temperature. decide.

また、磁壁移動層111の厚みは、磁壁51が形成でき、且つ、加熱に伴って磁壁51の移動が可能な厚みであれば特に限定されるものではないが、例えば、5nm以上、70nm以下とすることが望ましい。磁壁移動層111の膜厚が5nmよりも薄くなると、膜の凹凸の影響を受けて磁壁51の移動がスムーズに起こらなくなる虞がある。一方、70nmよりも厚くなると膜厚方向に複数の磁区が形成される虞がある。   The thickness of the domain wall moving layer 111 is not particularly limited as long as the domain wall 51 can be formed and the domain wall 51 can be moved with heating, but for example, 5 nm or more and 70 nm or less. It is desirable to do. If the thickness of the domain wall moving layer 111 is less than 5 nm, the domain wall 51 may not move smoothly due to the unevenness of the film. On the other hand, if the thickness is greater than 70 nm, a plurality of magnetic domains may be formed in the film thickness direction.

さらに、図1の磁壁移動層111では、磁壁51を挟んで磁化が対向する方向に位置するよう(磁極を突き合わすように)に磁化方向が設定されている。これを実現するために、磁壁移動層111は、磁壁51面が移動する方向の長さ(図1左右方向の長さ)に比べて、幅および厚み(図1奥行き方向および上下方向)が小さくなるように形成され、形状異方性が生じる構成となっている。   Further, in the domain wall moving layer 111 of FIG. 1, the magnetization direction is set so that the magnetization is located in the opposite direction across the domain wall 51 (so that the magnetic poles are abutted). In order to realize this, the domain wall moving layer 111 has a smaller width and thickness (depth direction and vertical direction in FIG. 1) than the length in the direction in which the domain wall 51 moves (length in the horizontal direction in FIG. 1). It is formed so that shape anisotropy occurs.

非磁性体層112としては、非磁性金属材料、絶縁体材料またはこれらの組み合わせを用いることができる。非磁性金属材料が用いられる場合には、磁気メモリ1はCPP−GMR(Current Perpendicular to Plane - Giant Magneto-resistive)素子として機能し、絶縁体材料が用いられる場合にはTMR(Tunneling Magneto-resistive)素子として機能する。   As the nonmagnetic layer 112, a nonmagnetic metal material, an insulator material, or a combination thereof can be used. When a nonmagnetic metal material is used, the magnetic memory 1 functions as a CPP-GMR (Current Perpendicular to Plane-Giant Magneto-resistive) element, and when an insulator material is used, a TMR (Tunneling Magneto-resistive) is used. Functions as an element.

非磁性体層112の具体的な材料の例として、例えば、Cu、Al、Mg、AlおよびMgOのうちの1種類または複数種類を組み合わせた合金材料を用いることができる。このうち、MgOが非磁性体層112の材料として用いられた場合、磁気抵抗効果素子11は特に高い磁気抵抗効果が得られることが知られているので、特に好ましい。非磁性体層112の膜厚は、実用的な大きさの磁気抵抗効果を得る観点から、0.5nm以上、5nm以下とすることが好ましい。 As an example of a specific material of the nonmagnetic layer 112, for example, an alloy material in which one kind or a plurality of kinds of Cu, Al, Mg, Al 2 O 3 and MgO is combined can be used. Among these, when MgO is used as the material of the nonmagnetic layer 112, the magnetoresistive element 11 is particularly preferable because it is known that a particularly high magnetoresistive effect can be obtained. The film thickness of the nonmagnetic layer 112 is preferably 0.5 nm or more and 5 nm or less from the viewpoint of obtaining a practically large magnetoresistive effect.

固定層113は、磁化の向きが一方向に固定された面内磁性層であり、単層または複数層の磁性体によって構成される。固定層113が単層で形成される場合には、磁壁移動層111よりも保磁力の大きな強磁性材料を用いることが望ましく、例えば、Fe、Co、またはこれらの組み合わせにPt、Pd、Bなどを添加した材料や、TbFeCoまたはDyFeCoを用いることができる。   The fixed layer 113 is an in-plane magnetic layer in which the direction of magnetization is fixed in one direction, and is composed of a single layer or a plurality of layers of magnetic materials. When the fixed layer 113 is formed as a single layer, it is desirable to use a ferromagnetic material having a coercive force larger than that of the domain wall moving layer 111. For example, Fe, Co, or a combination thereof may be Pt, Pd, B, or the like. A material added with TbFeCo or DyFeCo can be used.

複数層の磁性体で固定層113を構成する場合には、CoFeBに代表される低保磁力材料の磁化をMnPtまたはMnIrに代表される反強磁性材料で固定したものを適用することができる。固定層113の膜厚は、磁化を一方向に安定保持する観点から、10nm以上、50nm以下とすることが望ましい。また、固定層113は、加熱部12Aまたは加熱部12Bによる加熱に伴って、一方向に固定された磁化の向きが不可逆的に変化することのないよう、材料および組成の選択がなされる。   In the case where the fixed layer 113 is formed of a plurality of layers of magnetic materials, a material in which the magnetization of a low coercive force material typified by CoFeB is fixed by an antiferromagnetic material typified by MnPt or MnIr can be applied. The film thickness of the fixed layer 113 is desirably 10 nm or more and 50 nm or less from the viewpoint of stably maintaining the magnetization in one direction. The material and composition of the fixed layer 113 are selected so that the magnetization direction fixed in one direction does not change irreversibly with heating by the heating unit 12A or the heating unit 12B.

磁気抵抗効果素子11の長さ方向、および幅方向(図面の左右方向、および、奥行き方向)のサイズは、磁気メモリ1としての機能を実現することができるものであれば特に限定されるものではない。例えば、長さ方向(図面左右方向)は、100nm以上、2μm以下の大きさ、幅方向の長さ(図面奥行き方向)は、例えば20nm以上、500nm以下の大きさ、高さ方向(図面上下方向)は、磁壁移動層111、非磁性体層112、固定層113の膜厚合計に相当し、例えば、15.5nm以上、125nm以下で形成され得る。   The size of the magnetoresistive element 11 in the length direction and width direction (left and right direction and depth direction in the drawing) is not particularly limited as long as the function as the magnetic memory 1 can be realized. Absent. For example, the length direction (left-right direction in the drawing) is 100 nm or more and 2 μm or less, and the length in the width direction (drawing depth direction) is, for example, 20 nm or more and 500 nm or less, and the height direction (up-down direction in the drawing). ) Corresponds to the total film thickness of the domain wall motion layer 111, the nonmagnetic material layer 112, and the fixed layer 113, and can be formed to be, for example, 15.5 nm or more and 125 nm or less.

なお、磁気抵抗効果素子11の長さ方向とは、換言すると、磁壁51の面に対して直交する方向であるといえる。また、磁気抵抗効果素子11の幅方向とは、換言すると、磁壁移動層111および非磁性体層112が接触する面と、磁壁51の面とが交わる直線の方向であるといえる。さらに、磁気抵抗効果素子11の高さ方向とは、換言すると、磁壁移動層111と非磁性体層112とが接触する面に対して直交する方向であるといえる。   In addition, it can be said that the length direction of the magnetoresistive effect element 11 is a direction orthogonal to the surface of the domain wall 51 in other words. In other words, the width direction of the magnetoresistive element 11 can be said to be the direction of a straight line where the surface where the domain wall moving layer 111 and the nonmagnetic layer 112 are in contact with the surface of the domain wall 51 intersects. Furthermore, it can be said that the height direction of the magnetoresistive effect element 11 is, in other words, a direction orthogonal to the surface where the domain wall motion layer 111 and the nonmagnetic material layer 112 are in contact with each other.

加熱部12Aおよび加熱部12Bは、磁壁移動層111を局所的に加熱する部材であり、磁気メモリ1では、磁壁移動層111上に、上部電極114を介して配置されている。また、加熱部12Aおよび12Bは、電源13と電気的に接続される。   The heating unit 12 </ b> A and the heating unit 12 </ b> B are members that locally heat the domain wall motion layer 111. In the magnetic memory 1, the heating unit 12 </ b> A and the heating unit 12 </ b> B are disposed on the domain wall motion layer 111 via the upper electrode 114. The heating units 12A and 12B are electrically connected to the power source 13.

加熱部12Aおよび加熱部12Bは、磁壁移動層111を局所的に加熱することができるものであれば特に限定されるものではない。例えば、NiCr合金、Pt、Mo、Ta、W、SiC、MoSi、または、導電性カーボンを適用可能である。また、加熱部12Aおよび加熱部12Bには、電源13から電流を供給することができるように電気回路が構成され、必要に応じて切り替えが可能なように構成されている。   The heating unit 12A and the heating unit 12B are not particularly limited as long as the domain wall moving layer 111 can be locally heated. For example, NiCr alloy, Pt, Mo, Ta, W, SiC, MoSi, or conductive carbon can be applied. Further, the heating unit 12A and the heating unit 12B are configured with an electric circuit so that a current can be supplied from the power source 13, and can be switched as necessary.

本実施形態では、加熱部12Aおよび加熱部12Bとしてジュール熱を発する抵抗発熱体を用いており、これにより、少ない電流で発熱する加熱部を備える磁気メモリを容易に構成することができる。なお、磁壁移動層111を局所的に加熱することができれば、これに限定されるものではない。例えば、光照射によって発熱する加熱部を用いても構わない。この場合、ジュール熱を用いる加熱部に比べて加熱部の加熱および冷却を高速に行うことができ、高速記録が可能となる。光照射には、例えば、半導体レーザーを用いることができる。   In this embodiment, a resistance heating element that generates Joule heat is used as the heating unit 12A and the heating unit 12B, whereby a magnetic memory including a heating unit that generates heat with a small current can be easily configured. Note that the present invention is not limited to this as long as the domain wall motion layer 111 can be locally heated. For example, a heating unit that generates heat by light irradiation may be used. In this case, the heating unit can be heated and cooled at a higher speed than the heating unit using Joule heat, and high-speed recording is possible. For example, a semiconductor laser can be used for the light irradiation.

上部電極114および上記下部電極115は、磁気抵抗効果素子11の磁気抵抗変化を検出するために用いるものである。具体的には、上部電極114と下部電極115との間に通電がなされ、磁気抵抗効果素子11の磁気抵抗値、すなわち、磁気情報を検知するものである。上部電極114および下部電極115としては特に限定されるものではなく、磁気メモリに用いられる従来公知の電極を用いることができる。   The upper electrode 114 and the lower electrode 115 are used to detect a change in magnetoresistance of the magnetoresistive effect element 11. Specifically, energization is performed between the upper electrode 114 and the lower electrode 115, and the magnetoresistance value of the magnetoresistive effect element 11, that is, magnetic information is detected. The upper electrode 114 and the lower electrode 115 are not particularly limited, and conventionally known electrodes used for magnetic memories can be used.

なお、図1では記載を省略しているが、磁気メモリ1の各部材の周囲、磁壁移動層111と、加熱部12Aまたは加熱部12Bとの間、上部電極114と、加熱部12Aまたは加熱部12Bとの間は、部材間の不要な通電を防ぎ、磁気メモリ1を保護する観点から絶縁体保護膜によって保護されていてもよい。   Although omitted in FIG. 1, the periphery of each member of the magnetic memory 1, between the domain wall motion layer 111 and the heating unit 12A or the heating unit 12B, the upper electrode 114, the heating unit 12A or the heating unit. 12B may be protected by an insulator protective film from the viewpoint of preventing unnecessary energization between members and protecting the magnetic memory 1.

本実施の形態1における磁気メモリ1への情報記録は、電源13によって加熱部12Aまたは加熱部12Bに通電し、ジュール熱を発生させ、磁壁移動層111を局所的に加熱して、磁壁51を加熱中心に向かって移動させることにより行う。なお、上記加熱中心とは、加熱部12Aまたは加熱部12Bによって加熱された最も温度が高い部分をいい、磁壁51に直交する方向を長さ方向としたときに、加熱部12Aおよび加熱部12Bの長さ方向における中心位置のことをいう。   In the information recording in the magnetic memory 1 according to the first embodiment, the heating unit 12A or the heating unit 12B is energized by the power source 13 to generate Joule heat, and the domain wall moving layer 111 is locally heated, so that the domain wall 51 is This is done by moving toward the center of heating. The heating center refers to a portion having the highest temperature heated by the heating unit 12A or the heating unit 12B. When the direction orthogonal to the domain wall 51 is a length direction, the heating unit 12A and the heating unit 12B The center position in the length direction.

これにより、磁壁移動層111内において、磁壁51を挟んで存在する2つの磁区52Aおよび52Bの面積比が変化して磁気抵抗の変化が得られる。このように、磁壁移動層111の磁壁51の位置に応じて磁気抵抗が変化することにより情報を記録する。一方、通電されなかった他方の加熱部12Bまたは加熱部12Aに通電し、磁壁移動層111を局所的に加熱すれば、磁壁51を別の位置に動かすことができる。   Thereby, in the domain wall moving layer 111, the area ratio of the two magnetic domains 52A and 52B existing across the domain wall 51 is changed, and a change in magnetoresistance is obtained. As described above, information is recorded by changing the magnetic resistance in accordance with the position of the domain wall 51 of the domain wall moving layer 111. On the other hand, if the other heating unit 12B or the heating unit 12A that is not energized is energized and the domain wall moving layer 111 is locally heated, the domain wall 51 can be moved to another position.

図2における(a)〜(c)は、本実施の形態1における磁気メモリ1における磁気情報の記録原理を示すための磁壁移動層111の断面図である。説明の便宜のため、磁気メモリ1のうち磁壁移動層111のみを取り出して記載している。なお、図2において、破線で挟まれた範囲(温度上昇範囲)の中央部が、加熱部12Aおよび加熱部12Bの加熱中心に相当する。つまり、加熱部によって破線で挟まれた領域が加熱されると、磁壁移動層111の温度は、上記破線で挟まれた範囲の中央部を中心として局所的に上昇する。以下、加熱によって、昇温した箇所を温度上昇領域とする。同図を用いて、同時に、磁壁51を移動させる方法、すなわち、磁気メモリへの情報記録方法について説明する。本実施の形態に係る磁気メモリへの情報記録方法は、上記磁気メモリに対して、上記加熱部によって、上記磁壁移動層を局所的に加熱し、上記磁壁移動層内において磁壁を移動させる方法である。   2A to 2C are cross-sectional views of the domain wall motion layer 111 for illustrating the principle of recording magnetic information in the magnetic memory 1 according to the first embodiment. For convenience of explanation, only the domain wall motion layer 111 is extracted from the magnetic memory 1 and described. In FIG. 2, the center part of the range (temperature rise range) sandwiched between broken lines corresponds to the heating center of the heating part 12A and the heating part 12B. That is, when the region sandwiched by the broken line is heated by the heating unit, the temperature of the domain wall motion layer 111 rises locally around the center of the range sandwiched by the broken line. Hereinafter, a portion where the temperature is increased by heating is defined as a temperature increase region. A method for simultaneously moving the domain wall 51, that is, a method for recording information in a magnetic memory will be described with reference to FIG. The information recording method to the magnetic memory according to the present embodiment is a method in which the magnetic wall moving layer is locally heated with respect to the magnetic memory by the heating unit, and the domain wall is moved in the domain wall moving layer. is there.

本実施の形態1における磁気メモリ1では、図2の(a)に示すように、磁化の向きが対向する磁区52Aおよび磁区52Bが磁壁51を挟んで存在している。ここで、磁壁51の両端は磁壁移動層111の対向する両側面に達しており、磁壁51を境界として磁区52Aおよび磁区52Bを形成している(開いた磁壁となっている)。また、磁区52Aの磁化の方が磁区52Bの磁化よりも大きい状態となっている。   In the magnetic memory 1 according to the first embodiment, as shown in FIG. 2A, the magnetic domains 52 </ b> A and 52 </ b> B having opposite magnetization directions exist with the domain wall 51 interposed therebetween. Here, both ends of the domain wall 51 reach opposite side surfaces of the domain wall moving layer 111, and the magnetic domain 52A and the magnetic domain 52B are formed with the domain wall 51 as a boundary (becomes open domain walls). Further, the magnetization of the magnetic domain 52A is larger than the magnetization of the magnetic domain 52B.

磁壁移動層111への情報記録は、磁壁移動層111が局所的に加熱されることによってなされる。すなわち、本実施の形態1においては、加熱部12Aまたは加熱部12Bに通電されてジュール熱が発熱することによって、磁壁移動層111の局所を加熱する。この局所的な加熱により、磁壁移動層111の加熱された領域の磁化を、磁壁移動層111のキュリー温度に近付けることができるので、磁気異方性を弱めることができる。これにより、磁壁51に直交する方向に磁化異方性の変化(勾配)が生じた場合に発生する磁壁駆動力と、磁区52Aおよび磁区52Bからの漏洩磁界によって発生する力(双極子相互作用)とが磁壁51に対して加わることとなる。   Information recording on the domain wall motion layer 111 is performed by locally heating the domain wall motion layer 111. That is, in the first embodiment, when the heating unit 12A or the heating unit 12B is energized and Joule heat is generated, the local part of the domain wall motion layer 111 is heated. By this local heating, the magnetization of the heated region of the domain wall motion layer 111 can be brought close to the Curie temperature of the domain wall motion layer 111, so that the magnetic anisotropy can be weakened. As a result, the domain wall driving force generated when a change (gradient) in magnetization anisotropy occurs in the direction orthogonal to the domain wall 51 and the force generated by the leakage magnetic field from the magnetic domain 52A and the magnetic domain 52B (dipole interaction). Are added to the domain wall 51.

上記磁壁駆動力とは、加熱部12Aまたは加熱部12Bの加熱によって、磁壁移動層111の温度上昇領域の磁気異方性が弱められることにより、磁壁移動層111の高温領域(加熱中心付近)と、低温領域との間において、磁気異方性の変化(勾配)が生じることによって発生する力である。磁壁移動層111は、面内磁化層であることから、磁壁51を挟んで磁壁移動層111の長さ方向(図面左右方向)に磁壁エネルギーの勾配が生じ、磁気異方性の大きい側(温度の低い領域)から磁気異方性の小さい領域(温度の高い領域)に向かって∂σ/∂xに相当する磁壁駆動力が働くことになる。σは磁壁エネルギーであり、xは磁壁51面と直交する方向(図面左右方向)の長さである。なお、図2の(b)では、破線で挟まれた領域が加熱され、上記破線で挟まれた領域が温度上昇領域となっている。   The domain wall driving force refers to a high temperature region (near the heating center) of the domain wall moving layer 111 by weakening the magnetic anisotropy of the temperature rising region of the domain wall moving layer 111 by heating of the heating unit 12A or the heating unit 12B. It is a force generated by a change (gradient) in magnetic anisotropy between the low temperature region. Since the domain wall motion layer 111 is an in-plane magnetization layer, a domain wall energy gradient occurs in the length direction (the left-right direction in the drawing) of the domain wall motion layer 111 with the domain wall 51 in between, and the side with the higher magnetic anisotropy (temperature) Domain wall driving force corresponding to ∂σ / ∂x works from a region having a low magnetic anisotropy to a region having a low magnetic anisotropy (a region having a high temperature). σ is the domain wall energy, and x is the length in the direction orthogonal to the surface of the domain wall 51 (the horizontal direction in the drawing). In FIG. 2B, the region sandwiched between the broken lines is heated, and the region sandwiched between the broken lines is a temperature rise region.

上記漏洩磁界によって発生する力(双極子相互作用)とは、図2の(b)に円弧状の矢印で示すように、温度上昇領域に向かって、磁壁51を挟んで対向する磁区52Aおよび52Bから生じる漏洩磁界によって発生する力である。   The force generated by the leakage magnetic field (dipole interaction) is the magnetic domains 52A and 52B facing each other across the domain wall 51 toward the temperature rising region, as indicated by an arc-shaped arrow in FIG. Force generated by the leakage magnetic field generated from

磁壁エネルギーの勾配による磁壁駆動力と、漏洩磁界によって生じる力(双極子相互作用)との和が、磁壁51位置での磁壁移動層111の保磁力を上回ると、磁壁51は、磁化反転させながら、磁壁移動層111の高温領域に向かって移動し、磁壁51に対して力が加わらなくなる位置、すなわち、加熱中心(最も温度が高い位置)において磁壁51の移動が停止する。この状態で加熱部12Aまたは加熱部12Bへの通電を止め、加熱を終了することにより、磁壁移動層111は冷却されて安定し、図2の(c)に示すように元の位置から磁壁51が移動した状態で固定される。   When the sum of the domain wall driving force due to the gradient of the domain wall energy and the force (dipole interaction) generated by the leakage magnetic field exceeds the coercive force of the domain wall moving layer 111 at the domain wall 51 position, the domain wall 51 undergoes magnetization reversal. Then, the movement of the domain wall 51 stops at a position where the magnetic wall moves toward the high temperature region of the domain wall moving layer 111 and no force is applied to the domain wall 51, that is, at the heating center (position where the temperature is highest). In this state, the energization of the heating unit 12A or the heating unit 12B is stopped, and the heating is terminated, whereby the domain wall moving layer 111 is cooled and stabilized, and the domain wall 51 from the original position as shown in FIG. Is fixed in a moved state.

以上のように、本実施の形態に係る磁気メモリ1によれば、磁壁移動層111において、磁化容易軸は磁壁移動層の面内方向に位置していており、磁壁移動層111には磁壁51が形成されている。このため、加熱部12Aまたは加熱部12Bによって磁壁移動層111が局所的に加熱されると、加熱された領域の保磁力が低下する。これにより、エネルギー勾配によって生じる磁壁駆動力と漏洩磁界によって生じる力(双極子相互作用)とが磁壁51に加わるので、磁壁51を上記加熱中心へ移動させることができる。すなわち、磁区52Aおよび磁区52Bの面積比を変化させることができるので、磁気抵抗を変化させることができる。   As described above, according to the magnetic memory 1 according to the present embodiment, in the domain wall motion layer 111, the easy axis of magnetization is located in the in-plane direction of the domain wall motion layer, and the domain wall motion layer 111 includes the domain wall 51. Is formed. For this reason, when the domain wall motion layer 111 is locally heated by the heating unit 12A or the heating unit 12B, the coercivity of the heated region is reduced. Thereby, the domain wall driving force generated by the energy gradient and the force (dipole interaction) generated by the leakage magnetic field are applied to the domain wall 51, so that the domain wall 51 can be moved to the heating center. That is, since the area ratio between the magnetic domains 52A and 52B can be changed, the magnetic resistance can be changed.

それゆえ、加熱部12Aまたは加熱部12Bによる熱によって磁気記録情報を書き換えることができる、すなわち、磁気情報の書き換えに際して、磁気抵抗効果素子に高い電流密度の電流を直接流すことなく、磁壁移動層を部分的に磁化反転させ、磁気記録情報を書き換えることができるため耐久性に優れた磁気メモリを提供することができる。また、熱によって磁気記録情報を書き換えるので、高保磁力材料を用いることができ、情報を安定保持できる。   Therefore, the magnetic recording information can be rewritten by the heat of the heating unit 12A or the heating unit 12B. That is, when rewriting the magnetic information, the domain wall moving layer can be formed without directly flowing a high current density current to the magnetoresistive effect element. Since magnetic recording information can be rewritten by partially reversing magnetization, a magnetic memory having excellent durability can be provided. In addition, since magnetic recording information is rewritten by heat, a high coercive force material can be used, and information can be stably maintained.

図2の(c)に示した状態から図2の(a)の状態に戻すためには、図2の(a)で示した磁壁51が加熱中心に移動するように磁壁移動層111を加熱し、加熱に伴う温度上昇領域が図2の(c)に示した磁壁51を含むように温度上昇領域を設定すればよい。このようにして、磁壁51の位置を図2の(a)または(c)の状態に設定することによって、磁区52Aと磁区52Bとの面積比を変化させることができ、磁気抵抗の変化を得ることが可能となる。   In order to return from the state shown in FIG. 2C to the state shown in FIG. 2A, the domain wall moving layer 111 is heated so that the domain wall 51 shown in FIG. 2A moves to the heating center. Then, the temperature rise region may be set so that the temperature rise region accompanying heating includes the domain wall 51 shown in FIG. In this way, by setting the position of the domain wall 51 to the state shown in FIG. 2A or 2C, the area ratio between the magnetic domain 52A and the magnetic domain 52B can be changed, and a change in magnetic resistance is obtained. It becomes possible.

なお、上記温度上昇領域の高温部では、磁壁移動層111に用いる磁性体のキュリー温度を局所的に超えても構わない。この場合には、加熱後の冷却過程で磁壁51の移動が生じ、最終的には図2の(c)と同様に、中心位置に上記磁壁51が形成されることになる。   Note that the Curie temperature of the magnetic material used for the domain wall motion layer 111 may be locally exceeded in the high temperature portion of the temperature rise region. In this case, the domain wall 51 moves during the cooling process after heating, and finally the domain wall 51 is formed at the center position as in FIG.

また、磁壁51を移動させる際は、対向する両方向の磁区52Aおよび52Bが少なくとも一部残るように、言い換えれば、磁区52A及び52Bのいずれか、または両方が、完全に消失することが無いよう加熱を行う。且つ、加熱に伴う温度上昇範囲内に磁壁51が含まれるようにする。   Further, when the domain wall 51 is moved, heating is performed so that at least a part of the opposing magnetic domains 52A and 52B remains, in other words, either or both of the magnetic domains 52A and 52B are not completely lost. I do. In addition, the domain wall 51 is included in the temperature increase range accompanying heating.

さらに、加熱によって、磁壁51に加わる力(磁壁駆動力および双極子相互作用による力の和)に対する磁壁移動層111の保磁力を小さくする観点から、磁壁移動層111はキュリー温度に近い温度まで加熱することができることが望ましい。一方、キュリー温度が低すぎると加熱温度の制御が難しく、十分な磁壁駆動力を得ることが難しくなる。これらの観点から、磁壁移動層111のキュリー温度は、100℃以上、600℃以下とすることが非常に望ましい。なお、一般的な磁気抵抗効果素子11に用いられるMn系の反強磁性層を含んで固定層113を構成する場合には、一般的に、反強磁性層のブロッキング温度が400℃以下程度であるため、磁壁移動層111の加熱温度も400℃以下程度に制限されることになる。   Further, from the viewpoint of reducing the coercive force of the domain wall moving layer 111 with respect to the force applied to the domain wall 51 by heating (the sum of the domain wall driving force and the force due to the dipole interaction), the domain wall moving layer 111 is heated to a temperature close to the Curie temperature. It is desirable to be able to. On the other hand, if the Curie temperature is too low, it is difficult to control the heating temperature, and it becomes difficult to obtain a sufficient domain wall driving force. From these viewpoints, it is highly desirable that the Curie temperature of the domain wall motion layer 111 is 100 ° C. or more and 600 ° C. or less. When the fixed layer 113 is configured to include the Mn-based antiferromagnetic layer used in the general magnetoresistive effect element 11, the antiferromagnetic layer generally has a blocking temperature of about 400 ° C. or lower. For this reason, the heating temperature of the domain wall motion layer 111 is also limited to about 400 ° C. or less.

記録した情報の読み出しは、上部電極114と下部電極115との間に通電して磁気抵抗を検出することによって行うことができる。   The recorded information can be read out by detecting the magnetoresistance by energizing between the upper electrode 114 and the lower electrode 115.

本実施形態の磁気メモリ1の製造に際しては、公知のMRAMや、磁気抵抗効果素子を製造するプロセスを適用することができる。その一例を図3の(a)〜(e)に示す。図3の(a)〜(e)は、本発明に係る磁気メモリの製造方法の一形態を示す、磁気メモリの製造過程を示す断面図である。   In manufacturing the magnetic memory 1 of the present embodiment, a known MRAM or a process for manufacturing a magnetoresistive element can be applied. An example thereof is shown in FIGS. FIGS. 3A to 3E are cross-sectional views showing a manufacturing process of a magnetic memory showing an embodiment of a method of manufacturing a magnetic memory according to the present invention.

まず、図3の(a)のように、図示しない基板上に下部電極115、固定層113、非磁性体層112、磁壁移動層111、絶縁体保護膜116および加熱部12を形成する。その後、図3の(b)に示すように、フォトリソグラフィまたは電子線リソグラフィまたはFIB(Focused Ion Beam)を用いてこれらの積層体をパターニングする。このとき、磁壁移動層111から下部電極115までによって構成される積層体と、絶縁体保護膜116および加熱部12とは別個にパターニングを行い、上記積層体の一部の上に加熱部12Aおよび加熱部12Bを形成する。   First, as shown in FIG. 3A, the lower electrode 115, the fixed layer 113, the nonmagnetic layer 112, the domain wall motion layer 111, the insulator protective film 116, and the heating unit 12 are formed on a substrate (not shown). Thereafter, as shown in FIG. 3B, these stacked bodies are patterned using photolithography, electron beam lithography, or FIB (Focused Ion Beam). At this time, the laminate constituted by the domain wall motion layer 111 to the lower electrode 115, the insulator protective film 116, and the heating unit 12 are separately patterned, and the heating unit 12A and the heating unit 12A are formed on a part of the laminate. The heating part 12B is formed.

続いて、図3の(c)に示すように、加熱部12Aおよび加熱部12Bと、上部電極114との間の接触通電を防ぐための絶縁体保護膜116を形成した後、フォトリソグラフィ、電子線リソグラフィまたはFIBにより、磁壁移動層111上に上部電極114を形成する箇所の絶縁体保護膜116を除去する。続いて、図3(d)に示すように、磁壁移動層111上に上部電極114を形成して本実施の形態1における磁気メモリ1の形状が完成する。   Subsequently, as shown in FIG. 3C, after forming the insulator protective film 116 for preventing contact between the heating unit 12A and the heating unit 12B and the upper electrode 114, photolithography, electron The insulator protective film 116 where the upper electrode 114 is formed on the domain wall motion layer 111 is removed by line lithography or FIB. Subsequently, as shown in FIG. 3D, the upper electrode 114 is formed on the domain wall motion layer 111 to complete the shape of the magnetic memory 1 in the first embodiment.

続いて、図3(e)に示すように、固定層113の磁化方向の固定を行った後、磁壁移動層111内部に磁壁51、磁区52Aおよび磁区52Bを形成するための初期化を行う。初期化の方法は、磁壁移動層111内に磁壁51を形成することができればどのような方法であっても構わないが、例えば、以下のような方法で初期化が可能である。   Subsequently, as shown in FIG. 3E, after fixing the magnetization direction of the fixed layer 113, initialization for forming the domain wall 51, the magnetic domain 52 </ b> A, and the magnetic domain 52 </ b> B is performed inside the domain wall moving layer 111. The initialization method may be any method as long as the domain wall 51 can be formed in the domain wall moving layer 111. For example, the initialization can be performed by the following method.

まず、磁壁移動層111の保磁力よりも大きな外部磁界を印加することによって、磁壁移動層111の磁化方向を一様に揃える。続いて、加熱部12Aまたは加熱部12Bによって磁壁移動層111の一部を加熱し、加熱された加熱領域の保磁力を低下させた状態で、上記の外部磁界と逆方向の外部磁界を印加して加熱領域の磁化のみを反転させる。このとき印加する外部磁界の大きさは、加熱領域の保磁力よりも大きく、加熱していない領域の保磁力よりも小さく設定する。このようにして、磁壁移動層111内部に磁壁51を形成可能である。   First, by applying an external magnetic field larger than the coercive force of the domain wall motion layer 111, the magnetization direction of the domain wall motion layer 111 is made uniform. Subsequently, a part of the domain wall motion layer 111 is heated by the heating unit 12A or the heating unit 12B, and an external magnetic field opposite to the above external magnetic field is applied in a state where the coercive force of the heated heating region is reduced. Only the magnetization of the heating region is reversed. The magnitude of the external magnetic field applied at this time is set to be larger than the coercive force of the heated region and smaller than the coercive force of the unheated region. In this way, the domain wall 51 can be formed inside the domain wall moving layer 111.

ここで、下部電極115は、導電性の基板を用いるか、図示しない基板に貫通穴を形成して下部電極の基板に対する面側から電源に接続させてもよく、更には、下部電極115を磁壁移動層111から固定層113までの積層体よりも大きな面積で形成して、下部電極115の固定層113に対する面側から電源に接続させてもよい。   Here, the lower electrode 115 may be a conductive substrate, or a through hole may be formed in a substrate (not shown) to be connected to the power source from the surface side of the lower electrode with respect to the substrate. It may be formed with a larger area than the stacked body from the moving layer 111 to the fixed layer 113 and connected to the power source from the surface side of the lower electrode 115 with respect to the fixed layer 113.

また、図3の(a)〜(e)では、基板に下部電極115側から順に本実施の形態1における磁気メモリ1を形成する方法について示したが、上部電極114側から順に図示しない基板に形成する製法を用いても構わない。   3A to 3E show the method of forming the magnetic memory 1 in the first embodiment on the substrate in order from the lower electrode 115 side, the substrate is not shown in order from the upper electrode 114 side. You may use the manufacturing method to form.

図4は、本実施の形態1における磁気メモリをメモリアレイとして用いる一形態を示す斜視図である。本実施形態の磁気メモリ1は、図4に示すように、従来のMRAMと同様に、磁気メモリ1に通電するためのビット線61、ワード線62および選択用トランジスタ63を接続することにより、メモリアレイとして用いても構わない。   FIG. 4 is a perspective view showing an embodiment in which the magnetic memory according to the first embodiment is used as a memory array. As shown in FIG. 4, the magnetic memory 1 of the present embodiment has a memory by connecting a bit line 61, a word line 62, and a selection transistor 63 for energizing the magnetic memory 1, as in the conventional MRAM. It may be used as an array.

さらに、磁壁移動層111または固定層113を保護する目的や、磁気抵抗効果を増幅する目的から、上部電極114と磁壁移動層111との間、または、磁壁移動層111から下部電極115までの各層の間には、磁性体であるか否かを問わず金属層または金属多層膜が形成されていても構わない。例えば、磁壁移動層111および固定層113と、非磁性体層112とが接する界面には、磁気抵抗変効果を大きくする目的でCoFeBに代表される高スピン分極率材料が2nm以下程度の厚みで形成されていても構わない。   Further, for the purpose of protecting the domain wall motion layer 111 or the fixed layer 113 and the purpose of amplifying the magnetoresistive effect, each layer between the upper electrode 114 and the domain wall motion layer 111 or from the domain wall motion layer 111 to the lower electrode 115 is used. Between them, a metal layer or a metal multilayer film may be formed regardless of whether it is a magnetic material. For example, a high spin polarizability material typified by CoFeB has a thickness of about 2 nm or less at the interface where the domain wall motion layer 111 and the fixed layer 113 are in contact with the nonmagnetic layer 112 in order to increase the magnetoresistance change effect. It may be formed.

図1の磁気メモリ1では、加熱部が2つ形成された構成であったが、加熱部が3つ以上形成されていてもよい。図5は、本実施の形態1に係る磁気メモリの他の構成例を示す断面図である。図5に示す磁気メモリ1Aは、加熱部が4つ備えられており、これらに対応して電源13が備えられている点で、磁気メモリ1と異なっている。その他の構成については同様である。以下に、磁気メモリ1Aにおける磁壁51の移動方法について説明する。   The magnetic memory 1 in FIG. 1 has a configuration in which two heating units are formed, but three or more heating units may be formed. FIG. 5 is a cross-sectional view showing another configuration example of the magnetic memory according to the first embodiment. The magnetic memory 1A shown in FIG. 5 is different from the magnetic memory 1 in that four heating units are provided and a power supply 13 is provided corresponding to the four heating units. Other configurations are the same. Hereinafter, a method for moving the domain wall 51 in the magnetic memory 1A will be described.

まず、同図に示すように、加熱部12Dの位置に磁壁51が形成されている場合には、加熱部12C、12B、12Aの順に、磁気メモリ1と同様に加熱部による加熱を行うことによって、磁壁51を加熱部12Aの位置に移動させることができる。   First, as shown in the figure, when the domain wall 51 is formed at the position of the heating unit 12D, heating is performed by the heating unit in the order of the heating units 12C, 12B, and 12A in the same manner as the magnetic memory 1. The domain wall 51 can be moved to the position of the heating unit 12A.

一方、加熱部12Aの位置に、磁壁51が存在する場合には、逆に、加熱部12B、12C、12Dの順に加熱を行えば、磁壁51を加熱部12Dの位置に移動させることができる。このようにすることにより、高い電流密度の電流を通電することが無く、大きな移動量を磁壁51Bに対して与えることができる効果が得られる。   On the other hand, when the domain wall 51 exists at the position of the heating unit 12A, conversely, if heating is performed in the order of the heating units 12B, 12C, and 12D, the domain wall 51 can be moved to the position of the heating unit 12D. By doing in this way, the effect which can give a big movement amount with respect to the domain wall 51B, without supplying the electric current of a high current density is acquired.

さらには、加熱部12Bや12Cの位置にも磁壁51を移動させて固定するように用いれば、磁気抵抗効果素子11の磁気抵抗を段階的に変化させることが可能となり、多値記録が可能な磁気メモリ1Aを提供することができる。   Furthermore, if the domain wall 51 is moved and fixed at the position of the heating unit 12B or 12C, the magnetoresistance of the magnetoresistive effect element 11 can be changed in stages, and multi-value recording is possible. A magnetic memory 1A can be provided.

磁気メモリ1および磁気メモリ1Aでは、磁壁が1つ形成されている構成であったが、本実施の形態に係る磁気メモリでは、磁壁が少なくとも1つ形成されていればよく、磁壁は複数形成されていてもよい。磁壁が複数形成された磁気メモリについて以下に説明する。   In the magnetic memory 1 and the magnetic memory 1A, one domain wall is formed. However, in the magnetic memory according to the present embodiment, it is sufficient that at least one domain wall is formed, and a plurality of domain walls are formed. It may be. A magnetic memory having a plurality of domain walls will be described below.

図6は、本実施の形態1係る磁気メモリの他の構成例を示す断面図である。同図の(a)に示す磁気メモリ1Bは、3つの磁壁51A〜51Cが形成されている点で図1の磁気メモリ1と異なる。また、磁壁が3つ形成されているため、これに伴い4つの磁区52A〜52Dが形成されている。なお、その他の構成については磁気メモリ1と同様である。   FIG. 6 is a sectional view showing another configuration example of the magnetic memory according to the first embodiment. The magnetic memory 1B shown in FIG. 5A is different from the magnetic memory 1 of FIG. 1 in that three domain walls 51A to 51C are formed. Further, since three domain walls are formed, four magnetic domains 52A to 52D are formed accordingly. Other configurations are the same as those of the magnetic memory 1.

磁気メモリ1Bでは、加熱部12Aおよび12Bによって磁壁移動層111を加熱することにより、磁壁51A〜磁壁51Cのそれぞれを加熱中心に向かって移動させ、磁壁移動層111内での磁区52A〜52Dの面積比を変化させることができるものである。具体的には、加熱部12Aの加熱により、図6の(a)に示した位置から図6の(b)に示した位置に磁壁51A〜51Cを移動させることができる。一方、加熱部12Bの加熱によって、図6(b)に示した位置から図6(a)に示した位置に磁壁51A〜51Cを移動させることができる。これにより、上記磁気メモリ1と同様に、磁気抵抗効果を得ることができる。   In the magnetic memory 1B, the domain wall moving layer 111 is heated by the heating units 12A and 12B, thereby moving each of the domain walls 51A to 51C toward the heating center, and the areas of the magnetic domains 52A to 52D in the domain wall moving layer 111. The ratio can be changed. Specifically, the domain walls 51A to 51C can be moved from the position shown in FIG. 6A to the position shown in FIG. 6B by heating the heating unit 12A. On the other hand, the domain walls 51A to 51C can be moved from the position shown in FIG. 6B to the position shown in FIG. Thereby, the magnetoresistive effect can be obtained similarly to the magnetic memory 1.

図7は、磁気メモリ1のさらに他の構成例を示す断面図である。磁気メモリ1Cは、図7に示すように、2つの加熱部12Aおよび12Bと、3つの磁壁51A〜51Cが形成されている点は、磁気メモリ1Bと同様である。しかし、磁壁51Aおよび磁壁51Cが加熱部12Aおよび加熱部12Bによって加熱可能な範囲の外に形成されている点が上記磁気メモリ1Bとは異なる。   FIG. 7 is a cross-sectional view showing still another configuration example of the magnetic memory 1. As shown in FIG. 7, the magnetic memory 1 </ b> C is similar to the magnetic memory 1 </ b> B in that two heating units 12 </ b> A and 12 </ b> B and three domain walls 51 </ b> A to 51 </ b> C are formed. However, it differs from the magnetic memory 1B in that the domain wall 51A and the domain wall 51C are formed outside the range that can be heated by the heating unit 12A and the heating unit 12B.

磁気メモリ1Cにおいては、加熱部12Aおよび加熱部12Bによって磁壁移動層111を加熱した際に、磁壁51Bは移動するが、磁壁51Aおよび磁壁51Cは移動せず、磁区52Cおよび磁区52Dは面積を変えない。従って、磁壁51Aおよび51Cは磁気抵抗の変化に関与しないものであるため、本来、磁壁移動層111内に形成される必要がないものである。しかし、磁気抵抗の変化に関与しない磁壁51Aおよび51Cが、何らかの外部要因、例えば、外部から強磁界が印加されることによって形成されてしまう場合が考えられる。このような場合であっても、磁気メモリ1Cは、磁壁51Bの移動によって互いに逆向きの磁化を持った磁区52Aおよび磁区52Bの面積比が変化するので、磁気メモリ1と同様に、磁気抵抗効果を得ることができる。   In the magnetic memory 1C, when the domain wall moving layer 111 is heated by the heating unit 12A and the heating unit 12B, the domain wall 51B moves, but the domain wall 51A and domain wall 51C do not move, and the domain 52C and domain 52D change the area. Absent. Therefore, since the domain walls 51A and 51C are not involved in the change of the magnetic resistance, they are not originally required to be formed in the domain wall moving layer 111. However, it is conceivable that the domain walls 51A and 51C that are not involved in the change in the magnetic resistance are formed by some external factor, for example, when a strong magnetic field is applied from the outside. Even in such a case, in the magnetic memory 1C, the area ratio of the magnetic domains 52A and 52B having opposite magnetizations is changed by the movement of the domain wall 51B. Can be obtained.

このように図6および図7に示すような、磁壁51が2つ以上存在する場合でも本実施の形態に係る磁気メモリ1を実現することができる。   Thus, even when there are two or more domain walls 51 as shown in FIGS. 6 and 7, the magnetic memory 1 according to the present embodiment can be realized.

また、本実施の形態に係る磁気メモリでは、3以上の加熱部と複数の磁壁とを形成させてもかまわない。図8は、本実施の形態1における磁気メモリ1のさらに別の構成例を示す断面図である。磁気メモリ1Dには、4つの加熱部12A〜12Dと、2つの磁壁51Aおよび51Bとが形成されている。このように、2つの磁壁51Aおよび磁壁51Bを形成した上で、4つの加熱部12A〜12Dのうち、複数の加熱部を同時に使用して、磁壁51Aおよび磁壁51Bを同時に移動させることによって、高い電流密度の電流を通電することが無く、多値を高速記録可能な磁気メモリ1Dを実現することができる。   Further, in the magnetic memory according to the present embodiment, three or more heating units and a plurality of domain walls may be formed. FIG. 8 is a sectional view showing still another configuration example of the magnetic memory 1 according to the first embodiment. In the magnetic memory 1D, four heating units 12A to 12D and two domain walls 51A and 51B are formed. Thus, after forming the two domain walls 51A and the domain wall 51B, the plurality of heating units among the four heating units 12A to 12D are simultaneously used to move the domain wall 51A and the domain wall 51B at the same time. A magnetic memory 1D capable of recording multiple values at high speed without passing a current having a current density can be realized.

例えば、磁壁51Aおよび磁壁51Bを形成し、磁壁51Aを加熱部12Aと加熱部12Bとの間で移動させる。一方、磁壁51Bを加熱部12Cと12Dとの間で移動させるようにする。このようにすれば、個々の磁壁51AまたはBの移動距離を小さくできるので、情報の書き換えをより高速に行うことができる磁気メモリ1Dを実現することができる。   For example, the domain wall 51A and the domain wall 51B are formed, and the domain wall 51A is moved between the heating unit 12A and the heating unit 12B. On the other hand, the domain wall 51B is moved between the heating parts 12C and 12D. In this way, since the moving distance of each domain wall 51A or B can be reduced, a magnetic memory 1D capable of rewriting information at higher speed can be realized.

〔実施の形態2〕
本発明に係る他の実施の形態について図9に基づいて説明すれば、以下の通りである。なお、本実施の形態2において説明すること以外の構成は、上述した実施の形態1と同じである。また、説明の便宜上、上述した実施の形態1の図面に示した部材と同一の機能を有する部材については、同一の符号を付し、その説明を省略する。
[Embodiment 2]
The following will describe another embodiment according to the present invention with reference to FIG. Configurations other than those described in the second embodiment are the same as those in the first embodiment. For convenience of explanation, members having the same functions as those shown in the drawings of Embodiment 1 described above are given the same reference numerals, and descriptions thereof are omitted.

本実施の形態2に係る磁気メモリ2では、上記実施の形態1に係る磁気メモリ1の構成と比べて、磁壁移動層111の磁壁51の移動方向の長さが、非磁性体層112および固定層113よりも長く形成されている点が異なる。その他の構成については、実施の形態1に係る磁気メモリ1と同様である。   In the magnetic memory 2 according to the second embodiment, compared to the configuration of the magnetic memory 1 according to the first embodiment, the length in the moving direction of the domain wall 51 of the domain wall moving layer 111 is different from that of the nonmagnetic layer 112 and the fixed layer. The difference is that the layer 113 is formed longer than the layer 113. Other configurations are the same as those of the magnetic memory 1 according to the first embodiment.

図9は、本実施の形態2の磁気メモリ2を示す断面図である。本実施の形態2の磁気メモリ2は、図9に示すように、磁壁51の面と直交する向き(図面左右方向)において、磁壁移動層111の長さ、すなわち磁壁51が移動する方向における磁壁移動層111の長さが、磁壁移動層111と非磁性体層112とが接する部分の長さよりも長く形成されている。   FIG. 9 is a cross-sectional view showing the magnetic memory 2 of the second embodiment. As shown in FIG. 9, the magnetic memory 2 according to the second embodiment has a length of the domain wall moving layer 111, that is, a domain wall in the direction in which the domain wall 51 moves, in a direction orthogonal to the plane of the domain wall 51 (the horizontal direction in the drawing). The length of the moving layer 111 is longer than the length of the portion where the domain wall moving layer 111 and the nonmagnetic layer 112 are in contact with each other.

また、加熱部12Aおよび加熱部12Bの加熱中心は、磁壁移動層111上であって、磁壁移動層111と非磁性体層112とが重なる領域の外側に形成されている。磁壁移動層111と非磁性体層112とが重なる領域とは、磁壁移動層111の、磁壁移動層111と非磁性体層112とが接触する面と、磁壁移動層111における上記接触面の逆面のうち、上記接触面と対向する領域と、を含む領域を示す。これ以外の部材や記録再生の方法については上述した実施の形態1と同じである。   The heating center of the heating unit 12A and the heating unit 12B is formed on the domain wall moving layer 111 and outside the region where the domain wall moving layer 111 and the nonmagnetic layer 112 overlap. The region where the domain wall motion layer 111 and the nonmagnetic material layer 112 are overlapped is the surface of the domain wall motion layer 111 where the domain wall motion layer 111 and the nonmagnetic material layer 112 are in contact with each other, and the reverse of the contact surface in the domain wall motion layer 111. The area | region containing the area | region facing the said contact surface among surfaces is shown. The other members and the recording / reproducing method are the same as those in the first embodiment.

本実施の形態に係る磁気メモリ2は、磁壁移動層111の長さが、非磁性体層112の長さよりも長く、且つ、加熱部12Aおよび加熱部12Bの加熱中心が、非磁性体層112と磁壁移動層111とが重なる領域よりも外側に形成されているため、加熱部12Aまたは加熱部12Bによって、磁壁移動層111を局所的に加熱し、温度上昇領域の中心に向かう磁壁51を、非磁性体層112と磁壁移動層111とが重なる領域よりも外側に移動させることができる。   In the magnetic memory 2 according to the present embodiment, the length of the domain wall motion layer 111 is longer than the length of the nonmagnetic material layer 112, and the heating centers of the heating unit 12A and the heating unit 12B are the nonmagnetic material layer 112. And the domain wall motion layer 111 are formed outside the region where the magnetic wall motion layer 111 overlaps, the domain wall motion layer 111 is locally heated by the heating unit 12A or the heating unit 12B, and the domain wall 51 toward the center of the temperature rise region is The nonmagnetic material layer 112 and the domain wall motion layer 111 can be moved outside the region where they overlap.

このため、上部電極114と下部電極115との間に通電して磁気抵抗効果を検出する際、磁壁移動層111と非磁性体層112とが接する面上にある磁壁移動層111の内部領域には磁壁51は存在しない。それゆえ、磁気抵抗効果を検出する際に、磁気抵抗の変化に寄与する磁壁移動層の111の領域、すなわち、非磁性体層112と接する面内にある磁壁移動層111の内部領域の磁化方向を一方向にすることができる。これにより、実施の形態1に示した磁気メモリ1よりも大きな磁気抵抗効果を得ることができる。   Therefore, when the magnetoresistive effect is detected by energizing between the upper electrode 114 and the lower electrode 115, the inner region of the domain wall motion layer 111 on the surface where the domain wall motion layer 111 and the nonmagnetic material layer 112 are in contact with each other is detected. The domain wall 51 does not exist. Therefore, when detecting the magnetoresistive effect, the magnetization direction of the region of the domain wall motion layer 111 that contributes to the change of the magnetic resistance, that is, the inner region of the domain wall motion layer 111 in the plane in contact with the nonmagnetic layer 112. Can be unidirectional. Thereby, a larger magnetoresistance effect than that of the magnetic memory 1 shown in the first embodiment can be obtained.

さらに、磁気メモリ2では、加熱部12Aおよび加熱部12Bの加熱中心の直下に固定層113が存在しないため、固定層113が過度に熱せられて磁化が固定できなくなることを防ぐ効果も得られる。   Furthermore, in the magnetic memory 2, since the fixed layer 113 does not exist immediately below the heating centers of the heating unit 12A and the heating unit 12B, an effect of preventing the fixed layer 113 from being heated excessively and becoming unable to fix the magnetization can be obtained.

本実施の形態2に係る磁気メモリ2の製造においては、上述した図3の(a)〜(e)に示したプロセスにおいて、下部電極115から非磁性体層112までを形成した段階で、一度リソグラフィ法等を用いた加工を施し、続いて、磁壁移動層111以降の形成を行うことによって磁気メモリ2を製造可能である。このとき、非磁性体層112を挟む界面の磁化状態が磁気抵抗効果に特に影響を及ぼすため、非磁性体層112に続いて磁壁移動層111の一部を形成した後に加工を行い、その後に残りの磁壁移動層111を形成しても構わない。また、図示しない基板上に上部電極114を先に形成するようにして、磁壁移動層111から固定層113までを連続形成した上でリソグラフィ処理を行うようにしても構わない。   In the manufacture of the magnetic memory 2 according to the second embodiment, once the process from the lower electrode 115 to the nonmagnetic material layer 112 is formed in the process shown in FIGS. The magnetic memory 2 can be manufactured by performing processing using a lithography method or the like and subsequently forming the domain wall motion layer 111 and the subsequent layers. At this time, since the magnetization state of the interface sandwiching the nonmagnetic layer 112 particularly affects the magnetoresistive effect, after the nonmagnetic layer 112 is formed, a part of the domain wall motion layer 111 is formed, and thereafter The remaining domain wall motion layer 111 may be formed. Alternatively, the upper electrode 114 may be formed first on a substrate (not shown), and the domain wall motion layer 111 to the fixed layer 113 may be continuously formed to perform the lithography process.

本実施の形態2の磁気メモリ2では、図9に示すように、加熱部12Aおよび加熱部12Bが必ずしも磁壁移動層111の上側(非磁性体層112の反対側)に形成されている必要は無く、磁壁移動層111の下側(非磁性体層112と同じ側)に形成されていても構わない。   In the magnetic memory 2 of the second embodiment, as shown in FIG. 9, the heating unit 12A and the heating unit 12B are not necessarily formed on the upper side of the domain wall motion layer 111 (opposite side of the nonmagnetic layer 112). Alternatively, it may be formed below the domain wall motion layer 111 (on the same side as the nonmagnetic layer 112).

また、本実施の形態2の磁気メモリ2においても、上述した実施の形態1と同様に、磁壁移動層111を加熱するための加熱部が3つ以上形成されているものであっても構わない。これにより、高い電流密度の電流を通電することが無く、大きな磁壁移動量を得ることができる効果が得られるとともに、磁気抵抗効果素子11の磁気抵抗を段階的に変化させることが可能となり、多値記録が可能な磁気メモリ1を提供することができる。   Also, in the magnetic memory 2 of the second embodiment, as in the first embodiment, three or more heating parts for heating the domain wall motion layer 111 may be formed. . As a result, it is possible to obtain an effect that a large domain wall motion can be obtained without passing a current having a high current density, and it is possible to change the magnetoresistance of the magnetoresistive effect element 11 step by step. A magnetic memory 1 capable of recording a value can be provided.

さらに、磁壁51について、磁壁移動層111内に2つ以上存在するものであっても構わない。具体的に、例えば、図6〜図8に示したような磁気メモリ1において、本実施の形態2のように、磁壁移動層111の磁壁51面と直交する向き(図面左右方向)の長さが、磁壁移動層111と非磁性体層112とが接する部分の長さよりも長く、且つ、加熱部12Aおよび12Bの加熱中心が、非磁性体層112と磁壁移動層111とが接する領域よりも外側に形成されたものであっても構わない。   Furthermore, two or more domain walls 51 may exist in the domain wall moving layer 111. Specifically, for example, in the magnetic memory 1 as shown in FIG. 6 to FIG. 8, the length in the direction perpendicular to the surface of the domain wall 51 of the domain wall moving layer 111 (the horizontal direction in the drawing) as in the second embodiment. Is longer than the length of the portion where the domain wall motion layer 111 and the nonmagnetic material layer 112 are in contact, and the heating center of the heating parts 12A and 12B is larger than the region where the nonmagnetic material layer 112 and the domain wall motion layer 111 are in contact with each other. It may be formed outside.

〔実施の形態3〕
本発明のさらに他の実施の形態について図10に基づいて説明すれば、以下の通りである。なお、本実施の形態3において説明すること以外の構成は、上述した実施の形態1および2と同じである。また、説明の便宜上、上述した実施の形態1および2の図面に示した部材と同一の機能を有する部材については、同一の符号を付し、その説明を省略する。
[Embodiment 3]
The following will describe still another embodiment of the present invention with reference to FIG. Configurations other than those described in the third embodiment are the same as those in the first and second embodiments described above. For convenience of explanation, members having the same functions as those shown in the drawings of Embodiments 1 and 2 described above will be given the same reference numerals and explanation thereof will be omitted.

本発明の第3の実施形態について以下に示す。本実施の形態3に係る磁気メモリ3では、上述した実施の形態1および2の磁気メモリ1および2の構成と比べて、磁壁移動層111が細線状に形成されており、外部から磁壁移動層111に電流を流すことによって、磁壁移動層111の磁壁全体を移動させる点が実施の形態1および2に示した磁気メモリと異なる。   A third embodiment of the present invention will be described below. In the magnetic memory 3 according to the third embodiment, the domain wall motion layer 111 is formed in a thin line shape as compared with the configuration of the magnetic memories 1 and 2 of the first and second embodiments described above, and the domain wall motion layer is externally provided. It differs from the magnetic memory shown in Embodiments 1 and 2 in that the entire domain wall of the domain wall moving layer 111 is moved by passing a current through 111.

図10は本実施の形態3に係る磁気メモリ3の一形態を示す断面図である。本実施の形態3の磁気メモリ3は、図10に示すように、実施形態1および2に示した磁気メモリ1を、細線状の磁気メモリに適用したものである。   FIG. 10 is a cross-sectional view showing an embodiment of the magnetic memory 3 according to the third embodiment. As shown in FIG. 10, a magnetic memory 3 according to the third embodiment is obtained by applying the magnetic memory 1 shown in the first and second embodiments to a thin-line magnetic memory.

すなわち、磁気メモリ3では、上部電極114、磁壁移動層111、非磁性体層112、固定層113および下部電極115が積層されている。磁壁移動層111には、磁気メモリ1と同様に磁壁51が形成されているが、磁壁51は複数形成されており、磁区も複数形成されている。磁壁移動層111は磁化方向に沿った長さが、非磁性体層112および固定層113よりも長く設定されており、磁気メモリ3ではU字型の形状を有している。しかしながら、形状については、特に限定されるものではない。また、磁気メモリ1とは異なり、磁壁移動層111の非磁性体層112と同じ面に加熱部12が形成されている。なお、磁気メモリ1と同様に、磁壁移動層111の非磁性体層112と反対側の面に形成されていてももちろんよい。   That is, in the magnetic memory 3, the upper electrode 114, the domain wall motion layer 111, the nonmagnetic material layer 112, the fixed layer 113, and the lower electrode 115 are laminated. A domain wall 51 is formed in the domain wall moving layer 111 similarly to the magnetic memory 1, but a plurality of domain walls 51 are formed and a plurality of magnetic domains are also formed. The domain wall motion layer 111 is set to have a longer length along the magnetization direction than the nonmagnetic layer 112 and the fixed layer 113, and the magnetic memory 3 has a U-shape. However, the shape is not particularly limited. Unlike the magnetic memory 1, the heating unit 12 is formed on the same surface as the nonmagnetic layer 112 of the domain wall motion layer 111. Of course, as with the magnetic memory 1, it may be formed on the surface of the domain wall motion layer 111 opposite to the non-magnetic layer 112.

加熱部12には電源13が連結されており、磁壁移動層111の両端には図示しない通電手段によって電流14が流される構造となっている。通電手段としては、電子回路が挙げられる。   A power source 13 is connected to the heating unit 12, and a current 14 is applied to both ends of the domain wall moving layer 111 by energizing means (not shown). An example of the energization means is an electronic circuit.

次に、磁気メモリ3を用いた磁気記録情報の書き換え方法について説明する。まず、電流14を磁壁移動層111に流すことにより、磁性体のスピンの向きに応じた電流のスピン偏極を生じさせる。このスピン偏極した電流が磁壁移動層111を流れることにより、磁壁移動層111内の磁性体スピンに対して磁気トルクを発生させる。該磁気トルクにより、磁壁移動層111の磁壁全体、すなわち、書き換えようとする磁区52を含む磁区全体を任意の位置に移動させることができる。なお、磁区52全体を所望の位置へ移動させるには、電流14の強度、パルス幅を制御して磁壁移動層111に対して通電すればよい。   Next, a method for rewriting magnetic recording information using the magnetic memory 3 will be described. First, by causing the current 14 to flow through the domain wall motion layer 111, a spin polarization of the current corresponding to the spin direction of the magnetic material is generated. When this spin-polarized current flows through the domain wall motion layer 111, a magnetic torque is generated for the magnetic substance spin in the domain wall motion layer 111. With this magnetic torque, the entire domain wall of the domain wall moving layer 111, that is, the entire domain including the domain 52 to be rewritten can be moved to an arbitrary position. In order to move the entire magnetic domain 52 to a desired position, the domain wall moving layer 111 may be energized by controlling the intensity of the current 14 and the pulse width.

このようにして、書き換えようとする磁区52を加熱部12に移動させた上で、加熱部12によって磁壁移動層111を局所的に加熱することにより、加熱された温度上昇領域に含まれる磁壁51を移動させて磁気情報を記録する。本実施の形態3では、電流14により全体の磁区を移動可能であるので、加熱部12は少なくとも1つ備えられていればよい。   In this way, after the magnetic domain 52 to be rewritten is moved to the heating unit 12, the domain wall moving layer 111 is locally heated by the heating unit 12, whereby the domain wall 51 included in the heated temperature rise region. To record magnetic information. In the third embodiment, since the entire magnetic domain can be moved by the current 14, at least one heating unit 12 may be provided.

このように、磁気メモリ3によれば、電流によって、複数の磁壁の全体を磁壁移動層内において移動させることができるので、加熱部の設置数が1つと少なくても、所望の位置にある磁壁51を個別に、且つ、所望の幅で移動させることが可能となる。   As described above, according to the magnetic memory 3, the whole of the plurality of domain walls can be moved by the current in the domain wall moving layer. Therefore, the domain wall at a desired position can be provided even if the number of heating units is as small as one. 51 can be moved individually and with a desired width.

本実施の形態3に係る磁気メモリ3における磁気情報の記録メカニズムは上述した実施の形態1および2に示した磁気メモリ1および2と同じである。すなわち、加熱部12によって磁壁51が含まれるように磁壁移動層111を局所的に加熱すると、磁壁51は磁壁駆動力および磁壁51に隣接する磁区52からの漏洩磁界を受けて加熱中心に向かって移動する。これにより、磁壁移動層111中の磁区52の長さを変化させることができる。磁区52の先端と後端とを同じ長さ、同じ方向に移動させると、磁区52の長さを変えることなく、位置をずらすこともできる。このように、磁気メモリ2における磁気情報は、磁区52の向きおよび長さ(間隔)の組み合わせによって記録される。   The magnetic information recording mechanism in the magnetic memory 3 according to the third embodiment is the same as that of the magnetic memories 1 and 2 described in the first and second embodiments. That is, when the domain wall moving layer 111 is locally heated so that the domain wall 51 is included by the heating unit 12, the domain wall 51 receives the domain wall driving force and the leakage magnetic field from the magnetic domain 52 adjacent to the domain wall 51 toward the heating center. Moving. Thereby, the length of the magnetic domain 52 in the domain wall motion layer 111 can be changed. If the front end and the rear end of the magnetic domain 52 are moved in the same length and in the same direction, the position can be shifted without changing the length of the magnetic domain 52. Thus, the magnetic information in the magnetic memory 2 is recorded by a combination of the orientation and length (interval) of the magnetic domains 52.

記録した情報の読み出しは、電流14を流して全体の磁区を移動させることによって、読み出そうとする磁区52を磁気抵抗効果素子11上(非磁性体層112上)に移動させ、上部電極114と下部電極115の間に磁気抵抗効果を検出するための電流を流して行う。   The recorded information is read by moving the entire magnetic domain by passing the current 14, thereby moving the magnetic domain 52 to be read onto the magnetoresistive effect element 11 (on the nonmagnetic layer 112), and the upper electrode 114. A current for detecting the magnetoresistive effect is passed between the first electrode 115 and the lower electrode 115.

本実施の形態3の磁気メモリ3においても上述した実施の形態1または2における磁気メモリ1および2と同様に、磁壁移動層111中に互いに逆向きの磁化方向を持った複数の磁壁51(磁区52)を形成する初期化処理を行う。上記初期化処理は、逆向きの磁化を持った複数の磁区52を磁壁移動層111に形成することができる方法であればどのような方法を用いてもよいが、具体的に例えば以下のようにして行うことができる。   Similarly to the magnetic memories 1 and 2 in the first or second embodiment described above, the magnetic memory 3 of the third embodiment also includes a plurality of domain walls 51 (magnetic domains) having magnetization directions opposite to each other in the domain wall moving layer 111. 52) is formed. Any method may be used for the initialization process as long as it can form a plurality of magnetic domains 52 having opposite magnetizations in the domain wall motion layer 111. Specifically, for example, Can be done.

すなわち、実施の形態1および2と同様に、まず、磁壁移動層111の保磁力よりも大きな外部磁界を印加することで磁壁移動層111の磁化方向を一様に揃える。続いて、加熱部12によって磁壁移動層111の一部を加熱し、加熱領域の保磁力を低下させた状態で、上記の外部磁界と逆方向の外部磁界を印加して加熱領域の磁化のみを反転させる。このとき印加する外部磁界の大きさは、加熱領域の保磁力よりも大きく、加熱していない領域の保磁力よりも小さく設定する。   That is, as in the first and second embodiments, first, by applying an external magnetic field larger than the coercive force of the domain wall motion layer 111, the magnetization direction of the domain wall motion layer 111 is made uniform. Subsequently, in a state where a part of the domain wall moving layer 111 is heated by the heating unit 12 and the coercive force of the heating region is reduced, an external magnetic field in the opposite direction to the above external magnetic field is applied to only magnetize the heating region. Invert. The magnitude of the external magnetic field applied at this time is set to be larger than the coercive force of the heated region and smaller than the coercive force of the unheated region.

このようにして、磁壁移動層111内部に磁壁51(磁区52)を形成可能である。この他にも、磁壁移動層111の屈曲を利用して磁壁51を形成することも可能である。具体的には、磁壁移動層111の保磁力よりも大きな外部磁界を磁壁51に直交する方向((図面左右方向)と、磁壁移動層111の厚さ方向(図面上下方向)に加えるか、これに相当する斜め方向の磁界を磁壁移動層111に印加して屈曲部分に磁壁51を形成してもよい。   In this manner, the domain wall 51 (domain 52) can be formed inside the domain wall moving layer 111. In addition, it is possible to form the domain wall 51 by utilizing the bending of the domain wall moving layer 111. Specifically, an external magnetic field larger than the coercive force of the domain wall moving layer 111 is applied in the direction orthogonal to the domain wall 51 (the left and right direction in the drawing) and the thickness direction of the domain wall moving layer 111 (the vertical direction in the drawing). The magnetic wall 51 may be formed in the bent portion by applying a magnetic field in an oblique direction corresponding to the above to the domain wall moving layer 111.

本実施の形態3の磁気メモリ3において、磁気抵抗効果素子11は図7に示すように上部電極114を形成し、上部電極114と下部電極115との間に通電して磁気抵抗効果を検出するものであってよく、上部電極114を形成せず、磁壁移動層111と下部電極115との間に通電して磁気抵抗効果を検出するものであってもよい。   In the magnetic memory 3 of the third embodiment, the magnetoresistive effect element 11 forms the upper electrode 114 as shown in FIG. 7, and detects the magnetoresistive effect by energizing between the upper electrode 114 and the lower electrode 115. The upper electrode 114 may not be formed, and the magnetoresistive effect may be detected by energizing between the domain wall motion layer 111 and the lower electrode 115.

また、本実施の形態3に係る磁気メモリ3においても、加熱部12はジュール熱を発生する抵抗発熱体である必要は無く、光照射によって加熱する加熱部12であっても構わない。また、加熱部12が複数形成されていても構わない。   Also in the magnetic memory 3 according to the third embodiment, the heating unit 12 does not have to be a resistance heating element that generates Joule heat, and may be the heating unit 12 that is heated by light irradiation. Also, a plurality of heating units 12 may be formed.

なお、本発明は、上述した各実施形態に限定されるものではなく、請求項に示した範囲で種々の変更が可能であり、異なる実施形態にそれぞれ開示された技術的手段を適宜組み合わせて得られる実施形態についても本発明の技術的範囲に含まれる。   The present invention is not limited to the above-described embodiments, and various modifications can be made within the scope of the claims, and the technical means disclosed in different embodiments can be appropriately combined. Such embodiments are also included in the technical scope of the present invention.

〔実施例1〕
実施形態1および2に示した磁気メモリ1および2において、磁壁移動層111として面内磁化膜であるキュリー温度が330℃、TM−rich組成のGdFeCoを用い、非磁性体層112にMgOを用い、固定層113にCoFeBと、ブロッキング温度が360℃のMnPtとの積層膜を用いた構成を採用した。
[Example 1]
In the magnetic memories 1 and 2 shown in the first and second embodiments, the domain wall motion layer 111 is made of GdFeCo having a Curie temperature of 330 ° C. and a TM-rich composition as the in-plane magnetization film, and MgO is used for the nonmagnetic layer 112. For the fixed layer 113, a structure using a laminated film of CoFeB and MnPt having a blocking temperature of 360 ° C. was adopted.

まず、磁壁移動層111内部の磁壁51を移動させるために必要な加熱条件を計算によって求めた。なお、加熱時の磁壁移動層111の温度分布はガウス分布を仮定し、磁壁51に直交する方向(図1の図面左右方向)の温度上昇範囲(温度上昇が1/eとなる範囲)は1μmとした。GdFeCoの室温での飽和磁化Msは210emu/cc、一軸異方性定数Kuは1.4×10erg/cc、交換スティフネス定数Aは5×10−7erg/cmとした。 First, a heating condition necessary for moving the domain wall 51 inside the domain wall moving layer 111 was obtained by calculation. The temperature distribution of the domain wall moving layer 111 during heating assumes a Gaussian distribution, and the temperature rise range (the range in which the temperature rise is 1 / e 2 ) in the direction orthogonal to the domain wall 51 (the horizontal direction in FIG. 1) is It was 1 μm. The saturation magnetization Ms of GdFeCo at room temperature was 210 emu / cc, the uniaxial anisotropy constant Ku was 1.4 × 10 5 erg / cc, and the exchange stiffness constant A was 5 × 10 −7 erg / cm.

図11は、加熱に伴う温度勾配によって生じ、磁壁51に加わる磁壁駆動力(磁界換算)を、加熱中心の温度(最も温度が高くなる位置での温度)に対して示したグラフである。磁壁駆動力の計算に際しては、本実施例1で用いたGdFeCoがTM−rich組成であり、且つ、面内磁化を示す程度に補償温度から離れた組成となっていることから、Ms,KuおよびAが室温からキュリー温度までの範囲で直線的に変化すると近似した。また、磁壁エネルギーσは4×(A・Ku)0.5から求めた。 FIG. 11 is a graph showing the domain wall driving force (converted to the magnetic field) generated by the temperature gradient accompanying heating and applied to the domain wall 51 with respect to the temperature at the heating center (the temperature at the highest temperature position). In calculating the domain wall driving force, GdFeCo used in Example 1 has a TM-rich composition and a composition far from the compensation temperature to the extent that it exhibits in-plane magnetization. Therefore, Ms, Ku and It approximated that A changed linearly in the range from room temperature to the Curie temperature. The domain wall energy σ was determined from 4 × (A · Ku) 0.5 .

縦軸の磁壁駆動力(磁界換算)は、(∂σ/∂x)・(1/2Ms)から算出し、ガウス分布で示される温度分布の裾で最も大きな駆動力が得られる位置(中心から250nmの位置に相当)での値を示した。室温は30℃とした。尚、図中縦軸の正の向きは、磁壁51を加熱中心方向に動かす向きに相当する。   The domain wall driving force (magnetic field conversion) on the vertical axis is calculated from (∂σ / ∂x) · (1 / 2Ms), and the position (from the center) where the largest driving force is obtained at the tail of the temperature distribution indicated by the Gaussian distribution. Value corresponding to the position of 250 nm). The room temperature was 30 ° C. In addition, the positive direction of the vertical axis | shaft in a figure is corresponded to the direction which moves the domain wall 51 to a heating center direction.

図11に示すように、磁壁51に加わる磁壁駆動力(磁界換算)は温度上昇に伴って強くなり、例えば、加熱中心をGdFeCoのキュリー温度である330℃に加熱した場合には、340Oe程度の磁界に相当する磁壁駆動力が得られることになる。従って、磁壁51が加熱中心から250nmの位置にある時、磁壁移動層111の保磁力(中心から250nmの位置での保磁力)が少なくとも340Oe以下になっていれば、磁壁駆動力のみで磁壁51は加熱中心に向かって移動することが可能となる。ここで、加熱中心から250nmの位置の温度上昇は、加熱中心の6割強程度となっていることから、200℃程度の温度においてGdFeCoの保磁力が少なくとも340Oe以下になっていれば磁壁移動が起こることになる。この値はGdFeCoを用いて容易に実現することができる値である。   As shown in FIG. 11, the domain wall driving force (converted to the magnetic field) applied to the domain wall 51 becomes stronger as the temperature rises. For example, when the heating center is heated to 330 ° C., which is the Curie temperature of GdFeCo, it is about 340 Oe. A domain wall driving force corresponding to the magnetic field is obtained. Therefore, when the domain wall 51 is at a position 250 nm from the heating center, if the coercive force of the domain wall moving layer 111 (coercivity at a position 250 nm from the center) is at least 340 Oe or less, the domain wall 51 is obtained only by the domain wall driving force. Can move toward the center of heating. Here, since the temperature rise at the position of 250 nm from the heating center is about 60% of the heating center, if the coercive force of GdFeCo is at least 340 Oe or less at a temperature of about 200 ° C., the domain wall motion is Will happen. This value can be easily realized by using GdFeCo.

上記磁壁駆動力に加えて、磁気メモリ1および2では、磁壁移動層111が面内磁化膜であり、磁区52Aおよび52Bの磁化の向きが磁壁51と直交する向きとなっているために、磁区52Aおよび52Bから加熱領域に加わる漏洩磁界は磁壁移動を援助する方向の力を与える(双極子相互作用)。例えば、磁壁移動層111の厚み(図面上下方向)を30nmとし、幅(図面奥行き方向)を250nmとし、温度上昇範囲の外側の磁区52Aおよび52Bがそれぞれ500nmの長さで存在した場合には、上記温度上昇範囲の外側の磁区から磁壁51に対して70Oe程度の磁界が上記磁壁駆動力と同じ方向に加わることになる。   In addition to the domain wall driving force, in the magnetic memories 1 and 2, the domain wall moving layer 111 is an in-plane magnetization film, and the magnetization directions of the magnetic domains 52A and 52B are perpendicular to the domain wall 51. The leakage magnetic field applied to the heating region from 52A and 52B gives a force in a direction to assist the domain wall movement (dipole interaction). For example, when the domain wall moving layer 111 has a thickness (up and down direction in the drawing) of 30 nm, a width (in the depth direction of the drawing) of 250 nm, and the magnetic domains 52A and 52B outside the temperature rise range each having a length of 500 nm, A magnetic field of about 70 Oe is applied to the domain wall 51 from the magnetic domain outside the temperature rise range in the same direction as the domain wall driving force.

このように磁気メモリ1および2においては、加熱により磁壁51に磁壁駆動力が生じ、磁壁移動層111の保磁力が磁壁駆動力と磁区52Aおよび52Bからの漏洩磁界との和よりも小さくなるように磁壁移動層111を加熱することにより、加熱中心に向かって磁壁51を移動させることができる。これにより、磁壁51を挟んで対向する磁区52Aと52Bの面積比が変化し、磁気抵抗を変化させることができる。   As described above, in the magnetic memories 1 and 2, the domain wall driving force is generated in the domain wall 51 by heating, and the coercive force of the domain wall moving layer 111 is smaller than the sum of the domain wall driving force and the leakage magnetic field from the magnetic domains 52A and 52B. By heating the domain wall moving layer 111, the domain wall 51 can be moved toward the center of heating. Thereby, the area ratio of the magnetic domains 52A and 52B facing each other with the domain wall 51 interposed therebetween is changed, and the magnetic resistance can be changed.

さらに、実施の形態2に示した磁気メモリ2では、これに加えて、磁気抵抗効果に寄与する界面において一方向の磁区しか存在しないため、より大きな磁気抵抗効果を得ることが可能である。   Furthermore, in the magnetic memory 2 shown in the second embodiment, in addition to this, only a unidirectional magnetic domain exists at the interface contributing to the magnetoresistive effect, so that a larger magnetoresistive effect can be obtained.

〔実施例2〕
実施例2として、上述の実施例1において磁壁移動層111に用いたGdFeCoに代わり、NiFeを用いた例について示す。ここでは、NiFeのキュリー温度を400℃、飽和磁化Msを800emu/cc、一軸異方性定数Kuを1×10erg/cc、交換スティフネス定数Aを1.05×10−6erg/cmとし、この他の条件は実施例1と同じとした。
[Example 2]
As Example 2, an example using NiFe instead of GdFeCo used for the domain wall motion layer 111 in Example 1 described above will be described. Here, the Curie temperature of NiFe is 400 ° C., the saturation magnetization Ms is 800 emu / cc, the uniaxial anisotropy constant Ku is 1 × 10 3 erg / cc, and the exchange stiffness constant A is 1.05 × 10 −6 erg / cm. The other conditions were the same as in Example 1.

図12には、図11と同様に、加熱部12Aまたは12Bによる加熱時に、磁壁51に加わる磁壁駆動力(磁界換算)を、加熱温度(加熱中心温度)に対して示した。図12に示すように、磁壁51に加わる磁壁駆動力(磁界換算)は温度上昇に伴って強くなり、加熱中心をNiFeのキュリー温度である400℃に加熱した場合には、磁壁51に対して、10Oeを超える程度の磁界に相当する磁壁駆動力が加わる。ここで、NiFeの室温における保磁力Hcは2.5Oe程度であり、且つ、キュリー温度に向かって保磁力が低下していくことを考慮すると、図12のグラフ上で高くとも200℃程度まで加熱すれば磁壁駆動力が保磁力を上回り、磁壁移動層111の磁壁51を磁壁駆動力のみで加熱中心に向かって移動させることが可能である。   In FIG. 12, similarly to FIG. 11, the domain wall driving force (magnetic field conversion) applied to the domain wall 51 during heating by the heating unit 12A or 12B is shown with respect to the heating temperature (heating center temperature). As shown in FIG. 12, the domain wall driving force (converted to the magnetic field) applied to the domain wall 51 becomes stronger as the temperature rises, and when the heating center is heated to 400 ° C., which is the Curie temperature of NiFe, A domain wall driving force corresponding to a magnetic field exceeding 10 Oe is applied. Here, considering that the coercive force Hc of NiFe at room temperature is about 2.5 Oe and the coercive force decreases toward the Curie temperature, it is heated up to about 200 ° C. on the graph of FIG. Then, the domain wall driving force exceeds the coercive force, and the domain wall 51 of the domain wall moving layer 111 can be moved toward the heating center only by the domain wall driving force.

また、上記磁壁駆動力に加えて、本実施例においても、磁区52Aおよび磁区52Bから加熱領域に加わる漏洩磁界は磁壁移動を援助する方向の力を与える(双極子相互作用)。例えば、磁壁移動層111の厚み(図面上下方向)を15nmとし、幅(図面奥行き方向)を250nmとし、温度上昇範囲の外側の磁区52Aおよび52Bがそれぞれ500nmの長さで存在した場合には、上記温度上昇範囲の外側の磁区から磁壁51に対して120Oe程度の磁界が上記磁壁駆動力と同じ方向に加わることになる。   In addition to the domain wall driving force described above, also in the present embodiment, the leakage magnetic field applied from the magnetic domain 52A and the magnetic domain 52B to the heating region gives a force in a direction assisting the domain wall movement (dipole interaction). For example, when the thickness (in the drawing vertical direction) of the domain wall moving layer 111 is 15 nm, the width (in the drawing depth direction) is 250 nm, and the magnetic domains 52A and 52B outside the temperature rise range are each 500 nm long, A magnetic field of about 120 Oe is applied to the domain wall 51 from the magnetic domain outside the temperature rise range in the same direction as the domain wall driving force.

〔実施例3〕
実施の形態3に示した磁気メモリ3において、実施例1と同様に磁壁移動層111として面内磁化膜であるキュリー温度が330℃、TM−rich組成のGdFeCoを用い、非磁性体層112にMgOを用い、固定層113にCoFeBと、ブロッキング温度が360℃のMnPtの積層膜を用いた場合について示す。
Example 3
In the magnetic memory 3 shown in the third embodiment, similarly to the first embodiment, GdFeCo having a Curie temperature of 330 ° C. and TM-rich composition as the domain wall moving layer 111 and a TM-rich composition is used as the nonmagnetic layer 112. A case in which MgO is used and a laminated film of CoFeB and MnPt having a blocking temperature of 360 ° C. is used for the fixed layer 113 will be described.

実施の形態3の磁気メモリ3においても、実施例1と同様に、加熱部12による加熱で生じる温度勾配により、磁壁51に駆動力が与えられて磁壁51が移動することから、実施例1と同様に加熱時の温度上昇範囲(1/eとなる範囲)を1μmとして計算すると、例えば、GdFeCoのキュリー温度である330℃に加熱した場合には、加熱中心から250nmの位置で340Oe程度の磁界に相当する磁壁駆動力が加わる。従って、加熱領域の磁壁移動層111の保磁力(中心から250nmの位置での保磁力)が少なくとも340Oe以下になっていれば、磁壁51は磁壁駆動力のみで加熱中心に向かって移動することが可能となる。すなわち、実施形態3の磁気メモリ2において、磁気情報を書き換えることができる。 Also in the magnetic memory 3 of the third embodiment, as in the first embodiment, the driving force is applied to the domain wall 51 due to the temperature gradient generated by the heating by the heating unit 12, and the domain wall 51 moves. Similarly, when the temperature rise range during heating (range of 1 / e 2 ) is calculated as 1 μm, for example, when heated to 330 ° C. which is the Curie temperature of GdFeCo, it is about 340 Oe at a position of 250 nm from the heating center. A domain wall driving force corresponding to a magnetic field is applied. Therefore, if the coercive force (coercive force at a position 250 nm from the center) of the domain wall moving layer 111 in the heating region is at least 340 Oe or less, the domain wall 51 can move toward the heating center only by the domain wall driving force. It becomes possible. That is, the magnetic information can be rewritten in the magnetic memory 2 of the third embodiment.

ここで、実施の形態3の磁気メモリ3においては、磁壁移動層111に対して全体の磁区を移動させるための電流14を流すため、通電と加熱部12を用いた記録とを同時、または、連続して高速に行う場合には、電流14に伴う磁壁移動層111の温度上昇を考慮することが望ましい。   Here, in the magnetic memory 3 according to the third embodiment, the current 14 for moving the entire magnetic domain flows to the domain wall moving layer 111, so that the energization and the recording using the heating unit 12 are performed simultaneously, or When performing continuously at high speed, it is desirable to consider the temperature rise of the domain wall motion layer 111 accompanying the current 14.

図13には、電流14により磁壁移動層111の温度が上がった状態を仮定して、幾つかの温度条件について、加熱領域の温度と、磁壁駆動力を磁界に変換した(∂σ/∂x)・(1/2Ms)の関係を示した。図13中(a)は電流印加に伴う温度上昇が無い場合、(b)は50℃温度上昇した場合、(c)は100℃温度上昇した場合のグラフである。図13に示す結果から、電流14により、磁壁移動層111が100℃上昇した場合であっても、GdFeCoのキュリー温度である330℃程度まで加熱した場合には、電流14を流すことに伴う温度上昇が無い場合、図13(a)と同程度の磁壁駆動力(磁界換算)が得られる。   In FIG. 13, assuming that the temperature of the domain wall moving layer 111 is increased by the current 14, the temperature of the heating region and the domain wall driving force are converted into magnetic fields (に σ / ∂x for several temperature conditions). ) · (1 / 2Ms). In FIG. 13, (a) is a graph when there is no temperature rise due to current application, (b) is a graph when the temperature rises by 50 ° C., and (c) is a graph when the temperature rises by 100 ° C. From the results shown in FIG. 13, even when the domain wall motion layer 111 rises by 100 ° C. due to the current 14, the temperature associated with passing the current 14 when heated to about 330 ° C., which is the Curie temperature of GdFeCo. When there is no increase, a domain wall driving force (converted to a magnetic field) comparable to that shown in FIG.

このように、実施の形態3の磁気メモリ3においては、加熱により磁壁51に磁壁駆動力が生じ、磁壁移動層111の保磁力が磁壁駆動力と磁区52からの漏洩磁界(双極子相互作用)との和よりも小さくなるように磁壁移動層111を加熱することにより、加熱中心に向かって磁壁51を移動させることができる。これにより、磁壁51を挟んで対向する磁区の長さが変化し、磁気情報を記録することができる。更に、電流14と同時に加熱部12による局所的な加熱を行う場合であっても、磁壁51を移動させるのに十分な駆動力が得られる。   As described above, in the magnetic memory 3 according to the third embodiment, the domain wall driving force is generated in the domain wall 51 by heating, and the coercive force of the domain wall moving layer 111 is the domain wall driving force and the leakage magnetic field from the magnetic domain 52 (dipole interaction). The domain wall 51 can be moved toward the center of heating by heating the domain wall moving layer 111 to be smaller than the sum of. As a result, the length of the magnetic domains facing each other across the domain wall 51 changes, and magnetic information can be recorded. Furthermore, even when local heating is performed by the heating unit 12 simultaneously with the current 14, a driving force sufficient to move the domain wall 51 is obtained.

本発明によれば、磁気抵抗効果素子に高い電流密度の電流を通電することが無く、磁気情報を保持する部分に高保磁力材料を用いることが可能な磁気メモリを提供することができる。   According to the present invention, it is possible to provide a magnetic memory capable of using a high coercive force material in a portion for holding magnetic information without passing a current having a high current density through the magnetoresistive effect element.

本実施の形態に係る磁気メモリの一形態を示す断面図である。It is sectional drawing which shows one form of the magnetic memory which concerns on this Embodiment. 本実施の形態に係る磁壁移動層を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the domain wall moving layer which concerns on this Embodiment. 本実施の形態に係る磁気メモリの製造過程を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the manufacturing process of the magnetic memory which concerns on this Embodiment. 本実施の形態に係る磁気メモリをメモリアレイとして用いる場合の一形態を示す斜視図である。It is a perspective view which shows one form in the case of using the magnetic memory which concerns on this Embodiment as a memory array. 本実施の形態に係る磁気メモリの他の構成例を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the other structural example of the magnetic memory which concerns on this Embodiment. 本実施の形態に係る磁気メモリの他の構成例を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the other structural example of the magnetic memory which concerns on this Embodiment. 本実施の形態に係る磁気メモリの他の構成例を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the other structural example of the magnetic memory which concerns on this Embodiment. 本実施の形態に係る磁気メモリの他の構成例を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the other structural example of the magnetic memory which concerns on this Embodiment. 本発明における他の実施の形態に係る磁気メモリの一形態を示す断面図である。It is sectional drawing which shows one form of the magnetic memory which concerns on other embodiment in this invention. 本発明における他の実施の形態に係る磁気メモリの一形態を示す断面図である。It is sectional drawing which shows one form of the magnetic memory which concerns on other embodiment in this invention. 実施例1の磁気メモリにおける磁壁駆動力と温度の関係を表すグラフである。3 is a graph showing the relationship between domain wall driving force and temperature in the magnetic memory of Example 1; 実施例2の磁気メモリにおける磁壁駆動力と温度の関係を表すグラフである。6 is a graph showing the relationship between domain wall driving force and temperature in the magnetic memory of Example 2. 実施例3の磁気メモリにおける磁壁駆動力と温度の関係を表すグラフである。6 is a graph showing the relationship between domain wall driving force and temperature in the magnetic memory of Example 3. 特許文献1に記載の磁気情報記録方法を示す断面図である。10 is a cross-sectional view showing a magnetic information recording method described in Patent Document 1.

符号の説明Explanation of symbols

1・1A・1B・1C・1D・2・3 磁気メモリ
11 磁気抵抗効果素子
12・12A・12B・12C・12D 加熱部
13 電源
14 電流(通電手段)
51・51A・51B・51C 磁壁
52・52A・52B・52D・52D 磁区
61 ビット線
62 ワード線
63 選択用トランジスタ
111 磁壁移動層
112 非磁性体層
113 固定層
114 上部電極
115 下部電極
116 絶縁体保護膜
1 · 1A · 1B · 1C · 1D · 2 · 3 Magnetic memory 11 Magnetoresistive element 12 · 12A · 12B · 12C · 12D Heating part 13 Power supply 14 Current (energization means)
51, 51A, 51B, 51C Domain wall 52, 52A, 52B, 52D, 52D Domain 61 Bit line 62 Word line 63 Selection transistor 111 Domain wall moving layer 112 Non-magnetic layer 113 Fixed layer 114 Upper electrode 115 Lower electrode 116 Insulator protection film

Claims (7)

磁壁移動層と、中間層である非磁性体層と、固定層とが積層された磁気抵抗効果素子、および、上記磁壁移動層を局所的に加熱可能な加熱部を備え、
上記磁壁移動層において、磁化容易軸は磁壁移動層の面内方向に位置しており、
上記磁壁移動層には磁壁が形成されており、
上記加熱部によって、磁壁移動層が局所的に加熱されることにより、上記磁壁が磁壁移動層内において移動することを特徴とする磁気メモリ。
A magnetoresistive effect element in which a domain wall motion layer, a nonmagnetic material layer as an intermediate layer, and a fixed layer are laminated, and a heating unit capable of locally heating the domain wall motion layer,
In the domain wall motion layer, the easy axis of magnetization is located in the in-plane direction of the domain wall motion layer,
A domain wall is formed in the domain wall moving layer,
A magnetic memory characterized in that the domain wall moves in the domain wall motion layer by locally heating the domain wall motion layer by the heating unit.
上記加熱部が複数備えられていることを特徴とする請求項1に記載の磁気メモリ。   The magnetic memory according to claim 1, wherein a plurality of the heating units are provided. 上記磁壁に直交する方向を長さ方向としたときに、上記磁壁移動層の長さは、上記非磁性体層の長さよりも長く、
上記加熱部の長さ方向における中心位置は、磁壁移動層と非磁性体層とが重なる領域の外側に形成されていることを特徴とする請求項1または2に記載の磁気メモリ。
When the direction perpendicular to the domain wall is the length direction, the length of the domain wall motion layer is longer than the length of the nonmagnetic layer,
3. The magnetic memory according to claim 1, wherein a center position of the heating unit in a length direction is formed outside a region where the domain wall motion layer and the nonmagnetic material layer overlap each other.
上記磁壁は複数形成されており、
複数の磁壁の全体を磁壁移動層内において移動させる通電手段が、上記磁壁移動層に接続されていることを特徴とする請求項1〜3の何れか1項に記載の磁気メモリ。
A plurality of the domain walls are formed,
The magnetic memory according to any one of claims 1 to 3, wherein energizing means for moving the whole of the plurality of domain walls in the domain wall moving layer is connected to the domain wall moving layer.
上記加熱部はジュール熱を発することにより発熱して、上記磁壁移動層を局所的に加熱することを特徴とする請求項1〜4の何れか1項に記載の磁気メモリ。   5. The magnetic memory according to claim 1, wherein the heating unit generates heat by generating Joule heat to locally heat the domain wall moving layer. 6. 上記加熱部は光照射されることにより発熱して、上記磁壁移動層を局所的に加熱することを特徴とする請求項1〜4の何れか1項に記載の磁気メモリ。   5. The magnetic memory according to claim 1, wherein the heating unit generates heat when irradiated with light to locally heat the domain wall motion layer. 6. 請求項1〜6の何れか1項に記載の磁気メモリに対して、上記加熱部によって、上記磁壁移動層を局所的に加熱し、上記磁壁移動層内において磁壁を移動させることを特徴とする磁気メモリへの情報記録方法。   The magnetic memory according to claim 1, wherein the magnetic wall moving layer is locally heated by the heating unit, and the magnetic wall is moved in the magnetic wall moving layer. Information recording method in magnetic memory.
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2013175756A (en) * 2013-04-08 2013-09-05 Toshiba Corp Magnetic storage element, magnetic storage device and magnetic memory
JP2013187417A (en) * 2012-03-08 2013-09-19 Toshiba Corp Semiconductor device

Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2005191032A (en) * 2003-12-24 2005-07-14 Toshiba Corp Magnetic storage device and method of writing magnetic information
JP2006073930A (en) * 2004-09-06 2006-03-16 Canon Inc Varying method of magnetizing state of magnetoresistance effect element using magnetic wall movement, magnetic memory device using the method, and solid magnetic memory
WO2006115275A1 (en) * 2005-04-26 2006-11-02 Kyoto University Mram and method for writing in mram
JP2007201465A (en) * 2006-01-26 2007-08-09 Samsung Electronics Co Ltd Magnetic element unit using magnetic domain dragging, and method of operating same
JP2007273495A (en) * 2006-03-30 2007-10-18 Fujitsu Ltd Magnetic memory device and method of driving same
JP2007273064A (en) * 2006-03-31 2007-10-18 Sharp Corp Magnetic memory and its driving method
JP2007288162A (en) * 2006-03-20 2007-11-01 Fuji Electric Device Technology Co Ltd Magnetic wall displacement type magnetic recording element with magnetic wall displacement detecting terminals

Patent Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2005191032A (en) * 2003-12-24 2005-07-14 Toshiba Corp Magnetic storage device and method of writing magnetic information
JP2006073930A (en) * 2004-09-06 2006-03-16 Canon Inc Varying method of magnetizing state of magnetoresistance effect element using magnetic wall movement, magnetic memory device using the method, and solid magnetic memory
WO2006115275A1 (en) * 2005-04-26 2006-11-02 Kyoto University Mram and method for writing in mram
JP2007201465A (en) * 2006-01-26 2007-08-09 Samsung Electronics Co Ltd Magnetic element unit using magnetic domain dragging, and method of operating same
JP2007288162A (en) * 2006-03-20 2007-11-01 Fuji Electric Device Technology Co Ltd Magnetic wall displacement type magnetic recording element with magnetic wall displacement detecting terminals
JP2007273495A (en) * 2006-03-30 2007-10-18 Fujitsu Ltd Magnetic memory device and method of driving same
JP2007273064A (en) * 2006-03-31 2007-10-18 Sharp Corp Magnetic memory and its driving method

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2013187417A (en) * 2012-03-08 2013-09-19 Toshiba Corp Semiconductor device
JP2013175756A (en) * 2013-04-08 2013-09-05 Toshiba Corp Magnetic storage element, magnetic storage device and magnetic memory

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