JP2010219156A - 磁壁移動素子、及び、磁気ランダムアクセスメモリ - Google Patents

Abstract

【課題】磁壁移動素子の磁化状態の初期化を、簡易に且つ確実に実施すること。
【解決手段】磁壁移動素子は、磁壁移動層、第１磁化固定層、及び第２磁化固定層を備える。磁壁移動層は、第１領域と第２領域との間に磁壁を有する。第１磁化固定層は、磁壁移動層の第１領域の磁化方向を第１方向に固定し、第２磁化固定層は、磁壁移動層の第２領域の磁化方向を第１方向と逆の第２方向に固定する。第１磁化固定層は、奇数層の磁性体層が順番に反強磁性結合した積層構造を含み、その端部の磁性体層が上記第１領域と接触する。第２磁化固定層は、偶数層の磁性体層が順番に反強磁性結合した積層構造を含み、その端部の磁性体層が上記第２領域と接触する。
【選択図】図２

Description

本発明は、磁壁移動素子、及び、磁壁移動型の磁気ランダムアクセスメモリ（ＭＲＡＭ：Ｍａｇｎｅｔｉｃ Ｒａｎｄｏｍ Ａｃｃｅｓｓ Ｍｅｍｏｒｙ）に関する。

ＭＲＡＭは、磁化記録層の磁化方向に基づいてデータを不揮発的に記憶する不揮発性メモリである。ＭＲＡＭは、高速書き込みや書き込み回数に制限が無い等の特徴を有する。そのため、ＭＲＡＭは、次世代の不揮発性メモリとして期待されており、その開発が精力的に進められている。

近年提案されている有力なＭＲＡＭの書き込み方式の一つは、スピン注入（ｓｐｉｎ ｍｏｍｅｎｔｕｍ ｔｒａｎｓｆｅｒ）方式である。スピン注入磁化反転では、スピン偏極電流が書き込み電流として磁化記録層に注入され、それにより磁化記録層の磁化方向が反転する。従来良く知られている電流誘起磁界を印加することによる磁化反転では、メモリセルのサイズが小さくなると共に磁化反転に必要な電流が増大する。それに対し、スピン注入磁化反転では、メモリセルのサイズが小さくなると共に磁化反転に必要な電流が減少する。従って、スピン注入方式は、大容量のＭＲＡＭを実現するための有力な方法であると考えられている。

更に、スピン注入方式の一種として、「磁壁移動（Ｄｏｍａｉｎ Ｗａｌｌ Ｍｏｔｉｏｎ）方式」も知られている。磁壁移動方式によれば、磁壁を有する磁化記録層の面内方向にスピン偏極電流を流すことにより、その磁壁を磁化記録層中で移動させ、これにより磁化記録層中の磁化方向を反転させることができる。磁壁が移動する磁化記録層は、以下「磁壁移動層」と参照される。また、磁壁移動層を有し、ＭＲＡＭのメモリセルとして用いられる素子は、以下「磁壁移動素子」と参照される。磁壁移動型のＭＲＡＭは、低電流、大容量、高速動作の観点から有望である。このような磁壁移動型のＭＲＡＭは、例えば、特許文献１に開示されている。

特開２００７−１０３６６３号公報

磁壁移動素子を実現するためには、磁壁移動層中で磁壁が移動する領域の両側に、磁壁移動を止めるための磁化固定領域を形成する必要がある。磁化固定領域とは、磁化方向が実質的に一方向に固定された磁性体領域のことである。そして、磁壁移動領域の両側に形成される２つの磁化固定領域における磁化方向は、互いに正反対である必要がある。

典型的には、２つの磁化固定領域のそれぞれの磁化方向を固定するための磁性体が別途設けられる。例えば、磁壁移動層中の第１の磁化固定領域に接触するように第１の磁性体が形成され、第２の磁化固定領域に接触するように第２の磁性体が形成される。ここで、第１の磁性体は、第２の磁性体よりも厚く形成される。次に、所定方向の強い磁場が全体に印加される。その結果、磁壁移動層、第１の磁性体及び第２の磁性体の磁化方向が、全て所定方向となる。その後、厚い第１の磁性体の磁化方向は反転しないが、薄い第２の磁性体の磁化方向が反転するような強さの逆方向の磁場が印加される。その結果、第２の磁性体とそれに接触する第２の磁化固定領域の磁化方向が逆方向となる。また、このとき、磁壁移動層中の第２の磁化固定領域の端部に、磁壁が形成される。このように、第１の磁性体と第２の磁性体を逆方向に着磁することによって、磁壁移動層中に磁化方向が正反対の２つの磁化固定領域を形成し、且つ、磁壁移動層に磁壁を導入することができる。このような処理は、「磁化状態の初期化」と呼ばれる。

しかしながら、上記初期化方法では、磁場印加工程（着磁工程）を２回実施する必要がある。このことは、初期化の複雑化と製造コストの増大を招く。更に、２回目の磁場印加工程においては、第１の磁性体の磁化方向を反転させることなく、第２の磁性体の磁化方向だけを反転させる必要がある。そのためには、それぞれの磁性体の製造ばらつきを抑え、且つ、印加磁場を高精度に制御する必要がある。磁性体膜厚や印加磁場に関するマージンが小さい場合、磁化状態の初期化が正常に行われず、結果として磁壁移動層への磁壁導入が失敗する可能性が高くなる。

本発明の１つの目的は、磁壁移動素子の磁化状態の初期化を、簡易に且つ確実に実施することができる技術を提供することにある。

本発明の１つの観点において、磁壁移動素子が提供される。その磁壁移動素子は、磁壁移動層、第１磁化固定層、及び第２磁化固定層を備える。磁壁移動層は、第１領域と第２領域との間に磁壁を有する磁性体層である。第１磁化固定層は、磁壁移動層の第１領域の磁化方向を第１方向に固定し、第２磁化固定層は、磁壁移動層の第２領域の磁化方向を第１方向と逆の第２方向に固定する。

第１磁化固定層は、Ｎ１層の磁性体層とＮ１−１層の非磁性体層とが交互に積層された積層構造を含む。ここで、Ｎ１は、３以上の奇数である。Ｎ１層の磁性体層のうち第１番目の磁性体層は、上記第１領域に接触し、且つ、第１方向の磁化を有する。Ｎ１層の磁性体層のうち第ｉ番目（ｉ＝１〜Ｎ１−１）の磁性体層と第ｉ＋１番目の磁性体層とは、Ｎ１−１層の非磁性体層のうち第ｉ番目の非磁性体層を介して反強磁性結合している。

第２磁化固定層は、Ｎ２層の磁性体層とＮ２−１層の非磁性体層とが交互に積層された積層構造を含む。ここで、Ｎ２は、２以上の偶数である。Ｎ２層の磁性体層のうち第１番目の磁性体層は、上記第２領域に接触し、且つ、第２方向の磁化を有する。Ｎ２層の磁性体層のうち第ｊ番目（ｊ＝１〜Ｎ２−１）の磁性体層と第ｊ＋１番目の磁性体層とは、Ｎ２−１層の非磁性体層のうち第ｊ番目の非磁性体層を介して反強磁性結合している。

本発明によれば、磁壁移動素子の磁化状態の初期化を、簡易に且つ確実に実施することが可能となる。

図１は、本発明の実施の形態に係るＭＲＡＭを示す概略図である。 図２は、本発明の実施の形態に係る磁壁移動素子の構成を示す概略図である。 図３Ａは、本発明の実施の形態に係る磁壁移動素子の磁化状態の初期化方法を示す概略図である。 図３Ｂは、本発明の実施の形態に係る磁壁移動素子の磁化状態の初期化方法を示す概略図である。 図４は、第１の実施の形態に係る磁壁移動素子を示している。 図５は、第２の実施の形態に係る磁壁移動素子を示している。 図６は、第３の実施の形態に係る磁壁移動素子を示している。 図７は、第４の実施の形態に係る磁壁移動素子を示している。 図８は、第５の実施の形態に係る磁壁移動素子を示している。 図９は、第６の実施の形態に係る磁壁移動素子を示している。 図１０は、第７の実施の形態に係る磁壁移動素子を示している。 図１１は、第８の実施の形態に係る磁壁移動素子を示している。

添付図面を参照して、本発明の実施の形態を説明する。

図１は、本実施の形態に係るＭＲＡＭを概略的に示している。本実施の形態に係るＭＲＡＭは磁壁移動型であり、磁壁移動素子１をメモリセルとして用いる。図１に示されるように、複数の磁壁移動素子１（メモリセル）がアレイ状に配置されている。

図２は、本実施の形態に係る磁壁移動素子１の構成を概略的に示している。磁壁移動素子１は、少なくとも、磁壁移動層（磁化記録層）３０、第１磁化固定層１００、及び第２磁化固定層２００を備えている。

（磁壁移動層３０）
磁壁移動層３０は、磁壁ＤＷが移動する磁性体層であり、磁壁ＤＷを有している。より詳細には、磁壁移動層３０は、磁化方向が実質的に固定された第１磁化固定領域Ｒ１及び第２磁化固定領域Ｒ２を有している。それら２つの磁化固定領域Ｒ１、Ｒ２の磁化方向は正反対である。図２の例では、第１磁化固定領域Ｒ１の磁化方向は＋Ｘ方向に固定され、第２磁化固定領域Ｒ２の磁化方向は−Ｘ方向に固定されている。そして、それら２つの磁化固定領域Ｒ１、Ｒ２の間の領域が、磁壁ＤＷが移動する磁壁移動領域である。逆に言えば、磁壁移動領域の両側に磁化固定領域Ｒ１、Ｒ２がそれぞれ形成されている。図２の例において、磁壁移動領域の磁化方向が−Ｘ方向の場合、磁壁ＤＷは、第１磁化固定領域Ｒ１と磁壁移動領域との境界である第１トラップサイトＴＳ１に形成される。一方、磁壁移動領域の磁化方向が＋Ｘ方向の場合、磁壁ＤＷは、第２磁化固定領域Ｒ２と磁壁移動領域との境界である第２トラップサイトＴＳ２に形成される。

このような構成において、第１磁化固定領域Ｒ１と第２磁化固定領域Ｒ２との間に書き込み電流を流すことにより、電流駆動磁壁移動（Current-Driven Domain Wall Motion）を発生させることができる。具体的には、第１トラップサイトＴＳ１と第２トラップサイトＴＳ２との間の磁壁移動領域中で、書き込み電流方向に応じた方向に磁壁ＤＷが移動する。つまり、磁壁ＤＷは、第１トラップサイトＴＳ１から第２トラップサイトＴＳ２に向けて移動する、あるいは、第２トラップサイトＴＳ２から第１トラップサイトＴＳ１に向けて移動する。この磁壁移動により、磁壁移動領域の磁化方向が反転する。この磁壁移動領域の磁化方向（磁化状態）が、磁壁移動素子１の記録データに相当する。

尚、図２において、磁壁移動領域の磁化状態をセンスするための構成の図示は省略されている。典型的には、磁壁移動層３０の磁壁移動領域上にトンネルバリア膜を介してピン層が形成され、それにより磁気トンネル接合（MTJ: Magnetic Tunnel Junction）が形成される。あるいは、磁壁移動層３０の磁壁移動領域と磁気的に結合するＭＴＪ素子が、磁壁移動層３０とは別に設けられてもよい。その場合、磁壁移動領域の磁化状態に応じて、そのＭＴＪ素子の磁化状態（抵抗値）も変わる。

（磁化固定層１００、２００）
第１磁化固定層１００は、磁壁移動層３０の第１磁化固定領域Ｒ１の磁化方向を第１方向（図２の例では＋Ｘ方向）に固定するために設けられている。一方、第２磁化固定層２００は、磁壁移動層３０の第２磁化固定領域Ｒ２の磁化方向を第１方向とは逆の第２方向（図２の例では−Ｘ方向）に固定するために設けられている。以下、本実施の形態に係る第１磁化固定層１００及び第２磁化固定層２００を詳しく説明する。

２つの磁性体層とそれら２つの磁性体層に挟まれた非磁性体層からなる積層構造を考える。この場合、２つの磁性体層間には、非磁性体層を介して交換結合が発生する。その交換結合の正負極性は、非磁性体層の膜厚に依存して、振動的に変化することが知られている（例えば、特許文献１参照）。つまり、非磁性体層の厚みを適切に調整することにより、磁性体層間での“強磁性結合（結合定数＝正）”あるいは“反強磁性結合（結合定数＝負）”を実現することができる。本実施の形態では、磁性体層同士が非磁性体層を介して“反強磁性結合”している積層膜が、各磁化固定層１００、２００として用いられる。

より詳細には、第１磁化固定層１００は、Ｎ１層の磁性体層１１０（１１０−１〜１１０−Ｎ１）とＮ１−１層の非磁性体層１２０（１２０−１〜１２０−（Ｎ１−１））とが交互に積層された積層構造を少なくとも含む。ここで、“Ｎ１”は、３以上の奇数である。第ｉ番目（ｉ＝１〜Ｎ１−１）の非磁性体層１２０−ｉは、第ｉ番目の磁性体層１１０−ｉと第ｉ＋１番目の磁性体層１１０−（ｉ＋１）に挟まれている。それら磁性体層１１０−ｉと１１０−（ｉ＋１）とは、非磁性体層１２０−ｉを介して反強磁性結合する。この場合、第１磁化固定層１００において、反強磁性結合はＮ１−１回発生する。Ｎ１が３以上の奇数であるため、第１磁化固定層１００において反強磁性結合は偶数回発生する。従って、磁性体層１１０−Ｎ１の磁化方向が第１方向（図２の例では＋Ｘ方向）である場合、磁性体層１１０−１の磁化方向は同じ第１方向となる。そして、第１磁化固定層１００のうちその磁性体層１１０−１が、磁壁移動層３０の第１磁化固定領域Ｒ１に最も近く、第１磁化固定領域Ｒ１と磁気的に結合している。好適には、磁性体層１１０−１は第１磁化固定領域Ｒ１と接触している。その結果、第１磁化固定領域Ｒ１の磁化方向が第１方向に固定される。

一方、第２磁化固定層２００は、Ｎ２層の磁性体層２１０（２１０−１〜２１０−Ｎ２）とＮ２−１層の非磁性体層２２０（２２０−１〜２２０−（Ｎ２−１））とが交互に積層された積層構造を少なくとも含む。ここで、“Ｎ２”は、２以上の偶数である。第ｊ番目（ｊ＝１〜Ｎ２−１）の非磁性体層２２０−ｊは、第ｊ番目の磁性体層２１０−ｊと第ｊ＋１番目の磁性体層２１０−（ｊ＋１）に挟まれている。それら磁性体層２１０−ｊと２１０−（ｊ＋１）とは、非磁性体層２２０−ｊを介して反強磁性結合する。この場合、第２磁化固定層２００において、反強磁性結合はＮ２−１回発生する。Ｎ２が２以上の偶数であるため、第２磁化固定層２００において反強磁性結合は奇数回発生する。従って、磁性体層２１０−Ｎ２の磁化方向が第１方向（図２の例では＋Ｘ方向）である場合、磁性体層２１０−１の磁化方向は逆の第２方向（図２の例では−Ｘ方向）となる。そして、第２磁化固定層２００のうちその磁性体層２１０−１が、磁壁移動層３０の第２磁化固定領域Ｒ２に最も近く、第２磁化固定領域Ｒ２と磁気的に結合している。好適には、磁性体層２１０−１は第２磁化固定領域Ｒ２と接触している。その結果、第２磁化固定領域Ｒ２の磁化方向が第２方向に固定される。

（初期化方法）
次に、図２で示された磁化状態を実現するための初期化方法を、図３Ａ及び図３Ｂを参照して説明する。図３Ａ及び図３Ｂにおいて、Ｎ１＝３、Ｎ２＝２である場合が例として示されている。すなわち、第１磁化固定層１００は、磁性体層１１０−１〜１１０−３及び非磁性体層１２０−１〜１２０−２を少なくとも含んでいる。第２磁化固定層２００は、磁性体層２１０−１〜２１０−２及び非磁性体層２２０−１を少なくとも含んでいる。

また、第１磁化固定層１００における磁性体層１１０−３と、第２磁化固定層２００における磁性体層２１０−２は、初期化時の磁化状態の基準となる「基準磁性体層」である。第１磁化固定層１００の基準磁性体層としての磁性体層１１０−３に対する反転磁界は、その他の磁性体層１１０−１〜１１０−２に対する反転磁界よりも大きい。ここで、反転磁界とは、磁性体層の磁化方向を反転させるのに必要な磁界である。同様に、第２磁化固定層２００の基準磁性体層としての磁性体層２１０−２に対する反転磁界は、その他の磁性体層２１０−１に対する反転磁界よりも大きい。

尚、基準磁性体層に対する反転磁界を他よりも大きくするためには、様々な方法が考えられる。例えば、基準磁性体層は、他の磁性体層よりも厚くなるように形成される。これにより、基準磁性体層が他の磁性体層よりも大きな保磁力を有するようになり、反転磁界が大きくなる。あるいは、基準磁性体層は、他の磁性体層の材料（例：ＮｉＦｅ）よりも大きな保磁力を有する材料（例：ＣｏＦｅ）で形成されてもよい。更にあるいは、基準磁性体層と接触するように反強磁性層が設けられてもよい。隣接する反強磁性層により基準磁性体層の磁化方向は固定される。

磁壁移動素子１の磁化状態の初期化時、第１方向（例：＋Ｘ方向）の強い磁場が全体に印加される。その結果、図３Ａに示されるように、全ての磁性体の磁化方向が第１方向となる。その後、磁場印加が停止する。

磁場印加が停止すると、第１磁化固定層１００及び第２磁化固定層２００の磁化状態は、図３Ｂで示されるように定まる。具体的には、第１磁化固定層１００において、基準磁性体層としての磁性体層１１０−３の磁化方向は、第１方向のまま変わらない。磁性体層１１０−３と反強磁性結合する磁性体層１１０−２の磁化方向は、第１方向と逆の第２方向（例：−Ｘ方向）に変わる。磁性体層１１０−２と反強磁性結合する磁性体層１１０−１の磁化方向は、第２方向と逆の第１方向となる。一方、第２磁化固定層２００において、基準磁性体層としての磁性体層２１０−２の磁化方向は、第１方向のまま変わらない。磁性体層２１０−２と反強磁性結合する磁性体層２１０−１の磁化方向は、第１方向と逆の第２方向に変わる。

このように、第１磁化固定層１００では反強磁性結合が基準磁性体層から磁性体層１１０−１へ向かって偶数回発生し、一方、第２磁化固定層２００では反強磁性結合が基準磁性体層から磁性体層２１０−１へ向かって奇数回発生する。従って、磁壁移動層３０と接触する磁性体層１１０−１、２１０−１のそれぞれの磁化方向は、正反対になる。結果として、磁壁移動層３０の第１磁化固定領域Ｒ１及び第２磁化固定領域Ｒ２のそれぞれの磁化方向も逆方向に固定される。すなわち、図２で示された磁化状態が実現され、磁壁移動層３０に磁壁ＤＷが導入される。

本実施の形態によれば、磁壁移動素子１の磁化状態の初期化において、磁場印加工程（着磁工程）は１回だけ実施される。逆に言えば、１回の磁場印加工程だけで、磁壁移動素子１の磁化状態を適切に初期化し、磁壁移動層３０に磁壁ＤＷを導入することができる。２回目の磁場印加工程は不要なため、製造コストが削減される。また、２回目の磁場印加工程は不要であり、一部の磁性体の磁化方向だけを反転させるような難しい処理は不要である。本実施の形態によれば、１回目の磁場印加だけで、磁壁移動素子１の磁化状態を確実に初期化し、磁壁移動層３０に磁壁ＤＷを確実に導入することが可能である。

更に、第１磁化固定層１００の積層構造において、磁性体１１０−１〜１１０−Ｎ１のそれぞれの磁化方向は互い違いになっている。このような構成の場合、第１磁化固定層１００から周囲に漏洩する漏洩磁束が好適に抑えられる。第２磁化固定層２００も同様である。磁化固定層１００、２００からの漏洩磁束が抑えられるため、そのような漏洩磁束による磁壁移動への影響（トラッピング等）が低減される。言い換えれば、本実施の形態に係る磁化固定層１００、２００は、磁壁移動層３０における磁壁移動に擾乱を与えにくい。よって、動作特性の優れた磁壁移動型ＭＲＡＭを実現することが可能となる。

以下、磁壁移動素子１の様々な例を説明する。

（第１の実施の形態）
図４は、第１の実施の形態を示している。第１磁化固定層１００及び第２磁化固定層２００は共に、磁壁移動層３０の下側に形成されている。第１磁化固定層１００は、磁性体層１１０−１〜１１０−３及び非磁性体層１２０−１〜１２０−２を含んでいる（Ｎ１＝３）。また、第２磁化固定層２００は、磁性体層２１０−１〜２１０−２及び非磁性体層２２０−１を含んでいる（Ｎ２＝２）。更に、第１磁化固定層１００の磁性体層１１０−３は第１電流端子１０に接続され、第２磁化固定層２００の磁性体層２１０−２は第２電流端子２０に接続されている。第１電流端子１０及び第２電流端子２０は、第１磁化固定層１００及び第２磁化固定層２００を通して磁壁移動層３０に所望の方向の電流を流すために用いられる。

第１の実施の形態では、磁壁移動層３０、磁性体層１１０、２１０は、面内磁気異方性を有する。面内磁気異方性を有する強磁性膜としては、ＮｉＦｅ膜、ＣｏＦｅ膜、ＣｏＦｅＢ膜が例示される。

反強磁性結合用の非磁性体層１２０、２２０の材料としては、ＲｕあるいはＣｒが用いられる。このような非磁性金属材料を用い、また、膜厚を適切に調整することによって、強力な反強磁性結合を実現し、安定な磁化状態を得ることができる。

また、第１磁化固定層１００における磁性体層１１０−３と、第２磁化固定層２００における磁性体層２１０−２は、上述の基準磁性体層である。基準磁性体層１１０−３の膜厚は、他の磁性体層１１０−１、１１０−２の膜厚よりも大きい。また、基準磁性体層２１０−２の膜厚は、他の磁性体層２１０−１の膜厚よりも大きい。これにより、基準磁性体層が他の磁性体層よりも大きな保磁力を有するようになり、反転磁界が大きくなる。あるいは、基準磁性体層は、他の磁性体層の材料よりも大きな保磁力を有する材料で形成されてもよい。例えば、磁性体層１１０−１、１１０−２がＮｉＦｅで形成され、基準磁性体層１１０−３がＣｏＦｅで形成される。

（第２の実施の形態）
図５は、第２の実施の形態を示している。第１の実施の形態と重複する説明は適宜省略される。第２の実施の形態において、第１磁化固定層１００及び第２磁化固定層２００は共に、磁壁移動層３０の上側に形成されている。第１電流端子１０は、磁壁移動層３０の第１磁化固定領域Ｒ１に直接接続され、第２電流端子２０は、磁壁移動層３０の第２磁化固定領域Ｒ２に直接接続されている。各層の構成や材料は、第１の実施の形態と同じである。

（第３の実施の形態）
図６は、第３の実施の形態を示している。第１の実施の形態と重複する説明は適宜省略される。第３の実施の形態では、第１磁化固定層１００の基準磁性体層１１０−３に、反強磁性層１３０が接触している。また、第２磁化固定層２００の基準磁性体層２１０−２に、反強磁性層２３０が接触している。反強磁性層１３０、２３０の材料は、ＰｔＭｎ、ＩｒＭｎ、ＮｉＭｎ、ＦｅＭｎといった反強磁性金属である。基準磁性体層の磁化方向は、隣接する反強磁性層との交換結合によって固定される。これにより、基準磁性体層に対する反転磁界が、他の磁性体層に対する反転磁界よりも大きくなる。

（第４の実施の形態）
図７は、第４の実施の形態を示している。第４の実施の形態では、第２の実施の形態で示された積層構造に、第３の実施の形態で示された反強磁性層１３０、２３０が適用されている。

（第５の実施の形態）
図８は、第５の実施の形態を示している。第１の実施の形態と重複する説明は適宜省略される。第５の実施の形態では、磁壁移動層３０、磁性体層１１０、２１０は、垂直磁気異方性を有する。垂直磁気異方性を有する強磁性膜としては、Ｃｏ／Ｎｉ積層膜、Ｃｏ／Ｐｔ積層膜、Ｃｏ−Ｐｔ合金膜、Ｃｏ／Ｐｄ積層膜、ＣｏＣｒＰｔ合金膜、ＴｂＦｅＣｏ膜、ＮｄＦｅＢ膜、ＦｅＰｔ規則合金膜が例示される。反強磁性結合用の非磁性体層１２０、２２０の材料としては、ＲｕあるいはＣｒが用いられる。

基準磁性体層１１０−３の膜厚は、他の磁性体層１１０−１、１１０−２の膜厚よりも大きい。また、基準磁性体層２１０−２の膜厚は、他の磁性体層２１０−１の膜厚よりも大きい。あるいは、基準磁性体層は、他の磁性体層の材料よりも大きな保磁力を有する材料で形成されてもよい。例えば、磁性体層１１０−１、１１０−２がＣｏ／Ｎｉ積層膜、Ｃｏ／Ｐｔ積層膜、Ｃｏ−Ｐｔ合金膜、あるいはＣｏＣｒＰｔ合金膜で形成され、基準磁性体層１１０−３がＦｅＰｔ規則合金あるいはＴｂＦｅＣｏ膜で形成される。

（第６の実施の形態）
図９は、第６の実施の形態を示している。第５の実施の形態と重複する説明は適宜省略される。第６の実施の形態において、第１磁化固定層１００及び第２磁化固定層２００は共に、磁壁移動層３０の上側に形成されている。第１電流端子１０は、磁壁移動層３０の第１磁化固定領域Ｒ１に直接接続され、第２電流端子２０は、磁壁移動層３０の第２磁化固定領域Ｒ２に直接接続されている。各層の構成や材料は、第５の実施の形態と同じである。

（第７の実施の形態）
図１０は、第７の実施の形態を示している。第７の実施の形態では、第５の実施の形態で示された積層構造に、第３の実施の形態で示された反強磁性層１３０、２３０が適用されている。

（第８の実施の形態）
図１１は、第８の実施の形態を示している。第８の実施の形態では、第６の実施の形態で示された積層構造に、第３の実施の形態で示された反強磁性層１３０、２３０が適用されている。

以上、本発明の実施の形態が添付の図面を参照することにより説明された。但し、本発明は、上述の実施の形態に限定されず、要旨を逸脱しない範囲で当業者により適宜変更され得る。

１ 磁壁移動素子
１０ 第１電流端子
２０ 第２電流端子
３０ 磁壁移動層
１００ 第１磁化固定層
１１０ 磁性層
１２０ 非磁性層
１３０ 反強磁性層
２００ 第２磁化固定層
２１０ 磁性層
２２０ 非磁性層
２３０ 反強磁性層
Ｒ１ 第１磁化固定領域
Ｒ２ 第２磁化固定領域
ＴＳ１ 第１トラップサイト
ＴＳ２ 第２トラップサイト
ＤＷ 磁壁

Claims (7)

1. 第１領域と第２領域との間に磁壁を有する磁性体層である磁壁移動層と、
   前記磁壁移動層の前記第１領域の磁化方向を第１方向に固定する第１磁化固定層と、
   前記磁壁移動層の前記第２領域の磁化方向を前記第１方向と逆の第２方向に固定する第２磁化固定層と
   を備え、
   前記第１磁化固定層は、Ｎ１層の磁性体層とＮ１−１層の非磁性体層とが交互に積層された積層構造を含み、
   Ｎ１は、３以上の奇数であり、
   前記Ｎ１層の磁性体層のうち第１番目の磁性体層は、前記第１領域に接触し、且つ、前記第１方向の磁化を有し、
   前記Ｎ１層の磁性体層のうち第ｉ番目（ｉ＝１〜Ｎ１−１）の磁性体層と第ｉ＋１番目の磁性体層とは、前記Ｎ１−１層の非磁性体層のうち第ｉ番目の非磁性体層を介して反強磁性結合しており、
   前記第２磁化固定層は、Ｎ２層の磁性体層とＮ２−１層の非磁性体層とが交互に積層された積層構造を含み、
   Ｎ２は、２以上の偶数であり、
   前記Ｎ２層の磁性体層のうち第１番目の磁性体層は、前記第２領域に接触し、且つ、前記第２方向の磁化を有し、
   前記Ｎ２層の磁性体層のうち第ｊ番目（ｊ＝１〜Ｎ２−１）の磁性体層と第ｊ＋１番目の磁性体層とは、前記Ｎ２−１層の非磁性体層のうち第ｊ番目の非磁性体層を介して反強磁性結合している
   磁壁移動素子。
2. 請求項１に記載の磁壁移動素子であって、
   前記Ｎ１層の磁性体層のうち第Ｎ１番目の磁性体層に対する反転磁界は、前記Ｎ１層の磁性体層のうち他の磁性体層に対する反転磁界よりも大きく、
   前記Ｎ２層の磁性体層のうち第Ｎ２番目の磁性体層に対する反転磁界は、前記Ｎ２層の磁性体層のうち他の磁性体層に対する反転磁界よりも大きい
   磁壁移動素子。
3. 請求項２に記載の磁壁移動素子であって、
   前記Ｎ１層の磁性体層のうち前記第Ｎ１番目の磁性体層は、前記Ｎ１層の磁性体層のうち前記他の磁性体層よりも大きい保磁力を有し、
   前記Ｎ２層の磁性体層のうち前記第Ｎ２番目の磁性体層は、前記Ｎ２層の磁性体層のうち前記他の磁性体層よりも大きい保磁力を有する
   磁壁移動素子。
4. 請求項３に記載の磁壁移動素子であって、
   前記Ｎ１層の磁性体層のうち前記第Ｎ１番目の磁性体層は、前記Ｎ１層の磁性体層のうち前記他の磁性体層よりも大きい厚さを有し、
   前記Ｎ２層の磁性体層のうち前記第Ｎ２番目の磁性体層は、前記Ｎ２層の磁性体層のうち前記他の磁性体層よりも大きい厚さを有する
   磁壁移動素子。
5. 請求項３に記載の磁壁移動素子であって、
   前記Ｎ１層の磁性体層のうち前記第Ｎ１番目の磁性体層は、前記Ｎ１層の磁性体層のうち前記他の磁性体層の材料よりも大きい保磁力を有する材料で形成され、
   前記Ｎ２層の磁性体層のうち前記第Ｎ２番目の磁性体層は、前記Ｎ２層の磁性体層のうち前記他の磁性体層の材料よりも大きい保磁力を有する材料で形成された
   磁壁移動素子。
6. 請求項２に記載の磁壁移動素子であって、
   更に、
   前記Ｎ１層の磁性体層のうち前記第Ｎ１番目の磁性体層に接触する第１反強磁性層と、
   前記Ｎ２層の磁性体層のうち前記第Ｎ２番目の磁性体層に接触する第２反強磁性層と
   を備える
   磁壁移動素子。
7. 請求項１乃至６のいずれか一項に記載の磁壁移動素子をメモリセルとして有する
   磁気ランダムアクセスメモリ。

Images