JP2017143175A - 磁気記憶装置 - Google Patents

Abstract

【課題】記憶密度を向上できる磁気記憶装置を提供する。
【解決手段】実施形態によれば、磁気記憶装置は、第１方向に延びる第１磁性体と、前記第１方向に延びる第２磁性体と、を含む。前記第２磁性体と前記第１磁性体との間の距離は、前記第１方向に沿って周期的に変化する。
【選択図】図１

Description

本発明の実施形態は、磁気記憶装置に関する。

磁性細線に記録された情報を磁壁の移動により移動させる磁気記憶装置が提案されている。磁気記憶装置において、記憶密度の向上が望まれている。

特開２０１３−１８７２５７号公報

本発明の実施形態は、記憶密度を向上できる磁気記憶装置を提供する。

本発明の実施形態によれば、磁気記憶装置は、第１方向に延びる第１磁性体と、前記第１方向に延びる第２磁性体と、を含む。前記第２磁性体と前記第１磁性体との間の距離は、前記第１方向に沿って周期的に変化する。

図１（ａ）及び図１（ｂ）は、第１の実施形態に係る磁気記憶装置を例示する模式図である。 図２（ａ）〜図２（ｆ）は、第１の実施形態に係る磁気記憶装置の製造方法を例示する工程順模式的断面図である。 図３（ａ）及び図３（ｂ）は、第１の実施形態に係る別の磁気記憶装置を例示する模式的斜視図である。 第１の実施形態に係る別の磁気記憶装置を例示する模式的斜視図である。 図５（ａ）及び図５（ｂ）は、第２の実施形態に係る磁気記憶装置を例示する模式図である。 図６（ａ）〜図６（ｆ）は、第２の実施形態に係る磁気記憶装置の製造方法を例示する工程順模式的断面図である。 第３の実施形態に係る磁気記憶装置を例示する模式図である。

以下に、本発明の各実施の形態について図面を参照しつつ説明する。
図面は模式的または概念的なものであり、各部分の厚みと幅との関係、部分間の大きさの比率などは、必ずしも現実のものと同一とは限らない。同じ部分を表す場合であっても、図面により互いの寸法や比率が異なって表される場合もある。
本願明細書と各図において、既出の図に関して前述したものと同様の要素には同一の符号を付して詳細な説明は適宜省略する。

（第１の実施形態）
図１（ａ）及び図１（ｂ）は、第１の実施形態に係る磁気記憶装置を例示する模式図である。
図１（ｂ）は斜視図である。図１（ａ）は、図１（ｂ）の一部の断面図である。

図１（ｂ）に示すように、本実施形態に係る磁気記憶装置１１０は、第１磁性体１０と、第２磁性体２０と、を含む。これらの磁性体は、例えば、磁性層である。

第１磁性体１０は、第１方向に延びる。第２磁性体２０も、第１方向に延びる。

第１方向をＺ軸方向とする。Ｚ軸方向に対して垂直な１つの方向をＸ軸方向とする。Ｚ軸方向及びＸ軸方向に対して垂直な方向をＹ軸方向とする。

この例では、絶縁層１５がさらに設けられている。絶縁層１５は、第１磁性体１０と第２磁性体２０との間に設けられている。第１磁性体１０は、導電性である。第２磁性体２０は、導電性または絶縁性である。第２磁性体２０が導電性である場合、絶縁層１５は、第２磁性体２０を第１磁性体１０と絶縁する。

磁気記憶装置１１０において、第１電極５１、第２電極５２及び制御部７０が設けられる。第１磁性体１０は、第１端１０ｅ及び第２端１０ｆを含む。第２端１０ｆは、Ｚ軸方向（第１方向）において、第１端１０ｅと並ぶ。第１電極５１は、第１端１０ｅと電気的に接続される。第２電極５２は、第２端１０ｆと電気的に接続される。第１磁性体１０、第１電極５１及び第２電極５２は、１つの記憶部８１に含まれる。

制御部７０は、第１電極５１及び第２電極５２と電気的に接続される。制御部７０は、第１電極５１及び第２電極５２を介して第１磁性体１０に電流を供給する。電流により、第１磁性体１０の磁化（第１磁化１０ｍ）が、Ｚ軸方向に沿って移動する。

図１（ａ）は、Ｚ軸方向を含む平面における断面図である。本実施形態においては、図１（ａ）に示すように、第２磁性体２０と第１磁性体１０との間の距離ｄｇ０は、Ｚ軸方向（第１方向）に沿って周期的に変化する。

例えば、第２磁性体２０は、複数の第１領域２１及び複数の第２領域２２を含む。これらの領域は、Ｚ軸方向に沿って交互に並ぶ。例えば、第２領域２２のＺ軸方向（第１方向）における位置は、第１領域２１の第１方向における位置とは異なる。

第１磁性体１０は、複数の第３領域１３及び複数の第４領域１４を含む。これらの領域は、Ｚ軸方向に沿って交互に並ぶ。第３領域１３は、Ｘ−Ｙ平面（Ｚ軸方向に対して直交する面）内において、第１領域２１と重なる。第４領域１４は、Ｘ−Ｙ平面（Ｚ軸方向に対して直交する面）内において、第２領域２２と重なる。

第１領域２１と第３領域１３との間の第１距離ｄｇ１は、第２領域２２と第４領域１４との間の第２距離ｄｇ２よりも短い。このような第１距離ｄｇ１及び第２距離ｄｇ２が、Ｚ軸方向に沿って交互に並ぶ。

この例では、第１磁性体１０は、第２磁性体２０の周りを囲む。第１磁性体１０は、Ｚ軸方向（第１方向）に延びる管状である。第２磁性体２０は、Ｚ軸方向（第１方向）に延びる管状である。

第２磁性体２０の径ｄ２は、第１磁性体１０の径ｄ１よりも小さい。この例では、第１磁性体１０の径ｄ１は実質的に均一である。一方、第２磁性体２０の径ｄ２は、第１方向に沿って周期的に変化している。

例えば、第１磁性体１０は、Ｚ軸方向（第１方向）と交差する方向に沿った磁化容易軸を有する。第１磁性体１０の少なくとも一部の第１磁化１０ｍは、Ｚ軸方向と交差する成分を有する。第１磁性体１０は、例えば、垂直磁化膜である。

例えば、第１状態において、第１磁化１０ｍは、管の内側を向く。第２状態において、第１磁化１０ｍは、管の外側を向く。これらの２つの状態は、記録される情報に対応する。第１磁性体１０は、記憶層に対応する。電流により、記録された情報が、第１磁性体１０中をＺ軸方向に沿って移動する。

例えば、第２磁性体２０は、Ｚ軸方向（第１方向）に沿う成分を有する磁化容易軸を有する。第２磁性体２０の磁化（第２磁化２０ｍ）は、Ｚ軸方向に沿う成分を有する。第２磁性体２０は、例えば、面内磁化膜である。

第１磁性体１０の第３領域１３において、第１磁性体１０と第２磁性体２０との間の距離（第１距離ｄｇ１）は短い。第１磁性体１０の第３領域１３は、第２磁性体２０の影響を受ける。例えば、第３領域１３における磁化は、第２磁性体２０の第２磁化２０ｍに対して反平行になる。第３領域１３は、例えば、第１磁性体１０における磁壁に対応する。

一方、第１磁性体１０の第４領域１４において、第１磁性体１０と第２磁性体２０との間の距離（第２距離ｄｇ２）は長い。第１磁性体１０の第４領域１４においては、第２磁性体２０の影響が小さい。例えば、第４領域１４における磁化は、管の内側方向、または、管の外側方向に沿う。第４領域１４は、例えば、第１磁性体１０における磁区に対応する。

電流が第１磁性体１０に供給されたときに、第１磁性体１０の第１磁化１０ｍは、複数の第４領域１４の位置に、離散的に移動する。

実施形態においては、第２磁性体２０からの静磁場に起因して、第１磁性体１０におけるポテンシャルが変調される。これにより、第１磁性体１０における磁壁の移動の安定性が向上する。例えば、第１磁性体１０における磁区の移動の安定性が向上する。

例えば、第２磁性体２０が設けられず、第１磁性体１０が設けられる第１参考例がある。この参考例においては、安定した磁壁の移動が困難である。一方、第１磁性体１０の厚さを周期的に変える第２参考例がある。この参考例において、厚さを周期的に均一に変えることは、比較的難しい。

実施形態においては、第１磁性体１０に加えて、第２磁性体２０を設ける。そして、これらの２つの磁性体の間の距離ｄｇ０を周期的に変化させる。そして、距離ｄｇ０が短い領域において、これらの磁性体の間の磁気的な相互作用が利用される。これにより、磁壁の移動の安定性が向上する。この構成においては、第１磁性体１０の厚さは、変化させなくても良い。例えば、製造条件の範囲が拡大できる。素子を微細化し、記憶密度を高めた場合においても、安定した動作が得られる。実施形態によれば、記憶密度を向上できる磁気記憶装置が提供できる。

磁気記憶装置１１０においては、第１磁性体１０の側面は、円筒状であり、第２磁性体の側面のＸ−Ｙ平面内の位置が、第１方向に沿って周期的に変化している。

例えば、第１磁性体１０は、第１側面１０ｓを有する。第１側面１０ｓは、第１方向に対して垂直な第２方向と交差する。第２方向は、Ｘ−Ｙ平面内の任意の方向である。第１磁性体１０は、第１外側面１０ａと、第１内側面１０ｂと、を有する。第１側面１０ｓは、第１外側面１０ａまたは第１内側面１０ｂである。この例では、第１側面１０ｓは、第１方向に延びる筒状である。第１側面１０ｓの第２方向に沿う位置は、実質的に変化しない。第１側面１０ｓの第２方向に沿う位置のＺ軸方向（第１方向）における変動幅（第１変動幅ｄｐ１）は、小さい。

一方、第２磁性体２０は、第２側面２０ｓを有する。第２側面２０ｓは、上記の第２方向（Ｘ−Ｙ平面内の任意の方向）と交差する。第２磁性体２０は、第２外側面２０ａと、第２内側面２０ｂと、を有する。第２側面２０ｓは、第２外側面２０ａまたは第２内側面２０ｂである。第２側面２０ｓの第２方向に沿う位置は、大きく変化する。第２側面２０ｓの第２方向に沿う位置のＺ軸方向（第１方向）における変動幅（第２変動幅ｄｐ２）は、大きい。第１変動幅ｄｐ１は、第２変動幅ｄｐ２よりも小さい。

例えば、第１磁性体１０の第１厚さｔ１（第２方向に沿う厚さ）は、実質的に一定である。これにより、第１磁性体１０中の磁壁の移動が均一に行われ易い。

実施形態において、例えば、第３領域１３の幅（第１方向に沿う長さ）は、第４領域１４の幅（第１方向に沿う長さ）よりも短い。

既に説明したように、第２磁性体２０と第１磁性体１０との間の距離ｄｇ０は、第１方向に沿って周期的に変化する。距離ｄｇ０の変化の周期を周期ｐｐ１とする。

実施形態において、例えば、第２磁性体２０と第１磁性体１０との間の距離ｄｇ０が短い位置において、その距離ｄｇ０は、周期ｐｐ１よりも小さい。

第１領域２１と第３領域１３との間の第１距離ｄｇ１は、第２領域２２と第４領域１４との間の第２距離ｄｇ２よりも短い。第１距離ｄｇ１は、第１領域２１と第１磁性体１０との間の第２方向（第１方向に対して垂直な方向）に沿った距離である。第２距離ｄｇ２は、第２領域２２と第１磁性体１０との間の第２方向に沿った距離である。そして、第１距離ｄｇ１は、第２距離ｄｇ２よりも短い。この第１距離ｄｇ１は、周期ｐｐ１（第２磁性体２０と第１磁性体１０との間の距離ｄｇ０の変化の周期）よりも短い。第１距離ｄｇ１が、周期ｐｐ１よりも十分に小さいことで、第２磁性体２０が、第１磁性体１０に効果的に作用できる。

実施形態において、第１距離ｄｇ１は、例えば、周期ｐｐ１の１／５以下である。第１距離ｄｇ１は、例えば、周期ｐｐ１の１／１０以下でも良い。磁壁（磁区）の高い制御性が得られる。

実施形態において、第２距離ｄｇ２は、第１距離ｄｇ１の２倍以上である。第２距離ｄｇ２は、第１距離ｄｇ１の４倍以上でも良い。磁壁（磁区）の高い制御性が得られる。

実施形態において、第１磁性体１０の第１厚さｔ１（第２方向に沿う厚さ）は、例えば、０．３ｎｍ以上１５ｎｍ以下である。第２磁性体１０の第２厚さｔ２（第２方向に沿う厚さ）は、例えば、０．３ｎｍ以上３０ｎｍ以下である。

図１（ｂ）に示すように、磁気記憶装置１１０は、第３磁性体３３と、第４磁性体３４と、第１中間層３１ｎと、さらに含む。第３磁性体３３は、例えば、第１磁性体１０と連続している。第１中間層３１ｎは、第３磁性体３３と第４磁性体３４との間に設けられている。第４磁性体３４及び第１中間層３１ｎは、例えば、第１記録再生部３１となる。制御部７０は、第４磁性体３４と電気的に接続される。

この例では、第３磁性体３３は、第１方向において第１磁性体１０と重ならない部分を含んでいる。第４磁性体３４は、第１方向において第１磁性体１０と重ならない。

例えば、第３磁性体３３の磁化は、第１磁性体１０の磁化に応じて変化する。例えば、第３磁性体３３が第１磁性体１０の第１端１０ｅに接続されている。このとき、第３磁性体３３の磁化は、第１磁性体１０の第１端１０ｅにおける磁化に対応する。

第４磁性体３４の磁化は、実質的に固定されている。第３磁性体３３の磁化と、第４磁性体３４の磁化と、の間の角度に応じて、例えば、第４磁性体３４と第１磁性体１０との間の電気抵抗が変化する。例えば、第４磁性体３４と第２電極５２との間に流れる電流により、第３磁性体３３の磁化（すなわち、第１磁性体１０の第１端１０ｅにおける第１磁化１０ｍ）が検出される。これにより、第１磁性体１０に記録された情報（磁化）が検出される。これにより、再生動作が行われる。

一方、例えば、第４磁性体３４及び第１電極５１などにより、第１磁性体１０の第１磁化１０ｍの制御が行われても良い。すなわち、記録動作が行われる。

図１（ｂ）に示すように、基板６０が設けられても良い。基板６０は、面６０ａ（例えば主面）を有する。面６０ａは、例えば、Ｚ軸方向に対して実質的に垂直である。面６０ａの上に、第１磁性体１０及び第２磁性体２０が設けられる。これらの磁性体は、面６０ａに対して垂直に延びる。

以下、磁気記憶装置１１０の製造方法の例について説明する。
図２（ａ）〜図２（ｆ）は、第１の実施形態に係る磁気記憶装置の製造方法を例示する工程順模式的断面図である。
図２（ａ）に示すように、基板６０の上に、基層６５を形成する。基層６５は、例えば、非磁性である。基層６５は、例えば、酸化シリコンなどを含む。

図２（ｂ）に示すように、基層６５に孔６５ｏを形成する。孔６５ｏの延びる方向がＺ軸方向に対応する。

図２（ｃ）に示すように、孔６５ｏの内壁に第１磁性体１０となる磁性膜を形成する。第１磁性体１０は、筒状である。

図２（ｄ）に示すように、孔６５ｏの残余の空間に膜１５ｆを形成する。

図２（ｅ）に示すように、膜１５ｆに孔１５ｏを形成する。孔１５ｏの径は、Ｚ軸方向に沿って周期的に変化する。例えば、膜１５ｆとして、エッチングレートの異なる複数の膜を交互に積層して積層膜を形成する。この積層膜にエッチングにより形成して孔１５ｏを形成する。エッチングレートの差に応じて、孔１５ｏの径が周期的に変化する。径が周期的に変化する孔１５ｏは、例えば、Ｂｏｓｃｈプロセスにより形成しても良い。この他、陽極酸化を行い、そのときの電圧を周期的に変化させても良い。これにより、径がＺ軸方向に沿って周期的に変化した孔１５ｏが得られる。これらの方法により、絶縁層１５が得られる。

図２（ｆ）に示すように、絶縁層１５の表面に第２磁性体２０となる磁性膜を形成する。

上記の第１磁性体１０の形成において、例えば、Ｐｔ膜とＣｏ膜との積層膜を成膜することで、垂直磁性金属膜が得られる。この積層膜は、例えばＣＶＤ（Chemical Vapor Deposition）により形成される。この垂直磁性金属膜が第１磁性体１０となる。

上記の第２磁性体２０の形成において、例えば、Ｃｏ膜を成膜することで、面内磁性膜が得られる。このＣｏ膜は、例えばＣＶＤにより形成される。この面内磁性膜が第２磁性体２０となる。

第１電極５１、第２電極５２、第３磁性体３３、第４磁性体３４及び第１中間層３１ｎは、適宜形成される。これにより、磁気記憶装置１１０が得られる。

本実施形態において、第１磁性体１０は、例えば、合金を含む。この合金は、Ｃｏ及びＦｅの少なくともいずれかと、第１元素と、を含む。この第１元素は、Ｎｉ、Ｐｔ、Ｐｈ、Ｐｄ、Ｇｄ、Ｔｂ、Ｄｙ、Ｈｏ、Ｅｒ、Ｔｍ、Ｙｂ、Ｌｕ、Ｏ、Ｂ、Ｇａ、Ｇｅ、Ｓｉ、Ａｌ、Ｍｎ、Ｍｇ、Ｚｒ及びＨｆ のの少なくともいずれかを含む。第１磁性体１０は、例えば、Ｃｏ及びＦｅの少なくともいずれかを含む第１膜と、第１膜と積層され上記の第１元素を含む第２膜と、を含んでも良い。

図３（ａ）及び図３（ｂ）は、第１の実施形態に係る別の磁気記憶装置を例示する模式的斜視図である。
図３（ａ）及び図３（ｂ）に示すように、本実施形態に係る別の磁気記憶装置１１１及び１１２においても、第１磁性体１０及び第２磁性体２０が設けられる。さらに、第１電極５１、第２電極５２、制御部７０、第３磁性体３３、第４磁性体３４及び第１中間層３１ｎが設けられ。これらについては、磁気記憶装置１１０と同様なので説明を省略する。

磁気記憶装置１１１においては、第５磁性体３５、第６磁性体３６及び第２中間層３２ｎがさらに設けられている。第５磁性体３５は、第１磁性体１０と連続している。この例では、第５磁性体３５は、第１磁性体１０の第２端１０ｆと連続している。第２中間層３２ｎは、第５磁性体３５と第６磁性体３６との間に設けられる。第６磁性体３６及び第２中間層３２ｎは、第２記録再生部３２となる。

磁気記憶装置１１２においては、第６磁性体３６及び第２中間層３２ｎがさらに設けられている。第２中間層３２ｎは、第３磁性体３３と第６磁性体３６との間に設けられる。第６磁性体３６及び第２中間層３２ｎは、第２記録再生部３２となる。

例えば、第６磁性体３６の磁化は、実質的に固定されている。このように、磁気記憶装置１１１及び１１２においては、第１記録再生部３１及び第２記録再生部３２が設けられている。これらの記録再生部においては、記録動作及び再生動作が実施されても良い。これらの記録再生部の一方において、記録動作が行われ、他方において、再生動作が行われても良い。磁気記憶装置１１１及び１１２において、基板６０がさらに設けられても良い。磁気記憶装置１１１及び１１２においても、記憶密度を向上できる。

図４は、第１の実施形態に係る別の磁気記憶装置を例示する模式的斜視図である。
図４に示すように、本実施形態に係る別の磁気記憶装置１１３においては、第１磁性体１及び第２磁性体２０に加えて、磁性体１０Ａ及び磁性体２０Ａが設けられている。この例で、絶縁層１５Ａが設けられている。さらに、第１電極５１、第２電極５２、制御部７０、第３磁性体３３、第４磁性体３４及び第１中間層３１ｎが設けられている。これらについては、磁気記憶装置１１０と同様なので説明を省略する。

磁気記憶装置１１３においては、管状の磁性体が分断されて、第１磁性体１０及び磁性体１０Ａとなる。そして、別の磁性体が分断されて、第２磁性体２０及び磁性体２０Ａとなる。絶縁膜が分断されて、絶縁層１５及び絶縁層１５Ａとなる。磁性体１０Ａ、磁性体２０Ａ及び絶縁層１５Ａのそれぞれの構成については、第１磁性体１０、第２磁性体２０及び絶縁層１５のそれぞれの構成と同様である。

磁気記憶装置１１３において、第１磁性体１０の、Ｘ−Ｙ断面（第１方向に対して垂直な断面）における表面は、弧状である。このように、実施形態において、第１磁性体１０の、Ｘ−Ｙ断面における表面の少なくとも一部は、例えば、弧状である。

磁気記憶装置１１３においては、第５磁性体３５、第６磁性体３６及び第２中間層３２ｎが設けられている。第５磁性体３５は、磁性体１０Ａと連続している。この例では、第５磁性体３５は、磁性体１０Ａの第１端１０Ａｅと連続している。第２中間層３２ｎは、第５磁性体３５と第６磁性体３６との間に設けられる。第６磁性体３６及び第２中間層３２ｎは、第２記録再生部３２となる。

磁性体１０Ａと電気的に接続された第３電極５３が設けられる。制御部７０は、第３電極５３と電気的に接続される。

第１磁性体１０、第１電極５１及び第２電極５２は、１つの記憶部８１に含まれる。磁性体１０Ａ、第３電極５３及び第２電極５２は、別の記憶部８２に含まれる。この例では、第２電極５２は、２つの記憶部において、共用されている。
磁気記憶装置１１３においても、記憶密度を向上できる。

（第２の実施形態）
図５（ａ）及び図５（ｂ）は、第２の実施形態に係る磁気記憶装置を例示する模式図である。
図５（ｂ）は斜視図である。図５（ａ）は、図５（ｂ）の一部の断面図である。

図５（ｂ）に示すように、本実施形態に係る磁気記憶装置１２０も、第１磁性体１０と、第２磁性体２０と、を含む。第１磁性体１０及び第２磁性体２０は、第１方向に延びる。以下、磁気記憶装置１２０について、磁気記憶装置１１０と同様の部分については、説明を適宜省略する。

図５（ａ）は、Ｚ軸方向を含む平面の断面図である。本実施形態においても、第２磁性体２０と第１磁性体１０との間の距離ｄｇ０は、Ｚ軸方向（第１方向）に沿って周期的に変化する。

この例では、第２磁性体２０は、第１磁性体１０の周りに設けられている。すなわち、第１磁性体１０は、第１方向に延びる管状であり、第２磁性体２０は、第１磁性体１０の周りに設けられている。第２磁性体２０の径ｄ２（内径）は、第１方向に沿って周期的に変化している。

これにより、第１磁性体１０と第２磁性体２０との間の距離ｄｇ０が周期的に変化している。第２磁性体２０からの静磁場に起因して、第１磁性体１０におけるポテンシャルが変調される。これにより、第１磁性体１０における磁壁の移動の安定性が向上する。例えば、第１磁性体１０における磁区の移動の安定性が向上する。

例えば、距離ｄｇ０が短い領域において、これらの磁性体の間の磁気的な相互作用が利用される。磁気記憶装置１２０においても、記憶密度を向上できる。

この例においても、第１磁性体１０は、第１側面１０ｓを有する。第１側面１０ｓは、第１方向に対して垂直な第２方向と交差する。第１側面１０ｓは、第１外側面１０ａまたは第１内側面１０ｂである。第１側面１０ｓの第２方向に沿う位置のＺ軸方向（第１方向）における変動幅（第１変動幅ｄｐ１）は、小さい。

一方、第２磁性体２０は、第２側面２０ｓを有する。第２側面２０ｓは、第２方向と交差する。第２側面２０ｓは、第２外側面２０ａまたは第２内側面２０ｂである。第２側面２０ｓの第２方向に沿う位置のＺ軸方向（第１方向）における変動幅（第２変動幅ｄｐ２）は、大きい。第１変動幅ｄｐ１は、第２変動幅ｄｐ２よりも小さい。

磁気記憶装置１２０においても、例えば、第３領域１３の幅（第１方向に沿う長さ）は、第４領域１４の幅（第１方向に沿う長さ）よりも短い。

第２磁性体２０と第１磁性体１０との間の距離ｄｇ０は、第１方向に沿って周期的に変化する。距離ｄｇ０の変化の周期を周期ｐｐ１とする。磁気記憶装置１２０においても、例えば、第２磁性体２０と第１磁性体１０との間の距離ｄｇ０が短い位置において、その距離ｄｇ０は、周期ｐｐ１よりも小さい。第１距離ｄｇ１は、第２距離ｄｇ２よりも短い。この第１距離ｄｇ１は、周期ｐｐ１よりも短い。第１距離ｄｇ１が、周期ｐｐ１よりも十分に小さいことで、第２磁性体２０が、第１磁性体１０に効果的に作用できる。

磁気記憶装置１２０において、第１距離ｄｇ１は、例えば、周期ｐｐ１の１／５以下である。第１距離ｄｇ１は、例えば、周期ｐｐ１の１／１０以下でも良い。磁壁（磁区）の高い制御性が得られる。

磁気記憶装置１２０において、第２距離ｄｇ２は、第１距離ｄｇ１の２倍以上である。第２距離ｄｇ２は、第１距離ｄｇ１の４倍以上でも良い。磁壁（磁区）の高い制御性が得られる。

以下、磁気記憶装置１２０の製造方法の例について説明する。
図６（ａ）〜図６（ｆ）は、第２の実施形態に係る磁気記憶装置の製造方法を例示する工程順模式的断面図である。

図６（ａ）に示すように、基板６０の上に、基層６５を形成する。基層６５は、例えば、非磁性である。

図６（ｂ）に示すように、基層６５に孔６５ｏを形成する。孔６５ｏの延びる方向は、Ｚ軸方向に対応する。孔６５ｏの径は、Ｚ軸方向に沿って周期的に変化する。このような孔６５ｏの形成は、図２（ｅ）において孔１５ｏの形成方法に関して説明した方法などを利用できる。

図６（ｃ）に示すように、孔６５ｏの内壁に第２磁性体２０となる磁性膜を形成する。第２磁性体２０は、筒状である。第２磁性体２０の径は、Ｚ軸方向に沿って周期的に変化する。

図６（ｄ）に示すように、孔６５ｏの残余の空間に膜１５ｆを形成する。

図６（ｅ）に示すように、膜１５ｆに孔１５ｏを形成する。これにより、絶縁層１５が形成される。

図６（ｆ）に示すように、孔１５ｏの表面に第１磁性体１０となる磁性膜を形成する。第１磁性体１０は、Ｚ軸方向に延びる。

上記の第１磁性体１０の形成において、例えば、Ｐｔ膜とＣｏ膜との積層膜を成膜することで、垂直磁性金属膜が得られる。この積層膜は、例えば、ＣＶＤにより形成される。この垂直磁性金属膜が第１磁性体１０となる。

上記の第２磁性体２０の形成において、例えば、Ｃｏ膜を成膜することで、面内磁性膜が得られる。Ｃｏ膜は、例えば、ＣＶＤにより形成される。この面内磁性膜が第２磁性体２０となる。

第１電極５１、第２電極５２、第３磁性体３３、第４磁性体３４及び第１中間層３１ｎは、適宜形成される。これにより、磁気記憶装置１２０が得られる。

磁気記憶装置１２０においても、磁気記憶装置１１１及び１１２と同様に、第５磁性体３５、第６磁性体３６及び第２中間層３２ｎを設けても良い。

磁気記憶装置１２０においても、磁気記憶装置１１３と同様に、磁性体が第１方向に沿って分断されても良い。すなわち、第１磁性体１０、第２磁性体２０及び絶縁層１５に加えて、磁性体１０Ａ、磁性体２０Ａ及び絶縁層１５Ａが設けられても良い。

（第３の実施形態）
図７は、第３の実施形態に係る磁気記憶装置を例示する模式図である。
図７に示すように、本実施形態に係る磁気記憶装置１３０は、複数の記憶部８１を含む。記憶部８１は、例えば、第１及び第２の実施形態について説明した構成を有する。 磁気記憶装置１３０において、複数の記憶部８１が、例えばＸ軸方向及びＹ軸方向に沿ってアレイ状に並ぶ。

磁気記憶装置１３０において、第１共通ゲート線セレクタＧＬＳ１、第２電極セレクタＳ５２、第１電極セレクタＳ５１、ビット線セレクタＢＬＳ、ワード線セレクタＷＬＳ、及び第２共通ゲート線セレクタＧＬＳ２が設けられる。

第１共通ゲート線セレクタＧＬＳ１は、複数の第１共通ゲート線ＧＬ１と接続されている。第１共通ゲート線ＧＬ１は、例えば、Ｘ軸方向に延びる。
第２電極セレクタＳ５２は、複数の第１共通配線ＣＬ１と接続されている。第１共通配線ＣＬ１は、例えば、Ｙ軸方向に延びる。
第１電極セレクタＳ５１は、複数の第２共通配線ＣＬ２と接続されている。第２共通配線ＣＬ２は、例えばＹ軸方向に延びる。
ビット線セレクタＢＬＳは、複数のビット線ＢＬと接続されている。ビット線ＢＬは、例えば、Ｙ軸方向に延びる。
ワード線セレクタＷＬＳは、複数のワード線ＷＬと接続されている。ワード線ＷＬは、例えば、Ｘ軸方向に延びる。
第２共通ゲート線セレクタＧＬＳ２は、複数の第２共通ゲート線ＧＬ２と接続されている。第２共通ゲート線ＧＬ２は、例えば、Ｘ軸方向に延びる。

磁気記憶装置１３０において、複数の第１トランジスタＴＲ１と、複数の第２トランジスタＴＲ２と、複数の第３ＴＲ３と、が設けられる。

第１トランジスタＴＲ１及び第３トランジスタＴＲ３は、例えば、複数の記憶部８１の下に設けられている。第２トランジスタＴＲ２は、複数の記憶部８１の上に設けられている。

第１トランジスタＴＲ１のゲートは、第１共通ゲート線ＧＬ１と接続されている。第１トランジスタＴＲ１のゲート以外の端子の一方は、第１共通配線ＣＬ１と接続されている。第１トランジスタＴＲ１のゲート以外の端子の他方は、１つの記憶部８１の第２電極５２と接続されている。

第２トランジスタＴＲ２のゲートは、第２共通ゲート線ＧＬ２と接続されている。第２トランジスタＴＲ２のゲート以外の端子の一方は、１つの記憶部８１の第４磁性体３４と接続されている。第２トランジスタＴＲ２のゲート以外の端子の他方は、固定電位（例えば、グランド電位）に接続されている。

第３トランジスタＴＲ３のゲートは、第１共通ゲート線ＧＬ１と接続されている。第３トランジスタＴＲ３のゲート以外の端子の一方は、第２共通配線ＣＬ２と接続されている。第３トランジスタＴＲ３のゲート以外の端子の他方は、第１電極５１と接続されている。

上記のトランジスタ及びセレクタにより、複数の記憶部８１のいずれかへの情報の記録及び再生が行われる。

磁壁移動メモリにおいて、磁性細線が設けられる。磁性細線の磁化に基づく情報の記録再生と、磁性細線の磁壁のシフト動作と、が行われる。磁壁移動メモリは、シフトレジスタ型のメモリである。このような磁気記憶装置において、大容量化のために、垂直磁化膜で形成された高アスペクトの磁性細線が用いられる。例えば、垂直磁化膜の磁性細線は、中空のチューブ状である。この磁性細線においては、例えば、磁化容易軸は、径方向である。メモリ動作において、垂直磁化膜の磁性細線中の磁壁の移動において、高い安定性が求められる。実施形態によれば、磁壁の移動の安定性が向上できる。これにより、高い記憶密度が得られる。

実施形態においては、単純なチューブ型の垂直磁化膜の磁壁移動層（第１磁性体１０）の内側または外側に、第２磁性体２０が設けられる。これらの間に絶縁層１５が設けられる。絶縁層１５の径は、チューブの長さ方向に沿って周期的に変化する。径は、内径及び外径の少なくともいずれかである。第２磁性体２０は、チューブの長さ方向に向いた磁化を有する。このような構成により、第２磁性体２０からの静磁場に起因するポテンシャル変調が生じる。これにより、磁壁移動層における磁壁のピンニングが制御される。これにより、磁壁の移動の安定性が向上する。

実施形態によれば、記憶密度を向上できる磁気記憶装置が提供できる。実施形態によれば、動作安定性を向上できる磁気記憶装置が提供できる。

本願明細書において、「垂直」及び「平行」は、厳密な垂直及び厳密な平行だけではなく、例えば製造工程におけるばらつきなどを含むものであり、実質的に垂直及び実質的に平行であれば良い。

以上、具体例を参照しつつ、本発明の実施の形態について説明した。しかし、本発明は、これらの具体例に限定されるものではない。例えば、磁気記憶装置に含まれる第１磁性体、第２磁性体、絶縁層、第３〜第６磁性体、及び、電極などの各要素の具体的な構成に関しては、当業者が公知の範囲から適宜選択することにより本発明を同様に実施し、同様の効果を得ることができる限り、本発明の範囲に包含される。

また、各具体例のいずれか２つ以上の要素を技術的に可能な範囲で組み合わせたものも、本発明の要旨を包含する限り本発明の範囲に含まれる。

その他、本発明の実施の形態として上述した磁気記憶装置を基にして、当業者が適宜設計変更して実施し得る全ての磁気記憶装置も、本発明の要旨を包含する限り、本発明の範囲に属する。

その他、本発明の思想の範疇において、当業者であれば、各種の変更例及び修正例に想到し得るものであり、それら変更例及び修正例についても本発明の範囲に属するものと了解される。

本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。

１０…第１磁性体、 １０Ａ…磁性体、 １０Ａｅ…第１端、 １０ａ…第１外側面、 １０ｂ…第１内側面、 １０ｅ…第１端、 １０ｆ…第２端、 １０ｍ…第１磁化、
１０ｓ…第１側面、 １３…第３領域、 １４…第４領域、 １５…絶縁層、 １５Ａ…絶縁層、 １５ｆ…膜、 １５ｏ…孔、 ２０…第２磁性体、 ２０Ａ…磁性体、 ２０ａ…第２外側面、 ２０ｂ…第２内側面、 ２０ｍ…第２磁化、 ２０ｓ…第２側面、 ２１…第１領域、 ２２…第２領域、 ３１…第１記録再生部、 ３１ｎ…第１中間層、 ３２…第２記録再生部、 ３２ｎ…第２中間層、 ３３〜３６…第３〜第６磁性体、 ５１〜５３…第１〜第３電極、 ６０…基板、 ６０ａ…面、 ６５…基層、 ６５ｏ…孔、 ７０…制御部、 ８１、８２…記憶部、 １１０、１１１、１１２、１１３、１２０、１３０…磁気記憶装置、 ＢＬ…ビット線、 ＢＬＳ…ビット線セレクタ、 ＣＬ１、ＣＬ２…第１、第２共通配線、 ＧＬ１、ＧＬ１…第１、第２共通ゲート線、 ＧＬＳ１、ＧＬＳ２…第１、第２共通ゲート線セレクタ、 Ｓ５１、Ｓ５２…第１、第２電極セレクタ、 ＴＲ１〜ＴＲ３…第１〜第３トランジスタ、 ＷＬ…ワード線、 ＷＬＳ…ワード線セレクタ、 ｄ１、ｄ２…径、 ｄｇ０…距離、 ｄｇ１、ｄｇ２…第１、第２距離、 ｄｐ１、ｄｐ２…第１、第２変動幅、 ｐｐ１…周期、 ｔ１、ｔ２…第１、第２厚さ

Claims (20)

1. 第１方向に延びる第１磁性体と、
   前記第１方向に延びる第２磁性体と、
   を備え、
   前記第２磁性体と前記第１磁性体との間の距離は、前記第１方向に沿って周期的に変化する、磁気記憶装置。
2. 前記第１磁性体は、前記第２磁性体の周りを囲む前記第１方向に延びる管状である、請求項１記載の磁気記憶装置。
3. 前記第２磁性体は、前記第１方向に延びる管状である、請求項２記載の磁気記憶装置。
4. 前記第１磁性体は、前記第１方向に延びる管状であり、
   前記第２磁性体は、前記第１磁性体の周りに設けられた、請求項１記載の磁気記憶装置。
5. 前記第２磁性体の径は、前記第１方向に沿って周期的に変化する、請求項３または４に記載の磁気記憶装置。
6. 前記第１磁性体は、前記第１方向に対して垂直な第２方向と交差する第１側面を有し、
   前記第２磁性体は、前記第２方向と交差する第２側面を有し、
   前記第１側面の前記第２方向に沿う位置の前記第１方向における第１変動幅は、前記第２側面の前記第２方向に沿う位置の前記第１方向における第２変動幅よりも小さい、請求項１〜４のいずれか１つに記載の磁気記憶装置。
7. 前記第２磁性体は、第１領域と、第２領域と、を含み、
   前記第２領域の前記第１方向における位置は、前記第１領域の前記第１方向における位置とは異なり、
   前記第１領域と前記第１磁性体との間の前記第１方向に対して垂直な第２方向に沿った第１距離は、前記第２領域と前記第１磁性体との間の前記第２方向に沿った第２距離よりも短く、
   前記第１距離は、前記第２磁性体と前記第１磁性体との間の前記距離の前記変化の周期よりも短い、請求項１〜４のいずれか１つに記載の磁気記憶装置。
8. 前記第１距離は、前記周期の１／５以下である、請求項７記載の磁気記憶装置。
9. 前記第２距離は、前記第１距離の２倍以上である、請求項７または８に記載の磁気記憶装置。
10. 前記第１磁性体と前記第２磁性体との間に設けられた絶縁層をさらに備え、
    前記第２磁性体は、導電性であり、
    前記第１磁性体と電気的に絶縁されている、請求項１〜９のいずれか１つに記載の磁気記憶装置。
11. 前記第２磁性体は、絶縁性である、請求項１〜９のいずれか１つに記載の磁気記憶装置。
12. 第１電極と、
    第２電極と、
    をさらに備え、
    前記第１磁性体は、導電性であり、
    前記第１磁性体は、第１端と、前記第１方向において前記第１端と並ぶ第２端と、を含み、
    前記第１電極は、前記第１端と電気的に接続され、
    前記第２電極は、前記第２端と電気的に接続された、請求項１〜１１のいずれか１つに記載の磁気記憶装置。
13. 前記第１電極及び前記第２電極と電気的に接続された制御部をさらに備え、
    前記制御部は、前記第１電極及び前記第２電極を介して前記第１磁性体に電流を供給する、請求項１２記載の磁気記憶装置。
14. 前記第１磁性体と連続した第３磁性体と、
    第４磁性体と、
    前記第３磁性体と前記第４磁性体との間に設けられた第１中間層と、
    をさらに備えた、請求項１２または１３に記載の磁気記憶装置。
15. 前記第３磁性体は、前記第１方向において前記第１磁性体と重ならない部分を含み、
    前記第４磁性体は、前記第１方向において前記第１磁性体と重ならない、請求項１４記載の磁気記憶装置。
16. 前記第１磁性体と連続した第５磁性体と、
    第６磁性体と、
    前記第５磁性体と前記第６磁性体との間に設けられた第２中間層と、
    をさらに備えた、請求項１４または１５に記載の磁気記憶装置。
17. 前記第１磁性体は、前記第１方向と交差する方向に沿った磁化容易軸を有し、
    前記第２磁性体は、前記第１方向に沿う成分を有する磁化容易軸を有する、請求項１〜１６のいずれか１つに記載の磁気記憶装置。
18. 前記第１磁性体は、Ｃｏ及びＦｅの少なくともいずれかと、第１元素と、を含む合金を含み、
    前記第１元素は、Ｎｉ、Ｐｔ、Ｐｈ、Ｐｄ、Ｇｄ、Ｔｂ、Ｄｙ、Ｈｏ、Ｅｒ、Ｔｍ、Ｙｂ、Ｌｕ、Ｏ、Ｂ、Ｇａ、Ｇｅ、Ｓｉ、Ａｌ、Ｍｎ、Ｍｇ、Ｚｒ及びＨｆの少なくともいずれかを含む、請求項１〜１７のいずれか１つに記載の磁気記憶装置。
19. 前記第１磁性体は、
    Ｃｏ及びＦｅの少なくともいずれかを含む第１膜と、
    第１膜と積層され第１元素を含むの第２膜と、
    を含み、
    前記第１元素は、Ｎｉ、Ｐｔ、Ｐｈ、Ｐｄ、Ｇｄ、Ｔｂ、Ｄｙ、Ｈｏ、Ｅｒ、Ｔｍ、Ｙｂ、Ｌｕ、Ｏ、Ｂ、Ｇａ、Ｇｅ、Ｓｉ、Ａｌ、Ｍｎ、Ｍｇ、Ｚｒ及びＨｆの少なくともいずれかを含む、請求項１〜１７のいずれか１つに記載の磁気記憶装置。
20. 前記第１磁性体の、前記第１方向に対して垂直な断面における表面の少なくとも一部は、弧状である、請求項１記載の磁気記憶装置。

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