JP2020155558A - 磁気メモリ - Google Patents

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信之 梅津
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剛 近藤
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志保 中村
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泰章 大寺
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ミカエル アルノー カンサ
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Abstract

【課題】シフト電流が増大するのを抑制することができる磁気メモリを提供する。【解決手段】本実施形態の磁気メモリは、第１部分および第２部分を含み前記第１部分から前記第２部分に沿った第１方向に延びた第１磁性体部と、前記第１方向に交差する第２方向に沿って延びた第２磁性体部と、前記第２磁性体部と前記第１部分とを接続する第３磁性体部と、前記第３磁性体部に沿って配置された第１非磁性金属層と、を備え、前記第１非磁性金属層は前記第２部分側の第１端部を有し、前記第１端部の前記第１方向に沿った位置は前記第１部分の前記第１方向に沿った位置と前記第２部分の前記第１方向に沿った位置との間にある。【選択図】図１

Description

本発明の実施形態は、磁気メモリに関する。
磁性体部に電流を流すことにより磁性体部の磁壁を移動（シフト）させる磁気メモリが知られている。この磁気メモリにおいては、磁性体部の一端に第１電極が電気的に接続され、他端に第２電極が接続され、第１電極と前記第２電極との間に磁壁を移動させるシフト電流を流すことにより、磁壁が移動する。また、磁性体部の上記一端と第１電極との間に配置され、上記一端に接続する磁性層が更に設けられる。この磁性層から情報（磁化方向）を読み出す読み出し素子（例えば、ＭＴＪ(Magnetic tunnel Junction)が上記磁性層に近接して設けられる。また、上記磁性層に情報を書き込む書き込み部（例えば、フィールドライン）が設けられる。
このような構成の磁気メモリにおいては、シフト電流が増大するという課題がある。
特開２０１７−０５９５９５公報
本実施形態は、シフト電流が増大するのを抑制することができる磁気メモリを提供する。
本実施形態の磁気メモリは、第１部分および第２部分を含み前記第１部分から前記第２部分に沿った第１方向に延びた第１磁性体部と、前記第１方向に交差する第２方向に沿って延びた第２磁性体部と、前記第２磁性体部と前記第１部分とを接続する第３磁性体部と、 前記第３磁性体部に沿って配置された第１非磁性金属層と、を備え、前記第１非磁性金属層は前記第２部分側の第１端部を有し、前記第１端部の前記第１方向に沿った位置は前記第１部分の前記第１方向に沿った位置と前記第２部分の前記第１方向に沿った位置との間にある。
第１実施形態による磁気メモリを示す断面図。 第１実施形態の磁気メモリの第１磁性体部の端部と第２磁性体部とを接続する第３磁性体部の一例を示す断面図。 第１実施形態の一変形例による磁気メモリの磁性体部と非磁性金属層との配置を説明する断面図。 比較例による磁気メモリを示す断面図。 比較例の磁気メモリにおいて、磁壁シフト電流Ｉｃを、ＬＬＧ方程式を用いてシミュレーションを行って求めた結果を示す図。 比較例において、第１磁性体部と絶縁膜との間に非磁性金属層が一様に配置された磁気メモリを示す断面図。 図６に示す磁気メモリにおいて、非磁性金属層のスピン流によって磁壁の移動がアシストされることを説明する図。 第２実施形態による磁気メモリを示す断面図。 各実施形態の磁気メモリを示す斜視図。 図９に示す磁気メモリの磁性体部の配列を説明する図。
一実施形態による磁気メモリは、第１部分および第２部分を含み前記第１部分から前記第２部分に沿った第１方向に延びた第１磁性体部と、前記第１方向に交差する第２方向に沿って延びた第２磁性体部と、前記第２磁性体部と前記第１部分とを接続する第３磁性体部と、 前記第３磁性体部に沿って配置された第１非磁性金属層と、を備え、前記第１非磁性金属層は前記第２部分側の第１端部を有し、前記第１端部の前記第１方向に沿った位置は前記第１部分の前記第１方向に沿った位置と前記第２部分の前記第１方向に沿った位置との間にある。
（第１実施形態）
第１実施形態による磁気メモリを図１に示す。この第１実施形態の磁気メモリは、中空部１１０が設けられた筒状の第１磁性体部１０１と、第２磁性体部１０２と、第１磁性体部１０１と第２磁性体部１０２とを接続する第３磁性体部（接続部）１０７と、この第３磁性体部１０７にスピン軌道トルク（ＳＯＴ（Spin-Orbit-Torque））が発生可能な導電層（非磁性金属層）１０８と、を備えている。第１磁性体部１０１は、ｚ方向（図において上方向）沿って延びている。この第１磁性体部１０１は垂直磁化材料から構成される。すなわち、磁化容易軸はｚ方向（第１方向）に垂直な平面内にある。なお、中空部１１０は、非磁性絶縁体（例えば、酸化シリコン、窒化シリコン、またはアルミナ等）で満たされていてもよい。
第１磁性体部１０１は、ｚ方向に沿って延びており、第１部分（端部）１０１ａおよび第２部分（端部）１０１ｂを備えている。第１磁性体部１０１の第１部分１０１ａには、第２磁性体部１０２の一端が接続される。第２磁性体部１０２は、端部１０１ａを取り囲むように設けられている。この第２磁性体部１０２上に磁気抵抗素子１０３（例えばＭＴＪ(Magnetic Tunnel Junction)素子）が配置される。また、磁気抵抗素子１０３の第２磁性体部１０２と反対側の面、すなわち磁気抵抗素子１０３の上面には電極１０６が電気的に接続される。また、第１磁性体部１０１の端部１０１ｂには電極１０５が電気的に接続される。本明細書では、「ＡとＢが電気的に接続される」とは、ＡとＢが直接接続されてもよいし、ＡとＢとの間に導電体が存在してＡとＢが間接的に接続されてもよいことを意味する。第１磁性体部１０１は、ｚ方向に垂直な平面で切断した場合の断面における外側の形状が円、楕円、または多角形のいずれかとなるようにすることができる。
磁気抵抗素子１０３は、第２磁性体部１０２の少なくとも一部分に対向して配置され磁化が固定された磁化固定層１０３ａと、この磁化固定層１０３ａと第２磁性体部１０２の少なくとも一部分との間に配置された非磁性層１０３ｂと、を備えている。磁気抵抗素子１０３が設けられた側の第２磁性体部１０２の一部と反対側に位置する第２磁性体部１０２に近接してフィールドライン（配線）ＦＬが設けられている。第１磁性体部１０１への情報（磁化方向）の書き込みは、このフィールドラインＦＬに電流を流し、この電流によって生じる磁場によりフィールドラインＦＬに近接して配置された第２磁性体部１０２に情報（磁化方向）を書き込むことにより行う。したがって、フィールドラインＦＬは、第２磁性体部１０２から、上記電流によって生じる磁場によって書き込みを行うことが可能な範囲内に配置される。
また、読み出しは、電極１０５と、電極１０６との間に磁気抵抗素子１０３を介して回路３００を用いて電流を流すことにより行う。
第１磁性体部１０１は、ｚ方向に沿って配置された複数の領域（第５部分）１０１ｃを備え、これらの領域１０１ｃは、第１磁性体部１０１の外表面に配置された縊れ部（第６部分）１０１ｄによって分離される。また、これらの領域１０１ｃは、少なくとも１つの磁区を有する。電極１０６と電極１０５との間に回路３００から駆動電流（シフト電流）が供給されると、スピントランスファートルク（Spin Transfer Torque）により第１磁性体部１０１の磁壁がｚ方向に沿って移動（シフト）し、駆動電流が供給されない状態では縊れ部１０１ｄに磁壁が停止する。ｚ方向に垂直な第１平面で切断した前記複数の領域１０１ｃのそれぞれの断面における外径がｚ方向に垂直な第２平面で切断した前記複数の縊れ部１０１ｄのそれぞれの断面における外径よりも大きい。また、ｚ方向に垂直な第１平面で切断した前記複数の領域１０１ｃのそれぞれの断面における断面積がｚ方向に垂直な第２平面で切断した前記複数の縊れ部１０１ｄのそれぞれの断面における断面積よりも大きい。
また、この磁気メモリのｙ方向（図における左右方向）において、領域１０１ｃの中空部１１０と反対側には絶縁膜２２が配置され、縊れ部１０１ｄの中空部１１０と反対側には絶縁膜２４が配置される。すなわち、中空部１１０と絶縁膜２２との間に領域１０１ｃが配置され、中空部１１０と絶縁膜２４との間に縊れ部１０１ｄが配置される。なお、後述するｘ方向は、ｚ方向およびｙ方向に直交する方向である。
第１磁性体部１０１と第２磁性体部１０２との第３磁性体部１０７と、絶縁膜２２、絶縁膜２４との間に、ＳＯＴが発生可能な導電層（非磁性金属層）１０８が設けられている。
第１磁性体部１０１および第３磁性体部１０７は、例えばコバルト、ニッケルなどを含む多層膜から構成される。第１磁性体部１０１および第３磁性体部１０７の材料としては、コバルト、ニッケル以外にも、鉄、コバルト、白金、パラジウム、マグネシウム、および希土類元素から選択された元素を含む合金を用いることができる。第２磁性体部１０２は、鉄、コバルトなどの磁性元素を含む。
非磁性金属層１０８は、例えば、ハフニウム、タンタル、タングステン、レニウム、オスミウム、イリジウム、白金、または金等が用いられる。
第１磁性体部１０１への情報（磁化方向）の書き込みは第２磁性体部１０２に近接して設けられたフィールドラインに電流を流し、第２磁性体部１０２に情報を書き込むことにより行う。また、読み出しは、電極１０５と電極１０６との間に磁気抵抗素子１０３を介して電流を流すことにより行う。
第１実施形態の磁気メモリは、図２に示す断面図のように、第１磁性体部１０１の端部１０１ａと第２磁性体部１０２の一端１０２ａとが第３磁性体部１０７を介して接続される。第３磁性体部１０７は、磁性体から形成され、大きな曲率半径Ｒを有する曲面形状を有している。曲率半径Ｒは、例えば１０ｎｍ以上であることが好ましい。また、第３磁性体部１０７の曲率半径Ｒの曲率中心Ｃの側に第３磁性体部１０７の曲面形状に沿ってＳＯＴが発生可能な非磁性金属層（導電層とも云う）１０８が配置されている。この非磁性金属層１０８は、第２磁性体部１０２の直下に延びていてもよいし、第１磁性体部１０１の端部１０１ａ近傍の領域１０１ｃまたは縊れ部１０１ｄにも延びていてもよい。すなわち、非磁性金属部１０８は、第３磁性体部１０７の近傍に配置される。
このような構造を有する磁気メモリは、エッチングレートの異なる２つの絶縁膜２２，２４を交互に積層して積層構造を形成し、この積層構造に中空部１１０を形成する。例えば、絶縁膜２２は絶縁膜２４に比べてエッチングレートが高い材料を用いると、中空部１１０を形成する際に絶縁膜２２が絶縁膜２４に比べて速くエッチングされる。絶縁膜２２がエッチングされた部分は凹部となり、絶縁膜２４がエッチングされた部分は凸形状となる。このため、形成された中空部１１０は側面が凹凸形状を有する。その後、最上部の絶縁膜の中空部の角部を丸くする工程を行う。この丸く加工された角部の近傍に非磁性金属層１０８を形成する。その後、磁性材料を中空部１１０の側面、非磁性金属層１０８上および最上部の絶縁膜上に成膜する。これにより、最上部の絶縁膜上に第２磁性体部１０２が形成され、非磁性金属層１０８上に第３磁性体部１０７が形成され、中空部１１０の側面に第１磁性体部１０１が形成される。
以上説明したように、第１実施形態に磁気メモリにおいては、第２磁性体部１０２と、第１磁性体部１０１の端部１０１ａとの間に曲面形状を有する第３磁性体部１０７が配置され、この第３磁性体部１０７に対向して、ＳＯＴが発生可能な非磁性金属部１０８が配置され、第１磁性体部１０１のｚ軸方向に沿って全面には配置されていない。すなわち、非磁性金属層１０８は、第１磁性体部１０１の端部１０１ｂ側に位置する端部１０９を有し、この端部１０９は、第１磁性体部１０１の端部１０１ａのｚ方向に沿った位置（例えば、第１磁性体部１０１と第３磁性体部１０７との接続位置）と、第１磁性体部１０１の端部１０１ｂのｚ方向に沿った位置（例えば、端部１０１ｂに最も近接する領域１０１ｃまたは縊れ部１０１ｄのｚ方向に沿った中間位置）との間にある。
この第１実施形態においては、非磁性金属層１０８は、第３磁性体部１０７に対向して設けられていたが、図３に示す第１実施形態の変形例のように、第３磁性体部１０７に対向する部分の他に、第１磁性体部１０１の端部１０１ａから離れた領域１０１ｃまたは縊れ部１０１ｄに設けられた部分１０８Ａを備えていてもよい。
（比較例）
次に、比較例による磁気メモリの一例を図４に示す。この比較例の磁気メモリは、図１に示す第１実施形態の磁気メモリとは、第１磁性体部１０１の端部１０１ａと第２磁性体部１０２とを接続する接続部の形状が異なるとともに、非磁性金属層１０８が設けられていない。比較例の磁気メモリにおける接続部は、第２磁性体部１０２と、第１磁性体部１０１の端部１０１ａとが単に接続された構造であり、第１実施形態の接続部（第３磁性体部１０７）と異なり、滑らかな曲面形状を有していない。
この比較例の磁気メモリにおいて、第２磁性体部１０２と第１磁性体部１０１の端部１０１ａとの第３磁性体部の曲率半径Ｒを５ｎｍ、１０ｎｍ、２０ｎｍ、３０ｎｍとした場合の磁壁シフト電流ＩｃをＬＬＧ(Landau-Lifshitz-Gilbert)方程式を用いてシミュレーションを行って求めた結果を図５に示す。このシミュレーションは、ｙ−ｚ平面における２次元の第２磁性体部１０２と第１磁性体部１０１について行っており、それぞれのｘ方向の厚さは、４０ｎｍである。なお、図２において、横軸は曲率半径Ｒ（ｎｍ）を示し、縦軸は磁壁のシフトが生じたときの電流密度Ｊｃ（ＭＡ／ｃｍ２）を示す。また、第１磁性体部の厚さ（ｙ方向の長さ）が２ｎｍ、幅（ｘ方向の長さ）が４０ｎｍで、第２磁性体部１０２のｙ方向の長さが１６０ｎｍ、第１磁性体部１０１のｚ方向の長さが１６０ｎｍとしてシミュレーションを行った。各曲率半径Ｒに対するシフト電流Ｉｃは、電流密度Ｊｃから計算によって求められる。例えば、電流密度Ｊｃが８００ＭＡ／ｃｍ２、６００ＭＡ／ｃｍ２、４００ＭＡ／ｃｍ２、および２００ＭＡ／ｃｍ２、の場合のシフト電流Ｉｃはそれぞれ、６４０μＡ、４８０μＡ、３２０μＡ、および１６０μＡである。したがって、Ｒが５ｎｍの場合のシフト電流Ｉｃは約５８０μＡ、Ｒが１０ｎｍの場合のシフト電流Ｉｃが約４６０μＡ、Ｒが２０ｎｍの場合のシフト電流Ｉｃが約２８０μＡ、Ｒが３０ｎｍの場合のシフト電流Ｉｃが約２２０μＡであった。また、曲率Ｒが無限大、すなわち第２磁性体部１０２と第１磁性体部１０１との曲がりがない場合の電流密度Ｊｃもシミュレーションによって求めた結果を図５の実線で示す。この図５からわかるように、第２磁性体部１０２と第１磁性体部１０１との曲がりがない場合に比べて、シフト電流が非常に増大している。すなわち、スピントランスファートルク(STT(Spin Transfer Torque))によって磁壁をシフトさせることは、大きなシフト電流が必要になることがわかる。
そこで、比較例の磁気メモリにおいて、スピントランスファートルクの他にＳＯＴを用いた磁気メモリの一例を図６に示す。この磁気メモリは、図４に示す比較例の磁気メモリにおいて、第２磁性体部１０２と絶縁膜２２（絶縁膜２４）との間、第１磁性体部１０１と絶縁膜２２との間、および第１磁性体部１０１と絶縁膜２４との間にＳＯＴが発生可能な導電層（非磁性金属層）１０８を一様の厚さに配置した構成を有している。なお、図６においては、絶縁膜２２および絶縁膜２４は表示していない。
この図６に示す磁気メモリにおいて、電極１０６と電極１０５との間に磁壁をシフトさせるシフト電流を流すと、第１磁性体部１０１および導電層１０８にシフト電流が流れる。このため、図７に示すように、第１磁性体部１０１にはスピントランスファートルクによるシフト電流が流れる。更に、導電層１０８にスピン流が生成され、スピン流により第１磁性体部１０１のスピンにＳＯＴが作用し、磁壁をシフトさせる駆動電流を得ることができる。
しかし、図６に示す磁気メモリにおいては、第１磁性体部１０１の全体に渡って非磁性金属層１０８が配置されているため、非磁性金属層１０８が配置されない場合に比べて第１磁性体部１０１における磁壁のシフト速度が増大し、第２磁性体部１０２と第１磁性体部１０１との第３磁性体部において磁壁が渋滞し、磁壁が消失する可能性がある。
これに対して、第１実施形態に磁気メモリにおいては、第２磁性体部１０２と、第１磁性体部１０１の端部１０１ａとの間に曲面形状を有する第３磁性体部１０７が配置され、この第３磁性体部１０７の近傍に、ＳＯＴが発生可能な非磁性金属層１０８が配置され、第１磁性体部１０１のｚ軸方向に沿って全面には配置されていない。このため、第１磁性体部１０１に磁壁をシフトさせるシフト電流を流した時、非磁性金属層１０８に発生するスピン流のアシストを受けるとともに、磁壁が第３磁性体部１０７で渋滞することもなく磁壁が第３磁性体部１０７を滑らかに通過する。このため、シフト電流が増加するのを抑制することができる。
以上説明したように、第１実施形態およびその変形例によれば、シフト電流が増大するのを抑制することが可能な磁気メモリを提供することができる。
（第２実施形態）
第２実施形態による磁気メモリを図８に示す。この第２実施形態の磁気メモリは、図１に示す第１実施形態の磁気メモリとは、非磁性金属層１０８の配置位置およびその厚さが異なる。第１磁性体部１０１の外表面に非磁性金属層１０８の部分１０８ｂが設けられ、この第１磁性体部１０１の端部１０１ａと第２磁性体部１０２とを接続する第３磁性体部１０７に対向して非磁性金属層１０８の部分１０８ａが設けられている。この部分１０８ａのｙ方向の厚みは、第１磁性体部１０１の外表面に設けられた部分１０８ｂのｙ方向の厚みよりも厚い。非磁性金属層１０８の部分１０８ａはＳＯＴが発生可能な材料から構成される。また、第３磁性体部１０７は、図２に示す第１実施形態の第３磁性体部１０７と同じ形状である。したがって、第２実施形態においては、第３磁性体部１０７に対向して設けられた非磁性金属層１０８の部分１０８ａの第３磁性体部１０７に対するｙ方向における厚さの比は、非磁性金属層１０８の部分１０８ｂの第３磁性体部１０７に対するｙ方向における厚さの比に比べて大きい。
このように構成された第２実施形態においては、第１磁性体部１０１の外表面に一様に非磁性金属層１０８が設けられているので、第１磁性体部１０１においては、磁壁の移動（シフト）速度は速くなる。しかし、本実施形態においては、第３磁性体部１０７に対向する非磁性金属層１０８の部分１０８ａの厚さを厚くすることにより、第３磁性体部１０７における磁壁の移動速度も速くすることが可能となる。すなわち、第１磁性体部１０１と第３磁性体部１０７との磁壁の移動速度の差がなくなり、図６に示す磁気メモリに比べて磁壁の移動制御性が良くなる。このため、シフト電流が増加するのを抑制することができる。
以上説明したように、第２実施形態によれば、シフト電流が増大するのを抑制することが可能な磁気メモリを提供することができる。
第１実施形態およびその変形例ならびに第２実施形態の磁気メモリにおいては、第１磁性体部１０１が１個である場合について説明したが、図９に示すように、磁気メモリは、ｘ−ｙ平面上にアレイ状に配置された複数の第１磁性体部１０１を備えている。この図９に示す磁気メモリにおいては、複数の第１磁性体部１０１は、ｘ−ｙ平面上で、六方最稠密充填構造（平面構造）となるように配列されている。すなわち、１つの行に（ｙ方向に沿って）配列された第１磁性体部１０１の間に（ｙ方向に沿った位置において）隣の行の第１磁性体部１０１が配列され、１つの列に（ｘ方向に沿って）配列された第１磁性体部１０１の間に（ｘ方向に沿った位置において）隣の列の第１磁性体部１０１が配列されている（図１０）。また、ｘ方向に沿って同じ列に配列された第１磁性体部１０１は、電極１０５を共有している（図９）。
第１磁性体部１０１にはそれぞれ磁気抵抗素子１０３が設けられている。また、図１０に示すように、１つのフィールドラインＦＬは、１つの行に配列された第１磁性体部１０１と上記１つの行の隣の行に配列された第１磁性体部１０１が共有するように配列されている。例えば、図１０に示すように、第１行に配列された第１磁性体部１０１と、第２行に配列された第１磁性体部１０１は、１つのフィールドラインＦＬを共有し、第３行に配列された第１磁性体部１０１と第４行に配列された第１磁性体部１０１とは、１つのフィールドラインＦＬを共有する。このため図１０では、第１行および第３行に配列された第１磁性体部１０１の磁気抵抗素子１０３はそれぞれ、対応する第１磁性体部１０１に対して上方向に配列され、第２および第４行に配列された第１磁性体部１０１の磁気抵抗素子１０３はそれぞれ、対応する第１磁性体部１０１に対して下方向に配列される。
また、図９からわかるように、１つの行に配列された第１磁性体部１０１と上記１つの行の隣の行に配列された第１磁性体部１０１とは、磁気抵抗素子１０３を介して１つの配線（ビット線ＢＬ）１０６に接続される。例えば、図１０に示す例においては、第２行に配列された第１磁性体部１０１と第３行に配列された第１磁性体部１０１とは、対応する磁気抵抗素子１０３を介して配線（ビット線）１０６に接続される。
以上説明したように、各実施形態およびその変形例によれば、シフト電流が増大するのを抑制することが可能な磁気メモリを提供することができる。
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。これらの実施形態は、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。これらの実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれると同様に、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ものである。
２２・・・絶縁膜、２４・・・絶縁膜、１０１・・・第１磁性体部、１０１ａ・・・端部、１０１ｂ・・・端部、１０１ｃ・・・領域、１０１ｄ・・・縊れ部、１０２・・・磁性層、１０３・・・磁気抵抗素子、１０３ａ・・・磁化固定層、１０３ｂ・・・非磁性層、１０５・・・電極、１０６・・・電極（ビット線）、１０７・・・第３磁性体部、１０８，１０８Ａ・・・非磁性金属層、１０８ａ・・・非磁性金属層の部分、１０８ｂ・・・非磁性金属層の部分、１０９・・・非磁性金属層の端部、１１０・・・中空部、ＦＬ・・・フィールドライン、３００・・・回路

Claims (12)

  1. 第１部分および第２部分を含み前記第１部分から前記第２部分に沿った第１方向に延びた第１磁性体部と、
    前記第１方向に交差する第２方向に沿って延びた第２磁性体部と、
    前記第２磁性体部と前記第１部分とを接続する第３磁性体部と、
    前記第３磁性体部に沿って配置された第１非磁性金属層と、
    を備え、
    前記第１非磁性金属層は前記第２部分側の第１端部を有し、前記第１端部の前記第１方向に沿った位置は前記第１部分の前記第１方向に沿った位置と前記第２部分の前記第１方向に沿った位置との間にある、磁気メモリ。
  2. 前記第１磁性体部に沿って配置され前記第１非磁性金属層の前記第１端部よりも前記第２部分側に配置された第２非磁性金属層を更に備えた請求項１記載の磁気メモリ。
  3. 第１部分および第２部分を含み前記第１部分から前記第２部分に沿った第１方向に延びた第１磁性体部と、
    前記第１方向に交差する第２方向に沿って延びた第２磁性体部と、
    前記第２磁性体部と前記第１部分とを接続する第３磁性体部と、
    前記第１磁性体部及び前記第３磁性体部に沿って配置され、前記第１磁性体部と対向する第３部分と前記第３磁性体部に対向する第４部分を含む第１非磁性金属層と、
    を備え、
    前記第４部分の前記第２方向における厚さは、第３部分の前記第２方向における厚さよりも厚い、磁気メモリ。
  4. 前記第３磁性体部の表面は曲面形状を有している請求項１乃至３のいずれかに記載の磁気メモリ。
  5. 前記第１磁性体部は前記第１方向に沿って延びた筒状形状を有する、請求項１乃至４のいずれかに記載の磁気メモリ。
  6. 前記筒状形状は、前記第１方向に直交する断面における外側の周の形状が円、楕円、または多角形のいずれかである、請求項５記載の磁気メモリ。
  7. 前記第１方向に沿って延びた非磁性絶縁体部を更に備え、前記第１磁性体部は前記非磁性絶縁体部の周囲に配置されている請求項１乃至６のいずれかに記載の磁気メモリ。
  8. 前記第１非磁性金属層は、ハフニウム、タンタル、タングステン、レニウム、オスミウム、イリジウム、白金、または金の少なくともいずれかを含む請求項１乃至７のいずれかに記載の磁気メモリ。
  9. 前記第１磁性体部は、前記第１方向に沿って配列された複数の第５部分と、前記第１方向に沿って配列された複数の第６部分と、を備え、前記第１方向において隣り合う２つの第５部分の間に１つの第６部分が配置され、前記第１方向において隣り合う２つの第６部分の間に１つの第５部分が配置され、前記第１方向に垂直な第１平面で切断した前記複数の第５部分のそれぞれの断面における外径が前記第１方向に垂直な第２平面で切断した前記複数の第６部分のそれぞれの断面における外径よりも大きい、請求項１乃至８のいずれかに記載の磁気メモリ。
  10. 前記第２磁性体部の少なくとも一部分に対向して配置された第１磁性層と、前記第１磁性層と前記第２磁性体部の前記少なくとも一部分との間に配置された非磁性層と、を備えた、請求項１乃至９のいずれかに記載の磁気メモリ。
  11. 前記第１磁性層に電気的に接続された第１電極と、前記第２部分に電気的に接続された第２電極と、を更に備えた請求項１０記載の磁気メモリ。
  12. 前記第２磁性体部に情報を書き込むフィールドラインを更に備えた、請求項１乃至１１のいずれかに記載の磁気メモリ。
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JP6523666B2 (ja) * 2014-12-02 2019-06-05 東芝メモリ株式会社 磁気記憶素子および磁気メモリ
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