JP2022094645A - 磁壁移動素子及び磁気アレイ - Google Patents
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Abstract
Description
図1は、第1実施形態にかかる磁気アレイの構成図である。磁気アレイ200は、複数の磁壁移動素子100と、複数の第1配線Wpと、複数の第2配線Cmと、複数の第3配線Rpと、複数の第1スイッチング素子SW1と、複数の第2スイッチング素子SW2と、複数の第3スイッチング素子SW3と、を備える。磁気アレイ200は、例えば、磁気メモリ、積和演算器、ニューロモーフィックデバイス、スピンメモリスタ、磁気光学素子に利用できる。
第1配線Wpのそれぞれは、書き込み配線である。第1配線Wpはそれぞれ、電源と1つ以上の磁壁移動素子100とを電気的に接続する。電源は、使用時に磁気アレイ200の一端に接続される。
図1において、複数の磁壁移動素子100のそれぞれに、第1スイッチング素子SW1、第2スイッチング素子SW2、第3スイッチング素子SW3が接続されている。第1スイッチング素子SW1は、磁壁移動素子100と第1配線Wpとの間に接続されている。第2スイッチング素子SW2は、磁壁移動素子100と第2配線Cmとの間に接続されている。第3スイッチング素子SW3は、磁壁移動素子100と第3配線Rpとの間に接続されている。
図3は、第1実施形態に係る磁壁移動素子100の断面図である。磁壁移動素子100は、基板Subの上方に積層された積層体1と第1表面層50と第1導電層60と第2導電層70とを有する。第1表面層50は、積層体1の上面の少なくとも一部に積層される。第1導電層60および第2導電層70は、積層体1の上面の少なくとも一部に積層される。積層体1は、強磁性層10と非磁性層20と磁壁移動層30とを有する。図3は、磁壁移動素子100を磁壁移動層30のy方向の中心を通るxz平面で切断した断面図である。磁壁移動素子100の一例は、記憶素子である。
強磁性層10は、非磁性層20に面する。強磁性層10は、一方向に配向した磁化M10を有する。強磁性層10の磁化M10は、所定の外力が印加された際に磁壁移動層30の磁化M33A、M33Bよりも配向方向が変化しにくい。所定の外力は、例えば外部磁場により磁化に印加される外力や、スピン偏極電流により磁化に印加される外力である。強磁性層10は、磁化固定層、磁化参照層と呼ばれることがある。磁化M10は、例えば、+z方向に配向する。本実施形態において、強磁性層10は、第1強磁性層という場合がある。
磁壁移動層30は、例えば、z方向からの平面視で、x方向が長軸、y方向が短軸の矩形である。磁壁移動層30は、非磁性層20を挟んで、強磁性層10と対向する磁性層である。磁壁移動層30は、内部の磁気的な状態の変化により情報を磁気記録可能な層である。
非磁性層20は、強磁性層10と磁壁移動層30との間に位置する。非磁性層20は、磁壁移動層30の一面に積層される。
第1表面層50は、磁壁移動層30の上面30aの少なくとも一部と接する。第1表面層50は、例えば、上面30aのうち、第1部分30a1の少なくとも一部と接する。また第1表面層50は、第1部分30a1の全体と接していてもよい。図3においては、第1部分の全体と接する状態を示す。上面30aとは、磁壁移動層30のz方向における上面であり、第1部分30a1とは、上面30aのうち後述する第1導電層60と第2導電層70との間の部分である。
第1表面層50は、例えばz方向において磁壁移動層30と絶縁層Inとに挟まれる。
第1導電層60及び第2導電層70は、磁壁移動層30の上面30aの少なくとも一部に接続される。第2導電層70は、第1導電層60と離間して磁壁移動層30に接続される。第2導電層70は、例えば、磁壁移動層30の上面30aに接続される。第2導電層70は、磁壁移動層30の側面など、上面30a以外の面に接続されてもよい。第1導電層60及び第2導電層70は、例えば磁壁移動層30の第1端部及び第2端部に接続される。第1導電層60、第2導電層70と磁壁移動層30とは、直接接していてもよく、間にほかの層を介していてもよい。
図7は、第1変形例に係る磁壁移動素子101の断面図である。磁壁移動素子101は、第1表面層50a、第1導電層60a及び第2導電層70aの形状が第1実施形態に係る磁壁移動素子100と異なる。磁壁移動素子101において、磁壁移動素子100と同様の構成については、同様の符号を付し、説明を省略する。
図8は、第2変形例に係る磁壁移動素子102の断面図である。磁壁移動素子102は、第2表面層53及び54を有する点で、第1実施形態に係る磁壁移動素子100と異なる。第2表面層53及び54は、第1導電層60の上面62及び第2導電層70の上面72に接する。磁壁移動素子102において磁壁移動素子100と同様の構成については、同様の符号を付し、説明を省略する。
図9は、第3変形例に係る磁壁移動素子103の断面図である。磁壁移動素子103は、第1導電層60及び第2導電層70の側面に接する第3表面層56,57を有する点で磁壁移動素子102と異なる。磁壁移動素子103において、磁壁移動素子102と同様の構成は、同様の符号を付し、説明を省略する。図9においては、第1導電層60及び第2導電層70の両側の側面に第3表面層56,57が形成される例を図示したが、第1導電層60及び第2導電層70の少なくとも片側の側面に第3表面層56,57が形成されていればよい。尚、図9においては第1表面層50、第2表面層53,54及び第3表面層56,57が一体の場合を例示したが、それぞれが離間するような独立した構成であってもよい。
図10は、第4変形例に係る磁壁移動素子104の断面図である。磁壁移動素子104は、第1表面層50bの少なくとも一部が第1導電層60b及び第2導電層70bと磁壁移動層30との間に挟まれる点が磁壁移動素子100と異なる。磁壁移動素子104において、磁壁移動素子100と同様の構成は同様の符号を付し説明を省略する。
図11は、変形例5に係る磁壁移動素子105の断面図である。磁壁移動素子105は、第2導電層70を有さない点で磁壁移動素子100と異なる。磁壁移動素子105において、磁壁移動素子100と同様の構成は同様の符号を付し、説明を省略する。
Claims (10)
- 基板の上方にあり、前記基板に近い側から順に積層された強磁性層と非磁性層と磁壁移動層とを有する積層体と、第1導電層と、第1表面層と、を備え、
前記非磁性層は、前記強磁性層と前記磁壁移動層との間に挟まれ、
前記第1導電層は、前記磁壁移動層の上面に接続され、
前記第1表面層は、前記磁壁移動層の上面の少なくとも一部と接し、
前記第1表面層の抵抗率は、前記磁壁移動層の抵抗率よりも高い、磁壁移動素子。 - 前記第1表面層の上面と接する絶縁層をさらに備える、請求項1に記載の磁壁移動素子。
- 前記第1表面層はアモルファスまたは微結晶を含む、請求項1又は2に記載の磁壁移動素子。
- 前記第1表面層は、Bi,Ni,Cr,Ti,Zr,Wからなる群から選択される少なくともいずれかの元素を含む、請求項1~3のいずれか一項に記載の磁壁移動素子。
- 前記第1表面層の厚さは、2nm以下である、請求項1~4のいずれか一項に記載の磁壁移動素子。
- 前記磁壁移動層の磁化容易方向は、前記磁壁移動層が広がる面に対して交差している、請求項1~5のいずれか一項に記載の磁壁移動素子。
- 前記第1導電層の少なくとも一部は、前記第1表面層と前記磁壁移動層との間に挟まれる、請求項1~6のいずれか一項に記載の磁壁移動素子。
- 前記第1導電層の上面に接する第2表面層をさらに有し、
前記第2表面層の抵抗率は、前記磁壁移動層の抵抗率よりも高い、請求項1~7のいずれか一項に記載の磁壁移動素子。 - 前記第1導電層の側面に接する第3表面層をさらに有し、
前記第3表面層の抵抗率は、前記磁壁移動層の抵抗率よりも高い、請求項1~8のいずれか一項に記載の磁壁移動素子。 - 基板と、複数の請求項1~9のいずれか一項に記載の磁壁移動素子と、を有し、
複数の前記磁壁移動素子は、前記基板上に集積されている、磁気アレイ。
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