JP4182728B2 - 磁気記憶素子の記録方法、磁気記憶装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、不揮発性メモリに用いて好適な、磁気記憶素子の記録方法、並びに磁気記憶素子を用いて構成された磁気記憶装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
コンピュータ等の情報機器においては、ランダム・アクセス・メモリとして、動作が高速で、高密度のＤＲＡＭが広く使用されている。
しかし、ＤＲＡＭは電源を切ると情報が消えてしまう揮発性メモリであるため、情報が消えない不揮発のメモリが望まれている。
【０００３】
そして、不揮発メモリとして、磁性体の磁化状態により情報を記録する磁気記憶素子を用いた磁気ランダム・アクセス・メモリ（ＭＲＡＭ）の開発が進められている（例えば非特許文献１参照）。
【０００４】
【非特許文献１】
日経エレクトロニクス ２００１．２．１２号（第１６４頁−第１７１頁）
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
上述のＭＲＡＭは、直交する２種類の配線（例えばワード線とビット線）がそれぞれ複数本形成され、これら２種類の配線の各交点に磁気記憶素子が設けられることにより、多数の磁気記憶素子がマトリクス状に配置された磁気記憶装置を構成している。そして、２種類の配線について、それぞれ特定の配線に電流を流すことにより、電流を流した配線の交点に位置する磁気記憶素子のみを選択して、その磁気記憶素子の記憶層の磁化を電流磁界によって反転させて、情報の記録を行っている。
【０００６】
しかしながら、ＭＲＡＭを構成する各磁気記憶素子の磁気特性にばらつきがあると、目的の（記録を行うべき）磁気記憶素子以外の磁気記憶素子で磁化の反転が起きてしまうことがあり、正しい記録を行うことができなくなるため好ましくない。また、目的の磁気記憶素子以外の磁気記憶素子で磁化が全く反転しないようにするために、電流磁界を充分小さくしてしまうと、目的の磁気記憶素子のうち一部に対して記録を失敗する可能性もある。
【０００７】
今後、ＭＲＡＭにおいても、記憶容量を増加するために、高密度化を図る必要があり、メモリセルを構成する磁気記憶素子の縮小化が求められることから、磁気記憶素子の記憶層に用いられる磁性体の寸法も小さくする必要がある。
そして、磁性体は寸法の縮小化に従って保磁力が増加する傾向を有するため、ＭＲＡＭの磁気記憶素子においても、縮小化に伴い記録層の保磁力が増加していく。このように保磁力が増加すると、各磁気記憶素子の保磁力のばらつきを小さくすることが難しくなってくる。
【０００８】
上述した問題の解決のために、本発明においては、書き損じがなく正しく情報の記録を行うことが可能な磁気記憶素子の記録方法を提供する。また、この磁気記憶素子を備えて、各磁気記憶素子に磁気特性のばらつきがあっても、安定して正確に情報を記録することができる磁気記憶装置を提供するものである。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明の磁気記憶素子の記録方法は、磁化状態を情報として保持する記憶層と、この記憶層に磁場を印加する磁場印加手段と、これら磁場印加手段と記憶層との間に配置され、軟磁性体により成り、磁場印加手段からの磁場の少なくとも一部を遮蔽する磁場遮蔽体とを有する磁気記憶素子に対して、磁場遮蔽体を加熱して磁場遮蔽体の少なくとも一部の磁化を減少又は消失させた状態で、磁場印加手段から記憶層に磁場を印加して、記憶層に磁化状態の記録を行うものである。
【００１１】
本発明の磁気記憶装置は、磁化状態を情報として保持する記憶層と、この記憶層に磁場を印加する磁場印加手段と、これら磁場印加手段と記憶層との間に配置され、軟磁性体により構成され、磁場印加手段からの磁場の少なくとも一部を遮蔽する磁場遮蔽体とを有する磁気記憶素子と、第１の配線と、第２の配線とを有し、これら第１の配線と第２の配線とが交差する交点に、それぞれ磁気記憶素子が配置されて成り、第１の配線が磁気記憶素子の磁場印加手段を構成し、この第１の配線から電流磁場が記憶層に印加され、第２の配線により磁場遮蔽体が加熱されるものである。
【００１２】
また、上記本発明の磁気記憶装置において、複数の磁気記憶素子の各磁気記憶素子に対して、それぞれ構成の異なる磁場遮蔽体を配置すると共に、各磁場遮蔽体を共通の第２の配線により加熱する磁気記憶素子群を構成してもよい。
【００１３】
上述の本発明の記録方法及び本発明の磁気記憶装置に係る磁気記憶素子の構成によれば、磁化状態を情報として保持する記憶層と、この記憶層に磁場を印加する磁場印加手段と、これら磁場印加手段と記憶層との間に配置され、軟磁性体により成り、磁場印加手段からの磁場の少なくとも一部を遮蔽する磁場遮蔽体とを有することにより、磁場遮蔽体を加熱したときには、温度上昇により磁場遮蔽体を構成する軟磁性体の磁気転移温度に近くなって、磁場遮蔽体の磁化が減少又は消失して、その遮蔽能力が低下又は消失するため、磁場印加手段からの磁場を記憶層に充分な大きさで印加して、記憶層に情報を記録することが可能になる。
一方、磁場遮蔽体を加熱していないときには、磁場遮蔽体により磁場印加手段からの磁場の少なくとも一部が遮蔽されるため、記憶層に印加される磁場が小さくなり、記憶層の磁化が変化せず、記録層への記録が行われない。
従って、磁場遮蔽体の加熱の有無と磁場印加手段からの磁場の発生の有無とを選択することにより、記憶層への記録を選択して行うことが可能になる。
【００１４】
上述の本発明の磁気記憶素子の記録方法によれば、上述の磁気記憶素子に対して、磁場遮蔽体を加熱して磁場遮蔽体の少なくとも一部の磁化を減少又は消失させた状態で、磁場印加手段から記憶層に磁場を印加して、記憶層に磁化状態の記録を行うことにより、磁場遮蔽体を加熱すると共に磁場印加手段から記憶層に磁場を印加した場合には記憶層に磁化状態の記録が行われる。これに対して、磁場遮蔽体を加熱していない場合には、磁場印加手段から磁場を発生させても磁場遮蔽体により遮蔽されて、記憶層の磁化が変化しないことから、誤って記憶層に記録が行われることがない。
即ち、磁場遮蔽体の加熱及び磁場印加手段からの磁場の発生を共に行った場合には記憶層の記録を行うことができる一方で、磁場遮蔽体の加熱を行わない場合には記憶層に誤って記録が行われることがない。
従って、記憶層への記録を選択して行うことが可能になり、安定して正確に記録を行うことが可能になる。
【００１５】
上述の本発明の磁気記憶装置の構成によれば、上述の磁気記憶素子と、第１の配線と、第２の配線とを有し、これら第１の配線と第２の配線とが交差する交点に、それぞれ磁気記憶素子が配置されて成り、第１の配線が磁気記憶素子の磁場印加手段を構成し、この第１の配線から電流磁場が記憶層に印加され、第２の配線により磁場遮蔽体が加熱される構成としたことにより、磁気記憶素子に対して上述した記録方法により記録を行うことが可能である。
即ち、第２の配線により磁場遮蔽体を加熱して磁場遮蔽体の少なくとも一部の磁化を減少又は消失させた状態で、第１の配線により記憶層に対して電流磁場を印加して、記憶層の磁化の向きを変化させて、その結果として記憶層に磁化状態（情報）を記録させることができる。
そして、対応する第１の配線と第２の配線とを共に選択した磁気記憶素子では、上述したように記憶層に情報の記録が行われるのに対して、対応する第２の配線が選択されていない磁気記憶素子では、磁場遮蔽体が加熱されず第１の配線からの電流磁場の少なくとも一部が磁場遮蔽体により遮蔽されて記憶層に印加される電流磁場が小さくなるため、記憶層の磁化の向きが変化せず、記憶層へ誤って記録されることがない。
即ち、選択された磁気記憶素子以外の磁気記憶素子に対して、書き損じを生じることがない。
また、第２の配線により磁場遮蔽体を加熱して磁場遮蔽体の遮蔽能力が低下することにより記録が行われるため、磁気記憶素子の記憶層の保磁力にばらつきがあっても、加熱により確実に磁場遮蔽体の遮蔽能力を低下させて記憶層に記録を行うことができる。
即ち、磁気記憶素子の磁気特性（保磁力等）のばらつきの影響を受けにくい磁気記憶装置を構成することができる。
【００１６】
また、上記本発明の磁気記憶装置において、複数の磁気記憶素子の各磁気記憶素子に対して、それぞれ構成の異なる磁場遮蔽体を配置すると共に、各磁場遮蔽体を共通の第２の配線により加熱する磁気記憶素子群を構成したときには、第２の配線に流す電流の量を調整して、磁場遮蔽体の温度を制御することにより、構成の異なる磁場遮蔽体のうち、遮蔽能力が発揮される磁場遮蔽体の数を変えて、これにより磁気記憶素子群を構成する複数の磁気記憶素子のうち記憶層に磁化状態が記録される素子の数を変えることができる。
そして、記憶層に磁化状態が記録される素子の数を変えて複数段階の記録を行うようにすれば、磁気記憶素子群を構成する複数の磁気記憶素子に任意の記録を行うことが可能になる。
【００１７】
【発明の実施の形態】
本発明に係る磁気記憶素子の一実施の形態の概略構成図（断面図）を図１に示す。
この磁気記憶素子１０は、情報が磁化の向きにより記録される記憶層１と磁化の向きが固定された磁化固定層３とが、トンネル絶縁膜２を挟んで配置されて、磁気トンネル接合素子（ＭＴＪ）４が構成されている。
この磁気トンネル接合素子４は、図中左右方向が磁性層１，３の磁化容易軸方向になり、紙面に垂直な方向が磁性層の磁化困難軸方向になるように配置されている。
磁化固定層３は、図示しないが、強磁性層と反強磁性層との積層膜から成り、反強磁性層により強磁性層の磁化の向きを一方に固定している。
磁化固定層３の下面には、導体（電極）１４が接続され、この導体（電極）１４を介して、その下の半導体基板１５に電気的に接続されている。半導体基板１５には、素子選択用トランジスタや配線に電流を流すための駆動トランジスタ等が形成される。
【００１８】
また、本実施の形態の磁気記憶素子１０では、特に、記憶層１の上方に、磁場遮蔽体５が設けられている。
この磁場遮蔽体５は、軟磁性体により構成され、記憶層１に印加される磁場を一部又は全部遮蔽するために設けられている。
【００１９】
この磁場遮蔽体５には、磁気記憶素子１０の動作温度以上の適当な温度に磁気転移を有する軟磁性体を用いることが好ましい。この磁気転移としては、例えばＮｉＦｅ合金等のキュリー温度や、ＧｄＦｅＣｏ合金等のフェリ磁性体の補償温度等を利用することができる。
ただし、あまり磁気転移の温度が高温である場合、加熱するために第２の配線１２に大きい電流を流す必要が生じ、消費電力が増大する等の不都合がある。
そこで、例えばＮｉＦｅ合金にＣｒ，Ｍｎ等の添加物を入れてキュリー温度を低下させたものや、ＣｏＦｅＳｉＢ合金等の非晶質合金でキュリー温度を組成で調整できるものを磁場遮蔽体５に用いるとよい。
【００２０】
また、磁場遮蔽体５に用いられる軟磁性体は単層でも良く、また磁区形成を抑制するために中間に非磁性層を挟んだ３層構造等の多層構造にしても良い。
【００２１】
さらに、磁場遮蔽体５の上方に少し離れて、紙面に垂直な方向（磁性層の磁化困難軸方向）に伸びる第１の配線１１が設けられ、磁場遮蔽体５の左右端に左右方向（磁性層の磁化容易軸方向）に伸びる第２の配線１２が電気的に接続されている。
第１の配線１１に電流を流すことにより、その周囲に図中右向き或いは左向きの電流磁場を発生させることができる。
また、第２の配線１２に電流を流すことにより、磁場遮蔽体５に電流を流して磁場遮蔽体５を発熱させて、磁場遮蔽体５の温度を上昇させることができる。
【００２２】
ところで、軟磁性体は、磁化されやすい性質を有し、また一般的に温度上昇により磁化が減少する性質を有し、さらに温度が上昇すると磁化が消失して非磁性となる性質を有する。
従って、軟磁性体より成る磁場遮蔽体５は、以下に述べる性質を有する。
室温付近においては、磁化されやすく、第１の配線１１からの電流磁場により磁化されて、この電流磁場を少なくとも一部遮蔽する。
一方、加熱により温度上昇すると、磁化されにくくなり、さらには非磁性となるため、第１の配線１１からの電流磁場を遮蔽しなくなる。
この性質を利用して、室温付近においては第１の配線１１からの電流磁場を一部又は全部遮蔽し、温度上昇したときには第１の配線１１からの電流磁場を遮蔽せず、電流磁場を記憶層１に充分に印加することが可能になる。
【００２３】
続いて、上述の構成を有する本実施の形態の磁気記憶素子１０において、情報を記録する方法を、図２を参照して説明する。図２では、第１の配線１１、磁場遮蔽体５、記憶層１のみを抽出して示している。
【００２４】
磁場遮蔽体５を加熱しないで、第１の配線１１に電流を流したときには、図２Ａに示すように、第１の配線１１に流れる（図中紙面に垂直な向こう向きの）電流Ｉにより、時計回りの電流磁場が発生し、この電流磁場の磁力線Ｈが軟磁性体から成る磁場遮蔽体５内を通る。その結果、記憶層１に流れる磁束が減少し、記憶層１の磁化反転は起こらない。
【００２５】
これに対して、磁場遮蔽体５をそのキュリー温度以上に加熱して、かつ第１の配線１１に（図中紙面に垂直な向こう向きの）電流Ｉを流したときには、磁場遮蔽体５の磁化が消失して非磁性化するため、電流磁場の磁力線Ｈが磁場遮蔽体５に集中しなくなり、磁場遮蔽体５を通り抜けて記憶層１に達する。これにより、記憶層１に充分に大きい電流磁場が印加され、記憶層１の磁化反転が起こり、記憶層１の磁化Ｍ１が図中左向きとなる。
なお、記憶層１の磁化Ｍ１を図中右向きにする場合には、磁場遮蔽体５をそのキュリー温度以上に加熱して、かつ第１の配線１１に、図中紙面に垂直な手前向きの電流を流せばよい。
このようにして、記憶層１に、記録する情報に対応して、右向き或いは左向きの磁化情報が記録される。
【００２６】
また、本実施の形態の磁気記憶素子１０では、磁場遮蔽体５の加熱を、図１に示したように第２の配線１２に電流を流すことにより行っている。
従って、第１の配線１１及び第２の配線１２に、共に充分な電流を流したときには、磁場遮蔽体５が加熱されて、図２Ｂに示したように、記憶層１に電流磁場が印加されて、記憶層１に磁化状態の記録が行われる。
一方、第２の配線１２に電流を流さない、或いは第２の配線１２に流す電流が小さいときには、磁場遮蔽体５がキュリー温度まで達しないため、図２Ａに示したように、磁場遮蔽体５によって第１の配線１１からの電流磁場の一部又は全部が遮蔽される。
【００２７】
なお、上述の記録動作の説明では、磁場遮蔽体５に電流を流してそのキュリー温度に達するまで加熱して記録を行うようにしているが、第１の配線１１からの電流磁場の大きさと記憶層１の保磁力との関係によっては、磁場遮蔽体５をキュリー温度以上まで加熱しなくても、記憶層１の磁化を反転させて記録を行うことができる。
この場合は、加熱により磁場遮蔽体５の磁化が弱まって、磁場遮蔽体５の遮蔽能力が低下することにより、第１の配線１１から記憶層１に印加される電流磁場が強まり、その結果として記憶層１の磁化を反転させることが可能になり、記憶層１への情報の記録が可能になる。
また、キュリー温度の代わりに、磁気転移温度として、前述したフェリ磁性体の補償温度を利用しても同様の記録動作を行うことが可能である。
【００２８】
そして、記憶層１に記録された磁化情報の検出（読み出し）は、従来のＭＲＡＭに用いられている磁気記憶素子と同様にして行うことができる。
即ち、記憶層１の磁化Ｍ１の向きと磁化固定層３の磁化の向きとが平行（同じ向き）の関係にあるか、反平行（反対向き）の関係にあるかによって、トンネル絶縁膜２を流れるトンネル電流に対する抵抗が変化するので、この抵抗値又は電流値によって、記憶層１に記録された磁化情報を検出することができる。
【００２９】
上述の本実施の形態の磁気記憶素子１０によれば、記憶層１に電流磁場を印加する第１の配線１１と、記憶層１との間に、軟磁性体より成る磁場遮蔽体５が設けられていることにより、室温付近では磁場遮蔽体５により第１の配線１１からの電流磁場の磁力線が磁場遮蔽体５内に集中し、電流磁場の一部又は全部が遮蔽され、記憶層１に印加される電流磁場が小さくなるため、記憶層１の磁化反転が起こらなくなる。
一方、第２の配線１２に電流を流して、磁場遮蔽体５に電流を流して発熱させたときには、磁場遮蔽体５が加熱されてその磁化が減少又は消失することにより遮蔽能力が低下又は消失し、記憶層１に印加される電流磁場が充分大きくなることから、記憶層１の磁化反転が起こり、記憶層１への情報の記録が行われる。
【００３０】
従って、第１の配線１１及び第２の配線１２に共に電流を流した場合には、上述した記録動作が行われる。
これに対し、第１の配線１１のみに電流を流した場合には、磁場遮蔽体５により第１の配線１１からの電流磁場が一部又は全部遮蔽されるため、記憶層１に印加される電流磁場が小さくなり、記憶層１への記録は行われない。
また、第２の配線１２のみに電流を流した場合には、磁場遮蔽体５が加熱されてその遮蔽能力が低下又は消失するが、第１の配線１１からの電流磁場が発生しないため、やはり記憶層１への記録は行われない。
【００３１】
上述のように、第１の配線１１及び第２の配線１２に共に電流を流していなければ、記憶層１に記録が行われない。
このため、複数の磁気記憶素子１０を有する磁気記憶装置を構成したときに、電流を流す第１の配線１１及び第２の配線１２を適切に選択すれば、選択された第１の配線１１及び第２の配線１２の交点にある、選択した磁気記憶素子１０の記憶層１は第２の配線１２に電流が流れ加熱されることによって磁場遮蔽体５の遮蔽能力が低下するため、記憶層１の保磁力にばらつきがあっても第１の配線１１からの電流磁場が充分な大きさで印加され、記憶層１に記録が行われる。
一方、その他の選択していない磁気記憶素子１０の記憶層１の磁化を反転することはなく、書き損じなく正確に記録を行うことができる。
このとき、磁気記憶素子１０の記憶層１の保磁力にばらつきがあっても、第１の配線１１及び第２の配線１２の選択により、記録が行われる磁気記憶素子１０と記録が行われない磁気記憶素子１０を正しく選択することができる。
【００３２】
従って、本実施の形態の磁気記憶素子１０を用いることにより、安定して正確に情報の記録を行うことができる磁気記憶装置を構成することが可能になる。
【００３３】
そして、マトリクス状に直交配置させたそれぞれ複数本の第１の配線１１及び第２の配線１２の交点に、本実施の形態の磁気記憶素子１０を配置することにより、ＭＲＡＭ等の磁気記憶装置を構成することができる。
【００３４】
次に、本発明の磁気記憶装置の一実施の形態として、上述の実施の形態の磁気記憶素子１０を用いて構成した磁気記憶装置の概略構成図（斜視図）を図３に示す。多数配置された磁気記憶素子１０のうち、図３では縦２個・横２個分を図示している。
【００３５】
この磁気記憶装置２０は、図３に示すように、マトリクス状に直交配置させたそれぞれ多数の第１の配線（例えばビット線）１１及び第２の配線（例えばワード線）１２の交点に、平面形状が長方形状とされ、図１に示した断面構造を有する磁気記憶素子１０を配置して構成されている。
各磁気記憶素子１０は、図１に示したように、記憶層１の下にトンネル絶縁層２を介して磁化固定層３が配置され、記憶層１と第１の配線１１との間に軟磁性体より成る磁場遮蔽体５が配置されている。また、第１の配線１１は、磁気記憶素子１０の磁化困難軸方向（Ｙ方向）と平行になっており、第２の配線１２は磁気記憶素子１０の磁化容易軸方向（Ｘ方向）と平行になっている。
【００３６】
第１の配線１１の一端には、第１の配線１１に電流を流すための駆動トランジスタ２１が接続されている。
第２の配線１２の一端には、第２の配線１２に電流を流すための駆動トランジスタ２２が接続されている。
磁化固定層３には、記憶層１の磁化状態を検出するための素子選択用トランジスタ２３が接続されている。
【００３７】
このように磁気記憶装置を構成した場合、例えば次のようにして磁気記憶素子１０に対して記録を行う。
【００３８】
多数ある第１の配線１１及び第２の配線１２からそれぞれ１本を選択し、これら選択した第１の配線１１及び第２の配線１２の交点に配置された磁気記憶素子１０に、記憶する情報の内容（「０」或いは「１」）に対応して、第１の配線１１に流す電流の向きを選定して、第１の配線１１に電流を流す。これにより、第２の配線１２に流す電流により、磁場遮蔽体５が加熱されて、温度上昇により磁化が減少又は消失し、磁場遮蔽体５の遮蔽能力が低下又は消失し、第１の配線１１からの充分な大きさの電流磁場が記憶層１に印加されて情報が記録される。
そして、選択する第１の配線１１及び第２の配線１２を変えることにより、他の任意の磁気記憶素子に情報を記録することができる。
【００３９】
上述したように記録を行うことにより、選択された磁気記憶素子１０、即ち対応する第１の配線１１及び第２の配線１２に共に電流を流した磁気記憶素子１０では、第２の配線１２に流した電流により磁場遮蔽体５に電流が流れて発熱することによって磁場遮蔽体５の遮蔽能力が低下又は消失し、第１の配線１１に流した電流からの電流磁場が記憶層１に充分に印加されて記憶層１に磁化状態が記録される。
【００４０】
これに対して、第１の配線１１のみに電流を流した磁気記憶素子１０では、第１の配線１１に流した電流からの電流磁場が、磁場遮蔽体５により一部又は全部遮蔽されるため、記憶層１に達する電流磁場が小さくなり、記憶層１の磁化が反転しないため、記憶層１の磁化状態は変化しない。
また、第２の配線１２のみに電流を流した磁気記憶素子１０では、第２の配線１２に電流を流したことにより磁場遮蔽体５の遮蔽能力が低下又は消失するものの、第１の配線１１からの電流磁場が発生していないため、記憶層１に電流磁場が印加されず、記憶層１の磁化が反転しないため、記憶層１の磁化状態は変化しない。
これにより、選択されていない磁気記憶素子１０に、誤って記録されることがない。
【００４１】
従って、各磁気記憶素子１０において、対応する第１の配線１１及び第２の配線１２が選択されたときだけ、記憶層１磁化情報が記録される。
即ち誤って目的以外の磁気記憶素子１０に記録してしまうことがない。
【００４２】
なお、この磁気記憶装置２０において、多数の磁気記憶素子１０に記録を行う場合には、第２の配線（例えばワード線）１２に対して第１の配線（例えばビット線）１１の一本ずつに順次電流磁場を発生させて、同一の第２の配線１２に対応する同一行の各磁気記憶素子１０に１つずつ順次記録を行っても良いし、複数の第１の配線（例えばビット線）１１に同時に電流磁場を発生させ、同一行の複数の磁気記憶素子に同時に記録を行ってもよい。
【００４３】
上述の本実施の形態の磁気記憶装置２０の構成によれば、誤って目的以外の磁気記憶素子１０に記録してしまうことがなくなり、各磁気記憶素子１０の記憶層１の保磁力にばらつきがあっても、書き損じなく安定して正確に記録を行うことが可能になる。
そして、記憶容量を大きくするために、磁気記憶素子を微小化するほど、各磁気記憶素子の記憶層の保磁力が増大し、磁気特性のばらつきも大きくなる傾向があるため、本実施の形態の磁気記憶装置２０は、記憶容量を増大させるために好適である。
【００４４】
また、磁場遮蔽体５を加熱して、その遮蔽能力を低下又は消失させることにより、選択された磁気記憶素子１０の記憶層１にかかる磁場を強めることができるため、第１の配線１１からの電流磁場を従来のＭＲＡＭと比較して非常に大きくする必要はなく、第１の配線に実用的な範囲の大きさの電流を流して記録を行うことができる。
【００４５】
ここで、比較例として従来のＭＲＡＭに用いられる磁気記憶素子の構成と、本発明に係る磁気記憶素子の図１に示した実施の形態の構成とを比較した。
図４Ａに示すように、比較構成として、従来のＭＲＡＭに用いられる磁気記憶素子、即ち直交する２本の導体配線１０１及び１０２に流す電流ｉＢおよびｉＷにより発生する直交磁場により強磁性体より成る記憶層１１０に情報の記録を行う磁気記憶素子を構成する。
また、図４Ｂに示すように、図１に示した磁気記憶素子１０において、第１の配線１１に電流ｉＢを流し、第２の配線１２に電流ｉＷを流す構成とする。
【００４６】
まず、図４Ａの記憶層１１０及び図４Ｂの記憶層１に、共に長軸１μｍ・短軸０．５μｍの楕円形状で膜厚さ６ｎｍのＮｉＦｅ合金膜を用い、長軸方向を第２の配線（ワード線）１０２，１２の方向に平行となるように配置して、それぞれ磁気記憶素子を構成した。図４Ｂの磁場遮蔽体５としては、膜厚２ｎｍのＳｉＯ2 膜を介して、一辺１．５μｍの正方形状で膜厚１５ｎｍのＮｉＦｅＭｎ合金膜を２層積層したものを用いた。
また、図示しないが、記憶層１１０，１に対してトンネル絶縁層を介して磁化固定層を配置した。トンネル絶縁層には、酸化アルミニウム膜を用い、磁化固定層には、膜厚３ｎｍのＣｏＦｅ合金膜から成る強磁性層と膜厚３０ｎｍのＰｔＭｎ合金膜から成る反強磁性層をそれぞれ用いた。
【００４７】
これら比較例及び本発明に係る磁気記憶素子に対して、予め記憶層１１０，１を外部磁場によって一方向に磁化しておき、その後第１の配線（ビット線）１０１，１１及び第２の配線（ワード線）１０２，１２に記憶層１１０，１の磁化が反転する方向に電流ｉＢ，ｉＷを流して、磁化反転したかどうかを測定した。この測定を複数の磁気記憶素子に対して行い、第１の配線（ビット線）１０１，１１の電流ｉＢの量と記憶層１１０，１の磁化反転確率との関係を調べた。
記憶層１１０，１の磁化方向の測定は、記憶層１１０，１と磁化固定層と間にトンネル絶縁層を介して流れるトンネル電流を検出することにより行った。
【００４８】
図４Ａに示した比較例の磁気記憶素子において、ビット線の電流ｉＢとワード線の電流ｉＷを変えたときの記憶層１１０の磁化反転確率を図５Ａに示す。
また、図４Ｂに示した本発明に係る磁気記憶素子において、ビット線の電流ｉＢとワード線の電流ｉＷを変えたときの記憶層１１０の磁化反転確率を図５Ｂに示す。
【００４９】
選択された磁気記憶素子のみに誤りなく記録するためには、ワード線及びビット線に同時に電流を流したときに磁化反転確率が１であり、それ以外は磁化反転確率が０でなければならない
従って、図５Ａより、図４Ａに示した比較例の磁気記憶素子において、誤りなく記録動作が可能な範囲はビット線電流ｉＢが７．５ｍＡ〜１０ｍＡのときだけである。
これに対して、図５Ｂより、本発明に係る図１及び図４Ｂに示した実施の形態の磁気記憶素子においては、ワード線電流ｉ ｗ が５ｍＡのときにビット線電流ｉＢが２５ｍＡ〜３０ｍＡで誤りのない動作が可能で、ワード線電流ｉＷが１０ｍＡのときには、ビット線電流ｉＢが１５ｍＡ〜３０ｍＡの広い範囲で誤りのない動作が可能である。即ち、本発明に係る磁気記憶素子によれば、誤りなく記録動作が可能な範囲が広くなっていることがわかる。
【００５０】
続いて、本発明に係る磁気記憶素子の他の実施の形態の概略構成図（断面図）を図６に示す。
本実施の形態では、図６に示すように、第１の配線４１及び第２の配線４２の交点に２つの磁気記憶素子４０Ａ及び４０Ｂが配置され、これら各磁気記憶素子４０Ａ，４０Ｂはそれぞれ記憶層３１Ａ，３１Ｂとトンネル絶縁層３２と磁化固定層３３とを有している。
【００５１】
さらに、本実施の形態では、軟磁性体より成る磁場遮蔽体３５が、領域により異なる部分に分割されている。具体的には、左側の磁気記憶素子４０Ａ上にある領域３５Ａは厚く形成され、右側の磁気記憶素子４０Ｂ上にある領域は薄く形成されている。この磁場遮蔽体３５の材料には、例えば前述した各種の軟磁性体を用いることができる。
このように磁場遮蔽体３５が構成されていることにより、第２の配線（例えばワード線）４２に電流を流したときに、磁場遮蔽体３５の厚い部分３５Ａ及び薄い部分３５Ｂを直列に電流が流れ、抵抗の高い薄い部分３５Ｂでの発熱が大きくなるため、磁場遮蔽体３５は薄い部分３５Ｂの温度が高く厚い部分３５Ａの温度が低くなる。
【００５２】
続いて、本実施の形態の磁気記憶素子において、磁場遮蔽体３５の温度による第１の配線４１からの電流磁場の磁力線の状態の変化を、図７を参照して説明する。
【００５３】
まず、第２の配線４１に、磁場遮蔽体３５の全ての領域３５Ａ及び３５Ｂの温度がキュリー温度以上になるように電流を流すと、図７Ａに示すように、磁場遮蔽体３５全体の遮蔽能力が無くなり、両方の磁気記憶素子の記憶層３１Ａ及び３１Ｂに第１の配線１１からの電流磁場が充分作用して、これら記憶層３１Ａ及び３１Ｂの磁化が共に反転して同じ向きになり、同じ磁化情報が記録される。図７Ａでは、第１の配線１１に流す電流Ｉを図中紙面に垂直で向こう向きにしているため、電流磁場が時計回りに発生し、左右両方の磁気記憶素子の記憶層３１Ａ及び３１Ｂに対して左向きに作用するため、これら記憶層３１Ａ及び３１Ｂの磁化Ｍ１Ａ及びＭ１Ｂが共に左向きに磁化される。
【００５４】
次に、第２の配線４２に流す電流を下げて、磁場遮蔽体３５の薄い部分３５Ｂのみの温度がキュリー温度以上になるようにすると、図７Ｂに示すように、磁場遮蔽体３５の薄い部分３５Ｂの下に位置する右側の磁気記憶素子の記憶層３１Ｂのみに記録することができる。図７Ｂでは、第１の配線１１に流す電流Ｉを図７Ａと同じ向きにしているため、電流磁場が時計回りに発生し、右の磁気記憶素子の記憶層３１Ｂに対して左向きに作用するため、この記憶層３１Ｂの磁化Ｍ１Ｂが左向きに磁化される。一方、左の磁気記憶素子の記憶層３１Ａに対しては、電流磁場が磁場遮蔽体３５の厚い部分３５Ａに集中し、記憶層３１Ａに充分な電流磁場が印加されないので、記憶層３１Ａの磁化が変化せず記録がなされない。
【００５５】
さらに、第２の配線に電流を流さないときには、図７Ｃに示すように、磁場遮蔽体３５の全ての領域３５Ａ，３５Ｂが遮蔽体として機能して、第１の配線１１からの電流磁場が磁場遮蔽体３５に集中し、左右両方の磁気記憶素子の記憶層３１Ａ及び３１Ｂに充分な電流磁場が印加されず、磁化が変化しない。
これにより、左右両方の磁気記憶素子の記憶層３１Ａ及び３１Ｂのいずれにも記録が行われない。
【００５６】
このような状態変化を利用して、２つの磁気記憶素子４０Ａ及び４０Ｂに対して選択的に任意の情報の記録を行うことができる。
まず、２つの磁気記憶素子４０Ａ及び４０Ｂに記録する情報が、同じ情報（両方「０」又は両方「１」）である場合には、図７Ａに示したと同様に、第１の配線４１に電流Ｉを流し、第２の配線４２に流す電流により加熱して磁場遮蔽体３５の全領域３５Ａ及び３５Ｂを共にキュリー温度以上として、２つの磁気記憶素子４０Ａ及び４０Ｂの記憶層３１Ａ及び３１Ｂに対して、共に第１の配線１１からの電流磁界が充分印加されるようにする。これにより、２つの磁気記憶素子４０Ａ及び４０Ｂの記憶層３１Ａ及び３１Ｂに、同じ向きの磁化Ｍ１Ａ及びＭ１Ｂが記録される。なお、これら磁化Ｍ１Ａ及びＭ１Ｂを、図７Ａとは反対に、両方右向きに記録するためには、第１の配線４１に流す電流を図中手前向きにすればよい。
【００５７】
一方、２つの磁気記憶素子４０Ａ及び４０Ｂに記録する情報が、異なる情報（「０」と「１」、或いは「１」と「０」）である場合には、２段階で記録を行う。
第１段階として、例えば図８Ａに示すように、第１の配線４１に電流Ｉを流し、第２の配線４２に流す電流により加熱して磁場遮蔽体３５の全領域３５Ａ及び３５Ｂを共にキュリー温度以上として、２つの磁気記憶素子４０Ａ及び４０Ｂの記憶層３１Ａ及び３１Ｂに対して、共に第１の配線１１からの電流磁界を充分印加し、２つの磁気記憶素子４０Ａ及び４０Ｂの記憶層３１Ａ及び３１Ｂに、同じ向きの磁化Ｍ１Ａ及びＭ１Ｂを記録する。図８Ａでは第１の配線４１に流す電流Ｉを図中手前向きにしているため、電流磁場が反時計回りになり、各記憶層３１Ａ及び３１Ｂに右向きに作用し、記憶層３１Ａの磁化Ｍ１Ａ及び記憶層３１Ｂの磁化Ｍ１Ｂが共に右向きになる。
次に、第２段階として、例えば図８Ｂに示すように、第１の配線４１に流す電流Ｉを第１段階とは逆向きにして、さらに第２の配線４２に流す電流を下げて磁場遮蔽体３５の薄い部分３５Ｂだけをキュリー温度以上とし、磁場遮蔽体３５の薄い部分３５Ｂの下にある右の磁気記憶素子の記憶層３１Ｂだけに第１の配線４１からの電流磁場を充分印加する。第１の配線４１に流す電流Ｉが逆向きであることから、電流磁場も逆向きになり、これにより右の磁気記憶素子の記憶層３１Ｂの磁化Ｍ１Ｂの向きは、第１段階とは反転する。図８Ｂでは第１の配線４１に流す電流Ｉを図中向こう向きにしているため、電流磁場が時計回りになり、記憶層３１Ｂに左向きに作用し、記憶層３１Ｂの磁化Ｍ１Ｂが右向きから左向きに反転する。このとき、左の磁気記憶素子の記憶層３１Ａには第１の配線４１からの電流磁場が充分に印加されないため記憶層３１Ａの磁化Ｍ１Ａは反転せず、第１段階と同じ向き（図８Ｂでは右向き）のままである。
なお、図８Ｂとは反対に、左の磁気記憶素子の記憶層３１Ａの磁化Ｍ１Ａを左向き、右の磁気記憶素子の記憶層３１Ｂの磁化Ｍ１Ｂを右向きにそれぞれ記録するためには、第１の配線４１に流す電流Ｉを、第１段階及び第２段階においてそれぞれ図８Ａ及び図８Ｂとは逆の向きにすればよい。
【００５８】
また、本実施の形態の磁気記憶素子において、上述した記録動作を可能にするための回路構成としては、例えば図９に示す回路構成が考えられる。
図９に示すように、第１の配線４１の一端にＮＯＴ回路ＮＯＴを接続し、第１の配線４１の両端に記録する情報に対応して＋或いは−の電圧φＤＡＴＡを供給するように構成する。
また、第２の配線４２の一端に電源電圧ＶDDを供給し、他端に配線４２に流す電流量を変える回路を接続する。この回路は、第１の選択トランジスタＴ１及び第１の抵抗Ｒ１が直列接続された第１の経路と、第２の選択トランジスタＴ２及び第２の抵抗Ｒ２が直列接続された第２の経路とが並列接続されて、一端が接地されている。第１の選択トランジスタＴ１のゲートに第１の選択電圧φＶ１が供給され、第２の選択トランジスタＴ２のゲートに第２の選択電圧φＶ２が供給される。
そして、第１の抵抗Ｒ１及び第２の抵抗Ｒ２の各抵抗値の大小関係をＲ１＜Ｒ２とすれば、第１の選択電圧φＶ１により第１の選択トランジスタＴ１がオンになったときは、第１の抵抗Ｒ１の抵抗値が小さいので第２の配線４２に流れる電流が多くなって磁場遮蔽体３５の全領域３５Ａ，３５Ｂの温度が高くなって、その結果２つの磁気記憶素子４０Ａ，４０Ｂに対して記録が行われる。一方、第２の選択電圧φＶ２により第２の選択トランジスタＴ２がオンになったときは、第２の抵抗Ｒ２の抵抗値が大きいので第２の配線４２に流れる電流が少なくなって磁場遮蔽体３５の薄い部分３５だけが温度が高くなり、その結果右の磁気記憶素子４０Ｂに対してのみ記録が行われる。
【００５９】
上述の本実施の形態によれば、電流磁場を印加する第１の配線４１と、磁気記憶素子４０Ａ，４０Ｂの各記憶層３１Ａ，３１Ｂとの間に、軟磁性体より成る磁場遮蔽体３５が設けられていることにより、室温付近では磁場遮蔽体３５により第１の配線４１からの電流磁場の一部又は全部が遮蔽され、記憶層３１Ａ，３１Ｂの磁化反転が起こらず記録が行われない。また、第２の配線４２に電流を流して、磁場遮蔽体３５に電流を流して発熱させたときには、磁場遮蔽体３５の遮蔽能力が低下又は消失し、記憶層３１Ａ，３１Ｂに印加される電流磁場が充分大きくなることから、記憶層３１Ａ，３１Ｂへの情報の記録が行われる。
これにより、先の実施の形態の磁気記憶素子１０と同様に、第１の配線４１及び第２の配線４２に共に充分な電流を流した場合には、上述した記録動作が行われ、第１の配線４１のみに電流を流した場合や、第２の配線４２のみに電流を流した場合には、記憶層３１Ａ，３１Ｂへの記録が行われない。
【００６０】
また、第２の配線４２に流す電流量を少なく設定して、磁場遮蔽体３５の薄い部分３５Ｂのみが磁場転移温度以上になるようにすれば、この薄い部分３５Ｂの下にある一方の磁気記憶素子４０Ｂの記憶層３１Ｂのみに第１の配線４１からの電流磁場が充分な大きさで印加され、この記憶層３１Ｂのみに情報の記録が行われ、他方の磁気記憶素子４０Ａの記憶層３１Ａには情報記録が行われない。
これにより、一方の磁気記憶素子４０Ｂに選択的に記録を行うことができる。さらに、図８に示したように、両方の磁気記憶素子４０Ａ及び４０Ｂに記録を行う前述の記録動作と組み合わせれば、２つの磁気記憶素子４０Ａ及び４０Ｂに任意の情報の記録を行うことができる。
【００６１】
従って、図６の構成の２つの磁気記憶素子４０Ａ，４０Ｂを複数組有する磁気記憶装置を構成したときに、磁気記憶素子４０Ａ，４０Ｂの記憶層３１Ａ，３１Ｂの保磁力にばらつきがあっても、第１の配線４１及び第２の配線４２の選択及び第２の配線４２に流す電流量の選定により、記録が行われる磁気記憶素子と記録が行われない磁気記憶素子とを正しく選択することができる。
即ち、本実施の形態の磁気記憶素子を用いることにより、安定して正確な情報の記録ができる磁気記憶装置を構成することが可能になる。
【００６２】
上述の図６に示した実施の形態の磁気記憶素子４０Ａ，４０Ｂを用いても、図３に示した磁気記憶装置２０と同様にして磁気記憶装置を構成することができる。
図６に示した磁気記憶素子４０Ａ，４０Ｂを用いて磁気記憶装置を構成することにより、電流を流す第１の配線４１及び第２の配線４２を選択し、第２の配線４２に流す電流量を選定して磁場遮蔽体３５の状態を設定すれば、その他の磁気記憶素子に誤って記録してしまうことがなくなり、各磁気記憶素子４０Ａ，４０Ｂの記憶層３１Ａ，３１Ｂの保磁力にばらつきがあっても、書き損じなく安定して正確に記録を行うことが可能になる。
【００６３】
次に、本発明に係る磁気記憶素子のさらに他の実施の形態の概略構成図（斜視図）を図１０に示す。
本実施の形態では、２つの磁気記憶素子６０Ａ及び６０Ｂが、第１の配線（ビット線）６１と平行で第２の配線（ワード線）６２と垂直な方向に配置されている。そして、図中手前側の第１の磁気記憶素子６０Ａの記憶層５１Ａの上方に長さの短い磁場遮蔽体５２が配置され、図中奥側の第２の磁気記憶素子６０Ｂの記憶層５１Ｂの上方に長さの長い磁場遮蔽体５３が配置され、これら２つの磁場遮蔽体５２及び５３が並列に同一の第２の配線６２に接続されている。２つの磁場遮蔽体５２及び５３は、材料及び幅が同一で長さが異なる構成とされる。２つの磁場遮蔽体５２及び５３の材料には、例えば前述した各種の軟磁性体を用いることができる。
【００６４】
このように磁場遮蔽体５２，５３が構成されていることにより、短い磁場遮蔽体５２は抵抗値が低く、長い磁場遮蔽体５３は抵抗値が高くなる。
図６に示した実施の形態では磁場遮蔽体３５の２つの領域３５Ａ，３５Ｂが直列に接続されているため、抵抗値が高い薄い部分３５Ｂの発熱量が大きい。
これに対して、本実施の形態では、２つの磁場遮蔽体５２及び５３が並列に同一の第２の配線６２に接続されているため、磁場遮蔽体５２及び５３の両端にかかる電圧が等しくなる。これにより、抵抗値が低い方に大きい電流が流れ、発熱量も大きくなることから、短い磁場遮蔽体５２は、長い磁場遮蔽体５３と比較して、発熱量が大きく磁化が減少しやすくなる。
従って、第２の配線６２に流す電流量を調整すれば、短い磁場遮蔽体５２の下にある磁気記憶素子６０Ａの記憶層５１Ａだけに記録を行うことができる。
【００６５】
ここで、本実施の形態の磁気記憶素子６０Ａ，６０Ｂについて、図５と同様にして、ビット線の電流ｉB とワード線の電流ｉW を変えたときの記憶層５１Ａ，５１Ｂの磁化反転確率の変化を測定した。
短い磁場遮蔽体５２を長さ１．５μｍ・幅１μｍとし、長い磁場遮蔽体５３を長さ２μｍ・幅１μｍとした。記憶層５１Ａ及び５１Ｂ、トンネル絶縁層、磁化固定層は、図４Ｂの場合と同一構成にした。
【００６６】
短い磁場遮蔽体５２の下に位置する第１の磁気記憶素子６０Ａの測定結果を図１１Ａに示し、長い磁場遮蔽体５３の下に位置する第２の磁気記憶素子６０Ｂの測定結果を図１１Ｂに示す。
図１１Ａより、第１の磁気記憶素子６０Ａの記憶層５１Ａの磁化反転に必要なビット線電流ｉB は、ワード線電流ｉW が１０ｍＡでも２０ｍＡでも変化は小さい。
一方、図１１Ｂより、第２の磁気記憶素子６０Ｂの記憶層５１Ｂの磁化反転に必要なビット線電流ｉB は、ワード線電流ｉW が１０ｍＡと２０ｍＡとでは大きく異なる。
【００６７】
従って、始めにワード線に２０ｍＡの電流ｉW を流し、１７．５ｍＡ以上のビット線電流ｉB を流せば、第１の磁気記憶素子の記憶層５１Ａ、第２の磁気記憶素子の記憶層５１Ｂを、共に同じ向きに磁化させることができる。その後、ワード線電流ｉW を１０ｍＡまで下げて、１７．５ｍＡ以上２０ｍＡ以下のビット線電流ｉW で記録すれば、第１の磁気記憶素子の記憶層５１Ａにのみ記録が行える。
このようにして、第１の磁気記憶素子６０Ａ及び第２の磁気記憶素子６０Ｂに任意の記録が行えることがわかる。
【００６８】
上述の本実施の形態によれば、電流磁場を印加する第１の配線６１と、磁気記憶素子６０Ａ，６０Ｂの各記憶層５１Ａ，５１Ｂとの間に、軟磁性体より成る磁場遮蔽体５２，５３が設けられていることにより、図１に示した先の実施の形態の磁気記憶素子１０と同様に、第１の配線６１及び第２の配線６２に共に充分な電流を流した場合には、２つの磁気記憶素子６０Ａ及び６０Ｂの記憶層５１Ａ及び５２Ｂに対して記録動作が行われ、第１の配線６１のみに電流を流した場合や、第２の配線６２のみに電流を流した場合には、記憶層５１Ａ，５１Ｂへの記録が行われない。
【００６９】
また、第２の配線６２に流す電流量を少なく設定して、短い磁場遮蔽体５２のみが磁場転移温度以上になるようにすれば、この磁場遮蔽体５２の下にある一方の磁気記憶素子６０Ａの記憶層５１Ａのみに第１の配線６１からの電流磁場が充分な大きさで印加され、この記憶層５１Ａのみに情報の記録が行われ、他方の磁気記憶素子６０Ｂの記憶層５１Ｂには情報記録が行われない。
これにより、一方の磁気記憶素子６０Ａに選択的に記録を行うことができる。
さらに、図８に示したと同様に、両方の磁気記憶素子６０Ａ及び６０Ｂに記録を行う記録動作と組み合わせれば、２つの磁気記憶素子６０Ａ及び６０Ｂに任意の情報の記録を行うことができる。
【００７０】
従って、図１０の構成の２つの磁気記憶素子６０Ａ，６０Ｂを複数組有する磁気記憶装置を構成したときに、磁気記憶素子６０Ａ，６０Ｂの記憶層５１Ａ，５１Ｂの保磁力にばらつきがあっても、第１の配線６１及び第２の配線６２の選択及び第２の配線６２に流す電流量の選定により、記録が行われる磁気記憶素子と記録が行われない磁気記憶素子とを正しく選択することができる。
即ち、本実施の形態の磁気記憶素子を用いることにより、安定して正確な情報の記録ができる磁気記憶装置を構成することが可能になる。
【００７１】
なお、２つの磁場遮蔽体の長さを異ならせる代わりに、幅を異ならせる構成としても同様のことが可能である。この場合、幅の狭い磁場遮蔽体の方が高い抵抗値を有し、発熱量が大きくなる。
【００７２】
上述の図１０に示した実施の形態の磁気記憶素子６０Ａ，６０Ｂを用いても、図３に示した磁気記憶装置２０と同様にして磁気記憶装置を構成することができる。
図１０に示した磁気記憶素子を用いて磁気記憶装置を構成することにより、電流を流す第１の配線６１及び第２の配線６２を選択し、第２の配線６２に流す電流の大きさを選定して磁場遮蔽体５２，５３の状態を設定すれば、その他の磁気記憶素子に誤って記録してしまうことがなくなり、各磁気記憶素子６０Ａ，６０Ｂの記憶層５１Ａ，５１Ｂの保磁力にばらつきがあっても、書き損じなく安定して正確に記録を行うことが可能になる。
【００７３】
上述の図６や図１０に示した実施の形態では、２つの磁場遮蔽体の厚さや長さ即ち寸法を異ならせて選択記録を可能にした構成であったが、２つの磁場遮蔽体の構成はその他の構成も可能である。その場合の実施の形態を以下に示す。
【００７４】
図１２に示す実施の形態は、２つの磁場遮蔽体５３及び５４を構成する軟磁性体の材料を異ならせた場合を示している。
軟磁性体の材料を異ならせた構成としては、使用される元素が異なる複数の軟磁性体を用いた構成や、合金からなる軟磁性体の構成元素の組成比を異ならせた構成等が挙げられる。
【００７５】
本実施の形態では、軟磁性体の材料を異ならせたことにより、軟磁性体の温度特性が異なり、一方の材料が他方の材料と比較して、例えばより低い温度で磁化が減少し始めたり、例えば磁化の減少率が大きかったりする。
これにより、２つの磁場遮蔽体５３及び５４のうち、この一方の材料から成る磁場遮蔽体の下にある磁気記憶素子の記憶層にのみ記録を行うことが可能になる。
また、軟磁性体の材料を異ならせたことにより、材料の抵抗率に大きな差がある場合には、磁場遮蔽体の寸法を異ならせた場合と同様に、抵抗値の差により発熱量の大小が生じる。これによっても、一方の磁場遮蔽体の下にある磁気記憶素子の記憶層にのみ記録を行うことが可能になる。
【００７６】
図１３に示す実施の形態は、同一材料から成り寸法も同一の磁場遮蔽体５３を２個並列に第２の配線１２に接続し、一方の磁場遮蔽体５３、図１３では手前の磁場遮蔽体５３に他の部品（膜や素子）５５を取り付けた場合を示している。
他の部品５５としては、例えば導電膜のように電気的特性を変えて磁場遮蔽体５３を流れる電流量を変えるものや、例えばヒートシンクや冷却手段（ペルチェ素子と同様の機能を有するもの）、或いは加熱手段（発熱抵抗体等）のように温度特性を変えて磁場遮蔽体５３の温度変化を変えるものが考えられる。
他の部品５５として、導電膜を用いた場合には、導電膜に大きい電流が流れ、発熱量が増大するため、第２の配線６２の電流量を調整することにより、導電膜５５を設けた側の磁気記憶素子６０Ａにのみ記録を行うことが可能になる。
他の部品５５として、ヒートシンクや冷却手段を用いた場合には、磁場遮蔽体５３が冷却されて磁化の減少が抑制されるため、第２の配線６２の電流量を調整することにより、部品５５を設けていない側の磁気記憶素子６０Ｂにのみ記録を行うことが可能になる。
他の部品５５として、加熱手段（発熱抵抗体等）を用いた場合には、逆に磁場遮蔽体５３が加熱されて磁化の減少が促進されるため、第２の配線６２の電流量を調整することにより、部品５５を設けた側の磁気記憶素子６０Ａにのみ記録を行うことが可能になる。
【００７７】
なお、図１２や図１３に示した実施の形態は、２つの磁場遮蔽体を第２の配線６２に並列に接続しているが、２つの磁場遮蔽体を図６と同様に直列に接続して第２の配線６２に接続する構成としても良い。直列に接続すると電流が同じになるため、抵抗値の大きい方の発熱量が大きくなる。
また、２つの磁場遮蔽体を第２の配線に並列に接続する構成において、２つの磁場遮蔽体の厚さを異ならせてもよい。
【００７８】
さらに、２つの磁場遮蔽体を、上述した寸法（厚さや長さ、幅）、軟磁性体の材料、他の部品の有無、の各要素について、複数の要素が異なる構成としてもよい。この場合、要素が異なることによる作用が、互いに打ち消し合うよりも、強め合うように構成することが望ましい。
また、３つ以上の磁気記憶素子に対して、それぞれ異なる磁場遮蔽体を１つずつ配置して磁気記憶装置を構成し、各磁気記憶素子に選択的に記録を行う構成も可能である。
【００７９】
即ち、本発明の磁気記憶装置において、複数の磁気記憶素子に対して、それぞれ構成（要素）の異なる磁場遮蔽体を配置すると共に、各磁場遮蔽体が共通の第２の配線により加熱される磁気記憶素子群を構成することができる。
そして、同数の磁気記憶素子から成る磁気記憶素子群を、多数配置して磁気記憶装置を構成することができる。
【００８０】
この構成の磁気記憶装置に記録を行う場合には、まず第１の工程として、ある磁気記憶素子群の全ての磁場遮蔽体を第２の配線により加熱して遮蔽能力を低下又は消失させた状態で、第１の配線から電流磁場を印加することにより、磁気記憶素子群の全ての磁気記憶素子に対して、それぞれの記憶層に同じ向きの磁化情報を記録する。このとき第１の配線に流す電流の向きは、遮蔽能力が最も低下しにくい、例えば磁場遮蔽体の温度と磁場遮蔽体の磁気転移の温度との差が最も小さい、磁場遮蔽体に対応する１番目の磁気記憶素子に記憶する情報の内容に対応させて設定する。
次に、第２の工程として、第２の配線に流す電流をより小さい電流に設定して、磁場遮蔽体の温度を下げることにより、１番目の磁気記憶素子にのみ磁場遮蔽体の遮蔽能力を復活させることができ、この状態で第１の配線から電流磁場を印加することにより、１番目以外の磁気記憶素子に対して、それぞれの記憶層に同じ向きの磁化情報を記録する。このとき第１の配線に流す電流の向きは、遮蔽能力が次に低下しにくい磁場遮蔽体に対応する２番目の磁気記憶素子に記憶する情報の内容に対応させて設定する。
以下、第３の工程以降、第２の配線に流す電流を小さくしていき、磁場遮蔽体の遮蔽能力を１つずつ復活させることにより、磁化情報が記録される磁気記憶素子の数を減らしていき、最終的に磁気記憶素子群を構成する全ての磁気記憶素子に任意の情報を記録することができる。
なお、例えば１０１０１０のように、１つずつ異なる情報を記録する場合は磁気記憶素子群を構成する磁気記憶素子の数の工程を必要とするが、例えば１１０００１のように同じ情報が２つ以上連続する場合は、情報が変わる所から次の記録を行うようにすればよい。
【００８１】
上述の各実施の形態では、磁場遮蔽体の加熱を、第２の配線１２，４２，６２から磁場遮蔽体５，３５，５２，５３に直接電流を流して行っているが、本発明では、磁場遮蔽体の上或いは下に導体膜を形成し、この導体膜に電流を流して磁場遮蔽体の加熱を行っても良い。
【００８２】
また、上述の各実施の形態では、第１の配線１１，４１，６１に電流を流すことにより発生する電流磁場を用いて記憶層１，３１Ａ，３１Ｂ，５１Ａ，５１Ｂに磁場を印加している。
記憶層に磁場を印加する磁場印加手段は、このように配線に電流を流して電流磁場を発生させる構成が最も簡単で効果的であるが、本発明は、磁場印加手段は電流磁場を発生させる構成に限定されるものではなく、磁場印加手段をその他の構成としてもよい。
例えばフェリ磁性体などの温度により磁化が変化する材料を用いて磁場印加手段を構成し、温度変化により磁化を変化させて発生する磁場の大きさを変えるようにすることも可能である。
なお、磁場印加手段として、例えば電流磁場を発生させる配線の背面（記憶層とは反対の面）或いは側面に、磁束集中用の軟磁性体を配置した構造とすることも可能である。
【００８３】
また、上述の各実施の形態では、磁気記憶素子上の部分のみを軟磁性体より成る磁場遮蔽体として、それ以外の部分は第２の配線（Ｃｕ等の導電性の良い材料が用いられる）としているが、本発明では、第２の配線（例えばワード線）を全て軟磁性体で構成しても良い。
【００８４】
また、上述の各実施の形態では、記憶層の磁化状態の検出（読み出し）を行うために、記憶層に対してトンネル絶縁層を挟んで磁化固定層を配置して磁気トンネル接合素子を構成したが、本発明において記憶層の磁化状態を検出するための構成は、磁気トンネル接合素子に限定されるものではなく、その他の構成（例えば巨大磁気抵抗効果素子（ＧＭＲ素子）やホール素子等）としてもよい。
【００８５】
また、本発明に係る磁気記憶装置において、磁気記憶素子の記憶層に印加される磁場を制御するには、第１の配線（例えばビット線）、記憶層、第２の配線（例えばワード線）の順に配置した構成と、第１の配線（例えばビット線）、第２の配線（例えばワード線）、記憶層の順に配置した構成の、いずれの構成も可能である。
このうち、図３に示したように、第１の配線（例えばビット線）１１、第２の配線（例えばワード線）１２、記憶層１の順番に配置して、磁場遮蔽体５を磁場印加手段（第１の配線１１）と記憶層１との間に配置するのが、記憶層にかかる磁場の変化を大きくできるので好都合である。
【００８６】
本発明は、上述の実施の形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲でその他様々な構成が取り得る。
【００８７】
【発明の効果】
上述の本発明によれば、磁場遮蔽体を加熱していない場合には、磁気記憶素子の記憶層に誤って磁化状態の記録が行われないため、書き損じがなく、磁気記憶素子に正しく情報の記録を行うことが可能になる。これにより、磁気記憶素子に選択性良く記録を行うことができる。
また、磁場遮蔽体を加熱することにより記憶層への記録が行われるため、各磁気記憶素子の記憶層の保磁力等の磁気特性のばらつきがあっても、その影響を受けることなく、正確に情報を記録することができる。
従って、本発明によれば、安定して正確に情報を記録することができる磁気記憶装置を構成することが可能になる。
そして、記憶容量を大きくするために、磁気記憶素子を微小化するほど、各磁気記憶素子の記憶層の保磁力が増大し、磁気特性のばらつきも大きくなる傾向があるため、本発明は磁気記憶装置の記憶容量を増大させるために有効である。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明に係る磁気記憶素子の一実施の形態の概略構成図（断面図）である。
【図２】Ａ、Ｂ 図１の磁気記憶素子の記録動作を説明する図である。
【図３】 図１の磁気記憶素子を用いた磁気記憶装置の概略構成図（斜視図）である。
【図４】Ａ 従来のＭＲＡＭに用いられる磁気記憶素子の斜視図である。
Ｂ 図１の磁気記憶素子の斜視図である。
【図５】Ａ 図４Ａの磁気記憶素子のワード線電流とビット線電流を変えたときの磁化反転確率の変化を示す図である。
Ｂ 図４Ｂの磁気記憶素子のワード線電流とビット線電流を変えたときの磁化反転確率の変化を示す図である。
【図６】 本発明に係る磁気記憶素子の他の実施の形態の概略構成図（断面図）である。
【図７】Ａ〜Ｃ 図６の構成における、磁場遮蔽体の温度による電流磁場の磁力線の状態の変化を示す図である。
【図８】Ａ、Ｂ 図６の２つの磁気記憶素子に異なる情報を記録する方法を説明する図である。
【図９】 図６の構成において図８に示した記録動作を可能にする回路構成の一形態を示す図である。
【図１０】 本発明に係る磁気記憶素子のさらに他の実施の形態の概略構成図（斜視図）である。
【図１１】Ａ、Ｂ 図１０の磁気記憶素子のワード線電流とビット線電流を変えたときの磁化反転確率の変化を示す図である。
【図１２】 材料の異なる２つの磁場遮蔽体を用いて並列に接続した実施の形態を示す図である。
【図１３】 ２つの磁場遮蔽体の一方に他の部品を設けた実施の形態を示す図である。
【符号の説明】
１，３１Ａ，３１Ｂ，５１Ａ，５１Ｂ 記憶層、２，３２ トンネル絶縁層、３，３３ 磁化固定層、４ 磁気トンネル接合素子、５，３５，５３，５４ 磁場遮蔽体、１０，４０Ａ，４０Ｂ，６０Ａ，６０Ｂ 磁気記憶素子、１１，４１，６１ 第１の配線、１２，４２，６２ 第２の配線、２０ 磁気記憶装置
【発明の属する技術分野】
本発明は、不揮発性メモリに用いて好適な、磁気記憶素子の記録方法、並びに磁気記憶素子を用いて構成された磁気記憶装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
コンピュータ等の情報機器においては、ランダム・アクセス・メモリとして、動作が高速で、高密度のＤＲＡＭが広く使用されている。
しかし、ＤＲＡＭは電源を切ると情報が消えてしまう揮発性メモリであるため、情報が消えない不揮発のメモリが望まれている。
【０００３】
そして、不揮発メモリとして、磁性体の磁化状態により情報を記録する磁気記憶素子を用いた磁気ランダム・アクセス・メモリ（ＭＲＡＭ）の開発が進められている（例えば非特許文献１参照）。
【０００４】
【非特許文献１】
日経エレクトロニクス ２００１．２．１２号（第１６４頁−第１７１頁）
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
上述のＭＲＡＭは、直交する２種類の配線（例えばワード線とビット線）がそれぞれ複数本形成され、これら２種類の配線の各交点に磁気記憶素子が設けられることにより、多数の磁気記憶素子がマトリクス状に配置された磁気記憶装置を構成している。そして、２種類の配線について、それぞれ特定の配線に電流を流すことにより、電流を流した配線の交点に位置する磁気記憶素子のみを選択して、その磁気記憶素子の記憶層の磁化を電流磁界によって反転させて、情報の記録を行っている。
【０００６】
しかしながら、ＭＲＡＭを構成する各磁気記憶素子の磁気特性にばらつきがあると、目的の（記録を行うべき）磁気記憶素子以外の磁気記憶素子で磁化の反転が起きてしまうことがあり、正しい記録を行うことができなくなるため好ましくない。また、目的の磁気記憶素子以外の磁気記憶素子で磁化が全く反転しないようにするために、電流磁界を充分小さくしてしまうと、目的の磁気記憶素子のうち一部に対して記録を失敗する可能性もある。
【０００７】
今後、ＭＲＡＭにおいても、記憶容量を増加するために、高密度化を図る必要があり、メモリセルを構成する磁気記憶素子の縮小化が求められることから、磁気記憶素子の記憶層に用いられる磁性体の寸法も小さくする必要がある。
そして、磁性体は寸法の縮小化に従って保磁力が増加する傾向を有するため、ＭＲＡＭの磁気記憶素子においても、縮小化に伴い記録層の保磁力が増加していく。このように保磁力が増加すると、各磁気記憶素子の保磁力のばらつきを小さくすることが難しくなってくる。
【０００８】
上述した問題の解決のために、本発明においては、書き損じがなく正しく情報の記録を行うことが可能な磁気記憶素子の記録方法を提供する。また、この磁気記憶素子を備えて、各磁気記憶素子に磁気特性のばらつきがあっても、安定して正確に情報を記録することができる磁気記憶装置を提供するものである。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明の磁気記憶素子の記録方法は、磁化状態を情報として保持する記憶層と、この記憶層に磁場を印加する磁場印加手段と、これら磁場印加手段と記憶層との間に配置され、軟磁性体により成り、磁場印加手段からの磁場の少なくとも一部を遮蔽する磁場遮蔽体とを有する磁気記憶素子に対して、磁場遮蔽体を加熱して磁場遮蔽体の少なくとも一部の磁化を減少又は消失させた状態で、磁場印加手段から記憶層に磁場を印加して、記憶層に磁化状態の記録を行うものである。
【００１１】
本発明の磁気記憶装置は、磁化状態を情報として保持する記憶層と、この記憶層に磁場を印加する磁場印加手段と、これら磁場印加手段と記憶層との間に配置され、軟磁性体により構成され、磁場印加手段からの磁場の少なくとも一部を遮蔽する磁場遮蔽体とを有する磁気記憶素子と、第１の配線と、第２の配線とを有し、これら第１の配線と第２の配線とが交差する交点に、それぞれ磁気記憶素子が配置されて成り、第１の配線が磁気記憶素子の磁場印加手段を構成し、この第１の配線から電流磁場が記憶層に印加され、第２の配線により磁場遮蔽体が加熱されるものである。
【００１２】
また、上記本発明の磁気記憶装置において、複数の磁気記憶素子の各磁気記憶素子に対して、それぞれ構成の異なる磁場遮蔽体を配置すると共に、各磁場遮蔽体を共通の第２の配線により加熱する磁気記憶素子群を構成してもよい。
【００１３】
上述の本発明の記録方法及び本発明の磁気記憶装置に係る磁気記憶素子の構成によれば、磁化状態を情報として保持する記憶層と、この記憶層に磁場を印加する磁場印加手段と、これら磁場印加手段と記憶層との間に配置され、軟磁性体により成り、磁場印加手段からの磁場の少なくとも一部を遮蔽する磁場遮蔽体とを有することにより、磁場遮蔽体を加熱したときには、温度上昇により磁場遮蔽体を構成する軟磁性体の磁気転移温度に近くなって、磁場遮蔽体の磁化が減少又は消失して、その遮蔽能力が低下又は消失するため、磁場印加手段からの磁場を記憶層に充分な大きさで印加して、記憶層に情報を記録することが可能になる。
一方、磁場遮蔽体を加熱していないときには、磁場遮蔽体により磁場印加手段からの磁場の少なくとも一部が遮蔽されるため、記憶層に印加される磁場が小さくなり、記憶層の磁化が変化せず、記録層への記録が行われない。
従って、磁場遮蔽体の加熱の有無と磁場印加手段からの磁場の発生の有無とを選択することにより、記憶層への記録を選択して行うことが可能になる。
【００１４】
上述の本発明の磁気記憶素子の記録方法によれば、上述の磁気記憶素子に対して、磁場遮蔽体を加熱して磁場遮蔽体の少なくとも一部の磁化を減少又は消失させた状態で、磁場印加手段から記憶層に磁場を印加して、記憶層に磁化状態の記録を行うことにより、磁場遮蔽体を加熱すると共に磁場印加手段から記憶層に磁場を印加した場合には記憶層に磁化状態の記録が行われる。これに対して、磁場遮蔽体を加熱していない場合には、磁場印加手段から磁場を発生させても磁場遮蔽体により遮蔽されて、記憶層の磁化が変化しないことから、誤って記憶層に記録が行われることがない。
即ち、磁場遮蔽体の加熱及び磁場印加手段からの磁場の発生を共に行った場合には記憶層の記録を行うことができる一方で、磁場遮蔽体の加熱を行わない場合には記憶層に誤って記録が行われることがない。
従って、記憶層への記録を選択して行うことが可能になり、安定して正確に記録を行うことが可能になる。
【００１５】
上述の本発明の磁気記憶装置の構成によれば、上述の磁気記憶素子と、第１の配線と、第２の配線とを有し、これら第１の配線と第２の配線とが交差する交点に、それぞれ磁気記憶素子が配置されて成り、第１の配線が磁気記憶素子の磁場印加手段を構成し、この第１の配線から電流磁場が記憶層に印加され、第２の配線により磁場遮蔽体が加熱される構成としたことにより、磁気記憶素子に対して上述した記録方法により記録を行うことが可能である。
即ち、第２の配線により磁場遮蔽体を加熱して磁場遮蔽体の少なくとも一部の磁化を減少又は消失させた状態で、第１の配線により記憶層に対して電流磁場を印加して、記憶層の磁化の向きを変化させて、その結果として記憶層に磁化状態（情報）を記録させることができる。
そして、対応する第１の配線と第２の配線とを共に選択した磁気記憶素子では、上述したように記憶層に情報の記録が行われるのに対して、対応する第２の配線が選択されていない磁気記憶素子では、磁場遮蔽体が加熱されず第１の配線からの電流磁場の少なくとも一部が磁場遮蔽体により遮蔽されて記憶層に印加される電流磁場が小さくなるため、記憶層の磁化の向きが変化せず、記憶層へ誤って記録されることがない。
即ち、選択された磁気記憶素子以外の磁気記憶素子に対して、書き損じを生じることがない。
また、第２の配線により磁場遮蔽体を加熱して磁場遮蔽体の遮蔽能力が低下することにより記録が行われるため、磁気記憶素子の記憶層の保磁力にばらつきがあっても、加熱により確実に磁場遮蔽体の遮蔽能力を低下させて記憶層に記録を行うことができる。
即ち、磁気記憶素子の磁気特性（保磁力等）のばらつきの影響を受けにくい磁気記憶装置を構成することができる。
【００１６】
また、上記本発明の磁気記憶装置において、複数の磁気記憶素子の各磁気記憶素子に対して、それぞれ構成の異なる磁場遮蔽体を配置すると共に、各磁場遮蔽体を共通の第２の配線により加熱する磁気記憶素子群を構成したときには、第２の配線に流す電流の量を調整して、磁場遮蔽体の温度を制御することにより、構成の異なる磁場遮蔽体のうち、遮蔽能力が発揮される磁場遮蔽体の数を変えて、これにより磁気記憶素子群を構成する複数の磁気記憶素子のうち記憶層に磁化状態が記録される素子の数を変えることができる。
そして、記憶層に磁化状態が記録される素子の数を変えて複数段階の記録を行うようにすれば、磁気記憶素子群を構成する複数の磁気記憶素子に任意の記録を行うことが可能になる。
【００１７】
【発明の実施の形態】
本発明に係る磁気記憶素子の一実施の形態の概略構成図（断面図）を図１に示す。
この磁気記憶素子１０は、情報が磁化の向きにより記録される記憶層１と磁化の向きが固定された磁化固定層３とが、トンネル絶縁膜２を挟んで配置されて、磁気トンネル接合素子（ＭＴＪ）４が構成されている。
この磁気トンネル接合素子４は、図中左右方向が磁性層１，３の磁化容易軸方向になり、紙面に垂直な方向が磁性層の磁化困難軸方向になるように配置されている。
磁化固定層３は、図示しないが、強磁性層と反強磁性層との積層膜から成り、反強磁性層により強磁性層の磁化の向きを一方に固定している。
磁化固定層３の下面には、導体（電極）１４が接続され、この導体（電極）１４を介して、その下の半導体基板１５に電気的に接続されている。半導体基板１５には、素子選択用トランジスタや配線に電流を流すための駆動トランジスタ等が形成される。
【００１８】
また、本実施の形態の磁気記憶素子１０では、特に、記憶層１の上方に、磁場遮蔽体５が設けられている。
この磁場遮蔽体５は、軟磁性体により構成され、記憶層１に印加される磁場を一部又は全部遮蔽するために設けられている。
【００１９】
この磁場遮蔽体５には、磁気記憶素子１０の動作温度以上の適当な温度に磁気転移を有する軟磁性体を用いることが好ましい。この磁気転移としては、例えばＮｉＦｅ合金等のキュリー温度や、ＧｄＦｅＣｏ合金等のフェリ磁性体の補償温度等を利用することができる。
ただし、あまり磁気転移の温度が高温である場合、加熱するために第２の配線１２に大きい電流を流す必要が生じ、消費電力が増大する等の不都合がある。
そこで、例えばＮｉＦｅ合金にＣｒ，Ｍｎ等の添加物を入れてキュリー温度を低下させたものや、ＣｏＦｅＳｉＢ合金等の非晶質合金でキュリー温度を組成で調整できるものを磁場遮蔽体５に用いるとよい。
【００２０】
また、磁場遮蔽体５に用いられる軟磁性体は単層でも良く、また磁区形成を抑制するために中間に非磁性層を挟んだ３層構造等の多層構造にしても良い。
【００２１】
さらに、磁場遮蔽体５の上方に少し離れて、紙面に垂直な方向（磁性層の磁化困難軸方向）に伸びる第１の配線１１が設けられ、磁場遮蔽体５の左右端に左右方向（磁性層の磁化容易軸方向）に伸びる第２の配線１２が電気的に接続されている。
第１の配線１１に電流を流すことにより、その周囲に図中右向き或いは左向きの電流磁場を発生させることができる。
また、第２の配線１２に電流を流すことにより、磁場遮蔽体５に電流を流して磁場遮蔽体５を発熱させて、磁場遮蔽体５の温度を上昇させることができる。
【００２２】
ところで、軟磁性体は、磁化されやすい性質を有し、また一般的に温度上昇により磁化が減少する性質を有し、さらに温度が上昇すると磁化が消失して非磁性となる性質を有する。
従って、軟磁性体より成る磁場遮蔽体５は、以下に述べる性質を有する。
室温付近においては、磁化されやすく、第１の配線１１からの電流磁場により磁化されて、この電流磁場を少なくとも一部遮蔽する。
一方、加熱により温度上昇すると、磁化されにくくなり、さらには非磁性となるため、第１の配線１１からの電流磁場を遮蔽しなくなる。
この性質を利用して、室温付近においては第１の配線１１からの電流磁場を一部又は全部遮蔽し、温度上昇したときには第１の配線１１からの電流磁場を遮蔽せず、電流磁場を記憶層１に充分に印加することが可能になる。
【００２３】
続いて、上述の構成を有する本実施の形態の磁気記憶素子１０において、情報を記録する方法を、図２を参照して説明する。図２では、第１の配線１１、磁場遮蔽体５、記憶層１のみを抽出して示している。
【００２４】
磁場遮蔽体５を加熱しないで、第１の配線１１に電流を流したときには、図２Ａに示すように、第１の配線１１に流れる（図中紙面に垂直な向こう向きの）電流Ｉにより、時計回りの電流磁場が発生し、この電流磁場の磁力線Ｈが軟磁性体から成る磁場遮蔽体５内を通る。その結果、記憶層１に流れる磁束が減少し、記憶層１の磁化反転は起こらない。
【００２５】
これに対して、磁場遮蔽体５をそのキュリー温度以上に加熱して、かつ第１の配線１１に（図中紙面に垂直な向こう向きの）電流Ｉを流したときには、磁場遮蔽体５の磁化が消失して非磁性化するため、電流磁場の磁力線Ｈが磁場遮蔽体５に集中しなくなり、磁場遮蔽体５を通り抜けて記憶層１に達する。これにより、記憶層１に充分に大きい電流磁場が印加され、記憶層１の磁化反転が起こり、記憶層１の磁化Ｍ１が図中左向きとなる。
なお、記憶層１の磁化Ｍ１を図中右向きにする場合には、磁場遮蔽体５をそのキュリー温度以上に加熱して、かつ第１の配線１１に、図中紙面に垂直な手前向きの電流を流せばよい。
このようにして、記憶層１に、記録する情報に対応して、右向き或いは左向きの磁化情報が記録される。
【００２６】
また、本実施の形態の磁気記憶素子１０では、磁場遮蔽体５の加熱を、図１に示したように第２の配線１２に電流を流すことにより行っている。
従って、第１の配線１１及び第２の配線１２に、共に充分な電流を流したときには、磁場遮蔽体５が加熱されて、図２Ｂに示したように、記憶層１に電流磁場が印加されて、記憶層１に磁化状態の記録が行われる。
一方、第２の配線１２に電流を流さない、或いは第２の配線１２に流す電流が小さいときには、磁場遮蔽体５がキュリー温度まで達しないため、図２Ａに示したように、磁場遮蔽体５によって第１の配線１１からの電流磁場の一部又は全部が遮蔽される。
【００２７】
なお、上述の記録動作の説明では、磁場遮蔽体５に電流を流してそのキュリー温度に達するまで加熱して記録を行うようにしているが、第１の配線１１からの電流磁場の大きさと記憶層１の保磁力との関係によっては、磁場遮蔽体５をキュリー温度以上まで加熱しなくても、記憶層１の磁化を反転させて記録を行うことができる。
この場合は、加熱により磁場遮蔽体５の磁化が弱まって、磁場遮蔽体５の遮蔽能力が低下することにより、第１の配線１１から記憶層１に印加される電流磁場が強まり、その結果として記憶層１の磁化を反転させることが可能になり、記憶層１への情報の記録が可能になる。
また、キュリー温度の代わりに、磁気転移温度として、前述したフェリ磁性体の補償温度を利用しても同様の記録動作を行うことが可能である。
【００２８】
そして、記憶層１に記録された磁化情報の検出（読み出し）は、従来のＭＲＡＭに用いられている磁気記憶素子と同様にして行うことができる。
即ち、記憶層１の磁化Ｍ１の向きと磁化固定層３の磁化の向きとが平行（同じ向き）の関係にあるか、反平行（反対向き）の関係にあるかによって、トンネル絶縁膜２を流れるトンネル電流に対する抵抗が変化するので、この抵抗値又は電流値によって、記憶層１に記録された磁化情報を検出することができる。
【００２９】
上述の本実施の形態の磁気記憶素子１０によれば、記憶層１に電流磁場を印加する第１の配線１１と、記憶層１との間に、軟磁性体より成る磁場遮蔽体５が設けられていることにより、室温付近では磁場遮蔽体５により第１の配線１１からの電流磁場の磁力線が磁場遮蔽体５内に集中し、電流磁場の一部又は全部が遮蔽され、記憶層１に印加される電流磁場が小さくなるため、記憶層１の磁化反転が起こらなくなる。
一方、第２の配線１２に電流を流して、磁場遮蔽体５に電流を流して発熱させたときには、磁場遮蔽体５が加熱されてその磁化が減少又は消失することにより遮蔽能力が低下又は消失し、記憶層１に印加される電流磁場が充分大きくなることから、記憶層１の磁化反転が起こり、記憶層１への情報の記録が行われる。
【００３０】
従って、第１の配線１１及び第２の配線１２に共に電流を流した場合には、上述した記録動作が行われる。
これに対し、第１の配線１１のみに電流を流した場合には、磁場遮蔽体５により第１の配線１１からの電流磁場が一部又は全部遮蔽されるため、記憶層１に印加される電流磁場が小さくなり、記憶層１への記録は行われない。
また、第２の配線１２のみに電流を流した場合には、磁場遮蔽体５が加熱されてその遮蔽能力が低下又は消失するが、第１の配線１１からの電流磁場が発生しないため、やはり記憶層１への記録は行われない。
【００３１】
上述のように、第１の配線１１及び第２の配線１２に共に電流を流していなければ、記憶層１に記録が行われない。
このため、複数の磁気記憶素子１０を有する磁気記憶装置を構成したときに、電流を流す第１の配線１１及び第２の配線１２を適切に選択すれば、選択された第１の配線１１及び第２の配線１２の交点にある、選択した磁気記憶素子１０の記憶層１は第２の配線１２に電流が流れ加熱されることによって磁場遮蔽体５の遮蔽能力が低下するため、記憶層１の保磁力にばらつきがあっても第１の配線１１からの電流磁場が充分な大きさで印加され、記憶層１に記録が行われる。
一方、その他の選択していない磁気記憶素子１０の記憶層１の磁化を反転することはなく、書き損じなく正確に記録を行うことができる。
このとき、磁気記憶素子１０の記憶層１の保磁力にばらつきがあっても、第１の配線１１及び第２の配線１２の選択により、記録が行われる磁気記憶素子１０と記録が行われない磁気記憶素子１０を正しく選択することができる。
【００３２】
従って、本実施の形態の磁気記憶素子１０を用いることにより、安定して正確に情報の記録を行うことができる磁気記憶装置を構成することが可能になる。
【００３３】
そして、マトリクス状に直交配置させたそれぞれ複数本の第１の配線１１及び第２の配線１２の交点に、本実施の形態の磁気記憶素子１０を配置することにより、ＭＲＡＭ等の磁気記憶装置を構成することができる。
【００３４】
次に、本発明の磁気記憶装置の一実施の形態として、上述の実施の形態の磁気記憶素子１０を用いて構成した磁気記憶装置の概略構成図（斜視図）を図３に示す。多数配置された磁気記憶素子１０のうち、図３では縦２個・横２個分を図示している。
【００３５】
この磁気記憶装置２０は、図３に示すように、マトリクス状に直交配置させたそれぞれ多数の第１の配線（例えばビット線）１１及び第２の配線（例えばワード線）１２の交点に、平面形状が長方形状とされ、図１に示した断面構造を有する磁気記憶素子１０を配置して構成されている。
各磁気記憶素子１０は、図１に示したように、記憶層１の下にトンネル絶縁層２を介して磁化固定層３が配置され、記憶層１と第１の配線１１との間に軟磁性体より成る磁場遮蔽体５が配置されている。また、第１の配線１１は、磁気記憶素子１０の磁化困難軸方向（Ｙ方向）と平行になっており、第２の配線１２は磁気記憶素子１０の磁化容易軸方向（Ｘ方向）と平行になっている。
【００３６】
第１の配線１１の一端には、第１の配線１１に電流を流すための駆動トランジスタ２１が接続されている。
第２の配線１２の一端には、第２の配線１２に電流を流すための駆動トランジスタ２２が接続されている。
磁化固定層３には、記憶層１の磁化状態を検出するための素子選択用トランジスタ２３が接続されている。
【００３７】
このように磁気記憶装置を構成した場合、例えば次のようにして磁気記憶素子１０に対して記録を行う。
【００３８】
多数ある第１の配線１１及び第２の配線１２からそれぞれ１本を選択し、これら選択した第１の配線１１及び第２の配線１２の交点に配置された磁気記憶素子１０に、記憶する情報の内容（「０」或いは「１」）に対応して、第１の配線１１に流す電流の向きを選定して、第１の配線１１に電流を流す。これにより、第２の配線１２に流す電流により、磁場遮蔽体５が加熱されて、温度上昇により磁化が減少又は消失し、磁場遮蔽体５の遮蔽能力が低下又は消失し、第１の配線１１からの充分な大きさの電流磁場が記憶層１に印加されて情報が記録される。
そして、選択する第１の配線１１及び第２の配線１２を変えることにより、他の任意の磁気記憶素子に情報を記録することができる。
【００３９】
上述したように記録を行うことにより、選択された磁気記憶素子１０、即ち対応する第１の配線１１及び第２の配線１２に共に電流を流した磁気記憶素子１０では、第２の配線１２に流した電流により磁場遮蔽体５に電流が流れて発熱することによって磁場遮蔽体５の遮蔽能力が低下又は消失し、第１の配線１１に流した電流からの電流磁場が記憶層１に充分に印加されて記憶層１に磁化状態が記録される。
【００４０】
これに対して、第１の配線１１のみに電流を流した磁気記憶素子１０では、第１の配線１１に流した電流からの電流磁場が、磁場遮蔽体５により一部又は全部遮蔽されるため、記憶層１に達する電流磁場が小さくなり、記憶層１の磁化が反転しないため、記憶層１の磁化状態は変化しない。
また、第２の配線１２のみに電流を流した磁気記憶素子１０では、第２の配線１２に電流を流したことにより磁場遮蔽体５の遮蔽能力が低下又は消失するものの、第１の配線１１からの電流磁場が発生していないため、記憶層１に電流磁場が印加されず、記憶層１の磁化が反転しないため、記憶層１の磁化状態は変化しない。
これにより、選択されていない磁気記憶素子１０に、誤って記録されることがない。
【００４１】
従って、各磁気記憶素子１０において、対応する第１の配線１１及び第２の配線１２が選択されたときだけ、記憶層１磁化情報が記録される。
即ち誤って目的以外の磁気記憶素子１０に記録してしまうことがない。
【００４２】
なお、この磁気記憶装置２０において、多数の磁気記憶素子１０に記録を行う場合には、第２の配線（例えばワード線）１２に対して第１の配線（例えばビット線）１１の一本ずつに順次電流磁場を発生させて、同一の第２の配線１２に対応する同一行の各磁気記憶素子１０に１つずつ順次記録を行っても良いし、複数の第１の配線（例えばビット線）１１に同時に電流磁場を発生させ、同一行の複数の磁気記憶素子に同時に記録を行ってもよい。
【００４３】
上述の本実施の形態の磁気記憶装置２０の構成によれば、誤って目的以外の磁気記憶素子１０に記録してしまうことがなくなり、各磁気記憶素子１０の記憶層１の保磁力にばらつきがあっても、書き損じなく安定して正確に記録を行うことが可能になる。
そして、記憶容量を大きくするために、磁気記憶素子を微小化するほど、各磁気記憶素子の記憶層の保磁力が増大し、磁気特性のばらつきも大きくなる傾向があるため、本実施の形態の磁気記憶装置２０は、記憶容量を増大させるために好適である。
【００４４】
また、磁場遮蔽体５を加熱して、その遮蔽能力を低下又は消失させることにより、選択された磁気記憶素子１０の記憶層１にかかる磁場を強めることができるため、第１の配線１１からの電流磁場を従来のＭＲＡＭと比較して非常に大きくする必要はなく、第１の配線に実用的な範囲の大きさの電流を流して記録を行うことができる。
【００４５】
ここで、比較例として従来のＭＲＡＭに用いられる磁気記憶素子の構成と、本発明に係る磁気記憶素子の図１に示した実施の形態の構成とを比較した。
図４Ａに示すように、比較構成として、従来のＭＲＡＭに用いられる磁気記憶素子、即ち直交する２本の導体配線１０１及び１０２に流す電流ｉＢおよびｉＷにより発生する直交磁場により強磁性体より成る記憶層１１０に情報の記録を行う磁気記憶素子を構成する。
また、図４Ｂに示すように、図１に示した磁気記憶素子１０において、第１の配線１１に電流ｉＢを流し、第２の配線１２に電流ｉＷを流す構成とする。
【００４６】
まず、図４Ａの記憶層１１０及び図４Ｂの記憶層１に、共に長軸１μｍ・短軸０．５μｍの楕円形状で膜厚さ６ｎｍのＮｉＦｅ合金膜を用い、長軸方向を第２の配線（ワード線）１０２，１２の方向に平行となるように配置して、それぞれ磁気記憶素子を構成した。図４Ｂの磁場遮蔽体５としては、膜厚２ｎｍのＳｉＯ2 膜を介して、一辺１．５μｍの正方形状で膜厚１５ｎｍのＮｉＦｅＭｎ合金膜を２層積層したものを用いた。
また、図示しないが、記憶層１１０，１に対してトンネル絶縁層を介して磁化固定層を配置した。トンネル絶縁層には、酸化アルミニウム膜を用い、磁化固定層には、膜厚３ｎｍのＣｏＦｅ合金膜から成る強磁性層と膜厚３０ｎｍのＰｔＭｎ合金膜から成る反強磁性層をそれぞれ用いた。
【００４７】
これら比較例及び本発明に係る磁気記憶素子に対して、予め記憶層１１０，１を外部磁場によって一方向に磁化しておき、その後第１の配線（ビット線）１０１，１１及び第２の配線（ワード線）１０２，１２に記憶層１１０，１の磁化が反転する方向に電流ｉＢ，ｉＷを流して、磁化反転したかどうかを測定した。この測定を複数の磁気記憶素子に対して行い、第１の配線（ビット線）１０１，１１の電流ｉＢの量と記憶層１１０，１の磁化反転確率との関係を調べた。
記憶層１１０，１の磁化方向の測定は、記憶層１１０，１と磁化固定層と間にトンネル絶縁層を介して流れるトンネル電流を検出することにより行った。
【００４８】
図４Ａに示した比較例の磁気記憶素子において、ビット線の電流ｉＢとワード線の電流ｉＷを変えたときの記憶層１１０の磁化反転確率を図５Ａに示す。
また、図４Ｂに示した本発明に係る磁気記憶素子において、ビット線の電流ｉＢとワード線の電流ｉＷを変えたときの記憶層１１０の磁化反転確率を図５Ｂに示す。
【００４９】
選択された磁気記憶素子のみに誤りなく記録するためには、ワード線及びビット線に同時に電流を流したときに磁化反転確率が１であり、それ以外は磁化反転確率が０でなければならない
従って、図５Ａより、図４Ａに示した比較例の磁気記憶素子において、誤りなく記録動作が可能な範囲はビット線電流ｉＢが７．５ｍＡ〜１０ｍＡのときだけである。
これに対して、図５Ｂより、本発明に係る図１及び図４Ｂに示した実施の形態の磁気記憶素子においては、ワード線電流ｉ ｗ が５ｍＡのときにビット線電流ｉＢが２５ｍＡ〜３０ｍＡで誤りのない動作が可能で、ワード線電流ｉＷが１０ｍＡのときには、ビット線電流ｉＢが１５ｍＡ〜３０ｍＡの広い範囲で誤りのない動作が可能である。即ち、本発明に係る磁気記憶素子によれば、誤りなく記録動作が可能な範囲が広くなっていることがわかる。
【００５０】
続いて、本発明に係る磁気記憶素子の他の実施の形態の概略構成図（断面図）を図６に示す。
本実施の形態では、図６に示すように、第１の配線４１及び第２の配線４２の交点に２つの磁気記憶素子４０Ａ及び４０Ｂが配置され、これら各磁気記憶素子４０Ａ，４０Ｂはそれぞれ記憶層３１Ａ，３１Ｂとトンネル絶縁層３２と磁化固定層３３とを有している。
【００５１】
さらに、本実施の形態では、軟磁性体より成る磁場遮蔽体３５が、領域により異なる部分に分割されている。具体的には、左側の磁気記憶素子４０Ａ上にある領域３５Ａは厚く形成され、右側の磁気記憶素子４０Ｂ上にある領域は薄く形成されている。この磁場遮蔽体３５の材料には、例えば前述した各種の軟磁性体を用いることができる。
このように磁場遮蔽体３５が構成されていることにより、第２の配線（例えばワード線）４２に電流を流したときに、磁場遮蔽体３５の厚い部分３５Ａ及び薄い部分３５Ｂを直列に電流が流れ、抵抗の高い薄い部分３５Ｂでの発熱が大きくなるため、磁場遮蔽体３５は薄い部分３５Ｂの温度が高く厚い部分３５Ａの温度が低くなる。
【００５２】
続いて、本実施の形態の磁気記憶素子において、磁場遮蔽体３５の温度による第１の配線４１からの電流磁場の磁力線の状態の変化を、図７を参照して説明する。
【００５３】
まず、第２の配線４１に、磁場遮蔽体３５の全ての領域３５Ａ及び３５Ｂの温度がキュリー温度以上になるように電流を流すと、図７Ａに示すように、磁場遮蔽体３５全体の遮蔽能力が無くなり、両方の磁気記憶素子の記憶層３１Ａ及び３１Ｂに第１の配線１１からの電流磁場が充分作用して、これら記憶層３１Ａ及び３１Ｂの磁化が共に反転して同じ向きになり、同じ磁化情報が記録される。図７Ａでは、第１の配線１１に流す電流Ｉを図中紙面に垂直で向こう向きにしているため、電流磁場が時計回りに発生し、左右両方の磁気記憶素子の記憶層３１Ａ及び３１Ｂに対して左向きに作用するため、これら記憶層３１Ａ及び３１Ｂの磁化Ｍ１Ａ及びＭ１Ｂが共に左向きに磁化される。
【００５４】
次に、第２の配線４２に流す電流を下げて、磁場遮蔽体３５の薄い部分３５Ｂのみの温度がキュリー温度以上になるようにすると、図７Ｂに示すように、磁場遮蔽体３５の薄い部分３５Ｂの下に位置する右側の磁気記憶素子の記憶層３１Ｂのみに記録することができる。図７Ｂでは、第１の配線１１に流す電流Ｉを図７Ａと同じ向きにしているため、電流磁場が時計回りに発生し、右の磁気記憶素子の記憶層３１Ｂに対して左向きに作用するため、この記憶層３１Ｂの磁化Ｍ１Ｂが左向きに磁化される。一方、左の磁気記憶素子の記憶層３１Ａに対しては、電流磁場が磁場遮蔽体３５の厚い部分３５Ａに集中し、記憶層３１Ａに充分な電流磁場が印加されないので、記憶層３１Ａの磁化が変化せず記録がなされない。
【００５５】
さらに、第２の配線に電流を流さないときには、図７Ｃに示すように、磁場遮蔽体３５の全ての領域３５Ａ，３５Ｂが遮蔽体として機能して、第１の配線１１からの電流磁場が磁場遮蔽体３５に集中し、左右両方の磁気記憶素子の記憶層３１Ａ及び３１Ｂに充分な電流磁場が印加されず、磁化が変化しない。
これにより、左右両方の磁気記憶素子の記憶層３１Ａ及び３１Ｂのいずれにも記録が行われない。
【００５６】
このような状態変化を利用して、２つの磁気記憶素子４０Ａ及び４０Ｂに対して選択的に任意の情報の記録を行うことができる。
まず、２つの磁気記憶素子４０Ａ及び４０Ｂに記録する情報が、同じ情報（両方「０」又は両方「１」）である場合には、図７Ａに示したと同様に、第１の配線４１に電流Ｉを流し、第２の配線４２に流す電流により加熱して磁場遮蔽体３５の全領域３５Ａ及び３５Ｂを共にキュリー温度以上として、２つの磁気記憶素子４０Ａ及び４０Ｂの記憶層３１Ａ及び３１Ｂに対して、共に第１の配線１１からの電流磁界が充分印加されるようにする。これにより、２つの磁気記憶素子４０Ａ及び４０Ｂの記憶層３１Ａ及び３１Ｂに、同じ向きの磁化Ｍ１Ａ及びＭ１Ｂが記録される。なお、これら磁化Ｍ１Ａ及びＭ１Ｂを、図７Ａとは反対に、両方右向きに記録するためには、第１の配線４１に流す電流を図中手前向きにすればよい。
【００５７】
一方、２つの磁気記憶素子４０Ａ及び４０Ｂに記録する情報が、異なる情報（「０」と「１」、或いは「１」と「０」）である場合には、２段階で記録を行う。
第１段階として、例えば図８Ａに示すように、第１の配線４１に電流Ｉを流し、第２の配線４２に流す電流により加熱して磁場遮蔽体３５の全領域３５Ａ及び３５Ｂを共にキュリー温度以上として、２つの磁気記憶素子４０Ａ及び４０Ｂの記憶層３１Ａ及び３１Ｂに対して、共に第１の配線１１からの電流磁界を充分印加し、２つの磁気記憶素子４０Ａ及び４０Ｂの記憶層３１Ａ及び３１Ｂに、同じ向きの磁化Ｍ１Ａ及びＭ１Ｂを記録する。図８Ａでは第１の配線４１に流す電流Ｉを図中手前向きにしているため、電流磁場が反時計回りになり、各記憶層３１Ａ及び３１Ｂに右向きに作用し、記憶層３１Ａの磁化Ｍ１Ａ及び記憶層３１Ｂの磁化Ｍ１Ｂが共に右向きになる。
次に、第２段階として、例えば図８Ｂに示すように、第１の配線４１に流す電流Ｉを第１段階とは逆向きにして、さらに第２の配線４２に流す電流を下げて磁場遮蔽体３５の薄い部分３５Ｂだけをキュリー温度以上とし、磁場遮蔽体３５の薄い部分３５Ｂの下にある右の磁気記憶素子の記憶層３１Ｂだけに第１の配線４１からの電流磁場を充分印加する。第１の配線４１に流す電流Ｉが逆向きであることから、電流磁場も逆向きになり、これにより右の磁気記憶素子の記憶層３１Ｂの磁化Ｍ１Ｂの向きは、第１段階とは反転する。図８Ｂでは第１の配線４１に流す電流Ｉを図中向こう向きにしているため、電流磁場が時計回りになり、記憶層３１Ｂに左向きに作用し、記憶層３１Ｂの磁化Ｍ１Ｂが右向きから左向きに反転する。このとき、左の磁気記憶素子の記憶層３１Ａには第１の配線４１からの電流磁場が充分に印加されないため記憶層３１Ａの磁化Ｍ１Ａは反転せず、第１段階と同じ向き（図８Ｂでは右向き）のままである。
なお、図８Ｂとは反対に、左の磁気記憶素子の記憶層３１Ａの磁化Ｍ１Ａを左向き、右の磁気記憶素子の記憶層３１Ｂの磁化Ｍ１Ｂを右向きにそれぞれ記録するためには、第１の配線４１に流す電流Ｉを、第１段階及び第２段階においてそれぞれ図８Ａ及び図８Ｂとは逆の向きにすればよい。
【００５８】
また、本実施の形態の磁気記憶素子において、上述した記録動作を可能にするための回路構成としては、例えば図９に示す回路構成が考えられる。
図９に示すように、第１の配線４１の一端にＮＯＴ回路ＮＯＴを接続し、第１の配線４１の両端に記録する情報に対応して＋或いは−の電圧φＤＡＴＡを供給するように構成する。
また、第２の配線４２の一端に電源電圧ＶDDを供給し、他端に配線４２に流す電流量を変える回路を接続する。この回路は、第１の選択トランジスタＴ１及び第１の抵抗Ｒ１が直列接続された第１の経路と、第２の選択トランジスタＴ２及び第２の抵抗Ｒ２が直列接続された第２の経路とが並列接続されて、一端が接地されている。第１の選択トランジスタＴ１のゲートに第１の選択電圧φＶ１が供給され、第２の選択トランジスタＴ２のゲートに第２の選択電圧φＶ２が供給される。
そして、第１の抵抗Ｒ１及び第２の抵抗Ｒ２の各抵抗値の大小関係をＲ１＜Ｒ２とすれば、第１の選択電圧φＶ１により第１の選択トランジスタＴ１がオンになったときは、第１の抵抗Ｒ１の抵抗値が小さいので第２の配線４２に流れる電流が多くなって磁場遮蔽体３５の全領域３５Ａ，３５Ｂの温度が高くなって、その結果２つの磁気記憶素子４０Ａ，４０Ｂに対して記録が行われる。一方、第２の選択電圧φＶ２により第２の選択トランジスタＴ２がオンになったときは、第２の抵抗Ｒ２の抵抗値が大きいので第２の配線４２に流れる電流が少なくなって磁場遮蔽体３５の薄い部分３５だけが温度が高くなり、その結果右の磁気記憶素子４０Ｂに対してのみ記録が行われる。
【００５９】
上述の本実施の形態によれば、電流磁場を印加する第１の配線４１と、磁気記憶素子４０Ａ，４０Ｂの各記憶層３１Ａ，３１Ｂとの間に、軟磁性体より成る磁場遮蔽体３５が設けられていることにより、室温付近では磁場遮蔽体３５により第１の配線４１からの電流磁場の一部又は全部が遮蔽され、記憶層３１Ａ，３１Ｂの磁化反転が起こらず記録が行われない。また、第２の配線４２に電流を流して、磁場遮蔽体３５に電流を流して発熱させたときには、磁場遮蔽体３５の遮蔽能力が低下又は消失し、記憶層３１Ａ，３１Ｂに印加される電流磁場が充分大きくなることから、記憶層３１Ａ，３１Ｂへの情報の記録が行われる。
これにより、先の実施の形態の磁気記憶素子１０と同様に、第１の配線４１及び第２の配線４２に共に充分な電流を流した場合には、上述した記録動作が行われ、第１の配線４１のみに電流を流した場合や、第２の配線４２のみに電流を流した場合には、記憶層３１Ａ，３１Ｂへの記録が行われない。
【００６０】
また、第２の配線４２に流す電流量を少なく設定して、磁場遮蔽体３５の薄い部分３５Ｂのみが磁場転移温度以上になるようにすれば、この薄い部分３５Ｂの下にある一方の磁気記憶素子４０Ｂの記憶層３１Ｂのみに第１の配線４１からの電流磁場が充分な大きさで印加され、この記憶層３１Ｂのみに情報の記録が行われ、他方の磁気記憶素子４０Ａの記憶層３１Ａには情報記録が行われない。
これにより、一方の磁気記憶素子４０Ｂに選択的に記録を行うことができる。さらに、図８に示したように、両方の磁気記憶素子４０Ａ及び４０Ｂに記録を行う前述の記録動作と組み合わせれば、２つの磁気記憶素子４０Ａ及び４０Ｂに任意の情報の記録を行うことができる。
【００６１】
従って、図６の構成の２つの磁気記憶素子４０Ａ，４０Ｂを複数組有する磁気記憶装置を構成したときに、磁気記憶素子４０Ａ，４０Ｂの記憶層３１Ａ，３１Ｂの保磁力にばらつきがあっても、第１の配線４１及び第２の配線４２の選択及び第２の配線４２に流す電流量の選定により、記録が行われる磁気記憶素子と記録が行われない磁気記憶素子とを正しく選択することができる。
即ち、本実施の形態の磁気記憶素子を用いることにより、安定して正確な情報の記録ができる磁気記憶装置を構成することが可能になる。
【００６２】
上述の図６に示した実施の形態の磁気記憶素子４０Ａ，４０Ｂを用いても、図３に示した磁気記憶装置２０と同様にして磁気記憶装置を構成することができる。
図６に示した磁気記憶素子４０Ａ，４０Ｂを用いて磁気記憶装置を構成することにより、電流を流す第１の配線４１及び第２の配線４２を選択し、第２の配線４２に流す電流量を選定して磁場遮蔽体３５の状態を設定すれば、その他の磁気記憶素子に誤って記録してしまうことがなくなり、各磁気記憶素子４０Ａ，４０Ｂの記憶層３１Ａ，３１Ｂの保磁力にばらつきがあっても、書き損じなく安定して正確に記録を行うことが可能になる。
【００６３】
次に、本発明に係る磁気記憶素子のさらに他の実施の形態の概略構成図（斜視図）を図１０に示す。
本実施の形態では、２つの磁気記憶素子６０Ａ及び６０Ｂが、第１の配線（ビット線）６１と平行で第２の配線（ワード線）６２と垂直な方向に配置されている。そして、図中手前側の第１の磁気記憶素子６０Ａの記憶層５１Ａの上方に長さの短い磁場遮蔽体５２が配置され、図中奥側の第２の磁気記憶素子６０Ｂの記憶層５１Ｂの上方に長さの長い磁場遮蔽体５３が配置され、これら２つの磁場遮蔽体５２及び５３が並列に同一の第２の配線６２に接続されている。２つの磁場遮蔽体５２及び５３は、材料及び幅が同一で長さが異なる構成とされる。２つの磁場遮蔽体５２及び５３の材料には、例えば前述した各種の軟磁性体を用いることができる。
【００６４】
このように磁場遮蔽体５２，５３が構成されていることにより、短い磁場遮蔽体５２は抵抗値が低く、長い磁場遮蔽体５３は抵抗値が高くなる。
図６に示した実施の形態では磁場遮蔽体３５の２つの領域３５Ａ，３５Ｂが直列に接続されているため、抵抗値が高い薄い部分３５Ｂの発熱量が大きい。
これに対して、本実施の形態では、２つの磁場遮蔽体５２及び５３が並列に同一の第２の配線６２に接続されているため、磁場遮蔽体５２及び５３の両端にかかる電圧が等しくなる。これにより、抵抗値が低い方に大きい電流が流れ、発熱量も大きくなることから、短い磁場遮蔽体５２は、長い磁場遮蔽体５３と比較して、発熱量が大きく磁化が減少しやすくなる。
従って、第２の配線６２に流す電流量を調整すれば、短い磁場遮蔽体５２の下にある磁気記憶素子６０Ａの記憶層５１Ａだけに記録を行うことができる。
【００６５】
ここで、本実施の形態の磁気記憶素子６０Ａ，６０Ｂについて、図５と同様にして、ビット線の電流ｉB とワード線の電流ｉW を変えたときの記憶層５１Ａ，５１Ｂの磁化反転確率の変化を測定した。
短い磁場遮蔽体５２を長さ１．５μｍ・幅１μｍとし、長い磁場遮蔽体５３を長さ２μｍ・幅１μｍとした。記憶層５１Ａ及び５１Ｂ、トンネル絶縁層、磁化固定層は、図４Ｂの場合と同一構成にした。
【００６６】
短い磁場遮蔽体５２の下に位置する第１の磁気記憶素子６０Ａの測定結果を図１１Ａに示し、長い磁場遮蔽体５３の下に位置する第２の磁気記憶素子６０Ｂの測定結果を図１１Ｂに示す。
図１１Ａより、第１の磁気記憶素子６０Ａの記憶層５１Ａの磁化反転に必要なビット線電流ｉB は、ワード線電流ｉW が１０ｍＡでも２０ｍＡでも変化は小さい。
一方、図１１Ｂより、第２の磁気記憶素子６０Ｂの記憶層５１Ｂの磁化反転に必要なビット線電流ｉB は、ワード線電流ｉW が１０ｍＡと２０ｍＡとでは大きく異なる。
【００６７】
従って、始めにワード線に２０ｍＡの電流ｉW を流し、１７．５ｍＡ以上のビット線電流ｉB を流せば、第１の磁気記憶素子の記憶層５１Ａ、第２の磁気記憶素子の記憶層５１Ｂを、共に同じ向きに磁化させることができる。その後、ワード線電流ｉW を１０ｍＡまで下げて、１７．５ｍＡ以上２０ｍＡ以下のビット線電流ｉW で記録すれば、第１の磁気記憶素子の記憶層５１Ａにのみ記録が行える。
このようにして、第１の磁気記憶素子６０Ａ及び第２の磁気記憶素子６０Ｂに任意の記録が行えることがわかる。
【００６８】
上述の本実施の形態によれば、電流磁場を印加する第１の配線６１と、磁気記憶素子６０Ａ，６０Ｂの各記憶層５１Ａ，５１Ｂとの間に、軟磁性体より成る磁場遮蔽体５２，５３が設けられていることにより、図１に示した先の実施の形態の磁気記憶素子１０と同様に、第１の配線６１及び第２の配線６２に共に充分な電流を流した場合には、２つの磁気記憶素子６０Ａ及び６０Ｂの記憶層５１Ａ及び５２Ｂに対して記録動作が行われ、第１の配線６１のみに電流を流した場合や、第２の配線６２のみに電流を流した場合には、記憶層５１Ａ，５１Ｂへの記録が行われない。
【００６９】
また、第２の配線６２に流す電流量を少なく設定して、短い磁場遮蔽体５２のみが磁場転移温度以上になるようにすれば、この磁場遮蔽体５２の下にある一方の磁気記憶素子６０Ａの記憶層５１Ａのみに第１の配線６１からの電流磁場が充分な大きさで印加され、この記憶層５１Ａのみに情報の記録が行われ、他方の磁気記憶素子６０Ｂの記憶層５１Ｂには情報記録が行われない。
これにより、一方の磁気記憶素子６０Ａに選択的に記録を行うことができる。
さらに、図８に示したと同様に、両方の磁気記憶素子６０Ａ及び６０Ｂに記録を行う記録動作と組み合わせれば、２つの磁気記憶素子６０Ａ及び６０Ｂに任意の情報の記録を行うことができる。
【００７０】
従って、図１０の構成の２つの磁気記憶素子６０Ａ，６０Ｂを複数組有する磁気記憶装置を構成したときに、磁気記憶素子６０Ａ，６０Ｂの記憶層５１Ａ，５１Ｂの保磁力にばらつきがあっても、第１の配線６１及び第２の配線６２の選択及び第２の配線６２に流す電流量の選定により、記録が行われる磁気記憶素子と記録が行われない磁気記憶素子とを正しく選択することができる。
即ち、本実施の形態の磁気記憶素子を用いることにより、安定して正確な情報の記録ができる磁気記憶装置を構成することが可能になる。
【００７１】
なお、２つの磁場遮蔽体の長さを異ならせる代わりに、幅を異ならせる構成としても同様のことが可能である。この場合、幅の狭い磁場遮蔽体の方が高い抵抗値を有し、発熱量が大きくなる。
【００７２】
上述の図１０に示した実施の形態の磁気記憶素子６０Ａ，６０Ｂを用いても、図３に示した磁気記憶装置２０と同様にして磁気記憶装置を構成することができる。
図１０に示した磁気記憶素子を用いて磁気記憶装置を構成することにより、電流を流す第１の配線６１及び第２の配線６２を選択し、第２の配線６２に流す電流の大きさを選定して磁場遮蔽体５２，５３の状態を設定すれば、その他の磁気記憶素子に誤って記録してしまうことがなくなり、各磁気記憶素子６０Ａ，６０Ｂの記憶層５１Ａ，５１Ｂの保磁力にばらつきがあっても、書き損じなく安定して正確に記録を行うことが可能になる。
【００７３】
上述の図６や図１０に示した実施の形態では、２つの磁場遮蔽体の厚さや長さ即ち寸法を異ならせて選択記録を可能にした構成であったが、２つの磁場遮蔽体の構成はその他の構成も可能である。その場合の実施の形態を以下に示す。
【００７４】
図１２に示す実施の形態は、２つの磁場遮蔽体５３及び５４を構成する軟磁性体の材料を異ならせた場合を示している。
軟磁性体の材料を異ならせた構成としては、使用される元素が異なる複数の軟磁性体を用いた構成や、合金からなる軟磁性体の構成元素の組成比を異ならせた構成等が挙げられる。
【００７５】
本実施の形態では、軟磁性体の材料を異ならせたことにより、軟磁性体の温度特性が異なり、一方の材料が他方の材料と比較して、例えばより低い温度で磁化が減少し始めたり、例えば磁化の減少率が大きかったりする。
これにより、２つの磁場遮蔽体５３及び５４のうち、この一方の材料から成る磁場遮蔽体の下にある磁気記憶素子の記憶層にのみ記録を行うことが可能になる。
また、軟磁性体の材料を異ならせたことにより、材料の抵抗率に大きな差がある場合には、磁場遮蔽体の寸法を異ならせた場合と同様に、抵抗値の差により発熱量の大小が生じる。これによっても、一方の磁場遮蔽体の下にある磁気記憶素子の記憶層にのみ記録を行うことが可能になる。
【００７６】
図１３に示す実施の形態は、同一材料から成り寸法も同一の磁場遮蔽体５３を２個並列に第２の配線１２に接続し、一方の磁場遮蔽体５３、図１３では手前の磁場遮蔽体５３に他の部品（膜や素子）５５を取り付けた場合を示している。
他の部品５５としては、例えば導電膜のように電気的特性を変えて磁場遮蔽体５３を流れる電流量を変えるものや、例えばヒートシンクや冷却手段（ペルチェ素子と同様の機能を有するもの）、或いは加熱手段（発熱抵抗体等）のように温度特性を変えて磁場遮蔽体５３の温度変化を変えるものが考えられる。
他の部品５５として、導電膜を用いた場合には、導電膜に大きい電流が流れ、発熱量が増大するため、第２の配線６２の電流量を調整することにより、導電膜５５を設けた側の磁気記憶素子６０Ａにのみ記録を行うことが可能になる。
他の部品５５として、ヒートシンクや冷却手段を用いた場合には、磁場遮蔽体５３が冷却されて磁化の減少が抑制されるため、第２の配線６２の電流量を調整することにより、部品５５を設けていない側の磁気記憶素子６０Ｂにのみ記録を行うことが可能になる。
他の部品５５として、加熱手段（発熱抵抗体等）を用いた場合には、逆に磁場遮蔽体５３が加熱されて磁化の減少が促進されるため、第２の配線６２の電流量を調整することにより、部品５５を設けた側の磁気記憶素子６０Ａにのみ記録を行うことが可能になる。
【００７７】
なお、図１２や図１３に示した実施の形態は、２つの磁場遮蔽体を第２の配線６２に並列に接続しているが、２つの磁場遮蔽体を図６と同様に直列に接続して第２の配線６２に接続する構成としても良い。直列に接続すると電流が同じになるため、抵抗値の大きい方の発熱量が大きくなる。
また、２つの磁場遮蔽体を第２の配線に並列に接続する構成において、２つの磁場遮蔽体の厚さを異ならせてもよい。
【００７８】
さらに、２つの磁場遮蔽体を、上述した寸法（厚さや長さ、幅）、軟磁性体の材料、他の部品の有無、の各要素について、複数の要素が異なる構成としてもよい。この場合、要素が異なることによる作用が、互いに打ち消し合うよりも、強め合うように構成することが望ましい。
また、３つ以上の磁気記憶素子に対して、それぞれ異なる磁場遮蔽体を１つずつ配置して磁気記憶装置を構成し、各磁気記憶素子に選択的に記録を行う構成も可能である。
【００７９】
即ち、本発明の磁気記憶装置において、複数の磁気記憶素子に対して、それぞれ構成（要素）の異なる磁場遮蔽体を配置すると共に、各磁場遮蔽体が共通の第２の配線により加熱される磁気記憶素子群を構成することができる。
そして、同数の磁気記憶素子から成る磁気記憶素子群を、多数配置して磁気記憶装置を構成することができる。
【００８０】
この構成の磁気記憶装置に記録を行う場合には、まず第１の工程として、ある磁気記憶素子群の全ての磁場遮蔽体を第２の配線により加熱して遮蔽能力を低下又は消失させた状態で、第１の配線から電流磁場を印加することにより、磁気記憶素子群の全ての磁気記憶素子に対して、それぞれの記憶層に同じ向きの磁化情報を記録する。このとき第１の配線に流す電流の向きは、遮蔽能力が最も低下しにくい、例えば磁場遮蔽体の温度と磁場遮蔽体の磁気転移の温度との差が最も小さい、磁場遮蔽体に対応する１番目の磁気記憶素子に記憶する情報の内容に対応させて設定する。
次に、第２の工程として、第２の配線に流す電流をより小さい電流に設定して、磁場遮蔽体の温度を下げることにより、１番目の磁気記憶素子にのみ磁場遮蔽体の遮蔽能力を復活させることができ、この状態で第１の配線から電流磁場を印加することにより、１番目以外の磁気記憶素子に対して、それぞれの記憶層に同じ向きの磁化情報を記録する。このとき第１の配線に流す電流の向きは、遮蔽能力が次に低下しにくい磁場遮蔽体に対応する２番目の磁気記憶素子に記憶する情報の内容に対応させて設定する。
以下、第３の工程以降、第２の配線に流す電流を小さくしていき、磁場遮蔽体の遮蔽能力を１つずつ復活させることにより、磁化情報が記録される磁気記憶素子の数を減らしていき、最終的に磁気記憶素子群を構成する全ての磁気記憶素子に任意の情報を記録することができる。
なお、例えば１０１０１０のように、１つずつ異なる情報を記録する場合は磁気記憶素子群を構成する磁気記憶素子の数の工程を必要とするが、例えば１１０００１のように同じ情報が２つ以上連続する場合は、情報が変わる所から次の記録を行うようにすればよい。
【００８１】
上述の各実施の形態では、磁場遮蔽体の加熱を、第２の配線１２，４２，６２から磁場遮蔽体５，３５，５２，５３に直接電流を流して行っているが、本発明では、磁場遮蔽体の上或いは下に導体膜を形成し、この導体膜に電流を流して磁場遮蔽体の加熱を行っても良い。
【００８２】
また、上述の各実施の形態では、第１の配線１１，４１，６１に電流を流すことにより発生する電流磁場を用いて記憶層１，３１Ａ，３１Ｂ，５１Ａ，５１Ｂに磁場を印加している。
記憶層に磁場を印加する磁場印加手段は、このように配線に電流を流して電流磁場を発生させる構成が最も簡単で効果的であるが、本発明は、磁場印加手段は電流磁場を発生させる構成に限定されるものではなく、磁場印加手段をその他の構成としてもよい。
例えばフェリ磁性体などの温度により磁化が変化する材料を用いて磁場印加手段を構成し、温度変化により磁化を変化させて発生する磁場の大きさを変えるようにすることも可能である。
なお、磁場印加手段として、例えば電流磁場を発生させる配線の背面（記憶層とは反対の面）或いは側面に、磁束集中用の軟磁性体を配置した構造とすることも可能である。
【００８３】
また、上述の各実施の形態では、磁気記憶素子上の部分のみを軟磁性体より成る磁場遮蔽体として、それ以外の部分は第２の配線（Ｃｕ等の導電性の良い材料が用いられる）としているが、本発明では、第２の配線（例えばワード線）を全て軟磁性体で構成しても良い。
【００８４】
また、上述の各実施の形態では、記憶層の磁化状態の検出（読み出し）を行うために、記憶層に対してトンネル絶縁層を挟んで磁化固定層を配置して磁気トンネル接合素子を構成したが、本発明において記憶層の磁化状態を検出するための構成は、磁気トンネル接合素子に限定されるものではなく、その他の構成（例えば巨大磁気抵抗効果素子（ＧＭＲ素子）やホール素子等）としてもよい。
【００８５】
また、本発明に係る磁気記憶装置において、磁気記憶素子の記憶層に印加される磁場を制御するには、第１の配線（例えばビット線）、記憶層、第２の配線（例えばワード線）の順に配置した構成と、第１の配線（例えばビット線）、第２の配線（例えばワード線）、記憶層の順に配置した構成の、いずれの構成も可能である。
このうち、図３に示したように、第１の配線（例えばビット線）１１、第２の配線（例えばワード線）１２、記憶層１の順番に配置して、磁場遮蔽体５を磁場印加手段（第１の配線１１）と記憶層１との間に配置するのが、記憶層にかかる磁場の変化を大きくできるので好都合である。
【００８６】
本発明は、上述の実施の形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲でその他様々な構成が取り得る。
【００８７】
【発明の効果】
上述の本発明によれば、磁場遮蔽体を加熱していない場合には、磁気記憶素子の記憶層に誤って磁化状態の記録が行われないため、書き損じがなく、磁気記憶素子に正しく情報の記録を行うことが可能になる。これにより、磁気記憶素子に選択性良く記録を行うことができる。
また、磁場遮蔽体を加熱することにより記憶層への記録が行われるため、各磁気記憶素子の記憶層の保磁力等の磁気特性のばらつきがあっても、その影響を受けることなく、正確に情報を記録することができる。
従って、本発明によれば、安定して正確に情報を記録することができる磁気記憶装置を構成することが可能になる。
そして、記憶容量を大きくするために、磁気記憶素子を微小化するほど、各磁気記憶素子の記憶層の保磁力が増大し、磁気特性のばらつきも大きくなる傾向があるため、本発明は磁気記憶装置の記憶容量を増大させるために有効である。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明に係る磁気記憶素子の一実施の形態の概略構成図（断面図）である。
【図２】Ａ、Ｂ 図１の磁気記憶素子の記録動作を説明する図である。
【図３】 図１の磁気記憶素子を用いた磁気記憶装置の概略構成図（斜視図）である。
【図４】Ａ 従来のＭＲＡＭに用いられる磁気記憶素子の斜視図である。
Ｂ 図１の磁気記憶素子の斜視図である。
【図５】Ａ 図４Ａの磁気記憶素子のワード線電流とビット線電流を変えたときの磁化反転確率の変化を示す図である。
Ｂ 図４Ｂの磁気記憶素子のワード線電流とビット線電流を変えたときの磁化反転確率の変化を示す図である。
【図６】 本発明に係る磁気記憶素子の他の実施の形態の概略構成図（断面図）である。
【図７】Ａ〜Ｃ 図６の構成における、磁場遮蔽体の温度による電流磁場の磁力線の状態の変化を示す図である。
【図８】Ａ、Ｂ 図６の２つの磁気記憶素子に異なる情報を記録する方法を説明する図である。
【図９】 図６の構成において図８に示した記録動作を可能にする回路構成の一形態を示す図である。
【図１０】 本発明に係る磁気記憶素子のさらに他の実施の形態の概略構成図（斜視図）である。
【図１１】Ａ、Ｂ 図１０の磁気記憶素子のワード線電流とビット線電流を変えたときの磁化反転確率の変化を示す図である。
【図１２】 材料の異なる２つの磁場遮蔽体を用いて並列に接続した実施の形態を示す図である。
【図１３】 ２つの磁場遮蔽体の一方に他の部品を設けた実施の形態を示す図である。
【符号の説明】
１，３１Ａ，３１Ｂ，５１Ａ，５１Ｂ 記憶層、２，３２ トンネル絶縁層、３，３３ 磁化固定層、４ 磁気トンネル接合素子、５，３５，５３，５４ 磁場遮蔽体、１０，４０Ａ，４０Ｂ，６０Ａ，６０Ｂ 磁気記憶素子、１１，４１，６１ 第１の配線、１２，４２，６２ 第２の配線、２０ 磁気記憶装置
Claims (6)
- 磁化状態を情報として保持する記憶層と、
上記記憶層に磁場を印加する磁場印加手段と、
上記磁場印加手段と上記記憶層との間に配置され、軟磁性体により成り、上記磁場印加手段からの磁場の少なくとも一部を遮蔽する磁場遮蔽体とを有する磁気記憶素子に対して、
上記磁場遮蔽体を加熱して、上記磁場遮蔽体の少なくとも一部の磁化を減少又は消失させた状態で、上記磁場印加手段から上記記憶層に磁場を印加して、上記記憶層に磁化状態の記録を行う
ことを特徴とする磁気記憶素子の記録方法。 - 磁化状態を情報として保持する記憶層と、該記憶層に磁場を印加する磁場印加手段と、該磁場印加手段と該記憶層との間に配置され、軟磁性体により構成され、上記磁場印加手段からの磁場の少なくとも一部を遮蔽する磁場遮蔽体とを有する磁気記憶素子と、
第１の配線と、
第２の配線とを有し、
上記第１の配線と上記第２の配線とが交差する交点に、それぞれ上記磁気記憶素子が配置されて成り、
上記第１の配線が、上記磁気記憶素子の上記磁場印加手段を構成し、該第１の配線から電流磁場が上記記憶層に印加され、
上記第２の配線により、上記磁場遮蔽体が加熱される
ことを特徴とする磁気記憶装置。 - 上記第２の配線が、上記磁場遮蔽体に電気的に接続されていることを特徴とする請求項２に記載の磁気記憶装置。
- 複数の上記磁気記憶素子の各磁気記憶素子に対して、それぞれ構成の異なる上記磁場遮蔽体が配置されると共に、各上記磁場遮蔽体が共通の上記第２の配線により加熱される磁気記憶素子群が構成されていることを特徴とする請求項２に記載の磁気記憶装置。
- 上記構成の異なる磁場遮蔽体は、それぞれ寸法が異なることを特徴とする請求項４に記載の磁気記憶装置。
- 上記構成の異なる磁場遮蔽体は、それぞれ用いられている軟磁性材料が異なることを特徴とする請求項４に記載の磁気記憶装置。
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