JP4404695B2 - 磁気メモリ記憶素子 - Google Patents

Description

本発明は包括的には超高密度であり、熱を利用して動作を改善した磁気メモリ素子に関し、詳細にはナノ先端プローブ（ナノチッププローブ、nanotip probe）を利用する磁気メモリアレイに関する。

今日のコンピュータシステムは益々精巧になっており、ユーザはさらに高速に、さらに多種多様なコンピューティングタスクを実行することができるようになってきた。メモリのサイズ、およびメモリがアクセスされることができる速度が、コンピュータシステムの速度全体を圧迫している。

コンピュータシステムのためのメモリとして、技術的には任意の形式の電子、磁気あるいは光学記憶装置が用いられる。しかしながら、それは一般的に、一部、速度および機能に基づいて異なるカテゴリに分類される。コンピュータメモリの２つの大きなカテゴリはメインメモリおよび大容量記憶装置である。メインメモリは一般的に、メモリバスによってプロセッサに直に接続される、高速で、高価な揮発性ランダムアクセスメモリから構成される。

大容量記憶装置は通常は永久的な不揮発性のメモリ記憶装置であり、それらは、ハードドライブ、テープドライブ、光学媒体および他の大容量記憶装置のように、言うまでもなく廉価で、低速で、大容量の装置である。大容量記憶装置の主な目的は、メインメモリにおいて実行するために必要とされるまで、アプリケーションあるいはデータを格納することである。１００ナノ秒未満のアクセス時間で動作することができるメインメモリ記憶装置とは対照的に、これらの大容量記憶装置は、一般的には１ミリ秒以上のアクセス時間で動作する。

一般的に、磁気媒体（メインおよび大容量記憶装置）内のデータの記憶の根底をなす原理は、記憶データビット（すなわち、「０」あるいは「１」の論理状態）の磁化の相対的な向きを変更および／または反転できることである。材料の保磁力は、磁気粒子の磁化を低減および／または反転するために粒子に加えられなければならない減磁力のレベルである。一般的に言うと、磁気粒子が小さくなるほど、その保磁力(抗磁力）が高くなる。

従来技術の磁気メモリセルは、トンネル磁気抵抗メモリセル（ＴＭＲ）、巨大磁気抵抗メモリセル（ＧＭＲ）あるいはコロッサル磁気抵抗メモリセル（ＣＭＲ）であることができ、それらはいずれも一般的に、データ層（記憶層あるいはビット層とも呼ばれる）と、基準層と、データ層と基準層との間にある中間層とを備える。データ層、基準層および中間層は１つあるいは複数の材料層から形成されることができる。

データ層は通常、１ビットのデータを、外部磁界をかけるのに応答して変更されることができる磁化の向きとして格納する磁性材料の層である。より具体的には、論理状態を表すデータ層の磁化の向きは、「０」の論理状態を表す第１の向きから、「１」の論理状態を表す第２の向きに、および／またはその逆に回転する（切り替えられる）ことができる。一般的に言うと、その向きの切替えを達成するために用いられる磁界は、「強制切替え磁界」、あるいはさらに簡単には「切替え磁界」として知られている。

基準層は通常、磁化の向きが所定の方向に固定されるように「ピン止めされた」、磁性材料の層である。多くの場合に、いくつかの磁性材料層が必要とされ、それらが一体になって安定してピン止めされた基準層を達成するための役割を果たす。磁気メモリセルの作製時に用いられるマイクロエレクトロニクス処理ステップによって、所定の向きが決定され、確立される。

通常は、磁気メモリセルの論理状態（「０」あるいは「１」）は、データ層および基準層内の磁化の相対的な向きに依存する。たとえば、ＴＭＲセル（トンネル接合メモリセルとしても知られている）内のデータ層から基準層にわたって電気的にバイアスがかけられるとき、中間層を通ってデータ層と基準層との間で電子が移動する。中間層は、一般的にトンネル障壁層と呼ばれる薄い誘電体層である。障壁層を通り抜けて電子が移動できるようになる現象は、量子力学的トンネル現象あるいはスピントンネル現象と呼ばれることもある。その論理状態は、メモリセルの抵抗を測定することにより判定することができる。たとえば、データ記憶層内の磁化の全体的な向きが基準層内の磁界のピン止めされた向きに対して平行である場合には、その磁気メモリセルは低抵抗の状態にあるであろう。データ記憶層内の磁化の全体的な向きが基準層内の磁界のピン止めされた向きに対して反平行（逆）である場合には、その磁気メモリセルは高抵抗の状態にあるであろう。

理想的な設定では、データ層内の変更可能な磁界の向きは、基準層の磁界に対して平行か、反平行かのいずれかであろう。データ層および基準層がいずれも一般的には強磁性材料から形成され、互いに永久的に極めて接近して配置されるので、一般的に、より磁気的に強い基準層がデータ層の向きに影響を及ぼすようになる。より具体的には、基準層の磁化は、基準層からデータ層内に十分に延在する反磁界（磁極による磁界、demagnetization field）を生成することができる。

基準層からのこの反磁界の結果として、強制切替え磁界にオフセットが生じる。このオフセットは結果として、ビットの切替え特性を非対称にすることができる。すなわち、平行状態から反平行状態にビットを切り替えるために必要とされる切替え磁界の量が、そのビットを反平行状態から平行状態に切り替えるために必要とされる切替え磁界とは異なる。信頼性の高い切替え特性を達成し、かつ読出し／書込み回路を簡単にするために、このオフセットを、できる限り０に近くなるように低減することが望ましい。

磁気抵抗ΔＲ／Ｒは信号対雑音比Ｓ／Ｎと同等の意味を有することができる。Ｓ／Ｎが高くなることによって、読み取ることができて、データ層内のビットの状態を判定することができるより強い信号が生ずる。したがって、データ層に極めて接近し、かつ固定されている、ピン止めされた基準層を有するトンネル接合メモリセルの少なくとも１つの欠点は、角変位に起因して、磁気抵抗ΔＲ／Ｒが低下する可能性があることである。

製造中に基準層をピン止めするために、基準層はアニールステップ（アニール処理）において高温まで加熱されなければならない。アニールステップは通常時間を要し、おそらく１時間以上の時間を要するであろう。しかしながら、基準層は製造中のメモリの一部であるので、メモリ全体が、一定で、かつ集束された磁界の影響下で、約２００〜３００℃の範囲の温度にさらされなければならない。そのような製造時の負担（stress）によって、メモリが後に高温にさらされる場合に、基準層がピン止めされなくなり、その設定された向きを失うようになる可能性がある。さらに、データ層の特性が、いくつかの製造工程中にアニール（annealing）の熱によって知らず知らずに影響を及ぼされることもある。

ピン止めされた基準層を確立するのを容易にするために、基準層が複数の材料層を含むことは珍しくない。多数の層を用いることは、基準層が確実にピン止めされたままになるのを助けることができるが、磁気メモリ内に存在するどのメモリセルを製造するのも複雑になる。

コンピュータ製造業者およびコード開発者が、より高速で、より強力なシステムおよびアプリケーションを達成しようとするとき、大容量記憶装置のアクセスの速度および全メモリ容量が重要な焦点になる。技術の進歩によって、ハードドライブのような大容量記憶装置の記憶容量は大幅に増加している。しかしながら、一般的に言うと、大容量記憶装置は、従来からのメインメモリにおいて用いられる、コストが高い電子的なアクセス方法よりも多くのデータの読出しおよび書込みを行うために、物理的に動きのあるシステムを利用する。

大容量記憶装置の物理的に動きのある構成要素は、データにアクセスする際の待ち時間に直に影響を及ぼす。たとえば、ハードドライブによるアクセスの待ち時間は、１）回転ディスク上の適当な径方向の位置に読取りヘッドを動かすこと、および２）回転ディスクが十分に回転して、所望のデータビットが読取りヘッドとまさに一直線になるのを待つことが要因になる。

ハードディスクは毎分数千回転することができるので、読出し／書込み駆動機構が誤って媒体の記憶表面と接触し、損傷を与えないことを確実にするために、製造時の厳密な許容誤差が保たれなければならない。さらに、ディスク上に与えられるデータビットは、あるデータビットにかけられる読出し／書込み磁界が隣接するデータビットを誤って変更しないように、互いから十分に離れて設置されなければならない。磁気データビット間にバッファリング空間（緩衝領域、隙間）を設けるこの問題は、メインおよび大容量記憶装置の両方において用いられるような、数多くの形態の磁気記憶装置において共通である。

本発明の開発者であるヒューレット・パッカード社は、ナノメートルスケールのサイズの記憶エリアを有する超高密度大容量記憶装置を研究してきた。そのようなナノメートル大容量装置の１つの特有の分野が、プローブを利用する記憶装置である。そのようなシステムでは、物理的なプローブが、あるメモリ位置から別の位置に動かされ、ある特定の場所でデータの読出し／書込みが行われる。

磁気メモリの構成要素に関しては、サイズが小さくなると、保磁力が増加することがよく知られている。保磁力が大きくなると、より大きな電界が切り替えられる必要があり、そのため、より大きな電源が必要になり、より大きな導体が必要になる可能性があるので、一般的には望ましくない。大きな電源および大きな導体を配設することは一般的に、構成要素の必要なサイズを小さくするというナノテクノロジが主眼とするものと相容れない。さらに、隣接するメモリセルを誤って切り替える可能性を小さくするために、ナノメートルスケールのメモリセルは一般的に、非ナノメートルサイズのメモリセルよりも、その全体的なサイズに対して、幅広い間隔で配置される。さらに、磁気メモリのサイズが小さくなると、個々のメモリセル間の未使用の空間が増加する傾向がある。

それゆえ、ナノ先端磁気メモリアレイ（nanotip magnetic memory array）では、単にセル間に物理的なバッファ（隙間）を設けるために、全体に多量の空間を用いるようになる。このバッファリング空間がないか、あるいはそうでなくてもその比率が小さいと、同じ物理空間において、より大きな記憶容量を得ることができる。さらに、大きな電流、および大きくなる可能性がある導体が、ナノ先端プローブの設計および実装を物理的に圧迫する。

それゆえ、先に確認された欠点のうちの１つあるいは複数の欠点を克服する超高密度ナノ先端メモリアレイが必要とされている。本発明は、これらの要件のうちの１つあるいは複数の要件を満たす。

本発明は、熱を利用して切替えを改善するナノ先端磁気メモリアレイを提供する。

さらに、本発明による熱を利用した磁気メモリ記憶素子は、複数のメモリセルであって、各メモリセルは、変更可能な磁化の向きを有し且つその保磁力が温度の上昇とともに減少する材料を含む少なくとも１つの強磁性データ層と、中間層の反対側において、該データ層と電気的に接触する導体とを備える、複数のメモリセルと、所与のメモリセルに対して接近した時に、当該メモリセルに対してトンネル電流を注入可能に配置される遠位先端部を備える少なくとも１つの可動プローブであって、該プローブは、支持体と、該支持体に結合され且つ該遠位先端部を形成するプローブ導体と、該プローブ導体と隣接して該支持体に結合される発熱体と、該プローブ導体に電気的に接触し且つピン止めされない磁化の向きを有する軟強磁性基準層とを備える、プローブと、所与のメモリセルの前記データ層と前記配置される先端部の前記軟強磁性基準層との間のトンネル層として磁気トンネル接合を形成する少なくとも１つの前記中間層とを備えることができる。
本発明の実施形態におけるコンピュータシステムは、メインボードと、該メインボードに結合される少なくとも１つの中央処理ユニット（ＣＰＵ）と、前記メインボードによって前記ＣＰＵに結合される少なくとも１つのメモリ記憶装置とを備え、該メモリ記憶装置は、複数のメモリセルであって、各メモリセルは、変更可能な磁化の向きを有する少なくとも１つの強磁性データ層と、該データ層と電気的に接触する導体とを備える、複数のメモリセルと、所与のメモリセルに対して接近した時に、当該メモリセルに対してトンネル電流を注入可能に接近して配置される遠位先端部を備える少なくとも１つの可動プローブであって、該プローブは、支持体と、該支持体に結合され且つ該遠位先端部を形成するプローブ導体と、該プローブ導体に電気的に接触し且つピン止めされない磁化の向きを有する軟強磁性基準層と、発熱体と、を備える、該プローブと、所与のメモリセルの前記データ層と前記配置される先端部の前記軟強磁性基準層との間のトンネル層として磁気トンネル接合を形成する少なくとも１つの中間層とを備え、前記強磁性データ層はその保磁力が温度の上昇とともに減少する材料を含むことができる。
本発明の実施形態におけるデータ記憶方法は、それぞれが、変更可能な磁化の向きを有し且つその保磁力が温度の上昇とともに減少する材料を含む少なくとも１つの強磁性データ層と、中間層の反対側において、該データ層と電気的に接触する導体とを備える複数のメモリセルと、所与のメモリセルに対して接近した時に、当該メモリセルに対してトンネル電流を注入可能に接近して配置される遠位先端部を備える少なくとも１つの可動プローブであって、該プローブは、支持体と、該支持体に結合され且つ該遠位先端部を形成するプローブ導体と、該プローブ導体に隣接して該支持体に結合される発熱体と、該プローブ導体に電気的に接触し且つピン止めされない磁化の向きを有する軟強磁性基準層とを備える、プローブと、所与のメモリセルの前記データ層と前記配置される先端部の前記軟強磁性基準層との間のトンネル層として磁気トンネル接合を形成する少なくとも１つの中間層とを備える、熱を利用した磁気メモリ記憶素子におけるデータ記憶方法であって、前記遠位先端部の前記発熱体を起動して、前記データ層を加熱する段階と、前記プローブの前記導体に電流を供給することにより磁界を生成する段階とを含み、前記磁界は前記加熱されたデータ層の保磁力よりも大きく、前記データ層の前記磁化の向きが、データビットを格納するように変更されることを特徴とする。

好ましい方法および装置のこれらの、および他の目的、特徴および利点は、本発明の原理を例示する添付の図面とともに取り上げられる、以下に記載される詳細な説明から明らかになるであろう。

詳細な説明を始める前に、本発明が特定のタイプの磁気メモリでの使用あるいは応用形態に限定されないことは理解されたい。したがって、本発明は、説明の便宜上、代表的で例示的な実施形態に関して図示および記載されるが、本発明が他のタイプの磁気メモリにも適用できることは理解されよう。

ここで図面を、より詳細には図１Ａおよび図１Ｂを参照すると、本発明の一実施形態による、少なくとも１つの磁気メモリセル１００と、メモリセル１００に近接して配置される可動プローブ１２０とを有する、熱を利用して切替えが改善された、ナノ先端（ナノメートルサイズの先端部）を利用する磁気メモリ５０の一部が示される。少なくとも１つの実施形態では、磁気メモリセル１００には、分割された磁気トンネル接合メモリセルを用いることができる。具体的には、磁気メモリセル１００は、強磁性データ層１０２と、中間層１０４と、データ層１０２と電気的に接触する導体１０６とを有することができる。

強磁性データ層１０２は、１ビットのデータを磁化Ｍ２の変更可能な向きとして格納することができる。中間層１０４はデータ層１０２に結合され、図に示されるように、データ層１０２にわたって延在することができ、可動プローブ１２０がデータ層１０２と物理的に直に接触しないようにするであろう。中間層１０４の反対側にある導体１０６は、データ層１０２と電気的に接触している。少なくとも１つの実施形態では、データ層１０２は、保磁力が温度の上昇とともに減少する材料からなることができる。

可動プローブ１２０は、関節式支持体１２２と、所与のメモリセル１００に極めて接近して配置されることができる遠位先端部１２４とを有する。図１Ａに示されるように、少なくとも１つの実施形態では、プローブの遠位先端部１２４は、導体１２６と、軟強磁性（soft ferromagnetic）基準層１３０とによって特徴付けられる。別の実施形態では、遠位先端部１２４はさらに、図１Ｂに示されるように、発熱体１２８を備えることができる。説明を容易にするために、導体１２６および発熱体１２８は別々に示されている。導体１２６および発熱体１２８は全く同じものとして一体化されることができることは理解されたい。図１Ａおよび図１Ｂに対する別の形態として、図１Ｃおよび図１Ｄは、別の中間層１３２が、メモリセル１００のデータ層１０２ではなく、プローブ１２０の軟基準層１３０に結合される実施形態を示す。適当な状況下では、個別の中間層１３２および１０４の両方が設けられることもできる。

導体１２６が遠位先端部１２４を形成することができる。プローブ１２０の先端部１２４の寸法（幅）は、所与のメモリセル１００の直径と略同じ寸法（幅）か、あるいはそれよりも小さくされる。導体１２６を用いて、読出し動作を実行するので、その導体は一般的には読出し導体と呼ぶことができる。概念的に示されるように、その先端部は、メモリセル１００に近い方が小さいような円錐形にすることができる。１つのナノ先端プローブ１２０が示されるが、適当な状況下では、可動ナノ先端プローブのアレイが配設され、メモリセル１００のアレイ（配列）上に支持されることができる。

軟基準層１３０は、磁化Ｍ１の向きが、プローブ導体１２６の中を流れる、外部から供給される電流によって既知の方向に動的に設定されることができるので、そのように呼ばれる。それは一般的に、磁気的に軟らかい材料を含み、従来のピン止めされた基準層のために用いられる通常の磁気的に硬くピン止めされる(hard-pinned)材料からは形成されないので、「軟らかい」と呼ばれる。基準層１３０がデータ層１０２に永久的に極めて接近している状態にはないので、基準層の反磁界によって角変位が引き起こされる可能性が概ね回避され、磁気抵抗ΔＲ／Ｒが最適に保持されることができる。

遠位先端部１２４（導体１２６および軟基準層１３０）およびメモリセル１００（導体１０６、データ層１０２およびキャップ１０４あるいは１３２）の構成要素は合わせて、トンネル接合メモリセルの構成要素を形成する。具体的には、遠位先端部１２４がキャップ１０４と接触するとき、キャップ１０４は基準層１３０とデータ層１０２との間のトンネル接合としての役割を果たす。キャップ１３２が遠位先端部１２４の一部である場合、遠位先端部１２４が所与のメモリセル１００のデータ層１０２と接触するとき、キャップ１３２は同じく基準層１３０とデータ層１０２との間のトンネル接合としての役割を果たす。言い換えると、データ層１０２、中間層（中間層１０４あるいは１３２）および軟基準層１３０が接触するとき、磁気トンネル接合が形成される。そのようなアセンブリ（組立体）は、プローブ１２０が所与のメモリセル１００に近接して配置され、プローブ１２０と所与のメモリセル１００とが電気的あるいは熱的に接触できるようになるときに生じる。そのように近接して配置されるまで、磁気トンネル接合は形成されない。

少なくとも１つの実施形態では、強磁性データ層１０２は、軟基準層１３０よりも低い保磁力を有する。強磁性データ層１０２は、限定はしないが、ニッケル鉄（ＮｉＦｅ）、ニッケル鉄コバルト（ＮｉＦｅＣｏ）、コバルト鉄（ＣｏＦｅ）およびそのような金属からなる合金を含む材料から形成されることができる。

ナノ先端プローブ１２０は移動可能であり、その場合に、１つのメモリセル１００に近接する場所から、メモリセル１００’のような別のメモリセルに近接する場所まで動かされることができる。具体的には、プローブはＸおよびＹ座標軸に沿って所与のメモリセル１００上に配置されることができる。プローブはその後、Ｚ座標軸に沿って、ナノ先端プローブ１２０と所与のメモリセル１００との間で電流および熱エネルギーを伝達できるように配置されることができる。熱エネルギーは、伝導によって、放射によって、あるいは両方の組み合わせによって伝達されることができる。一般的に、ある特定のメモリセル１００と位置合わせするためのＸおよびＹ方向の動きは、Ｚ軸に沿って動く前に生じるであろう。

ナノ先端プローブ１２０の動きの調整（movement articulation）は、プローブを利用する記憶装置の技術分野の当業者が、メモリセル１００上にナノ先端プローブ、あるいはプローブのアレイを配置するために利用することを知っている構成要素によって達成されることができる。少なくとも１つの実施形態では、動きの調整は、現在のＭＥＭＳ（微小電気機械システム）素子を用いて達成されているような、静電的、圧電的、あるいは静電的および圧電的ポジショナ（positioner）の組み合わせを用いて達成されることができる。

図１Ａのワイヤ（１つあるいは複数）１６０および図１Ｂのワイヤ（１つあるいは複数）１６２のように示される電気的接続が、導体１０６および発熱体１２８を電源１８４に接続する。電源によって、ナノ先端プローブ１２０は、局部的な電流、および適当な状況下では局部的な熱を、具体的に指定されたメモリセル１００に供給できるようになる。少なくとも１つの実施形態では、発熱体１２８には、平面抵抗、導電コイル、あるいは局部的な熱源を供給することができるような他の素子を用いることができる。プローブ１２０の導体１２６は導電性材料から形成されることができる。導体１２６のために適した材料は、限定はしないが、銅（Ｃｕ）、アルミニウム（Ａｌ）、アルミニウム銅（ＡｌＣｕ）、金（Ａｕ）、銀（Ａｇ）およびそのような金属からなる合金を含むことができる。

上記のように、磁気メモリ５０は、アレイとして配列される複数のメモリセル１００を有することができる。各メモリセルは、その自らの導体１０６を有することができ、その導体は、図２に示されるようなアレイの所与の行にあるメモリセル１００、１００’および１００’’に共通の行導体２００と接触することができる。メモリセル１００の導体１０６は、共通の導体２００に結合されることができるか、あるいはメモリセル２０２および２０２’の場合のように、導体１０６’は、共通の導体２０４と一体化された部分にすることができる。少なくとも１つの実施形態では、導体１０６は複数のメモリセルのサブセット（部分集合）に共通である。適当な状況下では、そのサブセットは、アレイ内に存在する複数のメモリセル全体を含むことができる。多数のプローブ１２０を具現する別の実施形態では、セル導体１０６は、所与のプローブ１２０によってアクセス可能な全てのメモリセルに共通の共通導体にすることができる。アレイは少なくとも２つの領域に細分化され、メモリセル１００の各領域は、プローブ１２０のうちの１つに対応し、該プローブ１２０のうちの１つを受け入れる。さらに別の実施形態では、メモリセル１００のアレイは移動可能にすることができ、その動きはプローブ１２０に関して先に記載されたように達成されることができる。メモリセル１００の動きを、１つあるいは複数のプローブ１２０の動きと調和させて、任意の特定のメモリセル１００へのアクセスの相対的な速さをさらに改善することができる。適当な状況下では、１つあるいは複数のプローブ１２０の相対的な動きは、メモリセル１００の動きによって完全に達成されることもできる。多数のプローブ１２０を配設する実施形態に関して、プローブ１２０はＸ、ＹおよびＺ軸に沿って協働して（一緒に）動かされることができるか、あるいは軸のうちの１つあるいは複数の軸に沿って個別に動かされることができる。

図２に関して、分割された磁気トンネル接合メモリセルとしてのメモリセル１００の説明がさらに十分に理解されることができる。上記のように、プローブ１２０が所与のメモリセル１００を対象とするとき、メモリセル１００およびプローブ１２０を組み合わせた構成要素によって、セル１００内に記録されたデータビットが読み出されるか、あるいはセル１００にデータビットが書き込まれるようになる。各メモリセル１００が一般的にデータ層および中間層が、トンネル層としての役割を果たすのを可能にするため、セル１００のアレイを配設するための製造作業は都合よく簡略化される。たとえば、メモリセル１００が基準層を含まないので、アニールによる長時間の加熱および長時間磁界に曝すことを避けることができる。

磁気トンネル接合メモリセル１００内に抵抗を生じる現象は磁気メモリの技術分野においてよく理解されており、ＴＭＲメモリセルの場合によく理解されている。ＧＭＲおよびＣＭＲメモリセルは磁気的に同じように挙動するが、電気伝導の仕組みが異なるので、それらの磁気抵抗は異なる物理的な効果から生じる。たとえば、ＴＭＲに基づくメモリセルでは、その現象は量子力学的トンネル現象あるいはスピン依存トンネル現象と呼ばれる。ＴＭＲメモリセルでは、中間層１０４は誘電体材料からなる薄い障壁であり、その障壁を通して、データ層１０２と軟基準層１３０との間で電子の量子力学的トンネル現象が生じる。

ＧＭＲメモリセルでは、中間層１０４は非磁性であるが、導電性の材料からなる薄いスペーサ層である。ここでは、その伝導は、データ層１０２と軟基準層１３０との間で中間層１０４を通過する電子のスピン依存散乱である。いずれの場合でも、データ層１０２と軟基準層１３０との間の抵抗は、磁化Ｍ１およびＭ２の相対的な向きに応じて増減するであろう。データ層１０２が「０」の論理状態を格納しているか、「１」の論理状態を格納しているかを判定するために読み取られるのが、その抵抗の差である。

少なくとも１つの実施形態では、中間層１０４は、データ層１０２をピン止めされた基準層１３０から分離し、かつ絶縁する絶縁性材料（誘電体）から形成されるトンネル層である。誘電体中間層１０４のために適した誘電性材料は、限定はしないが、二酸化シリコン（ＳｉＯ₂）、酸化マグネシウム（ＭｇＯ）、窒化シリコン（ＳｉＮ_x）、酸化アルミニウム（Ａｌ₂Ｏ₃）、窒化アルミニウム（ＡｌＮ_x）および酸化タンタル（ＴａＯ_x）を含むことができる。

少なくとも１つの他の実施形態では、中間層１０４は、元素の周期表に列挙される３ｄ、４ｄ、５ｄ遷移金属のような非磁性材料から形成されるトンネル層である。非磁性中間層１０４のために適した非磁性材料は、限定はしないが、銅（Ｃｕ）、金（Ａｕ）および銀（Ａｇ）を含むことができる。中間層１０４の実際の厚みは、中間層１０４を形成するために選択される材料、および所望のトンネルメモリセルのタイプに依存するが、一般的には、中間層１０４は約０．５ｎｍ〜５．０ｎｍの厚みを有することができる。

上記のように、ナノ先端プローブ１２０は、メモリセル１００に概ね近接する場所まで動かされることができる。中間層１０４が誘電性材料であるか導電性材料であるかに応じて、近接する場所は、遠位先端部１２４とメモリセル１００との間の圧力を及ぼし合う接触あるいは電気的接触が生じる場所にすることができる。少なくとも１つの実施形態では、遠位先端部１２４はメモリセル１００と物理的に接触する。

データ層１０２に格納されるデータビットは、メモリセル１００と物理的に接触しているナノ先端プローブ１２０の導体１２６の中に読出し電流Ｉ_Rを流し、その際、データ層１０２と軟基準層１３０との間の抵抗を測定することにより、磁気メモリセル１００において実行される読出し動作中に読み出されることができる。「１」あるいは「０」のようなそのビットの論理状態が、抵抗の大きさを読み取ることにより判定されることができる。

図３に示されるように、所定の大きさおよび方向の外部から供給される読出し電流Ｉ_Rがワイヤ１６０によって供給され、導体１２６の中に流れて、結果として磁界が生成される。先に述べたように、軟基準層１３０の磁化Ｍ１は動作中にその場で既知の向きにピン止めされる。読出し電流Ｉ_Rが流れている限り、中間層１０４を通ってデータ層１０２と基準層１３０との間を電子が流れることに起因して、強磁性データ層１０２と軟強磁性基準層１３０との間には抵抗が存在する。その抵抗の大きさおよび／または変化を測定することにより、データ層１０２に格納されるデータビットの状態が判定されることができる。

Ｍ１の向きは予めピン止めされていないので、一般的に、Ｍ１が向けられることになる方向に関する取り決めが導入される。たとえば、図３の概念的な構成が、そのような取り決めを示すことができる。図に示されるように、「＋」記号によって示される読出し電流Ｉ_Rは、紙面に向かって流れており、磁界（曲線の矢印３００によって表される）が、右手の法則に従って時計方向のベクトルを有するようになる。それゆえ、動作中にピン止めされるＭ１の向きは左を向く。さらに、その取り決めは、Ｍ１およびＭ２が平行である場合に「０」の論理状態が存在し、Ｍ１およびＭ２が反平行である場合に「１」の論理状態が存在し、抵抗によってその比較判定がなされるように精緻化することができる。

要約すると、プローブ１２０、より具体的には遠位先端部１２４が所与のメモリセル１００と接触するように動かされるときに、メモリセル１００上で読出し動作が実行される。読出し電流Ｉ_Rは、ワイヤ１６０によって、遠隔した電源１６４から導体１２６に供給される。導体の中に流れる電流を用いて、軟基準層１３０内の動作中にピン止めされるＭ１の向きを確立するだけの十分な磁界３００を生成することができる。メモリセル１００の中を流れる電流の抵抗が測定され、Ｍ２として格納されるデータビットの値が推定される。読出し動作のために、遠位先端部１２４内の発熱体１２８が存在するか否かは一般的には重要ではない。

磁界３００は、所与の磁気セル１００の加熱されないデータ層１０２の保磁力に打ち勝つには不十分である。その場合、変更可能な性質を有するデータ層１０２の磁化Ｍ２は実質的には変更されない。プローブ１２０は所与の磁気セル１００とだけ接触することが好ましいので、プローブ１２０に対するその物理的な配置およびプローブ１２０と接触していないことによって磁界３００の影響を大きく免れる隣接するメモリセル１００’、１００’’のデータ層１０２’、１０２’’に、磁界３００が悪影響を及ぼすことは考えられない。さらに、軟基準層１３０のＭ１の向きは動作中にピン止めされることができるが、一般的には、電流を停止することによって磁界３００が除去されるとき、それはピン止めされたままにはならないであろう。

一般的に磁気メモリの技術分野では、磁気ビットのサイズが小さくなると、そのビットの保磁力が増加することがわかっている。たとえば、０．２×０．３ナノメートルのビットは約４０Ｏｅ（１Ｏｅ＝１０００／（４×π）Ａ／ｍ）の保磁力を有することができるのに対して、０．８×０．１６ナノメートルのビットは約１００Ｏｅ（１Ｏｅ＝１０００／（４×π）Ａ／ｍ）の保磁力を有することができる。一般的に、ある材料の保磁力は、温度が上昇するのに応じて減少するであろう。たとえば、１００℃の温度上昇は、約５０％だけ保磁力を降下させることができる。温度が元の状態まで下げられると、一般的には保磁力は元に戻るであろう。

メモリ５０がデータを格納する能力が図４および図５に例示される。少なくとも１つの実施形態では、遠位先端部は発熱体１２８を備え、データ層１０２は、その保磁力が温度の上昇とともに減少する材料によって特徴付けられる。そのような実施形態が図４に概念的に示される。外部から供給される電流がワイヤ１６２によって発熱体１２８に供給されることができ、結果として、破線４００によって表される熱が生成される。熱４００は所与のメモリセル１００の中に誘導されることができる。所与の大きさおよび方向の外部から供給される電流Ｉ_Rがワイヤ１６０によって供給され、導体１２６の中に流れ、結果として磁界が生成される。「＋」記号によって示されるような読出し電流Ｉ_Rは、紙面に向かって流れており、磁界が、右手の法則に従って時計方向のベクトルを有するようになる（曲線の矢印４１０によって表される）。供給される電流は、先に記載された、抵抗を読み取ることによるデータビットの判定において用いられるのと概ね同じ所定の大きさを有することができる。適当な状況下では、データビットを読み出すための抵抗の読取りは、データビットの記憶を達成するための加熱過程と概ね同時に実行されることができる。

図３に示される磁界３００の説明と同じように、図４の磁界４１０は、プローブ１２０に対するその物理的な配置およびプローブ１２０と接触していないことによって磁界４１０の影響を大きく免れる隣接するメモリセル１００’、１００’’のデータ層１０２’、１０２’’に悪影響を及ぼすことは考えられない。熱４００がデータ層１０２の温度を上昇させているので、データ層１０２の保磁力は低減される。磁界４１０は、その加熱されていない状態にあるデータ層１０２の磁化Ｍ２の性質を変更できないが、磁界４１０は、その加熱された状態にあるデータ層１０２の磁化Ｍ２を変更するだけの十分な大きさを有する。磁界４１０のベクトルが左を向くので、Ｍ２は左を指すように揃えられるであろう。読出し磁界３００および４１０の相対的な磁界の強さは、それらが概ね同じ電流で動作している同じ読出し導体１２６によって生成されるので、概ね等しいことは理解されたい。さらに、軟基準層１３０の向きは動作中にピン止めされることができるが、少なくとも１つの実施形態では、軟基準層１３０を含む強磁性材料の保磁力は、基準層１３０が加熱される場合であっても、磁界４１０よりも大きい。

さらに別の例では、読出し導体１２６内の電流の方向が逆にされる場合には、結果として生成される磁界は、反時計方向のベクトルを有するであろう。データ層１０２の温度を十分に上昇させ、それによりその保磁力を減少させるための熱４００が存在するとき、磁界の反時計回りのベクトルが、右を指すようにＭ２を揃えるであろう。

さらに、読出し電流によって生成されるような磁界４１０は、加熱されたデータ層１０２の保磁力に打ち勝つだけの十分な大きさを有する。読出し磁界４１０がデータ層１０２の保磁力に打ち勝つので、磁化Ｍ２の向きは、ある方向から別の方向に変更されることができる。少なくとも１つの実施形態では、加熱されたデータ層１０２上で実行される向きの変更は、隣接する加熱されていないデータ層１０２’、１０２’’の向きに影響を及ぼさない。

有利な結果として、少なくとも１つの実施形態では、メモリセル１００のビット間のピッチ（各セルの中心点間の距離）が低減されることができる。そのようにビット間のピッチを縮小することは、所与の空間内のメモリセルの密度を高めることができ、それゆえメモリ容量を増加させることができるので有利である。さらに、プローブ導体１２６によって生成される磁界３００、４１０は、読出しあるいは書込み動作の場合に概ね同じであるので、製造および設計の問題が簡略化される。

図５に示されるさらに別の実施形態では、発熱体１２８を用いることなく、書込み動作が達成されることができる。ここでは、所定の大きさおよび方向の外部から供給される電流Ｉ_Rがワイヤ１６０によって供給され、導体１２６の中に流されて、結果として磁界が生成される。「＋」記号によって示されるような読出し電流Ｉ_Rは、紙面に向かって流れており、磁界が、右手の法則に従って時計方向のベクトルを有するようになっている（曲線の矢印５００によって表される）。供給される電流は、先に記載された、抵抗を読み取ることによるデータビットの判定において用いられるのと概ね同じ所定の大きさを有することができる。適当な状況下では、データビットを読み出すための抵抗の読取りは、データビットの記憶を確認するために書込みと概ね同時に実行されることができる。

データ層１０２の保磁力よりも十分に大きな磁界を与えるために、共通導体２００によって、セル導体１０６にさらに多くの電流が加えられることができる。「−」記号によって示されるような読出し電流Ｉ_Rは、紙面から外に向かって流れており、磁界が、右手の法則に従って反時計方向のベクトルを有するようになっている（曲線の矢印５１０によって表される）。図に示されるように、磁界５００および５１０はデータ層１０２の概ね近くで重なり合う。その合成された大きさは、データ層１０２の保磁力に打ち勝つだけの十分な大きさを有する。

図３に示される磁界３００の説明と同じように、図５の磁界５００は、プローブ１２０に対するその物理的な配置およびプローブ１２０と接触していないことによって磁界５００の影響を大きく免れる隣接するメモリセル１００’、１００’’のデータ層１０２’、１０２’’に悪影響を及ぼすことは考えられない。同じことが磁界５１０にも当てはまる。共通導体２００に沿って供給される電流は、共通導体上に配置される他のメモリセルにも供給されることができるが、結果として生成されるどの磁界もそれだけでは、別のデータ層に悪影響を及ぼすには不十分である。合成された磁界５００および５１０のベクトルは左を向くので、Ｍ２は左を指すように揃えられるであろう。読出し磁界３００および５００の相対的な磁界の強さは、それらが概ね同じ電流で動作する同じ読出し導体１２６によって生成されるので、概ね等しいことは理解されたい。さらに、軟基準層１３０の向きは動作中にその場でピン止めされることができるが、少なくとも１つの実施形態では、軟基準層１３０を含む強磁性材料の保磁力は、合成された磁界５００および５１０よりも大きい。

さらに別の例では、プローブ導体１２６内の電流の方向が逆にされ、かつセル導体１０６内の電流が逆にされる場合には、結果として生成される磁界は、反時計方向のベクトルを有するであろう。その場合に、合成された磁界の反時計回りのベクトルが、右を指すようにＭ２を揃えるであろう。適当な状況下では、集中させた磁界の使用と発熱体１２８の使用とを組み合わせて、データ層１０２の保磁力をさらに低下させることができ、向きを変更する動作を速くできる可能性もある。

さらに、読出し電流によって生成されるような磁界５００は、加熱されたデータ層１０２の保磁力に打ち勝つだけの十分な大きさを有する。読出し磁界５００がデータ層１０２の保磁力に打ち勝つことができるので、磁化Ｍ２の向きが、ある向きから別の向きに変更されることができる。少なくとも１つの実施形態では、加熱されたデータ層１０２上で実行される向きの変更は、隣接する加熱されていないデータ層１０２’、１０２’’の向きには影響を及ぼさない。

メモリセル１００のビット間のピッチが低減されることができ、それにより、所与の空間内のメモリセルの密度を、それゆえメモリ容量を高めることができるので有利である。さらに、プローブ導体１２６によって生成される磁界３００、５００は、読出しあるいは書込み動作の場合に概ね同じであるので、製造および設計の問題が簡略化される。

少なくとも１つの実施形態では、強磁性データ層１０２は、軟基準層１３０よりも低い保磁力を有する。その保磁力が温度の上昇とともに減少する材料を含む強磁性データ層１０２は、限定はしないが、ニッケル鉄（ＮｉＦｅ）、ニッケル鉄コバルト（ＮｉＦｅＣｏ）、コバルト鉄（ＣｏＦｅ）、およびそのような金属からなる合金を含む材料から形成されることができる。

プローブ１２０の導体１２６は導電性材料から形成されることができる。導体１２６のために適した材料は、限定はしないが、銅（Ｃｕ）、アルミニウム（Ａｌ）、アルミニウム銅（ＡｌＣｕ）、金（Ａｕ）、銀（Ａｇ）およびそのような金属からなる合金を含むことができる。

磁気メモリ５０の上記の物理的な実施形態を説明してきたが、磁気メモリ５０を組み込むコンピュータシステムのような別の実施形態を考えることもできる。これまで記載されてきたように、磁気メモリ５０の物理的なサイズは非常に小さく、それにより、同じ物理的な空間において、現在のメモリ素子よりも記憶容量を大きくできるようになる。さらに、プローブ１２０の動きは非常に短い距離にしか及ばないので、アクセス時間を速くし、待ち時間を短くできるようになる。メインボード、中央処理ユニット（ＣＰＵ）および磁気メモリ５０から構成される少なくとも１つのメモリ記憶装置を備えるコンピュータは高速であるという利点を有する。

本発明が好ましい実施形態を参照しながら記載されてきたが、本発明の範囲から逸脱することなく、種々の改変、変更および改善がなされることができ、その素子およびそのステップの代わりに、それに相当するものが用いられることができることは当業者には理解されよう。さらに、本発明の本質的な範囲から逸脱することなく、ある特定の状況あるいは材料に適合するように、本発明の教示に対して数多くの変更がなされることができる。そのような改変、変形、変更および改善は、先の説明では明らかには述べられていないが、それでも、本発明の範囲および精神の中にあることが意図され、含意される。それゆえ、本発明は、本発明を実施するために考慮される最良の形態として開示される特定の実施形態には限定されず、本発明は添付の請求の範囲内に入る全ての実施形態を含むことが意図されている。

本実施形態は、以下の実施態様を含んでいる。

＜５＞ 熱を利用した磁気メモリ（５０）記憶素子において、複数のメモリセル（１００）であって、各メモリセル（１００）は、変更可能な磁化の向きを有し且つその保磁力が温度の上昇とともに減少する材料を含む少なくとも１つの強磁性データ層（１０２）と、中間層（１０４）の反対側において、該データ層（１０２）と電気的に接触する導体（１０６）とを備える、複数のメモリセルと、所与のメモリセル（１００）に対して接近した時に、当該メモリセルに対してトンネル電流を注入可能に配置される遠位先端部（１２４）を備える少なくとも１つの可動プローブ（１２０）であって、該プローブ（１２０）は、支持体（１２２）と、該支持体（１２２）に結合され且つ該遠位先端部（１２４）を形成するプローブ導体（１２６）と、該プローブ導体（１２６）に隣接して該支持体（１２２）に結合される発熱体（１２８）と、該プローブ導体（１２６）に電気的に接触し且つピン止めされない磁化の向きを有する軟強磁性基準層（１３０）とを備える、プローブと、所与のメモリセル（１００）の前記データ層（１０２）と前記配置される先端部（１２４）の前記軟強磁性基準層（１３０）との間のトンネル層として磁気トンネル接合を形成する少なくとも１つの前記中間層（１０４）とを備えることを特徴とする、磁気メモリ記憶素子。

＜６＞ 磁気メモリ（５０）記憶素子であって、前記中間層（１０４）は前記遠位先端部（１２４）の前記軟基準層（１３０）に結合されることを特徴とする上記＜５＞に記載の磁気メモリ記憶素子。

＜７＞ 磁気メモリ（５０）記憶素子であって、１つの中間層（１０４）が前記各データ層（１０２）に結合されることを特徴とする上記＜５＞に記載の磁気メモリ記憶素子。

＜８＞ 磁気メモリ（５０）記憶素子であって、前記プローブ（１２０）の前記導体（１２６）と前記発熱体（１２８）とは、一体化されていることを特徴とする上記＜５＞に記載の磁気メモリ記憶素子。

＜９＞ 書込み動作中に、前記所与のメモリセル（１００）は前記プローブ（１２０）の前記発熱体（１２８）によって生成される熱（４００）によって加熱され、前記プローブ（１２０）の前記導体（１２６）の中に流す電流が供給され、前記プローブ（１２０）の前記導体（１２６）の中を流れる前記電流によって磁界（４１０）が生成され、前記プローブ（１２０）の前記導体（１２６）の前記磁界（４１０）が前記加熱されたデータ層（１０２）の保磁力よりも大きいときに、前記データ層（１０２）の前記磁化の向きが変更され得ることを特徴とする上記＜５＞に記載の磁気メモリ記憶素子。

＜１０＞ 熱を利用した磁気メモリ記憶素子であって、読出し動作中に、前記プローブ（１２０）は所与のメモリセル（１００）に対してトンネル電流を注入可能に接触するように動かされ、前記プローブ（１２０）の前記導体（１２６）の中に流す電流が供給され、前記プローブ（１２０）の前記導体（１２６）の中を流れる前記電流によって磁界（４１０）が生成され、前記プローブ（１２０）の前記軟強磁性基準層（１３０）が前記磁界（４１０）によって所望の向きにピン止めされ、前記電流に基づいて前記プローブ（１２０）の前記導体（１２６）から前記所与のメモリセル（１００）の前記導体（１０６）まで前記所与のセルの中を流れるトンネル電流の抵抗が測定されることを特徴とする上記＜５＞に記載の磁気メモリ記憶素子。

＜１１＞ 熱を利用した磁気メモリ記憶素子であって、前記プローブ（１２０）の前記導体（１２６）によって生成される前記磁界（４１０）は、前記所与のメモリセル（１００）の加熱されないデータ層（１０２）の保磁力よりも小さいことを特徴とする上記＜１０＞に記載の磁気メモリ記憶素子。

＜１２＞ 熱を利用した磁気メモリ記憶素子（５０）であって、前記プローブ（１２０）の前記先端部（１２４）の幅方向の寸法は、所与のメモリセル（１００）の幅方向の寸法と同等又はそれ以下であることを特徴とする、上記＜５＞に記載の磁気メモリ記憶素子。

＜１３＞ 熱を利用した磁気メモリ記憶素子であって、前記複数のメモリセル（１００）はメモリアレイとして並べられることを特徴とする上記＜５＞に記載の磁気メモリ記憶素子。

＜１４＞ 熱を利用した磁気メモリ記憶素子であって、前記メモリアレイは少なくとも２つの領域に細分化され、前記メモリアレイの各領域は前記可動プローブ（１２０）のうちの１つに対応することを特徴とする上記＜１３＞に記載の磁気メモリ記憶素子。

＜１５＞ 熱を利用した磁気メモリ記憶素子であって、前記複数の可動プローブ（１２０）はＸ、ＹおよびＺ軸に沿って一緒に移動することを特徴とする上記＜５＞に記載の磁気メモリ記憶素子。

＜１６＞ 熱を利用した磁気メモリ記憶素子であって、前記複数の可動プローブ（１２０）はＸ、ＹおよびＺ軸の１つあるいは複数の軸に沿って個別に移動することを特徴とする上記＜５＞に記載の磁気メモリ記憶素子。

＜１７＞ コンピュータシステムであって、メインボードと、該メインボードに結合される少なくとも１つの中央処理ユニット（ＣＰＵ）と、前記メインボードによって前記ＣＰＵに結合される少なくとも１つのメモリ記憶装置とを備え、該メモリ記憶装置は、複数のメモリセル（１００）であって、各メモリセル（１００）は、変更可能な磁化の向きを有する少なくとも１つの強磁性データ層（１０２）と、該データ層（１０２）と電気的に接触する導体（１０６）とを備える、複数のメモリセルと、所与のメモリセル（１００）に対して接近した時に、当該メモリセルに対してトンネル電流を注入可能に接近して配置される遠位先端部（１２４）を備える少なくとも１つの可動プローブ（１２０）であって、該プローブ（１２０）は、支持体（１２２）と、該支持体（１２２）に結合され且つ該遠位先端部（１２４）を形成するプローブ導体（１２６）と、該プローブ導体（１２６）に電気的に接触し且つピン止めされない磁化の向きを有する軟強磁性基準層（１３０）と発熱体とを備える、該プローブと、所与のメモリセル（１００）の前記データ層（１０２）と前記配置される先端部（１２４）の前記軟強磁性基準層（１３０）との間に磁気トンネル接合を形成する少なくとも１つの中間層（１０４）とを備え、前記強磁性データ層はその保磁力が温度の上昇とともに減少する材料を含むことを特徴とするコンピュータシステム。

＜２０＞ それぞれが、変更可能な磁化の向きを有し且つその保磁力が温度の上昇とともに減少する材料を含む少なくとも１つの強磁性データ層（１０２）と、中間層（１０４）の反対側において、該データ層（１０２）と電気的に接触する導体（１０６）とを備える複数のメモリセル（１００）と、所与のメモリセルに対して接近した時に、当該メモリセルに対してトンネル電流を注入可能に接近して配置される遠位先端部（１２４）を備える少なくとも１つの可動プローブ（１２０）であって、該プローブ（１２０）は、支持体（１２２）と、該支持体（１２２）に結合され且つ該遠位先端部（１２４）を形成するプローブ導体（１２６）と、該プローブ導体（１２６）に隣接して該支持体（１２２）に結合される発熱体（１２８）と、該プローブ導体（１２６）に電気的に接触し且つピン止めされない磁化の向きを有する軟強磁性基準層（１３０）とを備える、プローブと、所与のメモリセルの前記データ層と前記配置される先端部の前記軟強磁性基準層との間のトンネル層として磁気トンネル接合を形成する少なくとも１つの中間層（１０４）とを備える、熱を利用した磁気メモリ（５０）記憶素子におけるデータ記憶方法であって、前記遠位先端部の前記発熱体を起動して、前記データ層を加熱する段階と、前記プローブの前記導体に電流を供給することにより磁界を生成する段階とを含み、前記磁界は前記加熱されたデータ層の保磁力よりも大きく、前記データ層の前記磁化の向きが、データビットを格納するように変更されることを特徴とする、熱を利用した磁気メモリ記憶素子におけるデータ記憶方法。

本発明の磁気メモリ記憶素子は、コンピュータ等用のメモリとして利用可能である。

本発明を具現する典型的な磁気メモリの一部を示す図である。 本発明を具現する典型的な磁気メモリの一部を示す図である。 本発明を具現する典型的な磁気メモリの一部を示す図である。 本発明を具現する典型的な磁気メモリの一部を示す図である。 図１に示されるようなメモリセルのアレイの斜視図である。 図１に示されるようなメモリの読出し動作を示す側面図である。 図１Ａに示されるメモリの書込み動作を示す側面図である。 図１Ｂに示されるメモリの別の書込み動作を示す側面図である。

符号の説明

５０ 磁気メモリ
１００ メモリセル
１０２ 強磁性データ層
１０４ 中間層
１２０ 可動プローブ
１２４ 先端部
１２６ 導体
１３０ 軟強磁性基準層

Claims (14)

1. 熱を利用した磁気メモリ記憶素子において、
   複数のメモリセルであって、各メモリセルは、変更可能な磁化の向きを有し且つその保磁力が温度の上昇とともに減少する材料を含む少なくとも１つの強磁性データ層と、中間層の反対側において、該データ層と電気的に接触する導体とを備える、複数のメモリセルと、
   所与のメモリセルに対して接近した時に、当該メモリセルに対してトンネル電流を注入可能に配置される遠位先端部を備える少なくとも１つの可動プローブであって、該プローブは、支持体と、該支持体に結合され且つ該遠位先端部を形成するプローブ導体と、該プローブ導体と隣接して該支持体に結合される発熱体と、該プローブ導体に電気的に接触し且つピン止めされない磁化の向きを有する軟強磁性基準層とを備える、プローブと、
   所与のメモリセルの前記データ層と前記配置される先端部の前記軟強磁性基準層との間のトンネル層として磁気トンネル接合を形成する少なくとも１つの前記中間層とを備えることを特徴とする、磁気メモリ記憶素子。
2. 磁気メモリ記憶素子であって、前記中間層は前記遠位先端部の前記軟磁性基準層に結合されることを特徴とする請求項１に記載の磁気メモリ記憶素子。
3. 磁気メモリ記憶素子であって、１つの中間層が前記各データ層に結合されることを特徴とする請求項１に記載の磁気メモリ記憶素子。
4. 磁気メモリ記憶素子であって、前記プローブの前記導体と前記発熱体とは、一体化されていることを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載の磁気メモリ記憶素子。
5. 書込み動作中に、前記所与のメモリセルは前記プローブの前記発熱体によって生成される熱によって加熱され、
   前記プローブの前記導体の中に流す電流が供給され、
   前記プローブの前記導体の中を流れる前記電流によって磁界が生成され、
   前記プローブの前記導体の前記磁界が前記加熱されたデータ層の保磁力よりも大きいときに、前記データ層の前記磁化の向きが変更され得ることを特徴とする請求項１〜４のいずれか一項に記載の磁気メモリ記憶素子。
6. 熱を利用した磁気メモリ記憶素子であって、読出し動作中に、前記プローブは所与のメモリセルに対してトンネル電流を注入可能に接触するように動かされ、
   前記プローブの前記導体の中に流す電流が供給され、
   前記プローブの前記導体の中を流れる前記電流によって磁界が生成され、
   前記プローブの前記軟強磁性基準層が前記磁界によって所望の向きにピン止めされ、
   前記電流に基づいて前記プローブの前記導体から前記所与のメモリセルの前記導体まで前記所与のセルの中を流れるトンネル電流の抵抗が測定されることを特徴とする請求項１〜５のいずれか一項に記載の磁気メモリ記憶素子。
7. 熱を利用した磁気メモリ記憶素子であって、前記プローブの前記導体によって生成される前記磁界は、前記所与のメモリセルの加熱されないデータ層の保磁力よりも小さいことを特徴とする請求項１〜６のいずれか一項に記載の磁気メモリ記憶素子。
8. 熱を利用した磁気メモリ記憶素子であって、前記プローブの前記先端部の幅方向の寸法は、所与のメモリセルの幅方向の寸法と同等又はそれ以下であることを特徴とする請求項１〜７のいずれか一項に記載の磁気メモリ記憶素子。
9. 熱を利用した磁気メモリ記憶素子であって、前記複数のメモリセルはメモリアレイとして並べられることを特徴とする請求項１〜８のいずれか一項に記載の磁気メモリ記憶素子。
10. 熱を利用した磁気メモリ記憶素子であって、前記メモリアレイは少なくとも２つの領域に細分化され、前記メモリアレイの各領域は前記可動プローブのうちの１つに対応することを特徴とする請求項９に記載の磁気メモリ記憶素子。
11. 熱を利用した磁気メモリ記憶素子であって、前記複数の可動プローブはＸ、ＹおよびＺ軸に沿って一緒に移動することを特徴とする請求項１〜１０のいずれか一項に記載の磁気メモリ記憶素子。
12. 熱を利用した磁気メモリ記憶素子であって、前記複数の可動プローブはＸ、ＹおよびＺ軸の１つあるいは複数の軸に沿って個別に移動することを特徴とする請求項１〜１０のいずれか一項に記載の磁気メモリ記憶素子。
13. コンピュータシステムであって、
    メインボードと、
    該メインボードに結合される少なくとも１つの中央処理ユニット（ＣＰＵ）と、
    前記メインボードによって前記ＣＰＵに結合される少なくとも１つのメモリ記憶装置と、を備え、
    該メモリ記憶装置は、複数のメモリセルであって、各メモリセルは、変更可能な磁化の向きを有する少なくとも１つの強磁性データ層と、該データ層と電気的に接触する導体とを備える、複数のメモリセルと、
    所与のメモリセルに対して接近した時に、当該メモリセルに対してトンネル電流を注入可能に接近して配置される遠位先端部を備える少なくとも１つの可動プローブであって、該プローブは、支持体と、該支持体に結合され且つ該遠位先端部を形成するプローブ導体と、該プローブ導体に電気的に接触し且つピン止めされない磁化の向きを有する軟強磁性基準層と、発熱体と、を備える該プローブと、
    所与のメモリセルの前記データ層と前記配置される先端部の前記軟強磁性基準層との間のトンネル層として磁気トンネル接合を形成する少なくとも１つの中間層と、
    を備え、
    前記強磁性データ層は、その保磁力が温度の上昇とともに減少する材料を含むことを特徴とするコンピュータシステム。
14. それぞれが、変更可能な磁化の向きを有し且つその保磁力が温度の上昇とともに減少する材料を含む少なくとも１つの強磁性データ層と、中間層の反対側において、該データ層と電気的に接触する導体とを備える複数のメモリセルと、
    所与のメモリセルに対して接近した時に、当該メモリセルに対してトンネル電流を注入可能に接近して配置される遠位先端部を備える少なくとも１つの可動プローブであって、該プローブは、支持体と、該支持体に結合され且つ該遠位先端部を形成するプローブ導体と、該プローブ導体に隣接して該支持体に結合される発熱体と、該プローブ導体に電気的に接触し且つピン止めされない磁化の向きを有する軟強磁性基準層とを備える、プローブと、
    所与のメモリセルの前記データ層と前記配置される先端部の前記軟強磁性基準層との間のトンネル層として磁気トンネル接合を形成する少なくとも１つの中間層とを備える、熱を利用した磁気メモリ記憶素子におけるデータ記憶方法であって、
    前記遠位先端部の前記発熱体を起動して、前記データ層を加熱する段階と、
    前記プローブの前記導体に電流を供給することにより磁界を生成する段階と、を含み、
    前記磁界は前記加熱されたデータ層の保磁力よりも大きく、前記データ層の前記磁化の向きが、データビットを格納するように変更されることを特徴とする、熱を利用した磁気メモリ記憶素子におけるデータ記憶方法。

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