JP5592909B2 - 磁気メモリ - Google Patents

Description

本発明の実施形態は、磁気メモリに関する。

メモリの一つに磁壁メモリが挙げられる。磁壁メモリは、情報を記録する部分に磁性体を用いる。磁性体磁化が形成する磁区の構造、磁壁の位置、もしくは磁壁内における磁化の空間分布によって情報を表現して、それを保持する。レーストラックメモリと呼称される磁気メモリも磁壁メモリの一つである。

磁性体中に磁区を一列に並べると磁壁メモリを高密度化できるため、情報を保持する磁性体の形は直線状もしくは曲線状となっている。磁区が並んでいる方向に電流を流すと、電流を流す方向に沿って磁壁が平行移動する。磁壁メモリではこの現象を利用して、延伸された磁性体の一部の磁化を反転させたのち磁壁を移動させる、あるいは磁性体の一部の磁化状態を電気信号に変換したのち磁壁を移動させて、情報の書き込み／読み出し動作を行う。

米国特許第６．８３４，００５号明細書

情報を記録する多数の磁性体をウェハ面の垂直方向に延伸して細線として高密度に実装することで、磁壁メモリの大容量化が実現される。その一方で細線を形成するためには、予めウェハを微細加工して穴や柱状構造などの立体構造を形成し、磁性薄膜をその立体構造表面に成膜、細分化することで細線とする。あるいは電気化学反応を使って予め掘った穴に磁性体を充てんして細線とする方法が取られる。いずれの場合も、細線化の微細加工や電気化学反応に用いる電極形成が必要であり、製造コスト上昇の要因となっている。

そこで、本実施形態は、製造コストを下げることのできる磁気メモリを提供する。

本実施形態による磁気メモリは、第１方向に延在し前記第１方向に直交する平面における断面が円環状である磁性体構造と、前記磁性体構造の前記第１方向に沿った外表面に設けられた非磁性層と、前記磁性体構造とは反対側の前記非磁性層の面の一部に設けられた磁性体を含む参照部と、を備えていることを特徴とする。

図１（ａ）、１（ｂ）は、第１実施形態による磁気メモリを示す図。 図２（ａ）、２（ｂ）は、磁気メモリに記憶される情報の一例を説明する図。 図３（ａ）乃至図３（ｄ）は、磁性チューブへの情報の書き込みおよび読み出された情報の状態を説明する図。 図４（ａ）乃至図４（ｅ）はシフト動作を説明する図。 図５（ａ）乃至図５（ｅ）は書き込み動作を説明する図。 磁気メモリに接続される周辺回路群を示す図。 図７（ａ）乃至図７（ｄ）は、初期化動作の一例を示すタイミングチャート。 図８（ａ）乃至図８（ｄ）は、書き込み動作を説明する図。 図９（ａ）乃至図９（ｄ）は、書き込み動作の一例を示すタイミングチャート。 図１０（ａ）乃至図１０（ｄ）は、読み出し動作を説明する図。 図１０（ａ）乃至図１０（ｄ）に示す読み出し動作を示すタイミングチャート。 図１２（ａ）乃至図１２（ｅ）は、読み出し動作の一例を示すタイミングチャート。 第１実施形態の磁気メモリの製造工程を示す正面図。 図１４（ａ）、１４（ｂ）は、第１実施形態の磁気メモリの製造工程を示す図。 図１５（ａ）、１５（ｂ）は、第１実施形態の磁気メモリの製造工程を示す図。 図１６（ａ）、１６（ｂ）は、第１実施形態の磁気メモリの製造工程を示す図。 図１７（ａ）、１７（ｂ）は、第１実施形態の磁気メモリの製造工程を示す図。 図１８（ａ）乃至図１８（ｃ）は、磁性チューブの縦断面形状の例を示す図。 図１９（ａ）、１９（ｂ）は、第１実施形態による磁気メモリを示す模式図。 図２０（ａ）、２０（ｂ）は、第２実施形態による磁気メモリを示す模式図。 第３実施形態による磁気メモリの上面図。 第３実施形態による磁気メモリの正面図。 第３実施形態による磁気メモリの下面図。 第３実施形態の磁気メモリの書き込み動作の一例を説明する上面図。 第３実施形態の磁気メモリの書き込み動作の一例を説明する正面図。 第３実施形態の磁気メモリの書き込み動作の一例を説明する正面図。 第３実施形態の磁気メモリの書き込み動作の一例を説明する正面図。 第３実施形態の磁気メモリの書き込み動作の一例を説明する正面図。 第３実施形態の磁気メモリの書き込み動作の一例を説明する正面図。 第３実施形態の磁気メモリに接続される周辺回路を示す図。 図３１（ａ）乃至図３１（ｉ）は、第３実施形態の磁気メモリの一括書き込み動作の一例を示すタイミングチャート。 第３実施形態の変形例による磁気メモリの上面図。

以下、図面を参照して実施形態について説明する。

（第１実施形態）
第１実施形態による磁気メモリ素子（磁気メモリセルともいう）を図１（ａ）、１（ｂ）に示す。図１（ａ）は第１実施形態の磁気メモリ素子１の正面図で、図１（ｂ）は、図１（ａ）に示す切断線Ａ−Ａで切断した断面図である。この第１実施形態の磁気メモリ素子１は、磁性チューブ１０と、中間層１６と、参照部１８とを備えている。磁性チューブ１０は第１方向（ｚ軸方向）に延在し、この第１方向に直交する断面（ｘ−ｙ面における断面）が円環状を有している。磁性チューブ１０の外表面に中間層１６が形成されている。磁性チューブ１０の外表面の一部分の領域に中間層１６を介して参照部１８が設けられている。なお、図１（ａ）、１（ｂ）では、中間層１６は、磁性チューブ１０の端面以外の外表面の全てに設けられているが、参照部１８が設けられた領域に設けられていてもよい。磁性チューブ１０の内側は中空であってもよい。あるいは絶縁体、半導体、強誘電体、金属などの物質で埋め込まれていてもよい。磁性チューブ１０の中心から見た参照部１８および中間層１６の磁性チューブ１０との接触面の見込み角αは１８０°を超えない。

参照部１８は強磁性体である。強磁性体として、鉄（Ｆｅ）、コバルト（Ｃｏ）、ニッケル（Ｎｉ）、マンガン（Ｍｎ）、及びクロム（Ｃｒ）から選択される少なくとも一つの元素と、白金（Ｐｔ）、パラジウム（Ｐｄ）、イリジウム（Ｉｒ）、ルテニウム（Ｒｕ）、及びロジウム（Ｒｈ）から選択される少なくとも一つの元素との合金を用いることができる。強磁性体として、例えばＣｏＰｔ、ＮｉＦｅ、ＣｏＣｒＰｔ等も用いることができる。強磁性体の特性は、組成の変更、熱処理等によって変化させることができる。

参照部１８は、磁化が図１（ｂ）に示す矢印１９の方向（ｙ軸方向）に固定されている。また、後述するように、磁性チューブ１０は、それぞれが磁壁によって区切られた磁区がメモリとなり、スピントルクトランスファー方式を用いて参照部１８によって、このメモリセルに情報を書き込むこと、またはメモリセルから情報を読み出すことを行う。このため、参照部１８の、磁性チューブ１０の延在する方向（ｚ軸方向）の厚さｔは、後述する記録長より小さいことが望ましく、実現できる磁壁幅を考慮すれば１０ｎｍ以上程度で、高密度記録を念頭にすれば５０ｎｍ以下であることが望ましい。電流を流した際に磁性チューブ１０で発生するスピントルクの反作用によって、参照部１８の磁化の向きが変化してしまう可能性がある。このため、参照部１８のダンピング係数は、磁性チューブ１０のダンピング係数よりも大きいことが望ましい。この場合、スピントルクによる参照部１８の磁化反転に必要な時間が長くなる。よって、電流を流す時間が短い場合は参照部１８の磁化が反転しにくくなる。

中間層１６は、本実施形態では、トンネル絶縁膜材料によって構成される。トンネル絶縁膜材料としては、例えばアルミニウム（Ａｌ）、チタン（Ｔｉ）、亜鉛（Ｚｎ）、ジルコニウム（Ｚｒ）、タンタル（Ｔａ）、コバルト（Ｃｏ）、ニッケル（Ｎｉ）、シリコン（Ｓｉ）、マグネシウム（Ｍｇ）、鉄から選択される少なくとも一つの元素を含む酸化物、窒化物、フッ化物、又は酸窒化物などを用いることができる。また、他にもＡｌＡｓ、ＧａＮ、ＡｌＮ、ＺｎＳｅ、ＺｎＯ、ＭｇＯなどの大きなエネルギーギャップを有する半導体材料を用いることもできる。

また中間層１６には、例えばＴａ、Ｒｕ、Ｐｔ、Ｐｄ、Ｉｒ、Ｃｕ、Ａｕ、Ａｇ、Ｃｒ、Ａｌもその構成材料として用いることができる。これらの元素を少なくとも２種類含む合金を用いてもよい。また、これらの元素から少なくとも１つを選択し他の元素と組み合わせた合金でも良い。これらの元素を積層構造を用いてもよい。

磁性チューブ１０は、強磁性体、フェリ磁性体、又は人工格子から構成される。強磁性体として、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｍｎ、及びＣｒから選択される少なくとも一つの元素と、Ｐｔ、Ｐｄ、Ｉｒ、Ｒｕ、及びＲｈから選択される少なくとも一つの元素との合金を用いることができる。強磁性体として、例えばＣｏＰｔ、ＮｉＦｅ、ＣｏＣｒＰｔ等も用いることができる。強磁性体の特性は、組成の変更、熱処理等によって変化させることができる。

フェリ磁性体として、ＴｂＦｅＣｏ及びＧｄＦｅＣｏ等の希土類と遷移金属とのアモルファス合金を用いることができる。これらの材料は、作製条件を選んで堆積すると磁化が堆積方向に向きやすくなる傾向があり、磁化を薄膜面に対して垂直方向に磁化容易軸を設けたいときに用いることができる。また、希土類元素Ｔｂ、Ｇｄと遷移金属元素Ｆｅ、Ｃｏの組成を調整することで交換スティッフネスや磁化の大きさを変えることができ磁性チューブ内の磁壁および磁区の挙動を変調する際に有利である。

人工格子として、強磁性体と、Ｐｔ、Ｐｄ、Ｉｒ、Ｒｕ、Ｃｕ、Ａｇ、Ａｕ、Ｃｒから選択される少なくとも一つの元素との合金との積層構造を用いることができる。作製条件と各層の膜厚を選ぶと強磁性層の磁化が反強磁性的な配置となるので、磁性チューブ１０の磁化の大きさを調整することができる。強磁性体として、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｍｎ、及びＣｒから選択される少なくとも一つの元素と、Ｐｔ、Ｐｄ、Ｉｒ、Ｒｕ、及びＲｈから選択される少なくとも一つの元素との合金を用いることができる。強磁性体として、例えばＣｏＰｔ、ＮｉＦｅ、ＣｏＣｒＰｔ等も用いることができる。

次に、本実施形態の磁気メモリ素子１の動作原理について図２（ａ）乃至図７（ｂ）参照して説明する。

図２（ａ）に示すように、磁性チューブ１０は磁束が磁性チューブ１０の中で閉じるように磁化しうる。図２（ａ）では、磁性チューブの延在する方向（図１（ａ）に示すｚ軸）に沿って下方から上方へ望み見たときの磁性チューブ１０の磁化の方向を矢印で示しており、時計回りと反時計回りの２種類の磁化方向がある。磁気メモリ素子１はこの２つの状態を使って情報を記録する。本明細書では、時計回りの磁化は“０”を、反時計回り磁化は情報“１”を表すとする。なお、時計回りの磁化を“１”を、反時計回り磁化を情報“０”を表してもよい。

磁性チューブ１０は図２（ｂ）に示すように、磁性チューブ１０の部分によって時計回りもしくは反時計回りのいずれかの方向へ磁化しているような多磁区状態を取りうる。図２（ｂ）に示すように、磁性チューブ１０の延在する方向（ｚ軸方向）に記録長を定義すれば、この多磁区状態をビット配列に読み替えることができる。例えば図２（ｂ）に示す多磁区状態は、ｚ軸上方から数えるビット配列０１００１０１１０１を表現する。なお、図２（ｂ）においては、白い部分が情報“０”を表し、斜線部分が情報“１”を表す。

磁気メモリ素子１は上述したように、磁性チューブ１０と、中間層１６と、参照部１８とを備えており、これを用いることで上記多磁区状態を作り出し、この磁区状態（磁区に記憶された磁化方向）を電気信号に変換することができる。図３（ａ）乃至図３（ｄ）を参照して、磁性チューブ１０の磁化の操作方法と、磁区状態の電気信号への変換方法とについて説明する。

図３（ａ）、図３（ｂ）は磁性チューブ１０の磁化を電流で操作する方法を示している。良く知られているように、スピンバルブと呼ばれる第１および第２強磁性層の間に非磁性の金属層もしくは絶縁層を挟んだ構造において、第１および第２強磁性層間に電流を流すことで、スピン偏極電流に起因したスピントルクが発生し、第１および第２強磁性層の磁化方向を平行配置か反平行配置に制御することができる。第１および第２強磁性層のうち片方の強磁性層（例えば第１強磁性層）の磁化を構造的工夫によって特定方向に固定しておくと、もう一方の強磁性層（第２強磁性層）の磁化のみが電流を流すことで反転する。磁化が固定された第１強磁性層（固定層）から第２強磁性層へ電流を流すと、第２強磁性層の磁化は第１強磁性層の磁化と反平行な向きへ反転し、逆方向に電流を流すと平行な向きへ反転する。本実施形態の磁気メモリ素子１においても同様の物理現象を使って磁性チューブ１０の磁化の制御が行われる。

参照部１８は、延在している方向（図１（ａ）に示すｙ軸方向）に磁化容易軸を有するので、予め一方向（図３（ａ）乃至図３（ｄ）では紙面向かって右向き）に着磁しておく。参照部は形状異方性、およびダンピング係数が大きい材料を選択的に用いることで、スピンバルブにおける固定層と同等の働きをすることができる。つまり、参照部１８はスピン偏極電流を磁性チューブ１０に流す電極として機能する。そして、本明細書では、書き込み電流Ｉｗを磁性チューブ１０から中間層１６を介して参照部１８に流す向きを正とする。参照部１８が存在することで磁性チューブ１０の一部分の磁化に対し、負の書き込み電流（−Ｉｗ）が磁性チューブ１０と参照部１８との間で流れる場合は、参照部１８の磁化と反平行になるように（図３（ａ））スピントルクが働く。また、逆に書き込み電流が正（Ｉｗ）である場合は、平行になるようにスピントルクが働く（図３（ｂ））。本実施形態の磁気メモリ１ではこれを利用して、参照部１８に隣接した磁性チューブ１０の部分の磁化を“１”→“０”の状態する場合は、図３（ａ）に示すように、負の書き込み電流（−Ｉｗ）を流し、磁性チューブ１０の部分の磁化を平行（波線で示す方向）から反平行（実線で示す方向）にすることにより、情報の書き込みを行う。また、図３（ｂ）に示すように、“０”→“１”の状態する場合は正の書き込み電流（Ｉｗ）を流し、磁性チューブ１０の部分の磁化を反平行（波線で示す方向）から平行（実線で示す方向）にすることにより、情報の書き込みを行う。

情報の読み出しは、トンネル磁気抵抗効果（ＴＭＲ効果）を使って参照部１８に隣接した磁性チューブ１０の一部分の磁化の方向を電気信号に変換することで行う。スピンバルブと同様に、本実施形態の磁気メモリ１においては、磁性チューブ１０と参照部１８は絶縁体からなる中間層１６により隔てられていて、流れる電流はトンネル電流である。したがって、磁性チューブ１０の磁化と参照部１８の磁化とが反平行である場合は、平行である場合に比べて、磁性チューブ１０と参照部１８との間の抵抗が高くなる。図３（ｃ）、図３（ｄ）に示した構成では、参照部１８に隣接した磁性チューブ１０の一部分が“０”に代表される方向に磁化を有している時、磁性チューブ１０と参照部１８との間の抵抗は高抵抗状態となり、“１”となる磁化を有している時は低抵抗状態となっている。電流を磁性チューブ１０と参照部１８との間に流し、磁性チューブ１０と参照部１８との間で降下する電圧を読み取り信号とする。

本実施形態の磁気メモリ１においては、上記書き込み動作より生成した磁壁を伴う磁区を磁性チューブ１０内でシフト移動させる必要がある。磁気メモリ１では、図４（ａ）乃至図４（ｅ）に示すように、磁性チューブ１０に電流を流して磁壁をシフト移動させる。図４（ａ）は白い部分が状態“０”で、斜線部が状態“１”である磁性チューブ１０を表している。白い部分と斜線部分との間が磁壁となっている。この磁壁では、磁化方向がねじれている。

図４（ｂ）に示すように、電流を紙面上方から下方へ流すと、磁壁が下方から上方に向かってシフトする。下方から上方へ向かって流れる電子は、磁化がねじれている磁壁の部分でスピントルクを生じさせる。このスピントルクは磁壁を挟んで下方の磁区の磁化の向きに上方の磁化を向ける働きがある。結果、磁区の大きさ、すなわち磁性チューブ１０の延在する方向における磁区の長さ（記録長）は保ったまま磁壁が電流によってシフトする。図４（ｃ）に示すように、電流を流し続ける間、磁壁のシフトは続き、また図４（ｄ）、（ｅ）に示すように流す電流の向きを逆転すると磁壁のシフトの向きも逆転する。以上のような書き込み動作、読み出し動作、シフト動作を組み合わせることで、磁気メモリ１に情報を格納し、また磁気メモリ１から情報を読み出すことができる。

（初期化動作）
磁気メモリ１を作製した直後の磁性チューブ１０の磁化配置は、様々な要因によって変化する可能性があるので、予測不可能である。したがって、使用を開始する前に磁性チューブ１０の磁化を初期化する必要がある。

従来のように、磁性細線を用いた磁壁メモリの場合は、原則として、外部磁界を印加することで細線の磁化を一方向へ向けることで初期化が行われる。

一方、本実施形態における磁性チューブ１０は磁束がチューブ１０のなかで閉じているため外部磁場を印加しても磁化状態を均一にすることができない。そこで、図５（ａ）乃至図５にあるように書き込み動作とシフト動作を組み合わせて、磁性チューブ１０の初期化を行う。磁性チューブ１０の初期化前の状態は、図５（ａ）に示すように、予測困難な磁化配置を取っている。ここで参照部１８から磁性チューブ１０に電流の流し、参照部１８に隣接した磁性チューブ１０の一部分の磁化を状態“１”に変える（図５（ｂ））。もしこの部分の状態が電流を流す前から状態“１”であれば、何も変化は起こらない。続いて磁性チューブ１０に負のシフト電流（−Ｉｓ）の電流を流し、磁壁を紙面下方に１記録長だけシフトさせる（図５（ｃ））。なお、シフト電流Ｉｓは、本明細書では、図５（ｅ）に示すように紙面上方から下方に流れる方向を正と、図５（ｃ）に示すように紙面下方から上方に流れる方向を負とする。この二つの動作を磁性チューブ１０の下方まで確実に状態“１”になるまで繰り返す（図５（ｄ））。図５（ａ）乃至図５（ｅ）では、磁性チューブ１０は参照部８から下端まで６ビット分（磁区および磁壁が６個分）の長さがあるので６回繰り返す必要がある。最後に、磁壁が磁性チューブ１０の上端に到達するのに十分な時間、シフト電流Ｉｓを流すことで、磁性チューブ１０をすべて状態“１”にすることができる。このようにして磁気メモリ１の初期化を実施することができる。

このような初期化動作は、例えば図６に示す回路群、すなわち、磁壁移動用電源３０、入出力制御器３２、磁気情報検出器３４、入出力用電源３６、磁性チューブ選択制御器３８を磁気メモリ１に接続することで実現される。磁壁移動用電源２０の出力はバイポーラであり、必要に応じて正の向きの電流と負の向きの電流を選択して流すことができる。参照部１８と入出力用電源３６との間にはトランジスタ３５が設けられ、そのトランジスタ３５のゲート電極に接続された入出力制御器３２からの電圧信号により、トランジスタ３５のチャネルは導通状態となり、参照部１８へ入出力用電源３６から電流を流すことが可能となる。入出力用電源３６も出力はバイポーラである。磁性チューブ１０と接地ラインとの間にもトランジスタ３７が設けられていて、そのトランジスタ３７のゲート端子に磁性チューブ選択制御器３８からの電圧信号Ｖ_ｔｕｂｅが印加されない限り、磁性チューブ１０に電流が流れることはない。

このような構成では、上記の初期化動作は、例えば図７（ａ）乃至図７（ｄ）に示す時系列信号を磁性チューブ１０と２つのトランジスタ３５，３７に与えることで実現される。なお、図７（ａ）乃至図７（ｄ）は、各メモリセルに正の書き込み電流Ｉｗを流す場合、すなわち、各メモリセルに情報“１”を書き込むタイミングチャートを表している。

初期化動作中、磁性チューブ１０にはシフトまたは書き込みのパルス電流を流す必要があるため、電圧信号Ｖ_ｔｕｂｅは常にトランジスタ３７に印加させている（図７（ｃ））。書き込み電流Ｉ_ｗは、入出力制御器３２の電圧信号Ｖ_ＩＯＣが印加されている間に流される（図７（ｂ）、図７（ｄ））。

（書き込み動作）
上記初期化動作と、書き込み動作と、シフト動作とを組み合わせることで、この素子をメモリとして作動させることができる。図８（ａ）乃至図８（ｄ）と図９（ａ）乃至図９（ｄ）を参照して説明する。まず上で述べた初期化動作を用いて磁性チューブ１０内の磁化を一様にそろえる（図８（ａ））。このとき磁性チューブ１０内の磁化は紙面の上方から望み見て反時計回りの向きに揃っており状態“１”にある。ここで負の書き込み電流（−Ｉｗ）を磁性チューブ１０と参照部１８との間に流すと、磁性チューブ１０の参照部１８に接した部分の磁化が反転し状態“０”へ変化する（図８（ｂ））。引き続き、負のシフト電流（−Ｉｓ）を流して磁壁（磁区）を紙面の下方へ磁性チューブ内を３ビット長（３つの記録長）だけ移動させる（図８（ｃ））。印加する電流は１ビット分をシフトさせる時間幅を持つパルスを３つ与えてもよいし、連続的に一定の電流を与え３ビットシフトし終わる頃を見計らって切ってもよい。さらに再び磁性チューブ１０と参照部１８との間に負の書き込み電流（−Ｉｗ）を流して磁性チューブ１０の参照層１８に接している部分の磁化を反転させる（図８（ｄ））。以上の操作によって４ビット情報“０１１０”が磁性チューブ１０に格納されたことになる。

この動作をタイミングチャートで表わすと、例えば図９（ａ）乃至図９（ｄ）に示すようになる。事前に初期化をしているため、情報“１”を書き込む際の書き込み電流は必要なく、磁壁移動用のシフト電流Ｉ_ｓのみが磁性チューブ１０に印加される（図９（ａ）、図９（ｂ））。

（読み出し動作）
磁性チューブ１０に格納された情報を読み出す方法の一例について図１０（ａ）乃至図１０（ｅ）および図１１を参照して説明する。本実施形態の磁気メモリ１においては磁性チューブ１０に格納された情報の読み出しは、参照部１８と磁性チューブ１０との間に生じるトンネル磁気抵抗を用いることに行われる。ここで、参照部１８は、図１（ａ）、図１（ｂ）と同様に、紙面の方向きに磁化していると仮定する。図１０（ａ）の状態では、参照部１８とそれに接した磁性チューブ１０の部分の磁化は反平行となっているため、磁性チューブ１０の端子１０Ａと、参照部１８の端子１８Ｂとの間の抵抗は比較的高い値を示すことになる。一方、磁性チューブ１０内にシフト電流Ｉｓを流し、磁壁を紙面の上方に一ビットだけシフトさせると、参照部１８の磁化と、磁性チューブ１０の参照部１８に接した部分の磁化の向きが平行になる。このため、トンネル磁気抵抗が小さくなり端子１０Ａと端子１８Ｂとの間における抵抗は、磁化配置が反平行である場合に比べて低くなる（図１０（ｂ））。その後、シフト電流によって磁壁位置の一ビット分シフトさせ、その都度、端子１０Ａと端子１８Ｂの間の抵抗を測定することにより、磁性チューブ１０に格納された情報を読み出す（図１０（ｃ）、図１０（ｄ））。図１０（ａ）乃至図１０（ｄ）に示すステップで読み出した情報、すなわち端子１０Ａと端子１８Ｂとの間における抵抗を図１１に示す。このように、シフト電流によって磁壁位置の一ビット分シフトさせ、その都度、端子１０Ａと端子１８Ｂの間の抵抗を測定することにより、磁性チューブ１０に格納された情報を読み出すことができる。この読み出し動作によって読み出された情報の順番は、磁性チューブ１０に格納された情報の順番と逆になる。このため、磁気メモリ１はＬＩＦＯ(Last-In First-Out)のシーケンシャルアクセス情報記録素子として機能する。

この読み出し動作をタイミングチャートで表すと、例えば図１２（ａ）乃至図１２（ｅ）に示すようになる。磁気情報を読み出すために参照部１８を経て磁性チューブ１０へ読み出し電流Ｉ_Ｒを入出力用電源３６より流す。その時の電圧降下Ｖ_Ｒを磁気情報検出器３４により検知して、磁気情報へ変換する。この際、流す読み出し電流Ｉ_Ｒは書き込み電流Ｉ_Ｗよりも小さい必要があり、例えば、読み出し電流Ｉ_Ｒは書き込み電流Ｉ_Ｗの１／１０である。

（磁気メモリの製造方法）
本実施形態の磁気メモリ１は、例えば図１３乃至図１７（ｂ）に示すような手順で作製する。まず図１７に示すように、熱酸化膜（図示せず）が表面に形成されているシリコンからなるウェハ基板１００を用意する。このウェハ基板１００上に、Ｔａ下地層とＣｕ層からなる下部配線１１１と、酸化シリコンからなる支持材層１１２と、参照部となるＣｏＦｅＢからなる参照部磁性体層１１３と、酸化シリコンからなる支持材層１１４と、エッチングの際のマスクとなる金属Ａｌ層（マスク材層）１１５とがこの順序で積層された多層膜１１０を、超高真空スパッタ装置を用いて作製する（図１３）。なお、図１３は、多層膜１１０が作製されたウェハの正面図である。

作製した多層膜１１０上にネガレジストを塗布してレジスト層（図示せず）を形成した後、ＡｒＦ液侵露光装置でレジスト層を露光し、現像することで円形状の穴をレジスト層に形成する。続いて、ウェハを反応性イオンエッチング装置（以下、ＲＩＥ装置ともいう）に導入し、ＢＣｌ_３ガスを主体する反応ガスを用いてレジスト層のパターンを金属Ａｌ層１１５に転写し、金属Ａｌ層１１５に円形状の穴を形成する。その後、ウェハをＲＩＥ装置から取り出し、ウェットプロセスによって上記レジスト層を取り除き、再びウェハをＲＩＥ装置へ導入する。今度は、ＣＨＦ_３ガスを使用した深堀ＲＩＥプロセスを用いて酸化シリコン層１１４に金属Ａｌ層１１５をマスクとして縦穴を形成する。このプロセスは参照部磁性体層１１３に達した時点で一旦止める。次に、反応ガスを再びＢＣｌ_３を主体とするガスに切り替え、参照部磁性体層１１３にも縦穴を開ける。縦穴が参照部磁性体層１１３を貫通した時点で、反応ガスを、ＣＨＦ_３を主体とするガスに切り替え、再び縦掘りＲＩＥプロセスで下部配線１１１に達するまで縦穴１１６を酸化シリコン層１１２に形成する（図１４（ａ）、１４（ｂ））。なお、図１４（ａ）および図１４（ｂ）はウェハの正面図および上面図である。

次に、ウェハを原子層堆積装置（以下、ＡＬＤ装置ともいう）に導入し、縦穴１１６を含むウェハ表面全体に均一なＭｇ層を形成する。Ｍｇ層を堆積後、ウェハを大気に曝すことなく超高真空装置に導入し、酸素プラズマをウェハ表面に照射してＭｇ酸化膜１１７を縦穴１１６を含むウェハ全面に形成する。さらにウェハを再び、大気に曝すことなく、ＡＬＤ装置へ導入し均一なＣｏＦｅＢ１１８を、縦穴１１６を含むウェハ全面に形成する。ＡＬＤ装置から取り出したウェハは化学的機械研磨プロセス（ＣＭＰ）によってウェハに形成された余分なＣｏＦｅＢ層および酸化Ｍｇ層と、マスクである金属Ａｌ層１１５を取り除く（図１５（ａ）、図１５（ｂ））。図１５（ａ）および図１５（ｂ）はそれぞれ、金属Ａｌ層１１５を取り除いた後のウェハの正面図および上面図である。

再びレジストを塗布してレジスト層（図示せず）を形成し、ＡｒＦ液侵露光装置へ導入される。ここで、磁性チューブと参照部の形状が重畳したパターンを露光し、現像する。続いて、ウェハをＡｒイオンミリング装置に導入して、レジスト層をマスクとしてミリングを行い、下部配線１１２の上面が露出するまでミリングを行い、その後、イオンミリング装置からウェハを取り出す（図１６（ａ）、１６（ｂ））。なお、図１６（ａ）および図１６（ｂ）は、ウェハの正面図および上面図である。

上記レジスト層をつけたまま酸化装置にウェハを導入し、図１７（ａ）、図１７（ｂ）に示すように参照部磁性層１１３の円弧になった部分がすべて酸化されて酸化層１１９となるまで酸化プロセスをウェハに対して実施する。この結果、第１実施形態の磁気メモリ１が形成される。なお、図１７（ａ）および図１７（ｂ）は、ウェハの正面図および上面図である。

また、磁性チューブを構成する材料１１８と支持材層１１２、１１４に用いる材料に熱膨張率の大きく異なる材料を用いて、磁性チューブの形成時の作製温度と室温とにおける磁性チューブへの応力変化を利用し、磁性チューブに磁歪効果を介した長軸方向（磁性チューブの延在する方向）への異方性を付与して、動作の安定化を図ることもできる。例えば磁化の大きさ８００ｅｍｕ／ｃｃの強磁性体で内径５０ｎｍ、厚さ５ｎｍの磁性チューブを構成した場合、ｚ軸方向が磁化困難軸となり、そのエネルギー差が５×１０^６ｅｍｕ／ｃｃ程度かそれ以上となるようにするとよい。

このように、第１実施形態の磁気メモリは、従来の磁壁メモリに比べて簡単な製造方法によって製造することができ、製造コストを低下させることができる。

第１実施形態では、図１（ａ）および図１（ｂ）に示すように、磁性チューブ１０は、横断面（図１（ａ）に示すｘ―ｙ平面に平行な断面）が円環状で、かつ外形および内径のサイズ（直径）がそれぞれ一定であった。すなわち、外形および内径がそれぞれ一定の円筒形状であった。磁性チューブ１０の形状は図１（ａ）および図１（ｂ）に示す形状に限らない。例えば、図１８（ａ）乃至図１８（ｃ）に示す周期的な形状も取りうる。図１８（ａ）に第１例の磁性チューブ１０の縦断面図（図１（ａ）に示すｙ−ｚ平面に平行な断面）を示す。この第１例の磁性チューブ１０は、磁性チューブ１０の横断面（図１（ａ）に示すｘ―ｙ平面に平行な断面）は第１実施形態と同様に、円環形状でかつ横断面における肉厚も一定であるが、外径および内径のサイズが磁性チューブ１０の延在する方向（図１（ａ）に示すｚ軸方向）に沿って、周期的に変化する形状となっている（図１８（ａ））。また、図１８（ｂ）に第２例の磁性チューブ１０の縦断面図を示す。この第２例の磁性チューブ１０は、横断面が第１実施形態と同様に円環形状であるが、外径のサイズが一定でかつ内径のサイズが磁性チューブ１０の延在する方向に沿って、周期的に変化する形状となっている（図１８（ｂ））。また、図１８（ｃ）に第３例の磁性チューブ１０の縦断面図を示す。この第３例の磁性チューブ１０は、横断面が第１実施形態と同様に円環形状であるが、内径のサイズが一定でかつ外径のサイズが磁性チューブ１０の延在する方向に沿って周期的に変化する形状となっている（図１８（ｃ））。図１８（ａ）乃至図１８（ｃ）に示す磁性チューブにおいて、形状の周期は１ビットの収める長さ（記録長）に対応する。図１８（ａ）、１８（ｃ）に示す磁性チューブ１０おいては、外径が細くなっている箇所に磁壁が形成され易く、図１８（ｂ）に示す磁性チューブ１０においては、内径が最大の箇所で磁壁が形成されやすい。このため、磁性チューブ１を図１８（ａ）乃至図１８（ｃ）のように形成することにより、記録長の長さを精度よく設定することができる。

以上説明したように、第１実施形態によれば、製造コストを下げることのできる磁気メモリを提供することができる。

（第２実施形態）
第２実施形態の磁気メモリについて図１９（ａ）乃至図２０（ｂ）を参照して説明する。この第２実施形態の磁気メモリは、第１実施形態に示す１個の磁性チューブ１０に複数個の参照部１８を設けた構成となっている。この第２実施形態の磁気メモリのように、１個の磁性チューブに参照部を複数個設けることで、記録容量の面で磁性チューブを有効利用することができる。

図１９（ａ）、１９（ｂ）に参照部８を一つ備えた第１実施形態の磁気メモリ１を示す。ここでは、磁性チューブ１０が３７ビット分の磁区が構成できるような長さを持った、磁気メモリ１を例として挙げている。参照部１８に隣接した磁性チューブ１０の部分を書き込みと読み出しだけに用いるとすると、この磁性チューブ１０には３６ビットの情報が収納できることとなる。すでに述べたように磁気メモリ１は読み出しにシフト動作を伴う。したがって、シフトさせたビットを退避させるバッファの役割をする部分が磁性チューブ１０に要求される。バッファの長さは読み出す情報を収める分だけ必要である。このことから参照部１８を一個備える場合には図１９（ｂ）に示すように、参照部１８を磁性チューブ１０の中間点に置くことが最適である。しかし、最適な場合でも磁性チューブ１０の記録媒体としての利用率は高々５０％程度となる。

一方、第２実施形態の磁気メモリ１は、図２０（ａ）、２０（ｂ）に示すように、一つの磁性チューブ１０に複数個の参照部１８ａ、１８ｂ、１８ｃを設けると記録容量が大きくなる。なお、参照部１８ａ、１８ｂ、１８ｃのそれぞれと、磁性チューブ１０との間には第１実施形態の場合と同様に、中間層が設けられている。図２０（ａ）、２０（ｂ）に示すように、等間隔に３つの参照部１８ａ、１８ｂ、１８ｃを配置する。記録できる磁性チューブ１０の長さは図１９（ａ）、１９（ｂ）の場合と同様に３６ビット分であり、各参照部１８によって９ビットずつ４等分されている。この場合、書き込みおよび読み出しの操作には最大９ビットのシフトができればよい。したがって、図２０（ａ）、２０（ｂ）に示す磁性チューブ１０の上方から３つの区分に２７ビット分を保存し、参照部１８ｃよりも下の最後の一区分をバッファをとすることができる。この結果、図１９（ａ）、１９（ｂ）に示す同じ磁性チューブ１０を用いても、３つの参照部１８ａ、１８ｂ、１８ｃを備えることで、利用率を７５％まで大きくすることができる。参照部１８ａ、１８ｂ、１８ｃ間の距離を均等にしつつ、その数を増やすと利用率は１００％に近づいていく。

以上説明したように、第２実施形態の磁気メモリは、参照部が複数個である以外は第１実施形態の磁気メモリと同様の構造を有しているので、製造コストを下げることができる。

（第３実施形態）
第３実施形態による磁気メモリについて図２１乃至図２９を参照して説明する。この第３実施形態の磁気メモリの上面図を図２１に示す。この第３実施形態の磁気メモリ１は、延在する方向と直交する方向に一列に配置された複数の磁性チューブ１０_１〜１０_４と、複数の中間層１６Ａ_１〜１６Ａ_８と、複数の書き込み用参照部１８Ａ_１〜１８Ａ_５とを備えている。各磁性チューブ１０_ｉ（ｉ＝１〜４）の両側に中間層１６Ａ_2ｉ―１、１６Ａ_２ｉが設けられている。中間層Ａ１６_１に対して磁性チューブ１０_１とは反対側に参照部１８Ａ_１が設けられる。また、中間層１６Ａ_２と中間層１６Ａ_３との間に参照部１８Ａ_２が設けられ、この参照部１８Ａ_２は磁性チューブ１０_１、１０_２との間で共用される。中間層１６Ａ_４と中間層１６Ａ_５との間に参照部Ａ１８_３が設けられ、この参照部１８Ａ_３は磁性チューブ１０_２、１０_３との間で共用される。中間層１６Ａ_６と中間層１６Ａ_７との間に参照部１８Ａ_４が設けられ、この参照部１８Ａ_４は磁性チューブ１０_３、１０_４との間で共用される。また、中間層１６Ａ_８に対して磁性チューブ１０_４とは反対側に参照部１８Ａ_５が設けられる。すなわち、各磁性チューブの、複数の磁性チューブが配列された方向の両側に中間層を介して参照部が設けられ、隣接する磁性チューブ間に設けられた参照部は上記隣接する磁性チューブに対して共用する構成となっている。

このような構成の第３実施形態の磁気メモリにおいては、複数の磁性チューブ１０_１〜１０_４に一括して情報を書き込むことが可能になる。参照部と磁性チューブとの間に設けられる中間層の材料としては、第１実施形態で説明したと同様に、トンネル絶縁膜材料、または非磁性金属材料いずれでもよい。しかし、第３実施形態のように、磁性チューブを多くつなぐ場合には抵抗が高くなりすぎることを防ぐために、非磁性金属材料を用いるのが好ましい。ただし、その場合には中間層による寄生伝導を防ぐために、図２１に示すように、各磁性チューブ１０_ｉ（ｉ＝１〜４）の両側に設けられる中間層１６Ａ_２Ｉ―１、１６Ａ_２ｉは不連続で互いに分離されていることが望ましい。

この第３実施形態の磁気メモリの正面図を図２２に示し、下面図を図２３に示す。この第３実施形態においては、書き込み用参照部１８Ａ_１〜１８Ａ_５は磁性チューブ１０_１〜１０_４を直列に接続するので、各々の磁性チューブの磁化状態を、磁気抵抗効果を使って電気信号に変換する目的には適さない。そのため、第３実施形態の磁気メモリ１は別途、各磁性チューブ１０_ｉ（ｉ＝１〜４）に対して読み出し用参照部１８Ｂ_ｉを備える。

この第３実施形態の磁気メモリは、右端の書き込み用参照部１８Ａ_１と左端の書き込み用参照部１８Ａ_５との間に電流を流して磁性チューブ１０_１〜１０_４に情報を書き込む。図２４に示すように、すべての書き込み用参照部１８Ａ_１〜１８Ａ_５の磁化を図２４において上方に向けた状態で書き込み電流を右端の書き込み用参照部１８Ａ_１から左端の書き込み用参照部１８Ａ_５に電流を流す。すると、図２５に示すように、各参照部１８Ａ_ｉ（ｉ＝１〜５）近傍の磁性チューブ１０_ｉの部分（斜線部分）の磁化が反時計回りに磁化し、すべての磁性チューブ１０_１〜１０_４に情報“１”が書き込まれる。このとき、各磁性チューブ１０_ｉ（ｉ＝１〜４）の右側の部分の磁化には参照部１８Ａ_ｉと反平行となるように促すスピントルクが、左側の部分の磁化には平行になるように促すスピントルクが働く。よって、磁性チューブの片側にだけ参照部を設けて電流を流す場合に比べて低い電流値で効率よく磁化を反転させることができる。

また、第３実施形態においては、磁性チューブ１０_１〜１０_４を参照部１８Ａ_１〜１８Ａ_５により直列に接続しているため、各々の磁性チューブに一つずつ情報を書き込むのに比べて１／４の電流量で情報“１”を記録できる。また、隣接する磁性チューブ間に設けられた参照部１８Ａ_２〜１８Ａ_４のそれぞれは、図３２に示すように、非磁性金属層１７よって二つに分離されてもよい。この場合、書き込み動作の際に参照部に生じるスピントルクの隣接する磁性チューブへの作用を低減することができる。

一方、第３実施形態では、一括してすべての磁性チューブに同じ情報を書き込むため、書き込み動作を完了するために、シフト動作に工夫が必要となる。第３実施形態の磁気メモリ１の書き込み動作の一例を図２６乃至図１２９を参照して説明する。まず図２４、２５に示すように、すべての磁性チューブ１０_１〜１０_４に情報“１”を書き込む。

その後、その情報“１”を書き込むべき磁性チューブに残すために負のシフト電流（−Ｉｓ）を書き込むべき磁性チューブ１０_２〜１０_４に流して磁壁を１ビット分だけシフトさせる。これにより、磁性チューブ１０_２〜１０_４に情報“１”が書き込まれる。このとき本来の情報“１”を書き込む必要のない磁性チューブ１０_１にはシフト電流を流さない。

続いて、負の書き込み電流（−Ｉｗ）を左端の書き込み用参照部１８Ａ_１と右端の書き込み用参照部１８Ａ_５との間に流し、情報“０”を書き込み、保存したい磁性チューブにのみシフト電流を流す（図２７）。図２７に示した場合は、磁性チューブ１０_１〜１０_３にシフト電流を流している。この結果、この時点で磁性チューブ１０_１、１０_２、１０_３、１０_４に記録されている情報はそれぞれ、“０”、“１０”、“１０”、“１”となる。

続いて、再び書き込み電流Ｉｗを流し、さらシフト電流を磁性チューブ１０_１、１０_３、１０_４に流した結果得られる状況が図２８に示されている。この動作により磁性チューブ１０_１、１０_２、１０_３、１０_４にはそれぞれ、“０１”、“１０”、“１０１”、“１１”の情報が格納される。

さらに図２９に示すように、書き込み電流−Ｉｗを印加し、シフト電流によって磁性チューブ１０_１、１０_２、１０_４のビットをシフトさせると、磁性チューブ１０_１、１０_２、１０_３、１０_４にはそれぞれ、“０１０”、“１００”、“１０１”、“１１０”の３ビットずつの情報を入力されたことになる。このように、複数の磁性チューブ１０_１〜１０_４を書き込み用参照部１８Ａ_１〜１８Ａ_５によって直列に接続することにより一括書き込み動作を可能にすると、書き込み電流の有効利用ができるだけでなく、書き込み動作による誤ったシフト動作を防ぐことも可能になる。

第３実施形態の磁気メモリにおける複数の磁性チューブへの一括書込み動作は、例えば図３０に示す回路群、すなわち、磁壁移動用電源３０、入力制御器３２Ａ、出力制御器３２Ｂ、磁気情報検出器３４、入力用電源３６Ａ、出力用電源３６Ｂ、磁性チューブ選択制御器３８を磁気メモリ１に接続することで実施可能となる。磁壁移動用電源３０および入力用電源３６Ａはバイポーラ出力となっており、必要に応じて正の向きの電流と負の向きの電流を選択して流すことができる。図３０では、磁気メモリ１の右端の書込み用参照部１８Ａ_５に入力用電源３６Ａが接続されており、左端の書込み用参照部１８Ａ_１にトランジスタ３５Ａを介して接地ラインに接続されている。このトランジスタ３５Ａのゲート端子に接続された入力制御器３２Ａからの電圧信号Ｖ_ＩＣにより、トランジスタ３５Ａのチャネルは導通状態となり、参照部１８Ａ５へ入力用電源３６Ａから電流を流すことが可能となる。

また、読み出し用参照部１８Ｂ_１〜１８Ｂ_４は、それぞれ磁気情報検出器３４に接続されるとともに、トランジスタ３５Ｂを介して出力用電源３６Ｂに接続される。トランジスタ３５Ｂのゲート端子に接続された出力制御器３２Ｂからの電圧信号Ｖ_ＯＣにより、トランジスタ３５Ｂが導通し、読み出し電流Ｉ_Ｒが流れることにより、磁気情報検出器３４によって検出された磁気情報Ｖ_Ｒが読み出される。

また、各磁性チューブ１０_ｉ（ｉ＝１〜４）と接地ラインとの間にもトランジスタ３７_ｉが設けられている。それぞれのトランジスタ３７_ｉ（ｉ＝１〜４）のゲート端子に磁性チューブ選択制御器３８からの電圧信号Ｖ_{ｔｕｂｅｉ}が印加されない限り、磁性チューブ１０_ｉに電流が流れることはない。

このような構成では、上述した一括書込み動作は、例えば図３１（ａ）乃至３１（ｉ）に示す時系列信号を磁性チューブ１０_１〜１０_４とトランジスタ３５Ａ、３７_１〜３７_４に与えることで実現される。書き込み電流Ｉ_ｗは、入力制御器３２Ａの電圧信号Ｖ_ＩＣが印加されている間に流される。

磁気情報を読み出すべき磁性チューブ、例えば磁性チューブ１０_１を磁性チューブ選択制御器３８によって選択する。この選択は、磁性チューブ選択制御器３８からの電圧信号Ｖｔｕｂｅ１をトランジスタ３７_１に印加することによって行う。その後、出力制御器３２Ｂからの電圧信号Ｖ_ＯＣをトランジスタ３５Ｂのゲート端子に印加し、出力用電源３６Ｂから参照部１８Ｂ_１を経て磁性チューブ１０_１へ読み出し電流Ｉ_Ｒを流す。その時の電圧降下Ｖ_Ｒを磁気情報検出器３４により検知して、磁気情報へ変換する。この際、流す読み出し電流Ｉ_Ｒは書き込み電流Ｉ_Ｗよりも小さい必要があり、例えば、読み出し電流Ｉ_Ｒは書き込み電流Ｉ_Ｗの１／１０である。

以上説明したように、第３実施形態の磁気メモリは、磁性チューブおよび参照部が複数個である以外は第１実施形態の磁気メモリと同様の構造を有しているので、製造コストを下げることができる。

（第４実施形態）
磁性チューブおよび参照部の磁化の方向をｚ軸方向としてもよい。この場合、初期化はｚ軸方向への外部磁化の印加によって行うことができ、他の動作については前記の実施例で述べたものと同様の手順で行うことができる。

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。

１ 磁気メモリ
１０ 磁性チューブ
１０_１〜１０_４ 磁性チューブ
１６ 中間層
１６Ａ_１〜１６Ａ_８ 中間層
１８ 参照部
１８Ａ_１〜１８Ａ_５ 書き込み用参照部
１８Ｂ_１〜１８Ｂ_４ 読み出し用参照部

Claims (15)

1. 第１方向に延在し前記第１方向に直交する平面における断面が円環状である磁性体構造と、
   前記磁性体構造の前記第１方向に沿った外表面に設けられた非磁性層と、
   前記磁性体構造とは反対側の前記非磁性層の面の一部に設けられた磁性体を含む参照部と、
   前記磁性体構造に前記第１方向に沿って第１電流を双方向に流すことの可能な第１回路と、
   前記磁性体構造と前記参照部との間に前記非磁性層を介して第２電流を双方向に流すことの可能な第２回路と、
   前記磁性体構造と前記参照部との間に前記非磁性層を介して、前記第２電流の絶対値よりも小さな第３電流を流す第３回路と、
   前記第３電流を流したときに、前記非磁性層を介して前記磁性体構造と前記参照部との間に生じる電圧を検出する第４回路と、
   を備えている磁気メモリ。
2. 前記第２電流を流すことにより、前記磁性体構造の、前記非磁性層を介して前記参照部に接している領域に情報を格納した後に、前記第１電流を流すことにより、書き込み動作を行う請求項１記載の磁気メモリ。
3. 前記磁性体構造の、前記非磁性層を介して前記参照部に接している領域に格納されている情報の読み出しを、前記第３電流を流すことにより前記第４回路によって検出される電圧に基づいて行う請求項１記載の磁気メモリ。
4. 前記参照部が前記非磁性層を介して前記磁性体構造の外表面に接する領域に関する、前記第１方向に直交する平面における前記磁性体構造の断面の中心から見た見込み角は、１８０度未満である請求項１乃至３のいずれかに記載の磁気メモリ。
5. 前記参照部は、前記磁性体構造の前記第１方向に沿って複数個設けられている請求項１乃至４のいずれかに記載の磁気メモリ。
6. 前記参照部の前記磁性体の前記第１方向における厚さは、１０ｎｍ以上５０ｎｍ以下である請求項１乃至５のいずれかに記載の磁気メモリ。
7. 前記磁性体構造は、前記断面における肉厚が一定であり、外径および内径のサイズが前記第１方向に沿って、周期的に変化する形状を有している請求項１乃至６のいずれかに記載の磁気メモリ。
8. 前記磁性体構造は、外径のサイズが一定でかつ内径のサイズが前記第１方向に沿って周期的に変化する形状を有している請求項１乃至６のいずれかに記載の磁気メモリ。
9. 前記磁性体構造は、内径のサイズが一定でかつ外径のサイズが前記第１方向に沿って周期的に変化する形状を有している請求項１乃至６のいずれかに記載の磁気メモリ。
10. それぞれが第１方向に延在し前記第１方向に直交する平面における断面が円環状である複数の磁性体構造であって、前記第１方向に直交する第２方向に一列に配列された複数の磁性体構造と、
    前記複数の磁性体構造のそれぞれに対応して、各磁性体構造の前記第２方向における両側に設けられた複数の第１参照部であって、各第１参照部が磁性体を有する複数の第１参照部と、
    前記複数の磁性体構造のそれぞれと、対応する第１参照部との間に設けられた複数の第１非磁性層と、
    前記複数の磁性体構造のそれぞれに対応して、各磁性体構造の前記第１方向に沿った外表面に設けられた複数の第２非磁性層と、
    前記複数の磁性体構造のそれぞれに対応して設けられ、それぞれが磁性体を有する複数の第２参照部であって、各第２参照部は、対応する磁性体構造とは反対側の前記第２非磁性層の面の一部に設けられる、複数の第２参照部と、
    を備え、
    前記複数の磁性体構造は、前記複数の第１参照部および複数の第１非磁性層を介して電気的に接続されている磁気メモリ。
11. 隣接する磁性体構造にそれぞれ対応して設けられ、前記隣接する磁性体構造の対向する側に配置された２つの第１参照部は一体である請求項１０記載の磁気メモリ。
12. 隣接する磁性体構造にそれぞれ対応して設けられ、前記隣接する磁性体構造の対向する側に配置された２つの第１参照部は非磁性金属層を介して接続されている請求項１０記載の磁気メモリ。
13. 前記複数の磁性体構造のそれぞれを選択して、選択した磁性体構造に前記第１方向に沿って第１電流を双方向に流すことの可能な第１回路と、
    前記複数の第１参照部および複数の第１非磁性層を介して電気的に接続されている前記複数の磁性体構造に第２電流を双方向に流すことの可能な第２回路と、
    前記複数の磁性体構造のうちの一つの磁性体構造を選択して、選択した磁性体構造に前記第２電流の絶対値よりも小さな第３電流を流す第３回路と、
    前記第３電流を流したときに、選択された前記磁性体構造と前記第２参照部との間に前記第２非磁性層を介して生じる電圧を検出する第４回路と、
    をさらに備えている請求項１０乃至１２のいずれかに記載の磁気メモリ。
14. 前記第２電流を流すことにより、前記複数の磁性体構造の、前記第２非磁性層を介して前記第２参照部に接している領域に情報を格納した後に、選択された磁性体構造に前記第１電流を流すことにより、書き込み動作を行う請求項１３記載の磁気メモリ。
15. 選択された前記磁性体構造の、前記第２非磁性層を介して前記第２参照部に接している領域に格納されている情報の読み出しを、前記第３電流を流すことにより前記第４回路によって検出される電圧に基づいて行う請求項１３記載の磁気メモリ。

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