JP6479120B1 - 磁気記憶装置 - Google Patents

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Abstract

【課題】安定した動作が可能な磁気記憶装置を提供する。【解決手段】実施形態によれば、磁気記憶装置は、導電層、第１磁性層、第２磁性層、第１非磁性層及び制御部を含む。導電層は、第１部分と、第２部分と、第１部分と第２部分との間の第３部分と、を含み第１金属とホウ素とを含む。第２磁性層は、第１部分から第２部分に向かう第２方向と交差する第１方向において第３部分から離れる。第２磁性層は、第３部分と第１磁性層との間に設けられる。第１非磁性層は、第１磁性層と前記第２磁性層との間に設けられる。制御部は、前記第１部分及び第２部分と電気的に接続され前記導電層に電流を供給する。第１金属は、Ｌａ、Ｃｅ、Ｐｒ、Ｎｄ、Ｓｍ、Ｅｕ、Ｇｄ、Ｔｂ、Ｄｙ、Ｈｏ、Ｅｒ、Ｔｍ、Ｙｂ及びＬｕからなる群から選択された少なくとも１つを含む。【選択図】図１

Description

本発明の実施形態は、磁気記憶装置に関する。
磁性層を用いた磁気記憶装置がある。磁気記憶装置において、安定した動作が望まれる。
特開２０１０−２３８７６９号公報
本発明の実施形態は、安定した動作が可能な磁気記憶装置を提供する。
本発明の実施形態によれば、磁気記憶装置は、導電層、第１磁性層、第２磁性層、第１非磁性層及び制御部を含む。前記導電層は、第１部分と、第２部分と、前記第１部分と前記第２部分との間の第３部分と、を含み第１金属とホウ素とを含む。前記第１磁性層は、前記第１部分から前記第２部分に向かう第２方向と交差する第１方向において前記第３部分から離れる。前記第２磁性層は、前記第３部分と前記第１磁性層との間に設けられる。前記第１非磁性層は、前記第１磁性層と前記第２磁性層との間に設けられる。前記制御部は、前記第１部分及び第２部分と電気的に接続され前記導電層に電流を供給する。前記第１金属は、Ｌａ、Ｃｅ、Ｐｒ、Ｎｄ、Ｓｍ、Ｅｕ、Ｇｄ、Ｔｂ、Ｄｙ、Ｈｏ、Ｅｒ、Ｔｍ、Ｙｂ及びＬｕからなる群から選択された少なくとも１つを含む。前記導電層は、結晶を含む。前記結晶の（００１）面は、前記第１方向と交差する。
本発明の実施形態によれば、磁気記憶装置は、導電層、第１磁性層、第２磁性層、第１非磁性層及び制御部を含む。前記導電層は、第１部分と、第２部分と、前記第１部分と前記第２部分との間の第３部分と、を含み第１金属とホウ素とを含む。前記第１磁性層は、前記第１部分から前記第２部分に向かう第２方向と交差する第１方向において前記第３部分から離れる。前記第２磁性層は、前記第３部分と前記第１磁性層との間に設けられる。前記第１非磁性層は、前記第１磁性層と前記第２磁性層との間に設けられる。前記制御部は、前記第１部分及び第２部分と電気的に接続され前記導電層に電流を供給する。前記第１金属は、Ｌａ、Ｃｅ、Ｐｒ、Ｎｄ、Ｓｍ、Ｅｕ、Ｇｄ、Ｔｂ、Ｄｙ、Ｈｏ、Ｅｒ、Ｔｍ、Ｙｂ及びＬｕからなる群から選択された少なくとも１つを含む。前記導電層におけるホウ素の濃度は、８０ａｔｍ％以上である。
本発明の実施形態によれば、磁気記憶装置は、導電層、第１磁性層、第２磁性層、第１非磁性層及び制御部を含む。前記導電層は、第１部分と、第２部分と、前記第１部分と前記第２部分との間の第３部分と、を含み第１金属とホウ素とを含む。前記第１磁性層は、前記第１部分から前記第２部分に向かう第２方向と交差する第１方向において前記第３部分から離れる。前記第２磁性層は、前記第３部分と前記第１磁性層との間に設けられる。前記第１非磁性層は、前記第１磁性層と前記第２磁性層との間に設けられる。前記制御部は、前記第１部分及び第２部分と電気的に接続され前記導電層に電流を供給する。前記第１金属は、Ｌａ、Ｃｅ、Ｐｒ、Ｎｄ、Ｓｍ、Ｅｕ、Ｇｄ、Ｔｂ、Ｄｙ、Ｈｏ、Ｅｒ、Ｔｍ、Ｙｂ及びＬｕからなる群から選択された少なくとも１つを含む。前記導電層の少なくとも一部は、六ホウ化物を含む。
図１（ａ）及び図１（ｂ）は、第１実施形態に係る磁気記憶装置を例示する模式的斜視図である。 第１実施形態に係る磁気記憶装置の材料を例示する模式図である。 図３（ａ）及び図３（ｂ）は、第１実施形態に係る磁気記憶装置の材料を例示する模式図である。 第１実施形態に係る別の磁気記憶装置を例示する模式的斜視図である。 第１実施形態に係る別の磁気記憶装置を例示する模式的斜視図である。 第１実施形態に係る別の磁気記憶装置を例示する模式的斜視図である。 第１実施形態に係る別の磁気記憶装置を例示する模式的斜視図である。 第２実施形態に係る別の磁気記憶装置を例示する模式的斜視図である。 第２実施形態に係る別の磁気記憶装置を例示する模式的斜視図である。 第３実施形態に係る磁気記憶装置を例示する模式的断面である。 第３実施形態に係る別の磁気記憶装置を例示する模式的断面である。 第３実施形態に係る別の磁気記憶装置を例示する模式的断面である。 第４実施形態に係る磁気記憶装置を例示する模式的斜視図である。 第４実施形態に係る別の磁気記憶装置を例示する模式的斜視図である。 図１５（ａ）〜図１５（ｃ）は、第５実施形態に係る磁気記憶装置を例示する模式的斜視図である。 図１６（ａ）〜図１６（ｃ）は、第５実施形態に係る別の磁気記憶装置を例示する模式的斜視図である。 第６実施形態に係る磁気記憶装置を示す模式図である。
以下に、本発明の各実施の形態について図面を参照しつつ説明する。
図面は模式的または概念的なものであり、各部分の厚さと幅との関係、部分間の大きさの比率などは、必ずしも現実のものと同一とは限らない。同じ部分を表す場合であっても、図面により互いの寸法や比率が異なって表される場合もある。
本願明細書と各図において、既出の図に関して前述したものと同様の要素には同一の符号を付して詳細な説明は適宜省略する。
（第１実施形態）
図１（ａ）及び図１（ｂ）は、第１実施形態に係る磁気記憶装置を例示する模式的斜視図である。
図１（ａ）に示すように、本実施形態に係る磁気記憶装置１１０は、導電層２０、第１磁性層１１、第２磁性層１２、第１非磁性層１１ｎ及び制御部７０を含む。
導電層２０は、第１部分２０ａ、第２部分２０ｂ及び第３部分２０ｃを含む。第３部分２０ｃは、第１部分２０ａと第２部分２０ｂとの間に位置する。
導電層２０は、第１金属とホウ素とを含む。第１金属は、Ｌａ、Ｃｅ、Ｐｒ、Ｎｄ、Ｓｍ、Ｅｕ、Ｇｄ、Ｔｂ、Ｄｙ、Ｈｏ、Ｅｒ、Ｔｍ、Ｙｂ及びＬｕからなる群から選択された少なくとも１つを含む。導電層２０は、例えば、非磁性でも良い。
第１磁性層１１は、第１方向において第３部分２０ｃから離れる。第１方向は、第１部分２０ａから第２部分２０ｂに向かう方向（第２方向）と交差する。
第１方向をＺ軸方向とする。Ｚ軸方向に対して垂直な１つの方向をＸ軸方向とする。Ｚ軸方向及びＸ軸方向に対して垂直な方向をＹ軸方向とする。この例では、第２方向は、Ｘ軸方向である。
第２磁性層１２は、第３部分２０ｃと第１磁性層１１との間に設けられる。第２磁性層１２は、第３部分２０ｃと電気的に接続されている。第１非磁性層１１ｎは、第１磁性層１１と第２磁性層１２との間に設けられる。第１非磁性層１１ｎと第１磁性層１１との間に、別の層が設けられても良い。第１非磁性層１１ｎと第２磁性層１２との間に、別の層が設けられても良い。
第１磁性層１１は、例えば、参照層として機能する。第２磁性層１２は、例えば、記憶層（例えば自由層）として機能する。第２磁性層１２の第２磁化１２Ｍは、第１磁性層１１の第１磁化１１Ｍよりも変化し易い。第２磁性層１２の第２磁化１２Ｍの向きが、記憶される情報に対応する。磁化の向きは、例えば、磁化容易軸の向きに対応する。
第１磁性層１１、第１非磁性層１１ｎ及び第２磁性層１２は、第１積層体ＳＢ１に含まれる。第１積層体ＳＢ１は、例えば、１つのメモリセルＭＣの少なくとも一部として機能する。第１積層体ＳＢ１は、例えば、磁気トンネル接合（Magnetic Tunnel Junction：ＭＴＪ）を有する。第１積層体ＳＢ１は、ＭＴＪ素子に対応する。
この例では、第２磁性層１２の磁化容易軸は、第１方向（例えば、Ｚ軸方向）と交差する。第２磁性層１２は、面内磁化膜である。
この例では、第１磁性層１１の第３方向に沿う長さＬｙは、第１磁性層１１の第２方向に沿う長さＬｘよりも長い。第３方向は、第１方向及び第２方向を含む平面と交差する。第３方向は、例えば、Ｙ軸方向である。第１磁性層１１及び第２磁性層１２において、形状異方性が生じる。例えば、第１磁性層１１の第１磁化１１Ｍは、Ｙ軸方向に沿う。例えば、第２磁性層１２の第２磁化１２Ｍは、＋Ｙ方向または−Ｙ方向に向く。後述するように、実施形態の別の例において、長さＬｙと長さＬｘの関係は任意である。実施形態において、磁化の向きは、任意である。
この例では、第１磁性層１１は、例えば、面内磁化膜である。例えば、第１磁性層１１の第１磁化１１Ｍは、第１方向（Ｚ軸方向）と交差する。この例では、第１磁性層１１の第１磁化１１Ｍは、第３方向（例えば、Ｙ軸方向であり、第１方向及び第２方向を含む平面と交差する方向）に沿う。例えば、Ｘ−Ｙ平面内における第１磁化１１Ｍの向きは、任意である。
制御部７０は、第１部分２０ａ及び第２部分２０ｂと電気的に接続される。制御部７０は、導電層２０に電流を供給する。この例では、制御部７０は、制御回路７５を含む。制御回路７５（制御部７０）と、第１部分２０ａと、は、配線７０ｂにより電気的に接続される。制御回路７５（制御部７０）と、第２部分２０ｂと、は、配線７０ｃにより電気的に接続される。この例では、制御回路７５と第１部分２０ａとの間の電流経路（配線７０ｂ）において、スイッチＳｗＳ１が設けられている。スイッチＳｗＳ１のゲート（制御端子）は、制御回路７５に電気的に接続される。
この例では、制御回路７５（制御部７０）は、第１磁性層１１と電気的に接続されている。制御回路７５（制御部７０）と、第１磁性層１１と、は、配線７０ａにより電気的に接続される。この例では、制御回路７５と第１磁性層１１との間の電流経路（配線７０ａ）にスイッチＳｗ１が設けられている。スイッチＳｗ１のゲート（制御端子）は、制御回路７５に電気的に接続される。
これらのスイッチは、制御部７０に含められても良い。制御部７０により、導電層２０及び第１積層体ＳＢ１の電位が制御される。
例えば、第１部分２０ａが基準電位Ｖ０に設定され、第１磁性層１１に第１電圧Ｖ１（例えば選択電圧）が印加される。このとき、例えば、導電層２０に流れる電流の向きに応じて、第１積層体ＳＢ１の電気抵抗が変化する。一方、第１部分２０ａが基準電位Ｖ０に設定され、第１磁性層１１に第２電圧Ｖ２（例えば非選択電圧）が印加される。第２電圧Ｖ２は、第１電圧Ｖ１とは異なる。第２電圧Ｖ２が印加されたときは、例えば、導電層２０に電流が流れても、第１積層体ＳＢ１の電気抵抗は、実質的に変化しない。電気抵抗の変化は、第１積層体ＳＢ１の状態の変化に対応する。電気抵抗の変化は、例えば、第２磁性層１２の第２磁化１２Ｍの向きの変化に対応する。例えば、第２電圧Ｖ２は、第１電圧Ｖ１とは異なる。例えば、基準電位Ｖ０と第１電圧Ｖ１との間の電位差の絶対値は、基準電位Ｖ０と第２電圧Ｖ２との間の電位差の絶対値よりも大きい。例えば、第１電圧Ｖ１の極性は、第２電圧Ｖ２の極性と異なっても良い。このような電気抵抗の差は、制御部７０の制御により得られる。
例えば、制御部７０は、第１動作及び第２動作を行う。これらの動作は、積層体ＳＢ１に選択電圧が印加されているときの動作である。第１動作においては、制御部７０は、第１部分２０ａから第２部分２０ｂに向かう第１電流Ｉｗ１を導電層２０に供給する（図１（ａ）参照）。制御部７０は、第２動作において、第２部分２０ｂから第１部分２０ａに向かう第２電流Ｉｗ２を導電層２０に供給する（図１（ａ）参照）。
第１動作後における第１磁性層１１と第１部分２０ａとの間の第１電気抵抗は、第２動作後における第１磁性層１１と第１部分２０ａとの間の第２電気抵抗とは異なる。このような電気抵抗の差は、例えば、第２磁性層１２の第２磁化１２Ｍの向きの変化に対応する。例えば、導電層２０を流れる電流（書き込み電流）により、第２磁化１２Ｍの向きが変化する。これは、例えば、スピンホール効果に基づいていると考えられる。第２磁化１２Ｍの向きの変化は、例えば、スピン軌道相互作用に基づいていると考えられる。
例えば、第１動作により、第２磁化１２Ｍは、第１磁化１１Ｍの向きと同じ成分を有する。「平行」の磁化が得られる。一方、第２動作により、第２磁化１２Ｍは、第１磁化１１Ｍの向きに対して逆の成分を有する。「反平行」の磁化が得られる。このような場合、第１動作後の第１電気抵抗は、第２動作後の第２電気抵抗よりも低くなる。このような電気抵抗の差が、記憶される情報に対応する。例えば、異なる複数の磁化が、記憶される情報に対応する。
制御部７０は、第３動作及び第４動作をさらに実施しても良い。第３動作において、第１部分２０ａと第１磁性層１１との間の電位差を第２電圧Ｖ２とし、第１電流Ｉｗ１を導電層２０に供給する。第４動作において、第１部分２０ａと第１磁性層１１との間の電位差を第２電圧Ｖ２とし、第２電流Ｉｗ２を導電層２０に供給する。第３動作及び第４動作においては、例えば、導電層２０に電流が流れても、第１積層体ＳＢ１の電気抵抗は、実質的に変化しない。第１動作後における第１磁性層１１と第１部分２０ａとの間の第１電気抵抗は、第２動作後における第１磁性層１１と第１部分２０ａとの間の第２電気抵抗とは異なる。第１電気抵抗と第２電気抵抗との差の絶対値は、第３動作後における第１磁性層１１と第１部分２０ａとの間の第３電気抵抗と、第４動作後における第１磁性層１１と第１部分２０ａとの間の第４電気抵抗と、の差の絶対値よりも大きい。
第２磁性層１２は、Ｃｏ及びＦｅからなる群から選択された少なくとも１つを含む。例えば、第２磁性層１２は、例えば、Ｃｏｘ１Ｆｅ１−ｘ１（０≦ｘ１≦０．６）を含む。第２磁性層１２は、ホウ素（Ｂ）をさらに含んでも良い。
実施形態において、導電層２０の厚さｔ０（第１方向（Ｚ軸方向）に沿った長さ）は、例えば、２ナノメートル（ｎｍ）以上１１ｎｍ以下である。一方、第２磁性層１２の厚さｔｍ２（第１方向（Ｚ軸方向）に沿った長さ）は、０．５ナノメートル以上３ナノメートル以下である。これらの層が適切な範囲であるときに、格子ミスマッチが有効に生じる。厚さが過度に厚いと、格子が緩和し易くなる。
既に説明したように、導電層２０は、第１金属（例えば、Ｌａ、Ｃｅ、Ｐｒ、Ｎｄ、Ｓｍ、Ｅｕ、Ｇｄ、Ｔｂ、Ｄｙ、Ｈｏ、Ｅｒ、Ｔｍ、Ｙｂ及びＬｕからなる群から選択された少なくとも１つ）と、ホウ素と、を含む。１つの例において、導電層２０におけるホウ素の濃度は、実質的に均一である。別の例において、ホウ素の濃度は、導電層２０において変化しても良い。以下、ホウ素の濃度が厚さ方向で変化する１つの例について説明する。
図１（ｂ）に示すように、磁気記憶装置１１０ａにおいては、導電層２０は、第１領域２１及び第２領域２２を含む。第２領域２２は、第１領域２１と第２磁性層１２との間に設けられる。第２領域２２は、例えば、第２磁性層１２と物理的に接する。
第２領域２２は、第１金属及びホウ素を含む。一方、第１領域２１は、第１金属を含み、ホウ素を含まなくても良い。または、第１領域２１は、第１金属及びホウ素を含み、第１領域２１におけるホウ素の第１濃度は、第２領域２２におけるホウ素の第２濃度よりも低くても良い。第１領域２１は、例えば、第１金属を含まなくても良い。
後述するように、このような第２領域２２は、導電層２０の一部（第３部分２０ｃ）に設けられても良い。例えば、第２領域２２は、Ｚ軸方向において第１積層体ＳＢ１と重なる領域を含む部分（第３部分２０ｃ）において、局所的に設けられても良い。例えば、第３部分２０ｃが、第１領域２１と第２領域２２を含む。第１部分２０ａ及び第２部分２０ｂは、第１領域２１を含み、第２領域２２を含まなくても良い。
この例では、第１領域２１は、第１部分２０ａと第２部分２０ｂとの間において、第２方向（例えばＸ軸方向）に沿って延びている。第２領域２２は、第１部分２０ａと第２部分２０ｂとの間において、第２方向に沿って延びている。
このような第１領域２１及び第２領域２２を導電層２０に設けることで、後述するように、大きなスピンホール効果が得られる。
実施形態において、第１領域２１の第１方向に沿った第１厚さｔ１は、例えば、１ナノメートル以上１０ナノメートル以下である。第２領域２２の第１方向に沿った第２厚さｔ２は、例えば、１ナノメートル以上１０ナノメートル以下である。第１厚さｔ１及び第２厚さｔ２の和は、厚さｔ０（図１（ａ）参照）に対応する。
図２は、第１実施形態に係る磁気記憶装置の材料を例示する模式図である。
図２は、導電層２０に含まれる材料の例を示している。導電層２０は、第１金属ＥＬ１とホウ素ＥＬ２とを含む。第１金属ＥＬ１がＣｅである場合、導電層２０は、ＣｅＢ６を含む。例えば、第１金属ＥＬ１がＰｒである場合、導電層２０は、ＰｒＢ６を含む。例えば、第１金属ＥＬ１が、Ｎｄである場合、導電層２０は、ＮｄＢ６を含む。第１金属ＥＬ１が、Ｌａである場合、導電層２０は、ＬａＢ６を含む。この場合、第１金属ＥＬ１及びホウ素ＥＬ２を含む材料は、六ホウ化物である。このように、導電層２０の少なくとも一部は、六ホウ化物を含んでもよい。
例えば、６つのホウ素ＥＬ２は八面体を形成する。さらに８つの八面体により、ホウ素骨格が形成される。このホウ素骨格の中に、１つの第１金属ＥＬ１が位置する。第１金属ＥＬ１及びホウ素ＥＬ２を含む材料は、例えば、ＣｓＣｌ型結晶構造を有する。
第１金属ＥＬ１は、Ｓｍ、Ｅｕ、Ｇｄ、Ｔｂ、Ｄｙ、Ｈｏ、Ｅｒ、Ｔｍ、Ｙｂ及びＬｕからなる群から選択された少なくとも１つを含んでも良い。この場合も、第１金属ＥＬ１及びホウ素ＥＬ２を含む材料は、六ホウ化物である。第１金属ＥＬ１及びホウ素ＥＬ２を含む材料は、例えば、ＣｓＣｌ型結晶構造を有する。
第１金属ＥＬ１がＣｅなどである場合、第１金属ＥＬ１は、例えば、４ｆ軌道または５ｄ軌道の電子を含む。第１金属ＥＬ１の４ｆ軌道または５ｄ軌道の電子と、ホウ素ＥＬ２の２ｐ軌道の電子と、の相互作用の寄与により、例えば、導電層２０と第２磁性層１２との間において、大きなスピンホール効果が生じる。このため、大きなスピンホール角θ（絶対値）が得られる。
第１金属ＥＬ１が、Ｎｄなどである場合、第１金属ＥＬ１は、例えば、４ｆ軌道の電子を含む。第１金属ＥＬ１の４ｆ軌道の電子と、ホウ素ＥＬ２の２ｐ軌道の電子と、の相互作用の寄与により、例えば、導電層２０と第２磁性層１２との間において、大きなスピンホール効果が生じる。このため、大きなスピンホール角θ（絶対値）が得られる。
従来、導電層２０の金属として、４ｄまたは５ｄ軌道の電子などのｄ軌道電子を用いる発想が知られている。実施形態においては、４ｆ軌道の電子または５ｄ軌道の電子を用いる。これにより、大きなスピンホール効果が得られる。
これにより、導電層２０に供給される書込み電流（第１電流Ｉｗ１及び第２電流Ｉｗ２）により、第２磁性層１２の第２磁化１２Ｍが安定して制御できる。例えば、書き込み動作が安定になる。安定した動作が可能な磁気記憶装置を提供できる。
１つの例において、第１金属ＥＬ１は、ＬａまたはＣｅなどを含む。例えば、第１金属ＥＬ１は、希土類元素を含む。この場合、第１金属ＥＬ１は、３価（３＋）である。この場合、第１金属ＥＬ１及びホウ素ＥＬ２を含む材料は、導電体に近い特性を有する。
例えば、第１金属ＥＬ１が、Ｃｅ、Ｐｒ及びＮｄからなる群から選択された少なくとも１つを含む場合、導電層２０は、ＣｅＢ６、ＰｒＢ６及びＮｄＢ６をからなる群から選択された少なくとも１つを含む。これらの材料においては、抵抗率が低い。例えば、導電層２０において、低い抵抗が得られる。第１金属ＥＬ１がＬａを含む場合、導電層２０はＬａＢ６を含む。ＬａＢ６においては、抵抗率が低い。例えば、導電層２０において、低い抵抗が得られる。
例えば、第１金属ＥＬ１は、Ｌａ、Ｃｅ、Ｐｒ、Ｎｄ、Ｓｍ、Ｅｕ、Ｇｄ、Ｔｂ、Ｄｙ、Ｈｏ、Ｅｒ、Ｔｍ、Ｙｂ及びＬｕからなる群から選択された少なくとも１つを含む。例えば、第１金属ＥＬ１が、Ｌａ、Ｃｅ、Ｐｒ、Ｎｄ、Ｓｍ、Ｅｕ、Ｇｄ、Ｔｂ、Ｄｙ、Ｈｏ、Ｅｒ、Ｔｍ、Ｙｂ及びＬｕからなる群から選択された２つを含む場合、導電層２０において、大きなスピンホール効果が得られる。低い抵抗が得られる。例えば、導電層２０は、（Ｌａ，Ｃｅ）Ｂ６、（Ｌａ，Ｐｒ）Ｂ６、（Ｌａ，Ｎｄ）Ｂ６、（Ｃｅ，Ｐｒ）Ｂ６、（Ｃｅ，Ｎｄ）Ｂ６、（Ｐｒ，Ｎｄ）Ｂ６、（Ｌａ，Ｓｍ）Ｂ６、（Ｌａ，Ｅｕ）Ｂ６、（Ｌａ，Ｇｄ）Ｂ６、（Ｌａ，Ｔｂ）Ｂ６、（Ｌａ，Ｄｙ）Ｂ６、（Ｌａ，Ｈｏ）Ｂ６、（Ｌａ，Ｅｒ）Ｂ６、（Ｌａ，Ｔｍ）Ｂ６、（Ｌａ，Ｙｂ）Ｂ６、（Ｌａ，Ｌｕ）Ｂ６、（Ｃｅ，Ｓｍ）Ｂ６、（Ｃｅ，Ｅｕ）Ｂ６、（Ｃｅ，Ｇｄ）Ｂ６、（Ｃｅ，Ｔｂ）Ｂ６、（Ｃｅ，Ｄｙ）Ｂ６、（Ｃｅ，Ｈｏ）Ｂ６、（Ｃｅ，Ｅｒ）Ｂ６、（Ｃｅ，Ｔｍ）Ｂ６、（Ｃｅ，Ｙｂ）Ｂ６、（Ｃｅ，Ｌｕ）Ｂ６、（Ｐｒ，Ｓｍ）Ｂ６、（Ｐｒ，Ｅｕ）Ｂ６、（Ｐｒ，Ｇｄ）Ｂ６、（Ｐｒ，Ｔｂ）Ｂ６、（Ｐｒ，Ｄｙ）Ｂ６、（Ｐｒ，Ｈｏ）Ｂ６、（Ｐｒ，Ｅｒ）Ｂ６、（Ｐｒ，Ｔｍ）Ｂ６、（Ｐｒ，Ｙｂ）Ｂ６、（Ｐｒ，Ｌｕ）Ｂ６、（Ｎｄ，Ｓｍ）Ｂ６、（Ｎｄ，Ｅｕ）Ｂ６、（Ｎｄ，Ｇｄ）Ｂ６、（Ｎｄ，Ｔｂ）Ｂ６、（Ｎｄ，Ｄｙ）Ｂ６、（Ｎｄ，Ｈｏ）Ｂ６、（Ｎｄ，Ｅｒ）Ｂ６、（Ｎｄ，Ｔｍ）Ｂ６、（Ｎｄ，Ｙｂ）Ｂ６、及び、（Ｎｄ，Ｌｕ）Ｂ６からなる群から選択された少なくとも１つを含む。例えば、書き込み動作が安定になる。安定した動作が可能な磁気記憶装置を提供できる。
例えば、書き込み動作における消費電流が抑制できる。例えば、発熱などが抑制でき、動作が安定になる。
上記のように、１つの例において、第１金属ＥＬ１は、例えば、希土類元素である。
このような元素（第１金属ＥＬ１）とホウ素ＥＬ２とを含む材料の格子定数は、第２磁性層１２に用いられる材料（例えばＣｏＦｅまたはＣｏＦｅＢなど）の格子定数とは異なる。格子定数の差により、第２磁性層１２の格子長が格子定数から変化する。これにより、例えば、第２磁性層１２に異方性が生じる。
図３（ａ）及び図３（ｂ）は、第１実施形態に係る磁気記憶装置の材料を例示する模式図である。
図３（ａ）は、歪がない状態における第２磁性層１２の格子を例示している。図３（ｂ）は、歪が生じている状態における第２磁性層１２の格子を例示している。第１金属ＥＬ１とホウ素ＥＬ２とを含む材料（導電層２０の材料）の格子定数は、第２磁性層１２に用いられる材料（例えばＣｏＦｅまたはＣｏＦｅＢなど）の格子定数よりも大きい。第１金属ＥＬ１とホウ素ＥＬ２とを含む材料の影響により、第２磁性層１２に歪が生じる。
図２に示すように、導電層２０は、結晶性である。図３（ａ）に示すように、第２磁性層１２は、例えば結晶性である。第２磁性層１２は、第１方向（Ｚ軸方向）に対して交差する１つの方向に沿う格子長（格子定数Ｌｘ０）を有する。第２磁性層１２は、第１方向に沿う格子長（格子定数Ｌｚ０）を有する。格子定数Ｌｘ０及び格子定数Ｌｚ０は、歪が無い状態における格子長である。
図３（ｂ）に示すように、第２磁性層１２が導電層２０の影響を受け、第２磁性層１２の格子長が、図３（ａ）に例示した状態から変化する。この状態において、第２磁性層１２は、第１方向（Ｚ軸方向）に対して交差する上記の１つの方向に沿う格子長Ｌｘ１を有する。第２磁性層１２は、第１方向に沿う格子長Ｌｚ１を有する。
第１方向に対して交差する方向に沿う第２磁性層１２の格子長Ｌｘ１（格子間隔）は、第１方向に対して交差するその方向に沿う第２磁性層１２の格子定数Ｌｘ０よりも長い。第１方向に沿う第２磁性層１２の格子長Ｌｚ１（格子間隔）は、第１方向に沿う第２磁性層１２の格子定数Ｌｚ０よりも短い。
このような歪が、第２磁性層１２に生じる。この歪は、異方性の歪である。例えば、第２磁性層１２における磁気的特性が制御できる。例えば、電圧効果が得られる。
導電層２０は、結晶を含む。この結晶の＜１００＞方向は、例えば、Ｘ軸方向に沿う。この結晶の＜１００＞方向は、第１方向（Ｚ軸方向）と交差する。＜１００＞方向と、第１方向と、の間の角度の絶対値は、例えば８５度以上９５度以下である。この結晶の（１００）面は、例えば、Ｘ軸方向と交差する。この結晶の（００１）面は、例えばＸ−Ｙ平面に沿う。この結晶の（００１）面は、第１方向と交差する。（００１）面と、第１方向と、の間の角度の絶対値は、例えば８５度以上９５度以下である。例えば、導電層２０は、（１００）面の結晶を含む。
既に説明したように、導電層２０は、六ホウ化物を含む。導電層２０におけるホウ素ＥＬ２の濃度は、例えば、８０ａｔｍ％以上である。導電層２０におけるホウ素ＥＬ２の濃度は、例えば、８５ａｔｍ％以上でもよい。
上記の磁気記憶装置１１０ａ（図１（ｂ）参照）のように、導電層２０に、第１領域２１及び第２領域２２が設けられる場合、第２領域２２におけるホウ素ＥＬ２の濃度は、８０ａｔｍ％以上である。第２領域２２におけるホウ素ＥＬ２の濃度は、８５ａｔｍ％以上でも良い。
第１金属ＥＬ１及びホウ素ＥＬ２を含む材料（導電層２０の材料）においては、ホウ素ＥＬ２の濃度が高い。すなわち、導電層２０において、軽元素の濃度が高い。このため、低いダンピング定数が得られる。磁気的Dead Layerの厚さを薄くできる。例えば、書き込み動作が安定になる。安定した動作が可能な磁気記憶装置を提供できる。
第１金属ＥＬ１（例えば希土類など）は、酸化されやすい。ホウ素ＥＬ２は、酸化されやすい。このため、後述するように、積層体ＳＢ１の加工時において、導電層２０の第１金属ＥＬ１の酸化物、及び、ホウ素ＥＬ２の酸化物の少なくともいずれかにより、積層体ＳＢ１の側面などにおいて、良好な絶縁性が得られる。
別の実施形態において、第１金属は、Ｃａ、Ｓｒ及びＢａよりなる群から選択された少なくとも１つを含んでも良い。このような元素は、例えば、アルカリ土類金属である。この場合も、第１金属（上記のアルカリ土類金属）及びホウ素ＥＬ２を含む材料は、六ホウ化物である。第１金属（上記のアルカリ土類金属）及びホウ素ＥＬ２を含む材料は、例えば、ＣｓＣｌ型結晶構造を有する。
例えば、第１金属（上記のアルカリ土類金属）が、Ｃａ、Ｓｒ及びＢａからなる群から選択された少なくとも１つを含む場合、導電層２０は、ＣａＢ６、ＳｒＢ６及びＢａＢ６をからなる群から選択された少なくとも１つを含む。上記のように、１つの例において、第１金属は、例えば、アルカリ土類金属である。
このような元素（第１金属（上記のアルカリ土類金属））とホウ素ＥＬ２とを含む材料の格子定数は、第２磁性層１２に用いられる材料（例えばＣｏＦｅまたはＣｏＦｅＢなど）の格子定数とは異なる。格子定数の差により、第２磁性層１２の格子長が格子定数から変化する。これにより、例えば、第２磁性層１２に異方性が生じる。
このような歪が、第２磁性層１２に生じる。この歪は、異方性の歪である。例えば、第２磁性層１２における磁気的特性が制御できる。例えば、電圧効果が得られる。
既に説明したように、導電層２０は、六ホウ化物を含む。導電層２０におけるホウ素ＥＬ２の濃度は、例えば、８０ａｔｍ％以上である。導電層２０におけるホウ素ＥＬ２の濃度は、例えば、８５ａｔｍ％以上でもよい。
第１金属（上記のアルカリ土類金属）及びホウ素ＥＬ２を含む材料（導電層２０の材料）においては、ホウ素ＥＬ２の濃度が高い。すなわち、導電層２０において、軽元素の濃度が高い。このため、低いダンピング定数が得られる。磁気的Dead Layerの厚さを薄くできる。例えば、書き込み動作が安定になる。安定した動作が可能な磁気記憶装置を提供できる。
第１金属（上記のアルカリ土類金属）は、酸化されやすい。ホウ素ＥＬ２は、酸化されやすい。このため、後述するように、積層体ＳＢ１の加工時において、導電層２０の第１金属（上記のアルカリ土類金属）の酸化物、及び、ホウ素ＥＬ２の酸化物の少なくともいずれかにより、積層体ＳＢ１の側面などにおいて、良好な絶縁性が得られる。
以下、実施形態に係る磁気記憶装置のいくつかの例について説明する。
図４は、第１実施形態に係る別の磁気記憶装置を例示する模式的斜視図である。
図４に示すように、本実施形態に係る別の磁気記憶装置１１０ｂにおいては、導電層２０の一部の厚さが他の部分よりも薄くなっている。磁気記憶装置１１０ｂにおけるこれらの構成は、磁気記憶装置１１０ａの構成と同様である。
この例では、導電層２０は、第１領域２１及び第２領域２２に加えて、第３領域２３及び第４領域２４をさらに含む。第２領域２２は、第２方向（Ｘ軸方向）において、第３領域２３及び第４領域２４の間にある。この例において、第２領域２２の第１方向（Ｚ軸方向）に沿った厚さは、第３領域２３の第１方向に沿った厚さよりも厚い。第２領域２２の第１方向（Ｚ軸方向）に沿った厚さは、第４領域２４の第１方向に沿った厚さよりも厚い。
このような磁気記憶装置１１０ｂにおいても、大きなスピンホール効果が得られる。安定した動作が可能になる。
磁気記憶装置１１０ｂは、例えば、第１領域２１〜第４領域２４を有する、導電層２０となる膜の上に、第２磁性層となる膜を含む積層膜を形成した後に、この積層膜を加工することで形成される。このとき、加工の条件により、磁気記憶装置１１０ａまたは１１０ｂが形成される。すなわち、加工処理において導電層２０となる膜の一部が除去される場合に、磁気記憶装置１１０ｂが形成される。
図５は、第１実施形態に係る別の磁気記憶装置を例示する模式的斜視図である。
図５に示すように、本実施形態に係る別の磁気記憶装置１１１も、導電層２０、第１磁性層１１、第２磁性層１２、第１非磁性層１１ｎ及び制御部７０を含む。磁気記憶装置１１１においては、導電層２０の構成が、磁気記憶装置１１０におけるそれとは異なる。これ以外の磁気記憶装置１１１における構成は、磁気記憶装置１１０の構成と同様である。
磁気記憶装置１１１においては、導電層２０は、第１領域２１及び第２領域２２に加えて、第３領域２３及び第４領域２４をさらに含む。第２領域２２は、第２方向（Ｘ軸方向）において、第３領域２３及び第４領域２４の間にある。第３領域２３及び第４領域２４は、例えば、ホウ素ＥＬ２を含まない。または、第３領域２３におけるホウ素ＥＬ２の濃度及び第４領域２４におけるホウ素ＥＬ２の濃度のそれぞれは、第２領域２２におけるホウ素ＥＬ２の濃度（第２濃度）よりも低い。
磁気記憶装置１１１においては、導電層２０のうちの第２磁性層１２と重なる部分が、局所的にホウ素ＥＬ２を含む。磁気記憶装置１１１においては、導電層２０のうちの第２磁性層１２と重ならない部分（例えば第３領域２３及び第４領域２４）は、第１領域２１と同様の組成を含む。例えば、導電層２０における抵抗を低くできる。例えば、第２領域２２における抵抗率は、第１領域２１、第３領域２３及び第４領域２４のそれぞれにおける抵抗率よりも高くなる傾向がある。ホウ素ＥＬ２を含む部分を局所的に設けることで、例えば、導電層２０の抵抗を低くできる。
図６は、第１実施形態に係る別の磁気記憶装置を例示する模式的斜視図である。
図６に示すように、本実施形態に係る別の磁気記憶装置１２０も、導電層２０、第１磁性層１１、第２磁性層１２、第１非磁性層１１ｎ及び制御部７０を含む。磁気記憶装置１２０においては、第１磁性層１１の第１磁化１１Ｍの方向が、磁気記憶装置１１０におけるそれとは異なる。これ以外の磁気記憶装置１２０における構成は、磁気記憶装置１１０の構成と同様である。
磁気記憶装置１２０においては、第１磁性層１１の第１磁化１１Ｍは、第２方向（例えばＸ軸方向）に沿う。例えば、第２磁性層１２の第２磁化１２Ｍは、第２方向に実質的に沿う。
磁気記憶装置１２０においては、例えば、Direct switchingモードの動作が行われる。Direct switchingモードにおける磁化反転の速度は、Precessional Switchingモードにおける磁化反転の速度よりも高い。Direct Switchingモードにおいては、磁化反転は、歳差運動を伴わない。このため、磁化反転速度は、ダンピング定数αに依存しない。磁気記憶装置１２０においては、高速の磁化反転が得られる。
磁気記憶装置１２０において、例えば、第１磁性層１１の１つの方向の長さ（長軸方向の長さ）は、第１磁性層１１の別の１つの方向の長さ（短軸方向の長さ）よりも長い。例えば、第１磁性層１１の第２方向（例えば、Ｘ軸方向）に沿う長さ（長軸方向の長さ）は、第１磁性層１１の第３方向（例えば、Ｙ軸方向）に沿う長さ（短軸方向の長さ）よりも長い。例えば、形状異方性により、第１磁性層１１の第１磁化１１Ｍが第２方向に沿い易くなる。
磁気記憶装置１２０において、例えば、第１磁性層１１の長軸方向は、第２方向に沿う。第１磁性層１１の長軸方向は、第２方向に対して傾斜しても良い。例えば、第１磁性層１１の長軸方向と、第２方向（導電層２０を流れる電流の方向に対応する方向）と、の間の角度（絶対値）は、例えば、０度以上３０度未満である。このような構成においては、例えば、高い書き込み速度が得られる。
図７は、第１実施形態に係る別の磁気記憶装置を例示する模式的斜視図である。
図７に示すように、本実施形態に係る別の磁気記憶装置１２１も、導電層２０、第１磁性層１１、第２磁性層１２、第１非磁性層１１ｎ及び制御部７０を含む。磁気記憶装置１２１においては、導電層２０は、既に説明した、第１領域２１及び第２領域２２を含む。これ以外の磁気記憶装置１２１における構成は、磁気記憶装置１２０の構成と同様である。
以下、本実施形態において各種の層に用いられる材料の例について説明する。
第１実施形態において、第２磁性層１２は、例えば、Ｃｏ、Ｆｅ及びＮｉからなる群から選択された少なくとも１つの第１元素を含む。第２磁性層１２は、さらにホウ素（Ｂ）を含んでも良い。第２磁性層１２は、Ｃ、Ｎ、Ｏ、Ｓｉ及びＰからなる群から選択された少なくとも１つの第２元素をさらに含んでも良い。第２磁性層１２において、ホウ素（Ｂ）及び第２元素の濃度は、例えば、３０ａｔｍ％以下である。これにより、例えば、格子定数、結晶性、磁気特性、機械的特性及び化学的特性の少なくともいずれかが制御できる。このような材料を用いることで、例えば、高いスピン分極率が得られる。例えば、第２磁性層１２は、Ｃｏ、Ｆｅ、ＣｏＦｅ、ＣｏＦｅＢ、ＦｅＢ、ＣｏＢ、ＣｏＦｅＳｉ、ＣｏＦｅＰ、ＦｅＮｉ、ＦｅＮｉＢ、ＦｅＮｉＳｉ及びＦｅＮｉＰからなる群から選択された少なくとも１つを含む。第２磁性層１２は、組成が異なる複数の膜を含む積層膜を含んでも良い。第２磁性層１２は、例えば、ＣｏＦｅＢ／ＣｏＦｅまたはＣｏＦｅＢ／ＦｅＮｉＢを含む。第２磁性層１２は、例えば、組成が互いに異なる複数のＣｏＦｅＢ膜を含む積層膜を含んでも良い。第２磁性層１２は、例えば、組成が互いに異なる複数のＣｏＦｅ膜を含む積層膜を含んでも良い。
第２磁性層１２は、例えば、Ｃｏ基ホイスラー合金を含む磁性層を含んでも良い。Ｃｏ基ホイスラー合金は、Ｃｏ２ＹＺと表記される。第２磁性層１２は、Ｃｏ２ＦｅＡｌ、Ｃｏ２ＭｎＳｉ、Ｃｏ２ＭｎＧｅ、Ｃｏ２Ｍｎ（Ｓｉ、Ｇｅ）及びＣｏ２Ｍｎ（Ｇａ、Ｇｅ）からなる群から選択された少なくとも１つを含む。
第２磁性層１２は、例えば、積層構造を有しても良い。積層構造は、例えば、ＳＡＦ構造である。ＳＡＦ構造においては、例えば、隣接ビットへの漏れ磁界の影響を低減できる。
積層構造は、例えば、ＣｏＦｅ（Ｂ）／（Ｔａ、Ｗ、Ｍｏ、Ｃｕ、Ｃｒ）／ＣｏＦｅ（Ｂ）、及び、Ｃｏ基ホイスラー合金／（Ｔａ、Ｗ、Ｍｏ、Ｃｕ、Ｃｒ）／ＣｏＦｅ（Ｂ）などを含む。「（Ｔａ、Ｗ、Ｍｏ、Ｃｕ、Ｃｒ）」の表記は、Ｔａ、Ｗ、Ｍｏ、Ｃｕ及びＣｒからなる群から選択された少なくとも１つを含むことを意味する。ＳＡＦ構造は、例えば、ＣｏＦｅ（Ｂ）／（Ｒｕ、Ｒｈ、Ｉｒ）／ＣｏＦｅ（Ｂ）、及び、Ｃｏ基ホイスラー合金／（Ｒｕ、Ｒｈ、Ｉｒ）／ＣｏＦｅ（Ｂ）からなる群から選択された少なくとも１つを含む。「（Ｒｕ、Ｒｈ、Ｉｒ）」の記載は、Ｒｕ、Ｒｈ及びＩｒからなる群から選択された少なくとも１つを含むことを意味する。「（Ｂ）」の記載は、Ｂを含む、または、Ｂを実質的に含まないことを意味する。
第２磁性層１２は、積層体を含んでも良い。積層体は、例えば、Ｃｏ／Ｐｔ人工格子、Ｃｏ／Ｐｄ人工格子、Ｃｏ／Ｒｕ人工格子、Ｃｏ／Ｉｒ人工格子、及び、Ｃｏ／Ａｕ人工格子よりなる群から選択された少なくとも１つを含む。これらの人工格子において、元素の添加、及び、磁性膜と非磁性膜とにおける厚さの比が調整される。これにより、例えば、垂直磁気異方性及び飽和磁化が調整される。
第１磁性層１１は、第２磁性層１２の保磁力よりも大きい保磁力、第２磁性層１２の磁気異方性エネルギーよりも大きい磁気異方性エネルギー、及び、第２磁性層１２のダンピング定数よりも大きいダンピング定数の少なくともいずれかを有する。これにより、磁気記憶装置における電気抵抗の変化が安定して得られる。第１磁性層１１は、第１層及び第２層を含む積層膜を含んでも良い。第１層は、例えば、Ｉｒ、Ｐｔ、Ｆｅ及びＲｈからなる群から選択された少なくとも１つの元素と、Ｍｎと、を含む。第２層は、Ｃｏ、Ｆｅ及びＮｉからなる群から選択された少なくとも１つの元素を含む。第１磁性層１１は、例えば、ＩｒＭｎ／ＣｏＦｅ、ＰｔＭｎ／ＣｏＦｅ、ＦｅＭｎ／ＣｏＦｅ、及び、ＲｈＭｎ／ＣｏＦｅからなる群から選択された少なくとも１つを含む。例えば、安定した磁化方向が得られる。第１磁性層１１は、第１層、第２層、第３層及び第４層を含んでも良い。第４層は、第３層と第２層との間に設けられる。第３層は、例えば、第１非磁性層１１ｎと接し、例えば高いスピン分極率を有する。第１磁性層１１は例えば、ＩｒＭｎ／ＣｏＦｅ／Ｒｕ／ＣｏＦｅＢ、ＰｔＭｎ／ＣｏＦｅ／Ｒｕ／ＣｏＦｅＢ、ＦｅＭｎ／ＣｏＦｅ／Ｒｕ／ＣｏＦｅＢ、及び、ＲｈＭｎ／ＣｏＦｅ／Ｒｕ／ＣｏＦｅＢからなる群から選択された少なくとも１つを含む。これにより、例えば、安定した磁化方向が得られる。例えば、磁気記憶装置における電気抵抗の変化が安定して得られる。
第１非磁性層１１ｎは、例えば、ＭｇＯ、ＭｇＡｌＯ及びＡｌＯからなる群から選択された少なくとも１つを含む。第１非磁性層１１ｎは、これらの材料を含む複数の膜を含む積層膜を含んでも良い。第１非磁性層１１ｎは、他の非磁性金属を更に含んでも良い。
（第２実施形態）
図８は、第２実施形態に係る別の磁気記憶装置を例示する模式的斜視図である。
図８に示すように、第２実施形態に係る磁気記憶装置１３０も、導電層２０、第１磁性層１１、第２磁性層１２、第１非磁性層１１ｎ及び制御部７０を含む。磁気記憶装置１３０においては、第１磁性層１１の第１磁化１１Ｍの方向が、磁気記憶装置１１０におけるそれとは異なる。これ以外の磁気記憶装置１３０における構成は、磁気記憶装置１１０の構成と同様である。
磁気記憶装置１３０においては、第１磁性層１１の第１磁化１１Ｍは、第１方向（例えばＺ軸方向）に沿う。例えば、第２磁性層１２の第２磁化１２Ｍは、第１方向に実質的に沿う。
例えば、第２磁性層１２の磁化容易軸は、第１方向（Ｚ軸方向）に沿う。例えば、第２磁性層１２の磁化容易軸と、Ｚ軸方向と、の間の角度の絶対値は、４５度以下である。
磁気記憶装置１３０においても、大きなスピンホール効果が得られる。安定した動作が可能になる。
磁気記憶装置１３０において、例えば、Direct switchingモードの動作が行われる。磁気記憶装置１３０においては、高速の磁化反転が得られる。
磁気記憶装置１３０においては、例えば、第１磁性層１１の第２方向に沿う長さは、第１磁性層１１の第３方向に沿う長さと実質的に同じでも良い。磁気記憶装置１３０においては、微細な第１積層体ＳＢ１（例えばＭＴＪ素子）を得やすい。例えば、高い記憶密度が得られる。
図９は、第２実施形態に係る別の磁気記憶装置を例示する模式的斜視図である。
図９に示すように、本実施形態に係る別の磁気記憶装置１３１も、導電層２０、第１磁性層１１、第２磁性層１２、第１非磁性層１１ｎ及び制御部７０を含む。磁気記憶装置１３１においては、導電層２０は、既に説明した、第１領域２１及び第２領域２２を含む。これ以外の磁気記憶装置１３１における構成は、磁気記憶装置１３０の構成と同様である。
磁気記憶装置１３１においては、上記の第１領域２１及び第２領域２２が設けられているため、導電層２０（第１領域２１）において、格子が安定する。これにより、第２磁性層１２に、格子の歪を効果的に形成できる。Ｂを含む第２領域２２を局所的に設けることで、導電層２０の全体においては、安定した格子が維持できる。そして、局所的な第２領域２２がＢを含むことで、電子の散乱効率が向上する。これにより、大きなスピンホール効果が得られる。磁気記憶装置１３１においても、大きなスピンホール効果と、が得られる。安定した動作が可能になる。
第２実施形態における材料の例について説明する。
第２磁性層１２は、垂直磁性膜を含んでも良い。第２磁性層１２が、垂直磁性膜である場合の例は、以下である。第２磁性層１２は、Ｍｎと、少なくとも１つの元素と、を含む。この少なくとも１つの元素は、Ａｌ、Ｇｅ及びＧａからなる群から選択された少なくとも１つを含む。第２磁性層１２は、例えば、ＭｎＧａ、ＭｎＡｌ、ＭｎＧｅ及びＭｎＡｌＧｅからなる群から選択された少なくとも１つを含む。例えば、第２磁性層１２は、Ｍｎ、Ｇａ、及び、少なくとも１つの元素を含む。この少なくとも１つの元素は、Ａｌ、Ｇｅ、Ｉｒ、Ｃｒ、Ｃｏ、Ｐｔ、Ｒｕ、Ｐｄ、Ｒｈ、Ｎｉ、Ｆｅ、Ｒｅ、Ａｕ、Ｃｕ、Ｂ、Ｃ、Ｐ、Ｇｄ、Ｔｂ及びＤｙよりなる群から選択された少なくとも１つを含む。第２磁性層１２は、例えば、ＭｎＧａＡｌ、ＭｎＧａＧｅ、ＭｎＧａＩｒ、ＭｎＧａＣｒ、ＭｎＧａＣｏ、ＭｎＧａＰｔ、ＭｎＧａＲｕ、ＭｎＧａＰｄ、ＭｎＧａＲｈ、ＭｎＧａＮｉ、ＭｎＧａＦｅ、ＭｎＧａＲｅ、ＭｎＧａＡｕ、ＭｎＧａＣｕ、ＭｎＧａＢ、ＭｎＧａＣ、ＭｎＧａＰ、ＭｎＧａＧｄ、ＭｎＧａＴｂ及びＭｎＧａＤｙよりなる群から選択された少なくとも１つを含む。
第２磁性層１２は、垂直磁性膜を含む場合、第２磁性層１２は、例えば、合金を含んでも良い。この合金は、１つの元素と、別の１つの元素と、を含む。この１つの元素は、例えば、Ｆｅ、Ｃｏ及びＮｉからなる群から選択された少なくとも１つを含む。この別の１つの元素は、例えば、Ｒｕ、Ｒｈ、Ｐｄ、Ａｇ、Ｉｒ、Ｐｔ及びＡｕからなる群から選択された少なくとも１つを含む。上記の合金は、例えば、ＦｅＲｈ、ＦｅＰｔ、ＦｅＰｄ、ＣｏＰｔ及びＣｏＰｄよりなる群から選択された少なくとも１つを含んでも良い。これらの合金は、例えば、強磁性合金である。
第１磁性層１１が垂直磁性膜を含む場合、第１磁性層１１は、例えば、合金を含んでも良い。この合金の少なくとも一部の結晶は、例えば、面心立方構造（ＦＣＣ）の（１１１）に配向する。または、この合金の少なくとも一部の結晶は、六方最密充填構造（ＨＣＰ）の（０００１）に配向する。第１磁性層１１に含まれる合金は、例えば、人工格子を形成し得る。例えば、ＦＣＣの（１１１）またはＨＣＰの（０００１）に結晶配向する上記の合金は、例えば、１つの元素と、別の１つの元素と、を含む。この１つの元素は、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉ及びＣｕからなる群から選択された少なくとも１つを含む。この別の１つの元素は、Ｐｔ、Ｐｄ、Ｒｈ及びＡｕからなる群から選択された少なくとも１つを含む。第１磁性層１１に含まれる合金は、例えば、強磁性合金である。この強磁性合金は、例えば、ＣｏＰｄ、ＣｏＰｔ、ＮｉＣｏ及びＮｉＰｔからなる群から選択された少なくとも１つを含む。
第１磁性層１１に含まれ人工格子を形成し得る上記の合金は、例えば、交互に積層された第１層及び第２層を含む。第１層は、例えば、Ｆｅ、Ｃｏ及びＮｉからなる群から選択された１つの元素を含む合金（強磁性膜）を含む。第２層は、例えば、Ｃｒ、Ｐｔ、Ｐｄ、Ｉｒ、Ｒｈ、Ｒｕ、Ｏｓ、Ｒｅ、Ａｕ及びＣｕからなる群から選択された１つの元素を含む合金（非磁性膜）を含む。第１磁性層１１は、例えば、Ｃｏ／Ｐｔ人工格子、Ｃｏ／Ｐｄ人工格子、ＣｏＣｒ／Ｐｔ人工格子、Ｃｏ／Ｒｕ人工格子、Ｃｏ／Ｉｒ人工格子、Ｃｏ／Ｏｓ人工格子、Ｃｏ／Ａｕ人工格子、及び、Ｎｉ／Ｃｕ人工格子からなる群から選択された少なくとも１つを含む。これらの人工格子において、強磁性膜への元素の添加、及び、強磁性膜と非磁性膜との厚さの比の少なくともいずれかが、調整される。垂直磁気異方性及び飽和磁化の少なくともいずれかが調整できる。
第１磁性層１１は、合金を含んでも良い。この合金は、１つの元素と、別の１つの元素と、を含む。この１つの元素は、Ｆｅ、Ｃｏ及びＮｉからなる群から選択された少なくとも１つを含む。この１つの元素は、例えば、遷移金属である。この別の１つの元素は、例えば、Ｔｂ、Ｄｙ及びＧｄからなる群から選択された少なくとも１つを含む。この別の１つの元素は、例えば、希土類金属である。第１磁性層１１は、例えば、ＴｂＦｅ、ＴｂＣｏ、ＴｂＦｅＣｏ、ＤｙＦｅＣｏ、ＧｄＦｅＣｏ、ＤｙＴｂＦｅＣｏ及びＧｄＴｂＣｏからなる群から選択された少なくとも１つを含む。第１磁性層１１は、積層体を含んでも良い。この積層体は、複数の層を含む。この複数の層のそれぞれは、上記の合金を含む。積層体において、複数の種類の層が、交互に積層されても良い。第１磁性層１１は、例えば、ＴｂＦｅ／Ｃｏ、ＴｂＣｏ／Ｆｅ、ＴｂＦｅＣｏ／ＣｏＦｅ、ＤｙＦｅ／Ｃｏ、ＤｙＣｏ／Ｆｅ及びＤｙＦｅＣｏ／ＣｏＦｅからなる群から選択された少なくとも１つの積層体を含んでも良い。これらの合金において、例えば、厚さ及び組成の少なくともいずれかが調整される。例えば、垂直磁気異方性及び飽和磁化の少なくともいずれかが調整される。
第１磁性層１１は、合金を含んでも良い。この合金は、１つの元素と、別の１つの元素と、を含む。この１つの元素は、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉ及びＣｕからなる群から選択された少なくとも１つを含む。この別の１つの元素は、Ｐｔ、Ｐｄ、Ｒｈ及びＡｕからなる群から選択された少なくとも１つを含む。第１磁性層１１は、例えば、強磁性合金を含む。この強磁性合金は、ＦｅＲｈ、ＦｅＰｔ、ＦｅＰｄ、ＣｏＰｔ及びＣｏＰｄからなる群から選択された少なくとも１つを含む。
第２実施形態における第１非磁性層１１ｎの材料は、第１実施形態における第１非磁性層１１ｎの材料と同様である。
（第３実施形態）
図１０は、第３実施形態に係る磁気記憶装置を例示する模式的断面である。
図１０に示すように、本実施形態に係る磁気記憶装置１４１は、導電層２０、第１磁性層１１、第２磁性層１２及び第１非磁性層１１ｎに加えて、第３磁性層１３、第４磁性層１４及び第２非磁性層１２ｎを含む。磁気記憶装置１４１は、この他、制御部７０（図１（ａ）参照）を含む。制御部７０は、図１０では省略されている。
第１磁性層１１、第２磁性層１２及び第１非磁性層１１ｎは、第１積層体ＳＢ１に含まれる。第３磁性層１３、第４磁性層１４及び第２非磁性層１２ｎは、第２積層体ＳＢ２に含まれる。この例では、第１積層体ＳＢ１は、第１電極層Ｅ１をさらに含む。第２積層体ＳＢ２は、第２電極層Ｅ２をさらに含む。
導電層２０は、第１〜第３部分２０ａ〜２０ｃに加えて、第４部分２０ｄ及び第５部分２０ｅをさらに含む。第２方向（Ｘ軸方向）において、第１部分２０ａと第２部分２０ｂとの間に、第３部分２０ｃが位置する。第２方向において、第３部分２０ｃと第２部分２０ｂとの間に、第４部分２０ｄが設けられる。第２方向において、第４部分２０ｄと第２部分２０ｂとの間に、第５部分２０ｅが設けられる。
第１方向（Ｚ軸方向）において、第１電極層Ｅ１と第３部分２０ｃとの間に第１磁性層１１が設けられる。第１磁性層１１と第３部分２０ｃとの間に第２磁性層１２が設けられる。第１磁性層１１と第２磁性層１２との間に第１非磁性層１１ｎが設けられる。
第１方向（Ｚ軸方向）において、第２電極層Ｅ２と第５部分２０ｅとの間に第３磁性層１３が設けられる。第３磁性層１３と第５部分２０ｅとの間に第４磁性層１４が設けられる。第３磁性層１３と第４磁性層１４との間に第２非磁性層１２ｎが設けられる。
第１積層体ＳＢ１及び第２積層体ＳＢ２のそれぞれが、メモリセルＭＣとなる。
既に説明したように、導電層２０は、第１領域２１及び第２領域２２を含む。第２領域２２は、第１領域２１と第２磁性層１２との間に設けられる。第２領域２２は、例えば、第２磁性層１２と物理的に接する。第２領域２２は、第１金属ＥＬ１及びホウ素ＥＬ２を含む。さらに、導電層２０は、別の第１領域２１Ａ及び別の第２領域２２Ａを含む。別の第２領域２２Ａは、別の第１領域２１Ａと第４磁性層１４との間に設けられる。別の第２領域２２Ａは、例えば、第４磁性層１４と物理的に接する。別の第２領域２２Ａは、第１金属ＥＬ１及びホウ素ＥＬ２を含む。
磁気記憶装置１４１において、第１絶縁領域５１がさらに設けられる。例えば、第１絶縁領域５１の少なくとも一部は、第２方向（Ｘ軸方向）において、第２領域２２と、別の第２領域２２Ａと、の間に位置する。第１絶縁領域５１は、例えば、第２領域２２及び別の第２領域２２Ａに含まれる元素を含む。第１絶縁領域５１は、例えば、第２領域２２及び別の第２領域２２Ａに含まれる元素を含む酸化物、及び、その元素を含む窒化物の少なくともいずれかを含む。例えば、第２領域２２及び別の第２領域２２Ａとなる材料を含む膜から、絶縁性の材料が形成される。第１絶縁領域５１は、この材料を含む。良好な絶縁性が得られる。安定した特性が得られる。第１絶縁領域５１は、第１方向（Ｚ軸方向）において第１磁性層１１と重ならない。第１絶縁領域５１は、酸素及び窒素からなる群から選択された少なくとも１つと、第１金属ＥＬ１と、を含む。第１絶縁領域５１は、さらにホウ素ＥＬ２を含んでも良い。
例えば、第１絶縁領域５１の少なくとも一部は、第２領域２２及び別の第２領域２２Ａとなる膜の少なくとも一部の反応（例えば、酸化及び窒化の少なくともいずれか）により形成されても良い。第１絶縁領域５１の少なくとも一部は、第２領域２２及び別の第２領域２２Ａとなる膜の未反応部分を含んでも良い。
図１１は、第３実施形態に係る別の磁気記憶装置を例示する模式的断面である。
図１１に示すように、本実施形態に係る磁気記憶装置１４２は、第２絶縁領域５２がさらに設けられる。磁気記憶装置１４２におけるこれ以外の構成は、磁気記憶装置１４１の構成と同じである。
例えば、第２絶縁領域５２の少なくとも一部は、第２方向（Ｘ軸方向）において、第２磁性層１２と、第４磁性層１４と、の間に位置する。第２絶縁領域５２は、例えば、第２磁性層１２及び第４磁性層１４に含まれる元素を含む。第２絶縁領域５２は、例えば、第２磁性層１２及び第４磁性層１４に含まれる元素を含む酸化物、及び、その元素を含む窒化物の少なくともいずれかを含む。例えば、第２磁性層１２及び第４磁性層１４となる材料を含む膜から絶縁性の材料が形成される。第２絶縁領域５２は、この材料を含む。良好な絶縁性が得られる。安定した特性が得られる。第２磁性層１２から第２絶縁領域５２に向かう方向は、第２方向（Ｘ軸方向）に沿う。
例えば、第２絶縁領域５２の少なくとも一部は、第２磁性層１２及び第４磁性層１４となる膜の少なくとも一部の反応（例えば、酸化及び窒化の少なくともいずれか）により形成されても良い。第２絶縁領域５２の少なくとも一部は、第２磁性層１２及び第４磁性層１４となる膜の未反応部分を含んでも良い。
図１２は、第３実施形態に係る別の磁気記憶装置を例示する模式的断面である。
図１２に示すように、本実施形態に係る磁気記憶装置１４３は、第３絶縁領域５３がさらに設けられる。磁気記憶装置１４３におけるこれ以外の構成は、磁気記憶装置１４２の構成と同じである。
例えば、第３絶縁領域５３の少なくとも一部は、第２方向（Ｘ軸方向）において、第１非磁性層１１ｎと、第２非磁性層１２ｎと、の間に位置する。第３絶縁領域５３は、例えば、第１非磁性層１１ｎ及び第２非磁性層１２ｎに含まれる元素を含む。第３絶縁領域５３は、例えば、第１非磁性層１１ｎ及び第２非磁性層１２ｎに含まれる元素を含む酸化物、及び、その元素を含む窒化物の少なくともいずれかを含む。例えば、第１非磁性層１１ｎ及び第２非磁性層１２ｎとなる材料を含む膜から絶縁性の材料が形成される。第３絶縁領域５３は、この材料を含む。良好な絶縁性が得られる。安定した特性が得られる。第１非磁性層１１ｎから第３絶縁領域５３に向かう方向は、第２方向（Ｘ軸方向）に沿う。
例えば、第３絶縁領域５３の少なくとも一部は、第１非磁性層１１ｎ及び第２非磁性層１２ｎとなる膜の少なくとも一部の反応（例えば、酸化及び窒化の少なくともいずれか）により形成されても良い。第３絶縁領域５３の少なくとも一部は、第１非磁性層１１ｎ及び第２非磁性層１２ｎとなる膜の未反応部分を含んでも良い。
第１〜第３絶縁領域５１〜５３の少なくともいずれかは、第１及び第２実施形態に係る任意の磁気記憶装置に適用できる。
（第４実施形態）
図１３は、第４実施形態に係る磁気記憶装置を例示する模式的斜視図である。
図１３に示すように、本実施形態に係る磁気記憶装置２１０においては、複数の積層体（第１積層体ＳＢ１、第２積層体ＳＢ２及び積層体ＳＢｘなど）が設けられる。そして、複数のスイッチ（スイッチＳｗ１、スイッチＳｗ２及びスイッチＳｗｘなど）が設けられる。磁気記憶装置２１０におけるこれ以外の構成は、磁気記憶装置１１０と同様である。
導電層２０は、第１〜第３部分２０ａ〜２０ｃに加えて、第４部分２０ｄ及び第５部分２０ｅをさらに含む。既に説明したように、第２方向（Ｘ軸方向）において、第１部分２０ａと第２部分２０ｂとの間に、第３部分２０ｃが位置する。第２方向において、第３部分２０ｃと第２部分２０ｂとの間に、第４部分２０ｄが設けられる。第２方向において、第４部分２０ｄと第２部分２０ｂとの間に、第５部分２０ｅが設けられる。
複数の積層体は、導電層２０に沿って並ぶ。第１積層体ＳＢ１は、第１方向（Ｚ軸方向）において、第３部分２０ｃと重なる。第２積層体ＳＢ２は、第１方向において、第５部分２０ｅと重なる。第１積層体ＳＢ１から第２積層体ＳＢ２に向かう方向は、第２方向に沿う。
例えば、第２積層体ＳＢ２は、第３磁性層１３、第４磁性層１４及び第２非磁性層１２ｎを含む。第３磁性層１３は、導電層２０の一部（第５部分２０ｅ）と、第１方向（Ｚ軸方向）において離れる。第４磁性層１４は、導電層２０のその一部（第５部分２０ｅ）と、第３磁性層１３と、の間に設けられる。第２非磁性層１２ｎは、第３磁性層１３と第４磁性層１４との間に設けられる。
例えば、第３磁性層１３は、第２方向（例えばＸ軸方向）において、第１磁性層１１から離れる。第４磁性層１４は、第２方向において、第２磁性層１２から離れる。第２非磁性層１２ｎは、第２方向において、第１非磁性層１１ｎから離れる。
例えば、積層体ＳＢｘは、磁性層１１ｘ、磁性層１２ｘ及び非磁性層１１ｎｘを含む。磁性層１１ｘは、導電層２０の別の一部と、第１方向（Ｚ軸方向）において離れる。磁性層１２ｘは、導電層２０のその別の一部と、磁性層１１ｘと、の間に設けられる。非磁性層１１ｎｘは、磁性層１１ｘと磁性層１２ｘとの間に設けられる。
例えば、第３磁性層１３の材料及び構成は、第１磁性層１１の材料及び構成と同じである。例えば、第４磁性層１４の材料及び構成は、第２磁性層１２の材料及び構成と同じである。例えば、第２非磁性層１２ｎの材料及び構成は、第１非磁性層１１ｎの材料及び構成と同じである。
複数の積層体は、複数のメモリセルＭＣとして機能する。
スイッチＳｗ１は、第１磁性層１１と電気的に接続される。スイッチＳｗ２は、第３磁性層１３と電気的に接続される。スイッチＳｗｘは、磁性層１１ｘと電気的に接続される。これらのスイッチは、制御部７０の制御回路７５と電気的に接続される。これらのスイッチにより、複数の積層体のいずれかが選択される。
図１４は、第４実施形態に係る別の磁気記憶装置を例示する模式的斜視図である。
図１４に示すように、本実施形態に係る別の磁気記憶装置２１１においても、複数の積層体及び複数のスイッチが設けられる。磁気記憶装置２１１におけるこれ以外の構成は、磁気記憶装置２１０と同様である。
磁気記憶装置２１１においては、第１領域２１及び第２領域２２が設けられる。第２領域２２は、第４磁性層１４と第１領域２１との間にも設けられる。導電層２０の第２領域２２は、磁性層１２ｘと第１領域２１との間にも設けられる。磁気記憶装置２１１の例においては、第２領域２２は、第２方向（例えば、Ｘ軸方向）に沿って延びる。複数の積層体の間に対応する領域にも、第２領域２２が設けられる。
（第５実施形態）
図１５（ａ）〜図１５（ｃ）は、第５実施形態に係る磁気記憶装置を例示する模式的斜視図である。
図１５（ａ）に示すように、本実施形態にかかる磁気記憶装置２２０においても、複数の積層体（第１積層体ＳＢ１及び第２積層体ＳＢ２）が設けられる。磁気記憶装置２２０においては、第１積層体ＳＢ１に流れる電流と、第２積層体ＳＢ２に流れる電流とは別である。
第１積層体ＳＢ１は、第１方向（Ｚ軸方向）において、第３部分２０ｃと重なる。第２積層体ＳＢ２は、第１方向において、第５部分２０ｅと重なる。導電層２０の第４部分２０ｄは、第１積層体ＳＢ１と第２積層体ＳＢ２との間の部分に対応する。
例えば、第１端子Ｔ１が、導電層２０の第１部分２０ａと電気的に接続される。第２端子Ｔ２が、第２部分２０ｂと電気的に接続される。第３端子Ｔ３が、第４部分２０ｄと電気的に接続される。第４端子Ｔ４が、第１磁性層１１と電気的に接続される。第５端子Ｔ５が、第３磁性層１３と電気的に接続される。
図１５（ａ）に示すように、１つの動作ＯＰ１において、第１電流Ｉｗ１が、第１端子Ｔ１から第３端子Ｔ３に向けて流れ、第３電流Ｉｗ３が第２端子Ｔ２から第３端子Ｔ３に向けて流れる。第１積層体ＳＢ１の位置における電流（第１電流Ｉｗ１）の向きは、第２積層体ＳＢ２の位置における電流（第３電流Ｉｗ３）の向きと逆である。このような動作ＯＰ１において、第１積層体ＳＢ１の第２磁性層１２に作用するスピンホールトルクの向きは、第２積層体ＳＢ２の第４磁性層１４に作用するスピンホールトルクの向きと逆になる。
図１５（ｂ）に示す別の動作ＯＰ２において、第２電流Ｉｗ２が、第３端子Ｔ３から第１端子Ｔ１に向けて流れ、第４電流Ｉｗ４が第３端子Ｔ３から第２端子Ｔ２に向けて流れる。第１積層体ＳＢ１の位置における電流（第２電流Ｉｗ２）の向きは、第２積層体ＳＢ２の位置における電流（第４電流Ｉｗ４）の向きと逆である。このような動作ＯＰ２において、第１積層体ＳＢ１の第２磁性層１２に作用するスピンホールトルクの向きは、第２積層体ＳＢ２の第４磁性層１４に作用するスピンホールトルクの向きと逆になる。
図１５（ａ）及び図１５（ｂ）に示すように、第４磁性層１４の第４磁化１４Ｍの向きは、第２磁性層１２の第２磁化１２Ｍの向きと逆である。一方、第３磁性層１３の第３磁化１３Ｍの向きは、第１磁性層１１の第１磁化１１Ｍの向きと同じである。このように、第１積層体ＳＢ１と第２積層体ＳＢ２との間で、反対の向きの磁化情報が記憶される。例えば、動作ＯＰ１の場合の情報（データ）が、”１”に対応する。例えば、動作ＯＰ２の場合の情報（データ）が、”０”に対応する。このような動作により、例えば、後述するように、読み出しが高速化できる。
動作ＯＰ１及び動作ＯＰ２において、第２磁性層１２の第２磁化１２Ｍと、導電層２０を流れる電子（偏極電子）のスピン電流と、が相互作用する。第２磁化１２Ｍの向きと、偏極電子のスピンの向きとは、平行または反平行の関係となる。第２磁性層１２の第２磁化１２Ｍは、歳差運動して、反転する。動作ＯＰ１及び動作ＯＰ２において、第４磁性層１４の第４磁化１４Ｍの向きと、偏極電子のスピンの向きとは、平行または反平行の関係となる。第４磁性層１４の第４磁化１４Ｍは、歳差運動して、反転する。
図１５（ｃ）は、磁気記憶装置２２０における読み出し動作を例示している。
読み出し動作ＯＰ３において、第４端子Ｔ４の電位を第４電位Ｖ４とする。そして、第５端子Ｔ５の電位を第５電位Ｖ５とする。第４電位Ｖ４は、例えば、接地電位である。第４電位Ｖ４と第５電位Ｖ５との間の電位差をΔＶとする。複数の積層体のそれぞれにおける２つの電気抵抗を、高抵抗Ｒｈ及び低抵抗Ｒｌとする。高抵抗Ｒｈは、低抵抗Ｒｌよりも高い。例えば、第１磁化１１Ｍと第２磁化１２Ｍとが反平行であるときの抵抗が、高抵抗Ｒｈに対応する。例えば、第１磁化１１Ｍと第２磁化１２Ｍとが平行であるときの抵抗が、低抵抗Ｒｌに対応する。例えば、第３磁化１３Ｍと第４磁化１４Ｍとが反平行であるときの抵抗が、高抵抗Ｒｈに対応する。例えば、第３磁化１３Ｍと第４磁化１４Ｍとが平行であるときの抵抗が、低抵抗Ｒｌに対応する。
例えば、図１５（ａ）に例示する動作ＯＰ１（”１”状態）において、第３端子Ｔ３の電位Ｖｒ１は、（１）式で表される。
Ｖｒ１＝｛Ｒｌ／（Ｒｌ＋Ｒｈ）｝×ΔＶ …（１）
一方、図１５（ｂ）に例示する動作ＯＰ２（”０”状態）の状態において、第３端子Ｔ３の電位Ｖｒ２は、（２）式で表される。
Ｖｒ２＝｛Ｒｈ／（Ｒｌ＋Ｒｈ）｝×ΔＶ …（２）
従って、”１”状態と”０”状態との間における、電位変化ΔＶｒは、（３）式で表される。
ΔＶｒ＝Ｖｒ２−Ｖｒ１＝｛（Ｒｈ−Ｒｌ）／（Ｒｌ＋Ｒｈ）｝×ΔＶ …（３）
電位変化ΔＶｒは、第３端子Ｔ３の電位を測定することによって得られる。
定電流を積層体（磁気抵抗素子）に供給して磁気抵抗素子の２つの磁性層の間の電圧（電位差）を測定する場合に比べて、上記の読み出し動作ＯＰ３においては、例えば、読み取り時の消費エネルギーを低減できる。上記の読み出し動作ＯＰ３においては、例えば、高速読み出しを行なうことができる。
上記の動作ＯＰ１及び動作ＯＰ２において、第４端子Ｔ４及び第５端子Ｔ５を用いて、第２磁性層１２及び第４磁性層１４のそれぞれの垂直磁気異方性を制御することができる。これにより、書込み電流を低減できる。例えば、書込み電流は、第４端子Ｔ４及び第５端子Ｔ５を用いないで書き込みを行う場合の書き込み電流の約１／２にできる。例えば、書込み電荷を低減できる。第４端子Ｔ４及び第５端子Ｔ５に加える電圧の極性と、垂直磁気異方性の増減と、の関係は、磁性層及び導電層２０の材料に依存する。
図１６（ａ）〜図１６（ｃ）は、第５実施形態に係る別の磁気記憶装置を例示する模式的斜視図である。
図１６（ａ）〜図１６（ｃ）に示すように、本実施形態にかかる別の磁気記憶装置２２１においては、第１領域２１及び第２領域２２が設けられる。磁気記憶装置２２１におけるこれ以外の構成は、磁気記憶装置２２０と同様である。
上記の図１５（ｃ）において、第１端子Ｔ１及び第２端子Ｔ２を同じ電位に設定し、第４端子Ｔ４及び第５端子Ｔ５をセンスアンプの入力端子に接続して、センスアンプにより第４端子Ｔ４と第５端子Ｔ５との間の電位差を読み取っても良い。第１端子Ｔ１及び第２端子Ｔ２のいずれか一方に電圧を印加し、第１端子Ｔ１及び第２端子Ｔ２の他方をフローティングにしても良い。または、第１端子Ｔ１及び第２端子Ｔ２に同じ電流を流して、第４端子Ｔ４と第５端子Ｔ５とにおける電流差を読み出しても良い。さらに、第１端子Ｔ１及び第２端子Ｔ２を同じ電位に設定し、第４端子Ｔ４及び第５端子Ｔ５をセンスアンプの入力端子に接続して、センスアンプにより第４端子Ｔ４と第５端子Ｔ５との間の電位差を読み取っても良い。さらに、第４端子Ｔ４及び第５端子Ｔ５を同じ電位に設定し、第１端子Ｔ１及び第２端子Ｔ２をセンスアンプの入力端子に接続して、センスアンプにより第１端子Ｔ１と第２端子Ｔ２との間の電位差を読み取っても良い。
（第６実施形態）
図１７は、第６実施形態に係る磁気記憶装置を示す模式図である。
図１７に示すように、本実施形態に係る磁気記憶装置３１０においては、メモリセルアレイＭＣＡ、複数の第１配線（例えば、ワード線ＷＬ１及びＷＬ２など）、複数の第２配線（例えば、ビット線ＢＬ１、ＢＬ２及びＢＬ３など）、及び、制御部７０が設けられる。複数の第１配線は、１つの方向に延びる。複数の第２配線は、別の１つの方向に延びる。制御部７０は、ワード線選択回路７０ＷＳ、第１ビット線選択回路７０ＢＳａ、第２ビット線選択回路７０ＢＳｂと、第１書込み回路７０Ｗａ、第２書き込み回路７０Ｗｂ、第１読出し回路７０Ｒａ、及び、第２読出し回路７０Ｒｂ、を含む。メモリセルアレイＭＣＡにおいて、複数のメモリセルＭＣが、アレイ状に並ぶ。
例えば、複数のメモリセルＭＣの１つに対応して、スイッチＳｗ１及びスイッチＳｗＳ１が設けられる。これらのスイッチは、複数のメモリセルの１つに含められると見なす。これらのスイッチは、制御部７０に含まれると見なされても良い。これらのスイッチは、例えば、トランジスタである。複数のメモリセルＭＣの１つは、例えば、積層体（例えば第１積層体ＳＢ１）を含む。
図１０〜図１６に関して説明したように、１つの導電層２０に、複数の積層体（第１積層体ＳＢ１、第２積層体ＳＢ２及び積層体ＳＢｘなど）が設けられても良い。そして、複数の積層体に、複数のスイッチ（スイッチＳｗ１、スイッチＳｗ２及びスイッチＳｗｘなど）がそれぞれ設けられても良い。図１７においては、図を見やすくするために、１つの導電層２０に対応して、１つの積層体（積層体ＳＢ１など）と、１つのスイッチ（スイッチＳｗ１など）と、が描かれている。
図１７に示すように、第１積層体ＳＢ１の一端は、導電層２０に接続される。第１積層体ＳＢ１の他端は、スイッチＳｗ１のソース及びドレインの一方に接続される。スイッチＳｗ１のソース及びドレインの他方は、ビット線ＢＬ１に接続される。スイッチＳｗ１のゲートは、ワード線ＷＬ１に接続される。導電層２０の一端（例えば第１部分２０ａ）は、スイッチＳｗＳ１のソース及びドレインの一方に接続される。導電層２０の他端（例えば第２部分２０ｂ）は、ビット線ＢＬ３に接続される。スイッチＳｗＳ１のソース及びドレインの他方は、ビット線ＢＬ２に接続される。スイッチＳｗＳ１のゲートは、ワード線ＷＬ２に接続される。
複数のメモリセルＭＣの他の１つにおいて、積層体ＳＢｎ、スイッチＳｗｎ及びスイッチＳｗＳｎが設けられる。
メモリセルＭＣへの情報の書込み動作の例について説明する。
書込みを行なう１つのメモリセルＭＣ（選択メモリセル）のスイッチＳｗＳ１がオン状態とされる。例えば、オン状態においては、この１つのスイッチＳｗＳ１のゲートが接続されたワード線ＷＬ２が、ハイレベルの電位に設定される。電位の設定は、ワード線選択回路７０ＷＳにより行われる。上記の１つのメモリセルＭＣ（選択メモリセル）を含む列の他のメモリセルＭＣ（非選択メモリセル）におけるスイッチＳｗＳ１もオン状態となる。１つの例では、メモリセルＭＣ（選択メモリセル）内のスイッチＳｗ１のゲートに接続されるワード線ＷＬ１、及び、他の列に対応するワード線ＷＬ１及びＷＬ２は、ロウレベルの電位に設定される。
図１７では、１つの導電層２０に対応して１つの積層体及び１つのスイッチＳｗ１が描かれているが、既に説明したように、１つの導電層２０に対応して複数の積層体（積層体ＳＢ１、第２積層体ＳＢ２及び積層体ＳＢｘなど）及び複数のスイッチ（スイッチＳｗ１、スイッチＳｗ２及びスイッチＳｗｘなど）が設けられる。この場合、例えば、複数の積層体のそれぞれに接続されているスイッチは、オン状態とされる。複数の積層体のいずれかには選択電圧が印加される。一方、他の積層体には非選択電圧が印加される。複数の積層体の上記のいずれかに書き込みが行われ、他の積層体には書き込みが行われない。複数の積層体における選択的な書き込みが行われる。
書込みを行なうメモリセルＭＣ（選択セル）に接続されたビット線ＢＬ２及びＢＬ３が、選択される。選択は、第１ビット線選択回路７０ＢＳａ及び第２ビット線選択回路７０ＢＳｂにより行われる。この選択されたビット線ＢＬ２及びＢＬ３に、書込み電流が供給される。書き込み電流の供給は、第１書込み回路７０Ｗａ及び第２書き込み回路７０Ｗｂによって行われる。書き込み電流は、第１ビット線選択回路７０ＢＳａ及び第２ビット線選択回路７０ＢＳｂの一方から、第１ビット線選択回路７０ＢＳａ及び第２ビット線選択回路７０ＢＳｂの他方に向けて流れる。書込み電流によって、ＭＴＪ素子（第１積層体ＳＢ１など）の記憶層（第２磁性層１２など）の磁化方向が変化可能になる。第１ビット線選択回路７０ＢＳａ及び第２ビット線選択回路７０ＢＳｂの他方から、第１ビット線選択回路７０ＢＳａ及び第２ビット線選択回路７０ＢＳｂの一方に向けて書込み電流が流れると、ＭＴＪ素子の記憶層の磁化方向が、上記とは反対方向に変化可能となる。このようにして、書込みが行われる。
以下、メモリセルＭＣからの情報の読出し動作の例について説明する。
読出しを行なうメモリセルＭＣ（選択セル）に接続されたワード線ＷＬ１がハイレベルの電位に設定される。上記のメモリセルＭＣ（選択セル）内のスイッチＳｗ１がオン状態にされる。このとき、上記のメモリセルＭＣ（選択セル）を含む列の他のメモリセルＭＣ（非選択セル）におけるスイッチＳｗ１もオン状態となる。上記のメモリセルＭＣ（選択セル）内のスイッチＳｗＳ１のゲートに接続されるワード線ＷＬ２、及び、他の列に対応するワード線ＷＬ１及びＷＬ２は、ロウレベルの電位に設定される。
読出しを行なうメモリセルＭＣ（選択セル）に接続されたビット線ＢＬ１及びＢＬ３が、選択される。選択は、第１ビット線選択回路７０ＢＳａ及び第２ビット線選択回路７０ＢＳｂにより行われる。この選択されたビット線ＢＬ１及びビット線ＢＬ３に、読出し電流が供給される。読み出し電流の供給は、第１読出し回路７０Ｒａ及び第２読み出し回路７０Ｒｂにより行われる。読み出し電流は、第１ビット線選択回路７０ＢＳａ及び第２ビット線選択回路７０ＢＳｂの一方から、第１ビット線選択回路７０ＢＳａ及び第２ビット線選択回路７０ＢＳｂの他方に向けて流れる。例えば、上記の選択されたビット線ＢＬ１及びＢＬ３の間の電圧が、第１読出し回路７０Ｒａ及び第２読み出し回路７０Ｒｂによって、検出される。例えば、ＭＴＪ素子の、記憶層（第２磁性層１２）の磁化と、参照層（第１磁性層１１）の磁化と、の間の差が検出される。差は、磁化の向きが互いに平行状態（同じ向き）か、または、互いに反平行状態（逆向き）か、を含む。このようにして、読出し動作が行われる。
実施形態によれば、書き込み電流を低減できる磁気記憶装置が提供できる。
本願明細書において、「第１材料／第２材料」の記載は、第２材料の上に第１材料が位置することを意味する。例えば、第２材料の層の上に第１材料の層が形成される。
本願明細書において、「垂直」及び「平行」は、厳密な垂直及び厳密な平行だけではなく、例えば製造工程におけるばらつきなどを含むものであり、実質的に垂直及び実質的に平行であれば良い。
以上、例を参照しつつ、本発明の実施の形態について説明した。しかし、本発明は、これらの例に限定されるものではない。例えば、磁気記憶装置に含まれる磁性層、非磁性層、導電層及び制御部などの各要素の具体的な構成に関しては、当業者が公知の範囲から適宜選択することにより本発明を同様に実施し、同様の効果を得ることができる限り、本発明の範囲に包含される。
各例のいずれか２つ以上の要素を技術的に可能な範囲で組み合わせたものも、本発明の要旨を包含する限り本発明の範囲に含まれる。
本発明の実施の形態として上述した磁気記憶装置を基にして、当業者が適宜設計変更して実施し得る全ての磁気記憶装置も、本発明の要旨を包含する限り、本発明の範囲に属する。
本発明の思想の範疇において、当業者であれば、各種の変更例及び修正例に想到し得るものであり、それら変更例及び修正例についても本発明の範囲に属するものと了解される。
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。これら新規な実施形態は、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。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、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。
１１…第１磁性層、 １１Ｍ…第１磁化、 １１ｎ…第１非磁性層、 １１ｎｘ…非磁性層、 １１ｘ…磁性層、 １２…第２磁性層、 １２Ｍ…第２磁化、 １２ｆ…第２磁性膜、 １２ｎ…第２非磁性層、 １２ｘ…磁性層、 １３…第３磁性層、 １３Ｍ…第３磁化、 １４…第４磁性層、 １４Ｍ…第４磁化、 ２０…導電層、 ２０ａ〜２０ｅ…第１〜第５部分、 ２１〜２４…第１〜第４領域、 ２１Ａ…別の第１領域、 ２２Ａ…別の第２領域、 ５１〜５３…第１〜第３絶縁領域、 ７０…制御部、 ７０ＢＳａ…第１ビット線選択回路、 ７０ＢＳｂ…第２ビット線選択回路、 ７０Ｒａ…第１読み出し回路、 ７０Ｒｂ…第２読み出し回路、 ７０ＷＳ…ワード線選択回路、 ７０Ｗａ…第１書き込み回路、 ７０Ｗｂ…第２書き込み回路、 ７０ａ、７０ｂ、７０ｃ…配線、 ７５…制御回路、 １１０、１１０ａ、１１０ｂ、１１１、１２０、１２１、１３０、１３１、１４１〜１４３、２１０、２１１、２２０、３１０…磁気記憶装置、 ＢＬ１、ＢＬ２、ＢＬ３…ビット線、 ＤＬ…厚さ、 Ｄｘ…方向、 Ｅ１、Ｅ２…第１、第２電極層、 ＥＬ１…第１金属、 ＥＬ２…ホウ素、 Ｉｗ１〜Ｉｗ４…第１〜第４電流、 Ｌｘ…長さ、 Ｌｘ０…格子定数、 Ｌｘ１…格子長、 Ｌｙ…長さ、 Ｌｚ０…格子定数、 Ｌｚ１…格子長、 ＭＣ…メモリセル、 ＭＣＡ…メモリセルアレイ、 ＯＰ１、ＯＰ２…動作、 ＯＰ３…読み出し動作、 ＳＢ１…第１積層体、 ＳＢ２…第２積層体、 ＳＢｎ、ＳＢｘ…積層体、 Ｓｗ１、Ｓｗ２…スイッチ、 ＳｗＳ１、ＳｗＳｎ…スイッチ、 Ｓｗｎ、Ｓｗｘ…スイッチ、 Ｔ１〜Ｔ５…第１〜第５端子、 Ｖ０…基準電位、 Ｖ１、Ｖ２…第１、第２電圧、 ＷＬ１、ＷＬ２…ワード線、 ｔ０…厚さ、
ｔ１、ｔ２…第１、第２厚さ、 ｔｍ２…厚さ

Claims (11)

  1. 第１部分と、第２部分と、前記第１部分と前記第２部分との間の第３部分と、を含み第１金属とホウ素とを含む導電層と、
    前記第１部分から前記第２部分に向かう第２方向と交差する第１方向において前記第３部分から離れた第１磁性層と、
    前記第３部分と前記第１磁性層との間に設けられた第２磁性層と、
    前記第１磁性層と前記第２磁性層との間に設けられた第１非磁性層と、
    前記第１部分及び第２部分と電気的に接続され前記導電層に電流を供給する制御部と、
    を備え、
    前記第１金属は、Ｌａ、Ｃｅ、Ｐｒ、Ｎｄ、Ｓｍ、Ｅｕ、Ｇｄ、Ｔｂ、Ｄｙ、Ｈｏ、Ｅｒ、Ｔｍ、Ｙｂ及びＬｕからなる群から選択された少なくとも１つを含み、
    前記導電層は、結晶を含み、
    前記結晶の（００１）面は、前記第１方向と交差した、磁気記憶装置。
  2. 前記第１金属は、Ｃｅ、Ｐｒ及びＮｄからなる群から選択された少なくとも１つを含む、請求項１記載の磁気記憶装置。
  3. 前記第１金属は、Ｌａを含む、請求項１記載の磁気記憶装置。
  4. 前記第１金属は、Ｓｍ、Ｅｕ、Ｇｄ、Ｔｂ、Ｄｙ、Ｈｏ、Ｅｒ、Ｔｍ、Ｙｂ及びＬｕからなる群から選択された少なくとも１つを含む、請求項１記載の磁気記憶装置。
  5. 前記導電層におけるホウ素の濃度は、８０ａｔｍ％以上である、請求項１〜４のいずれか１つに記載の磁気記憶装置。
  6. 前記導電層の少なくとも一部は、ＣｓＣｌ結晶構造を有する、請求項１〜５のいずれか１つに記載の磁気記憶装置。
  7. 前記導電層の少なくとも一部は、六ホウ化物を含む、請求項１〜５のいずれか１つに記載の磁気記憶装置。
  8. 第１部分と、第２部分と、前記第１部分と前記第２部分との間の第３部分と、を含み第１金属とホウ素とを含む導電層と、
    前記第１部分から前記第２部分に向かう第２方向と交差する第１方向において前記第３部分から離れた第１磁性層と、
    前記第３部分と前記第１磁性層との間に設けられた第２磁性層と、
    前記第１磁性層と前記第２磁性層との間に設けられた第１非磁性層と、
    前記第１部分及び第２部分と電気的に接続され前記導電層に電流を供給する制御部と、
    を備え、
    前記第１金属は、Ｌａ、Ｃｅ、Ｐｒ、Ｎｄ、Ｓｍ、Ｅｕ、Ｇｄ、Ｔｂ、Ｄｙ、Ｈｏ、Ｅｒ、Ｔｍ、Ｙｂ及びＬｕからなる群から選択された少なくとも１つを含み、
    前記導電層におけるホウ素の濃度は、８０ａｔｍ％以上である、磁気記憶装置。
  9. 第１部分と、第２部分と、前記第１部分と前記第２部分との間の第３部分と、を含み第１金属とホウ素とを含む導電層と、
    前記第１部分から前記第２部分に向かう第２方向と交差する第１方向において前記第３部分から離れた第１磁性層と、
    前記第３部分と前記第１磁性層との間に設けられた第２磁性層と、
    前記第１磁性層と前記第２磁性層との間に設けられた第１非磁性層と、
    前記第１部分及び第２部分と電気的に接続され前記導電層に電流を供給する制御部と、
    を備え、
    前記第１金属は、Ｌａ、Ｃｅ、Ｐｒ、Ｎｄ、Ｓｍ、Ｅｕ、Ｇｄ、Ｔｂ、Ｄｙ、Ｈｏ、Ｅｒ、Ｔｍ、Ｙｂ及びＬｕからなる群から選択された少なくとも１つを含み、
    前記導電層の少なくとも一部は、六ホウ化物を含む、磁気記憶装置。
  10. 前記制御部は、
    前記第１部分から前記第２部分に向かう第１電流を前記導電層に供給する第１動作と、
    前記第２部分から前記第１部分に向かう第２電流を前記導電層に供給する第２動作と、
    を実施する、請求項１〜９のいずれか１つに記載の磁気記憶装置。
  11. 前記制御部は、
    前記第１磁性層とさらに電気的に接続され、
    前記制御部は、第３動作及び第４動作をさらに実施し、
    前記制御部は、
    前記第１動作において、前記第１部分と前記第１磁性層との間の電位差を第１電圧とし、
    前記第２動作において、前記第１部分と前記第１磁性層との間の電位差を前記第１電圧とし、
    前記第３動作において、前記第１部分と前記第１磁性層との間の電位差を第２電圧とし、前記第１電流を前記導電層に供給し、
    前記第４動作において、前記第１部分と前記第１磁性層との間の電位差を前記第２電圧とし、前記第２電流を前記導電層に供給し、
    前記第１電圧は、前記第２電圧とは異なり、
    前記第１動作後における前記第１磁性層と前記第１部分との間の第１電気抵抗は、前記第２動作後における前記第１磁性層と前記第１部分との間の第２電気抵抗とは異なり、
    前記第１電気抵抗と前記第２電気抵抗との差の絶対値は、前記第３動作後における前記第１磁性層と前記第１部分との間の第３電気抵抗と、前記第４動作後における前記第１磁性層と前記第１部分との間の第４電気抵抗と、の差の絶対値よりも大きい、請求項１０記載の磁気記憶装置。
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