JP7419729B2 - 磁壁移動素子及び磁気記録アレイ - Google Patents
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Description
本発明は、磁壁移動素子及び磁気記録アレイに関する。
微細化に限界が見えてきたフラッシュメモリ等に代わる次世代の不揮発性メモリに注目が集まっている。例えば、ＭＲＡＭ（Ｍａｇｎｅｔｏｒｅｓｉｓｔｉｖｅ Ｒａｎｄｏｍ Ａｃｃｅｓｓ Ｍｅｍｏｒｙ）、ＲｅＲＡＭ（Ｒｅｓｉｓｔａｎｃｅ Ｒａｎｄｏｍｅ Ａｃｃｅｓｓ Ｍｅｍｏｒｙ）、ＰＣＲＡＭ（Ｐｈａｓｅ Ｃｈａｎｇｅ Ｒａｎｄｏｍ Ａｃｃｅｓｓ Ｍｅｍｏｒｙ）等が次世代の不揮発性メモリとして知られている。
ＭＲＡＭは、磁化の向きの変化によって生じる抵抗値変化をデータ記録に利用している。データ記録は、ＭＲＡＭを構成する磁気抵抗変化素子のそれぞれが担っている。例えば、特許文献１には、磁気記録層内における磁壁を移動させることで、多値のデータを記録することができる磁気抵抗変化素子（磁壁移動素子）が記載されている。特許文献１には、磁気結合層と第１磁化固定領域との間に中間層を設けることが記載されている。また中間層を磁気記録層全体に接触するように形成し、中間層を下地層としてもよい旨が記載されている。
磁壁移動素子は、磁壁の位置でデータを多値又はアナログに記録するため、磁気記録層内に磁壁を維持する必要がある。磁壁は、磁気記録層内で磁化の向きがねじれることで生じる。例えば、磁気記録層の異なる位置に、異なる方向に配向した強磁性層を近接させ、磁気記録層内に異なる磁区を生み出すと、磁気記録層内で磁化の向きがねじれ、磁壁が生じる。それぞれの磁区の固定が十分でないと、磁壁の移動範囲が所望の範囲より広くなったり、場合によっては磁壁が消滅してしまう。例えば、特許文献１に示す磁気抵抗変化素子は、磁気結合によって第１磁化固定領域の磁化を固定している。しかしながら、磁気結合層と第１磁化固定領域との磁気結合が、十分得られない場合があり、磁区の固定が不十分となる場合がある。
本発明は上記問題に鑑みてなされたものであり、磁壁の動作を安定化できる磁壁移動素子及び磁気記録アレイを提供する。
(１)第１の態様にかかる磁壁移動素子は、強磁性体を含む配線層と、前記配線層の第１面に接する非磁性層と、前記配線層の前記第１面に接続され、強磁性体を含む第１導電層と、前記配線層に前記第１導電層と離間して接続された第２導電層と、を備え、前記第１導電層の接続面の第１部分は前記配線層と直接接続し、前記接続面の前記第１部分を除く第２部分は前記配線層と前記非磁性層を介して接続されている。
(２)第２の態様にかかる磁壁移動素子は、強磁性体を含む配線層と、前記配線層の第１面に接する非磁性層と、前記配線層の前記第１面に接続され、強磁性体を含む第１導電層と、前記配線層に前記第１導電層と離間して接続された第２導電層と、を備え、前記第１導電層は、前記配線層と前記非磁性層を介して接続され、前記第１導電層と前記配線層との間のいずれかの位置における前記非磁性層の厚みは、前記第１導電層の接続面の前記第２導電層に近い側の第１端と重なる位置における前記非磁性層の厚みより薄い。
(３)上記態様にかかる磁壁移動素子において、前記第１部分の面積は、前記第２部分の面積より広くてもよい。
(４)上記態様にかかる磁壁移動素子において、前記第１導電層の前記接続面は、積層方向に窪んでおり、前記非磁性層の一部は前記接続面の窪みに嵌まっていてもよい。
(５)上記態様にかかる磁壁移動素子において、前記配線層の前記第１面は、積層方向に窪んでおり、前記非磁性層は前記第１面の窪みに嵌まっていてもよい。
(６)上記態様にかかる磁壁移動素子において、前記第１導電層と前記配線層との間において前記非磁性層は、前記接続面の前記第２導電層に近い側の第１端から離れるに従い、厚みが薄くなってもよい。
(７)上記態様にかかる磁壁移動素子において、前記第１導電層と前記配線層との間における前記非磁性層の平均厚みが１０Å以下であってもよい。
(８)上記態様にかかる磁壁移動素子において、前記第２導電層は、強磁性体を含み、前記第２導電層の接続面の第１部分は前記配線層と直接接続し、前記第２導電層の接続面の第１部分を除く第２部分は前記配線層と前記非磁性層を介して接続されている。
（９）上記態様にかかる磁壁移動素子において、前記第２導電層は、強磁性体を含み、前記第２導電層と前記配線層との間のいずれかの位置における前記非磁性層の厚みは、前記第２導電層の接続面の前記第１導電層に近い側の第１端と重なる位置における前記非磁性層の厚みより薄くてもよい。
(１０)上記態様にかかる磁壁移動素子は、前記配線層の前記第１面と反対側の第２面の上方にある強磁性層と、前記強磁性層と前記配線層との間にある第２非磁性層と、をさらに有してもよい。
(１１)上記態様にかかる磁壁移動素子において、前記非磁性層は、前記強磁性層から離れるに従い、厚みが薄くなる狭窄部を有し、前記狭窄部は、積層方向から見て前記強磁性層と重ならなくてもよい。
(１２) 上記態様にかかる磁壁移動素子において、前記非磁性層は、前記強磁性層から離れるに従い、厚みが薄くなる狭窄部を有し、前記狭窄部は、積層方向から見て前記強磁性層と一部が重なってもよい。
(１３)第２の態様にかかる磁気記録アレイは、上記態様にかかる磁壁移動素子を複数有する。
上記態様にかかる磁壁移動素子及び磁気記録アレイは、磁壁の動作を安定化することができる。
以下、本実施形態について、図を適宜参照しながら詳細に説明する。以下の説明で用いる図面は、本発明の特徴をわかりやすくするために便宜上特徴となる部分を拡大して示している場合があり、各構成要素の寸法比率などは実際とは異なっていることがある。以下の説明において例示される材料、寸法等は一例であって、本発明はそれらに限定されるものではなく、本発明の効果を奏する範囲で適宜変更して実施することが可能である。
まず方向について定義する。ｘ方向及びｙ方向は、後述する基板Ｓｕｂ（図２参照）の一面と略平行な方向である。ｘ方向は、後述する配線層１０が延びる方向であり、後述する第１導電層３０から第２導電層４０へ向かう方向である。ｙ方向は、ｘ方向と直交する方向である。ｚ方向は、後述する基板Ｓｕｂから磁壁移動素子１００へ向かう方向である。ｚ方向は積層方向の一例である。また本明細書で「ｘ方向に延びる」とは、例えば、ｘ方向、ｙ方向、及びｚ方向の各寸法のうち最小の寸法よりもｘ方向の寸法が大きいことを意味する。他の方向に延びる場合も同様である。
［第１実施形態］
図１は、第１実施形態にかかる磁気記録アレイの構成図である。磁気記録アレイ２００は、複数の磁壁移動素子１００と、複数の第１配線Ｗｐ１～Ｗｐｎと、複数の第２配線Ｃｍ１～Ｃｍｎと、複数の第３配線Ｒｐ１～Ｒｐｎと、複数の第１スイッチング素子１１０と、複数の第２スイッチング素子１２０と、複数の第３スイッチング素子１３０とを備える。磁気記録アレイ２００は、例えば、磁気メモリ、積和演算器、ニューロモーフィックデバイスに利用できる。
図１は、第１実施形態にかかる磁気記録アレイの構成図である。磁気記録アレイ２００は、複数の磁壁移動素子１００と、複数の第１配線Ｗｐ１～Ｗｐｎと、複数の第２配線Ｃｍ１～Ｃｍｎと、複数の第３配線Ｒｐ１～Ｒｐｎと、複数の第１スイッチング素子１１０と、複数の第２スイッチング素子１２０と、複数の第３スイッチング素子１３０とを備える。磁気記録アレイ２００は、例えば、磁気メモリ、積和演算器、ニューロモーフィックデバイスに利用できる。
＜第１配線、第２配線、第３配線＞
第１配線Ｗｐ１～Ｗｐｎは、書き込み配線である。第１配線Ｗｐ１～Ｗｐｎは、電源と１つ以上の磁壁移動素子１００とを電気的に接続する。電源は、使用時に磁気記録アレイ２００の一端に接続される。
第１配線Ｗｐ１～Ｗｐｎは、書き込み配線である。第１配線Ｗｐ１～Ｗｐｎは、電源と１つ以上の磁壁移動素子１００とを電気的に接続する。電源は、使用時に磁気記録アレイ２００の一端に接続される。
第２配線Ｃｍ１～Ｃｍｎは、共通配線である。共通配線は、データの書き込み時及び読み出し時の両方に用いることができる配線である。第２配線Ｃｍ１～Ｃｍｎは、基準電位と１つ以上の磁壁移動素子１００とを電気的に接続する。基準電位は、例えば、グラウンドである。第２配線Ｃｍ１～Ｃｍｎは、複数の磁壁移動素子１００のそれぞれに設けられてもよいし、複数の磁壁移動素子１００に亘って設けられてもよい。
第３配線Ｒｐ１～Ｒｐｎは、読み出し配線である。第３配線Ｒｐ１～Ｒｐｎは、電源と１つ以上の磁壁移動素子１００とを電気的に接続する。電源は、使用時に磁気記録アレイ２００の一端に接続される。
＜第１スイッチング素子、第２スイッチング素子、第３スイッチング素子＞
図１に示す第１スイッチング素子１１０、第２スイッチング素子１２０、第３スイッチング素子１３０は、複数の磁壁移動素子１００のそれぞれに接続されている。磁壁移動素子１００にスイッチング素子が接続されたものを半導体装置と称する。第１スイッチング素子１１０は、磁壁移動素子１００のそれぞれと第１配線Ｗｐ１～Ｗｐｎとの間に接続されている。第２スイッチング素子１２０は、磁壁移動素子１００のそれぞれと第２配線Ｃｍ１～Ｃｍｎとの間に接続されている。第３スイッチング素子１３０は、磁壁移動素子１００のそれぞれと第３配線Ｒｐ１～Ｒｐｎとの間に接続されている。
図１に示す第１スイッチング素子１１０、第２スイッチング素子１２０、第３スイッチング素子１３０は、複数の磁壁移動素子１００のそれぞれに接続されている。磁壁移動素子１００にスイッチング素子が接続されたものを半導体装置と称する。第１スイッチング素子１１０は、磁壁移動素子１００のそれぞれと第１配線Ｗｐ１～Ｗｐｎとの間に接続されている。第２スイッチング素子１２０は、磁壁移動素子１００のそれぞれと第２配線Ｃｍ１～Ｃｍｎとの間に接続されている。第３スイッチング素子１３０は、磁壁移動素子１００のそれぞれと第３配線Ｒｐ１～Ｒｐｎとの間に接続されている。
第１スイッチング素子１１０及び第２スイッチング素子１２０をＯＮにすると、所定の磁壁移動素子１００に接続された第１配線Ｗｐ１～Ｗｐｎと第２配線Ｃｍ１～Ｃｍｎとの間に書き込み電流が流れる。第１スイッチング素子１１０及び第３スイッチング素子１３０をＯＮにすると、所定の磁壁移動素子１００に接続された第２配線Ｃｍ１～Ｃｍｎと第３配線Ｒｐ１～Ｒｐｎとの間に読み出し電流が流れる。
第１スイッチング素子１１０、第２スイッチング素子１２０及び第３スイッチング素子１３０は、電流の流れを制御する素子である。第１スイッチング素子１１０、第２スイッチング素子１２０及び第３スイッチング素子１３０は、例えば、トランジスタ、オボニック閾値スイッチ（ＯＴＳ：Ovonic Threshold Switch）のように結晶層の相変化を利用した素子、金属絶縁体転移（ＭＩＴ）スイッチのようにバンド構造の変化を利用した素子、ツェナーダイオード及びアバランシェダイオードのように降伏電圧を利用した素子、原子位置の変化に伴い伝導性が変化する素子である。
第１スイッチング素子１１０、第２スイッチング素子１２０、第３スイッチング素子１３０のいずれかは、同じ配線に接続された磁壁移動素子１００で、共用してもよい。例えば、第１スイッチング素子１１０を共有する場合は、第１配線Ｗｐ１～Ｗｐｎの上流に一つの第１スイッチング素子１１０を設ける。例えば、第２スイッチング素子１２０を共有する場合は、第２配線Ｃｍ１～Ｃｍｎの上流に一つの第２スイッチング素子１２０を設ける。例えば、第３スイッチング素子１３０を共有する場合は、第３配線Ｒｐ１～Ｒｐｎの上流に一つの第３スイッチング素子１３０を設ける。
図２は、第１実施形態に係る磁気記録アレイ２００の要部の断面図である。図２は、図１における一つの磁壁移動素子１００を配線層１０のｙ方向の幅の中心を通るｘｚ平面で切断した断面である。
図２に示す第１スイッチング素子１１０及び第２スイッチング素子１２０は、トランジスタＴｒである。トランジスタＴｒは、ゲート電極Ｇと、ゲート絶縁膜ＧＩと、基板Ｓｕｂに形成されたソース領域Ｓ及びドレイン領域Ｄと、を有する。基板Ｓｕｂは、例えば、半導体基板である。第３スイッチング素子１３０は、電極Ｅと電気的に接続され、例えば、紙面奥行き方向（－ｙ方向）に位置する。
トランジスタＴｒのそれぞれと磁壁移動素子１００とは、接続配線Ｃｗを介して、電気的に接続されている。接続配線Ｃｗは、導電性を有する材料を含む。接続配線Ｃｗは、例えば、ｚ方向に延びる。接続配線Ｃｗは、例えば、絶縁層９０の開口部に形成されたビア配線である。
磁壁移動素子１００とトランジスタＴｒとは、接続配線Ｃｗを除いて、絶縁層９０によって電気的に分離されている。絶縁層９０は、多層配線の配線間や素子間を絶縁する絶縁層である。絶縁層９０は、例えば、酸化シリコン（ＳｉＯｘ）、窒化シリコン（ＳｉＮｘ）、炭化シリコン（ＳｉＣ）、窒化クロム、炭窒化シリコン（ＳｉＣＮ）、酸窒化シリコン（ＳｉＯＮ）、酸化アルミニウム（Ａｌ２Ｏ３）、酸化ジルコニウム（ＺｒＯｘ）等である。
「磁壁移動素子」
図３は、磁壁移動素子１００を配線層１０のｙ方向の中心を通るｘｚ平面で切断した断面図である。磁壁移動素子１００は、配線層１０と非磁性層２０と第１導電層３０と第２導電層４０と第２非磁性層５０と強磁性層６０とを有する。磁壁移動素子１００にデータを書き込む際は、第１導電層３０と第２導電層４０との間の配線層１０に書き込み電流を流す。磁壁移動素子１００からデータを読み出す際は、第１導電層３０又は第２導電層４０と強磁性層６０との間に読み出し電流を流す。
図３は、磁壁移動素子１００を配線層１０のｙ方向の中心を通るｘｚ平面で切断した断面図である。磁壁移動素子１００は、配線層１０と非磁性層２０と第１導電層３０と第２導電層４０と第２非磁性層５０と強磁性層６０とを有する。磁壁移動素子１００にデータを書き込む際は、第１導電層３０と第２導電層４０との間の配線層１０に書き込み電流を流す。磁壁移動素子１００からデータを読み出す際は、第１導電層３０又は第２導電層４０と強磁性層６０との間に読み出し電流を流す。
「配線層」
配線層１０は、ｘ方向に延びる部分であり、書き込み電流が通電される部分である。配線層１０は、例えば、ｚ方向からの平面視で、ｘ方向が長軸、ｙ方向が短軸の矩形である。配線層１０は、第１導電層３０及び第２導電層４０と接続されている。以下、配線層１０の第１導電層３０が接続されている側の面を第１面１０ａと称する。書き込み電流は、配線層１０に沿って、第１導電層３０から第２導電層４０に向って、又は、第２導電層４０から第１導電層３０に向って流れる。配線層１０は、非磁性層２０、第１導電層３０及び第２導電層４０上に積層されている。
配線層１０は、ｘ方向に延びる部分であり、書き込み電流が通電される部分である。配線層１０は、例えば、ｚ方向からの平面視で、ｘ方向が長軸、ｙ方向が短軸の矩形である。配線層１０は、第１導電層３０及び第２導電層４０と接続されている。以下、配線層１０の第１導電層３０が接続されている側の面を第１面１０ａと称する。書き込み電流は、配線層１０に沿って、第１導電層３０から第２導電層４０に向って、又は、第２導電層４０から第１導電層３０に向って流れる。配線層１０は、非磁性層２０、第１導電層３０及び第２導電層４０上に積層されている。
配線層１０は、内部の磁気的な状態の変化により情報を磁気記録可能な層である。配線層１０は、磁気記録層、磁壁移動層と呼ばれる場合がある。
配線層１０は、磁化固定領域１１、１２と磁壁移動領域１３とを有する。磁壁移動領域１３は、二つの磁化固定領域１１、１２に挟まれる。
磁化固定領域１１は、ｚ方向から見て、配線層１０の第１導電層３０の接続面３０ａと重なる領域である。磁化固定領域１２は、ｚ方向から見て、配線層１０の第２導電層４０の接続面４０ａと重なる領域である。磁化固定領域１１、１２の磁化Ｍ１１、Ｍ１２は、磁壁移動領域１３の磁化Ｍ１３Ａ、Ｍ１３Ｂより磁化反転しにくく、磁壁移動領域１３の磁化Ｍ１３Ａ、Ｍ１３Ｂが反転する閾値の外力を印加しても磁化反転しない。そのため、磁化固定領域１１、１２の磁化Ｍ１１、Ｍ１２は、磁壁移動領域１３の磁化Ｍ１３Ａ、Ｍ１３Ｂに対して固定されていると言われる。
磁化固定領域１１の磁化Ｍ１１と、磁化固定領域１２の磁化Ｍ１２とは異なる方向に配向している。磁化固定領域１１の磁化Ｍ１１と、磁化固定領域１２の磁化Ｍ１２とは、例えば、反対方向に配向している。磁化固定領域１１の磁化Ｍ１１は例えば＋ｚ方向に配向し、磁化固定領域１２の磁化Ｍ１２は例えば－ｚ方向に配向している。
磁壁移動領域１３は、第１磁区１３Ａと第２磁区１３Ｂとからなる。第１磁区１３Ａは、磁化固定領域１１に隣接する。第１磁区１３Ａの磁化Ｍ１３Ａは、磁化固定領域１１の磁化Ｍ１１の影響を受けて、例えば、磁化固定領域１１の磁化Ｍ１１と同じ方向に配向する。第２磁区１３Ｂは、磁化固定領域１２に隣接する。第２磁区１３Ｂの磁化Ｍ１３Ｂは、磁化固定領域１２の磁化Ｍ１２の影響を受けて、例えば、磁化固定領域１２の磁化Ｍ１２と同じ方向に配向する。そのため、第１磁区１３Ａの磁化Ｍ１３Ａと第２磁区１３Ｂの磁化Ｍ１３Ｂとは、異なる方向に配向する。第１磁区１３Ａの磁化Ｍ１３Ａと第２磁区１３Ｂの磁化Ｍ１３Ｂとは、例えば、反対方向に配向する。
第１磁区１３Ａと第２磁区１３Ｂとの境界が磁壁１５である。磁壁１５は、磁壁移動領域１３内を移動する。磁壁１５は、原則、磁化固定領域１１、１２には侵入しない。
磁壁移動領域１３における第１磁区１３Ａと第２磁区１３Ｂとの比率が変化すると、磁壁１５が移動する。磁壁１５は、磁壁移動領域１３のｘ方向に書き込み電流を流すことによって移動する。例えば、磁壁移動領域１３に＋ｘ方向の書き込み電流（例えば、電流パルス）を印加すると、電子は電流と逆の－ｘ方向に流れるため、磁壁１５は－ｘ方向に移動する。第１磁区１３Ａから第２磁区１３Ｂに向って電流が流れる場合、第２磁区１３Ｂでスピン偏極した電子は、第１磁区１３Ａの磁化Ｍ１３Ａを磁化反転させる。第１磁区１３Ａの磁化Ｍ１３Ａが磁化反転することで、磁壁１５は－ｘ方向に移動する。
配線層１０は、磁性体により構成される。配線層１０は、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｆｅ、Ｐｔ、Ｐｄ、Ｇｄ、Ｔｂ、Ｍｎ、Ｇｅ、Ｇａからなる群から選択される少なくとも一つの元素を有することが好ましい。配線層１０に用いられる材料として、例えば、ＣｏとＮｉの積層膜、ＣｏとＰｔの積層膜、ＣｏとＰｄの積層膜、ＭｎＧａ系材料、ＧｄＣｏ系材料、ＴｂＣｏ系材料が挙げられる。ＭｎＧａ系材料、ＧｄＣｏ系材料、ＴｂＣｏ系材料等のフェリ磁性体は飽和磁化が小さく、磁壁１５を移動するために必要な閾値電流が小さくなる。またＣｏとＮｉの積層膜、ＣｏとＰｔの積層膜、ＣｏとＰｄの積層膜は、保磁力が大きく、磁壁１５の移動速度が遅くなる。
「非磁性層」
非磁性層２０は、配線層１０の第１面１０ａに接する。非磁性層２０は、配線層１０の第１面１０ａ上にある。図３に示す非磁性層２０は、第１面１０ａに形成された窪み１０ｃに嵌っている。図３に示す非磁性層２０は、磁化固定領域１１の一部、磁壁移動領域１３、磁化固定領域１２の一部に跨っている。
非磁性層２０は、配線層１０の第１面１０ａに接する。非磁性層２０は、配線層１０の第１面１０ａ上にある。図３に示す非磁性層２０は、第１面１０ａに形成された窪み１０ｃに嵌っている。図３に示す非磁性層２０は、磁化固定領域１１の一部、磁壁移動領域１３、磁化固定領域１２の一部に跨っている。
非磁性層２０は、ｚ方向に磁壁移動領域１３と重なる位置から、磁化固定領域１１と第１導電層３０との間及び磁化固定領域１２と第２導電層４０の間に向って延びている。非磁性層２０の第１端は、磁化固定領域１１と第１導電層３０との間にある。非磁性層２０の第２端は、磁化固定領域１２と第２導電層４０との間にある。
非磁性層２０は非磁性体からなる。非磁性層２０は、例えば、配線層１０の結晶構造を規定する。非磁性層２０の結晶構造により配線層１０の結晶性が高まり、配線層１０の磁化の配向性が高まる。非磁性層２０の結晶構造は、例えば、アモルファス、（００１）配向したＮａＣｌ構造、ＡＢＯ３の組成式で表される（００２）配向したペロブスカイト構造、（００１）配向した正方晶構造または立方晶構造である。
非磁性層２０は、導体又は絶縁体である。非磁性層２０は、導体であることが好ましい。非磁性層２０が導体の場合、非磁性層２０の厚みは、配線層１０の厚みより薄いことが好ましい。非磁性層２０は、例えば、Ｔａ、Ｒｕ、Ｐｔ、Ｉｒ、Ｒｈ、Ｗ、Ｐｄ、Ｃｕ、Ａｕ、Ｃｕを含む。非磁性層２０は、例えば、Ｔａ層、Ｐｔ層、Ｔａ層とＰｔ層との積層体である。
非磁性層２０の厚みは、例えば、ｘｙ面内において略一定である。非磁性層２０の平均厚みは、例えば、５０Å以下である。平均厚みは、非磁性層２０をｘ方向に等間隔に１０分割するそれぞれのｘ方向の位置で測定した非磁性層２０の厚みの平均値である。
「第１導電層及び第２強磁性層」
第１導電層３０は、配線層１０の第１面１０ａに接続される。第２導電層４０は、例えば、配線層１０の第１面１０ａに接続される。第２導電層４０は、配線層１０の第１面１０ａ以外の面に接続されてもよい。第２導電層４０は、第１導電層３０と離間して配線層１０に接続される。第１導電層３０は例えば配線層１０の第１端部に接続され、第２導電層４０は例えば配線層１０の第２端部に接続される。第１導電層３０及び第２導電層４０は、例えば、接続配線Ｃｗと配線層１０との接続部である。
第１導電層３０は、配線層１０の第１面１０ａに接続される。第２導電層４０は、例えば、配線層１０の第１面１０ａに接続される。第２導電層４０は、配線層１０の第１面１０ａ以外の面に接続されてもよい。第２導電層４０は、第１導電層３０と離間して配線層１０に接続される。第１導電層３０は例えば配線層１０の第１端部に接続され、第２導電層４０は例えば配線層１０の第２端部に接続される。第１導電層３０及び第２導電層４０は、例えば、接続配線Ｃｗと配線層１０との接続部である。
第１導電層３０は、磁性体を含む。第１導電層３０の磁化Ｍ３０は、一方向に配向する。磁化Ｍ３０は、例えば、＋ｚ方向に配向する。第１導電層３０は、磁化固定領域１１の磁化Ｍ１１を固定する。第１導電層３０の磁化Ｍ３０と磁化固定領域１１の磁化Ｍ１１とは、例えば、同じ方向に配向する。
第１導電層３０は、例えば、Ｃｒ、Ｍｎ、Ｃｏ、Ｆｅ及びＮｉからなる群から選択される金属、これらの金属を１種以上含む合金、これらの金属とＢ、Ｃ、及びＮの少なくとも１種以上の元素とが含まれる合金等を含む。第１導電層３０は、例えば、Ｃｏ－Ｆｅ、Ｃｏ－Ｆｅ－Ｂ、Ｎｉ－Ｆｅ等である。また第１導電層３０の磁化容易軸をｚ方向とする（垂直磁化膜にする）場合は、第１導電層３０をＣｏ、Ｆｅ、Ｎｉからなる群から選択された強磁性体とＰｔ、Ｐｄ、Ｒｕ、Ｒｈからなる群から選択された非磁性体との積層体とすることが好ましい。また第１導電層３０は、シンセティック反強磁性構造（ＳＡＦ構造）でもよい。シンセティック反強磁性構造は、非磁性層を挟む二つの磁性層からなる。二つの磁性層はそれぞれ磁化が固定されており、固定された磁化の向きは反対である。
第２導電層４０は、導電性を有する材料からなる。第２導電層４０は、例えば、磁性体を含む。第２導電層４０が磁性体を含む場合、第２導電層４０の磁化Ｍ４０は、第１導電層３０の磁化Ｍ３０と異なる方向に配向する。磁化Ｍ４０は、例えば、－ｚ方向に配向する。この場合、第２導電層４０は、磁化固定領域１２の磁化Ｍ１２を固定し、第２導電層４０の磁化Ｍ４０と磁化固定領域１２の磁化Ｍ１２とは、例えば、同じ方向に配向する。第２導電層４０は、例えば、第１導電層３０と同様の材料を用いることができる。第２導電層４０が磁性体を含まない場合は、磁化固定領域１２の磁化Ｍ１２は、例えば、外部磁場等によって固定される。
第１導電層３０は、一部が配線層１０と直接接し、一部が非磁性層２０を介して配線層１０と接している。第１導電層３０の接続面３０ａは、一部が配線層１０と接し、一部が非磁性層２０と接する。以下、接続面３０ａのうち配線層１０と直接接する部分を第１部分３０ａ１、接続面３０ａのうち配線層１０と非磁性層２０を介して接する部分を第２部分３０ａ２と称する。図４に示すように、例えば、第１部分３０ａ１の面積は、第２部分３０ａ２の面積より広い。図４は、第１実施形態に係る磁壁移動素子の平面図である。
また図３及び図４に示す第２導電層４０は、一部が配線層１０と直接接し、一部が非磁性層２０を介して配線層１０と接している。第２導電層４０の接続面４０ａは、例えば、一部が配線層１０と接し、一部が非磁性層２０と接する。以下、接続面４０ａのうち配線層１０と直接接する部分を第１部分４０ａ１、接続面４０ａのうち配線層１０と非磁性層２０を介して接する部分を第２部分４０ａ２と称する。図４に示すように、例えば、第１部分４０ａ１の面積は、第２部分４０ａ２の面積より広い。
「第２非磁性層」
第２非磁性層５０は、配線層１０と強磁性層６０との間に位置する。第２非磁性層５０は、配線層１０の第２面に積層される。第２面は、第１面１０ａと対向する面である。
第２非磁性層５０は、配線層１０と強磁性層６０との間に位置する。第２非磁性層５０は、配線層１０の第２面に積層される。第２面は、第１面１０ａと対向する面である。
第２非磁性層５０は、例えば、非磁性の絶縁体、半導体又は金属からなる。非磁性の絶縁体は、例えば、Ａｌ２Ｏ３、ＳｉＯ２、ＭｇＯ、ＭｇＡｌ２Ｏ４、およびこれらのＡｌ、Ｓｉ、Ｍｇの一部がＺｎ、Ｂｅ等に置換された材料である。これらの材料は、バンドギャップが大きく、絶縁性に優れる。第２非磁性層５０が非磁性の絶縁体からなる場合、第２非磁性層５０はトンネルバリア層である。非磁性の金属は、例えば、Ｃｕ、Ａｕ、Ａｇ等である。非磁性の半導体は、例えば、Ｓｉ、Ｇｅ、ＣｕＩｎＳｅ２、ＣｕＧａＳｅ２、Ｃｕ（Ｉｎ，Ｇａ）Ｓｅ２等である。
第２非磁性層５０の厚みは、２０Å以上であることが好ましく、３０Å以上であることがより好ましい。第２非磁性層５０の厚みが厚いと、磁壁移動素子１００の抵抗面積積（ＲＡ）が大きくなる。磁壁移動素子１００の抵抗面積積（ＲＡ）は、１×１０４Ωμｍ２以上であることが好ましく、１×１０５Ωμｍ２以上であることがより好ましい。磁壁移動素子１００の抵抗面積積（ＲＡ）は、一つの磁壁移動素子１００の素子抵抗と磁壁移動素子１００の素子断面積（第２非磁性層５０をｘｙ平面で切断した切断面の面積）の積で表される。
「強磁性層」
強磁性層６０は、第２非磁性層５０上にある。強磁性層６０は、一方向に配向した磁化Ｍ６０を有する。強磁性層６０の磁化Ｍ６０は、所定の外力が印加された際に磁壁移動領域１３の磁化Ｍ１３Ａ、Ｍ１３Ｂよりも磁化反転しにくい。所定の外力は、例えば外部磁場により磁化に印加される外力や、スピン偏極電流により磁化に印加される外力である。強磁性層６０は、磁化固定層、磁化参照層と呼ばれることがある。
強磁性層６０は、第２非磁性層５０上にある。強磁性層６０は、一方向に配向した磁化Ｍ６０を有する。強磁性層６０の磁化Ｍ６０は、所定の外力が印加された際に磁壁移動領域１３の磁化Ｍ１３Ａ、Ｍ１３Ｂよりも磁化反転しにくい。所定の外力は、例えば外部磁場により磁化に印加される外力や、スピン偏極電流により磁化に印加される外力である。強磁性層６０は、磁化固定層、磁化参照層と呼ばれることがある。
強磁性層６０の磁化と磁壁移動領域１３の磁化Ｍ１３Ａ、Ｍ１３Ｂとの相対角の違いにより、磁壁移動素子１００の抵抗値は変化する。第１磁区１３Ａの磁化Ｍ１３Ａは、例えば強磁性層６０の磁化Ｍ６０と同じ方向（平行）であり、第２磁区１３Ｂの磁化Ｍ１３Ｂは、例えば強磁性層６０の磁化Ｍ６０と反対方向（反平行）である。ｚ方向からの平面視で強磁性層６０と重畳する部分における第１磁区１３Ａの面積が広くなると、磁壁移動素子１００の抵抗値は低くなる。反対に、ｚ方向からの平面視で強磁性層６０と重畳する部分における第２磁区１３Ｂの面積が広くなると、磁壁移動素子１００の抵抗値は高くなる。
強磁性層６０は、強磁性体を含む。強磁性層６０は、例えば、配線層１０との間で、コヒーレントトンネル効果を得やすい材料を含む。強磁性層６０は、例えば、Ｃｒ、Ｍｎ、Ｃｏ、Ｆｅ及びＮｉからなる群から選択される金属、これらの金属を１種以上含む合金、これらの金属とＢ、Ｃ、及びＮの少なくとも１種以上の元素とが含まれる合金等を含む。強磁性層６０は、例えば、Ｃｏ－Ｆｅ、Ｃｏ－Ｆｅ－Ｂ、Ｎｉ－Ｆｅである。
強磁性層６０は、例えば、ホイスラー合金でもよい。ホイスラー合金はハーフメタルであり、高いスピン分極率を有する。ホイスラー合金は、ＸＹＺ又はＸ２ＹＺの化学組成をもつ金属間化合物であり、Ｘは周期表上でＣｏ、Ｆｅ、Ｎｉ、あるいはＣｕ族の遷移金属元素または貴金属元素であり、ＹはＭｎ、Ｖ、ＣｒあるいはＴｉ族の遷移金属又はＸの元素種であり、ＺはＩＩＩ族からＶ族の典型元素である。ホイスラー合金として例えば、Ｃｏ２ＦｅＳｉ、Ｃｏ２ＦｅＧｅ、Ｃｏ２ＦｅＧａ、Ｃｏ２ＭｎＳｉ、Ｃｏ２Ｍｎ１－ａＦｅａＡｌｂＳｉ１－ｂ、Ｃｏ２ＦｅＧｅ１－ｃＧａｃ等が挙げられる。
強磁性層６０の膜厚は、強磁性層６０の磁化容易軸をｚ方向とする（垂直磁化膜にする）場合は、１．５ｎｍ以下とすることが好ましく、１．０ｎｍ以下とすることがより好ましい。強磁性層６０の膜厚を薄くすると、強磁性層６０と他の層（第２非磁性層５０）との界面で、強磁性層６０に垂直磁気異方性（界面垂直磁気異方性）が付加され、強磁性層６０の磁化がｚ方向に配向しやすくなる。
強磁性層６０の磁化容易軸をｚ方向とする（垂直磁化膜にする）場合は、強磁性層６０をＣｏ、Ｆｅ、Ｎｉからなる群から選択された強磁性体とＰｔ、Ｐｄ、Ｒｕ、Ｒｈからなる群から選択された非磁性体との積層体とすることが好ましく、Ｉｒ、Ｒｕからなる群から選択された中間層を積層体のいずれかの位置に挿入することがより好ましい。強磁性体と非磁性体を積層すると垂直磁気異方性を付加することができ、中間層を挿入することによって強磁性層６０の磁化がｚ方向に配向しやすくなる。
強磁性層６０の第２非磁性層５０と反対側の面に、スペーサ層を介して、反強磁性層を設けてもよい。強磁性層６０、スペーサ層、反強磁性層は、シンセティック反強磁性構造（ＳＡＦ構造）となる。シンセティック反強磁性構造は、非磁性層を挟む二つの磁性層からなる。強磁性層６０と反強磁性層とが反強磁性カップリングするとことで、反強磁性層を有さない場合より強磁性層６０の保磁力が大きくなる。反強磁性層は、例えば、ＩｒＭｎ，ＰｔＭｎ等である。スペーサ層は、例えば、Ｒｕ、Ｉｒ、Ｒｈからなる群から選択される少なくとも一つを含む。
磁壁移動素子１００の各層の磁化の向きは、例えば磁化曲線を測定することにより確認できる。磁化曲線は、例えば、ＭＯＫＥ（Magneto Optical Kerr Effect）を用いて測定できる。ＭＯＫＥによる測定は、直線偏光を測定対象物に入射させ、その偏光方向の回転等が起こる磁気光学効果(磁気Kerr効果)を用いることにより行う測定方法である。
次いで、磁気記録アレイ２００の製造方法について説明する。磁気記録アレイ２００は、各層の積層工程と、各層の一部を所定の形状に加工する加工工程により形成される。各層の積層は、スパッタリング法、化学気相成長（ＣＶＤ）法、電子ビーム蒸着法（ＥＢ蒸着法）、原子レーザデポジッション法等を用いることができる。各層の加工は、フォトリソグラフィー等を用いて行うことができる。
まず基板Ｓｕｂの所定の位置に、不純物をドープしソース領域Ｓ、ドレイン領域Ｄを形成する。次いで、ソース領域Ｓとドレイン領域Ｄとの間に、ゲート絶縁膜ＧＩ、ゲート電極Ｇを形成する。ソース領域Ｓ、ドレイン領域Ｄ、ゲート絶縁膜ＧＩ及びゲート電極ＧがトランジスタＴｒとなる。
次いで、トランジスタＴｒを覆うように絶縁層９０を形成する。また絶縁層９０に開口部を形成し、開口部内に導電体を充填することで接続配線Ｃｗが形成される。第１配線Ｗｐ、第２配線Ｃｍは、絶縁層９０を所定の厚みまで積層した後、絶縁層９０に溝を形成し、溝に導電体を充填することで形成される。
第１導電層３０及び第２導電層４０は、例えば、絶縁層９０及び接続配線Ｃｗの一面に、強磁性層、非磁性層、強磁性層を順に積層し、第１導電層３０及び第２導電層４０となる部分以外を除去することで形成できる。除去された部分は、例えば、絶縁層９０で埋める。
次いで、第１導電層３０、第２導電層４０及び絶縁層９０上に、非磁性層２０を積層する。非磁性層２０の上の一部には、レジストを形成する。レジストは、磁化固定領域１１の一部、磁壁移動領域１３、磁化固定領域１２の一部に跨って形成する。次いで、レジストを介して、非磁性層２０を加工する。例えば、非磁性層２０及びレジストにイオンビームを照射する。非磁性層２０のうちレジストが被覆されていない部分は除去される。
次いで、配線層１０、第２非磁性層５０及び強磁性層６０を順に積層する。その後、第２非磁性層５０及び強磁性層６０を所定の形状に加工することで、図３及び図４に示す磁壁移動素子１００が得られる。
第１実施形態に係る磁壁移動素子１００によれば、配線層１０における磁壁１５の動作を安定化できる。磁壁１５の動作とは、例えば磁壁１５の動作範囲であり、例えば磁壁１５の移動しやすさである。磁壁１５の制御性が高まると、誤書き込み等の誤動作を防ぐことができ、磁壁移動素子１００の信頼性が向上する。
図５は、第１比較例にかかる磁壁移動素子１１１を配線層１６のｙ方向の中心を通るｘｚ平面で切断した断面図である。磁壁移動素子１１１は、配線層１６の第１面１６ａが平坦であり、非磁性層２１が配線層１６の第１面１６ａの全面にある点が、磁壁移動素子１００と異なる。配線層１６は上述の配線層１０に対応し、非磁性層２１は上述の非磁性層２０に対応する。磁壁移動素子１１１において磁壁移動素子１００と同様の構成については、同様の符号を付し、説明を省く。
磁壁移動素子１１１において、磁化固定領域１１と第１導電層３０との間には、非磁性層２１がある。つまり、磁化固定領域１１の磁化Ｍ１１は、第１導電層３０の磁化Ｍ３０との磁気結合によって固定されている。非磁性層２１を介した磁気結合は、磁化固定領域１１と第１導電層３０とが直接接した場合の磁気結合より弱い。そのため、第１導電層３０と第２導電層４０との間に予期せぬ過電流が流れたり、磁壁移動素子１１１に予期せぬ熱が加わったりした場合に、磁化固定領域１１の磁化Ｍ１１が反転してしまう場合がある。磁化固定領域１１の磁化Ｍ１１が反転すると、磁壁１５が磁化固定領域１１、１２に侵入する。また場合によっては、磁壁１５が消滅してしまう。磁化固定領域１１、１２への磁壁１５の侵入や磁壁１５の消滅は、磁壁移動素子１１１において予定された動作ではなく、誤書き込み等の誤動作の原因となる。
これに対し、第１実施形態に係る磁壁移動素子１００は、第１導電層３０と配線層１０及び第２導電層４０と配線層１０とが、第１部分３０ａ１、４０ａ１において直接接している。そのため、磁化固定領域１１の磁化Ｍ１１は、第１導電層３０の磁化Ｍ３０と強い磁気的な結合を有し、磁化Ｍ１１は強く固定される。つまり、磁化固定領域１１、１２への磁壁１５の侵入や磁壁１５の消滅が抑制され、磁壁移動素子１００の動作が安定化する。
また第１部分３０ａ１、４０ａ１の面積が第２部分３０ａ２、４０ａ２の面積より広いと、磁化固定領域１１、１２の磁化の固定がより強まる。その結果、熱等が加わった場合でも、磁化固定領域１１、１２への磁壁１５の侵入や磁壁１５の消滅を防ぐことができる。
また図６は、第２比較例にかかる磁壁移動素子１１２を配線層１０のｙ方向の中心を通るｘｚ平面で切断した断面図である。磁壁移動素子１１２は、非磁性層２２が配線層１０の磁壁移動領域１３と重なる位置のみにある点が、磁壁移動素子１００と異なる。磁壁移動素子１１１において磁壁移動素子１００と同様の構成については、同様の符号を付し、説明を省く。
磁壁移動素子１１２を作製する場合、配線層１０は、第１導電層３０、非磁性層２２、第２導電層４０上に積層される。非磁性層２２と第１導電層３０及び第２導電層４０とは材質が異なるため、非磁性層２２の接続面２２ａと第１導電層３０及び第２導電層４０の接続面３０ａ、４０ａとを連続させることは難しい。そのため、非磁性層２２と第１導電層３０の間、及び、非磁性層２２と第２導電層４０の間に段差ｓｔができる。磁化は、界面の影響を受けるため、段差ｓｔの近傍では磁化の配向方向が乱れる。磁化の配向方向が乱れた部分では、磁壁１５の動作が一定でなくなり、トラップされる。
磁化固定領域１１、１２と磁壁移動領域１３との境界は、磁壁１５が受ける磁気的な環境が異なっており、磁壁１５がトラップされやすい部分である。この部分に、段差ｓｔという構造的な磁壁１５のトラップ要因が存在すると、磁壁１５が強くトラップされる場合がある。磁壁１５が強くトラップされると、所定の電流密度の電流を配線層１０に印加しても磁壁１５が正常に動作しなくなる。
これに対し、第１実施形態に係る磁壁移動素子１００は、非磁性層２０は、磁化固定領域１１の一部、磁壁移動領域１３、磁化固定領域１２の一部に跨っている。そのため、磁化固定領域１１、１２と磁壁移動領域１３との境界に段差ｓｔが形成されることは無い。したがって、磁壁１５が強くトラップされることが抑制され、磁壁移動素子１００の動作が安定化する。
第１実施形態に係る磁気記録アレイ２００及び磁壁移動素子１００の一例について詳述したが、第１実施形態に係る磁気記録アレイ２００及び磁壁移動素子１００は、本発明の要旨の範囲内において、種々の変形・変更が可能である。
例えば、図３及び図４では、第２導電層４０と配線層１０とが、一部で直接接し、一部が非磁性層２０を介して配線層１０と接している。第２導電層４０と配線層１０との関係はこの場合に限られず、第２導電層４０と配線層１０とが全面で直接接してもよいし、全面が非磁性層２０を介して接続されていてもよい。
（第１変形例）
図７は、第１変形例に係る磁壁移動素子１０１のｙｚ面における断面図である。磁壁移動素子１０１は、配線層１７及び非磁性層２３の形状が磁壁移動素子１００と異なる。配線層１７は上述の配線層１０に対応し、非磁性層２３は上述の非磁性層２０に対応する。磁壁移動素子１０１において磁壁移動素子１００と同様の構成については、同様の符号を付し、説明を省く。
図７は、第１変形例に係る磁壁移動素子１０１のｙｚ面における断面図である。磁壁移動素子１０１は、配線層１７及び非磁性層２３の形状が磁壁移動素子１００と異なる。配線層１７は上述の配線層１０に対応し、非磁性層２３は上述の非磁性層２０に対応する。磁壁移動素子１０１において磁壁移動素子１００と同様の構成については、同様の符号を付し、説明を省く。
非磁性層２３は、狭窄部２３Ａを有する点が、上記の非磁性層２０と異なる。その他の特徴的な構成については、非磁性層２０と同様である。非磁性層２３は、厚みが薄くなる狭窄部２３Ａと、厚みが略一定な主部２３Ｂとを有する。狭窄部２３Ａは、非磁性層２３のｘ方向の中点から離れるに従い、厚みが薄くなっている。狭窄部２３Ａは、例えば、強磁性層６０から離れるに従い、厚みが薄くなっている。
狭窄部２３Ａはｚ方向から見て強磁性層６０と重ならない位置にある。例えば、第１導電層３０と配線層１０との間において非磁性層２３は、接続面３０ａの第２導電層４０に近い側の第１端ｔ１から離れるに従い、厚みが薄くなる。また例えば、例えば、第２導電層４０と配線層１０との間において非磁性層２３は、接続面４０ａの第１導電層３０に近い側の第１端ｔ１’から離れるに従い、厚みが薄くなる。
配線層１０の磁化の配向方向は、他の層との界面の形状に強い影響を受ける。狭窄部２３Ａ上の配線層１７の磁化は、例えば、ｚ方向からｙ方向に傾く。狭窄部２３Ａの厚みを徐々に薄くすると、狭窄部２３Ａ上の配線層１７の磁化の傾き角が、ｘ方向の位置によって徐々に変化する。磁化の傾き角が徐々に変化することで、磁壁１５の初動が容易になり、配線層１０の磁化を反転させるために必要な反転電流密度を小さくできる。
また主部２３Ｂはｚ方向から見て強磁性層６０と重なる位置にあり、狭窄部２３Ａはｚ方向から見て強磁性層６０と重ならない位置にある。強磁性層６０と重なる位置に主部２３Ｂがあると、磁壁移動素子１００の抵抗変化率（ＭＲ比）が高まる。磁壁移動素子１００のＭＲ比は、強磁性層６０と重なる位置における配線層１７の磁化が所定の方向（例えば、ｚ方向）から傾くと低下する。主部２３Ｂの厚みが略一定であることで、主部２３Ｂと配線層１７との界面が平坦化し、磁化が所定の方向から傾くことを抑制できる。
また第１変形例においても、第１導電層３０又は第２導電層４０と配線層１７との間における非磁性層２０の平均厚みは１０Å以下であることが好ましい。
第１変形例にかかる磁壁移動素子１０１においても、第１導電層３０と配線層１７とは、一部で直接接し、一部で非磁性層２３を介して接している。したがって、第１変形例にかかる磁壁移動素子１０１も磁壁移動素子１００と同様の効果が得られる。
（第２変形例）
図８は、第２変形例に係る磁壁移動素子１０２のｙｚ面における断面図である。磁壁移動素子１０２は、非磁性層２４の位置及び配線層１６、第１導電層３１及び第２導電層４１の形状が磁壁移動素子１００と異なる。配線層１６は上述の配線層１０に対応し、非磁性層２４は上述の非磁性層２０に対応し、第１導電層３１は上述の第１導電層３０に対応し、第２導電層４１は上述の第２導電層４０に対応する。磁壁移動素子１０２において磁壁移動素子１００と同様の構成については、同様の符号を付し、説明を省く。
図８は、第２変形例に係る磁壁移動素子１０２のｙｚ面における断面図である。磁壁移動素子１０２は、非磁性層２４の位置及び配線層１６、第１導電層３１及び第２導電層４１の形状が磁壁移動素子１００と異なる。配線層１６は上述の配線層１０に対応し、非磁性層２４は上述の非磁性層２０に対応し、第１導電層３１は上述の第１導電層３０に対応し、第２導電層４１は上述の第２導電層４０に対応する。磁壁移動素子１０２において磁壁移動素子１００と同様の構成については、同様の符号を付し、説明を省く。
配線層１６は、ｘ方向に厚みが略一定である。配線層１６の第１面１６ａは窪みを有さず、平坦である。
非磁性層２４は、配線層１６の第１面１６ａに接する。非磁性層２４は、配線層１６の第１面１６ａ上にある。非磁性層２４は、磁化固定領域１１の一部、磁壁移動領域１３、磁化固定領域１２の一部に跨っている。非磁性層２４の第１端は、磁化固定領域１１と第１導電層３１との間にある。非磁性層２４の第２端は、磁化固定領域１２と第２導電層４１との間にある。
第１導電層３１は、一部が配線層１６と直接接し、一部が非磁性層２４を介して配線層１６と接している。接続面３１ａの第１部分３１ａ１は配線層１６と直接接し、第２部分３１ａ２は非磁性層２４を介して配線層１６と接する。接続面３１ａの第２部分３１ａ２は、第１部分３１ａ１に対してｚ方向に窪んでいる。非磁性層２４は、第１導電層３１の窪みに嵌っている。
第２導電層４１は、一部が配線層１６と直接接し、一部が非磁性層２４を介して配線層１６と接している。接続面４１ａの第１部分４１ａ１は配線層１６と直接接し、第２部分４１ａ２は非磁性層２４を介して配線層１６と接する。接続面４１ａの第２部分４１ａ２は、第１部分４１ａ１に対してｚ方向に窪んでいる。非磁性層２４は、第２導電層４１の窪みに嵌っている。
第２変形例にかかる磁壁移動素子１０２においても、第１導電層３１と配線層１６とは、一部で直接接し、一部で非磁性層２４を介して接している。したがって、第２変形例にかかる磁壁移動素子１０２も磁壁移動素子１００と同様の効果が得られる。また配線層１６の第１面１６ａが平坦なことで、配線層１６の磁化の配向方向が乱れることが抑制され、磁壁１５がトラップされることを抑制できる。
図９は、第２変形例の別の例に係る磁壁移動素子１０２’のｙｚ面における断面図である。磁壁移動素子１０２’は、磁壁移動素子１０２と非磁性層２４’の形状が異なる。
非磁性層２４’は、狭窄部２４Ａ’を有する点が、上記の非磁性層２４と異なり、上記の非磁性層２３と共通する。非磁性層２４’は、厚みが薄くなる狭窄部２４’Ａと、厚みが略一定な主部２４’Ｂとを有する。狭窄部２４’Ａは、非磁性層２４のｘ方向の中点から離れるに従い、厚みが薄くなっている。狭窄部２４’Ａは、例えば、強磁性層６０から離れるに従い、厚みが薄くなっている。主部２４’Ｂはｚ方向から見て強磁性層６０と重なる位置にあり、狭窄部２４’Ａはｚ方向から見て強磁性層６０と重ならない位置にある。
磁壁移動素子１０２’においても、第１導電層３１と配線層１６とは、一部で直接接し、一部で非磁性層２４’を介して接している。したがって、磁壁移動素子１０２’も磁壁移動素子１００と同様の効果が得られる。また磁壁移動素子１０２’は、非磁性層２４’が狭窄部２４’を有するため、磁壁移動素子１０２と同様の効果を奏する。
（第３変形例）
図１０は、第３変形例に係る磁壁移動素子１０３のｙｚ面における断面図である。磁壁移動素子１０３は、配線層１７の形状及び非磁性層２５の位置関係が、磁壁移動素子１０１と異なる。配線層１７は上述の配線層１０に対応し、非磁性層２５は上述の非磁性層２０に対応する。磁壁移動素子１０３において磁壁移動素子１０１と同様の構成については、同様の符号を付し、説明を省く。
図１０は、第３変形例に係る磁壁移動素子１０３のｙｚ面における断面図である。磁壁移動素子１０３は、配線層１７の形状及び非磁性層２５の位置関係が、磁壁移動素子１０１と異なる。配線層１７は上述の配線層１０に対応し、非磁性層２５は上述の非磁性層２０に対応する。磁壁移動素子１０３において磁壁移動素子１０１と同様の構成については、同様の符号を付し、説明を省く。
非磁性層２５は、狭窄部２５Ａと、主部２５Ｂとを有する。狭窄部２５Ａは、非磁性層２３のｘ方向の中点から離れるに従い、厚みが薄くなっている。狭窄部２５Ａは、例えば、強磁性層６０から離れるに従い、厚みが薄くなっている。
狭窄部２５Ａはｚ方向から見て強磁性層６０と重なる位置にある。強磁性層６０と重なる位置まで狭窄部２５Ａが延びることで、狭窄部２５Ａ上の配線層１７の磁化の傾き角の変化率を、磁壁移動素子１０１と比較して緩やかにできる。また強磁性層６０と重なる位置まで狭窄部２５Ａが延びることで、強磁性層６０と第１導電層３０及び第２導電層４０との距離を近づけることができ、磁壁移動素子１０３の集積性を高めることができる。
また第３変形例においても、第１導電層３０又は第２導電層４０と配線層１７との間における非磁性層２５の平均厚みは１０Å以下であることが好ましい。
第３変形例にかかる磁壁移動素子１０３においても、第１導電層３０と配線層１７とは、一部で直接接し、一部で非磁性層２５を介して接している。したがって、第１変形例にかかる磁壁移動素子１０３も磁壁移動素子１００と同様の効果が得られる。
（第４変形例）
図１１は、第４変形例に係る磁壁移動素子１０４のｙｚ面における断面図である。磁壁移動素子１０４は、配線層１８、第１導電層３２、第２導電層４２、第２非磁性層５１、強磁性層６１の形状が異なる点が、磁壁移動素子１０１と異なる。配線層１８は上述の配線層１０に対応し、第１導電層３２は上述の第１導電層３０に対応し、第２導電層４２は上述の第２導電層４０に対応し、第２非磁性層５１は上述の第２非磁性層５０に対応し、強磁性層６１は上述の強磁性層６０に対応する。磁壁移動素子１０４において磁壁移動素子１０１と同様の構成については、同様の符号を付し、説明を省く。
図１１は、第４変形例に係る磁壁移動素子１０４のｙｚ面における断面図である。磁壁移動素子１０４は、配線層１８、第１導電層３２、第２導電層４２、第２非磁性層５１、強磁性層６１の形状が異なる点が、磁壁移動素子１０１と異なる。配線層１８は上述の配線層１０に対応し、第１導電層３２は上述の第１導電層３０に対応し、第２導電層４２は上述の第２導電層４０に対応し、第２非磁性層５１は上述の第２非磁性層５０に対応し、強磁性層６１は上述の強磁性層６０に対応する。磁壁移動素子１０４において磁壁移動素子１０１と同様の構成については、同様の符号を付し、説明を省く。
第１導電層３２、第２導電層４２、第２非磁性層５１及び強磁性層６１は、側面が傾斜している。配線層１８の各積層面は、非磁性層２３の形状を反映している。
第４変形例にかかる磁壁移動素子１０４においても、第１導電層３２と配線層１８とは、一部で直接接し、一部で非磁性層２３を介して接している。したがって、第４変形例にかかる磁壁移動素子１０４も磁壁移動素子１００と同様の効果が得られる。
［第２実施形態］
図１２は、第２実施形態に係る磁壁移動素子１０５のｙｚ面における断面図である。磁壁移動素子１０５は、配線層１９及び非磁性層２６の形状が、磁壁移動素子１０１と異なる。配線層１９は上述の配線層１０と対応し、非磁性層２６は上述の非磁性層２０と対応する。磁壁移動素子１０５において磁壁移動素子１０１と同様の構成については、同様の符号を付し、説明を省く。
図１２は、第２実施形態に係る磁壁移動素子１０５のｙｚ面における断面図である。磁壁移動素子１０５は、配線層１９及び非磁性層２６の形状が、磁壁移動素子１０１と異なる。配線層１９は上述の配線層１０と対応し、非磁性層２６は上述の非磁性層２０と対応する。磁壁移動素子１０５において磁壁移動素子１０１と同様の構成については、同様の符号を付し、説明を省く。
非磁性層２６は、配線層１９の第１面１９ａに接する。非磁性層２６は、配線層１９の第１面１９ａ上にある。非磁性層２６は、磁化固定領域１１、磁壁移動領域１３、磁化固定領域１２に跨っている。
非磁性層２６は、ｚ方向に磁壁移動領域１３と重なる位置から、磁化固定領域１１と第１導電層３０との間及び磁化固定領域１２と第２導電層４０の間に向って延びている。磁化固定領域１１と第１導電層３０との間、及び、磁化固定領域１２と第２導電層４０との間には、非磁性層２６がある。非磁性層２６は、非磁性層２０と同様の材料からなる。第１導電層３０又は第２導電層４０と配線層１９との間における非磁性層２６の平均厚みは１０Å以下であることが好ましい。
第１導電層３０と配線層１９との間のいずれかの位置における非磁性層２６の厚みは、第１導電層３０の接続面３０ａの第２導電層４０に近い側の第１端ｔ１と重なる位置における非磁性層２６の厚みより薄い。また第２導電層４０と配線層１９との間のいずれかの位置における非磁性層２６の厚みは、第２導電層４０の接続面４０ａの第１導電層３０に近い側の第１端ｔ１’と重なる位置における非磁性層２６の厚みより薄い。
第１導電層３０と配線層１９との間、及び、第２導電層４０と配線層１９との間において、非磁性層２６の厚みが薄い部分を有すると、この部分において第１導電層３０と配線層１９の磁気結合、及び、第２導電層４０と配線層１９の磁気結合が強固になる。つまり、磁化固定領域１１、１２への磁壁１５の侵入や磁壁１５の消滅が抑制され、磁壁移動素子１００の動作が安定化する。また磁化固定領域１１、１２と磁壁移動領域１３との境界に段差は無く、磁壁移動素子１００の動作が安定化する。
［第３実施形態］
図１３は、第３実施形態に係る磁壁移動素子１０６のｙｚ面における断面図である。磁壁移動素子１０６は、第２非磁性層５０及び強磁性層６０を有さない点が、磁壁移動素子１００と異なる。磁壁移動素子１０６において磁壁移動素子１０１と同様の構成については、同様の符号を付し、説明を省く。
図１３は、第３実施形態に係る磁壁移動素子１０６のｙｚ面における断面図である。磁壁移動素子１０６は、第２非磁性層５０及び強磁性層６０を有さない点が、磁壁移動素子１００と異なる。磁壁移動素子１０６において磁壁移動素子１０１と同様の構成については、同様の符号を付し、説明を省く。
磁壁移動素子１０６は、光変調器として用いることができる。配線層１０に対して光Ｌ１を入射し、配線層１０で反射した光Ｌ２を評価する。磁気カー効果により磁化の配向方向が異なる部分で反射した光Ｌ２の偏向状態は異なる。磁壁移動素子１０６は、光Ｌ２の偏向状態の違いを利用した映像表示装置として用いることができる。
第３実施形態にかかる磁壁移動素子１０６においても、第１導電層３０と配線層１０とは、一部で直接接し、一部で非磁性層２０を介して接している。したがって、第３実施形態にかかる磁壁移動素子１０６も磁壁移動素子１００と同様の効果が得られる。
以上、本発明の好ましい実施の形態についてそれぞれ詳述した。それぞれの実施形態及び変形例における特徴的な構成は、それぞれ組み合わせてもよい。
１０、１６、１７、１８、１９ 配線層
１０ａ、１６ａ、１９ａ 第１面
１１、１２ 磁化固定領域
１３ 磁壁移動領域
１３Ａ 第１磁区
１３Ｂ 第２磁区
１５ 磁壁
２０、２１、２２、２３、２４、２５、２６ 非磁性層
２２ａ、３０ａ、４０ａ 接続面
２３Ａ、２５Ａ 狭窄部
２３Ｂ、２５Ｂ 主部
３０、３１、３２ 第１導電層
３０ａ１、４０ａ１ 第１部分
３０ａ２、４０ａ２ 第２部分
４０、４１、４２ 第２導電層
５０、５１ 第２非磁性層
６０、６１ 強磁性層
９０ 絶縁層
１００、１０１、１０２、１０３、１０４、１０５、１０６、１１１、１１２ 磁壁移動素子
１１０ 第１スイッチング素子
１２０ 第２スイッチング素子
１３０ 第３スイッチング素子
２００ 磁気記録アレイ
ｓｔ 段差
ｔ１、ｔ１’ 第１端
１０ａ、１６ａ、１９ａ 第１面
１１、１２ 磁化固定領域
１３ 磁壁移動領域
１３Ａ 第１磁区
１３Ｂ 第２磁区
１５ 磁壁
２０、２１、２２、２３、２４、２５、２６ 非磁性層
２２ａ、３０ａ、４０ａ 接続面
２３Ａ、２５Ａ 狭窄部
２３Ｂ、２５Ｂ 主部
３０、３１、３２ 第１導電層
３０ａ１、４０ａ１ 第１部分
３０ａ２、４０ａ２ 第２部分
４０、４１、４２ 第２導電層
５０、５１ 第２非磁性層
６０、６１ 強磁性層
９０ 絶縁層
１００、１０１、１０２、１０３、１０４、１０５、１０６、１１１、１１２ 磁壁移動素子
１１０ 第１スイッチング素子
１２０ 第２スイッチング素子
１３０ 第３スイッチング素子
２００ 磁気記録アレイ
ｓｔ 段差
ｔ１、ｔ１’ 第１端
Claims (14)
- 強磁性体を含む配線層と、
前記配線層の第１面に接する非磁性層と、
前記配線層の前記第１面に接続され、強磁性体を含む第１導電層と、
前記配線層に前記第１導電層と離間して接続された第２導電層と、を備え、
前記第１導電層の接続面の第１部分は前記配線層と直接接続し、前記接続面の前記第１部分を除く第２部分は前記配線層と前記非磁性層を介して接続され、
前記非磁性層は、前記第１導電層と前記第２導電層とに跨り、前記第１導電層及び前記第２導電層に接する、磁壁移動素子。 - 強磁性体を含む配線層と、
前記配線層の第１面に接する非磁性層と、
前記配線層の前記第１面に接続され、強磁性体を含む第１導電層と、
前記配線層に前記第１導電層と離間して接続された第２導電層と、を備え、
前記第１導電層は、前記配線層と前記非磁性層を介して接続され、
前記第１導電層と前記配線層との間のいずれかの位置における前記非磁性層の厚みは、前記第１導電層の接続面の前記第２導電層に近い側の第１端と重なる位置における前記非磁性層の厚みより薄く、
前記第１導電層と前記配線層との間において前記非磁性層は、前記接続面の前記第２導電層に近い側の第１端から離れるに従い、厚みが薄くなる、磁壁移動素子。 - 前記第１部分の面積は、前記第２部分の面積より広い、請求項１に記載の磁壁移動素子。
- 前記第１導電層の前記接続面は、積層方向に窪んでおり、
前記非磁性層の一部は前記接続面の窪みに嵌まっている、請求項１又は３に記載の磁壁移動素子。 - 強磁性体を含む配線層と、
前記配線層の第１面に接する非磁性層と、
前記配線層の前記第１面に接続され、強磁性体を含む第１導電層と、
前記配線層に前記第１導電層と離間して接続された第２導電層と、を備え、
前記第１導電層の接続面の第１部分は前記配線層と直接接続し、前記接続面の前記第１部分を除く第２部分は前記配線層と前記非磁性層を介して接続され、
前記配線層の前記第１面は、積層方向に窪んでおり、
前記非磁性層は前記第１面の窪みに嵌まっている、磁壁移動素子。 - 前記第１導電層と前記配線層との間において前記非磁性層は、前記接続面の前記第２導電層に近い側の第１端から離れるに従い、厚みが薄くなる、請求項１、３～５のいずれか一項に記載の磁壁移動素子。
- 前記第１導電層と前記配線層との間における前記非磁性層の平均厚みが１０Å以下である、請求項１～６のいずれか一項に記載の磁壁移動素子。
- 前記第２導電層は、強磁性体を含み、
前記第２導電層の接続面の第１部分は前記配線層と直接接続し、前記第２導電層の接続面の第１部分を除く第２部分は前記配線層と前記非磁性層を介して接続されている、請求項１～７のいずれか一項に記載の磁壁移動素子。 - 前記第２導電層は、強磁性体を含み、
前記第２導電層と前記配線層との間のいずれかの位置における前記非磁性層の厚みは、前記第２導電層の接続面の前記第１導電層に近い側の第１端と重なる位置における前記非磁性層の厚みより薄い、請求項１～７のいずれか一項に記載の磁壁移動素子。 - 前記配線層の前記第１面と反対側の第２面の上方にある強磁性層と、
前記強磁性層と前記配線層との間にある第２非磁性層と、をさらに有する、請求項１～９のいずれか一項に記載の磁壁移動素子。 - 前記非磁性層は、前記強磁性層から離れるに従い、厚みが薄くなる狭窄部を有し、
前記狭窄部は、積層方向から見て前記強磁性層と重ならない、請求項１０に記載の磁壁移動素子。 - 前記非磁性層は、前記強磁性層から離れるに従い、厚みが薄くなる狭窄部を有し、
前記狭窄部は、積層方向から見て前記強磁性層と一部が重なる、請求項１０に記載の磁壁移動素子。 - 前記非磁性層は、厚みが略一定の主部と、前記主部から離れるに従い厚みが薄くなる狭窄部と、を有する、請求項１～１２のいずれか一項に記載の磁壁移動素子。
- 請求項１～１３のいずれか一項に記載の磁壁移動素子を複数有する、磁気記録アレイ。
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Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2008108109A1 (ja) | 2007-03-08 | 2008-09-12 | Nec Corporation | 磁気メモリセル及び磁気ランダムアクセスメモリ |
| WO2009019949A1 (ja) | 2007-08-03 | 2009-02-12 | Nec Corporation | 磁気ランダムアクセスメモリ及びその製造方法 |
| JP2010098096A (ja) | 2008-10-16 | 2010-04-30 | Sony Corp | 情報記憶素子、及び、情報記憶素子における情報書込み・読出し方法 |
| JP2016178178A (ja) | 2015-03-19 | 2016-10-06 | 株式会社東芝 | 磁気メモリ素子および磁気メモリ |
| JP2016181598A (ja) | 2015-03-24 | 2016-10-13 | ルネサスエレクトロニクス株式会社 | 半導体装置およびその製造方法 |
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Family Cites Families (18)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2006303159A (ja) * | 2005-04-20 | 2006-11-02 | Fuji Electric Holdings Co Ltd | スピン注入磁区移動素子およびこれを用いた装置 |
| JP2007324269A (ja) * | 2006-05-31 | 2007-12-13 | Fujitsu Ltd | 磁気記憶装置とその製造方法 |
| JP2009044644A (ja) * | 2007-08-10 | 2009-02-26 | Toshiba Corp | 受信者装置、ファイルサーバ装置及びプログラム |
| JP5397224B2 (ja) * | 2007-10-04 | 2014-01-22 | 日本電気株式会社 | 磁気抵抗効果素子、及び磁気ランダムアクセスメモリ、及びその初期化方法 |
| JP5459227B2 (ja) * | 2008-12-25 | 2014-04-02 | 日本電気株式会社 | 磁気メモリ素子及び磁気ランダムアクセスメモリ |
| KR101535461B1 (ko) * | 2009-01-06 | 2015-07-10 | 삼성전자주식회사 | 자성구조체를 포함하는 정보저장장치와 그의 제조 및 동작방법 |
| JP2010219104A (ja) * | 2009-03-13 | 2010-09-30 | Nec Corp | 磁気メモリ素子、磁気メモリ、及びその製造方法 |
| WO2010113748A1 (ja) | 2009-03-31 | 2010-10-07 | 日本電気株式会社 | 強磁性ランダムアクセスメモリ |
| JP5664556B2 (ja) * | 2009-12-24 | 2015-02-04 | 日本電気株式会社 | 磁気抵抗効果素子及びそれを用いた磁気ランダムアクセスメモリ |
| WO2011152281A1 (ja) * | 2010-06-03 | 2011-12-08 | 株式会社日立製作所 | 磁気抵抗効果素子及び磁気メモリ |
| JP6172850B2 (ja) * | 2013-07-30 | 2017-08-02 | 東芝メモリ株式会社 | 磁気記憶素子、磁気記憶装置、磁気メモリ、および磁気記憶素子の駆動方法 |
| JP6204769B2 (ja) * | 2013-09-18 | 2017-09-27 | 東芝メモリ株式会社 | 磁気記憶装置及びその駆動方法 |
| JP6414754B2 (ja) * | 2013-11-06 | 2018-10-31 | 日本電気株式会社 | 磁気抵抗効果素子および磁気メモリ |
| US10553299B2 (en) * | 2017-04-14 | 2020-02-04 | Tdk Corporation | Magnetic domain wall type analog memory element, magnetic domain wall type analog memory, nonvolatile logic circuit, and magnetic neuro-element |
| JP7013839B2 (ja) * | 2017-04-14 | 2022-02-01 | Tdk株式会社 | 磁壁利用型アナログメモリ、不揮発性ロジック回路及び磁気ニューロ素子 |
| JP6551620B1 (ja) * | 2017-10-26 | 2019-07-31 | Tdk株式会社 | 磁壁移動型磁気記録素子及び磁気記録アレイ |
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| US10600461B2 (en) * | 2018-01-12 | 2020-03-24 | Tdk Corporation | Magnetic domain wall displacement type magnetic recording element and magnetic recording array |
-
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Patent Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2008108109A1 (ja) | 2007-03-08 | 2008-09-12 | Nec Corporation | 磁気メモリセル及び磁気ランダムアクセスメモリ |
| WO2009019949A1 (ja) | 2007-08-03 | 2009-02-12 | Nec Corporation | 磁気ランダムアクセスメモリ及びその製造方法 |
| JP2010098096A (ja) | 2008-10-16 | 2010-04-30 | Sony Corp | 情報記憶素子、及び、情報記憶素子における情報書込み・読出し方法 |
| JP2016178178A (ja) | 2015-03-19 | 2016-10-06 | 株式会社東芝 | 磁気メモリ素子および磁気メモリ |
| JP2016181598A (ja) | 2015-03-24 | 2016-10-13 | ルネサスエレクトロニクス株式会社 | 半導体装置およびその製造方法 |
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