JPWO2009019948A1 - Magnetic recording apparatus and magnetization fixing method - Google Patents

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Abstract

磁気記録装置は、垂直磁気異方性を有する強磁性層である磁気記録層を備える。磁気記録層は、磁化反転領域と、磁化反転領域の第1境界に接続され磁化の向きが第1方向に固定された第1磁化固定領域と、磁化反転領域の第2境界に接続され磁化の向きが第1方向と逆の第2方向に固定された第2磁化固定領域と、を有する。磁気記録層が形成される面内において、磁気記録層の周縁に対する接線の傾きの符号を考える。このとき、第1磁化固定領域に関する上記符号のマジョリティは、第2磁化固定領域に関する上記符号のマジョリティの逆である。The magnetic recording device includes a magnetic recording layer that is a ferromagnetic layer having perpendicular magnetic anisotropy. The magnetic recording layer includes a magnetization reversal region, a first magnetization fixed region that is connected to the first boundary of the magnetization reversal region and the magnetization direction is fixed in the first direction, and a second magnetization boundary that is connected to the second boundary of the magnetization reversal region. A second magnetization fixed region whose direction is fixed in a second direction opposite to the first direction. Consider the sign of the slope of the tangent to the periphery of the magnetic recording layer in the plane on which the magnetic recording layer is formed. At this time, the majority of the above-mentioned sign relating to the first magnetization fixed region is the opposite of the majority of the above-mentioned sign relating to the second magnetization fixed region.

Description

本発明は、磁気ランダムアクセスメモリで例示される磁気記録装置に関する。特に、本発明は、垂直磁気異方性を有する磁気記録層を備える磁気記録装置、及びその磁気記録装置における磁化固定方法に関する。   The present invention relates to a magnetic recording apparatus exemplified by a magnetic random access memory. In particular, the present invention relates to a magnetic recording apparatus including a magnetic recording layer having perpendicular magnetic anisotropy, and a magnetization fixing method in the magnetic recording apparatus.

磁気ランダムアクセスメモリ(MRAM: Magnetic Random Access Memory)は、高集積・高速動作の観点から有望な不揮発性メモリである。MRAMにおいては、TMR(Tunnel MagnetoResistance)効果などの「磁気抵抗効果」を示す磁気抵抗素子が利用される。その磁気抵抗素子には、例えばトンネルバリヤ層が2層の強磁性層で挟まれた磁気トンネル接合(MTJ: Magnetic Tunnel Junction)が形成される。その2層の強磁性層は、磁化の向きが固定された磁化固定層(ピン層)と、磁化の向きが反転可能な磁化自由層(フリー層)から構成される。   Magnetic random access memory (MRAM) is a promising nonvolatile memory from the viewpoint of high integration and high-speed operation. In the MRAM, a magnetoresistive element exhibiting a “magnetoresistance effect” such as a TMR (Tunnel MagnetoResistance) effect is used. In the magnetoresistive element, for example, a magnetic tunnel junction (MTJ: Magnetic Tunnel Junction) in which a tunnel barrier layer is sandwiched between two ferromagnetic layers is formed. The two ferromagnetic layers are composed of a magnetization fixed layer (pinned layer) whose magnetization direction is fixed and a magnetization free layer (free layer) whose magnetization direction can be reversed.

ピン層とフリー層の磁化の向きが“反平行”である場合のMTJの抵抗値(R+ΔR)は、磁気抵抗効果により、それらが“平行”である場合の抵抗値(R)よりも大きくなることが知られている。MRAMは、このMTJを有する磁気抵抗素子をメモリセルとして用い、その抵抗値の変化を利用することによってデータを不揮発的に記憶する。例えば、反平行状態はデータ“1”に対応付けられ、平行状態はデータ“0”に対応付けられる。メモリセルに対するデータの書き込みは、フリー層の磁化の向きを反転させることによって行われる。   The resistance value (R + ΔR) of the MTJ when the magnetization directions of the pinned layer and the free layer are “anti-parallel” is larger than the resistance value (R) when they are “parallel” due to the magnetoresistance effect. It is known. The MRAM uses the magnetoresistive element having the MTJ as a memory cell, and stores data in a nonvolatile manner by utilizing the change in the resistance value. For example, the antiparallel state is associated with data “1”, and the parallel state is associated with data “0”. Data is written to the memory cell by reversing the magnetization direction of the free layer.

MRAMに対するデータの書き込み方法として、従来、「アステロイド方式」や「トグル方式」が知られている。これらの書き込み方式によれば、メモリセルサイズにほぼ反比例して、フリー層の磁化を反転させるために必要な反転磁界が大きくなる。つまり、メモリセルが微細化されるにつれて、書き込み電流が増加する傾向にある。   Conventionally, “asteroid method” and “toggle method” are known as methods of writing data to the MRAM. According to these write methods, the reversal magnetic field necessary for reversing the magnetization of the free layer increases in inverse proportion to the memory cell size. That is, the write current tends to increase as the memory cell is miniaturized.

微細化に伴う書き込み電流の増加を抑制することができる書き込み方式として、「スピン注入(spin transfer)方式」が提案されている(例えば、特開2005−93488号公報、J. C. Slonczewski, "Current-driven excitation of magnetic multilayers", Journal of Magnetism and Magnetic Materials, 159, L1-L7, 1996.を参照)。スピン注入方式によれば、強磁性導体にスピン偏極電流(spin-polarized current)が注入され、その電流を担う伝導電子のスピンと導体の磁気モーメントとの間の直接相互作用によって磁化が反転する(以下、「スピン注入磁化反転:Spin Transfer Magnetization Switching」と参照される)。   A “spin transfer method” has been proposed as a write method capable of suppressing an increase in write current due to miniaturization (for example, Japanese Patent Laid-Open No. 2005-93488, JC Slonczewski, “Current-driven”). excitation of magnetic multilayers ", Journal of Magnetism and Magnetic Materials, 159, L1-L7, 1996.). According to the spin injection method, a spin-polarized current is injected into the ferromagnetic conductor, and the magnetization is reversed by a direct interaction between the spin of the conduction electron carrying the current and the magnetic moment of the conductor. (Hereinafter referred to as “Spin Transfer Magnetization Switching”).

米国特許第6834005号には、スピン注入を利用した磁気シフトレジスタが開示されている。この磁気シフトレジスタは、磁性体中の磁壁(domain wall)を利用して情報を記憶する。多数の領域(磁区)に分けられた磁性体において、磁壁を通過するように電流が注入され、その電流により磁壁が移動する。各領域の磁化の向きが、記録データとして扱われる。このような磁気シフトレジスタは、例えば、大量のシリアルデータの記録に利用される。磁性体中の磁壁の移動は、Yamaguchi et al., "Real-Space Observation of Current-Driven Domain Wall Motion in Submicron Magnetic Wires", PRL, Vol. 92, pp. 077205-1-4, 2004.にも報告されている。   US Pat. No. 6,834,005 discloses a magnetic shift register utilizing spin injection. This magnetic shift register stores information using a domain wall in a magnetic material. In a magnetic material divided into a large number of regions (magnetic domains), a current is injected so as to pass through the domain wall, and the domain wall is moved by the current. The magnetization direction of each region is treated as recorded data. Such a magnetic shift register is used, for example, for recording a large amount of serial data. The movement of domain walls in magnetic materials is also described in Yamaguchi et al., “Real-Space Observation of Current-Driven Domain Wall Motion in Submicron Magnetic Wires”, PRL, Vol. 92, pp. 077205-1-4, 2004. It has been reported.

このようなスピン注入による電流駆動磁壁移動(Current-Driven Domain Wall Motion)を利用した「磁壁移動型のMRAM」が、例えば、特開2005−191032号公報、特開2006−005308号公報、特開2006−269885号公報、特開2006−303159号公報、国際公開WO/2007/020823、及び、Numata et al., "Magnetic Configuration of A New Memory Cell Utilizing Domain Wall Motion", Intermag 2006 Digest, HQ-03.に記載されている。   “Domain wall motion type MRAM” using such current-driven domain wall motion by spin injection is disclosed in, for example, Japanese Patent Laid-Open Nos. 2005-191032, 2006-005308, and Japanese Patent Laid-Open No. 2006-005308. 2006-269885, JP-A-2006-303159, International Publication WO / 2007/020823, and Numata et al., "Magnetic Configuration of A New Memory Cell Utilizing Domain Wall Motion", Intermag 2006 Digest, HQ-03 .It is described in.

特開2005−191032号公報に記載されたMRAMは、磁化が固定された磁化固定層と、磁化固定層上に積層されたトンネル絶縁層と、トンネル絶縁層に積層された磁気記録層とを備える。図1は、その磁気記録層の構造を示している。図1において、磁気記録層は、直線形状を有している。具体的には、磁気記録層は、トンネル絶縁層及び磁化固定層と重なる接合部103、接合部103の両端に隣接するくびれ部104、及びくびれ部104に隣接形成された一対の磁化固定部101、102を有する。一対の磁化固定部101、102には、面内で互いに反対向きの固定磁化が付与されている。書き込みデータに応じた方向の書き込み電流を磁化固定部101、102の間に流すことにより、接合部103中で磁壁を移動させることができる。   An MRAM described in Japanese Patent Application Laid-Open No. 2005-191032 includes a magnetization fixed layer in which magnetization is fixed, a tunnel insulating layer stacked on the magnetization fixed layer, and a magnetic recording layer stacked on the tunnel insulating layer. . FIG. 1 shows the structure of the magnetic recording layer. In FIG. 1, the magnetic recording layer has a linear shape. Specifically, the magnetic recording layer includes a junction 103 overlapping the tunnel insulating layer and the magnetization fixed layer, a constriction 104 adjacent to both ends of the junction 103, and a pair of magnetization fixed portions 101 formed adjacent to the constriction 104. , 102. The pair of magnetization fixed portions 101 and 102 are provided with fixed magnetizations in opposite directions in the plane. The domain wall can be moved in the junction 103 by passing a write current in a direction corresponding to the write data between the magnetization fixed portions 101 and 102.

図2は、国際公開WO/2007/020823及び Numata et al., "Magnetic Configuration of A New Memory Cell Utilizing Domain Wall Motion", Intermag 2006 Digest, HQ-03.に記載された磁気メモリセルの磁気記録層の構造を示している。この磁気記録層は、U字型の形状を有している。具体的には、磁気記録層は、第1磁化固定領域111、第2磁化固定領域112、及び磁化反転領域113を有している。磁化反転領域113は、ピン層130とオーバーラップしている。磁化固定領域111、112は、Y方向に延びるように形成されており、その磁化の向きは同じ方向に固定されている。一方、磁化反転領域113は、X方向に延びるように形成されており、反転可能な磁化を有している。従って、磁壁が、第1磁化固定領域111と磁化反転領域113との境界B1、あるいは、第2磁化固定領域112と磁化反転領域113との境界B2に形成される。書き込みデータに応じた方向の書き込み電流を磁化固定領域111、112の間に流すことにより、磁化反転領域113中で磁壁を移動させることができる。   FIG. 2 shows a magnetic recording layer of a magnetic memory cell described in International Publication WO / 2007/020823 and Numata et al., “Magnetic Configuration of A New Memory Cell Utilizing Domain Wall Motion”, Intermag 2006 Digest, HQ-03. The structure of is shown. This magnetic recording layer has a U-shape. Specifically, the magnetic recording layer has a first magnetization fixed region 111, a second magnetization fixed region 112, and a magnetization switching region 113. The magnetization switching region 113 overlaps the pinned layer 130. The magnetization fixed regions 111 and 112 are formed so as to extend in the Y direction, and their magnetization directions are fixed in the same direction. On the other hand, the magnetization switching region 113 is formed so as to extend in the X direction and has reversible magnetization. Therefore, the domain wall is formed at the boundary B1 between the first magnetization fixed region 111 and the magnetization switching region 113 or at the boundary B2 between the second magnetization fixed region 112 and the magnetization switching region 113. The domain wall can be moved in the magnetization switching region 113 by flowing a write current in a direction corresponding to the write data between the magnetization fixed regions 111 and 112.

図2で示された構造において、磁化状態の初期化は次のように行われる。例えば、XY面内で斜め45度方向に十分大きさを有する初期化磁界が印加される。その初期磁界の印加が停止したあと、磁化固定領域111、112の磁化は+Y方向を向き、磁化反転領域113の磁化は+X方向を向く。このようにして、磁壁が境界B1に形成された状態が実現される。   In the structure shown in FIG. 2, the magnetization state is initialized as follows. For example, an initialization magnetic field having a sufficient magnitude in the direction of 45 degrees obliquely in the XY plane is applied. After the application of the initial magnetic field is stopped, the magnetizations of the magnetization fixed regions 111 and 112 face the + Y direction, and the magnetization of the magnetization switching region 113 faces the + X direction. In this way, a state in which the domain wall is formed at the boundary B1 is realized.

上述の電流駆動磁壁移動を利用したMRAMにおいて、書き込み電流を低減することは重要である。例えば、磁壁移動に最低限要する閾値電流密度は、概ね10A/cm程度であることが報告されている(Yamaguchi et al., "Real-Space Observation of Current-Driven Domain Wall Motion in Submicron Magnetic Wires", PRL, Vol. 92, pp. 077205-1-4, 2004.、特開2006−005308号公報参照)。磁壁移動が発生する層の幅が100nmであり、その膜厚が10nmの場合、最低限必要な書き込み電流の大きさは1mAである。書き込み電流を更に低減するために、膜厚を小さくすることが考えられる。しかしながら、膜厚が小さくなると、磁壁移動に要する閾値電流密度が増加してしまうことも報告されている(例えば、Yamaguchi et al., "Reduction of Threshold Current Density for Current-Driven Domain Wall Motion using Shape Control", Japanese Journal of Applied Physics, vol.45, No.5A, pp.3850-3853, 2006.参照)。In the MRAM using the above-described current-driven domain wall motion, it is important to reduce the write current. For example, it has been reported that the minimum threshold current density required for domain wall motion is approximately 10 8 A / cm 2 (Yamaguchi et al., “Real-Space Observation of Current-Driven Domain Wall Motion in Submicron Magnetic Wires ", PRL, Vol. 92, pp. 077205-1-4, 2004. JP-A-2006-005308). When the width of the layer in which the domain wall motion occurs is 100 nm and the film thickness is 10 nm, the minimum required write current is 1 mA. In order to further reduce the write current, it is conceivable to reduce the film thickness. However, it has also been reported that the threshold current density required for domain wall motion increases as the film thickness decreases (for example, Yamaguchi et al., “Reduction of Threshold Current Density for Current-Driven Domain Wall Motion using Shape Control ", Japanese Journal of Applied Physics, vol.45, No.5A, pp.3850-3853, 2006.).

Ravelosona et al., "Threshold currents to move domain walls in films with perpendicular anisotropy", Applied Physics Letters, 90, 072508, 2007.には、垂直磁気異方性(perpendicular magnetic anisotropy)を有する膜における磁壁移動が記載されている。当該文献では、磁壁移動に要する閾値電流密度が10A/cmのオーダーとなることが報告されている。従って、垂直磁気異方性を有する磁気記録層を用いることにより、書き込み電流が低減されることが期待される。Ravelosona et al., "Threshold currents to move domain walls in films with perpendicular anisotropy", Applied Physics Letters, 90, 072508, 2007. describes domain wall motion in films with perpendicular magnetic anisotropy. Has been. In this document, it is reported that the threshold current density required for domain wall motion is on the order of 10 6 A / cm 2 . Therefore, it is expected that the write current is reduced by using a magnetic recording layer having perpendicular magnetic anisotropy.

上述の通り、垂直磁気異方性を有する磁性体膜(以下、「垂直磁化膜(perpendicular magnetic film)」と参照される)の場合、面内磁気異方性の場合と比べて、磁壁移動に要する閾値電流密度が小さくなる。従って、磁壁移動型のMRAMにおいて、磁気記録層として垂直磁化膜を用いることにより、書き込み電流が低減されることが期待される。   As described above, in the case of a magnetic film having perpendicular magnetic anisotropy (hereinafter referred to as “perpendicular magnetic film”), it is more effective in moving the domain wall than in the case of in-plane magnetic anisotropy. The required threshold current density is reduced. Therefore, in the domain wall motion type MRAM, it is expected that the write current is reduced by using the perpendicular magnetization film as the magnetic recording layer.

図1で示された構造に、垂直磁気異方性を有する垂直磁化膜が適用された場合を想定する。図3A及び図3Bのそれぞれは、想定される磁気記録層の構造を示す平面図及び断面図である。図3A及び図3Bにおいて、磁気記録層は、XY平面上に形成されており、直線形状を有している。具体的には、磁気記録層は、接合部123、接合部123の両端に隣接するくびれ部124、及びくびれ部124に隣接形成された一対の磁化固定部121、122を有する。一対の磁化固定部121、122には、互いに反対向きの固定磁化が付与される。例えば、磁化固定部121及び122の磁化は、それぞれ膜面に垂直な+Z方向及び−Z方向に固定される。接合部123の磁化の向きが−Z方向の場合、接合部123と磁化固定部121との間のくびれ部124に磁壁DWが形成される。一方、接合部123の磁化の向きが+Z方向の場合、接合部123と磁化固定部122との間のくびれ部124に磁壁DWが形成される。くびれ部124は、磁壁DWに対してピンポテンシャルとして働く。   Assume that a perpendicular magnetization film having perpendicular magnetic anisotropy is applied to the structure shown in FIG. FIG. 3A and FIG. 3B are a plan view and a cross-sectional view, respectively, showing the assumed structure of the magnetic recording layer. 3A and 3B, the magnetic recording layer is formed on the XY plane and has a linear shape. Specifically, the magnetic recording layer includes a joint portion 123, a constricted portion 124 adjacent to both ends of the joint portion 123, and a pair of magnetization fixed portions 121 and 122 formed adjacent to the constricted portion 124. The pair of magnetization fixed portions 121 and 122 are provided with fixed magnetizations in opposite directions. For example, the magnetizations of the magnetization fixed portions 121 and 122 are fixed in the + Z direction and the −Z direction perpendicular to the film surface, respectively. When the magnetization direction of the bonding portion 123 is in the −Z direction, the domain wall DW is formed in the constricted portion 124 between the bonding portion 123 and the magnetization fixed portion 121. On the other hand, when the magnetization direction of the bonding portion 123 is the + Z direction, the domain wall DW is formed in the constricted portion 124 between the bonding portion 123 and the magnetization fixed portion 122. The constricted part 124 works as a pin potential with respect to the domain wall DW.

上述の通り、磁壁移動型のMRAMを実現するためには、磁気記録層中の所定の領域の磁化の向きを固定し、その磁気記録層中に磁壁DWを生成する必要がある。そのような処理は、以下「初期化」と参照される。磁気記録層の初期化を容易に且つ安定的に行うことは、製造コストや信頼性等の観点から重要である。   As described above, in order to realize the domain wall motion type MRAM, it is necessary to fix the magnetization direction of a predetermined region in the magnetic recording layer and generate the domain wall DW in the magnetic recording layer. Such processing is hereinafter referred to as “initialization”. It is important to easily and stably initialize the magnetic recording layer from the viewpoints of manufacturing cost and reliability.

既出の図1で示された構造の場合、磁気記録層は面内磁気異方性を有しており、磁化固定部101、102の磁化をX軸に沿って逆向きに固定する必要がある。しかしながら、磁化を逆向きに固定することは一般的に困難である。但し、図2で示されたU字形状を有する構造の場合、磁化固定領域111、112の磁化はY軸に沿って同じ向きに固定されるため、磁気記録層の初期化は比較的容易である。   In the case of the structure shown in FIG. 1, the magnetic recording layer has in-plane magnetic anisotropy, and it is necessary to fix the magnetization of the magnetization fixed portions 101 and 102 in the opposite direction along the X axis. . However, it is generally difficult to fix the magnetization in the opposite direction. However, in the case of the U-shaped structure shown in FIG. 2, the magnetization of the magnetization fixed regions 111 and 112 is fixed in the same direction along the Y axis, so that the initialization of the magnetic recording layer is relatively easy. is there.

一方、図3A及び図3Bで示された構造の場合、磁気記録層は垂直磁気異方性を有している。この場合、磁化固定部121、122の磁化をZ軸に沿って逆向きに固定する必要がある。従って、磁気記録層の初期化は困難である。磁気記録層がXY面内においてU字形状を有していたとしても同様である。   On the other hand, in the case of the structure shown in FIGS. 3A and 3B, the magnetic recording layer has perpendicular magnetic anisotropy. In this case, it is necessary to fix the magnetization of the magnetization fixing portions 121 and 122 in the opposite direction along the Z axis. Therefore, it is difficult to initialize the magnetic recording layer. The same applies even if the magnetic recording layer has a U shape in the XY plane.

本発明の1つの目的は、垂直磁気異方性を有する磁気記録層において、磁化の固定(初期化)を容易に実現することができる技術を提供することにある。   One object of the present invention is to provide a technique capable of easily realizing magnetization fixation (initialization) in a magnetic recording layer having perpendicular magnetic anisotropy.

本発明の第1の観点において、磁気記録装置が提供される。その磁気記録装置は、垂直磁気異方性を有する強磁性層である磁気記録層を備える。磁気記録層は、磁化反転領域と、磁化反転領域の第1境界に接続され磁化の向きが第1方向に固定された第1磁化固定領域と、磁化反転領域の第2境界に接続され磁化の向きが第1方向と逆の第2方向に固定された第2磁化固定領域と、を有する。磁気記録層が形成される面内において、磁気記録層の周縁に対する接線の傾きの符号を考える。このとき、第1磁化固定領域に関する上記符号のマジョリティは、第2磁化固定領域に関する上記符号のマジョリティの逆である。   In a first aspect of the present invention, a magnetic recording device is provided. The magnetic recording device includes a magnetic recording layer that is a ferromagnetic layer having perpendicular magnetic anisotropy. The magnetic recording layer includes a magnetization reversal region, a first magnetization fixed region that is connected to the first boundary of the magnetization reversal region and the magnetization direction is fixed in the first direction, and a second magnetization boundary that is connected to the second boundary of the magnetization reversal region. A second magnetization fixed region whose direction is fixed in a second direction opposite to the first direction. Consider the sign of the slope of the tangent to the periphery of the magnetic recording layer in the plane on which the magnetic recording layer is formed. At this time, the majority of the above-mentioned sign relating to the first magnetization fixed region is opposite to the majority of the above-mentioned sign relating to the second magnetization fixed region.

本発明の第2の観点において、磁気記録装置が提供される。その磁気記録装置は、垂直磁気異方性を有する強磁性層である磁気記録層を備える。磁気記録層は、磁化反転領域と、磁化反転領域の第1境界に接続され磁化の向きが第1方向に固定された第1磁化固定領域と、磁化反転領域の第2境界に接続され、磁化の向きが第1方向と逆の第2方向に固定された第2磁化固定領域と、を有する。磁気記録層が形成される面内において、第1磁化固定領域及び第2磁化固定領域は長方形状を有する。第1磁化固定領域の短辺が延びる方向は、第2磁化固定領域の短辺が延びる方向と直交している。   In a second aspect of the present invention, a magnetic recording device is provided. The magnetic recording device includes a magnetic recording layer that is a ferromagnetic layer having perpendicular magnetic anisotropy. The magnetic recording layer is connected to a magnetization reversal region, a first magnetization fixed region connected to a first boundary of the magnetization reversal region and having a magnetization direction fixed in the first direction, and a second boundary of the magnetization reversal region, And a second magnetization fixed region fixed in a second direction opposite to the first direction. In the plane on which the magnetic recording layer is formed, the first magnetization fixed region and the second magnetization fixed region have a rectangular shape. The direction in which the short side of the first magnetization fixed region extends is orthogonal to the direction in which the short side of the second magnetization fixed region extends.

本発明の第3の観点において、磁気記録装置が提供される。その磁気記録装置は、垂直磁気異方性を有する強磁性層である磁気記録層を備える。磁気記録層は、第1磁化固定領域と第2磁化固定領域とを有する。磁気記録層が形成される面に平行な外部磁界が印加されたときを考える。このとき、第1磁化固定領域の磁化と第1磁化固定領域の端部に発生する反磁界との外積の符号のマジョリティは、第2磁化固定領域の磁化と第2磁化固定領域の端部に発生する反磁界との外積の符号のマジョリティの逆である。   In a third aspect of the present invention, a magnetic recording device is provided. The magnetic recording device includes a magnetic recording layer that is a ferromagnetic layer having perpendicular magnetic anisotropy. The magnetic recording layer has a first magnetization fixed region and a second magnetization fixed region. Consider a case where an external magnetic field parallel to the surface on which the magnetic recording layer is formed is applied. At this time, the majority of the sign of the outer product of the magnetization of the first magnetization fixed region and the demagnetizing field generated at the end of the first magnetization fixed region is the magnetization of the second magnetization fixed region and the end of the second magnetization fixed region. It is the opposite of the majority of the sign of the outer product with the demagnetizing field generated.

本発明の第4の観点において、垂直磁気異方性を有する強磁性層である磁気記録層における磁化固定方法が提供される。その磁気記録層は、第1磁化固定領域と第2磁化固定領域とを有する。磁化固定方法は、(A)磁気記録層が形成される面に平行な外部磁界を印加するステップと、(B)当該外部磁界の印加を停止するステップと、を含む。上記(A)ステップにおいて、第1磁化固定領域の磁化と第1磁化固定領域の端部に発生する反磁界との外積の符号のマジョリティは、第2磁化固定領域の磁化と第2磁化固定領域の端部に発生する反磁界との外積の総和の符号のマジョリティの逆である。   In a fourth aspect of the present invention, there is provided a magnetization pinning method in a magnetic recording layer which is a ferromagnetic layer having perpendicular magnetic anisotropy. The magnetic recording layer has a first magnetization fixed region and a second magnetization fixed region. The magnetization fixing method includes: (A) applying an external magnetic field parallel to the surface on which the magnetic recording layer is formed; and (B) stopping applying the external magnetic field. In the step (A), the majority of the sign of the outer product of the magnetization of the first magnetization fixed region and the demagnetizing field generated at the end of the first magnetization fixed region is the magnetization of the second magnetization fixed region and the second magnetization fixed region. Is the opposite of the majority of the sign of the sum of the outer products with the demagnetizing field generated at the end of.

本発明によれば、垂直磁気異方性を有する磁気記録層を備えた磁気記録装置が提供される。従って、面内磁気異方性の場合と比較して、書き込み電流が低減され、消費電力が削減される。更に、その垂直磁気異方性を有する磁気記録層において、磁化の固定と磁壁の生成(初期化)を容易に行うことが可能となる。その結果、製造コストが削減される。   According to the present invention, a magnetic recording device including a magnetic recording layer having perpendicular magnetic anisotropy is provided. Accordingly, the write current is reduced and the power consumption is reduced as compared with the case of in-plane magnetic anisotropy. Further, in the magnetic recording layer having the perpendicular magnetic anisotropy, the magnetization can be fixed and the domain wall can be easily generated (initialized). As a result, the manufacturing cost is reduced.

上記及び他の目的、長所、特徴は、次の図面と共に説明される本発明の実施の形態により明らかになるであろう。   The above and other objects, advantages, and features will become apparent from the embodiments of the present invention described in conjunction with the following drawings.

図1は、関連文献に記載されたMRAMの磁気記録層の構造を示す平面図である。FIG. 1 is a plan view showing the structure of the magnetic recording layer of the MRAM described in the related literature. 図2は、他の関連文献に記載されたMRAMの磁気記録層の構造を示す平面図である。FIG. 2 is a plan view showing the structure of the magnetic recording layer of the MRAM described in another related document. 図3Aは、垂直磁気異方性を有する磁気記録層の構造の一例を示す平面図である。FIG. 3A is a plan view showing an example of the structure of a magnetic recording layer having perpendicular magnetic anisotropy. 図3Bは、図3Aで示された磁気記録層の断面構造を示している。FIG. 3B shows a cross-sectional structure of the magnetic recording layer shown in FIG. 3A. 図4Aは、本発明の実施の形態に係る磁気メモリセルの構造を示す平面図である。FIG. 4A is a plan view showing the structure of the magnetic memory cell according to the exemplary embodiment of the present invention. 図4Bは、図4Aで示された磁気メモリセルの断面構造を示している。FIG. 4B shows a cross-sectional structure of the magnetic memory cell shown in FIG. 4A. 図5は、データ書き込みの原理を説明するための模式図である。FIG. 5 is a schematic diagram for explaining the principle of data writing. 図6は、垂直磁気異方性を有する磁性層の初期化の一例を示す平面図である。FIG. 6 is a plan view showing an example of initialization of a magnetic layer having perpendicular magnetic anisotropy. 図7は、垂直磁気異方性を有する磁性層の初期化の他の例を示す平面図である。FIG. 7 is a plan view showing another example of initialization of a magnetic layer having perpendicular magnetic anisotropy. 図8は、第1の実施の形態における磁気記録層の初期化を示す平面図である。FIG. 8 is a plan view showing initialization of the magnetic recording layer in the first embodiment. 図9は、第1の実施の形態における磁気記録層の初期化を示す平面図である。FIG. 9 is a plan view showing initialization of the magnetic recording layer in the first embodiment. 図10Aは、第2の実施の形態における磁気記録層の構造の一例を示す平面図である。FIG. 10A is a plan view showing an example of the structure of the magnetic recording layer in the second embodiment. 図10Bは、第2の実施の形態における磁気記録層の構造の他の例を示す平面図である。FIG. 10B is a plan view showing another example of the structure of the magnetic recording layer in the second embodiment. 図10Cは、第2の実施の形態における磁気記録層の構造の更に他の例を示す平面図である。FIG. 10C is a plan view showing still another example of the structure of the magnetic recording layer in the second embodiment. 図10Dは、第2の実施の形態における磁気記録層の構造の更に他の例を示す平面図である。FIG. 10D is a plan view showing still another example of the structure of the magnetic recording layer in the second embodiment. 図10Eは、第2の実施の形態における磁気記録層の構造の更に他の例を示す平面図である。FIG. 10E is a plan view showing still another example of the structure of the magnetic recording layer in the second embodiment. 図11Aは、第3の実施の形態における磁気記録層の構造の一例を示す平面図である。FIG. 11A is a plan view showing an example of the structure of the magnetic recording layer in the third embodiment. 図11Bは、第3の実施の形態における磁気記録層の構造の他の例を示す平面図である。FIG. 11B is a plan view showing another example of the structure of the magnetic recording layer in the third embodiment. 図11Cは、第3の実施の形態における磁気記録層の構造の更に他の例を示す平面図である。FIG. 11C is a plan view showing still another example of the structure of the magnetic recording layer in the third embodiment. 図12は、磁化固定領域と磁化反転領域との境界周辺における初期化の一例を示す拡大図である。FIG. 12 is an enlarged view showing an example of initialization around the boundary between the magnetization fixed region and the magnetization switching region. 図13は、磁化固定領域と磁化反転領域との境界周辺における初期化の他の例を示す拡大図である。FIG. 13 is an enlarged view showing another example of initialization around the boundary between the magnetization fixed region and the magnetization switching region. 図14Aは、第4の実施の形態における磁気記録層の構造の一例を示す平面図である。FIG. 14A is a plan view showing an example of the structure of the magnetic recording layer in the fourth embodiment. 図14Bは、第4の実施の形態における磁気記録層の構造の他の例を示す平面図である。FIG. 14B is a plan view showing another example of the structure of the magnetic recording layer in the fourth embodiment. 図15は、第5の実施の形態における磁気記録層の初期化を示す平面図である。FIG. 15 is a plan view showing the initialization of the magnetic recording layer in the fifth embodiment. 図16は、垂直磁気異方性を有する磁性層の初期化の更に他の例を示す平面図である。FIG. 16 is a plan view showing still another example of initialization of a magnetic layer having perpendicular magnetic anisotropy. 図17は、第6の実施の形態における磁気記録層の初期化を示す平面図である。FIG. 17 is a plan view showing the initialization of the magnetic recording layer in the sixth embodiment. 図18は、第7の実施の形態における磁気記録層の初期化を示す平面図である。FIG. 18 is a plan view showing the initialization of the magnetic recording layer in the seventh embodiment. 図19は、一般化された磁化領域に対する初期化を説明するための平面図である。FIG. 19 is a plan view for explaining initialization for a generalized magnetization region. 図20は、本発明の実施の形態に係るMRAMの回路構成の一例を示すブロック図である。FIG. 20 is a block diagram showing an example of a circuit configuration of the MRAM according to the embodiment of the present invention. 図21は、本発明の他の適用例を示す平面図である。FIG. 21 is a plan view showing another application example of the present invention.

添付図面を参照して、本発明の実施の形態に係る磁気記録装置を説明する。磁気記録装置としては、アレイ状に配置された複数の磁気メモリセルを備えるMRAMが例示される。磁気メモリセルの各々は、磁気抵抗効果を示す磁気抵抗素子を含んでいる。本発明の実施の形態において説明されるMRAMは、垂直磁気異方性を有する磁気記録層を用いた磁壁移動型のMRAMである。   A magnetic recording apparatus according to an embodiment of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings. An example of the magnetic recording device is an MRAM including a plurality of magnetic memory cells arranged in an array. Each of the magnetic memory cells includes a magnetoresistive element exhibiting a magnetoresistive effect. The MRAM described in the embodiment of the present invention is a domain wall motion type MRAM using a magnetic recording layer having perpendicular magnetic anisotropy.

1.磁気メモリセルの基本構造
図4A及び図4Bのそれぞれは、磁気メモリセル1(磁気抵抗素子)の構造の一例を示す平面図及び断面図である。磁気メモリセル1は、強磁性層である磁気記録層10、非磁性層であるトンネルバリヤ層20、及び強磁性層であるピン層(磁化固定層)30を備えている。磁気記録層10とピン層30は、トンネルバリヤ層20を介して互いに接続されている。これら磁気記録層10、トンネルバリヤ層20、及びピン層30は、それぞれXY平面に平行に形成されている。そして、磁気記録層10、トンネルバリヤ層20、及びピン層30は、XY平面に直交するZ軸方向に積層されている。
1. Basic Structure of Magnetic Memory Cell FIGS. 4A and 4B are a plan view and a cross-sectional view showing an example of the structure of the magnetic memory cell 1 (magnetoresistance element), respectively. The magnetic memory cell 1 includes a magnetic recording layer 10 that is a ferromagnetic layer, a tunnel barrier layer 20 that is a nonmagnetic layer, and a pinned layer (magnetization pinned layer) 30 that is a ferromagnetic layer. The magnetic recording layer 10 and the pinned layer 30 are connected to each other via the tunnel barrier layer 20. The magnetic recording layer 10, the tunnel barrier layer 20, and the pinned layer 30 are each formed in parallel to the XY plane. The magnetic recording layer 10, the tunnel barrier layer 20, and the pinned layer 30 are stacked in the Z-axis direction orthogonal to the XY plane.

トンネルバリヤ層20は、薄い絶縁膜であり、例えば、Al膜を酸化することにより得られるアルミナ酸化膜(Al−Ox)あるいは酸化マグネシウム(MgO)膜等である。トンネルバリヤ層20は、磁気記録層10とピン層30によって挟まれており、これら磁気記録層10、トンネルバリヤ層20、及びピン層30によって磁気トンネル接合(MTJ)が形成されている。   The tunnel barrier layer 20 is a thin insulating film, for example, an alumina oxide film (Al-Ox) or a magnesium oxide (MgO) film obtained by oxidizing an Al film. The tunnel barrier layer 20 is sandwiched between the magnetic recording layer 10 and the pinned layer 30, and the magnetic recording layer 10, the tunnel barrier layer 20, and the pinned layer 30 form a magnetic tunnel junction (MTJ).

磁気記録層10及びピン層30は、鉄(Fe)、コバルト(Co)、ニッケル(Ni)、あるいはこれらのうち少なくとも1つを含む合金からなる強磁性膜である。特に、本実施の形態において、磁気記録層10及びピン層30は、「垂直磁気異方性」を有する垂直磁化膜である。垂直磁化膜の磁化の向きは、概ね、当該膜が形成される面に直交する、すなわち、当該膜の法線方向と平行である。例えば図4A及び図4Bにおいて、磁気記録層10及びピン層30の磁化は、概ね+Z方向あるいは−Z方向を向く。   The magnetic recording layer 10 and the pinned layer 30 are ferromagnetic films made of iron (Fe), cobalt (Co), nickel (Ni), or an alloy containing at least one of these. In particular, in the present embodiment, the magnetic recording layer 10 and the pinned layer 30 are perpendicular magnetization films having “perpendicular magnetic anisotropy”. The direction of magnetization of the perpendicular magnetization film is generally orthogonal to the surface on which the film is formed, that is, parallel to the normal direction of the film. For example, in FIGS. 4A and 4B, the magnetizations of the magnetic recording layer 10 and the pinned layer 30 are generally in the + Z direction or the −Z direction.

垂直磁化膜がPtやPdを含む場合、垂直磁気異方性はより安定化し、好適である。それに加えて、B、C、N、O、Al、Si、P、Ti、V、Cr、Mn、Cu、Zn、Zr、Nb、Mo、Tc、Ru、Rh、Ag、Hf、Ta、W、Re、Os、Ir、Au、Smなどを添加することによって、垂直磁化膜が所望の磁気特性を発現するように調整を行うことができる。従って、磁気記録層10やピン層30の材料としては、Co、Co−Pt、Co−Pd、Co−Cr、Co−Pt−Cr、Co−Cr−Ta、Co−Cr−B、Co−Cr−Pt−B、Co−Cr−Ta−B、Co−V、Co−Mo、Co−W、Co−Ti、Co−Ru、Co−Rh、Fe−Pt、Fe−Pd、Fe−Co−Pt、Fe−Co−Pd、Sm−Coなどが例示される。あるいは、Fe、Co、Niのうちから選択される少なくとも一つの材料を含む層が、別の層と積層されてもよい。この場合、Co/Pd、Co/Pt、Fe/Auなどの積層構造が例示される。磁気記録層10やピン層30の一部、特にトンネルバリヤ層20と接する部分に、CoFeやCoFeBなどTMR効果の大きな材料を用いても良い。   When the perpendicular magnetization film contains Pt or Pd, the perpendicular magnetic anisotropy is more stabilized and preferable. In addition, B, C, N, O, Al, Si, P, Ti, V, Cr, Mn, Cu, Zn, Zr, Nb, Mo, Tc, Ru, Rh, Ag, Hf, Ta, W, By adding Re, Os, Ir, Au, Sm, or the like, adjustment can be performed so that the perpendicular magnetization film exhibits desired magnetic characteristics. Therefore, the materials of the magnetic recording layer 10 and the pinned layer 30 include Co, Co—Pt, Co—Pd, Co—Cr, Co—Pt—Cr, Co—Cr—Ta, Co—Cr—B, and Co—Cr. -Pt-B, Co-Cr-Ta-B, Co-V, Co-Mo, Co-W, Co-Ti, Co-Ru, Co-Rh, Fe-Pt, Fe-Pd, Fe-Co-Pt , Fe—Co—Pd, Sm—Co and the like. Alternatively, a layer containing at least one material selected from Fe, Co, and Ni may be stacked with another layer. In this case, a laminated structure of Co / Pd, Co / Pt, Fe / Au, etc. is exemplified. A material having a large TMR effect, such as CoFe or CoFeB, may be used for a part of the magnetic recording layer 10 or the pinned layer 30, particularly a part in contact with the tunnel barrier layer 20.

ピン層30の磁化の向きは、書き込み、及び、読出し動作によって変化しない。そのため、ピン層30の磁気異方性は、磁気記録層10のものよりも大きいことが望ましい。これは、磁気記録層10とピン層30の材料、組成を変えることにより実現され得る。また、ピン層30のトンネルバリヤ層20とは反対側の面上に、ピン層30の磁化方向を固定するための周知の反強磁性層が積層されてもよい。また、ピン層30は、強磁性層、非磁性層、強磁性層が順に積層された積層膜であってもよい。このとき、非磁性層の材料としては、Ru、Cuなどが用いられる。2つの強磁性層の磁化の向きは互いに反平行であり、2つの強磁性層の磁化を等しくすれば、ピン層30からの漏洩磁界を抑制することができる。   The magnetization direction of the pinned layer 30 is not changed by writing and reading operations. Therefore, the magnetic anisotropy of the pinned layer 30 is desirably larger than that of the magnetic recording layer 10. This can be realized by changing materials and compositions of the magnetic recording layer 10 and the pinned layer 30. A known antiferromagnetic layer for fixing the magnetization direction of the pinned layer 30 may be laminated on the surface of the pinned layer 30 opposite to the tunnel barrier layer 20. The pinned layer 30 may be a laminated film in which a ferromagnetic layer, a nonmagnetic layer, and a ferromagnetic layer are laminated in this order. At this time, Ru, Cu or the like is used as the material of the nonmagnetic layer. The magnetization directions of the two ferromagnetic layers are antiparallel to each other, and the leakage magnetic field from the pinned layer 30 can be suppressed by making the magnetizations of the two ferromagnetic layers equal.

図4A及び図4Bに示されるように、実施の形態に係る磁気記録層10は、3つの異なる領域である第1磁化固定領域11、第2磁化固定領域12、及び磁化反転領域13を有している。磁化反転領域13は、第1磁化固定領域11と第2磁化固定領域12の間をつなぐようにX軸に沿って延びている。第1磁化固定領域11及び第2磁化固定領域12は、磁化反転領域13を挟んで両側に形成されている。より詳細には、第1磁化固定領域11と磁化反転領域13は、第1境界B1において互いに接触しており、第2磁化固定領域12と磁化反転領域13は、第2境界B2において互いに接触している。磁化反転領域13の第1境界B1と第2境界B2は、X軸と交差する対向する両側面と一致している。尚、X軸は、第1境界B1と第2境界B2との間を最短距離で結ぶ線に平行である。Y軸は、X軸とZ軸に直交している。   4A and 4B, the magnetic recording layer 10 according to the embodiment includes a first magnetization fixed region 11, a second magnetization fixed region 12, and a magnetization switching region 13 which are three different regions. ing. The magnetization switching region 13 extends along the X axis so as to connect between the first magnetization fixed region 11 and the second magnetization fixed region 12. The first magnetization fixed region 11 and the second magnetization fixed region 12 are formed on both sides of the magnetization switching region 13. More specifically, the first magnetization fixed region 11 and the magnetization switching region 13 are in contact with each other at the first boundary B1, and the second magnetization fixed region 12 and the magnetization switching region 13 are in contact with each other at the second boundary B2. ing. The first boundary B1 and the second boundary B2 of the magnetization switching region 13 coincide with opposite side surfaces that intersect with the X axis. The X axis is parallel to a line connecting the first boundary B1 and the second boundary B2 with the shortest distance. The Y axis is orthogonal to the X axis and the Z axis.

第1磁化固定領域11、第2磁化固定領域12、及び磁化反転領域13は、同一平面(XY面)上に形成されている。これらのうち磁化反転領域13が、図4Bに示されるように、ピン層30とオーバーラップしている。言い換えれば、磁気記録層10の一部である磁化反転領域13が、トンネルバリヤ層20を介してピン層30に接続されており、MTJの一部を担っている。   The first magnetization fixed region 11, the second magnetization fixed region 12, and the magnetization switching region 13 are formed on the same plane (XY plane). Of these, the magnetization switching region 13 overlaps the pinned layer 30 as shown in FIG. 4B. In other words, the magnetization switching region 13 which is a part of the magnetic recording layer 10 is connected to the pinned layer 30 via the tunnel barrier layer 20 and bears a part of the MTJ.

図4A及び図4Bには、各領域の磁化の向きの一例が矢印によって示されている。磁気記録層10において、第1磁化固定領域11及び第2磁化固定領域12の磁化の向きは、固定されている。特に、第1磁化固定領域11の磁化と第2磁化固定領域12の磁化は、逆向き(反平行)に固定されている。上述の通り、磁気記録層10が垂直磁気異方性を有するため、第1磁化固定領域11と第2磁化固定領域12の磁化は、Z方向に沿って逆向きに固定される。図4A及び図4Bで示された例では、第1磁化固定領域11の磁化は−Z方向に固定されており、第2磁化固定領域12の磁化は+Z方向に固定されている。尚、「磁化が固定されている」とは、書き込み動作の前後で磁化の方向が変わらないことを意味する。書き込み動作中に、磁化固定領域の一部の磁化の方向が変化しても、書き込み動作終了後には元に戻る。   In FIG. 4A and FIG. 4B, an example of the direction of magnetization in each region is indicated by an arrow. In the magnetic recording layer 10, the magnetization directions of the first magnetization fixed region 11 and the second magnetization fixed region 12 are fixed. In particular, the magnetization of the first magnetization fixed region 11 and the magnetization of the second magnetization fixed region 12 are fixed in opposite directions (antiparallel). As described above, since the magnetic recording layer 10 has perpendicular magnetic anisotropy, the magnetizations of the first magnetization fixed region 11 and the second magnetization fixed region 12 are fixed in the opposite directions along the Z direction. In the example shown in FIGS. 4A and 4B, the magnetization of the first magnetization fixed region 11 is fixed in the −Z direction, and the magnetization of the second magnetization fixed region 12 is fixed in the + Z direction. Note that “magnetization is fixed” means that the magnetization direction does not change before and after the write operation. Even if the magnetization direction of a part of the magnetization fixed region changes during the write operation, it returns to the original state after the write operation is completed.

一方、磁化反転領域13は、反転可能な磁化を有している。つまり、磁化反転領域13の磁化の向きは、+Z方向あるいは−Z方向となることが許される。図4A及び図4Bで示された例では、磁化反転領域13の磁化の向きは−Z方向である。この場合、第1磁化固定領域11と磁化反転領域13が1つの磁区(magnetic domain)を形成し、第2磁化固定領域12が別の磁区を形成する。従って、第2磁化固定領域12と磁化反転領域13との間の第2境界B2に磁壁(domain wall)DWが形成される。一方、磁化反転領域13の磁化の向きが+Z方向の場合、第2磁化固定領域12と磁化反転領域13が1つの磁区を形成し、第1磁化固定領域11が別の磁区を形成する。従って、第1磁化固定領域11と磁化反転領域13との間の第1境界B1に磁壁DWが形成されることになる。   On the other hand, the magnetization switching region 13 has reversible magnetization. That is, the magnetization direction of the magnetization switching region 13 is allowed to be the + Z direction or the −Z direction. In the example shown in FIGS. 4A and 4B, the magnetization direction of the magnetization switching region 13 is the −Z direction. In this case, the first magnetization fixed region 11 and the magnetization switching region 13 form one magnetic domain, and the second magnetization fixed region 12 forms another magnetic domain. Accordingly, a domain wall DW is formed at the second boundary B <b> 2 between the second magnetization fixed region 12 and the magnetization switching region 13. On the other hand, when the magnetization direction of the magnetization switching region 13 is the + Z direction, the second magnetization fixed region 12 and the magnetization switching region 13 form one magnetic domain, and the first magnetization fixed region 11 forms another magnetic domain. Accordingly, the domain wall DW is formed at the first boundary B1 between the first magnetization fixed region 11 and the magnetization switching region 13.

このように、磁気記録層10において、磁壁DWが第1境界B1あるいは第2境界B2に形成される。第1境界B1が磁壁DWに対してピンポテンシャルとして働くのは、第1境界B1付近における第1磁化固定領域11の幅(Y軸方向)が、磁化反転領域13のものより大きいからである(図4A参照)。同様に、第2境界B2が磁壁DWに対してピンポテンシャルとして働くのは、第2境界B2付近における第2磁化固定領域12の幅(Y軸方向)が、磁化反転領域13のものより大きいからである(図4A参照)。ピンポテンシャルの形成のために、図3Aで示されたようなくびれ部が形成されてもよい。   Thus, in the magnetic recording layer 10, the domain wall DW is formed at the first boundary B1 or the second boundary B2. The reason why the first boundary B1 works as a pin potential with respect to the domain wall DW is that the width (Y-axis direction) of the first magnetization fixed region 11 near the first boundary B1 is larger than that of the magnetization switching region 13 ( (See FIG. 4A). Similarly, the second boundary B2 works as a pin potential with respect to the domain wall DW because the width (Y-axis direction) of the second magnetization fixed region 12 in the vicinity of the second boundary B2 is larger than that of the magnetization switching region 13. (See FIG. 4A). In order to form a pin potential, a constriction may be formed as shown in FIG. 3A.

ここで、上述のピン層30の磁化の向きが、−Z方向に固定されているとする。磁化反転領域13の磁化の向きが−Z方向の場合、すなわち、第2境界B2に磁壁DWが形成されている場合、ピン層30と磁化反転領域13の磁化は平行である。この平行状態は、MTJの抵抗値が比較的小さくなる状態であり、例えばデータ「0」に対応付けられる。一方、磁化反転領域13の磁化の向きが+Z方向の場合、すなわち、第1境界B1に磁壁DWが形成されている場合、ピン層30と磁化反転領域13の磁化は反平行である。この反平行状態は、MTJの抵抗値が比較的大きくなる状態であり、例えばデータ「1」に対応付けられる。このように、磁気記録層10中の磁壁DWの位置が、磁気メモリセル1に記録されているデータを反映している。   Here, it is assumed that the magnetization direction of the pinned layer 30 is fixed in the −Z direction. When the magnetization direction of the magnetization switching region 13 is in the −Z direction, that is, when the domain wall DW is formed at the second boundary B2, the magnetization of the pinned layer 30 and the magnetization switching region 13 is parallel. This parallel state is a state in which the MTJ resistance value is relatively small, and is associated with, for example, data “0”. On the other hand, when the magnetization direction of the magnetization switching region 13 is the + Z direction, that is, when the domain wall DW is formed at the first boundary B1, the magnetization of the pinned layer 30 and the magnetization switching region 13 is antiparallel. This antiparallel state is a state in which the resistance value of the MTJ is relatively large, and is associated with, for example, data “1”. As described above, the position of the domain wall DW in the magnetic recording layer 10 reflects the data recorded in the magnetic memory cell 1.

2.データ書き込み/データ読み出しの原理
次に、図5を参照して、磁気メモリセル1に対するデータ書き込み動作及びデータ読み出し動作を説明する。図5において、第1配線41が、磁気記録層10の第1磁化固定領域11に電気的に接続され、第2配線42が、第2磁化固定領域12に電気的に接続されている。また、読み出し配線50が、ピン層30に電気的に接続されている。
2. Data Writing / Data Reading Principle Next, a data writing operation and a data reading operation for the magnetic memory cell 1 will be described with reference to FIG. In FIG. 5, the first wiring 41 is electrically connected to the first magnetization fixed region 11 of the magnetic recording layer 10, and the second wiring 42 is electrically connected to the second magnetization fixed region 12. Further, the read wiring 50 is electrically connected to the pinned layer 30.

データ書き込みは、磁気記録層10の面内に書き込み電流を流し、磁壁DWを第1境界B1と第2境界B2の間で移動させることにより行われる(電流駆動磁壁移動:Current-Driven Domain Wall Motion)。そのために、第1配線41と第2配線42との間に所定の電位差が印加される。   Data writing is performed by passing a write current in the plane of the magnetic recording layer 10 and moving the domain wall DW between the first boundary B1 and the second boundary B2 (current-driven domain wall motion: Current-Driven Domain Wall Motion). ). Therefore, a predetermined potential difference is applied between the first wiring 41 and the second wiring 42.

データ「1」の書き込み時、書き込み電流は、第1配線41から磁気記録層10を通って第2配線42に流れ込む。この場合、磁気記録層10において、電子は、第2磁化固定領域12から第2境界B2を通して磁化反転領域13に流れ込む。すなわち、磁化反転領域13には、第2磁化固定領域12から+Z方向のスピン電子が注入される。スピン電子によるスピントランスファーの結果、磁化反転領域13の磁化は、第2境界B2近傍から徐々に+Z方向に反転し始める。このことは、磁壁DWが、第2境界B2から第1境界B1へ向けて移動することを意味する。書き込み電流が流れ続けると、磁壁DWは、磁化反転領域13を通り抜け、第1境界B1に到達する。磁壁DWは、ピンポテンシャルによって第1境界B1で停止する。   When data “1” is written, a write current flows from the first wiring 41 through the magnetic recording layer 10 to the second wiring 42. In this case, in the magnetic recording layer 10, electrons flow from the second magnetization fixed region 12 to the magnetization switching region 13 through the second boundary B2. That is, spin electrons in the + Z direction are injected into the magnetization switching region 13 from the second magnetization fixed region 12. As a result of the spin transfer by the spin electrons, the magnetization of the magnetization switching region 13 starts to be gradually reversed in the + Z direction from the vicinity of the second boundary B2. This means that the domain wall DW moves from the second boundary B2 toward the first boundary B1. When the write current continues to flow, the domain wall DW passes through the magnetization switching region 13 and reaches the first boundary B1. The domain wall DW stops at the first boundary B1 due to the pin potential.

一方、データ「0」の書き込み時、書き込み電流は、第2配線42から磁気記録層10を通って第1配線41に流れ込む。この場合、磁気記録層10において、電子は、第1磁化固定領域11から第1境界B1を通して磁化反転領域13に流れ込む。すなわち、磁化反転領域13には、第1磁化固定領域11から−Z方向のスピン電子が注入される。スピン電子によるスピントランスファーの結果、磁化反転領域13の磁化は、第1境界B1近傍から徐々に−Z方向に反転し始める。このことは、磁壁DWが、第1境界B1から第2境界B2へ向けて移動することを意味する。書き込み電流が流れ続けると、磁壁DWは、磁化反転領域13を通り抜け、第2境界B2に到達する。磁壁DWは、ピンポテンシャルによって第2境界B2で停止する。   On the other hand, when writing data “0”, the write current flows from the second wiring 42 through the magnetic recording layer 10 into the first wiring 41. In this case, in the magnetic recording layer 10, electrons flow from the first magnetization fixed region 11 to the magnetization switching region 13 through the first boundary B1. That is, spin electrons in the −Z direction are injected into the magnetization switching region 13 from the first magnetization fixed region 11. As a result of the spin transfer by the spin electrons, the magnetization of the magnetization switching region 13 starts to be gradually reversed in the −Z direction from the vicinity of the first boundary B1. This means that the domain wall DW moves from the first boundary B1 toward the second boundary B2. When the write current continues to flow, the domain wall DW passes through the magnetization switching region 13 and reaches the second boundary B2. The domain wall DW stops at the second boundary B2 due to the pin potential.

このように、磁化が逆向きに固定された第1磁化固定領域11及び第2磁化固定領域12は、異なるスピンを有する電子の供給源の役割を果たしている。そして、第1磁化固定領域11と第2磁化固定領域12との間を流れる書き込み電流により、磁気記録層10中の磁壁DWが、第1境界B1と第2境界B2との間を移動する。その結果、磁化反転領域13の磁化の方向がスイッチする。すなわち、電流駆動磁壁移動を利用した磁壁移動型のMRAMが実現される。書き込み電流がトンネルバリヤ層20を貫通しないため、トンネルバリヤ層20の劣化が抑制される。また、磁気記録層10が垂直磁気異方性を有しているため、面内磁気異方性の場合と比較して、書き込み電流が低減される。   Thus, the 1st magnetization fixed area | region 11 and the 2nd magnetization fixed area | region 12 by which magnetization was fixed in the reverse direction play the role of the supply source of the electron which has a different spin. Then, the domain wall DW in the magnetic recording layer 10 moves between the first boundary B1 and the second boundary B2 by the write current flowing between the first magnetization fixed region 11 and the second magnetization fixed region 12. As a result, the magnetization direction of the magnetization switching region 13 is switched. That is, a domain wall motion type MRAM using current-driven domain wall motion is realized. Since the write current does not penetrate the tunnel barrier layer 20, the deterioration of the tunnel barrier layer 20 is suppressed. In addition, since the magnetic recording layer 10 has perpendicular magnetic anisotropy, the write current is reduced as compared with the case of in-plane magnetic anisotropy.

データ読み出し動作は、次の通りである。データ読み出し時、読み出し電流は、トンネルバリヤ層20を通してピン層30と磁化反転領域13との間を流れるように供給される。例えば図5において、読み出し電流は、第2配線42から磁気記録層10に供給され、MTJ(磁化反転領域13、トンネルバリヤ層20、ピン層30)を貫通して、読み出し配線50に流れる。その読み出し電流、あるいは、読み出し電流に応じた読み出し電位を所定のリファレンスレベルと比較することにより、MTJの抵抗値の大小が検出される。すなわち、磁化反転領域13の磁化方向(+Z方向あるいは−Z方向)がセンスされ、磁気メモリセル1に記録されたデータ(「0」または「1」)がセンスされる。   The data read operation is as follows. At the time of data reading, a read current is supplied so as to flow between the pinned layer 30 and the magnetization switching region 13 through the tunnel barrier layer 20. For example, in FIG. 5, the read current is supplied from the second wiring 42 to the magnetic recording layer 10, passes through the MTJ (magnetization switching region 13, tunnel barrier layer 20, pinned layer 30) and flows to the read wiring 50. The magnitude of the MTJ resistance value is detected by comparing the read current or the read potential corresponding to the read current with a predetermined reference level. That is, the magnetization direction (+ Z direction or −Z direction) of the magnetization switching region 13 is sensed, and the data (“0” or “1”) recorded in the magnetic memory cell 1 is sensed.

以上に説明されたように、磁気メモリセル1は、データ「0」または「1」を記憶することができる。また、磁気記録層10の面内に書き込み電流を流すことにより、そのデータを書き換えることができる。このような磁気メモリセル1を実現するためには、磁化固定領域11、12の磁化の向きを固定し、磁気記録層10中に磁壁DWを生成する必要がある。つまり、磁気記録層10の磁化を初期化する必要がある。次節で説明されるように、本実施の形態に係る磁気記録層10は、初期化に適した形状を有している。   As described above, the magnetic memory cell 1 can store data “0” or “1”. Further, the data can be rewritten by passing a write current in the plane of the magnetic recording layer 10. In order to realize such a magnetic memory cell 1, it is necessary to fix the magnetization directions of the magnetization fixed regions 11 and 12 and generate the domain wall DW in the magnetic recording layer 10. That is, it is necessary to initialize the magnetization of the magnetic recording layer 10. As will be described in the next section, the magnetic recording layer 10 according to the present embodiment has a shape suitable for initialization.

3.磁気記録層
本発明において、磁気記録層10は垂直磁気異方性を有し、また、特有の平面形状を有している。以下、様々な実施の形態を挙げることにより、磁気記録層10及びその初期化方法(磁化固定方法)を説明する。
3. Magnetic Recording Layer In the present invention, the magnetic recording layer 10 has perpendicular magnetic anisotropy and has a specific planar shape. Hereinafter, the magnetic recording layer 10 and its initialization method (magnetization fixing method) will be described by giving various embodiments.

3−1.第1の実施の形態
第1の実施の形態において、磁気記録層10は、既出の図4Aで示されたような平面形状を有している。つまり、第1磁化固定領域11及び第2磁化固定領域12は、XY平面において平行四辺形の形状を有している。また、第1磁化固定領域11の形状と第2磁化固定領域12の形状は、Y軸に関して鏡面対称である。つまり、第1磁化固定領域11の平行四辺形の辺の傾きは、第2磁化固定領域12の平行四辺形の辺の傾きと正反対になっている。
3-1. First Embodiment In the first embodiment, the magnetic recording layer 10 has a planar shape as shown in FIG. 4A. That is, the first magnetization fixed region 11 and the second magnetization fixed region 12 have a parallelogram shape on the XY plane. Further, the shape of the first magnetization fixed region 11 and the shape of the second magnetization fixed region 12 are mirror-symmetric with respect to the Y axis. That is, the inclination of the parallelogram side of the first magnetization fixed region 11 is opposite to the inclination of the side of the parallelogram of the second magnetization fixed region 12.

このような平面形状による作用・効果を説明するために、まず図6を参照して、長方形状を有する磁化領域60の初期化を説明する。図6において、磁化領域60は、垂直磁気異方性を有しており、また、XY平面において長方形状を有している。この磁化領域60の辺は、Y軸と直交する上辺62a及び下辺62bを含んでいる。つまり、上辺62a及び下辺62bは、X軸と平行である。   In order to explain the action and effect of such a planar shape, first, initialization of the magnetized region 60 having a rectangular shape will be described with reference to FIG. In FIG. 6, the magnetized region 60 has perpendicular magnetic anisotropy and has a rectangular shape in the XY plane. The sides of the magnetized region 60 include an upper side 62a and a lower side 62b that are orthogonal to the Y axis. That is, the upper side 62a and the lower side 62b are parallel to the X axis.

磁化領域60の初期化において、まず、XY面に平行な強い外部磁界(面内磁界)が印加される。具体的には、+Y方向の外部磁界が印加される。その外部磁界の大きさが異方性磁界と同等以上であれば、磁化領域60の磁化61は+Y方向を向く。このとき、状態(A)で示されるように、磁化61によって、上辺62a及び下辺62b近傍には、それぞれ正負の磁極63a、63bが発生する。その結果、磁化領域60の端部、特に上辺62a、下辺62bのそれぞれの近傍には、反磁界(demagnetizing field)64a、64bがかかる。このとき、反磁界64a、64bの方向は、概ね磁化61の方向と反対であるが、磁化領域60のコーナー部付近においては、X成分を持つことに注意されたい。   In the initialization of the magnetization region 60, first, a strong external magnetic field (in-plane magnetic field) parallel to the XY plane is applied. Specifically, an external magnetic field in the + Y direction is applied. If the magnitude of the external magnetic field is equal to or greater than that of the anisotropic magnetic field, the magnetization 61 of the magnetization region 60 faces the + Y direction. At this time, as shown in the state (A), positive and negative magnetic poles 63a and 63b are generated near the upper side 62a and the lower side 62b by the magnetization 61, respectively. As a result, demagnetizing fields 64a and 64b are applied to the ends of the magnetized region 60, particularly in the vicinity of the upper side 62a and the lower side 62b. At this time, it should be noted that the directions of the demagnetizing fields 64 a and 64 b are generally opposite to the direction of the magnetization 61, but have an X component near the corner of the magnetization region 60.

次に、+Y方向の外部磁界の印加が停止される。これに応答して、磁化領域60内の磁化61は回転しはじめる。最終的には、垂直磁気異方性によって、磁化61は+Z方向、あるいは、−Z方向を向く。このときの磁化61の運動は、次の式(1)で表されるランダウ・リフシッツ・ギルバート(LLG)方程式により記述される。   Next, the application of the external magnetic field in the + Y direction is stopped. In response to this, the magnetization 61 in the magnetization region 60 starts to rotate. Ultimately, the magnetization 61 faces the + Z direction or the −Z direction due to the perpendicular magnetic anisotropy. The motion of the magnetization 61 at this time is described by the Landau-Lifschitz-Gilbert (LLG) equation expressed by the following equation (1).

Figure 2009019948
Figure 2009019948

ここで、Mは磁化ベクトル、Hは実効磁界、γはジャイロ磁気定数、αは減衰係数、Msは飽和磁化である。右辺第1項はトルク項、第2項は減衰項である。但し、α<<1であるので、磁化61の初期の振舞いは、トルク項(第1項)で定まる。実効磁界Hには、外部磁界、反磁界、異方性磁界、交換磁界などが含まれる。外部磁界の印加が停止した後、磁化61を駆動する実効磁界Hの主成分となるのは、反磁界である。   Here, M is a magnetization vector, H is an effective magnetic field, γ is a gyromagnetic constant, α is a damping coefficient, and Ms is a saturation magnetization. The first term on the right side is a torque term, and the second term is an attenuation term. However, since α << 1, the initial behavior of the magnetization 61 is determined by the torque term (first term). The effective magnetic field H includes an external magnetic field, a demagnetizing field, an anisotropic magnetic field, an exchange magnetic field, and the like. After the application of the external magnetic field is stopped, the main component of the effective magnetic field H that drives the magnetization 61 is a demagnetizing field.

状態(A)で示されるように、反磁界64a、64bの大部分は、+Y方向の磁化61と反平行であり、トルク項に寄与しない。但し、磁化領域60のコーナー部付近では反磁界64a、64bがX成分を有するため、そのX成分がトルク項に寄与する。すなわち、状態(B)で示されるように、磁化領域60のコーナー部付近で、トルク項によるトルク65が発生する。そのトルク65の方向は、+Z方向と−Z方向の両方を含んでいる。このトルク65と垂直磁気異方性により、コーナー部における磁化61は、トルク65の方向、すなわち、+Z方向あるいは−Z方向に向くようになる。   As shown in the state (A), most of the demagnetizing fields 64a and 64b are antiparallel to the magnetization 61 in the + Y direction and do not contribute to the torque term. However, since the demagnetizing fields 64a and 64b have an X component near the corner of the magnetized region 60, the X component contributes to the torque term. That is, as shown in the state (B), the torque 65 due to the torque term is generated near the corner portion of the magnetization region 60. The direction of the torque 65 includes both the + Z direction and the −Z direction. Due to the torque 65 and the perpendicular magnetic anisotropy, the magnetization 61 at the corner portion is directed in the direction of the torque 65, that is, the + Z direction or the −Z direction.

時間経過と共に、コーナー部付近の垂直磁化61は、その領域を拡げていく。最終的には、+Z方向の磁化61と−Z方向の磁化61が混在する状態が得られる(状態(C))。つまり、磁化領域60内に複数の垂直磁区が形成され、異なる磁区間に磁壁66が形成されてしまう。但し、状態(C)は、4つのコーナーからの垂直磁区の拡がりがほぼ等速である場合に発生する。欠陥や漏洩磁界などにより、磁区の広がりに差が出る場合には、左上と右下の磁区、あるいは、左下と右上の磁区同士が結合し、残りの磁区を駆逐する。結果として、状態(D)や状態(E)で示されるように、単一の垂直磁区が形成されることもある。   As time elapses, the perpendicular magnetization 61 near the corner expands the area. Ultimately, a state in which the magnetization 61 in the + Z direction and the magnetization 61 in the −Z direction are mixed is obtained (state (C)). That is, a plurality of perpendicular magnetic domains are formed in the magnetization region 60, and the domain wall 66 is formed in different magnetic sections. However, the state (C) occurs when the expansion of the vertical magnetic domains from the four corners is substantially constant. When there is a difference in the spread of magnetic domains due to defects, leakage magnetic fields, etc., the upper left and lower right magnetic domains, or the lower left and upper right magnetic domains are coupled together, and the remaining magnetic domains are expelled. As a result, a single perpendicular magnetic domain may be formed as shown in the state (D) or the state (E).

磁化領域60における磁区の拡がり方を制御することは困難である。つまり、磁化領域60の初期化の結果、状態(C)、状態(D)、あるいは状態(E)のどれが得られるかは確率的である。磁化状態が確率的に決定されることは、磁化領域60を所望の状態に設定する必要がある初期化処理においては好ましくない。   It is difficult to control how the magnetic domains expand in the magnetization region 60. That is, it is probabilistic which state (C), state (D), or state (E) is obtained as a result of the initialization of the magnetization region 60. It is not preferable that the magnetization state is determined stochastically in the initialization process in which the magnetization region 60 needs to be set to a desired state.

次に、図7を参照して、平行四辺形状の場合を説明する。図7において、磁化領域70は、垂直磁気異方性を有しており、また、XY平面において平行四辺形状を有している。この磁化領域70の辺は、X軸とY軸の双方に交差する上辺72a及び下辺72bを含んでいる。つまり、上辺72a及び下辺72bは、いずれもX軸と平行ではなく、それらのX軸に対する傾きは、いずれも正である。   Next, the case of the parallelogram shape will be described with reference to FIG. In FIG. 7, the magnetized region 70 has perpendicular magnetic anisotropy and has a parallelogram shape in the XY plane. The sides of the magnetized region 70 include an upper side 72a and a lower side 72b that intersect both the X axis and the Y axis. That is, the upper side 72a and the lower side 72b are not parallel to the X axis, and the inclinations with respect to the X axis are both positive.

図6の場合と同様に、+Y方向の外部磁界(面内磁界)が印加され、それにより、磁化領域70の磁化71は+Y方向を向く。このとき、状態(A)で示されるように、磁化71によって、上辺72a及び下辺72b近傍には、それぞれ正負の磁極73a、73bが発生する。その結果、上辺72a、下辺72bにほぼ直交するように、反磁界74a、74bがかかる。このとき、上辺72a、下辺72bがX軸から傾いているため、反磁界74a、74bの大部分は、+X成分を有する。   As in the case of FIG. 6, an external magnetic field (in-plane magnetic field) in the + Y direction is applied, whereby the magnetization 71 of the magnetization region 70 is directed in the + Y direction. At this time, as shown in the state (A), positive and negative magnetic poles 73a and 73b are generated near the upper side 72a and the lower side 72b by the magnetization 71, respectively. As a result, demagnetizing fields 74a and 74b are applied so as to be substantially orthogonal to the upper side 72a and the lower side 72b. At this time, since the upper side 72a and the lower side 72b are inclined from the X axis, most of the demagnetizing fields 74a and 74b have a + X component.

次に、+Y方向の外部磁界の印加が停止される。これに応答して、磁化領域70内の磁化71は回転しはじめる。上述の通り、反磁界74a、74bの大部分は、+X成分を有しており、トルク項に寄与する。その結果、状態(B)で示されるように、磁化領域70の端部付近で、トルク項によるトルク75が発生する。反磁界74a、74bの大部分が+X成分を有しているため、トルク75の大部分の方向は+Z方向である(式(1)参照)。   Next, the application of the external magnetic field in the + Y direction is stopped. In response to this, the magnetization 71 in the magnetization region 70 starts to rotate. As described above, most of the demagnetizing fields 74a and 74b have a + X component and contribute to the torque term. As a result, as shown in the state (B), a torque 75 due to a torque term is generated near the end of the magnetization region 70. Since most of the demagnetizing fields 74a and 74b have a + X component, the direction of most of the torque 75 is the + Z direction (see Expression (1)).

このトルク75と垂直磁気異方性により、上辺72a及び下辺72b近傍の磁化71は+Z方向を向くようになる。時間経過と共に、+Z方向の垂直磁化71は、その領域を拡げていく。最終的には、状態(C)で示されるように、磁化領域70全体にわたって、磁化71は+Z方向を向く。すなわち、+Z方向の単一磁区が得られる。   Due to the torque 75 and the perpendicular magnetic anisotropy, the magnetization 71 in the vicinity of the upper side 72a and the lower side 72b comes to the + Z direction. As time elapses, the perpendicular magnetization 71 in the + Z direction expands the region. Eventually, as shown in the state (C), the magnetization 71 is directed in the + Z direction over the entire magnetization region 70. That is, a single magnetic domain in the + Z direction is obtained.

以上に説明されたように、図7で示された例の場合、初期化の結果としての磁化領域70の磁化71の方向は、一方向(+Z方向)に定まる。それは、トルク75のマジョリティが、一方向(+Z方向)に偏っていたからである。上記式(1)のトルク項(第1項)を参照して言い換えると、次の通りである。磁化領域70に+Y方向の外部磁界(面内磁界)が印加されたとき、その磁化領域70の磁化71(M)と端部に発生する反磁界74a、74b(H)との外積の符号のマジョリティは、負に偏っている。その結果、トルク75(−M×H)のマジョリティが+Z方向に偏り、外部磁界の印加が停止した後、磁化領域70の全体にわたって磁化71が+Z方向を向いたのである。   As described above, in the case of the example shown in FIG. 7, the direction of the magnetization 71 of the magnetization region 70 as a result of the initialization is determined in one direction (+ Z direction). This is because the majority of the torque 75 is biased in one direction (+ Z direction). In other words, referring to the torque term (first term) in the above formula (1), it is as follows. When an external magnetic field (in-plane magnetic field) in the + Y direction is applied to the magnetization region 70, the sign of the outer product of the magnetization 71 (M) of the magnetization region 70 and the demagnetization fields 74a and 74b (H) generated at the ends Majority is negatively biased. As a result, the majority of the torque 75 (−M × H) is biased in the + Z direction, and after the application of the external magnetic field is stopped, the magnetization 71 is directed in the + Z direction over the entire magnetization region 70.

磁化領域70の一部において、反対方向(−Z方向)のトルクが発生していたとしても、それがマイノリティであれば問題はない。磁化過程において、マジョリティのトルクがマイノリティのトルクに打ち勝つため、磁化領域70の全体にわたって磁化71が同じ方向を向く。従って、磁化領域70の全領域にわたって、同じ方向のトルクを発生させる必要は必ずしもない。重要なことは、トルクのマジョリティが一方向に偏っていることである。このような「トルクのマジョリティ」あるいは「磁化と反磁界の外積の符号のマジョリティ」という概念が、以下の説明においてしばしば用いられる。   Even if a torque in the opposite direction (−Z direction) is generated in a part of the magnetized region 70, there is no problem as long as it is a minority. In the magnetization process, the majority torque overcomes the minority torque, so that the magnetization 71 is directed in the same direction throughout the magnetization region 70. Therefore, it is not always necessary to generate torque in the same direction over the entire region of the magnetized region 70. What is important is that the majority of the torque is biased in one direction. Such a concept of “majority of torque” or “majority of sign of outer product of magnetization and demagnetizing field” is often used in the following description.

図6で示された例では、磁化領域60において、+Z方向のトルク65と−Z方向のトルク65がほぼ同じ量だけ発生していた(状態(B)参照)。つまり、トルクのマジョリティが存在していなかった。そのため、状態(C)で示されるような多磁区構造が生成されたのである。あるいは、欠陥や漏洩磁界などの要因が、磁区構造に影響を及ぼしてしまう可能性があったのである(状態(D)、状態(E)参照)。初期化の結果としての磁化状態が確率に依存したのは、トルクのマジョリティが存在していなかったからである。逆に言えば、トルクのマジョリティを意図的に発生させることにより、所望の磁化状態を得ることができると考えられる。   In the example shown in FIG. 6, the torque 65 in the + Z direction and the torque 65 in the −Z direction are generated by substantially the same amount in the magnetization region 60 (see state (B)). In other words, there was no torque majority. Therefore, a multi-domain structure as shown in the state (C) is generated. Alternatively, factors such as defects and leakage magnetic fields may affect the magnetic domain structure (see state (D) and state (E)). The reason why the magnetization state as a result of the initialization depends on the probability is that there is no torque majority. In other words, it is considered that a desired magnetization state can be obtained by intentionally generating a majority of torque.

図6で示された例と図7で示された例とでは、磁化領域の平面形状に差異が存在する。この平面形状の差異が、トルクのマジョリティの有無、ひいては、初期化の結果の差異につながったと言える。従って、トルクのマジョリティが発生するように磁化領域の平面形状を設計することにより、確率に依存することなく初期化を行うことが可能となる。すなわち、初期化(磁化の固定)を、容易に且つ安定的に行うことが可能となる。   There is a difference in the planar shape of the magnetization region between the example shown in FIG. 6 and the example shown in FIG. It can be said that this difference in the planar shape led to the presence or absence of torque majority, and consequently the difference in the result of initialization. Therefore, it is possible to perform initialization without depending on the probability by designing the planar shape of the magnetization region so that the majority of torque is generated. That is, initialization (magnetization fixation) can be performed easily and stably.

図6で示された例では、印加される外部磁界の方向(+Y方向)と交差する辺は、上辺62a及び下辺62bである。それら上辺62a及び下辺62bは、X軸と平行である。一方、図7で示された例では、印加される外部磁界の方向(+Y方向)と交差する辺は、上辺72a及び下辺72bである。それら上辺72a及び下辺72bは、いずれもX軸と平行ではなく、それらのX軸に対する傾きは、いずれも正である。従って、上辺72a、下辺72bにほぼ直交するように反磁界74a、74bが発生するとき、その反磁界74a、74bの大部分が+X成分を有するようになる。結果として、トルクのマジョリティが発生することになる。   In the example shown in FIG. 6, the sides that intersect the direction of the applied external magnetic field (+ Y direction) are the upper side 62 a and the lower side 62 b. The upper side 62a and the lower side 62b are parallel to the X axis. On the other hand, in the example shown in FIG. 7, the sides that intersect the direction of the applied external magnetic field (+ Y direction) are the upper side 72a and the lower side 72b. Neither the upper side 72a nor the lower side 72b is parallel to the X axis, and the inclinations with respect to the X axis are both positive. Accordingly, when the demagnetizing fields 74a and 74b are generated so as to be substantially orthogonal to the upper side 72a and the lower side 72b, most of the demagnetizing fields 74a and 74b have a + X component. As a result, torque majority is generated.

このように、Y方向の面内磁界が印加されるとき、各辺の接線のX軸に対する傾きが重要となる。X軸に対する傾きの符号(正あるいは負)のマジョリティが、トルクのマジョリティに直結する。尚、図7において平行四辺形状は、Y軸と平行な辺も有している。その辺のX軸に対する傾きは無限大である。このような無限大の傾きは、ここでは考慮されない。それは、Y軸と平行な辺の近傍には、反磁界は発生しないからである。Y方向の面内磁界が印加されるときには、X軸に対する有限な傾きだけが考慮されればよい。   Thus, when the in-plane magnetic field in the Y direction is applied, the inclination of the tangent of each side with respect to the X axis is important. The majority of the sign (positive or negative) of inclination with respect to the X axis is directly connected to the majority of torque. In FIG. 7, the parallelogram shape also has a side parallel to the Y axis. The inclination of the side with respect to the X axis is infinite. Such an infinite slope is not considered here. This is because no demagnetizing field is generated near the side parallel to the Y axis. When an in-plane magnetic field in the Y direction is applied, only a finite tilt with respect to the X axis need be considered.

磁化領域の周縁(各辺)のX軸に対する有限な傾きの符号を考える。図7で示された例では、磁化領域70の周縁に関する符号のマジョリティは、「正」である。この場合、磁化領域70の初期化の結果、磁化71は+Z方向を向く。一方、符号のマジョリティが「負」場合、磁化71は−Z方向を向く。このように、初期化の結果は、「傾きの符号のマジョリティ」に依存する。逆に言えば、符号に関して所望のマジョリティが得られるように磁化領域の平面形状を設計することにより、初期化を制御することが可能となる。このような「傾きの符号のマジョリティ」という概念も、以下の説明においてしばしば用いられる。   Consider a sign of a finite inclination with respect to the X axis of the periphery (each side) of the magnetized region. In the example shown in FIG. 7, the majority of the signs related to the periphery of the magnetized region 70 is “positive”. In this case, as a result of the initialization of the magnetization region 70, the magnetization 71 faces the + Z direction. On the other hand, when the majority of the sign is “negative”, the magnetization 71 faces the −Z direction. As described above, the initialization result depends on the “majority of the sign of the slope”. In other words, the initialization can be controlled by designing the planar shape of the magnetization region so as to obtain a desired majority with respect to the sign. Such a concept of “majority of the sign of inclination” is also often used in the following description.

図8は、第1の実施の形態における磁気記録層10の初期化を示す平面図である。本実施の形態において、第1磁化固定領域11及び第2磁化固定領域12は、平行四辺形の形状を有している。第1磁化固定領域11の周縁は、X軸とY軸の双方に交差する上辺81a及び下辺81bを含んでいる。上辺81a及び下辺81bのX軸に対する傾きは等しく、いずれも「負」である。一方、第2磁化固定領域12の周縁は、X軸とY軸の双方に交差する上辺82a及び下辺82bを含んでいる。上辺82a及び下辺82bのX軸に対する傾きは等しく、いずれも「正」である。すなわち、上辺81a及び下辺81bの傾きの符号は、上辺82a及び下辺82bの傾きの符号の逆である。また、第1磁化固定領域11の形状と第2磁化固定領域12の形状は、Y軸に関して鏡面対称である。   FIG. 8 is a plan view showing initialization of the magnetic recording layer 10 according to the first embodiment. In the present embodiment, the first magnetization fixed region 11 and the second magnetization fixed region 12 have a parallelogram shape. The periphery of the first magnetization fixed region 11 includes an upper side 81a and a lower side 81b that intersect both the X axis and the Y axis. The inclinations of the upper side 81a and the lower side 81b with respect to the X-axis are equal and both are “negative”. On the other hand, the periphery of the second magnetization fixed region 12 includes an upper side 82a and a lower side 82b that intersect both the X axis and the Y axis. The inclinations of the upper side 82a and the lower side 82b with respect to the X-axis are equal and both are “positive”. That is, the signs of the slopes of the upper side 81a and the lower side 81b are opposite to the signs of the slopes of the upper side 82a and the lower side 82b. Further, the shape of the first magnetization fixed region 11 and the shape of the second magnetization fixed region 12 are mirror-symmetric with respect to the Y axis.

このような磁気記録層10の初期化の方法は、図7の場合と同様である。すなわち、まず、+Y方向に外部磁界(面内磁界)が印加される。これにより、第1磁化固定領域11の磁化80−1、第2磁化固定領域12の磁化80−2、及び磁化反転領域13の磁化80−3は、+Y方向を向く。このとき、状態(A)で示されるように、磁気記録層10の端部に反磁界がかかる。   The method for initializing the magnetic recording layer 10 is the same as that shown in FIG. That is, first, an external magnetic field (in-plane magnetic field) is applied in the + Y direction. Thereby, the magnetization 80-1 of the first magnetization fixed region 11, the magnetization 80-2 of the second magnetization fixed region 12, and the magnetization 80-3 of the magnetization switching region 13 are directed in the + Y direction. At this time, a demagnetizing field is applied to the end of the magnetic recording layer 10 as shown in the state (A).

第1磁化固定領域11の周縁に関して、傾きの符号のマジョリティは「負」である。従って、第1磁化固定領域11の端部に発生する反磁界84−1の大部分は、−X成分を有する。結果として、状態(B)で示されるように、第1磁化固定領域11に発生するトルク85−1の方向のマジョリティは、−Z方向となる。一方、第2磁化固定領域12の周縁に関して、傾きの符号のマジョリティは「正」である。従って、第2磁化固定領域12の端部に発生する反磁界84−2の大部分は、+X成分を有する。結果として、状態(B)で示されるように、第2磁化固定領域12に発生するトルク85−2の方向のマジョリティは、+Z方向となる。   Regarding the periphery of the first magnetization fixed region 11, the majority of the sign of the inclination is “negative”. Therefore, most of the demagnetizing field 84-1 generated at the end of the first magnetization fixed region 11 has a -X component. As a result, as shown in the state (B), the majority in the direction of the torque 85-1 generated in the first magnetization fixed region 11 is the -Z direction. On the other hand, with respect to the periphery of the second magnetization fixed region 12, the majority of the sign of the inclination is “positive”. Therefore, most of the demagnetizing field 84-2 generated at the end of the second magnetization fixed region 12 has a + X component. As a result, as shown in the state (B), the majority in the direction of the torque 85-2 generated in the second magnetization fixed region 12 is the + Z direction.

+Y方向の外部磁界の印加が停止すると、トルクと垂直磁気異方性により、磁気記録層10の磁化は+Z方向あるいは−Z方向を向く。具体的には、状態(C)で示されるように、第1磁化固定領域11の磁化80−1は、−Z方向のトルク85−1により、−Z方向を向く。一方、第2磁化固定領域12の磁化80−2は、+Z方向のトルク85−2により、+Z方向を向く。このように、+Y方向の外部磁界の印加及び停止だけで、磁化固定領域11、12の磁化の向きを、容易に逆方向に初期化することが可能となる。   When the application of the external magnetic field in the + Y direction is stopped, the magnetization of the magnetic recording layer 10 is directed in the + Z direction or the −Z direction due to torque and perpendicular magnetic anisotropy. Specifically, as shown in the state (C), the magnetization 80-1 of the first magnetization fixed region 11 is directed in the -Z direction by the torque 85-1 in the -Z direction. On the other hand, the magnetization 80-2 of the second magnetization fixed region 12 is directed in the + Z direction by the torque 85-2 in the + Z direction. As described above, the magnetization direction of the magnetization fixed regions 11 and 12 can be easily initialized in the reverse direction only by applying and stopping the external magnetic field in the + Y direction.

尚、図8中の状態(C)において、磁化反転領域13の磁化80−3は、第1磁化固定領域11と同じく−Z方向を向いており、磁壁DWは、第2磁化固定領域12と磁化反転領域13の間の第2境界B2に生成されている。しかしながら、磁化反転領域13の平面形状は長方形であるため、図6で示された例と同様に、磁化反転領域13の磁化状態は別の状態となる可能性がある。   In the state (C) in FIG. 8, the magnetization 80-3 of the magnetization switching region 13 is in the −Z direction like the first magnetization fixed region 11, and the domain wall DW is the same as the second magnetization fixed region 12. It is generated at the second boundary B2 between the magnetization switching regions 13. However, since the planar shape of the magnetization switching region 13 is a rectangle, the magnetization state of the magnetization switching region 13 may be in a different state as in the example shown in FIG.

図9は、磁化反転領域13が取り得る他の磁化状態の例を示している。状態(C1)では、磁化反転領域13の磁化80−3の向きは+Z方向であり、磁壁DWは、第1磁化固定領域11と磁化反転領域13の間の第1境界B1に生成されている。状態(C2)では、第1磁化固定領域11の側の磁化80−3が−Z方向を向き、第2磁化固定領域12の側の磁化80−3が+Z方向を向いている。従って、磁壁DWが、磁化反転領域13の中央付近に生成されている。状態(C3)では、第1磁化固定領域11の側の磁化80−3が+Z方向を向き、第2磁化固定領域12の側の磁化80−3が−Z方向を向いている。従って、磁気記録装置10の異なる位置に3つの磁壁DWが生成される。   FIG. 9 shows examples of other magnetization states that the magnetization switching region 13 can take. In the state (C1), the direction of the magnetization 80-3 of the magnetization switching region 13 is the + Z direction, and the domain wall DW is generated at the first boundary B1 between the first magnetization fixed region 11 and the magnetization switching region 13. . In the state (C2), the magnetization 80-3 on the first magnetization fixed region 11 side faces the −Z direction, and the magnetization 80-3 on the second magnetization fixed region 12 side faces the + Z direction. Therefore, the domain wall DW is generated near the center of the magnetization switching region 13. In the state (C3), the magnetization 80-3 on the first magnetization fixed region 11 side faces the + Z direction, and the magnetization 80-3 on the second magnetization fixed region 12 side faces the -Z direction. Accordingly, three domain walls DW are generated at different positions of the magnetic recording apparatus 10.

このように、図8で説明された処理だけでは、磁壁の位置や数の初期化には不十分な場合がある。磁壁の位置を確定させるためには、次の処理が実施されるとよい。すなわち、上述の+Y方向の外部磁界(第1外部磁界)の印加が終わった後、XY面に直交するZ方向に沿った外部磁界(第2外部磁界)が印加される。例えば、−Z方向の第2外部磁界を印加することにより、磁化反転領域13全体の磁化80−3が−Z方向を向き、図8で示された状態(C)が得られる。尚、このとき、第2外部磁界の大きさは、第2磁化固定領域12の磁化80−2(+Z方向)が反転しない程度に設定される。また、第2外部磁界の印加は、第1外部磁界の印加と同時であってもよい。   Thus, the processing described with reference to FIG. 8 alone may not be sufficient for initializing the position and number of domain walls. In order to determine the position of the domain wall, the following processing may be performed. That is, after the application of the external magnetic field in the + Y direction (first external magnetic field) is finished, an external magnetic field (second external magnetic field) along the Z direction orthogonal to the XY plane is applied. For example, by applying a second external magnetic field in the −Z direction, the magnetization 80-3 of the entire magnetization switching region 13 faces the −Z direction, and the state (C) shown in FIG. 8 is obtained. At this time, the magnitude of the second external magnetic field is set such that the magnetization 80-2 (+ Z direction) of the second magnetization fixed region 12 is not reversed. The application of the second external magnetic field may be performed simultaneously with the application of the first external magnetic field.

以上に説明されたように、本実施の形態に係る磁気記録層10は、初期化に適した特有の平面形状を有している。具体的には、XY平面において、磁気記録層10の周縁に対する接線の傾きの符号を考えたとき、第1磁化固定領域11に関する符号のマジョリティは、第2磁化固定領域12に関する符号のマジョリティの逆である。このような磁気記録層10に対してXY平面内の外部磁界を印加するだけで、磁化固定領域11、12の磁化の向きをZ方向に沿って逆向きに初期化することが可能となる。初期化の結果としての磁化固定領域11、12の磁化の向きは、確率には依存しておらず、安定的であると言える。つまり、本実施の形態によれば、垂直磁気異方性を有する磁気記録層10の初期化を、容易に且つ安定的に行うことが可能となる。その結果、製造コストが削減され、また、信頼性が向上する。   As described above, the magnetic recording layer 10 according to the present embodiment has a specific planar shape suitable for initialization. Specifically, in the XY plane, when the sign of the tangential slope with respect to the periphery of the magnetic recording layer 10 is considered, the majority of the sign related to the first magnetization fixed region 11 is the opposite of the majority of the sign related to the second magnetization fixed region 12. It is. By simply applying an external magnetic field in the XY plane to such a magnetic recording layer 10, the magnetization directions of the magnetization fixed regions 11 and 12 can be initialized in the reverse direction along the Z direction. It can be said that the magnetization directions of the magnetization fixed regions 11 and 12 as a result of initialization do not depend on the probability and are stable. That is, according to the present embodiment, it is possible to easily and stably initialize the magnetic recording layer 10 having perpendicular magnetic anisotropy. As a result, the manufacturing cost is reduced and the reliability is improved.

3−2.第2の実施の形態
第1磁化固定領域11及び第2磁化固定領域12の平面形状は、第1の実施の形態で示されたものに限られない。本質的には、第1磁化固定領域11の周縁に関する傾きの符号のマジョリティが、第2磁化固定領域12の周縁に関する傾きの符号のマジョリティの逆であればよい。第2の実施の形態では、磁化固定領域11、12の平面形状の様々な例が示される。尚、第1の実施の形態における構成と同じ構成には同一の参照番号が付され、重複する説明は適宜省略される。
3-2. Second Embodiment The planar shapes of the first magnetization fixed region 11 and the second magnetization fixed region 12 are not limited to those shown in the first embodiment. Essentially, the majority of the sign of the inclination with respect to the periphery of the first magnetization fixed region 11 may be opposite to the majority of the sign of the inclination with respect to the periphery of the second magnetization fixed region 12. In the second embodiment, various examples of the planar shape of the magnetization fixed regions 11 and 12 are shown. In addition, the same reference number is attached | subjected to the same structure as the structure in 1st Embodiment, and the overlapping description is abbreviate | omitted suitably.

図10Aにおいて、第1磁化固定領域11と第2磁化固定領域12とで大きさが異なっている。つまり、第1磁化固定領域11の形状と第2磁化固定領域12の形状は、Y軸に対して鏡面対称ではない。しかしながら、第1磁化固定領域11の上辺81a、下辺81bの傾きは共に「負」であり、第2磁化固定領域12の上辺82a、下辺82bの傾きは共に「正」である。よって、第1の実施の形態と同じ効果が得られる。   In FIG. 10A, the first magnetization fixed region 11 and the second magnetization fixed region 12 have different sizes. That is, the shape of the first magnetization fixed region 11 and the shape of the second magnetization fixed region 12 are not mirror-symmetric with respect to the Y axis. However, the slopes of the upper side 81a and the lower side 81b of the first magnetization fixed region 11 are both “negative”, and the slopes of the upper side 82a and the lower side 82b of the second magnetization fixed region 12 are both “positive”. Therefore, the same effect as the first embodiment can be obtained.

図10Bにおいて、第1磁化固定領域11と第2磁化固定領域12の平面形状は台形である。つまり、第1磁化固定領域11の上辺81a、下辺81b、第2磁化固定領域12の上辺82a、下辺82bの傾きは0である。しかしながら、第1磁化固定領域11は、X軸と交差し、第1境界B1と対向する左辺81cを有している。この左辺81cのX軸に対する傾きは「正」である。つまり、第1磁化固定領域11の周縁に関する傾きの符号のマジョリティは「正」である。一方、第2磁化固定領域12は、X軸と交差し、第2境界B2と対向する右辺82cを有している。この右辺82cのX軸に対する傾きは「負」である。つまり、第2磁化固定領域12の周縁に関する傾きの符号のマジョリティは「負」である。よって、第1の実施の形態と同じ効果が得られる。   In FIG. 10B, the planar shapes of the first magnetization fixed region 11 and the second magnetization fixed region 12 are trapezoids. That is, the slopes of the upper side 81a and the lower side 81b of the first magnetization fixed region 11 and the upper side 82a and the lower side 82b of the second magnetization fixed region 12 are zero. However, the first magnetization fixed region 11 has a left side 81c that intersects the X axis and faces the first boundary B1. The inclination of the left side 81c with respect to the X axis is “positive”. That is, the majority of the sign of the inclination with respect to the periphery of the first magnetization fixed region 11 is “positive”. On the other hand, the second magnetization fixed region 12 has a right side 82c that intersects the X axis and faces the second boundary B2. The inclination of the right side 82c with respect to the X axis is “negative”. That is, the majority of the sign of the inclination with respect to the periphery of the second magnetization fixed region 12 is “negative”. Therefore, the same effect as the first embodiment can be obtained.

図10Cにおいて、第1磁化固定領域11は、上辺81a、下辺81b、左辺81c、及び右辺81dを有している。全ての辺81a〜81dの傾きは「正」であり、それらの近傍で同じ+Z方向のトルクが得られる。同様に、第2磁化固定領域12は、上辺82a、下辺82b、右辺82c、左辺82dを有している。全ての辺82a〜82dの傾きは「負」であり、それらの近傍で同じ−Z方向のトルクが得られる。よって、第1の実施の形態と同じ効果が得られる。特に、全ての辺の近傍においてトルクが発生するため、初期化の成功確率が極めて高くなる。   In FIG. 10C, the first magnetization fixed region 11 has an upper side 81a, a lower side 81b, a left side 81c, and a right side 81d. The inclinations of all the sides 81a to 81d are “positive”, and the same torque in the + Z direction is obtained in the vicinity thereof. Similarly, the second magnetization fixed region 12 has an upper side 82a, a lower side 82b, a right side 82c, and a left side 82d. The inclinations of all the sides 82a to 82d are “negative”, and the same torque in the −Z direction is obtained in the vicinity thereof. Therefore, the same effect as the first embodiment can be obtained. In particular, since torque is generated in the vicinity of all sides, the success probability of initialization is extremely high.

図10Dにおいて、第1磁化固定領域11と第2磁化固定領域12の周縁は、曲線を含んでいる。この場合でも、周縁に対する接線の傾きが定義できる。第1磁化固定領域11の形状と第2磁化固定領域12の形状は、Y軸に関して鏡面対称である。第1磁化固定領域11の周縁に関する傾きの符号のマジョリティは「正」である。一方、第2磁化固定領域12の周縁に関する傾きの符号のマジョリティは「負」である。よって、第1の実施の形態と同じ効果が得られる。   In FIG. 10D, the periphery of the 1st magnetization fixed area | region 11 and the 2nd magnetization fixed area | region 12 contains the curve. Even in this case, the inclination of the tangent to the periphery can be defined. The shape of the first magnetization fixed region 11 and the shape of the second magnetization fixed region 12 are mirror-symmetric with respect to the Y axis. The majority of the sign of the inclination with respect to the periphery of the first magnetization fixed region 11 is “positive”. On the other hand, the majority of the sign of the inclination with respect to the periphery of the second magnetization fixed region 12 is “negative”. Therefore, the same effect as the first embodiment can be obtained.

図10Eにおいて、第1磁化固定領域11の周縁は平行四辺形であり、第2磁化固定領域12の周縁は曲線を含んでいる。第1磁化固定領域11の周縁に関する傾きの符号のマジョリティは「正」である。一方、第2磁化固定領域12の周縁に関する傾きの符号のマジョリティは「負」である。よって、第1の実施の形態と同じ効果が得られる。   In FIG. 10E, the periphery of the first magnetization fixed region 11 is a parallelogram, and the periphery of the second magnetization fixed region 12 includes a curve. The majority of the sign of the inclination with respect to the periphery of the first magnetization fixed region 11 is “positive”. On the other hand, the majority of the sign of the inclination with respect to the periphery of the second magnetization fixed region 12 is “negative”. Therefore, the same effect as the first embodiment can be obtained.

3−3.第3の実施の形態
第1の実施の形態においては、面内方向の第1外部磁界の印加の他に、Z方向に沿った第2外部磁界の印加が必要となる場合があった。第2外部磁界の印加プロセスを省略するためには、磁化反転領域13においてもトルクのマジョリティを発生させればよい。第3の実施の形態では、磁化反転領域13の平面形状が改良される。既出の実施の形態における構成と同じ構成には同一の参照番号が付され、重複する説明は適宜省略される。
3-3. Third Embodiment In the first embodiment, in addition to the application of the first external magnetic field in the in-plane direction, it may be necessary to apply the second external magnetic field along the Z direction. In order to omit the process of applying the second external magnetic field, torque majority may be generated also in the magnetization switching region 13. In the third embodiment, the planar shape of the magnetization switching region 13 is improved. The same reference numerals are given to the same components as those in the above-described embodiments, and overlapping descriptions are omitted as appropriate.

図11Aは、第3の実施の形態に係る磁気記録層10の平面形状の一例を示している。図11Aにおいて、磁化反転領域13の平面形状が、図8で示されたものと異なっている。具体的には、磁化反転領域13は、第1磁化固定領域11と同様の平行四辺形の形状を有している。つまり、磁化反転領域13の周縁は、X軸とY軸の双方に交差する上辺83a及び下辺83bを有している。上辺83a及び下辺83bのX軸に対する傾きは等しく、いずれも「負」である。尚、ここでも、X軸は、第1境界B1と第2境界B2との間を最短距離で結ぶ線に平行である。   FIG. 11A shows an example of a planar shape of the magnetic recording layer 10 according to the third exemplary embodiment. In FIG. 11A, the planar shape of the magnetization switching region 13 is different from that shown in FIG. Specifically, the magnetization switching region 13 has a parallelogram shape similar to that of the first magnetization fixed region 11. That is, the periphery of the magnetization switching region 13 has an upper side 83a and a lower side 83b that intersect both the X axis and the Y axis. The inclinations of the upper side 83a and the lower side 83b with respect to the X-axis are equal and both are “negative”. In this case as well, the X axis is parallel to a line connecting the first boundary B1 and the second boundary B2 with the shortest distance.

この磁気記録層10に対しても、図8で示された手法と同様の手法で初期化が実施される。磁化反転領域13に関する傾きの符号のマジョリティが「負」であるため、第1磁化固定領域11と同様なトルクが、磁化反転領域13に発生する。その結果、磁化反転領域13の磁化80−3は−Z方向に向き、磁壁DWが第2境界B2すなわち所望の位置に生成される。従って、Z方向に沿った第2外部磁界の印加プロセスを省略することができる。   The magnetic recording layer 10 is also initialized by a method similar to the method shown in FIG. Since the majority of the sign of the inclination with respect to the magnetization switching region 13 is “negative”, a torque similar to that in the first magnetization fixed region 11 is generated in the magnetization switching region 13. As a result, the magnetization 80-3 of the magnetization switching region 13 is oriented in the -Z direction, and the domain wall DW is generated at the second boundary B2, that is, a desired position. Therefore, the application process of the second external magnetic field along the Z direction can be omitted.

磁化反転領域13の平面形状は、図11Aで示されたものに限られない。磁化固定領域11、12の場合と同様に、磁化反転領域13の平面形状は、トルクのマジョリティが発生するように設計されればよい。例えば、磁化反転領域13の平面形状は台形であってもよい。その場合、磁化反転領域13の上辺83aあるいは下辺83bのいずれか一方だけがX軸とY軸の双方に交差し、他方はX軸と平行になる。そのような平面形状でも同じ効果が得られる。   The planar shape of the magnetization switching region 13 is not limited to that shown in FIG. 11A. As in the case of the magnetization fixed regions 11 and 12, the planar shape of the magnetization switching region 13 may be designed so as to generate torque majority. For example, the planar shape of the magnetization switching region 13 may be a trapezoid. In that case, only one of the upper side 83a and the lower side 83b of the magnetization switching region 13 intersects both the X axis and the Y axis, and the other is parallel to the X axis. The same effect can be obtained with such a planar shape.

また、図11Bにおいて、磁化反転領域13の下辺83bは屈曲している。つまり、磁化反転領域13のY軸に沿った幅は、境界から中央部に向けて徐々に広くなっている。磁壁DWは、断面積がより小さい位置でより安定化するという性質を有している。よって、図11Bで示された平面形状の場合、磁壁DWは、第1境界B1あるいは第2境界B2に生成されやすくなる。結果として、既出の図9で示された状態(C2)や状態(C3)、すなわち、磁壁DWが磁化反転領域13の中央付近に生成される状態が防止される。磁壁DWは第1境界B1か第2境界B2のいずれかに生成されればよいので、図11Bで示された平面形状でも効果が得られる。   In FIG. 11B, the lower side 83b of the magnetization switching region 13 is bent. That is, the width of the magnetization switching region 13 along the Y axis gradually increases from the boundary toward the center. The domain wall DW has a property of being more stabilized at a position where the cross-sectional area is smaller. Therefore, in the case of the planar shape shown in FIG. 11B, the domain wall DW is likely to be generated at the first boundary B1 or the second boundary B2. As a result, the state (C2) and state (C3) shown in FIG. 9, that is, the state where the domain wall DW is generated near the center of the magnetization switching region 13 is prevented. Since the domain wall DW only needs to be generated at either the first boundary B1 or the second boundary B2, the effect can be obtained even in the planar shape shown in FIG. 11B.

図11Cは、図11Aの形状と図11Bの形状の組み合わせを示している。この場合、磁化反転領域13の初期化の成功確率が更に向上する。尚、磁化反転領域13の上辺83aが屈曲していてもよいし、上辺83aと下辺83bの両方が屈曲していてもよい。磁化反転領域13のY軸に沿った幅が、境界よりも中央部において広くなっていればよい。また、第2の実施の形態と第3の実施の形態を組み合わせることも可能である。   FIG. 11C shows a combination of the shape of FIG. 11A and the shape of FIG. 11B. In this case, the success probability of initialization of the magnetization switching region 13 is further improved. The upper side 83a of the magnetization switching region 13 may be bent, or both the upper side 83a and the lower side 83b may be bent. The width along the Y axis of the magnetization switching region 13 only needs to be wider at the center than at the boundary. It is also possible to combine the second embodiment and the third embodiment.

3−4.第4の実施の形態
図12は、既出の図8で示された状態(A)及び状態(B)を更に詳しく示している。具体的には、図12は、第1磁化固定領域11と磁化反転領域13との境界周辺での初期化の様子を詳細に示している。
3-4. Fourth Embodiment FIG. 12 shows the state (A) and the state (B) shown in FIG. 8 in more detail. Specifically, FIG. 12 shows in detail the state of initialization around the boundary between the first magnetization fixed region 11 and the magnetization switching region 13.

+Y方向の第1外部磁界が印加されたとき、状態(A)で示されるように、第1磁化固定領域11の上辺81a、下辺81b近傍に反磁界84−1が発生する。この反磁界84−1は、−X成分を有している。同時に、磁化反転領域13の上辺83a、下辺83bの近傍にも反磁界が発生する。このとき、上辺83a近傍の正の磁極に起因する反磁界86aは、第1磁化固定領域11内部にも拡がる。また、下辺83b近傍の負の磁極に起因する反磁界86bも、第1磁化固定領域11内部に拡がる。   When the first external magnetic field in the + Y direction is applied, a demagnetizing field 84-1 is generated in the vicinity of the upper side 81a and the lower side 81b of the first magnetization fixed region 11 as shown in the state (A). The demagnetizing field 84-1 has a -X component. At the same time, a demagnetizing field is also generated in the vicinity of the upper side 83a and the lower side 83b of the magnetization switching region 13. At this time, the demagnetizing field 86 a caused by the positive magnetic pole in the vicinity of the upper side 83 a extends to the inside of the first magnetization fixed region 11. Further, the demagnetizing field 86 b caused by the negative magnetic pole in the vicinity of the lower side 83 b also spreads inside the first magnetization fixed region 11.

第1磁化固定領域11の内部において、反磁界86aは、反磁界84−1と同様に−X成分を有している。よって、状態(B)で示されるように、反磁界86aと磁化80−1によって発生するトルク87aの方向は、トルク85−1と同じく−Z方向である。ところが、反磁界86bは、反磁界84−1と逆の+X成分を有している。従って、状態(B)で示されるように、反磁界86bと磁化80−1によって発生するトルク87bの方向は、トルク85−1と逆の+Z方向となる。この+Z方向のトルク87bは、第1磁化固定領域11の初期化を妨げるように働く。   Inside the first magnetization fixed region 11, the demagnetizing field 86a has a -X component like the demagnetizing field 84-1. Therefore, as shown in the state (B), the direction of the torque 87a generated by the demagnetizing field 86a and the magnetization 80-1 is the −Z direction as is the torque 85-1. However, the demagnetizing field 86b has a + X component opposite to the demagnetizing field 84-1. Accordingly, as shown in the state (B), the direction of the torque 87b generated by the demagnetizing field 86b and the magnetization 80-1 is the + Z direction opposite to the torque 85-1. The torque 87b in the + Z direction works to prevent initialization of the first magnetization fixed region 11.

このように、磁化反転領域13の磁極の影響により、第1磁化固定領域11の一部に逆向きのトルクが生じることがある。第2磁化固定領域12に関しても同様である。逆向きのトルクの影響がトルク全体の中で限定的であれば、最終的な磁化方向は所望の方向となる。しかしながら、逆向きのトルクの影響が比較的大きい場合には、逆方向の磁区が残ってしまうこともあり得る。第4の実施の形態では、この点が改善される。   As described above, a reverse torque may be generated in a part of the first magnetization fixed region 11 due to the influence of the magnetic pole of the magnetization switching region 13. The same applies to the second magnetization fixed region 12. If the influence of the reverse torque is limited in the overall torque, the final magnetization direction is the desired direction. However, when the influence of the reverse torque is relatively large, a reverse magnetic domain may remain. In the fourth embodiment, this point is improved.

図13は、図12に対応する図であり、第4の実施の形態における状態(A)及び状態(B)を示している。既出の構成と同じ構成には同一の参照番号が付され、重複する説明は適宜省略される。   FIG. 13 is a diagram corresponding to FIG. 12 and shows a state (A) and a state (B) in the fourth embodiment. The same components as those already described are denoted by the same reference numerals, and redundant description will be omitted as appropriate.

図13において、磁化反転領域13の下辺83bは、第1磁化固定領域11の下辺81bと連結している。つまり、下辺83bと下辺81bは離間しておらず、磁気記録層10の周縁は下辺83bから下辺81bにかけて滑らかに形成されている。この場合、+Y方向の第1外部磁界が印加されたとき、下辺83bから下辺81bにかけて、負の磁極が滑らかに分布する。結果として、下辺83b近傍の負の磁極に起因する反磁界86bは、+X方向を向きにくくなる。従って、逆向きのトルク87bが発生しにくくなり、第1磁化固定領域11の初期化をより安定的に実施することが可能となる。   In FIG. 13, the lower side 83 b of the magnetization switching region 13 is connected to the lower side 81 b of the first magnetization fixed region 11. That is, the lower side 83b and the lower side 81b are not separated from each other, and the peripheral edge of the magnetic recording layer 10 is smoothly formed from the lower side 83b to the lower side 81b. In this case, when the first external magnetic field in the + Y direction is applied, the negative magnetic pole is smoothly distributed from the lower side 83b to the lower side 81b. As a result, the demagnetizing field 86b caused by the negative magnetic pole in the vicinity of the lower side 83b is difficult to face in the + X direction. Therefore, it becomes difficult to generate the reverse torque 87b, and the initialization of the first magnetization fixed region 11 can be more stably performed.

第1磁化固定領域11の磁化の固定方向によっては、磁化反転領域13の上辺83aが、第1磁化固定領域11の上辺81aと連結される場合もあり得る。第1境界B1と第2境界B2を除く磁化反転領域13の少なくとも一辺が、第1磁化固定領域11の上辺81aあるいは下辺81bと連結される。第2磁化固定領域12に関しても同様である。   Depending on the magnetization fixing direction of the first magnetization fixed region 11, the upper side 83 a of the magnetization switching region 13 may be connected to the upper side 81 a of the first magnetization fixed region 11. At least one side of the magnetization switching region 13 excluding the first boundary B1 and the second boundary B2 is connected to the upper side 81a or the lower side 81b of the first magnetization fixed region 11. The same applies to the second magnetization fixed region 12.

図14A及び図14Bは、第4の実施の形態に係る磁気記録層10の平面形状の例を示している。図14Aにおいて、磁化反転領域13の下辺83bが、第1磁化固定領域11の下辺81b及び第2磁化固定領域12の下辺82bと連結している。図14Bにおいては、更に、磁化反転領域13の上辺83aが、第1磁化固定領域11の上辺81a及び第2磁化固定領域12の上辺82aと連結している。このような構造により、磁化固定領域11、12の初期化を安定的に実施することが可能となる。尚、第4の実施の形態は、既出の実施の形態のいずれとも組み合わせ可能である。   14A and 14B show examples of the planar shape of the magnetic recording layer 10 according to the fourth embodiment. 14A, the lower side 83b of the magnetization switching region 13 is connected to the lower side 81b of the first magnetization fixed region 11 and the lower side 82b of the second magnetization fixed region 12. In FIG. 14B, the upper side 83a of the magnetization switching region 13 is further connected to the upper side 81a of the first magnetization fixed region 11 and the upper side 82a of the second magnetization fixed region 12. Such a structure makes it possible to stably initialize the magnetization fixed regions 11 and 12. Note that the fourth embodiment can be combined with any of the above-described embodiments.

3−5.第5の実施の形態
磁気記録層10の初期化において印加される第1外部磁界の方向は、+Y方向に限られない。第1外部磁界は、XY成分を主成分として有していればよい。その主成分の方向は、+Y方向に限られず、−Y方向、+X方向、あるいは−X方向であってもよい。図15は、第5の実施の形態における初期化を説明するための平面図であり、+X方向の第1外部磁界が印加される場合を示している。第1の実施の形態における構成と同じ構成には同一の参照番号が付され、重複する説明は適宜省略される。
3-5. Fifth Embodiment The direction of the first external magnetic field applied in the initialization of the magnetic recording layer 10 is not limited to the + Y direction. The first external magnetic field only needs to have an XY component as a main component. The direction of the main component is not limited to the + Y direction, and may be the −Y direction, the + X direction, or the −X direction. FIG. 15 is a plan view for explaining initialization in the fifth embodiment, and shows a case where a first external magnetic field in the + X direction is applied. The same components as those in the first embodiment are denoted by the same reference numerals, and redundant descriptions are omitted as appropriate.

図15において、第1磁化固定領域11及び第2磁化固定領域12の平面形状の関係は、既出の実施の形態と同様である。すなわち、第1磁化固定領域11の周縁に関する傾きの符号のマジョリティは「負」である。一方、第2磁化固定領域12の周縁に関する傾きの符号のマジョリティは「正」である。   In FIG. 15, the relationship between the planar shapes of the first magnetization fixed region 11 and the second magnetization fixed region 12 is the same as that of the above-described embodiment. That is, the majority of the sign of the inclination with respect to the periphery of the first magnetization fixed region 11 is “negative”. On the other hand, the majority of the sign of the inclination with respect to the periphery of the second magnetization fixed region 12 is “positive”.

初期化において、まず、+X方向に第1外部磁界(面内磁界)が印加される。これにより、第1磁化固定領域11の磁化80−1、第2磁化固定領域12の磁化80−2、及び磁化反転領域13の磁化80−3は、+X方向を向く。このとき、状態(A)で示されるように、磁気記録層10の端部に反磁界がかかる。第1磁化固定領域11の端部に発生する反磁界84−1の大部分は、−Y成分を有する。一方、第2磁化固定領域12の端部に発生する反磁界84−2の大部分は、+Y成分を有する。   In initialization, first, a first external magnetic field (in-plane magnetic field) is applied in the + X direction. Thereby, the magnetization 80-1 of the first magnetization fixed region 11, the magnetization 80-2 of the second magnetization fixed region 12, and the magnetization 80-3 of the magnetization switching region 13 are directed in the + X direction. At this time, a demagnetizing field is applied to the end of the magnetic recording layer 10 as shown in the state (A). Most of the demagnetizing field 84-1 generated at the end of the first magnetization fixed region 11 has a -Y component. On the other hand, most of the demagnetizing field 84-2 generated at the end of the second magnetization fixed region 12 has a + Y component.

その結果、状態(B)で示されるように、第1磁化固定領域11に発生するトルク85−1の方向のマジョリティは、+Z方向となる。一方、第2磁化固定領域12に発生するトルク85−2の方向のマジョリティは、−Z方向となる。+X方向の第1外部磁界の印加が停止すると、トルクと垂直磁気異方性により、磁気記録層10の磁化は+Z方向あるいは−Z方向を向く。具体的には、状態(C)で示されるように、第1磁化固定領域11の磁化80−1は、+Z方向のトルク85−1により、+Z方向を向く。一方、第2磁化固定領域12の磁化80−2は、−Z方向のトルク85−2により、−Z方向を向く。このように、+X方向の外部磁界の印加及び停止だけで、磁化固定領域11、12の磁化の向きを、容易に逆方向に初期化することが可能となる。   As a result, as shown in the state (B), the majority in the direction of the torque 85-1 generated in the first magnetization fixed region 11 is the + Z direction. On the other hand, the majority in the direction of the torque 85-2 generated in the second magnetization fixed region 12 is the -Z direction. When the application of the first external magnetic field in the + X direction is stopped, the magnetization of the magnetic recording layer 10 is directed in the + Z direction or the −Z direction due to torque and perpendicular magnetic anisotropy. Specifically, as shown in the state (C), the magnetization 80-1 of the first magnetization fixed region 11 is directed in the + Z direction by the torque 85-1 in the + Z direction. On the other hand, the magnetization 80-2 of the second magnetization fixed region 12 is directed in the -Z direction by the torque 85-2 in the -Z direction. As described above, the magnetization directions of the magnetization fixed regions 11 and 12 can be easily initialized in the reverse direction only by applying and stopping the external magnetic field in the + X direction.

尚、磁気記録層10の平面形状は、図15で示されたものに限られない。第2の実施の形態で説明されたように、磁化固定領域11、12の平面形状としては様々なパターンが考えられる。また、第3の実施の形態で示された磁化反転領域13が、本実施の形態に適用されてもよい。また、第4の実施の形態で説明された工夫が、本実施の形態に適用されてもよい。   The planar shape of the magnetic recording layer 10 is not limited to that shown in FIG. As described in the second embodiment, various patterns are conceivable as the planar shape of the magnetization fixed regions 11 and 12. In addition, the magnetization switching region 13 shown in the third embodiment may be applied to this embodiment. In addition, the device described in the fourth embodiment may be applied to the present embodiment.

3−6.第6の実施の形態
図16は、既出の図6に対応する図であり、長方形状を有する磁化領域60の初期化の他の例を示している。磁化領域60は、垂直磁気異方性を有している。この長方形状の磁化領域60は、X軸と平行な短辺62a、62b、及びY軸と平行な長辺62c、62dを有している。長辺62c、62dは、短辺62a、62bよりも長い。
3-6. Sixth Embodiment FIG. 16 is a diagram corresponding to FIG. 6 described above, and shows another example of initialization of a magnetized region 60 having a rectangular shape. The magnetized region 60 has perpendicular magnetic anisotropy. The rectangular magnetized region 60 has short sides 62a and 62b parallel to the X axis and long sides 62c and 62d parallel to the Y axis. The long sides 62c and 62d are longer than the short sides 62a and 62b.

図16において、XY面内に印加される外部磁界(面内磁界)の方向は、+Y方向ではない。印加される外部磁界の方向は、XY面内においてX軸とY軸の双方と交差する方向であり、短辺62a、62b、長辺62c、62dのいずれとも交差する方向である。そのような方向は、以下「斜め方向」と参照される。斜め方向の外部磁界が印加されると、磁化領域60の磁化61は斜め方向を向く。このとき、状態(A)で示されるように、短辺62a、62bの近傍には、それぞれ反磁界64a、64bがかかる。また、長辺62c、62dの近傍には、それぞれ反磁界64c、64dがかかる。   In FIG. 16, the direction of the external magnetic field (in-plane magnetic field) applied in the XY plane is not the + Y direction. The direction of the applied external magnetic field is a direction that intersects both the X axis and the Y axis in the XY plane, and a direction that intersects all of the short sides 62a and 62b and the long sides 62c and 62d. Such a direction is hereinafter referred to as an “oblique direction”. When an oblique external magnetic field is applied, the magnetization 61 of the magnetization region 60 is directed obliquely. At this time, as shown in the state (A), demagnetizing fields 64a and 64b are applied in the vicinity of the short sides 62a and 62b, respectively. Further, demagnetizing fields 64c and 64d are applied in the vicinity of the long sides 62c and 62d, respectively.

反磁界64a、64bの方向は概ね−Y方向である。従って、−Y方向の反磁界64a、64bと斜め方向の磁化61とにより発生するトルク65a、65bの方向は、+Z方向である。つまり、状態(B)で示されるように、短辺62a、62bの近傍には、+Z方向のトルクが発生する。一方、反磁界64c、64dの方向は概ね−X方向である。従って、−X方向の反磁界64c、64dと斜め方向の磁化61とにより発生するトルク65c、65dの方向は、−Z方向である。つまり、状態(B)で示されるように、長辺62c、62dの近傍には、−Z方向のトルクが発生する。   The directions of the demagnetizing fields 64a and 64b are approximately the -Y direction. Therefore, the directions of the torques 65a and 65b generated by the demagnetizing fields 64a and 64b in the -Y direction and the magnetization 61 in the oblique direction are the + Z direction. That is, as shown in the state (B), torque in the + Z direction is generated in the vicinity of the short sides 62a and 62b. On the other hand, the directions of the demagnetizing fields 64c and 64d are approximately the -X direction. Therefore, the directions of the torques 65c and 65d generated by the demagnetizing fields 64c and 64d in the -X direction and the magnetization 61 in the oblique direction are the -Z direction. That is, as shown in the state (B), torque in the −Z direction is generated in the vicinity of the long sides 62c and 62d.

このように、短辺62a、62bの近傍と長辺62c、62dの近傍とでは、互いに逆向きのトルクが発生する。長辺は短辺よりも長いため、磁化領域60に関するトルクのマジョリティは−Z方向となる。従って、外部磁界の印加が停止されると、+Z方向のトルクは駆逐され、磁化領域60の磁化61は全体的に−Z方向を向くようになる(状態(C))。   As described above, torques in opposite directions are generated in the vicinity of the short sides 62a and 62b and in the vicinity of the long sides 62c and 62d. Since the long side is longer than the short side, the majority of the torque related to the magnetization region 60 is in the −Z direction. Therefore, when the application of the external magnetic field is stopped, the torque in the + Z direction is driven out, and the magnetization 61 of the magnetization region 60 is entirely directed in the −Z direction (state (C)).

以上に説明されたように、磁化領域60が長方形状を有していても、面内磁界の方向を「斜め方向」に設定することにより、磁化領域60の初期化を制御することができる。第6の実施の形態では、この技術が応用される。   As described above, even if the magnetization region 60 has a rectangular shape, the initialization of the magnetization region 60 can be controlled by setting the direction of the in-plane magnetic field to the “oblique direction”. In the sixth embodiment, this technique is applied.

図17は、第6の実施の形態における磁気記録層10の初期化の一例を示す平面図である。既出の実施の形態における構成と同じ構成には同一の参照番号が付され、重複する説明は適宜省略される。本実施の形態によれば、第1磁化固定領域11、第2磁化固定領域12、及び磁化反転領域13は、XY平面において長方形状を有している。第1磁化固定領域11は、X軸と平行な短辺91a、91b、及びY軸と平行な長辺91c、91dを有している。第2磁化固定領域12は、X軸と平行な長辺92a、92b、及びY軸と平行な短辺92c、92dを有している。すなわち、第1磁化固定領域11の短辺(長辺)が延びるX方向(Y方向)は、第2磁化固定領域12の短辺(長辺)が延びるY方向(X方向)と直交している。磁化反転領域13は、X軸と平行な長辺93a、93b、及びY軸と平行な短辺93c、93dを有している。   FIG. 17 is a plan view showing an example of initialization of the magnetic recording layer 10 in the sixth embodiment. The same reference numerals are given to the same components as those in the above-described embodiments, and overlapping descriptions are omitted as appropriate. According to the present embodiment, the first magnetization fixed region 11, the second magnetization fixed region 12, and the magnetization switching region 13 have a rectangular shape on the XY plane. The first magnetization fixed region 11 has short sides 91a and 91b parallel to the X axis and long sides 91c and 91d parallel to the Y axis. The second magnetization fixed region 12 has long sides 92a and 92b parallel to the X axis and short sides 92c and 92d parallel to the Y axis. That is, the X direction (Y direction) in which the short side (long side) of the first magnetization fixed region 11 extends is orthogonal to the Y direction (X direction) in which the short side (long side) of the second magnetization fixed region 12 extends. Yes. The magnetization switching region 13 has long sides 93a and 93b parallel to the X axis and short sides 93c and 93d parallel to the Y axis.

このような磁気記録層10の初期化の方法は、図16の場合と同様である。すなわち、まず、X軸及びY軸の双方と交差する斜め方向に、外部磁界が印加される。これにより、第1磁化固定領域11の磁化90−1、第2磁化固定領域12の磁化90−2、及び磁化反転領域13の磁化90−3は、斜め方向を向く。このとき、状態(A)で示されるように、磁気記録層10の端部に反磁界が発生する。その反磁界と斜め方向の磁化(90−1、90−2、90−3)とにより、磁気記録層10の端部にトルクが発生する。   The method for initializing the magnetic recording layer 10 is the same as in the case of FIG. That is, first, an external magnetic field is applied in an oblique direction intersecting with both the X axis and the Y axis. As a result, the magnetization 90-1 of the first magnetization fixed region 11, the magnetization 90-2 of the second magnetization fixed region 12, and the magnetization 90-3 of the magnetization switching region 13 are directed obliquely. At this time, a demagnetizing field is generated at the end of the magnetic recording layer 10 as shown in the state (A). Torque is generated at the end of the magnetic recording layer 10 by the demagnetizing field and the oblique magnetization (90-1, 90-2, 90-3).

状態(B)で示されるように、第1磁化固定領域11に関するトルクのマジョリティは−Z方向となる。一方、第2磁化固定領域12及び磁化反転領域13に関するトルクのマジョリティは、+Z方向となる。従って、外部磁界の印加が停止されると、第1磁化固定領域11の磁化90−1は−Z方向を向き、一方、第2磁化固定領域12の磁化90−2は+Z方向を向く(状態(C))。このように、斜め方向の外部磁界の印加及び停止だけで、磁化固定領域11、12の磁化の向きを、容易に逆方向に初期化することが可能となる。また、磁化反転領域13の磁化90−3は+Z方向を向き、第1境界B1に磁壁DWが生成される。   As shown in the state (B), the majority of the torque related to the first magnetization fixed region 11 is in the −Z direction. On the other hand, the majority of torque related to the second magnetization fixed region 12 and the magnetization switching region 13 is the + Z direction. Therefore, when the application of the external magnetic field is stopped, the magnetization 90-1 of the first magnetization fixed region 11 faces the -Z direction, while the magnetization 90-2 of the second magnetization fixed region 12 faces the + Z direction (state) (C)). As described above, the magnetization directions of the magnetization fixed regions 11 and 12 can be easily initialized in the reverse direction only by applying and stopping the external magnetic field in the oblique direction. Further, the magnetization 90-3 of the magnetization switching region 13 faces the + Z direction, and a domain wall DW is generated at the first boundary B1.

第6の実施の形態は、既出の実施の形態と同じ考え方に基づいている。すなわち、第1磁化固定領域11におけるトルクの方向のマジョリティが、第2磁化固定領域12におけるトルクの方向のマジョリティの逆になっている。また、上記「斜め方向」に対する傾きの符号を考えたとき、第1磁化固定領域11の周縁に関する符号のマジョリティは、第2磁化固定領域12の周縁に関する符号のマジョリティの逆になっていると言える。   The sixth embodiment is based on the same concept as the above-described embodiments. That is, the majority of the torque direction in the first magnetization fixed region 11 is opposite to the majority of the torque direction in the second magnetization fixed region 12. Further, when considering the sign of the inclination with respect to the “oblique direction”, it can be said that the majority of the sign related to the periphery of the first magnetization fixed region 11 is opposite to the majority of the sign related to the periphery of the second magnetization fixed region 12. .

3−7.第7の実施の形態
図18は、第7の実施の形態における磁気記録層10の初期化を示す平面図である。図18において、第1磁化固定領域11、第2磁化固定領域12、及び磁化反転領域13は、長方形状を有している。第1磁化固定領域11と第2磁化固定領域12は、Y軸に関して鏡面対称であり、Y軸に沿った長辺とX軸に沿った短辺を有している。一方、磁化反転領域13は、X軸に沿った長辺とY軸に沿った短辺を有している。また、磁化反転領域13は、幅広の接続部14を介して、第1磁化固定領域11となだらかにつながっている。そのため、第1磁化固定領域11と磁化反転領域13との間におけるピンポテンシャルは、第2磁化固定領域12側と比較して、相対的に小さくなっている。
3-7. Seventh Embodiment FIG. 18 is a plan view showing initialization of a magnetic recording layer 10 in a seventh embodiment. In FIG. 18, the first magnetization fixed region 11, the second magnetization fixed region 12, and the magnetization switching region 13 have a rectangular shape. The first magnetization fixed region 11 and the second magnetization fixed region 12 are mirror-symmetric with respect to the Y axis, and have a long side along the Y axis and a short side along the X axis. On the other hand, the magnetization switching region 13 has a long side along the X axis and a short side along the Y axis. Further, the magnetization switching region 13 is gently connected to the first magnetization fixed region 11 through the wide connection portion 14. Therefore, the pin potential between the first magnetization fixed region 11 and the magnetization switching region 13 is relatively small compared to the second magnetization fixed region 12 side.

第6の実施の形態の場合と同様に、X軸及びY軸の双方と交差する斜め方向に、第1外部磁界が印加される。その第1外部磁界の印加が停止されると、状態(C1)で示されるように、第1磁化固定領域11の磁化90−1及び第2磁化固定領域12の磁化90−2は、−Z方向を向く。一方、磁化反転領域13の磁化90−3は、+Z方向を向く。従って、磁気記録層10には2つの磁壁DW1、DW2が生成される。   As in the case of the sixth embodiment, the first external magnetic field is applied in an oblique direction intersecting with both the X axis and the Y axis. When the application of the first external magnetic field is stopped, as shown in the state (C1), the magnetization 90-1 of the first magnetization fixed region 11 and the magnetization 90-2 of the second magnetization fixed region 12 are -Z. Turn to the direction. On the other hand, the magnetization 90-3 of the magnetization switching region 13 faces the + Z direction. Accordingly, two domain walls DW 1 and DW 2 are generated in the magnetic recording layer 10.

その後、+Z方向の第2外部磁界(Hz)が印加される。すると、磁壁DW1、DW2は、それぞれ第1磁化固定領域11、第2磁化固定領域12の内部に侵入しようとする。磁壁がそれぞれの磁化固定領域に侵入するために必要な閾値磁界は、緩やかな接続を持つ第1磁化固定領域11側の方が、第2磁化固定領域12側よりも小さい。従って、第2外部磁界の大きさが2つの閾値磁界の中間に設定された場合、磁壁DW1のみが第1磁化固定領域11に侵入し、第1磁化固定領域11の左辺から抜けていく。つまり、状態(C2)で示されるように、第1磁化固定領域11の磁化90−1だけが、+Z方向に反転する。その結果、第2磁化固定領域12と磁化反転領域13との間だけに、1つの磁壁DW2が残ることになる。すなわち、磁気記録層10が初期化される。   Thereafter, a second external magnetic field (Hz) in the + Z direction is applied. Then, the domain walls DW1 and DW2 try to enter the first magnetization fixed region 11 and the second magnetization fixed region 12, respectively. The threshold magnetic field required for the domain wall to enter each magnetization fixed region is smaller on the first magnetization fixed region 11 side having a loose connection than on the second magnetization fixed region 12 side. Therefore, when the magnitude of the second external magnetic field is set in the middle of the two threshold magnetic fields, only the domain wall DW1 enters the first magnetization fixed region 11 and exits from the left side of the first magnetization fixed region 11. That is, as indicated by the state (C2), only the magnetization 90-1 of the first magnetization fixed region 11 is reversed in the + Z direction. As a result, one domain wall DW2 remains only between the second magnetization fixed region 12 and the magnetization switching region 13. That is, the magnetic recording layer 10 is initialized.

3−8.一般化された磁化領域
図19は、一般化された磁化領域に対する初期化を説明するための平面図である。磁化領域はN個の辺を有しており、それらN個の辺はそれぞれベクトルL,L,・・・,Lで表されている。それぞれの辺に関して、領域内に向かう規格化法線ベクトルは、n,n,・・・,nで表されている。初期化用の第1外部磁界の規格化ベクトルは、hextである。第1外部磁界の印加により、磁化領域は、規格化ベクトルhextと平行な磁化ベクトルMを持つとする。このとき、i番目(i=1〜N)の辺L近傍での反磁界は、規格化垂線ベクトルnに平行であり、符号を含めた大きさは、Mとnの内積(−M・n)に比例する。このとき、次の式(2)で表されるベクトルTが定義され得る。
3-8. Generalized Magnetized Region FIG. 19 is a plan view for explaining initialization for the generalized magnetized region. The magnetized region has N sides, which are represented by vectors L 1 , L 2 ,..., L N , respectively. For each side, the normalization normal vectors going into the region are represented by n 1 , n 2 ,..., N N. The normalization vector of the first external magnetic field for initialization is h ext . It is assumed that the magnetization region has a magnetization vector M parallel to the normalized vector h ext by application of the first external magnetic field. In this case, demagnetizing field at the side L i vicinity of i-th (i = 1 to N) is parallel to the normalized perpendicular vector n i, the inner product of the size, including the codes, M and n i (- M · n i ). At this time, a vector T expressed by the following equation (2) can be defined.

Figure 2009019948
Figure 2009019948

ベクトルTは、各辺L近傍での規格化トルクと各辺Lの長さの積の総和で与えられている。ここで、磁化ベクトルMが規格化ベクトルhextと平行であることが考慮されている。ベクトルTの方向が+Z方向の場合、それは、+Z方向のトルクがマジョリティとなっていることを意味する。その場合、第1外部磁界の印加が停止した後、磁化領域の磁化は+Z方向を向く。一方、ベクトルTの方向が−Z方向の場合、それは、−Z方向のトルクがマジョリティとなっていることを意味する。その場合、第1外部磁界の印加が停止した後、磁化領域の磁化は−Z方向を向く。Vector T is given by the sum of the lengths of the product of the normalized torque and Kakuhen L i at the sides L i vicinity. Here, it is considered that the magnetization vector M is parallel to the normalized vector h ext . If the direction of the vector T is the + Z direction, it means that the torque in the + Z direction is the majority. In that case, after the application of the first external magnetic field stops, the magnetization of the magnetization region faces the + Z direction. On the other hand, when the direction of the vector T is the −Z direction, it means that the torque in the −Z direction is the majority. In that case, after the application of the first external magnetic field is stopped, the magnetization of the magnetization region faces the −Z direction.

本発明の実施の形態では、第1磁化固定領域11におけるトルクのマジョリティが、第2磁化固定領域12におけるトルクのマジョリティの逆になる。言い換えれば、第1磁化固定領域11に関するベクトルTの方向は、第2磁化固定領域12に関するベクトルTの方向の反対となる。尚、磁化固定領域11、12の周縁のうち第1境界B1と第2境界B2と重なる部分には磁極が発生しないので、その部分を上記和に含める必要はない。   In the embodiment of the present invention, the majority of the torque in the first magnetization fixed region 11 is opposite to the majority of the torque in the second magnetization fixed region 12. In other words, the direction of the vector T related to the first magnetization fixed region 11 is opposite to the direction of the vector T related to the second magnetization fixed region 12. In addition, since a magnetic pole does not generate | occur | produce in the part which overlaps 1st boundary B1 and 2nd boundary B2 among the periphery of magnetization fixed area | regions 11 and 12, it is not necessary to include the part in the said sum.

4.MRAMの回路構成
図20は、本実施の形態におけるMRAMの構成の一例を示している。図20において、MRAM200は、複数の磁気メモリセル1がマトリックス状に配置されたメモリセルアレイ201を有している。このメモリセルアレイ201は、データの記録に用いられる磁気メモリセル1と共に、データ読み出しの際に参照されるリファレンスセル1rを含んでいる。リファレンスセル1rの構造は、磁気メモリセル1と同じである。
4). Circuit Configuration of MRAM FIG. 20 shows an example of the configuration of the MRAM in this embodiment. In FIG. 20, an MRAM 200 has a memory cell array 201 in which a plurality of magnetic memory cells 1 are arranged in a matrix. The memory cell array 201 includes a reference cell 1r that is referred to when reading data together with the magnetic memory cell 1 used for data recording. The structure of the reference cell 1r is the same as that of the magnetic memory cell 1.

各磁気メモリセル1は、既出の実施の形態で示された磁気抵抗素子に加え、選択トランジスタTR1、TR2を有している。選択トランジスタTR1のソース/ドレインの一方は、第1配線41(図5参照)を介して第1磁化固定領域11に接続され、他方は第1ビット線BL1に接続されている。選択トランジスタTR2のソース/ドレインの一方は、第2配線42を介して第2磁化固定領域12に接続され、他方は第2ビット線BL2に接続されている。選択トランジスタTR1、TR2のゲートはワード線WLに接続されている。磁気抵抗素子のピン層30は、読み出し配線50(図5参照)を介してグランドに接続されている。   Each magnetic memory cell 1 has select transistors TR1 and TR2 in addition to the magnetoresistive elements shown in the foregoing embodiments. One of the source / drain of the selection transistor TR1 is connected to the first magnetization fixed region 11 via the first wiring 41 (see FIG. 5), and the other is connected to the first bit line BL1. One of the source / drain of the selection transistor TR2 is connected to the second magnetization fixed region 12 via the second wiring 42, and the other is connected to the second bit line BL2. The gates of the selection transistors TR1 and TR2 are connected to the word line WL. The pinned layer 30 of the magnetoresistive element is connected to the ground via a read wiring 50 (see FIG. 5).

ワード線WLは、Xセレクタ202に接続されている。Xセレクタ202は、データの書き込み・読み出しにおいて、対象メモリセル1sにつながるワード線WLを選択ワード線WLsとして選択する。第1ビット線BL1はY側電流終端回路204に接続されており、第2ビット線BL2はYセレクタ203に接続されている。Yセレクタ203は、対象メモリセル1sにつながる第2ビット線BL2を選択第2ビット線BL2sとして選択する。Y側電流終端回路204は、対象メモリセル1sにつながる第1ビット線BL1を選択第1ビット線BL1sとして選択する。   The word line WL is connected to the X selector 202. The X selector 202 selects a word line WL connected to the target memory cell 1s as a selected word line WLs in data writing / reading. The first bit line BL1 is connected to the Y-side current termination circuit 204, and the second bit line BL2 is connected to the Y selector 203. The Y selector 203 selects the second bit line BL2 connected to the target memory cell 1s as the selected second bit line BL2s. The Y-side current termination circuit 204 selects the first bit line BL1 connected to the target memory cell 1s as the selected first bit line BL1s.

Y側電流源回路205は、データ書き込み時、選択第2ビット線BL2sに対し、所定の書き込み電流の供給又は引き込みを行う。Y側電源回路206は、データ書き込み時、Y側電流終端回路204に所定の電圧を供給する。その結果、書き込み電流は、Yセレクタ203へ流れ込む、あるいは、Yセレクタ203から流れ出す。これらXセレクタ202、Yセレクタ203、Y側電流終端回路204、Y側電流源回路205、及びY側電源回路206は、磁気メモリセル1に書き込み電流を供給するための「書き込み電流供給回路」を構成している。   The Y-side current source circuit 205 supplies or draws a predetermined write current to the selected second bit line BL2s during data writing. The Y-side power supply circuit 206 supplies a predetermined voltage to the Y-side current termination circuit 204 at the time of data writing. As a result, the write current flows into or out of the Y selector 203. These X selector 202, Y selector 203, Y side current termination circuit 204, Y side current source circuit 205, and Y side power supply circuit 206 form a “write current supply circuit” for supplying a write current to the magnetic memory cell 1. It is composed.

データ読み出し時、第1ビット線BL1は“Open”に設定される。読み出し電流付加回路207は、選択第2ビット線BL2sに所定の読み出し電流を流す。また、読み出し電流付加回路207は、リファレンスセル1rにつながるリファレンス第2ビット線BL2rに所定の電流を流す。センスアンプ208は、リファレンス第2ビット線BL2rの電位と選択第2ビット線BL2sの電位の差に基づいて、対象メモリセル1sのデータをセンスし、そのデータを出力する。   When reading data, the first bit line BL1 is set to “Open”. The read current adding circuit 207 supplies a predetermined read current to the selected second bit line BL2s. Further, the read current adding circuit 207 supplies a predetermined current to the reference second bit line BL2r connected to the reference cell 1r. The sense amplifier 208 senses the data of the target memory cell 1s based on the difference between the potential of the reference second bit line BL2r and the potential of the selected second bit line BL2s, and outputs the data.

5.他の適用例
本発明は、MRAM以外の磁気記録装置にも適用可能である。例えば、図21は、垂直磁気異方性を有する磁気記録層を示している。この磁気記録層は、XY平面と平行に形成されている。また、この磁気記録層は、直列に接続された複数の磁化領域70A〜70Eを有している。
5). Other Application Examples The present invention can also be applied to magnetic recording devices other than MRAM. For example, FIG. 21 shows a magnetic recording layer having perpendicular magnetic anisotropy. This magnetic recording layer is formed in parallel with the XY plane. The magnetic recording layer has a plurality of magnetization regions 70A to 70E connected in series.

磁化領域70Aの磁化71Aは、−Z方向に固定されている。磁化領域70Bの磁化71Bは、+Z方向に固定されている。磁化領域70Cの磁化71Cは、−Z方向に固定されている。磁化領域70Dの磁化71Dは、+Z方向に固定されている。磁化領域70Eの磁化71Eは、−Z方向に固定されている。つまり、磁気記録層の磁化は、+Z方向と−Z方向に交互に固定されている。従って、隣接する磁化領域70間に磁壁DWが形成されている。   The magnetization 71A of the magnetization region 70A is fixed in the −Z direction. The magnetization 71B of the magnetization region 70B is fixed in the + Z direction. The magnetization 71C of the magnetization region 70C is fixed in the −Z direction. The magnetization 71D of the magnetization region 70D is fixed in the + Z direction. The magnetization 71E of the magnetization region 70E is fixed in the −Z direction. That is, the magnetization of the magnetic recording layer is alternately fixed in the + Z direction and the −Z direction. Therefore, the domain wall DW is formed between the adjacent magnetization regions 70.

例えば、磁化領域70A、70C及び70Eは、既出の図8中の第1磁化固定領域11と同様の平面形状を有している。一方、磁化領域70B及び70Dは、図8中の第2磁化固定領域12と同様の平面形状を有している。従って、図8の場合と同様の初期化方法により、図21で示された磁化状態が簡単に得られる。すなわち、垂直磁気異方性を有する磁気記録層の初期化が容易に行われ得る。尚、磁化領域70A〜70Eの平面形状は、図8で示されたものに限られない。   For example, the magnetization regions 70A, 70C, and 70E have the same planar shape as that of the first magnetization fixed region 11 shown in FIG. On the other hand, the magnetization regions 70B and 70D have the same planar shape as the second magnetization fixed region 12 in FIG. Therefore, the magnetization state shown in FIG. 21 can be easily obtained by the same initialization method as in FIG. That is, initialization of the magnetic recording layer having perpendicular magnetic anisotropy can be easily performed. The planar shapes of the magnetized regions 70A to 70E are not limited to those shown in FIG.

また、本発明の基本的な原理、すなわち、反磁界によるトルクを利用して磁化を所望の方向に初期化する方法は、面内磁気異方性を持つ磁化領域にも適用可能である。   Further, the basic principle of the present invention, that is, the method of initializing magnetization in a desired direction using the torque by the demagnetizing field can be applied to a magnetization region having in-plane magnetic anisotropy.

以上、本発明の実施の形態が添付の図面を参照することにより説明された。但し、本発明は、上述の実施の形態に限定されず、要旨を逸脱しない範囲で当業者により適宜変更され得る。   The embodiments of the present invention have been described above with reference to the accompanying drawings. However, the present invention is not limited to the above-described embodiments, and can be appropriately changed by those skilled in the art without departing from the scope of the invention.

本出願は、2007年8月8日に出願された日本国特許出願2007−206143を基礎とする優先権を主張し、その開示の全てをここに取り込む。   This application claims the priority on the basis of the Japan patent application 2007-206143 for which it applied on August 8, 2007, and takes in those the indications of all here.

Claims (15)

垂直磁気異方性を有する強磁性層である磁気記録層を具備し、
前記磁気記録層は、
磁化反転領域と、
前記磁化反転領域の第1境界に接続され、磁化の向きが第1方向に固定された第1磁化固定領域と、
前記磁化反転領域の第2境界に接続され、磁化の向きが前記第1方向と逆の第2方向に固定された第2磁化固定領域と
を有し、
前記磁気記録層が形成される面内において、前記磁気記録層の周縁に対する接線の傾きの符号を考えたとき、前記第1磁化固定領域に関する前記符号のマジョリティは、前記第2磁化固定領域に関する前記符号のマジョリティの逆である
磁気記録装置。
Comprising a magnetic recording layer which is a ferromagnetic layer having perpendicular magnetic anisotropy,
The magnetic recording layer is
A magnetization reversal region;
A first magnetization fixed region connected to a first boundary of the magnetization switching region and having a magnetization direction fixed in a first direction;
A second magnetization fixed region connected to a second boundary of the magnetization switching region and having a magnetization direction fixed in a second direction opposite to the first direction;
In the plane where the magnetic recording layer is formed, when the sign of the tangential slope with respect to the periphery of the magnetic recording layer is considered, the majority of the sign related to the first magnetization fixed region is related to the second magnetization fixed region. A magnetic recording device that is the opposite of the majority of the sign.
請求の範囲1に記載の磁気記録装置であって、
XYZ座標系において、前記磁気記録層はXY平面に平行に形成され、Z軸は前記XY平面に直交しており、X軸は前記第1境界と前記第2境界との間を最短距離で結ぶ線に平行であり、Y軸は前記X軸及び前記Z軸に直交しており、
前記第1方向及び前記第2方向は、前記Z軸に略平行であり、
前記傾きは、前記X軸あるいは前記Y軸に対する前記接線の有限な傾きである
磁気記録装置。
A magnetic recording apparatus according to claim 1,
In the XYZ coordinate system, the magnetic recording layer is formed parallel to the XY plane, the Z axis is orthogonal to the XY plane, and the X axis connects the first boundary and the second boundary with the shortest distance. Parallel to the line, the Y axis is orthogonal to the X axis and the Z axis,
The first direction and the second direction are substantially parallel to the Z-axis,
The inclination is a finite inclination of the tangent to the X axis or the Y axis.
請求の範囲2に記載の磁気記録装置であって、
前記第1磁化固定領域は、前記Y軸と交差する第1辺を有し、
前記第2磁化固定領域は、前記Y軸と交差する第2辺を有し、
前記第1辺の前記傾きの符号は、前記第2辺の前記傾きの符号の逆である
磁気記録装置。
A magnetic recording apparatus according to claim 2,
The first magnetization fixed region has a first side intersecting with the Y axis,
The second magnetization fixed region has a second side intersecting the Y axis,
The magnetic recording apparatus, wherein the sign of the inclination of the first side is opposite to the sign of the inclination of the second side.
請求の範囲3に記載の磁気記録装置であって、
前記第1磁化固定領域及び前記第2磁化固定領域は、前記XY平面において平行四辺形の形状を有する
磁気記録装置。
A magnetic recording apparatus according to claim 3, wherein
The first magnetization fixed region and the second magnetization fixed region have a parallelogram shape in the XY plane.
請求の範囲3又は4に記載の磁気記録装置であって、
前記XY平面において、前記磁化反転領域の少なくとも一辺は、前記第1辺及び前記第2辺と連結している
磁気記録装置。
A magnetic recording device according to claim 3 or 4,
In the XY plane, at least one side of the magnetization switching region is connected to the first side and the second side.
請求の範囲2に記載の磁気記録装置であって、
前記第1磁化固定領域は、前記第1境界と対向する第3辺を有し、
前記第2磁化固定領域は、前記第2境界と対向する第4辺を有し、
前記第3辺の前記傾きの符号は、前記第4辺の前記傾きの符号の逆である
磁気記録装置。
A magnetic recording apparatus according to claim 2,
The first magnetization fixed region has a third side facing the first boundary,
The second magnetization fixed region has a fourth side facing the second boundary,
The magnetic recording apparatus, wherein the sign of the inclination of the third side is opposite to the sign of the inclination of the fourth side.
請求の範囲2に記載の磁気記録装置であって、
前記第1磁化固定領域の全ての辺の前記傾きの符号は、前記第2磁化固定領域の全ての辺の前記傾きの符号の逆である
磁気記録装置。
A magnetic recording apparatus according to claim 2,
The sign of the inclination of all sides of the first magnetization fixed region is opposite to the sign of the inclination of all sides of the second magnetization fixed region.
請求の範囲2に記載の磁気記録装置であって、
前記第1磁化固定領域と前記第2磁化固定領域の少なくとも一方の周縁は、曲線を含んでいる
磁気記録装置。
A magnetic recording apparatus according to claim 2,
A magnetic recording apparatus, wherein a periphery of at least one of the first magnetization fixed region and the second magnetization fixed region includes a curve.
請求の範囲2乃至8のいずれか一項に記載の磁気記録装置であって、
前記XY平面において、前記第1磁化固定領域は第1形状を有し、前記第2磁化固定領域は第2形状を有し、
前記第1形状と前記第2形状は、前記Y軸に関して鏡面対称である
磁気記録装置。
A magnetic recording apparatus according to any one of claims 2 to 8,
In the XY plane, the first magnetization fixed region has a first shape, the second magnetization fixed region has a second shape,
The first shape and the second shape are mirror-symmetric with respect to the Y axis.
請求の範囲2乃至9のいずれか一項に記載の磁気記録装置であって、
前記XY平面において、前記磁化反転領域の少なくとも一辺は、前記X軸及び前記Y軸の両方と交差する
磁気記録装置。
A magnetic recording device according to any one of claims 2 to 9,
In the XY plane, at least one side of the magnetization switching region intersects both the X axis and the Y axis.
垂直磁気異方性を有する強磁性層である磁気記録層を具備し、
前記磁気記録層は、
磁化反転領域と、
前記磁化反転領域の第1境界に接続され、磁化の向きが第1方向に固定された第1磁化固定領域と、
前記磁化反転領域の第2境界に接続され、磁化の向きが前記第1方向と逆の第2方向に固定された第2磁化固定領域と
を有し、
前記磁気記録層が形成される面内において、前記第1磁化固定領域及び前記第2磁化固定領域は長方形状を有しており、
前記第1磁化固定領域の短辺が延びる方向は、前記第2磁化固定領域の短辺が延びる方向と直交している
磁気記録装置。
Comprising a magnetic recording layer which is a ferromagnetic layer having perpendicular magnetic anisotropy,
The magnetic recording layer is
A magnetization reversal region;
A first magnetization fixed region connected to a first boundary of the magnetization switching region and having a magnetization direction fixed in a first direction;
A second magnetization fixed region connected to a second boundary of the magnetization switching region and having a magnetization direction fixed in a second direction opposite to the first direction;
In the plane on which the magnetic recording layer is formed, the first magnetization fixed region and the second magnetization fixed region have a rectangular shape,
The direction in which the short side of the first magnetization fixed region extends is perpendicular to the direction in which the short side of the second magnetization fixed region extends.
請求の範囲1乃至11のいずれか一項に記載の磁気記録装置であって、
前記磁気記録装置は、磁壁移動型の磁気ランダムアクセスメモリであって、
前記磁気記録層の前記第1境界あるいは前記第2境界に磁壁が形成される
磁気記録装置。
A magnetic recording apparatus according to any one of claims 1 to 11,
The magnetic recording device is a domain wall motion type magnetic random access memory,
A magnetic recording device in which a domain wall is formed at the first boundary or the second boundary of the magnetic recording layer.
垂直磁気異方性を有する強磁性層である磁気記録層を具備し、
前記磁気記録層は、第1磁化固定領域と第2磁化固定領域とを有し、
前記磁気記録層が形成される面に平行な外部磁界が印加されたとき、前記第1磁化固定領域の磁化と前記第1磁化固定領域の端部に発生する反磁界との外積の符号のマジョリティは、前記第2磁化固定領域の磁化の方向と前記第2磁化固定領域の端部に発生する反磁界との外積の符号のマジョリティの逆である
磁気記録装置。
Comprising a magnetic recording layer which is a ferromagnetic layer having perpendicular magnetic anisotropy,
The magnetic recording layer has a first magnetization fixed region and a second magnetization fixed region,
Majority of the sign of the outer product of the magnetization of the first magnetization fixed region and the demagnetizing field generated at the end of the first magnetization fixed region when an external magnetic field parallel to the surface on which the magnetic recording layer is formed is applied Is the opposite of the majority of the sign of the outer product of the direction of magnetization of the second magnetization fixed region and the demagnetizing field generated at the end of the second magnetization fixed region.
垂直磁気異方性を有する強磁性層である磁気記録層における磁化固定方法であって、
前記磁気記録層は、第1磁化固定領域と第2磁化固定領域とを有し、
前記磁化固定方法は、
前記磁気記録層が形成される面に平行な第1外部磁界を印加するステップと、
ここで、前記第1磁化固定領域の磁化と前記第1磁化固定領域の端部に発生する反磁界との外積の符号のマジョリティは、前記第2磁化固定領域の磁化と前記第2磁化固定領域の端部に発生する反磁界との外積の符号のマジョリティの逆であり、
前記第1外部磁界の印加を停止するステップと
を含む
磁化固定方法。
A magnetization pinning method in a magnetic recording layer which is a ferromagnetic layer having perpendicular magnetic anisotropy,
The magnetic recording layer has a first magnetization fixed region and a second magnetization fixed region,
The magnetization fixing method includes:
Applying a first external magnetic field parallel to the surface on which the magnetic recording layer is formed;
Here, the majority of the sign of the outer product of the magnetization of the first magnetization fixed region and the demagnetizing field generated at the end of the first magnetization fixed region is the magnetization of the second magnetization fixed region and the second magnetization fixed region. Is the opposite of the majority of the sign of the outer product with the demagnetizing field generated at the end of
Stopping the application of the first external magnetic field.
請求の範囲14に記載の磁化固定方法であって、
更に、前記磁気記録層が形成される面に直交する第2外部磁界を印加するステップを含む
磁化固定方法。
A magnetization fixing method according to claim 14, wherein
The method of pinning magnetization further includes the step of applying a second external magnetic field orthogonal to the surface on which the magnetic recording layer is formed.
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