JPWO2011152281A1 - 磁気抵抗効果素子及び磁気メモリ - Google Patents
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Abstract
磁化方向が膜面垂直方向に安定であり、磁気抵抗変化率が制御され、磁壁移動によって書込み可能な磁気抵抗効果素子及び、その磁気抵抗効果素子を用いた磁気メモリを提供する。磁気抵抗効果素子を構成する強磁性層の材料を、３ｄ遷移金属を少なくとも１種類含んだ強磁性材料若しくはホイスラー合金で構成することで、磁気抵抗変化率を制御し、且つ、強磁性層の膜厚を原子層レベルで制御することで磁化方向を膜面内方向から膜面垂直方向に変化させた。
Description
本発明は、磁気抵抗効果素子及びその磁気抵抗効果素子をメモリセルとして備えた磁気メモリ（ＭＲＡＭ：Magnetic Random Access Memory）に関しており、特に、書込み動作において磁壁移動方式を採用するＭＲＡＭに関する。
ＭＲＡＭは、高集積・高速動作などの観点からユニバーサルメモリの候補として有望な不揮発性メモリである。ＭＲＡＭのメモリセルには、記憶素子としてＧＭＲ（Giant magnetoresistance）素子、ＴＭＲ（Tunnel magnetoresistance）素子などの磁気抵抗効果素子が用いられる。これらの素子の基本構造は、第１の強磁性層と第２の強磁性層の２つの強磁性層で非磁性層を挟んだ３層構造である。２層の強磁性層の一方は、磁化の向きが固定された固定層であり、他方は、磁化の向きが反転可能な記録層である。以下では、第１の強磁性層を固定層とし、第２の強磁性層を記録層とした場合を例として説明する。素子の抵抗は、固定層の磁化方向と記録層の磁化方向が互いに平行（Ｐ状態）のとき低抵抗になり、反平行（ＡＰ状態）のとき高抵抗になる。この抵抗変化率は非特許文献１などにあるように、非磁性層にＭｇＯを用いたＴＭＲ素子の場合、室温で６００％を超える。これは、Ｃｏ，Ｆｅなどの３ｄ遷移金属元素を少なくとも１つ含む強磁性材料とＭｇＯとの組合せのときに実現するΔ1バンドを介したコヒーレントなトンネル伝導を用いた場合に顕著に大きくなることが知られている。ＭＲＡＭでは、この抵抗変化をビット情報の「０」と「１」に対応させる。ビット情報の書込み方法は、非特許文献２などにあるようにスピン注入による磁化反転方式が提案されている。この方式は、磁気抵抗効果素子に電流を流すことによるスピントランスファートルクによって、磁化方向が変化する現象を利用する。固定層から記録層に電流を流した場合、固定層と記録層の磁化は反平行になりビット情報は「１」になる。一方、記録層から固定層に電流を流した場合、固定層と記録層の磁化は平行になりビット情報は「０」になる。
しかしながら、この方式では書込みの際に磁気抵抗効果素子自身に大きな電流を流す必要がある。このため、非磁性層に絶縁膜を用いたＴＭＲ素子の場合、絶縁層の耐電圧が問題になる。また、読出しが高速になるほど磁気抵抗変化率は高い値が必要となり、一般的には７０％から１００％以上の高い磁気抵抗変化率が必要とされる。非磁性層に絶縁層を用いないＧＭＲ素子の場合には、抵抗変化率が小さいため読出しに時間がかかるという問題がある。
一方、スピントランスファー効果による磁壁移動（Domain wall motion）を利用した磁壁移動型のＭＲＡＭが、特許文献１などに開示されている。磁壁は、磁区と呼ばれる強磁性体中の磁化方向が揃った複数の領域の境界で有限の体積を持った領域である。特に、隣り合った２つの磁区の磁化方向が反平行な場合、その境界にある磁壁を１８０度磁壁と呼ぶ。特許文献１に記載された磁壁移動型ＭＲＡＭにおけるメモリセルの磁気抵抗効果素子は、磁化が固定された固定層と、固定層上に積層された非磁性層と、非磁性層に積層された磁気記録層とを備える。
図１は、特許文献１などに開示された磁壁移動型ＭＲＡＭにおけるメモリセルの磁気抵抗効果素子１００の基本構造を示している。図１（ａ）は平面図を、図１（ｂ）は断面図を示している。磁気抵抗効果素子１００は、強磁性体であり磁化が固定された固定層１０１と、固定層上に積層された非磁性層１０２と、非磁性層に積層された強磁性の磁気記録層１０３を備え、磁気記録層１０３は細線形状を有している。具体的には、磁気記録層１０３は、固定層１０１及び非磁性層１０２と重なる部分に有限の幅を持った磁壁が移動できる領域を加えた磁化反転領域１０４と、磁化反転領域１０４に隣接して形成された一対の磁化固定領域１０５，１０６を有する。磁化固定領域１０５，１０６には、互いに反対向きの固定磁化が付与されている。
磁化固定領域１０５，１０６には、それぞれ、電流供給端子１０７，１０８が接合されている。さらに、固定層１０１にも電流供給端子１０９が接合されている。書込みの際は、電流供給端子１０７，１０８を用いて、磁気記録層１０３の磁化反転領域１０４、及び磁化固定領域１０５，１０６を貫通するように書込み電流が流れされる。磁化反転領域１０４には磁壁１１０が導入されており、磁化反転領域１０４の磁化方向は磁壁１１０を境界として反平行である。書込み電流が流れると磁壁１１０が移動するため、磁化反転領域１０４中の固定層１０１及び非磁性層１０２の直上の領域の磁化方向が変化する。図１の例では、電流供給端子１０７から電流供給端子１０８に電流を流すと、磁壁１１０は磁化固定層１０５に向かって移動して、磁化反転領域１０４中の固定層１０１及び非磁性層１０２の直上の領域の磁化方向は固定層の磁化に対して平行になる。電流供給端子１０８から電流供給端子１０９に電流を流すと、磁壁１１０は磁化固定層１０６に向かって移動して、磁化反転領域１０４中の固定層１０１及び非磁性層１０２の直上の領域の磁化方向は固定層の磁化に対して反平行になる。
この方式の利点は、書込みの際に非磁性層１０２に電流が流れないため、非磁性層にＭｇＯに代表される絶縁膜を用いた場合でも絶縁膜の耐電圧を考慮する必要がなく、信頼性が高い構造になる点である。読出しの際は、電流供給端子１０７と電流供給端子１０９、若しくは、電流供給端子１０８と電流供給端子１０９を用いて、固定層１０１、非磁性層１０２及び磁気記録層１０３を貫通して、書込み電流より小さく磁壁１１０が移動しない程度の読出し電流を流すことにより、電流が流れる経路がＧＭＲあるいはＴＭＲと同様の構造になり、抵抗変化をビット情報として読出すことができる。
S.Ikeda, J.Hayakawa, Y.Ashizawa, Y.M.Lee, K.Miura, H.hasegawa, M.Tsunoda, F.Matsukura, H.Ohno, Appl. Phys. Lett., 93, 082508 (2008)
J.C.Slonczewski, J. Magn. Magn. Mater., 159, L1-L7 (1996)
磁壁移動を利用したＭＲＡＭでは、書込み電流の絶対値が比較的大きくなってしまう可能性がある。非特許文献２の他にも、磁壁移動の観測は数多く報告されているが、概ね磁壁移動には１×１０8Ａ／ｃｍ2付近の閾値電流密度を要している。この場合、例えば磁壁移動の起こる磁気記録層の幅を１００ｎｍ、膜厚を１０ｎｍとした場合でも書込み電流は１ｍＡとなる。
一方、固定層及び磁気記録層として磁気異方性が基板面に垂直である垂直磁気異方性材料を用いた磁気抵抗効果素子においては、１０6Ａ／ｃｍ2台の閾値電流密度が観測されている（例えば、S.Mangin, D.Ravelosona, J.A.Katine, M.J.Carey, B.D.Terris and Eric E.Fullerton, Nature Mater., 5, 210 (2006)参照）。磁壁移動を利用したＭＲＡＭにおいては、磁気記録層として垂直磁気異方性材料を用いることにより、書込み電流を低減できることが期待される。また、垂直磁気異方性材料は熱安定性が大きいことから、磁壁の位置が安定するため記録保持時間が長くなるという利点がある。しかしながら、従来から知られているＦｅＰｔ，ＣｏＦｅ／Ｐｄ多層膜、ＴｂＦｅＣｏなどの垂直磁気異方性材料を固定層及び磁気記録層１０３に用いた場合、非磁性層にＭｇＯを用いたＴＭＲ構造とした場合でも、Δ1バンドを介したコヒーレントなトンネル伝導を実現できないため抵抗変化率が小さい。高速な読出し動作には抵抗変化率が７０％以上である必要があるとされるため、ビット情報の読出し速度が低下する。また、これらの材料はダンピング定数αが大きいことが知られている。このため磁壁の移動速度が遅くなってしまう可能性があり、書込み速度が低下する。
本発明の目的は、磁壁移動によって磁気記録層へのビット情報の書込みを行い、磁気記録層の磁気異方性が垂直方向であり、且つ抵抗変化率が大きく磁壁移動速度が速い磁気抵抗効果素子及び磁気ランダムアクセスメモリを提供することにある。
上述の課題を解決するために、磁壁移動型の磁気抵抗効果素子を構成する固定層及び磁気記録層の少なくともどちらか一方に用いる材料を、Ｃｏ，Ｆｅなどの３ｄ遷移金属を少なくとも１種類含んだ材料、若しくは、Ｃｏ2ＭｎＳｉなどに代表されるスピン分極率が１００％のハーフメタルとされるホイスラー合金で構成することで磁気抵抗変化率を制御することとした。通常、Ｃｏ，Ｆｅなどの３ｄ遷移金属を少なくとも１種類含み、且つ、Δ1バンドによるコヒーレントトンネル伝導を実現する材料、若しくは、ホイスラー合金で磁気抵抗効果素子を作製した場合、強磁性層の磁化方向は膜面に対して平行な方向を向くが、本発明者らは、強磁性層の膜厚を原子層レベルで制御して磁化方向を膜面に対して垂直にすることによって低い書込み電流密度と高い熱安定性定数を実現する技術を開発した。
図２に示したのは、強磁性層にＣｏＦｅＢを用いた例において、磁化方向が膜面に対して垂直になるために必要な膜厚を、製造工程に含まれる熱処理工程の温度に対して示したものである。ＣｏＦｅＢは、ＭｇＯとの組合せでΔ1バンドによるコヒーレントトンネル伝導を実現する材料の１つである。ここで、熱処理を行った時間は１時間であった。図中の白丸は膜厚の上限を、黒丸は下限を表している。図のように、熱処理温度に対応して、磁化方向が膜面に対して垂直になるＣｏＦｅＢの膜厚範囲は変化する。
図２の例はＣｏＦｅＢに対するものであり、他の３ｄ遷移金属を少なくとも１種類含んだ材料やホイスラー合金に対しては、磁化方向が膜面に対して垂直になるために必要な膜厚と熱処理温度の関係は図２と異なる場合があるが、材料に適した膜厚に制御することにより磁化方向を膜面に対して平行から垂直に変化させることが可能である。磁化方向が膜面に対して垂直になるために必要な膜厚は、材料によって異なるが、概ね３ｎｍ以下である。このように磁化方向が膜面に対して垂直になる原因は、図２の例の場合、ＣｏＦｅＢの界面における特殊な異方性の変化だと考えられる。ＣｏＦｅＢの膜厚を原子層レベルに制御して薄膜化することによって、ＣｏＦｅＢ層の体積に対して界面の効果が及ぶ体積の割合を増大することができる。このため、界面の特殊な異方性の効果が顕著に現れ、磁化方向が膜面に対して垂直になる。特に、ＭｇＯ，Ａｌ2Ｏ3，ＳｉＯ2などに代表される酸素を含む化合物と、Ｃｏ，Ｆｅなどの３ｄ遷移金属を少なくとも１種類含む強磁性材料の界面にこのような効果が大きく表れ、磁化が膜面垂直方向に向き易くなる傾向があると考えられる。
一方、図３は、例として固定層と磁気記録層にＣｏＦｅＢ、非磁性層としてＭｇＯを用いた場合において、固定層、非磁性層及び磁気記録層を貫通して読出し電流を流したときの磁気抵抗効果素子の磁気抵抗変化率を、熱処理時の温度に対して示したものである。熱処理温度が大きくなるとともに、磁気抵抗変化率は大きくなり、３００℃では１００％を超える。これは、ＣｏＦｅＢとＭｇＯの組合せでは、異方性が垂直方向に変わってもΔ1バンドを介したコヒーレントなトンネル伝導が実現されるためである。従って、この例では、例えば７０％の磁気抵抗変化率を得るためにはおよそ２５０℃で熱処理を行えばよいし、１００％の磁気抵抗変化率を得るためには３００℃で熱処理を行えばよい。このとき、熱処理温度を３００℃として膜面に垂直な磁化方向を持つ磁気抵抗効果素子を得るには、図２を参照すると固定層及び磁気記録層の膜厚を１．０ｎｍから１．６ｎｍ程度に制御すればよい。
他の３ｄ遷移金属を少なくとも１種類含んだ材料を用いた場合でも、Δ1バンドを介したコヒーレントな伝導が実現されていれば、熱処理温度と磁気抵抗変化率の関係を調査しておくことによって、所望の磁気抵抗変化率が得られ、且つ、磁化方向が膜面に対して垂直方向を向いている磁気抵抗効果素子を作製することが可能である。一方、ホイスラー合金を用いた場合、元々のスピン分極率が１００％であるため、高い磁気抵抗変化率が得られ、且つ、磁化方向が膜面に対して垂直方向を向いている磁気抵抗効果素子を作製することが可能である。
図４は、固定層及び磁気記録層の材料としてＣｏＦｅＢ、非磁性層としてＭｇＯを用いた場合の、膜面に対して垂直方向に印加した磁場に対する磁気抵抗効果素子の抵抗変化を示している。図４の磁場の値がプラス側のピークは、磁場をマイナス方向からプラス方向に掃引したときに現れるピークであり、磁場の値がマイナス側のピークは、磁場をプラス方向からマイナス方向に掃引したときに現れるピークである。この例では、熱処理温度を３００℃とした。実験結果から、磁化方向は膜面に対して垂直を向いていることがわかる。また、このときの磁気抵抗変化率は１００％であった。このような材料で構成した場合の磁気抵抗効果素子は読出し速度の低下は起こらず、且つ、垂直磁気異方性を持つため熱安定性が高く記録保持時間が長いという利点を持つ。
図５は、ＣｏＦｅＢのダンピング定数αのＣｏＦｅＢ膜厚依存性を示している。図からわかるように、異方性が膜面垂直になる範囲のダンピング定数αは、従来から知られている垂直異方性材料のダンピング定数α＝０．１程度より小さい。このため、磁壁の移動速度低下を抑えることができ、書込み速度が十分に速いという利点を持つ。ホイスラー合金を用いた場合は、M.Oogane, T.Wakita, S.Yakata, R.Yilgin, Y.Ando, A.Sakuma, T.Miyazaki, Jpn. J. Appl. Phys., 45, 3889 (2006)にあるように、ダンピング定数αは十分に小さく、同様の利点が得られる。
本発明を適用することによって、磁気抵抗変化率が大きく、且つ、膜面に対して垂直な磁化方向を持つ、磁壁移動型ＭＲＡＭの磁気抵抗効果素子を容易に作製することができる。また、磁気抵抗変化率を制御したい場合、熱処理温度を制御するとともに、非磁性層を挟んで形成される固定層及び磁気記録層の膜厚を調整することにより膜面に対して垂直な磁化方向を維持した磁気抵抗効果素子を作製することができる。更に、本発明を適用した場合、固定層及び磁気記録層の膜厚を制御することによって磁気異方性を容易に制御できる。また、磁気抵抗変化率が高くダンピング定数αが低いという利点があるため、読出し書込み共に高速な動作が可能である。
以下、本発明を適用した磁壁移動型ＭＲＡＭ及び磁壁移動型ＭＲＡＭのメモリセルにおいて記録素子として用いられる磁気抵抗効果素子について、図面を参照して詳細に説明する。
＜実施例１＞
図６は、本発明による磁気抵抗効果素子の例を示す模式図であり、（ａ）は平面模式図、（ｂ）は断面模式図である。
図６は、本発明による磁気抵抗効果素子の例を示す模式図であり、（ａ）は平面模式図、（ｂ）は断面模式図である。
本発明の一観点によると、磁気抵抗効果素子６００は、図６に示すように、強磁性体であり磁化が固定された固定層６０１と、固定層上に積層された非磁性層６０２と、非磁性層６０２に積層された強磁性の磁気記録層６０３とを備え、非磁性層６０２と磁気記録層６０３は細線形状を有している。固定層６０１及び磁気記録層６０３の材料は、Ｃｏ，Ｆｅなどの３ｄ遷移金属元素を少なくとも１種類含む強磁性材料若しくはＣｏ2ＭｎＳｉなどに代表されるホイスラー合金が望ましく、非磁性層６０２の材料はＭｇＯ，Ａｌ2Ｏ3，ＳｉＯ2などの酸素を含む化合物やＣｕなどの金属などが候補であり、磁気抵抗変化率が大きくなる材料が望ましい。ここでは、固定層６０１及び磁気記録層６０３の材料がＣｏＦｅＢであり、非磁性層６０２がＭｇＯである場合を例として説明する。
図２に示したように、固定層６０１及び磁気記録層６０３の膜厚を１．０ｎｍから１．６ｎｍ程度に制御することによって、熱処理温度が３００℃のとき、固定層６０１の磁化及び磁気記録層６０３の磁化は膜面に対して垂直になる。図３に示したように、このときの磁気抵抗変化率は１００％以上を達成している。図６の例では、固定層６０１の平面形状は円形とし、直径は４０ｎｍとした。固定層６０１の平面形状は正方形、長方形、楕円形などが考えられるが、膜面に対して平行方向の磁気異方性がない円形が望ましい。磁気記録層６０３の細線は、線幅を４０ｎｍとした。また磁化反転領域６０４の細線長さは１５０ｎｍとした。これは、磁壁６１０が固定層６０１及び非磁性層６０２の直上領域より広い範囲で動けるようにするためである。仮に磁壁６１０が固定層６０１及び非磁性層６０２の直上領域に止まると、読出しの際にビット情報を正しく読出せないという問題が生じるためである。従って、磁化反転領域６０４の細線長さは、｛（固定層６０１の直径）＋２×（磁壁幅）｝より大きくするという条件を満たす必要がある。磁化固定領域６０５，６０６の細線長さはそれぞれ１５０ｎｍとした。磁化固定領域６０５，６０６には、互いに反対向きの強く固定された磁化が付与されている。このため、磁化反転領域６０４中で必ず磁化は１回以上反転する。従って、磁化反転領域６０４には必ず１つ以上の１８０度磁壁が存在する。
磁化固定領域６０５，６０６には、それぞれ、電流供給端子６０７，６０８が接合されている。この電流供給端子６０７，６０８を介して、磁気記録層６０３の磁化反転領域６０４、及び磁化固定領域６０５，６０６を貫通するように書込み電流が流れる。また、磁化反転領域６０４中に磁壁が２つ以上存在する場合、磁化反転領域６０４、及び磁化固定領域６０５，６０６を貫通するように書込み電流を流し、複数の磁壁を磁化反転領域６０４の一端に移動させると、複数の磁壁は消失し、必ず１つ磁壁が磁化反転領域６０４に存在することになる。このように、この方法を用いることで、磁化反転領域６０４に磁壁６１０を１つだけ導入することが可能である。また、非磁性層６０２は、磁気記録層６０３と同じ幅、長さになるように設計した。
書込みに関しては、図６の例では、電流供給端子６０７から電流供給端子６０８に電流を流すと、磁壁６１０は磁化固定層６０５に向かって移動して、磁化反転領域６０４中の固定層６０１及び非磁性層６０２の直上の領域の磁化方向は固定層の磁化に対して平行になる。電流供給端子６０８から電流供給端子６０９に電流を流すと、磁壁６１０は磁化固定層６０６に向かって移動して、磁化反転領域６０４中の固定層６０１及び非磁性層６０２の直上の領域の磁化方向は固定層に対して反平行になる。
読出しに関しては、電流供給端子６０７及び電流供給端子６０９、若しくは、電流供給端子６０７及び電流供給端子６０９を用いて、固定層６０１、非磁性層６０２、及び磁気記録層６０３を貫通して、書込み電流より小さく磁壁６１０が移動しない程度の読出し電流を流すことにより、電流が流れる経路がＧＭＲ及びＴＭＲと同様の構造になり抵抗変化をビット情報として読出すことができる。
図６の例では、固定層６０１、非磁性層６０２、磁気記録層６０３の順に積層したが、図７の断面模式図に示すように、磁気記録層６０３、非磁性層６０２、固定層６０１の順に積層してもよい。また、図６の例では固定層６０１の磁化方向が下向き、磁化固定領域６０５の磁化が上向き、磁化固定領域６０６の磁化が下向きの場合を例としているが、磁化固定領域６０５と磁化固定領域６０６の磁化方向が反平行であれば、他に磁化方向の制限はなく作製が容易にできる方向に磁化を固定すればよい。
また、固定層６０１の材料が例えばＦｅＰｔなどの従来から知られた垂直磁気異方性材料であり、磁気記録層６０３の材料がＣｏＦｅＢであっても良い。この場合は、ＦｅＰｔなどの従来から知られた垂直磁気異方性材料はΔ１バンドを介したコヒーレントなトンネル伝導を実現できないため、磁気抵抗変化率は小さくなるが、書込み及び読出し動作は可能である。さらにこの構成の利点として、固定層６０１の磁気異方性を磁気記録層６０３と比べて大きく制御することができる。また、固定層６０１の材料がＣｏＦｅＢであり、磁気記録層６０３の材料が例えばＦｅＰｔなどの従来から知られた垂直磁気異方性材料であっても良い。この構成であっても同様に書込み及び読出し動作は可能である。
一方、固定層６０１及び磁気記録層６０３にホイスラー合金Ｃｏ2ＭｎＳｉを用いた場合、スピン分極率が高いため７０％程度の抵抗変化率を得ることができた。この値は固定層６０１及び磁気記録層６０３にＣｏＦｅＢを用いた場合より低い。この理由は、Ｃｏ2ＭｎＳｉを用いた場合、Δ1バンドを介したコヒーレントな伝導が顕著に現れないためである。しかし、読出しに必要な抵抗変化率は実現可能であった。また、ダンピング定数が低いという利点があるために、磁壁の移動速度が固定層６０１及び磁気記録層６０３にＣｏＦｅＢを用いた場合より速いため、高速な書込み動作を実現できた。
本発明の別の観点によると、磁化固定領域６０５，６０６の磁化を強く固定するために、磁化固定領域６０５，６０６の膜厚を、磁化反転領域６０４の膜厚から変化させてもよい。図８は、磁化固定領域６０５，６０６の膜厚を、磁化反転領域６０４の膜厚より薄くした場合の断面図を例として示している。本発明で固定層６０１及び磁気記録層６０３に適用したＣｏ，Ｆｅなどの３ｄ遷移金属を少なくとも１種類含んだ材料若しくはＣｏ2ＭｎＳｉなどに代表されるホイスラー合金は、膜厚を制御することによって磁化方向を膜面に平行方向から垂直方向まで変化することが可能である。さらに、垂直方向の磁気異方性も膜厚を変化させることで制御することが容易に可能である。
図８の例では、磁化固定領域６０５，６０６の垂直磁気異方性が磁化反転領域６０４の垂直磁気異方性より大きくなるよう制御されており、磁化固定領域６０５，６０６の磁化方向は強く固定される。このため、磁壁６１０は磁化固定領域６０５，６０６に侵入せず、磁化反転領域６０４に止めることが容易に可能である。さらに、図８の例では、磁化固定領域６０５，６０６の膜厚は、磁化反転領域６０４の膜厚より小さく制御されている。この場合、図５からわかるように磁化固定領域６０５，６０６のダンピング定数αは、磁化反転領域６０４よりも大きい。従って、磁化固定領域６０５，６０６中の磁壁移動速度は磁化反転領域６０４よりも小さい。このため、磁壁６１０が磁化固定領域６０５，６０６に侵入した場合でも、磁壁６１０の移動速度が遅いため、磁化反転領域６０４と磁化固定領域６０５，６０６の界面付近で止めることが容易になる。
図８の例では、固定層６０１及び磁化反転領域６０４の膜厚を１．３ｎｍ、磁化固定領域６０５，６０６の膜厚を１．０ｎｍとした。固定層６０１の平面形状は円形とし、直径は４０ｎｍとした。磁気記録層６０３の細線は、線幅を４０ｎｍとした。また磁化反転領域６０４の細線長さは１５０ｎｍとした。磁化固定領域６０５，６０６の細線長さはそれぞれ１５０ｎｍとした。
本発明の別の観点によると、磁気記録層６０３における磁化反転領域６０４にＣｏ，Ｆｅなどの３ｄ遷移金属を少なくとも１種類含んだ材料若しくはＣｏ2ＭｎＳｉなどに代表されるホイスラー合金を適用し、磁化固定領域６０５，６０６にＣｏとＰｔ、ＮｉとＰｔなどの多層膜や、ＦｅＰｔ，ＴｂＴｅＣｏ合金などの従来から知られている別の垂直磁気異方性材料を適用して構成してもよい。図９には、この観点を実現するための磁気抵抗効果素子６００の断面模式図を示した。ＣｏとＰｔ、ＮｉとＰｔなどの多層膜や、ＦｅＰｔ，ＴｂＴｅＣｏ合金などの従来から知られている別の垂直磁気異方性材料の垂直磁気異方性が、Ｃｏ，Ｆｅなどの３ｄ遷移金属を少なくとも１種類含んだ材料若しくはＣｏ2ＭｎＳｉなどに代表されるホイスラー合金の垂直磁気異方性より大きい場合には、このような構成とすることで、磁化固定領域６０５，６０６の垂直磁気異方性を磁化反転領域６０４の垂直磁気異方性より大きくすることができる。図９の例では、磁化固定領域６０５，６０６の材料としてＦｅＰｔを用い、膜厚を１０ｎｍとした。固定層６０１の平面形状は円形とし、直径は４０ｎｍとした。磁気記録層６０３の細線は、線幅を４０ｎｍとした。また磁化反転領域６０４の細線長さは１５０ｎｍとした。磁化固定領域６０５，６０６の細線長さはそれぞれ１５０ｎｍとした。
本発明の別の観点によると、磁気記録層６０３における磁化固定領域６０５，６０６の、非磁性層６０２と反対側の界面にＣｏとＰｔ、ＮｉとＰｔなどの多層膜や、ＦｅＰｔ，ＴｂＴｅＣｏ合金などの従来から知られている別の垂直磁気異方性材料を適用した強磁性層１００１，１００２を作製してもよい。図１０に、この観点を実現するための磁気抵抗効果素子６００の断面模式図を示した。このような構成とすることで、磁化固定領域６０５，６０６の垂直磁気異方性は強磁性層１００１，１００２と強磁性結合するため、磁化固定領域６０５，６０６の垂直磁気異方性を大きくすることができる。図１０の例では、磁化固定領域６０５，６０６の上に強磁性層１００１，１００２を作製したが、図１１のように強磁性層１００１，１００２上に磁気記録層６０３、非磁性層６０２、固定層６０１の順に積層した構造であってもよい。また、図１０及び図１１の例では電流供給端子６０７，６０８は、磁化固定領域６０５，６０６に接続されているが、強磁性層１００１，１００２に接続されていてもよい。図１０及び図１１の例では、強磁性層１００１，１００２の材料としてＦｅＰｔを用い、膜厚を２０ｎｍとした。固定層６０１の平面形状は円形とし、直径は４０ｎｍとした。磁気記録層６０３の細線は、線幅を４０ｎｍとした。また磁化反転領域６０４の細線長さは１５０ｎｍとした。磁化固定領域６０５，６０６の細線長さはそれぞれ１５０ｎｍとした。磁化固定領域の非磁性層と反対側の界面に、磁化固定領域よりダンピング定数が大きい材料からなる第２の強磁性層を備えてもよい。第２の強磁性層が接することで磁化固定領域のダンピング定数を大きくすることができる。
本発明の別の観点によると、磁気記録層６０３における磁化固定領域６０５，６０６の、非磁性層６０２と反対側の界面に、ＭｇＯ，Ａｌ2Ｏ3，ＳｉＯ2などの酸化物を適用した第２の非磁性層１２０１，１２０２を作製してもよい。図１２にこの観点を実現するための磁気抵抗効果素子６００の断面模式図を示した。Ｃｏ，Ｆｅなどの３ｄ遷移金属を少なくとも１種類含んだ材料若しくはＣｏ2ＭｎＳｉなどに代表されるホイスラー合金が、膜厚を制御することによって磁気異方性が膜面平行方向から垂直方向に変化する原因は界面での特殊な異方性であり、この特殊な界面異方性は特にＭｇＯ，Ａｌ2Ｏ3，ＳｉＯ2などの酸化物との界面において顕著に表れると考えられる。従って、このような構成とすることで、磁化固定領域６０５，６０６の垂直磁気異方性を大きくすることができる。例えば、第２の非磁性層１２０１，１２０２にＭｇＯを用いた場合の膜厚は０．４ｎｍとした。また、第２の非磁性層１２０１，１２０２には、Ｐｔ，Ｐｄに代表されるスピン軌道相互作用の大きい材料を適用してもよい。このような構成を用いることで、磁化固定領域６０５，６０６のダンピング定数を図５に示した値より大きくすることができる。ダンピング定数が大きくなると、磁化固定領域６０５，６０６に磁壁６１０が侵入した場合でも、磁壁６１０の移動速度が急激に減少するため、磁壁６１０を磁化反転領域６０４と磁化固定領域６０５，６０６の境界に止めることができる。例えば、第２の非磁性層にＰｔを用いた場合の膜厚は２ｎｍとした。固定層６０１の平面形状は円形とし、直径は４０ｎｍとした。磁気記録層６０３の細線は、線幅を４０ｎｍとした。また、磁化反転領域６０４の細線長さは１５０ｎｍとした。磁化固定領域６０５，６０６の細線長さはそれぞれ１５０ｎｍとした。
図１２の例では、磁化固定領域６０５，６０６の上に第２の非磁性層１２０１，１２０２を作製したが、図１３のように第２の非磁性層１２０１，１２０２上に磁気記録層６０３、非磁性層６０２、固定層６０１の順に積層した構造であってもよい。また、図１２及び図１３の例では電流供給端子６０７，６０８は、磁化固定領域６０５，６０６に接続されているが、第２の非磁性層１２０１，１２０２を介して磁化固定領域６０５，６０６に接続されていてもよい。
本発明の別の観点によると、磁気記録層６０３における磁化固定領域６０５，６０６の、非磁性層６０２と反対側の界面に、反強磁性層１４０１，１４０２を作製してもよい。図１４に、この観点を実現するための磁気抵抗効果素子６００の断面模式図を示した。このような構成を用いることで、反強磁性層１４０１，１４０２の交換結合のために磁化固定領域６０５，６０６の磁化を強く固着することができる。例えば、反強磁性層１４０１，１４０２にＩｒＭｎを用いた場合の膜厚は５ｎｍとした。固定層６０１の平面形状は円形とし、直径は４０ｎｍとした。磁気記録層６０３の細線は、線幅を４０ｎｍとした。また、磁化反転領域６０４の細線長さは１５０ｎｍとした。磁化固定領域６０５，６０６の細線長さはそれぞれ１５０ｎｍとした。
図１４の例では、磁化固定領域６０５，６０６の上に反強磁性層１４０１，１４０２を作製したが、図１５のように反強磁性層１４０１，１４０２上に磁気記録層６０３、非磁性層６０２、固定層６０１の順に積層した構造であってもよい。また、図１４及び図１５の例では電流供給端子６０７，６０８は、磁化固定領域６０５，６０６に接続されているが、反強磁性層１４０１，１４０２を介して磁化固定領域６０５，６０６に接続されていてもよい。
本発明の別の観点によると、磁気記録層６０３における磁化反転領域６０４と磁化固定領域６０５，６０６の境界に、くびれを入れる構造であってもよい。この観点を実現するための磁気抵抗効果素子６００を図１６に示した。図１６（ａ）は平面模式図、図１６（ｂ）は断面模式図である。この構成を適用することによって、磁壁６１０はくびれに強くピニングされ、磁化固定領域６０５，６０６に侵入しない。図１６の例では、固定層６０１，磁気記録層の膜厚は１．３ｎｍとし、くびれ部分の膜厚は１．０ｎｍとした。固定層６０１の平面形状は円形とし、直径は４０ｎｍとした。磁気記録層６０３の細線は、線幅を４０ｎｍとした。また磁化反転領域６０４の細線長さは１５０ｎｍとした。また、くびれ部分の線幅は、３８ｎｍとした。
本発明の別の観点によると、非磁性層６０２は、磁気記録層６０３における磁化反転領域６０４のみに接するように磁気抵抗効果素子６００を構成してもよい。この観点を実現するための磁気抵抗効果素子６００を図１７に示した。この場合、非磁性層６０２は磁化固定領域６０５，６０６とは接していない。Ｃｏ，Ｆｅなどの３ｄ遷移金属を少なくとも１種類含んだ材料若しくはＣｏ2ＭｎＳｉなどに代表されるホイスラー合金が膜厚を制御することによって異方性が膜面に対して平行から垂直に変化する原因は、界面における特殊な異方性と考えられる。特に、これらの強磁性体とＭｇＯに代表される酸化物の界面においてこの特殊な異方性が顕著に表れる。従って、本実施例の磁気抵抗効果素子６００は、磁化反転領域６０４のみ垂直磁気異方性を持ち、磁化固定領域６０５，６０６は面内磁気異方性とすることができる。この構成とすることで、磁化固定領域６０５，６０６と磁化反転領域６０４の間には９０度磁壁が導入させる。磁化反転領域６０４中の磁壁６１０が磁化反転領域６０４の端に存在するとき、磁化反転領域６０４の磁化にスピントランスファートルクを与える電子スピンは９０度傾いた方向になるため、トルクは大きくなり書込み電流が下がる可能性がある。また、この構成の場合も、磁壁６１０は磁化反転領域６０４中に止まり、磁化固定領域６０５，６０６に侵入しない。
＜実施例２＞
本発明の別の観点によると、実施例１の磁気抵抗効果素子６００において、固定層６１０の垂直磁気異方性を大きくして強く固定するために、固定層６０１における非磁性層６０２と反対側の界面に、ＣｏとＰｔ、ＮｉとＰｔなどの多層膜や、ＦｅＰｔ，ＴｂＦｅＣｏ合金などの従来から知られている別の垂直磁気異方性材料を積層して磁化固着層１８０１を作製してもよい。この観点を実現するための磁気抵抗効果素子６００を図１８に示す。このような構成とすることで、固定層６０１は垂直磁気異方性材料と強磁性結合し、垂直磁気異方性を大きくすることができる。磁化固定層１８０１にＦｅＰｔを用いた場合の膜厚は２０ｎｍとした。また、同様の目的で、固定層６０１における非磁性層６０２と反対側の界面に、反強磁性層を積層してもよい。この場合、固定層６０１は反強磁性層と交換結合することにより、固定層６０１の垂直磁気異方性は大きくなる。磁化固定層１８０１にＩｒＭｎを用いた場合の膜厚は５ｎｍとした。さらに、固定層６０１における非磁性層６０２と反対側の界面に、ＭｇＯ，Ａｌ2Ｏ3，ＳｉＯ2などの酸化物層を積層してもよい。この場合、固定層６０１との界面において特殊な異方性が働くことにより垂直磁気異方性が大きくなる。磁化固定層１８０１にＭｇＯを用いた場合の膜厚は０．４ｎｍとした。固定層６０１における非磁性層６０２と反対側の界面に、Ｐｔ，Ｐｄに代表されるスピン軌道相互作用の大きい材料を積層してもよい。この場合、固定層６０１のダンピング定数αが大きくなるため、垂直磁気異方性は変わらないが、電流による固定層６０１の磁化反転が起き難くなる。従って、読出し電流によって誤って固定層６０１の磁化を反転する可能性を低減することが出来る。磁化固定層１８０１にＰｔを用いた場合の膜厚は２ｎｍとした。
本発明の別の観点によると、実施例１の磁気抵抗効果素子６００において、固定層６１０の垂直磁気異方性を大きくして強く固定するために、固定層６０１における非磁性層６０２と反対側の界面に、ＣｏとＰｔ、ＮｉとＰｔなどの多層膜や、ＦｅＰｔ，ＴｂＦｅＣｏ合金などの従来から知られている別の垂直磁気異方性材料を積層して磁化固着層１８０１を作製してもよい。この観点を実現するための磁気抵抗効果素子６００を図１８に示す。このような構成とすることで、固定層６０１は垂直磁気異方性材料と強磁性結合し、垂直磁気異方性を大きくすることができる。磁化固定層１８０１にＦｅＰｔを用いた場合の膜厚は２０ｎｍとした。また、同様の目的で、固定層６０１における非磁性層６０２と反対側の界面に、反強磁性層を積層してもよい。この場合、固定層６０１は反強磁性層と交換結合することにより、固定層６０１の垂直磁気異方性は大きくなる。磁化固定層１８０１にＩｒＭｎを用いた場合の膜厚は５ｎｍとした。さらに、固定層６０１における非磁性層６０２と反対側の界面に、ＭｇＯ，Ａｌ2Ｏ3，ＳｉＯ2などの酸化物層を積層してもよい。この場合、固定層６０１との界面において特殊な異方性が働くことにより垂直磁気異方性が大きくなる。磁化固定層１８０１にＭｇＯを用いた場合の膜厚は０．４ｎｍとした。固定層６０１における非磁性層６０２と反対側の界面に、Ｐｔ，Ｐｄに代表されるスピン軌道相互作用の大きい材料を積層してもよい。この場合、固定層６０１のダンピング定数αが大きくなるため、垂直磁気異方性は変わらないが、電流による固定層６０１の磁化反転が起き難くなる。従って、読出し電流によって誤って固定層６０１の磁化を反転する可能性を低減することが出来る。磁化固定層１８０１にＰｔを用いた場合の膜厚は２ｎｍとした。
＜実施例３＞
本発明の別の観点によると、実施例１，２の磁気抵抗効果素子６００を記憶素子として採用することで磁壁移動型ＭＲＡＭを実現できる。
本発明の別の観点によると、実施例１，２の磁気抵抗効果素子６００を記憶素子として採用することで磁壁移動型ＭＲＡＭを実現できる。
本発明の磁壁移動型ＭＲＡＭは、図１９に示すように、１つの磁気抵抗効果素子６００に対して、２つの選択トランジスタを備える構成とする。互いに平行に配置された複数のビット線１９０１と、ビット線１９０１に平行に配置され、且つ、互いに平行に配置された複数の第１のソース線１９０２と、ビット線１９０１及び第１のソース線１９０２に平行に配置され、且つ、互いに平行に配置された複数の第２のソース線１９０３を備えている。また、ビット線１９０１、第１のソース線１９０２及び第２のソース線１９０３と垂直に配置され、且つ、互いに平行になるように配置された第１のワード線１９０４と、ビット線１９０１、第１のソース線１９０２及び第２のソース線１９０３と垂直に配置され、第１のワード線１９０４と平行に配置され、且つ、互いに平行になるように配置された第２のワード線１９０５を備える。
第１のソース線１９０２と第１のワード線１９０４の各交点には、第１の選択トランジスタ１９０６が配置され、第１のソース線１９０２は第１の選択トランジスタ１９０６のソース電極と電気的に接続されている。また、第１のワード線１９０４は第１の選択トランジスタ１９０６のゲート電極に電気的に接続されている。第１の選択トランジスタ１９０６のドレイン電極は、磁気抵抗効果素子６００の電流供給端子６０７に電気的に接続されている。第２のソース線１９０３と第２のワード線１９０５の各交点には、第２の選択トランジスタ１９０７が配置され、第２のソース線１９０３は第２の選択トランジスタ１９０７のソース電極と電気的に接続されている。また、第２のワード線１９０５は第２の選択トランジスタ１９０７のゲート電極に電気的に接続されている。第２の選択トランジスタ１９０７のドレイン電極は、磁気抵抗効果素子６００の電流供給端子６０８に電気的に接続されている。さらにビット線１９０１は磁気抵抗効果素子６００の固定層６０１に電気的に接続されている。また、選択回路１９０８，１９０９、電流印加回路１９１０，１９１１，１９１２などが接続されている。このような構成とすることで、磁壁移動型ＭＲＡＭのメモリセルとすることができる。
このメモリセルの書込み動作について説明する。ある特定の１つのメモリセルを選択して書込むには、選択されたメモリセルの第１のソース線１９０２及び第２のソース線１９０３のどちらかに電圧を印加した状態で、第１のワード線１９０４及び第２のワード線１９０５に電圧を印加する。このとき、選択されたメモリセルの第１の選択トランジスタ１９０６及び第２の選択トランジスタ１９０７はオン状態になるので、第１のソース線１９０２及び第２のソース線１９０３のうち電圧印加された一方から、他方へ磁気抵抗効果素子６００を介して電流が流れる。このとき、磁気抵抗効果素子中の磁化反転領域６０４に電流が流れるため磁壁６１０は１方向に移動することができる。また、異なる情報を書込む場合は、第１のソース線１９０２及び第２のソース線１９０３のうち電圧印加するソース線を逆にすることで、磁化反転領域６０４に流れる電流を逆向きにすることができるため、磁壁６１０は逆方向に移動することができる。例えば、第１のソース線１９０２に電圧を印加した場合、第１のソース線１９０２から第２のソース線１９０３に電流が流れる。磁気抵抗効果素子６００として図６に示した磁気抵抗効果素子を採用した場合、電子は図６の磁化反転領域６０４の右から左に移動するため、磁壁６１０も右から左に移動する。このとき、磁化反転領域６０４中の固定層６０１の直上の領域の磁化の向きは固定層６０１の磁化の向きと平行になるため、「０」状態の情報を書込むことができる。一方、「１」状態への書込みは、第２のソース線１９０３に電圧を印加して書込めばよい。読出し動作については、第１のソース線１９０２に書込み時より小さい電圧を印加した状態で、第１のワード線１９０４に電圧を印加する。このとき第１の選択トランジスタ１９０６がオン状態になり、第１のソース線１９０２からビット線１９０１に電流が流れるため、磁気抵抗効果素子６００の抵抗値を読取ることができる。また、第２のソース線１９０３及び第２のワード線１９０５に電圧を印加して読出しを行ってもよい。
１００ 磁気抵抗効果素子
１０１ 固定層
１０２ 非磁性層
１０３ 磁気記録層
１０４ 磁化反転領域
１０５，１０６ 磁化固定領域
１０７〜１０９ 電流供給端子
１１０ 磁壁
６００ 磁気抵抗効果素子
６０１ 固定層
６０２ 非磁性層
６０３ 磁気記録層
６０４ 磁化反転領域
６０５，６０６ 磁化固定領域
６０７〜６０９ 電流供給端子
６１０ 磁壁
１００１，１００２ 強磁性層
１２０１，１２０２ 第２の強磁性層
１４０１，１４０２ 反磁性層
１８０１ 磁化固着層
１９０１ ビット線
１９０２ 第１のソース線
１９０３ 第２のソース線
１９０４ 第１のワード線
１９０５ 第２のワード線
１９０６ 第１の選択トランジスタ
１９０７ 第２の選択トランジスタ
１９０８，１９０９ 選択回路
１９１０〜１９１２ 電流印加回路
１０１ 固定層
１０２ 非磁性層
１０３ 磁気記録層
１０４ 磁化反転領域
１０５，１０６ 磁化固定領域
１０７〜１０９ 電流供給端子
１１０ 磁壁
６００ 磁気抵抗効果素子
６０１ 固定層
６０２ 非磁性層
６０３ 磁気記録層
６０４ 磁化反転領域
６０５，６０６ 磁化固定領域
６０７〜６０９ 電流供給端子
６１０ 磁壁
１００１，１００２ 強磁性層
１２０１，１２０２ 第２の強磁性層
１４０１，１４０２ 反磁性層
１８０１ 磁化固着層
１９０１ ビット線
１９０２ 第１のソース線
１９０３ 第２のソース線
１９０４ 第１のワード線
１９０５ 第２のワード線
１９０６ 第１の選択トランジスタ
１９０７ 第２の選択トランジスタ
１９０８，１９０９ 選択回路
１９１０〜１９１２ 電流印加回路
Claims (19)
- 磁化方向が固定されている強磁性体からなる固定層と、
細線形状の強磁性体からなり、磁化方向が可変の領域を有する磁気記録層と、
前記固定層と前記磁気記録層の間に形成された細線形状の非磁性層とを備え、
前記磁気記録層は両端の磁化固定領域とその間の磁化反転領域の３つの領域を有し、前記固定層及び前記磁化固定領域は電流供給端子を備え、
前記固定層と前記磁気記録層のうち少なくとも一方は、膜厚を３ｎｍ以下に制御することによって磁化方向が膜面に対して平行方向から垂直方向になる強磁性体によって構成され、磁気抵抗変化率が制御され、且つ、膜厚の制御によって磁化方向が膜面に対して垂直方向を向いていることを特徴とする磁気抵抗効果素子。 - 請求項１記載の磁気抵抗効果素子において、前記非磁性層は前記磁気記録層の前記３つの領域と接していることを特徴とする磁気抵抗効果素子。
- 請求項１記載の磁気抵抗効果素子において、前記磁化固定領域の垂直磁気異方性が前記磁化反転領域の垂直磁気異方性より大きくなるように前記磁化固定領域と前記磁化反転領域の膜厚が制御されていることを特徴とする磁気抵抗効果素子。
- 請求項１記載の磁気抵抗効果素子において、前記磁化固定領域の垂直磁気異方性が前記磁化反転領域の垂直磁気異方性より大きくなるように前記磁化固定領域と前記磁化反転領域の材料が選択されていることを特徴とする磁気抵抗効果素子。
- 請求項１記載の磁気抵抗効果素子において、前記磁化固定領域の前記非磁性層と反対側の界面に、前記磁化固定領域より垂直磁気異方性が大きい材料からなる強磁性層を備え、前記磁化固定領域の磁化と前記強磁性層の磁化が強磁性結合していることを特徴とする磁気抵抗効果素子。
- 請求項１記載の磁気抵抗効果素子において、前記磁化固定領域の前記非磁性層と反対側の界面に第２の非磁性層を備え、前記磁化固定領域の垂直磁気異方性が前記磁化反転領域の垂直磁気異方性より大きいことを特徴とする磁気抵抗効果素子。
- 請求項１記載の磁気抵抗効果素子において、前記磁化固定領域の前記非磁性層と反対側の界面に第２の強磁性層を備え、前記第２の強磁性層は前記磁化固定領域よりダンピング定数が大きい材料であり、前記第２の強磁性層が接することで前記磁化固定領域のダンピング定数を大きくすることを特徴とする磁気抵抗効果素子。
- 請求項１記載の磁気抵抗効果素子において、前記磁化固定領域の前記非磁性層と反対側の界面に反強磁性層を備え、前記磁化固定領域の磁化と前記反強磁性層の磁化が交換結合していることを特徴とする磁気抵抗効果素子。
- 請求項１記載の磁気抵抗効果素子において、前記非磁性層は前記磁化反転領域と同じ長さを有して前記磁化反転領域に接し、前記磁化固定領域の磁化が膜面平行方向であることを特徴とする磁気抵抗効果素子。
- 請求項１記載の磁気抵抗効果素子において、前記磁化固定領域と前記磁化反転領域の境界にくびれの構造を持つことを特徴とする磁気抵抗効果素子。
- 請求項１記載の磁気抵抗効果素子において、前記固定層の前記非磁性層と反対側の界面に前記固定層の磁化を強く固着するための反強磁性、強磁性、非磁性のいずれかからなる層を備えることを特徴とする磁気抵抗効果素子。
- 請求項１記載の磁気抵抗効果素子において、前記非磁性層は酸化マグネシウムであることを特徴とする磁気抵抗効果素子。
- 請求項１〜１２のいずれか１項記載の磁気抵抗効果素子において、
前記固定層と前記磁気記録層のうち少なくとも一方を構成する強磁性体が、３ｄ遷移金属を少なくとも１種類含む強磁性材料で構成されており、
磁気抵抗変化率が７０％以上であることを特徴とする磁気抵抗効果素子。 - 請求項１３記載の磁気抵抗効果素子において、前記３ｄ遷移金属はＣｏ，Ｆｅのうち少なくとも一つであることを特徴とする磁気抵抗効果素子。
- 請求項１記載の磁気抵抗効果素子において、前記固定層と前記磁気記録層のうち少なくとも一方を構成する強磁性体が、ダンピング定数が０．１より小さい強磁性材料で構成されていることを特徴とする磁気抵抗効果素子。
- 請求項１５記載の磁気抵抗効果素子において、前記ダンピング定数が小さい強磁性材料はホイスラー合金であることを特徴とする磁気抵抗効果素子。
- 請求項１記載の磁気抵抗効果素子において、磁気抵抗変化率が７０％以上に制御されていることを特徴とする磁気抵抗効果素子。
- 相互に平行に配置された複数のビット線と、
前記ビット線と平行な方向に、互いに平行に配置された複数の第１のソース線と、
前記ビット線と平行な方向に、互いに平行に配置された複数の第２のソース線と、
前記ビット線と交差する方向に、互いに平行に配置された複数の第１のワード線と、
前記ビット線と交差する方向に、互いに平行に配置された複数の第２のワード線と、
前記第１のソース線と前記第１のワード線の交差する部分に配置された第１の選択トランジスタと、
前記第２のソース線と前記第２のワード線の交差する部分に配置された第２の選択トランジスタと、
前記第１の選択トランジスタと前記第２の選択トランジスタの間に配置された磁気抵抗効果素子とを備え、
前記磁気抵抗効果素子は、磁化方向が固定されている強磁性体からなる固定層と、細線形状の強磁性体からなり、磁化方向が可変の領域を有する磁気記録層と、前記固定層と前記磁気記録層の間に形成された細線形状の非磁性層とを備え、
前記磁気記録層は両端の磁化固定領域とその間の磁化反転領域の３つの領域を有し、前記磁化固定領域は電流供給端子を備え、
前記固定層と前記磁気記録層のうち少なくとも一方は、膜厚の制御によって磁化方向が膜面に対して平行方向から垂直方向になる強磁性体によって構成され、膜厚の制御によって磁気抵抗変化率が制御され、且つ、磁化方向が膜面に対して垂直方向を向いており、
前記ビット線は前記磁気抵抗効果素子の前記固定層に電気的に接続され、
前記磁気抵抗効果素子の前記電流供給端子の一方は前記第１の選択トランジスタのドレイン電極に電気的に接続され、
前記磁気抵抗効果素子の前記電流供給端子の他方は前記第２の選択トランジスタのドレイン電極に電気的に接続され、
前記第１のソース線は前記第１の選択トランジスタのソース電極に電気的に接続され、
前記第２のソース線は前記第２の選択トランジスタのソース電極に電気的に接続され、
前記第１のワード線は前記第１の選択トランジスタのゲート電極に電気的に接続され、
前記第２のワード線は前記第２の選択トランジスタのゲート電極に電気的に接続され、前記ビット線、前記第１のソース線、前記第２のソース線、前記第１のワード線、及び、前記第２のワード線に電圧を印加する機構を備える
ことを特徴とする磁気メモリ。 - 請求項１８記載の磁気メモリにおいて、前記非磁性層は前記磁気記録層の前記３つの領域と接していることを特徴とする磁気メモリ。
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