KR20110050582A - 스핀 밸브 소자와 그 구동 방법 및 이들을 이용하는 기억 장치 - Google Patents

스핀 밸브 소자와 그 구동 방법 및 이들을 이용하는 기억 장치 Download PDF

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Abstract

스핀 밸브 소자에 있어서 다치(多値) 기록을 수행하기 위해, 절연체층(24) 또는 비자성층(51)을 사이에 두고, 보자력(保磁力)이 서로 상이한 한 쌍의 강자성층(23, 25)을 갖는 스핀 밸브 소자로서, 보자력이 약한 강자성층(25)의 면내 형상을 대략 원형으로 하고, 복수의 섬 형상 비자성부(IN, IE, IW, IS)를 갖는 스핀 밸브 소자(1)를 얻는다. 또한, 그러한 스핀 밸브 소자를 이용하여 기억 장치(10)를 제작한다.

Description

스핀 밸브 소자와 그 구동 방법 및 이들을 이용하는 기억 장치{SPIN VALVE ELEMENT AND ITS DRIVING METHOD AND STORAGE DEVICE EMPLOYING THEM}
본 발명은 강자성층의 자화(磁化) 분포를 제어하여, 정보를 기록, 독출할 수 있는 스핀 밸브 소자, 그 구동 방법, 및 이들을 이용하는 기억 장치에 관한 것이다.
최근, 나노일렉트로닉스(nano-electronics)의 진전에 따라, 미소 사이즈의 자성 재료 고유의 물리 현상을 응용한 제품의 개발이 진행되고 있다. 특히, 자성 재료의 자유 전자가 갖는 스핀을 이용하는 분야(이하, 「스핀 일렉트로닉스(spin electronics)」라고 함)가 급속히 발전하고 있다.
이 스핀 일렉트로닉스 분야 중에서, 현재 가장 실용 가능성이 높다고 생각되고 있는 것은 강자성층/절연층/강자성층을 포함하는 적층 구조에서 발생하는 터널 자기 저항(TMR: Tunnel Magnetic Resistance) 효과, 또는 강자성층/비자성층(도전층)/강자성층을 포함하는 적층 구조에서 발생하는 거대 자기 저항(GMR: Giant Magnetic Resistance) 효과를 응용한 스핀 밸브 소자이다. 또, 층 사이에 기재한 사선(/) 기호는 그 전후의 층이 그 순서로 적층되어 있는 것을 나타낸다.
도 1과 도 2에 스핀 밸브 소자의 종래의 구성예를 도시한다. 이 중 도 1에는 TMR을 이용한 스핀 밸브 소자의 기본 구성 부분을 도시한다. 스핀 밸브 소자는 기판(5) 위에 구성된, 1층의 절연체층(24)과, 그 절연체층을 사이에 두는 한 쌍의 강자성층[23(고정층) 및 25(자유층)]과, 전극층(21 및 27)을 포함하고, 필요에 따라, 반강자성층[핀 고정층(pinning layer)](22), 캡핑층(capping layer; 26) 등이 부가된다. 고정층(23)의 자화는 반강자성층(22)과의 자기 결합 등에 의해 고정되어 있다. 자유층(25)의 자화는 외부 자계, 또는 편극 전류에 의한 스핀 주입에 의해 제어된다.
이 중 스핀 주입에 의한 제어에서는, 이 소자에 고정층(23)으로부터 전자를 흘리면, 자유층(25)의 스핀에는 고정층(23)과 평행이 되는 토크가 작용한다. 또한, 반대로 자유층(25)으로부터 고정층(23)을 향해 전자를 흘리면 자유층(25)의 스핀에는 고정층(23)과 반(反)평행이 되는 토크가 작용한다. 이 작용에 의해, 자유층(25)의 자화 방향을 전류의 방향에 의해 제어하는 것이 가능해진다(스핀 주입 자화 반전).
이렇게 하여, 자유층과 고정층의 자화 방향이 외부 자계 또는 편극 전류에 의한 스핀 주입에 따라 회전 또는 반전함으로써, 양쪽의 자화 방향에 따라, 소자의 저항이 크게 변화한다. 즉, 양쪽의 자화 벡터가 서로 반평행일 때에, 가장 높은 저항값이 얻어지고, 양쪽의 자화 벡터가 평행일 때에, 가장 낮은 저항값이 얻어지도록 소자가 구성되어 있다.
도 2에는 GMR을 이용한 스핀 밸브 소자의 기본 구성 부분을 도시한다. 도 1의 TMR을 이용한 소자와의 차이는 절연체층(24)이 비자성층(51)으로 치환되었다는 점이고, 그 이외의 기능은 기본적으로 동일하다.
이들 소자를 이용하여, 1 소자당 1 비트의 정보를 기록하는 고체 자기 메모리가 제안되어 있고, 또한, 1 소자당 2 비트의 정보를 기록할 수 있는 다치(多値) 기록 기술도 제안되어 있다. 또, 1 비트로는 2개의 상태(2치)를 기록할 수 있고, 2 비트로는 4개의 상태(4치)를 기록할 수 있다.
일본 특허 공개 평성 제10-91925호 공보 일본 특허 공개 제2003-31771호 공보 일본 특허 공개 제2007-317895호 공보 일본 특허 공표 제2005-535111호 공보
M. Rahm et al., "Influence of point defects on magnetic vortex structures", Journal of Applied Physics, Vol.95, 6708, American Institute of Physics, June 1, 2004 B. A. Ivanov et.al., "Excitation of Spin Dynamics by Spin-Polarized Current in Vortex State Magnetic Disks", Phys. Rev. Lett. No.99, 247208, The American Physical Society, December 14, 2007 J. Shibata et.al., "Current induced magnetic vortex motion by spin-transfer torque", Phys. Rev. B., No.73, 020403, The American Physical Society, January 4, 2006
그러나, 종래의 다치 기록 기술은 여러 가지 과제로 실현에는 이르지 못하였다. 예컨대, 특허문헌 1(일본 특허 공개 평성 제10-91925호 공보)에는, 강자성층/제1 절연층(또는 제1 비자성층)/강자성층/제2 절연층(또는 제2 비자성층)/강자성층을 포함하는 적층 구조를 갖는 이중 터널 접합 소자를 형성함으로써, 1 소자당 2 비트의 정보를 기록할 수 있는 다치 기록 기술에 의한 고체 자기 메모리를 제안하고 있다. 이 고체 자기 메모리에서는, 소자의 구조에 다중 구조가 필요하게 되고, 강자성층/제1 비자성층/강자성층을 포함하는 적층 구성과 강자성층/제2 비자성층/강자성층을 포함하는 적층 구성 간에, 각 강자성층 사이에서 검출되는 출력 전압의 레벨을 구분하여 검지한다. 이 때문에, 특허문헌 1의 고체 자기 메모리에서는, 그 고체 자기 메모리에 포함되는 2개의 적층 구성 중 적어도 한쪽이 나타내는 자기 저항비를, 강자성층/비자성층/강자성층을 포함하는 단일 터널(single tunnel) 접합의 TMR 소자가 나타내는 자기 저항비(다른쪽의 TMR 소자)보다 크게 하지 않으면, 충분한 S/N비를 확보할 수 없다는 문제가 있다.
또한, 특허문헌 2(일본 특허 공개 제2003-31771호 공보)에는, 비자성층을 사이에 두고 2개의 강자성층을 적층하고, 각각의 강자성층의 자화 방향이 서로 직교하도록 형성하며, 이들의 조합에 의해, 각 강자성층에 1 비트, 양쪽으로 합계 2 비트 4 상태를 서로 독립적으로 기억시키는 방법이 개시되어 있다. 이 수법에서는, 다중 구조가 필요하고, 또한, 각각의 강자성층에 대해 순방향과 역방향의 2 방향, 합해서 4 방향의 자계를 생성함으로써 외부 자계에 의한 스위칭을 수행할 필요가 있다는 문제가 있다.
또한, 특허문헌 3(일본 특허 공개 제2007-317895호 공보)에는, 자유층에 2개의 대기부를 인접시키고, 각각의 대기부에 대응하여 자벽(磁壁)을 핀 고정하는 노치를 갖는 구조가 개시되어 있다. 이 수법에서는, 대기 부분만큼 가로 방향의 면적이 커지기 때문에, 다치 기록을 실현해도 기록 밀도가 향상되지 않는다는 문제가 있다.
그리고, 특허문헌 4(일본 특허 공표 제2005-535111호 공보)에는, 자유층의 형상 이방성에 의해 복수의 안정 위치를 갖는 자유층이 개시되어 있으나, 형상 이방성을 도출하기 위해 형상이 일그러져(변형) 반전 자계가 커진다는 문제를 갖고 있다.
또한, 비특허문헌 1에는, 원형 자성막에 직선 형상으로 "결함"을 배치하여 이 결함에 자화 소용돌이(vortex)가 위치하도록 구성하며, 어떤 결함에 자화 소용돌이가 위치하는지를 외부 자계에 의해 제어함으로써, 복수의 자성 상태가 실현되는 것을 개시하고 있다. 그러나, 이 개시에 따르면, 기록점인 "결함"이 직선 형상의 나열에 한정되기 때문에, 실질적으로 기록점 밀도를 높이는 것이 곤란하다. 또한, 비특허문헌 1은 간편한 판독 기능을 구비한 스핀 밸브 소자로서의 구성에 대해 언급하고 있지 않다.
본 발명은 상기 과제 중 적어도 어느 하나를 해결하는 것, 즉 다중 구조 등 복잡한 구조를 이용하지 않고서, 높은 기록 밀도가 가능한 다치 기록의 스핀 밸브 소자와, 그 구동 방법, 및 그러한 스핀 밸브 소자를 이용하는 기억 장치를 제공하는 것을 과제로 한다.
상기 과제를 해결하기 위해, 본 발명에서는, 절연체층 또는 비자성층을 포함하는 중간층과 그 중간층을 사이에 두는 한 쌍의 강자성층을 구비하고, 그 한 쌍의 강자성층의 보자력(保磁力)이 서로 상이한 스핀 밸브 소자로서, 적어도 보자력이 작은 강자성층은 면내 형상이 대략 원형이고, 복수의 섬 형상 비자성부를 갖는 스핀 밸브 소자가 제공된다.
본 발명에서는, 상기 섬 형상 비자성부가 대략 원형의 면내 형상을 갖는 것을 특징으로 하면 적합하다.
또한, 본 발명에서는, 상기 복수의 섬 형상 비자성부가 스핀 밸브 소자 외형의 중심과 대략 동일한 위치에 중심을 갖는 동심원 상에 배치되는 것을 특징으로 하면 적합하다.
또한, 본 발명에서는 스핀 밸브 소자의 구동 방법도 제공된다. 즉, 본 발명에서는, 보자력이 작은 강자성층에 면내 자계를 인가하여, 소용돌이 형상 자화의 소용돌이의 위치를, 어느 한 섬 형상 비자성부로부터 다른 섬 형상 비자성부로 이동시키는 것을 특징으로 하는 구동 방법이 제공된다.
또한, 본 발명의 구동 방법에서는, 상기 면내 자계의 방향이 2개의 섬 형상 비자성부를 통과하는 방향과 일치하지 않는 것을 특징으로 하면 적합하다.
그리고, 본 발명에서는, 다른 형태의 스핀 밸브 소자의 구동 방법도 제공된다. 즉, 상기한 것 중 어느 하나에 기재한 스핀 밸브 소자를 구동하는 구동 방법으로서, 보자력이 작은 강자성층에 수직 자계를 인가함으로써 소용돌이 형상 자화의 소용돌이를 이동시켜, 상기 소용돌이의 위치를, 어느 한 섬 형상 비자성부에 위치하는 상태로부터 다른 섬 형상 비자성부에 위치하는 상태로 회전하도록 이동시키는 것을 특징으로 하는 스핀 밸브 소자의 구동 방법이 제공된다. 또한, 상기한 것 중 어느 하나에 기재한 스핀 밸브 소자를 구동하는 구동 방법으로서, 보자력이 작은 강자성층에 보자력이 큰 강자성층으로부터 스핀을 주입하도록 전류를 흐르게 함으로써 소용돌이 형상 자화의 소용돌이를 이동시켜, 상기 소용돌이의 위치를, 어느 한 섬 형상 비자성부에 위치하는 상태로부터 그 옆의 섬 형상 비자성부에 위치하는 상태로 회전하도록 이동시키는 것을 특징으로 하는 스핀 밸브 소자의 구동 방법이 제공된다.
본 발명에서는 기억 장치도 제공된다. 즉, 상기한 것 중 어느 하나에 기재한 스핀 밸브 소자를 기억 소자로서 이용하는 기억 장치가 제공된다.
본 발명의 어느 하나의 실시형태에 따르면, 다중 구조 등 복잡한 구조를 이용하지 않고, 높은 기록 밀도가 가능하고, 스핀 주입 자화 반전을 이용할 때에 단극성의 펄스에 의해 다치 기록이 가능한 스핀 밸브 소자를 실현한다는 적어도 어느 하나의 효과를 이루는 다치 기록 가능한 스핀 밸브 소자를 제공할 수 있고, 또한, 이러한 스핀 밸브 소자를 이용하는 기억 장치를 실현할 수 있다.
도 1은 TMR을 이용한 스핀 밸브 소자의 기본 구성 부분을 도시하는 단면도.
도 2는 GMR을 이용한 스핀 밸브 소자의 기본 구성 부분을 도시하는 단면도.
도 3은 본 발명의 스핀 밸브 소자에 있어서 면내 형상의 일례를 도시하는 설명도.
도 4는 소용돌이 형상 자화 구조의 설명도로서, (a)는 입체도, (b)는 자화를 화살표로 나타낸 평면도.
도 5는 본 발명에서 얻어진 스핀 밸브 소자에서의 자화 분포의 설명도로서, (a)는 입체도, (b)는 자화를 화살표로 나타낸 평면도.
도 6은 본 발명의 스핀 밸브 소자에, 스핀 밸브 소자의 면내 대칭축과 일치하는 방향으로 외부 자계를 인가한 경우의 자화 거동의 일례를 도시하는 설명도.
도 7은 본 발명의 스핀 밸브 소자에, 스핀 밸브 소자의 면내 대칭축과 일치하지 않는 방향으로 외부 자계를 인가한 경우의 자화 거동의 일례를 도시하는 설명도(W 방향으로 약 6°경사).
도 8은 본 발명의 스핀 밸브 소자에 있어서 외부 자계와 소용돌이의 안정점의 관계를 도시하는 설명도.
도 9는 본 발명의 스핀 밸브 소자에, 스핀 밸브 소자의 면내에 대해 수직 방향으로 외부 자계를 인가한 경우의 자화 거동의 일례를 도시하는 설명도.
도 10은 본 발명에서의 스핀 밸브 소자의 자화 분포의 설명도로서, (a)는 자유층, (b)는 수직 자화 이방성을 갖는 고정층, (c)는 면내 자화 이방성을 갖는 고정층.
도 11은 본 발명에 있어서 스핀 주입형 스핀 밸브 소자의 구조예를 도시하는 설명도로서, (a)는 수직 자화 기록용 고정층과 면내 자화 독출용 고정층을 갖는 구조예, (b)는 면내 스핀 주입용 전극과 면내 자화 고정층을 갖는 구조예.
도 12는 본 발명의 스핀 밸브 소자를 이용하는 기억 장치의 구성을 도시하는 설명도.
본 발명의 스핀 밸브 소자에서는, 스핀 밸브 소자의 면내 형상을 대략 원형으로 하고, 그 면내에 복수의 비자성의 섬 형상 영역(이하, 섬 형상 비자성부)을 형성한다. 면내 형상을 대략 원형으로 하고 섬 형상의 비자성부를 복수개 형성함으로써, 본 발명의 스핀 밸브 소자는 기록 시의 형상 이방성을 작게 하여 기록 자계를 저감하고, 자유층 면내의 자화 패턴의 소용돌이(이하, 소용돌이라고 함)를 어느 하나 또는 몇 개의 섬 형상 도트에 고정시키는 상태를 실현한다.
이렇게 해서, 본 발명의 스핀 밸브 소자에서는 다치 기록을 실현시킬 수 있다. 이러한 구성에 따르면, 자유층의 자화 분포에는, 도입한 섬 형상 비자성부의 수만큼의 안정 상태가 존재하도록 할 수 있고, 다치 기록이 가능한 스핀 밸브 소자를 간단한 구성으로 실현할 수 있다. 보다 구체적으로는, 자유층에 발생한 소용돌이를 섬 형상 비자성부에 고정시키고, 외부 자계 인가 또는 스핀 주입에 의해 이 소용돌이를 섬 형상 비자성부 사이에서 이동시킨다. 이렇게 해서, 어떤 섬 형상 비자성부에 소용돌이가 고정되는지를 제어하도록 기록하고, 스핀 밸브 구조를 이용하여, 소용돌이를 고정화하는 섬 형상 비자성부가 어느 것인지를 판독하는 것을 가능하게 한다.
특히, 상기 복수의 섬 형상 비자성부를, 스핀 밸브 소자 외형과 중심을 동일하게 하는 동심원 상에 배치함으로써, 스핀 밸브 소자 면내에서의 섬 형상 비자성부의 밀도를 일직선 상에만 배치하는 것보다 높게 하고, 또한 후술하는 수단에 의한 소용돌이의 사행(蛇行) 운동이나 회전 운동을 이용하는 것이 가능하다.
또, 본 발명의 섬 형상 비자성부는, 전형적으로는 원형의 도트 형상의 것으로 할 수 있다. 미소한 사이즈의 스핀 밸브 소자의 자성층을 비자성부로 하기 위해서는, 섬 모양의 형상은 어떤 물질의 확산이나 열의 확산 등의 현상을 이용하여 패턴을 형성하는 것이 유효하고, 그 때문에, 원형의 형상으로 함으로써 제작이 용이하다.
또한, 전술한 바와 같이, 본 발명에서는, 소용돌이가 섬 형상 비자성부 중 어느 하나에 고정되는 것을 이용하는 것이다. 이하, 본 발명의 실시형태를 도면을 참조하여 설명한다.
본 발명의 실시형태의 일례를 도 3에 도시한다. 자유층을 구성하는 자성막의 면내 형상의 기본형은 원이고, 그 내부에 섬 형상 비자성부가 되는 원형 도트인 4개의 섬 형상 비자성부(IN, IE, IW, IS)가 자성막(25)의 외형 원과 동심원을 이루는 원(A)의 원주 상에 형성된다. 이 섬 형상 비자성부(IN, IE, IW, IS)로서는, 자성막의 영역 중에, 비자성을 나타내는 임의의 물질 영역 또는 비자성을 나타내도록 구성된 영역이 섬 형상의 부분을 형성하는 임의의 것을 포함하며, 예컨대, 그 부분만의 막 재료가 주위의 자성막과 상이하도록 하여 비자성을 나타내도록 한 영역, 막에 공극을 형성하여 비자성 재료를 매립한 영역, 재료는 주위의 자성막과 동일하지만 국소적으로 열프로세스를 변경해서 막의 자기적 성질을 변경하여 비자성층으로 한 영역 등을 포함한다. 또한, 도 3에서는 원형의 도트로 섬 형상 비자성부(IN, IE, IW, IS)를 표시하나, 이 형상은 엄밀히 원형일 필요는 없다. 본 발명에서는, 섬 형상 비자성체부가 형성되는 쪽은 적어도 자유층, 즉 전형적으로는 2개 형성되는 강자성층 중 보자력이 작은 층이고, 자유층뿐만 아니라, 자유층의 섬 형상 영역에 상당하는 비자성층(절연층)이나 고정층 등의 영역도 비자성층으로 할 수 있다.
또한, 도 4는 원형의 면내 형상을 갖지만 섬 형상의 비자성부를 갖지 않는 구성에서의 소용돌이의 자화 분포를 비교를 위해 도시한 것이다. 소용돌이 구조의 중심에서는, 도 4의 (b)에 도시하는 바와 같이 면내에서의 자화 분포가 서로 반평행이 되어 교환 에너지가 증대하므로, 이 교환 에너지의 증대를 작게 하기 위해, 도 4의 (a)에 도시하는 바와 같이 자화는 수직 방향으로 일어선다. 이에 비해, 섬 형상 비자성부(IN, IE, IW, IS)를 이용하는 본 발명에서 얻어진 주변의 자화 분포의 상세는 도 5에 도시하는 바와 같이 된다. 즉, 소용돌이의 중심이 어느 하나의 섬 형상 비자성부[예컨대, 섬 형상 비자성부(IE)]에 위치하고, 마치 섬 형상 비자성부(IE)가 소용돌이를 고정시키는 것과 같은 자화 분포[도 5의 (b)]가 되어, 도 5의 (a)에 도시하는 바와 같이, 도 4에 보여진 중심의 수직 배향 자화부가 해소된다. 전술한 바와 같이, 소용돌이의 중심에서는, 교환 에너지를 보상하기 위해 정자기 에너지가 증대하나, 소용돌이가 섬 형상 비자성부에 고정되면, 그 부분이 해소되기 때문에, 에너지적으로 낮아, 소용돌이가 어느 하나의 섬 형상 비자성부에 고정되는 상태가 비교적 안정적인 것으로 추정된다.
일반적으로, 소용돌이의 크기는 자성 재료의 교환 상호 작용의 유효 거리의 척도인 교환 상호 작용 거리(L)를 기준으로 하여 표현된다. 즉, 자화가 수직 방향으로 일어서는 소용돌이 중심의 크기는, 대략 교환 상호 작용 거리(L) 정도라고 생각된다. L은 하기 식으로 표현된다.
L=(μ0A/Ms2)0.5
여기서, A는 교환 스티프니스 상수(stiffness constant)(J/m), Ms는 포화 자화(T), μ0은 진공 투자율(透磁率)=1.257×10-6(H/m)이다.
섬 형상 비자성부의 실효 직경 치수가 L보다 작으면, 섬 형상 비자성부가 소용돌이를 고정화하는 작용이 작아져 본 발명의 효과는 작게 된다.
또한, 섬 형상 비자성부의 실효 직경 치수가 소용돌이 전체의 치수와 같은 정도가 되면, 섬 형상 비자성부의 주변에서의 자기 상호 작용이 작아져, 소용돌이 구조가 유지되기 어려워진다. 이 효과에 의한 섬 형상 비자성부의 실효 직경 치수의 상한은 대략 20L 정도이다.
이러한 점에서, 섬 형상 비자성부의 실효 직경 치수(D)는 L≤D≤20L로 하는 것이 바람직하고, 보다 바람직하게는 6L≤D≤18L의 범위에 있는 것이 좋다.
또한, 자성막의 외형 원과 동심원을 이루고, 복수의 섬 형상 비자성부가 배치되는 원(A)의 반경(R)에 대해서는, 반경(R)이 커서 스핀 밸브 자성막의 외측 가장자리에 가까워지면, 소용돌이에 있어서 위치 에너지가 커지기 때문에 소용돌이가 섬 형상 비자성부에 도달하는 것이 곤란해지고, 소용돌이가 도달하여 고정화되었다고 해도 고정화되는 에너지가 낮기 때문에 안정성이 저하된다. 또한, 상기 원의 반경(R)이 작으면, 소용돌이가 섬 형상 비자성부에 강하게 고정화되어 버려 이동이 곤란해지고, 실질적으로 섬 형상 비자성부 간의 거리가 제한되기 때문에, 섬 형상 비자성부의 직경 치수(D)를 크게 할 수 없다는 문제가 발생한다.
이 때문에, 복수의 섬 형상 비자성부가 배치된 동심원에는 바람직한 범위가 존재하고, 구체적으로는, 반경(R)을 0.2RR≤R≤0.9RR로 하는 것이 바람직하며, 보다 바람직하게는 0.3RR≤R≤0.6RR로 한다. 여기서, RR은 스핀 밸브 소자의 유효 반경[=(스핀 밸브 소자의 면적/π)0.5]을 나타낸다.
상기한 스핀 밸브 소자의 구동 방법으로서는, 자유층에 면내 자계를 인가하여, 어느 한 섬 형상 비자성부로부터 다른 섬 형상 비자성부로 소용돌이를 이동시킬 수 있다. 일반적으로 소용돌이는 자계와 수직인 방향으로 이동하지만, 이때, 특히, 그 면내 자계의 방향을, 2개의 섬 형상 비자성부를 포함하는 방향(자성막 면 대칭축)과 일치시키지 않음으로써, 소용돌이의 운동에 가로 방향의 진동을 가하고, 전체로서는 사행 운동시킴으로써, 1축의 자장(磁場)에서 2차원의 운동을 유발하여, 자성체 면내에 2차원으로 분포한 섬 형상 비자성부 사이에서의 이동을 실현할 수 있다.
또한, 스핀 밸브 소자의 자유층에의 수직 자계의 인가나, 편극 전류에 의한 스핀 주입으로 소용돌이를 회전 운동시키는 것이 가능하고, 이에 따라, 원(A)의 원주 상에 있는 섬 형상 비자성부 사이를 이동시킬 수 있다.
도 3에 도시한 본 발명의 일례에 있어서는, 자유층(25)을 구성하는 자성막의 면내 형상의 기본형은 원이고, 그 내부에 4개의 섬 형상 비자성부(IN, IE, IW, IS)가 자성막과 동심원의 원주 상에 형성된다. 이하의 설명에 있어서, 자성막의 재료는 표 1의 재료 1의 Co57Fe31B12로 하고, 자성막 치수는 직경 100 ㎚, 두께 20 ㎚, 또한, 섬 형상 비자성부로서, 반경 28 ㎚의 동심원의 원주 상에, 직경 20 ㎚의 중공 구멍을 4개 형성한 것으로 한다. 또, 설명의 편의상, 자성막 내에서의 방향을 도 3의 우측부와 같이 E, S, W, N으로 정의하여, 섬 형상 비자성부의 첨자로 이용한다.
Figure pct00001
[기록 동작]
이러한 자성막에서의 안정적인 자화 상태는 예컨대 도 6에 도시하는 바와 같이, 소용돌이가 있는 섬 형상 비자성부(도 6에서는 IE)에 고정되어 있는 것이다. 이 안정적인 자화 상태에 있는 자성막에 대해 면내 외부 자계를 예컨대 도시한 바와 같이 S 방향으로 인가하면, 자화 분포는 도 6에 도시하는 바와 같이 외부 자계와 수직으로 이동하여 섬 형상 비자성부(IW)로 이동한다. 이동 방향은, 소용돌이의 회전 방향이 시계 방향인지 반시계 방향인지[즉, 소용돌이의 키랄성(chirality)]와 외부 자계 방향과의 상대적 관계에 의해 결정된다. 상기 예에서는 회전 방향은 시계 방향이고, 소용돌이의 이동은 섬 형상 비자성부(IE)로부터 섬 형상 비자성부(IW)로 향하는 방향이 된다.
다음으로, 도 7은 면내 외부 자계를 S 방향으로부터 W 방향을 향해 약 6°방향을 변경한 경우의 자화 분포의 변화를 도시한다. 이러한 외부 자계를 이용하면, 당초, IE 위치의 섬 형상 비자성부에 고정되어 있던 소용돌이는 IE→IS→IN→IW로 순서대로 이동하고, 최종적으로 섬 형상 비자성부(IW)에 고정된다. 이와 같이, 소용돌이는 면내 외부 자계를 인가하면, 기본적으로는 면내 외부 자계의 방향과는 수직의 방향으로 이동하지만, 자계 방향을 2개의 면내 도트를 포함하는 방향의 자성막 면 대칭축으로부터 어긋나게 함으로써, 주(主)이동 방향으로의 직선 운동에 더하여, 그것에 수직인 방향으로 진동 운동이 유발되고, 전체로서는 사행 운동이 되어, 일직선 상에 없는 섬 형상 비자성부로의 이동이 가능해진다. 도 7에 도시한 것은 면내 외부 자계가 충분히 큰 경우이지만, 외부 자계의 강도나 인가 시간을 조정함으로써 이동 도중의 섬 형상 비자성부(IS, IN)에 대해 소용돌이를 고정시키는 것도 가능하다. 이와 같이, 섬 형상 비자성부(IS, IN)을 통과하는 방향과 일치하지 않는 방향의 면내 자화를 이용함으로써, 소용돌이를 고정시킬 수 있는 섬 형상 비자성부의 수를 늘릴 수 있다.
도 8은 도 7과 동일한 스핀 밸브 소자에 있어서, 외부 자계 펄스의 피크값과, 펄스 종료 후에 고정되는 섬 형상 비자성부의 위치의 관계를 도시한다. 이때, 소용돌이의 이동은 IE→IS→IN→IW와 같은 한 방향이 되기 때문에, 4개의 섬 형상 비자성부 간의 상호 이동(예컨대 IN→IE)을 가능하게 하기 위해서는, 반대 방향의 자계(자계의 반전)나, 직교하는 자계의 인가가 필요하다. 즉, 2 방향의 자계가 있으면, 4개의 섬 형상 비자성부 사이를 자유롭게 이동시키는 것이 가능하다. 또, 도 8의 그래프의 세로축의 C는 자성막(25)의 면내 형상의 중앙에 소용돌이가 있는 경우를 나타내고, 또한, //는 자화의 소용돌이가 소실되어 평행 자화가 형성된 경우를 나타낸다.
또한, 도 9는 외부 자계를 자성막에 대해 수직 방향으로 인가한 경우를 도시한다. 이 경우, 소용돌이는 회전 운동하여, IE로부터 IN으로 이동한다. 이와 같이 1 펄스를 이용하여 이웃하는 섬 형상 비자성부 간의 이동을 1회 수행할 수 있기 때문에, 이러한 펄스를 계속해서 인가함으로써 소용돌이를 원(A)의 원주 상에서 회전하도록 이동시켜, 임의의 섬 형상 비자성부에 위치시키는 것이 가능하다. 단극성의 전류를 이용하여, 단일의 회전 방향(상기한 예에서는 반시계 방향)에서의 동작도 가능하며, 양극성의 전류를 이용하여 회전 방향을 역전시킨 동작도 가능하다.
도 9와 같은 소용돌이의 회전은 상기한 바와 같이, 수직 자계의 인가 외에, 수직 자화 이방성을 갖는 고정층으로부터의 스핀 주입(비특허문헌 2)이나, 자유층 면내 전류에서의 스핀 주입(비특허문헌 3)에 의해 이루어질 수도 있다. 소용돌이의 회전 운동에 의한 섬 형상 비자성부 간의 이동에 있어서는, 소용돌이가 이웃하는 섬 형상 비자성부에 순차 이동하게 되고, 전술한 바와 같이, 단극성의 전류에 의해 모든 섬 형상 비자성부로의 이동이 가능하기 때문에, 특히 바람직하게 이용된다.
또한, 소용돌이의 자화는 어떤 임계값 전류를 초과하면 자성막에 대해 반전한다고 알려져 있다. 이 현상을 이용하면, 기록 상태는 또한 2배화하는 것이 가능하다.
또, 이와 같이 외부 자계에 의해 자유층의 자화 분포를 변화시켜도, 고정층은 보자력이 높기 때문에, 그 자화 분포는 변하지 않게 할 수 있다. 이 때문에, 자유층의 자화 분포만을 제어함으로써 스핀 밸브 소자의 전기 저항을 제어하는 것이 가능하고, 다치의 기록을 수행할 수 있는 기록 소자가 실현된다.
[독출 동작]
한편, 자유층의 소용돌이의 위치를 판독하기 위해서는, 면내 자화 이방성을 갖는 고정층과 자유층 간의 자기 저항을 검출하는 것이 필요하다. 도 10은 독출 동작을 설명하기 위한 자화의 배치를 도시하고 있다. 도 10의 (a)에 도시하는 바와 같이 자유층은 소용돌이가 있는 자화 배치를 갖고 그 소용돌이가 어느 하나의 섬 형상 비자성부에 고정되었다고 해도, 도 10의 (b)와 같은 수직 자화 이방성을 갖는 고정층과의 사이에서는 자기 저항이 달라지지 않으나, 도 10의 (c)와 같은 면내 자화 이방성을 갖는 고정층과의 사이에서는, 소용돌이가 어떤 섬 형상 비자성부에 고정되는지에 따라 자기 저항이 상이하며, 이에 따라 소용돌이 위치를 검출하는 것이 가능하다. 이때, 고정층의 자화 방향이 도 10의 (c)의 일점 쇄선 M1로 나타내는 대칭축과 일치하면, 소용돌이가 4개의 섬 형상 비자성부 중 IE와 IS에 있을 때의 자기 저항은 서로 동일해지고, IN과 IW에 있을 때의 자기 저항은 IE와 IS에 있을 때의 자기 저항과는 상이한 값으로 서로 동일해진다. 따라서, 2치의 기록만이 가능하다. 또한, 고정층의 자화 방향이 도 10의 (c)의 일점 쇄선 M2으로 나타내는 대칭축과 일치하면, 소용돌이가 4개의 섬 형상 비자성부 중 IN과 IS에 있을 때의 자기 저항은 서로 동일해지고, IE에 있을 때의 자기 저항 및 IW에 있을 때의 자기 저항에 의해 3치의 기록만이 가능하다. 이 경우도 본 발명의 효과는 유지되지만, 다치 기록의 효과를 감축시키지 않기 위해서는, 고정층의 자화 방향을 고정층 면내 형상의 대칭축과 일치시키지 않는 것이 바람직하다. 또, 상기 일점 쇄선 M1 및 M2에 등가인 대칭축은 일점 쇄선 M1 및 M2 외에 각 3개 있다.
상기로부터, 수직 자화 이방성을 갖는 고정층[도 10의 (b)]으로부터의 스핀 주입에 의해 자유층의 소용돌이를 이동시키는 경우에는, 자기 저항을 판독하기 위해 면내 자화 이방성을 갖는 판독용 고정층을 형성할 필요가 있다. 도 11에, 본 발명의 실시형태에 있어서, 스핀 주입형 스핀 밸브 소자의 구조예를 도시하고 있다. 이 중 도 11의 (a)는 수직 자화 기록용 핀층과 면내 자화 독출용 핀층을 갖는 구조예이고, 도 11의 (b)는 면내 스핀 주입용 전극과 면내 자화 핀층을 갖는 구조예이다. 도 11의 (a)에 도시하는 바와 같이, 수직 자화 이방성을 갖는 기록용 고정층(수직 자화 고정층)(23A)과 면내 자화 이방성을 갖는 판독용 고정층(면내 자화 독출용 고정층)(29) 사이에 면내 자화 자유층(25A)을 개재한 직렬 구조를 이용할 수 있다. 또한, 자유층의 면내 전류로부터 스핀 주입에 의한 소용돌이의 회전 이동을 이용하는 경우에는, 도 11의 (b)에 도시하는 바와 같이, 자유층 면내 전류용 단자로서의 기록용 전극(면내 전류용 전극)(32A, 32B)을 갖는 구조가 고려된다.
특히, 소용돌이가 어떤 섬 형상 비자성부에 고정화되는지는 인가되는 외부 자계의 강도나 시간에 의해 제어하는 것이 가능하다. 이에 따라, 섬 형상 비자성부의 수와 동일한 수의 안정 상태가 실현되어, 다치 기록 소자를 실현할 수 있다. 더 중요한 특징은 상기한 스핀 주입에 의한 회전 운동을 이용하면, 한 방향의 전류로, 어떤 섬 형상 비자성부에도 소용돌이의 고정화가 가능한 점이다. 즉, 종래의 스핀 밸브 소자에서는 플러스와 마이너스 양극의 전류가 필요하였으나, 본 발명의 소자에 따르면, 기록 시에 단극의 전류만으로도 소자 구동 제어가 가능하다.
[소자 제작 순서]
TMR 방식의 스핀 밸브 소자의 제작 순서예를 이하에 나타낸다. 이하에 기재하는 각 층의 재료, 막 두께는 일례이다. 산화막을 갖는 실리콘 웨이퍼 등의 기판(5) 상에, 전극층(21)으로서 Cu 박막(30 ㎚)을 형성하고, 그 후, 강자성층(23)으로서 CoFeB(35 ㎚), 절연체층(24)으로서 MgO(0.6 ㎚), 강자성층(25)으로서 CoFeB(20 ㎚), 캡핑층(26)으로서 Cu(2 ㎚)를 순차 적층한다. 또한, 네거티브 레지스트를 도포하고, 전자선 노광 등에 의해 패터닝을 실시하며, 이온 밀링 또는 드라이 에칭에 의해 섬 형상 비자성부로서 원형 도트를 갖는 원형 형상의 스핀 밸브 소자를 형성한다. 특히 미세한 원형 도트의 가공에서 전자선 노광으로는 해상도가 불충분한 경우에는, 극단 자외선 노광에 의한 패터닝도 필요하다. 또한 CVD법 등에 의해 SiO2막을 형성하여 원형 형상의 스핀 밸브 소자의 측면을 피복한 후, 스핀 밸브 소자 상의 레지스트를 리프트오프에 의해 제거하여, 상부 전극을 형성한다. 그 후, 수kOe 정도의 자장 하에, 350℃∼500℃에서 어닐링을 실시함으로써 고정층의 자화 용이축을 결정한다. 또한 특히, 도 11의 (a)와 같은 판독용 고정층을 형성하는 경우에는, 강자성층(23)으로서 수직 자화 배향이 되기 쉬운 TbFeCo를 이용하여, 강자성층(25)을 성막한 후, 또한 MgO층과 판독용 고정층으로서 CoFeB(20 ㎚)를 형성하는 것 외에는 동일한 프로세스를 수행하면 된다. 또한 GMR 방식의 스핀 밸브 소자의 경우에는, 절연체층(24)을 대신하여, Cu 등의 비자성층(51)을 이용하는 것 외에는, 기본적으로는 동일한 제작 순서가 이용된다.
본 발명의 스핀 밸브 소자를 구성하는 재료로서는, 기판(5)으로서는 실리콘 기판, 유리 기판이 가능하고, 또한 히트 싱크로서의 기능이 높은 구리 기판도 가능하며, 필요에 따라 이들을 수랭 등의 방법으로 냉각하는 것도 가능하다. 전극층(21, 27, 31)으로서 Ta, Pt, Cu, Au, Ag, Al, Mo, 반강자성층(22)으로서 IrMn, PtMn, 강자성층(23)(고정층)으로서는 CoFe, CoFeB나, 수직 이방성을 얻기 쉬운 TbFe, TbFeCo, GdFe, GdFeCo, FePt, Co/Pt 다층 적층 구조, Co/Pd 다층 적층 구조 등이 적합하며, 판독용 고정층으로서는 CoFe, CoFeB, 절연체층(24)으로서 MgO, Al 산화물, 비자성층(51)으로서 Cu, 강자성층(25)(자유층)으로서는 일반적으로 이용되는 CoFe, CoFeB 외에, 결정 이방성이 작은 NiFe가 적합하지만, 이것에 한정되는 것은 아니다. 또한, 캡핑층(26)의 재질로서는 Cu, Pd를 대표예로서 들 수 있으나, 이것에 한정되는 것은 아니다. 또한, 원형 도트는 비자성 재료이면 사용 가능하지만, 상기한 바와 같이, 스핀 밸브 자성층을 패터닝해서 중공으로 하여, SiO2 등의 절연물을 충전하는 것이 가장 간편하다.
스핀 밸브 소자로서 기능을 발현하기 위해서는, 강자성층(23)(고정층)의 보자력을 강자성층(25)(자유층)보다 크게 하는 것이 필요하다. 이 방법으로서는, 강자성층(23)(고정층)과 강자성층(25)(자유층)의 재질을 동일하게 하고, 전자의 막 두께를 후자의 막 두께보다 크게 함으로써 보자력차를 생성하는 것이 실시된다. 또한, 반강자성층(핀 고정층)(22)을 형성하고, 그것과의 반강자성 결합으로 강자성층(23)(고정층)의 보자력을 높게 하는 것도 실시된다. 또한, 필요에 따라, 예컨대 CoFeB/Ru/CoFeB 등의 반강자성 결합막으로 하는 것도 가능하다. 고정층을 포함하는 각 층의 결정성이나 자화 용이축 방향은 이들을 적층한 후, 자장 하에서 어닐링을 실시함으로써 제어된다.
상기에 나타낸 예를 포함하여, 해석예를 표 2에 나타낸다. 자성 재료는 표 1에 나타낸 3가지로 하고, 자유층의 치수는 표 2에 나타내는 것으로 하였다. 외부 자장, 스핀 주입은 모두 상승 1 ns, 하강 1 ns의 단일 삼각파 펄스로 하였다. 또, 표 2에서는 소용돌이의 운동을 방위(S, W, E, N)로만 나타낸다.
해석예 1∼12의 어느 경우에서도, 외부 자계 펄스 또는 스핀 주입 펄스에 의해 소용돌이는 원형 도트로부터 다른 원형 도트로 이동하고, 또한 펄스 종료 시 이동처인 원형 도트에 안정적으로 고정된다. 이 중, 해석예 3, 5, 6, 12에서는 3개의 원형 도트 사이를 이동하나, 다른 외부 자계 방향과의 조합으로 4개 모든 원형 도트 사이를 상호 이동할 수 있는 것은 분명하다. 특히, 스핀 주입에 의한 소용돌이의 이동에 필요한 전류값은 자성 재료나 스핀 밸브 소자의 치수에도 의존하지만, 11 ㎂∼120 ㎂의 범위에 있고, 전류 밀도는 6.3×104∼1.4×105 A/㎠의 범위에 있다. 이들은 종래의 자화 반전형의 스핀 밸브 소자가 ＞1×106 A/㎠인 것과 비교하면 매우 작은 값이고, 이 방식의 큰 특징 중 하나이다.
Figure pct00002
이상, 본 발명에 의해, 높은 기록 밀도가 가능한 다치 기록 소자와, 그 구동 방법을 제공하고, 구동 전류를 저감하는 수단을 제공할 수 있었다.
도 12는 본 발명의 스핀 밸브 소자를 이용한 경우의 기억 장치의 구성을 도시한다. 스핀 밸브 소자(1)는, 도 3에 도시한 바와 같은 면내 형상을 가지며, 도 1에 도시한 바와 같은 층 구조를 갖는다. 도 12에는 고정층(23), 절연체층(24), 자유층(25)만 기재하고 이들에 어드레스하기 위한 전기적 배선의 구성 이외의 세부는 생략한다. 또한, 실시하는 기억 장치에서는 다수의 스핀 밸브 소자(1)가 어레이 형상으로 배열되어 있으나, 도 12는 그 중 하나의 스핀 밸브 소자만 도시한 것이다.
기억 장치(10)의 스핀 밸브 소자(1)에는, 자유층(25)에 인가할 외부 자계를 발생시키는 전류가 흐르는 자계 발생 워드 배선(102) 및 자계 발생 비트 배선(104)이 매트릭스 형상으로 배치되고, 이들 배선 각각에는 전류 구동 회로(112 및 114)가 접속된다. 각 전류 구동 회로는 워드 라인 디코더(122) 및 비트 라인 디코더(124)에 접속된다. 전류 구동 회로(112, 114)에는, 전류값을 각각에 접속된 디코더(122, 124)로부터의 지령값에 의해 제어하기 위한 전류 증폭단(도시하지 않음)이 포함되어 있다. 자계 발생 워드 배선(102) 및 자계 발생 비트 배선(104)과 스핀 밸브 소자(1)의 상대적인 방향은 도 7에 도시한 바와 같이 S 방향으로부터 6도 어긋난 방위로 외부 자장이 향하도록 원형 도트(섬 형상 비자성부)를 위치시킨다.
전류 증폭단은 재기록이 필요한 스핀 밸브 소자에만 기록에 필요한 외부 자계를 미치게 하고, 그 이외의 스핀 밸브 소자에는 기록이 이루어지지 않는 외부 자계를 미치게 하는 전류(Iw, Ib)를 인가하기 위해, 워드 라인 디코더(122) 및 비트 라인 디코더(124)로부터의 지령에 의해 배선(102, 104)에 흐르는 전류 파형을 제어한다. 이 전류 파형의 제어에 관해서, 본 실시형태에서는 도 7 등에 도시한 바와 같은 상승과 하강이 있는 삼각 파형을 인가하여, 그 피크값에 의해 상태의 재기록을 수행한다. 이 때문에, 전류 증폭단은 접속된 각 워드 및 각 비트에 필요한 전류 파형이 되도록 삼각파 발생 회로(도시하지 않음)로부터의 삼각 파형을 증폭시킨다. 전류(Iw, Ib) 각각이 자유층(25)에 만드는 자계(Hw, Hb)의 합성 자계(H)가 각 스핀 밸브 소자의 외부 자계가 된다.
기억 장치(10)의 스핀 밸브 소자(1)에는, 자유층(25)과 고정층(23) 사이에 전류를 흐르게 하여 그 저항값을 검출하기 위해 배선(132) 및 배선(134)도 접속된다. 고정층(23)의 기능은, 이 데이터의 독출 시에 자유층(25)과의 사이에서 흐르는 전류에 의한 저항값을 구별할 수 있도록 하는 것이며, 그 때문에, 고정층(23)의 자화는 도 10의 (c)에 관해 설명한 바와 같이 대칭축 이외의 방향의 면내 자화로 이루어진다. 배선(132) 및 배선(134)은 검출용 워드 라인 디코더(142) 및 비트 라인 디코더(144)에 접속되고, 비트 라인 디코더(144)는 검출을 위한 전류를 발생시키는 전류원(도시하지 않음) 및 전류 검출부(154)에 접속되며, 워드 라인 디코더(142)는 선택 트랜지스터를 포함하는 전환부(152)를 워드 라인마다 포함한다.
또, 전술한 설명은 상승과 하강이 있는 가변 삼각파 형상을 갖는 외부 자계에 의한 기록 동작을 기재하였으나, 동일한 토크를 인가하는 스핀 주입 전류에 의해서도 동일한 기록 동작을 실현할 수도 있다. 이 경우에는, 도 12에 도시한 자계 발생 워드 배선(102), 전류 구동 회로(112), 디코더(122), 및 자계 발생 비트 배선(104), 전류 구동 회로(114), 디코더(124)는 이용하지 않으나, 트랜지스터 등의 스위칭 소자 스핀 밸브 소자에 직렬로 접속되어 배선(132) 및 배선(134)을 통해 기록용 스핀 주입 전류를 흐르게 한다.
독출 동작에 대해서는, 독출 지령을 수신하면, 먼저 워드 라인 디코더(142)가 선택 트랜지스터에 의해 독출할 워드의 워드 라인을 전원 또는 어스 등에 접속시키고, 그 이외의 워드에서는 접속을 해제한다. 독출할 워드에서는, 워드 라인이 전원 또는 접지에 접속되기 때문에, 비트 라인 디코더(144)로부터의 전류 또는 전압을 타깃 스핀 밸브 소자에 인가하고, 그때의 전류 또는 전압을 검출할 수 있다.
이상, 본 발명의 실시형태에 대해 기술하였으나, 본 발명은 전술한 실시형태에 한정되는 것은 아니며, 본 발명의 기술적 사상에 기초하여 각종의 변형, 변경 및 조합이 가능하다.
5: 기판 21: 전극층
22: 반강자성층(핀 고정층) 23: 강자성층(고정층)
24: 절연체층 25: 강자성층(자유층)
26: 캡핑층 27: 전극층
30: 절연층 31: 배선
51: 비자성층 IN, IE, IW, IS: 섬 형상 비자성부
A: 원(동심원)

Claims (8)

  1. 절연체층 또는 비자성층을 포함하는 중간층과 상기 중간층을 사이에 두는 한 쌍의 강자성층을 구비하고, 그 한 쌍의 강자성층의 보자력(保磁力)이 서로 상이한 스핀 밸브 소자에 있어서,
    적어도 보자력이 작은 강자성층은 면내 형상이 대략 원형이고, 복수의 섬 형상 비자성부를 갖는 것을 특징으로 하는 스핀 밸브 소자.
  2. 제1항에 있어서, 상기 복수의 섬 형상 비자성부는 대략 원형의 면내 형상을 갖는 것을 특징으로 하는 스핀 밸브 소자.
  3. 제1항에 있어서, 상기 복수의 섬 형상 비자성부는 스핀 밸브 소자 외형의 중심과 대략 동일한 위치에 중심을 갖는 동심원 상에 배치되는 것을 특징으로 하는 스핀 밸브 소자.
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 기재한 스핀 밸브 소자를 구동하는 구동 방법에 있어서,
    보자력이 작은 강자성층에 면내 자계를 인가하여, 소용돌이 형상 자화(磁化)의 소용돌이의 위치를, 어느 한 섬 형상 비자성부로부터 다른 섬 형상 비자성부로 이동시키는 것을 특징으로 하는 스핀 밸브 소자의 구동 방법.
  5. 제4항에 있어서, 상기 면내 자계의 방향은 2개의 섬 형상 비자성부를 통과하는 방향과 일치하지 않는 것을 특징으로 하는 스핀 밸브 소자의 구동 방법.
  6. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 기재한 스핀 밸브 소자를 구동하는 구동 방법에 있어서,
    보자력이 작은 강자성층에 수직 자계를 인가함으로써 소용돌이 형상 자화의 소용돌이를 이동시켜, 그 소용돌이를, 어느 한 섬 형상 비자성부에 위치하는 상태로부터 다른 섬 형상 비자성부에 위치하는 상태로 회전하도록 이동시키는 것을 특징으로 하는 스핀 밸브 소자의 구동 방법.
  7. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 기재한 스핀 밸브 소자를 구동하는 구동 방법에 있어서,
    보자력이 작은 강자성층에 보자력이 큰 강자성층으로부터 스핀을 주입하도록 전류를 흐르게 함으로써 소용돌이 형상 자화의 소용돌이를 이동시켜, 그 소용돌이의 위치를, 어느 한 섬 형상 비자성부에 위치하는 상태로부터 그 옆의 섬 형상 비자성부에 위치하는 상태로 회전하도록 이동시키는 것을 특징으로 하는 스핀 밸브 소자의 구동 방법.
  8. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 기재한 스핀 밸브 소자를 기억 소자로서 이용하는 기억 장치.
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