WO2021166137A1 - 磁壁移動素子および磁気記録アレイ - Google Patents

磁壁移動素子および磁気記録アレイ Download PDF

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WO2021166137A1
WO2021166137A1 PCT/JP2020/006672 JP2020006672W WO2021166137A1 WO 2021166137 A1 WO2021166137 A1 WO 2021166137A1 JP 2020006672 W JP2020006672 W JP 2020006672W WO 2021166137 A1 WO2021166137 A1 WO 2021166137A1
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WO
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layer
magnetic
ferromagnetic
ferromagnetic layer
domain wall
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PCT/JP2020/006672
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English (en)
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Inventor
章悟 山田
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Tdk株式会社
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Publication date
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    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10B—ELECTRONIC MEMORY DEVICES
    • H10B61/00—Magnetic memory devices, e.g. magnetoresistive RAM [MRAM] devices
    • H10B61/20—Magnetic memory devices, e.g. magnetoresistive RAM [MRAM] devices comprising components having three or more electrodes, e.g. transistors
    • H10B61/22—Magnetic memory devices, e.g. magnetoresistive RAM [MRAM] devices comprising components having three or more electrodes, e.g. transistors of the field-effect transistor [FET] type
    • H—ELECTRICITY
    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10B—ELECTRONIC MEMORY DEVICES
    • H10B61/00—Magnetic memory devices, e.g. magnetoresistive RAM [MRAM] devices
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    • H10N50/80—Constructional details
    • H—ELECTRICITY
    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10N—ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10N50/00—Galvanomagnetic devices
    • H10N50/80—Constructional details
    • H10N50/85—Magnetic active materials

Definitions

  • the present invention relates to a domain wall moving element and a magnetic recording array.
  • MRAM Magneticoresistive Random Access Memory
  • ReRAM Resistence Random Access Memory
  • PCRAM Phase Change Random Access Memory
  • PCRAM Phase Change Random Access Memory
  • Patent Document 1 describes a reluctance changing element (domain wall moving element) capable of recording multi-valued data by moving the domain wall in the magnetic recording layer.
  • the resistance value of the domain wall moving element differs depending on the position of the domain wall, and the change in this resistance value is recorded as data.
  • the domain wall moves when a write current is applied into the magnetic recording layer. When the current density of the write current is high, the domain wall moves greatly. On the other hand, if the current density of the write current is high, a large Joule heat is generated and the reliability of the data is lowered.
  • the present invention has been made in view of the above problems, and an object of the present invention is to provide a domain wall moving element and a magnetic recording array having high domain wall moving efficiency.
  • the magnetic wall moving element includes a magnetic recording layer containing a ferromagnet, a non-magnetic layer laminated on the magnetic recording layer, and a magnetization reference layer laminated on the non-magnetic layer.
  • the magnetic recording layer has a first ferromagnetic layer, a spacer layer, and a second ferromagnetic layer in this order from the non-magnetic layer side, and the magnetization of the first ferromagnetic layer and the second strength It is antiferromagnetically coupled to the magnetization of the magnetic layer, and the electric resistance of the first ferromagnetic layer is higher than the electric resistance of the second ferromagnetic layer.
  • the value obtained by dividing the electrical resistivity by the area of the cross section orthogonal to the first direction in which the magnetic recording layer extends is obtained from the second ferromagnetic layer. It may be large.
  • the first ferromagnetic layer may have a larger electric resistance than the second ferromagnetic layer.
  • the first ferromagnetic layer and the second ferromagnetic layer may have different elements or compositions.
  • At least one of the first ferromagnetic layer and the second ferromagnetic layer may have a plurality of ferromagnetic layers.
  • the first ferromagnetic layer has a plurality of ferromagnetic layers, and the electrical resistance of the first layer closest to the non-magnetic layer among the plurality of ferromagnetic layers.
  • the rate may be higher than the electrical resistance of the other layers.
  • the first layer may have a higher electrical resistance than the other layers.
  • the ferromagnetic layer in contact with the non-magnetic layer may contain CoFeB.
  • the first surface of the first ferromagnetic layer in contact with the non-magnetic layer intersects the first direction in which the magnetic recording layer extends in a plan view from the stacking direction.
  • the width in the two directions may be narrower than the width of the second surface opposite to the first surface.
  • the saturation magnetization of the first ferromagnetic layer and the saturation magnetization of the second ferromagnetic layer may be different.
  • the spacer layer may have a lower thermal conductivity than the second ferromagnetic layer.
  • the magnetic recording array according to the second aspect has a plurality of domain wall moving elements according to the above aspect.
  • the domain wall moving element and the magnetic recording array according to the above aspect have high domain wall moving efficiency.
  • the x-direction and the y-direction are directions substantially parallel to one surface of the substrate Sub (see FIG. 2) described later.
  • the x direction is the direction in which the magnetic recording layer 10 described later extends, and is the direction from the first conductive layer 40 described later to the second conductive layer 50.
  • the x direction is an example of the first direction.
  • the y direction is a direction orthogonal to the x direction.
  • the y direction is an example of the second direction.
  • the z-direction is a direction from the substrate Sub, which will be described later, toward the domain wall moving element 100.
  • the z direction coincides with, for example, the stacking direction of the magnetic recording layer 10.
  • extending in the x direction means that, for example, the dimension in the x direction is larger than the minimum dimension among the dimensions in the x direction, the y direction, and the z direction. The same applies when extending in other directions.
  • FIG. 1 is a configuration diagram of a magnetic recording array according to the first embodiment.
  • the magnetic recording array 200 includes a plurality of domain wall moving elements 100, a plurality of first wirings Wp1 to Wpn, a plurality of second wirings Cm1 to Cmn, a plurality of third wirings Rp1 to Rpn, and a plurality of first switching elements. It includes 110, a plurality of second switching elements 120, and a plurality of third switching elements 130.
  • the magnetic recording array 200 can be used, for example, in a magnetic memory, a product-sum calculator, and a neuromorphic device.
  • the first wirings Wp1 to Wpn are write wirings.
  • the first wirings Wp1 to Wpn electrically connect the power supply and one or more domain wall moving elements 100.
  • the power supply is connected to one end of the magnetic recording array 200 during use.
  • the second wirings Cm1 to Cmn are common wirings.
  • the common wiring is wiring that can be used both when writing data and when reading data.
  • the second wirings Cm1 to Cmn electrically connect the reference potential and one or more domain wall moving elements 100.
  • the reference potential is, for example, ground.
  • the second wirings Cm1 to Cmn may be provided in each of the plurality of domain wall moving elements 100, or may be provided over the plurality of domain wall moving elements 100.
  • the third wirings Rp1 to Rpn are read wirings.
  • the third wirings Rp1 to Rpn electrically connect the power supply and one or more domain wall moving elements 100.
  • the power supply is connected to one end of the magnetic recording array 200 during use.
  • the first switching element 110, the second switching element 120, and the third switching element 130 shown in FIG. 1 are connected to each of the plurality of domain wall moving elements 100.
  • the first switching element 110 is connected between each of the domain wall moving elements 100 and the first wirings Wp1 to Wpn.
  • the second switching element 120 is connected between each of the domain wall moving elements 100 and the second wirings Cm1 to Cmn.
  • the third switching element 130 is connected between each of the domain wall moving elements 100 and the third wirings Rp1 to Rpn.
  • the first switching element 110, the second switching element 120, and the third switching element 130 are elements that control the flow of current.
  • the first switching element 110, the second switching element 120, and the third switching element 130 are, for example, a transistor, an element such as an Ovonic Threshold Switch (OTS) that utilizes a phase change of a crystal layer, and a metal insulator transition.
  • OTS Ovonic Threshold Switch
  • An element such as a (MIT) switch that utilizes a change in band structure, an element that utilizes a breakdown voltage such as a Zener diode and an avalanche diode, and an element whose conductivity changes as the atomic position changes.
  • any one of the first switching element 110, the second switching element 120, and the third switching element 130 may be shared by the domain wall moving element 100 connected to the same wiring.
  • one first switching element 110 is provided upstream of the first wirings Wp1 to Wpn.
  • one second switching element 120 is provided upstream of the second wirings Cm1 to Cmn.
  • one third switching element 130 is provided upstream of the third wirings Rp1 to Rpn.
  • FIG. 2 is a cross-sectional view of a main part of the magnetic recording array 200 according to the first embodiment.
  • FIG. 2 is a cross section of one domain wall moving element 100 in FIG. 1 cut in an xz plane passing through the center of the width of the magnetic recording layer 10 in the y direction.
  • the first switching element 110 and the second switching element 120 shown in FIG. 2 are transistors Tr.
  • the transistor Tr has a gate electrode G, a gate insulating film GI, and a source region S and a drain region D formed on the substrate Sub.
  • the substrate Sub is, for example, a semiconductor substrate.
  • the third switching element 130 is electrically connected to the electrode E and is located in the y direction, for example.
  • connection wiring Cw contains a material having conductivity.
  • the connection wiring Cw extends in the z direction, for example.
  • the connection wiring Cw is, for example, a via wiring formed in the opening of the insulating layer In.
  • the domain wall moving element 100 and the transistor Tr are electrically separated by an insulating layer In except for the connection wiring Cw.
  • the insulating layer In is an insulating layer that insulates between the wirings of the multilayer wiring and between the elements.
  • the insulating layer In includes, for example, silicon oxide (SiO x ), silicon nitride (SiN x ), silicon carbide (SiC), chromium nitride, silicon carbonitide (SiCN), silicon oxynitride (SiON), and aluminum oxide (Al 2 O). 3 ), zirconium oxide (ZrO x ) and the like.
  • FIG. 3 is a cross-sectional view of the domain wall moving element 100 cut along the xz plane passing through the center of the magnetic recording layer 10 in the y direction.
  • FIG. 4 is a cross-sectional view of the domain wall moving element 100 cut along the yz plane passing through the center of the magnetic recording layer 10 in the x direction.
  • FIG. 5 is a plan view of the domain wall moving element 100 in a plan view from the z direction.
  • the domain wall moving element 100 has a magnetic recording layer 10, a non-magnetic layer 20, a magnetization reference layer 30, a first conductive layer 40, and a second conductive layer 50.
  • the domain wall moving element 100 is covered with an insulating layer In.
  • a writing current is passed through the magnetic recording layer 10 between the first conductive layer 40 and the second conductive layer 50.
  • a reading current is passed between the first conductive layer 40 or the second conductive layer 50 and the magnetization reference layer 30.
  • Magnetic recording layer The magnetic recording layer 10 extends in the x direction. A write current flows through the magnetic recording layer 10 when data is written.
  • the magnetic recording layer 10 is a layer capable of magnetically recording information by changing the internal magnetic state.
  • the magnetic recording layer 10 may be called a ferromagnetic layer or a domain wall moving layer.
  • the magnetic recording layer 10 has a domain wall DW inside.
  • the domain wall DW is a boundary between the first magnetic domain MD1 and the second magnetic domain MD2.
  • the first magnetic domain MD1 is, for example, a region on the first conductive layer 40 side of the domain wall DW in the magnetic recording layer 10.
  • the second magnetic domain MD2 is, for example, a region on the second conductive layer 50 side of the domain wall DW in the magnetic recording layer 10.
  • the magnetizations M 1A and M 2A of the first magnetic domain MD 1 and the magnetizations M 1B and M 2B of the second magnetic domain MD 2 are oriented in different directions.
  • the magnetizations M 1A and M 2A of the first magnetic domain MD 1 and the magnetizations M 1B and M 2B of the second magnetic domain MD 2 are oriented in opposite directions, for example.
  • the domain wall DW moves by passing a write current in the x direction of the magnetic recording layer 10. For example, when a write current (for example, a current pulse) in the + x direction is applied to the magnetic recording layer 10, electrons flow in the ⁇ x direction opposite to the current, and the domain wall DW moves in the ⁇ x direction.
  • a current flows from the first magnetic domain MD1 to the second magnetic domain MD2
  • the electrons spin-polarized in the second magnetic domain MD2 reverse the magnetizations M 1A and M 2A of the first magnetic domain MD1.
  • the magnetic domain wall DW moves in the ⁇ x direction due to the magnetization reversal of the magnetizations M 1A and M 2A in the first magnetic domain MD1.
  • the resistance value of the domain wall moving element 100 changes.
  • the resistance value of the domain wall moving element 100 changes according to the relative angle of magnetization of the ferromagnetic layer sandwiching the non-magnetic layer 20.
  • the first ferromagnetic layer 1 of the magnetization M 1A changes according to the relative angle between the magnetization M 31 of the ferromagnetic layer 31 and M 1B.
  • the resistance value of the domain wall moving element 100 decreases, and as the ratio of the second magnetic domain MD2 increases, the resistance value of the domain wall moving element 100 increases.
  • the magnetic recording layer 10 has a first ferromagnetic layer 1, a spacer layer 3, and a second ferromagnetic layer 2 in this order from the non-magnetic layer 20 side.
  • the spacer layer 3 is sandwiched between the first ferromagnetic layer 1 and the second ferromagnetic layer 2.
  • the magnetizations M 1A and M 1B of the first ferromagnetic layer 1 are antiferromagnetically coupled to the magnetizations M 2A and M 2B of the second ferromagnetic layer, respectively, via the spacer layer 3.
  • the electrical resistivity of the first ferromagnetic layer 1 is higher than the electrical resistivity of the second ferromagnetic layer 2.
  • the domain wall DW in the second ferromagnetic layer 2 having a low electrical resistivity is easier to move than the domain wall DW in the first ferromagnetic layer 1.
  • the domain wall DW in the second ferromagnetic layer 2 operates ahead of the domain wall DW in the first ferromagnetic layer 1.
  • the positions of the domain wall DW in the x direction are displaced between the first ferromagnetic layer 1 and the second ferromagnetic layer 2.
  • the RKKY torque acts on the magnetization.
  • the RKKY torque assists the reversal of magnetization, and the operation of the domain wall DW becomes efficient.
  • the value obtained by dividing the electrical resistivity by the area of the yz plane is larger than that of the second ferromagnetic layer 2. Further, the first ferromagnetic layer 1 has a larger electric resistance than, for example, the second ferromagnetic layer 2.
  • the first ferromagnetic layer 1 is close to the magnetization reference layer 30 with the non-magnetic layer 20 interposed therebetween. When the first ferromagnetic layer 1 generates heat, the stability of the magnetizations M 31 and M 33 of the magnetization reference layer 30 decreases.
  • the electric resistance of the first ferromagnetic layer 1 is higher than that of the second ferromagnetic layer 2, it is possible to suppress the flow of a large current through the first ferromagnetic layer 1.
  • the first ferromagnetic layer 1 and the second ferromagnetic layer 2 contain a magnetic material.
  • the first ferromagnetic layer 1 and the second ferromagnetic layer 2 are, for example, a laminated film in which different elements are laminated in layers, a ferromagnetic metal, or an alloy.
  • the laminated film is, for example, a laminated film in which ferromagnetic layers and non-magnetic layers are alternately laminated.
  • the laminated film may be a laminated film in which different ferromagnetic layers are alternately laminated.
  • the ferromagnetic layer is, for example, a magnetic material such as Co, Fe, or Ni, or an alloy containing these magnetic materials.
  • the non-magnetic layer is, for example, Pt, Pd, Gd, Tb, Mn, Ge, Ga, Cu, Sn, Au, Cr, Ag, W.
  • the thickness of each layer constituting the laminated film is about several layers of atoms.
  • the laminated film is, for example, an alloy having a superlattice structure.
  • the laminated film includes, for example, a laminated film of Co and Pt ([Co / Pt]), a laminated film of Co and Pd ([Co / Pd]), a laminated film of Co and Ni ([Co / Ni]), and Co and It is a laminated film of Tb ([Co / Pt]), a laminated film of CoFe and Pt ([CoFe / Pt]), and a laminated film of CoFe and Ni ([CoFe / Ni]).
  • the ferromagnetic metal is, for example, a metal selected from the group consisting of Cr, Mn, Co, Fe and Ni.
  • the alloy is, for example, an alloy containing one or more of the above-mentioned ferromagnetic metals.
  • the alloy is, for example, an alloy containing the above-mentioned ferromagnetic metal and at least one or more elements of B, C, and N.
  • the alloy is, for example, CoFe, CoFeB, NiFe, MnGa-based material, GdCo-based material, or TbCo-based material.
  • the first ferromagnetic layer 1 and the second ferromagnetic layer 2 differ in, for example, the constituent elements or compositions.
  • the first ferromagnetic layer 1 and the second ferromagnetic layer 2 are both laminated films, and at least one of their constituent elements is different.
  • the first ferromagnetic layer 1 is [Co / Pd] and the second ferromagnetic layer 2 is [Co / Ni].
  • the electrical resistivity of [Co / Pd] is higher than the electrical resistivity of [Co / Ni].
  • the first ferromagnetic layer 1 is a ferromagnetic metal or alloy
  • the second ferromagnetic layer 2 is a laminated film.
  • the first ferromagnetic layer 1 is CoFeB and the second ferromagnetic layer 2 is [Co / Pd].
  • the electrical resistivity of CoFeB is higher than the electrical resistivity of [Co / Pd].
  • the first ferromagnetic layer 1 and the second ferromagnetic layer 2 are both ferromagnetic metals or alloys, and at least one of their constituent elements is different.
  • the first ferromagnetic layer 1 is CoFeB and the second ferromagnetic layer 2 is Co.
  • the electrical resistivity of CoFeB is higher than the electrical resistivity of Co.
  • the first ferromagnetic layer 1 is a laminated film
  • the second ferromagnetic layer 2 is a ferromagnetic metal or alloy.
  • the first ferromagnetic layer 1 is [Co / Tb] and the second ferromagnetic layer 2 is Co.
  • the electrical resistivity of [Co / Tb] is higher than the electrical resistivity of Co.
  • the first ferromagnetic layer 1 and the second ferromagnetic layer 2 are alloys having the same constituent elements, and the composition ratios of the constituent elements are different.
  • the first ferromagnetic layer 1 and the second ferromagnetic layer 2 are both CoFeB and have different boron concentrations. As the concentration of boron in CoFeB increases, the electrical resistivity increases.
  • first ferromagnetic layer 1 and the second ferromagnetic layer 2 may have the same constituent elements or compositions but different layer configurations, for example.
  • first ferromagnetic layer 1 and the second ferromagnetic layer 2 are both laminated films made of the same constituent elements, and the thickness of each layer may be different.
  • the first ferromagnetic layer 1 and the second ferromagnetic layer 2 are both [Co / Pd], and the film thicknesses of the Co layer and the Pd layer are different.
  • the first ferromagnetic layer 1 has a Co layer thickness of 2 ⁇ and a Pd layer thickness of 5 ⁇ [Co (2 ⁇ ) / Pd (5 ⁇ )], and the second ferromagnetic layer 2 has a Co layer thickness of 5 ⁇ . It is [Co (1.6 ⁇ ) / Pd (2.2 ⁇ )] with 1.6 ⁇ and a thickness of the Pd layer of 2.2 ⁇ .
  • the electrical resistivity of the ferromagnetic layer can also be adjusted by adjusting the film thickness of the element having a high electrical resistivity among the elements constituting the laminated film.
  • the first ferromagnetic layer 1 contains, for example, CoFeB.
  • the first ferromagnetic layer 1 is, for example, CoFeB.
  • the resistance value of the domain wall moving element 100 changes according to the relative angle of magnetization of the ferromagnetic layer sandwiching the non-magnetic layer 20.
  • CoFeB is used for the first ferromagnetic layer 1
  • the MR ratio of the domain wall moving element 100 is increased, and the resistance change width is widened.
  • the saturation magnetization of the first ferromagnetic layer 1 and the saturation magnetization of the second ferromagnetic layer 2 are different.
  • the difference between the saturation magnetization of the first ferromagnetic layer 1 and the saturation magnetization of the second ferromagnetic layer 2 is the difference of the entire magnetic recording layer 10. It becomes saturated magnetization.
  • the entire magnetic recording layer 10 has saturation magnetization, the domain wall is compared with the case where it does not have saturation magnetization (when the saturation magnetization of the first ferromagnetic layer 1 and the saturation magnetization of the second ferromagnetic layer 2 are the same).
  • the movement speed of DW can be slowed down. When the moving speed of the domain wall DW becomes slow, one domain wall moving element 100 can express many gradations, and analog data recording becomes possible.
  • the spacer layer 3 is made of a non-magnetic material.
  • the spacer layer 3 is, for example, Ru, Ir, Rh.
  • the thermal conductivity of the spacer layer 3 is lower than, for example, the second ferromagnetic layer 2.
  • the thermal conductivity of the spacer layer 3 may be lower than that of the first ferromagnetic layer 1, for example. When the thermal conductivity of the spacer layer 3 is low, it is possible to prevent the heat generated in the second ferromagnetic layer 2 from reaching the first ferromagnetic layer 1.
  • Non-magnetic layer The non-magnetic layer 20 is located between the magnetic recording layer 10 and the magnetization reference layer 30. The non-magnetic layer 20 is laminated on one surface of the magnetic recording layer 10.
  • the non-magnetic layer 20 is made of, for example, a non-magnetic insulator, a semiconductor or a metal.
  • the non-magnetic insulator is, for example, Al 2 O 3 , SiO 2 , MgO, MgAl 2 O 4 , and a material in which some of these Al, Si, and Mg are replaced with Zn, Be, and the like. These materials have a large bandgap and are excellent in insulating properties.
  • the non-magnetic layer 20 is made of a non-magnetic insulator, the non-magnetic layer 20 is a tunnel barrier layer.
  • Non-magnetic metals are, for example, Cu, Au, Ag and the like.
  • Non-magnetic semiconductors are, for example, Si, Ge, CuInSe 2 , CuGaSe 2 , Cu (In, Ga) Se 2, and the like.
  • the thickness of the non-magnetic layer 20 is, for example, 20 ⁇ or more, and may be 25 ⁇ or more.
  • the resistance area product (RA) of the domain wall moving element 100 becomes large.
  • the resistance area product (RA) of the domain wall moving element 100 is preferably 1 ⁇ 10 4 ⁇ ⁇ m 2 or more, and more preferably 5 ⁇ 10 4 ⁇ ⁇ m 2 or more.
  • the resistance area product (RA) of the domain wall moving element 100 is the product of the element resistance of one domain wall moving element 100 and the element cross-sectional area of the domain wall moving element 100 (the area of the cut surface obtained by cutting the non-magnetic layer 20 in the xy plane). expressed.
  • Magneticization reference layer The magnetization reference layer 30 is laminated on the non-magnetic layer 20.
  • the magnetization reference layer 30 is composed of, for example, a ferromagnetic layer 31, an intermediate layer 32, and a ferromagnetic layer 33.
  • the magnetization M 31 of the ferromagnetic layer 31 and the magnetization M 33 of the ferromagnetic layer 33 are antiferromagnetic coupled.
  • the ferromagnetic layer 31 contains a ferromagnetic material.
  • the ferromagnetic layer 31 contains, for example, a material that easily obtains a coherent tunnel effect with the magnetic recording layer 10.
  • the ferromagnetic layer 31 is, for example, a metal selected from the group consisting of Cr, Mn, Co, Fe and Ni, an alloy containing at least one of these metals, and at least one of these metals and B, C, and N. Includes alloys and the like containing the above elements.
  • the ferromagnetic layer 31 is, for example, Co—Fe, Co—Fe—B, Ni—Fe.
  • the ferromagnetic layer 31 may be, for example, a Whistler alloy.
  • the Whisler alloy is a half metal and has a high spin polarizability.
  • the Whisler alloy is an intermetallic compound having a chemical composition of XYZ or X 2 YZ, where X is a transition metal element or a noble metal element of Group Co, Fe, Ni or Cu on the periodic table, and Y is Mn, V. , Cr or Ti group transition metal or X elemental species, Z is a typical element of groups III to V.
  • Examples of the Whisler alloy include Co 2 FeSi, Co 2 FeGe, Co 2 FeGa, Co 2 MnSi, Co 2 Mn 1-a Fe a Al b Si 1-b , and Co 2 FeGe 1-c Ga c .
  • the intermediate layer 32 is a non-magnetic layer.
  • the intermediate layer 32 is, for example, Ru, Ir, Rh.
  • the ferromagnetic layer 33 is antiferromagneticly coupled with the ferromagnetic layer 31.
  • the ferromagnetic layer 33 is, for example, IrMn, PtMn, or the like.
  • the product of the film thickness of the ferromagnetic layer 31 and the saturation magnetization is substantially the same as the product of the film thickness of the ferromagnetic layer 33 and the saturation magnetization.
  • the film thickness of the ferromagnetic layer 31 and the film thickness of the ferromagnetic layer 33 are, for example, the same.
  • the magnetization reference layer 30 has a synthetic antiferromagnetic structure.
  • the ferromagnetic layer 31 has a unidirectionally oriented magnetization M 31 .
  • the magnetization M 31 of the ferromagnetic layer 31 is less likely to be reversed than the magnetizations M 1A and M 1B of the first ferromagnetic layer 1 when a predetermined external force is applied.
  • the predetermined external force is, for example, an external force applied to the magnetization by an external magnetic field or an external force applied to the magnetization by a spin polarization current.
  • the direction of magnetization of each layer of the domain wall moving element 100 can be confirmed, for example, by measuring the magnetization curve.
  • the magnetization curve can be measured using, for example, MOKE (Magneto Optical Kerr Effect).
  • MOKE Magnetic Optical Kerr Effect
  • the measurement by MOKE is a measurement method performed by making linearly polarized light incident on an object to be measured and using a magneto-optical effect (magnetic Kerr effect) in which rotation in the polarization direction occurs.
  • the first conductive layer 40 and the second conductive layer 50 are connected to the magnetic recording layer 10.
  • the first conductive layer 40 and the second conductive layer 50 may be connected to the same surface of the magnetic recording layer 10 or may be connected to different surfaces.
  • the second conductive layer 50 is separated from the first conductive layer 40 and connected to the magnetic recording layer 10. In a plan view from the z direction, the first conductive layer 40 and the second conductive layer 50 sandwich the geometric center of the magnetic recording layer 10 in the x direction.
  • the first conductive layer 40 is connected to, for example, the first end of the magnetic recording layer 10, and the second conductive layer 50 is connected to, for example, the second end of the magnetic recording layer 10.
  • the first conductive layer 40 and the second conductive layer 50 are, for example, electrodes that connect the connection wiring Cw and the magnetic recording layer 10.
  • the first conductive layer 40 and the second conductive layer 50 include a conductor and may include a ferromagnetic material.
  • the magnetic recording array 200 is formed by a laminating step of each layer and a processing step of processing a part of each layer into a predetermined shape.
  • a sputtering method, a chemical vapor deposition (CVD) method, an electron beam vapor deposition method (EB vapor deposition method), an atomic laser deposit method, or the like can be used for the lamination of each layer.
  • CVD chemical vapor deposition
  • EB vapor deposition method electron beam vapor deposition method
  • atomic laser deposit method or the like.
  • the processing of each layer can be performed by using photolithography or the like.
  • impurities are doped at a predetermined position on the substrate Sub to form a source region S and a drain region D.
  • a gate insulating film GI and a gate electrode G are formed between the source region S and the drain region D.
  • the source region S, the drain region D, the gate insulating film GI, and the gate electrode G serve as a transistor Tr.
  • an insulating layer In is formed so as to cover the transistor Tr. Further, a connection wiring Cw is formed by forming an opening in the insulating layer In and filling the opening with a conductor.
  • the first wiring Wp and the second wiring Cm are formed by laminating the insulating layer In to a predetermined thickness, forming a groove in the insulating layer In, and filling the groove with a conductor.
  • the conductive layer is laminated on one surface of the insulating layer In and the connection wiring Cw, and the portions other than the portions that become the first conductive layer 40 and the second conductive layer 50 are removed. Can be formed by The removed portion is filled with, for example, the insulating layer In.
  • the magnetic recording layer 10, the non-magnetic layer 20, and the magnetization reference layer 30 are laminated in this order on the first conductive layer 40, the second conductive layer 50, and the insulating layer In. After that, the non-magnetic layer 20 and the magnetization reference layer 30 are processed into a predetermined shape to obtain the domain wall moving element 100.
  • the domain wall moving element 100 since the electrical resistivity is different between the first ferromagnetic layer 1 and the second ferromagnetic layer 2, the position of the domain wall DW in the x direction shifts during the writing operation. The displacement of the domain wall DW in the x direction produces RKKY torque. The RKKY torque assists in the reversal of magnetization. As a result, the domain wall moving element 100 has high moving efficiency of the domain wall DW.
  • the domain wall DW has high moving efficiency, the current density required for writing can be reduced.
  • the write current is one of the causes of Joule heat generation, and the heat generation of the magnetic recording layer 10 can be suppressed. Heat produces fluctuations in magnetization. When the heat generation of the magnetic recording layer 10 is suppressed, the reliability of the data of the domain wall moving element 100 is improved.
  • the magnetic recording array 200 and the domain wall moving element 100 according to the first embodiment are various within the scope of the gist of the present invention. Can be transformed / changed.
  • FIG. 6 is a cross-sectional view of the domain wall moving element 101 according to the first modification cut in the xz plane passing through the center of the magnetic recording layer 11 in the y direction.
  • the domain wall moving element 101 is different from the domain wall moving element 100 in that the first ferromagnetic layer 6 is composed of a plurality of ferromagnetic layers 61 to 6n (n is a constant).
  • n is a constant.
  • the magnetic recording layer 11 has a first ferromagnetic layer 6, a spacer layer 3, and a second ferromagnetic layer 2.
  • the first ferromagnetic layer 6 is composed of a plurality of ferromagnetic layers 61 to 6n. Of the plurality of ferromagnetic layers 61 to 6n, the ferromagnetic layer closest to the non-magnetic layer 20 is referred to as the first layer 61. Of the plurality of ferromagnetic layers 61 to 6n, the layers other than the first layer 61 are referred to as other layers 62 to 6n.
  • the electrical resistivity of the first layer 61 is higher than, for example, the electrical resistivity of the other layers 62 to 6n. Further, in the first layer 61, for example, the value obtained by dividing the electrical resistivity by the area of the yz plane is larger than that of the other layers 62 to 6n. Further, the first layer 61 has a higher electrical resistance than the other layers 62 to 6n, for example.
  • Each of the plurality of ferromagnetic layers 61 to 6n has, for example, a different element or composition.
  • Each of the plurality of ferromagnetic layers 61 to 6n is, for example, the above-mentioned laminated film, ferromagnetic metal, or alloy.
  • the first layer 61 is a ferromagnetic metal or an alloy, and the other layers 62 to 6n are laminated films.
  • the second ferromagnetic layer 2 is, for example, the above-mentioned laminated film, ferromagnetic metal, or alloy.
  • the first layer 61 is CoFeB, and the other layers are [Co / Pd] or [Co / Ni].
  • the second ferromagnetic layer 2 is, for example, [Co / Pd].
  • the domain wall moving element 101 according to the first modification has the same effect as the domain wall moving element 100 according to the first embodiment. Further, the domain wall moving element 101 can make the current density of the magnetic recording layer 11 near the non-magnetic layer 20 relatively low, and can reduce the influence of Joule heat generated in the magnetic recording layer 11 on the magnetization reference layer 30. Further, although the case where the first ferromagnetic layer 6 is composed of a plurality of ferromagnetic layers is illustrated, the second ferromagnetic layer 2 may be composed of a plurality of ferromagnetic layers.
  • FIG. 7 is a cross-sectional view of the domain wall moving element 102 according to the second modification cut in the xz plane passing through the center of the magnetic recording layer 12 in the y direction.
  • FIG. 8 is a cross-sectional view of the domain wall moving element 102 according to the second modification cut in the yz plane passing through the center of the magnetic recording layer 12 in the x direction.
  • the domain wall moving element 102 is different from the domain wall moving element 100 in that the side walls 12s and 12t of the magnetic recording layer 12 are inclined with respect to the z direction.
  • FIGS. 7 and 8 the description of the same configuration as in FIGS. 3 and 4 will be omitted.
  • the magnetic recording layer 12 has a first ferromagnetic layer 71, a spacer layer 73, and a second ferromagnetic layer 72.
  • the first ferromagnetic layer 71, the spacer layer 73, and the second ferromagnetic layer 72 are the first ferromagnetic layer 1, the spacer layer 3, and the second ferromagnet, except that the side walls are inclined with respect to the z direction. Similar to layer 2.
  • the magnetic recording layer 12 is inclined with respect to the z direction in both the side wall 12s in the x direction and the side wall 12t in the y direction.
  • the side walls of the first ferromagnetic layer 71, the spacer layer 73, and the second ferromagnetic layer 72 are continuous and form a side wall 13s as a whole.
  • the fact that the side walls are continuous means that the inclination of the inclination angle of the side surface on the cut surface by the xz plane or the yz plane changes continuously.
  • the width of the first ferromagnetic layer 71 differs between the first surface 71a and the second surface 71b in the x-direction and the y-direction.
  • the first surface 71a is a surface in contact with the non-magnetic layer 20 of the first ferromagnetic layer 71.
  • the second surface 71b is a surface opposite to the first surface 71a.
  • the width of the first surface 71a in the x direction and the y direction is narrower than, for example, the width of the second surface 71b in the x direction and the y direction.
  • the domain wall moving element 102 according to the second modification has the same effect as the domain wall moving element 100 according to the first embodiment. Further, when the width of the first surface 71a is narrower than the width of the second surface 71b, the cross-sectional area of the first ferromagnetic layer 1 becomes smaller, the resistance value becomes larger, and the partial flow rate to the second ferromagnetic layer 2 increases. increase. If the width of the first surface 71a is narrower than the width of the second surface 71b, thermal resistance can be distributed in the first ferromagnetic layer 1, heat is less likely to be transferred to the non-magnetic layer 20 having a small area, and the spacer layer. A relatively large amount of heat flows toward the 73 side. As a result, it is possible to suppress the heat generated in the second ferromagnetic layer 2 from being transferred to the non-magnetic layer 20 side.
  • FIG. 9 is a cross-sectional view of the domain wall moving element 103 according to the third modification cut in the xz plane passing through the center of the magnetic recording layer 13 in the y direction.
  • the domain wall moving element 103 is different from the domain wall moving element 100 in that the magnetization reference layer 90 is closer to the substrate Sub than the magnetic recording layer 13.
  • the description of the same configuration as in FIG. 3 is omitted.
  • the domain wall moving element 103 has a so-called bottom pin structure in which the magnetization reference layer 90 is closer to the substrate Sub than the magnetic recording layer 13.
  • the magnetic recording layer 13 has a first ferromagnetic layer 81, a spacer layer 83, and a second ferromagnetic layer 82.
  • the first ferromagnetic layer 81, the spacer layer 83, and the second ferromagnetic layer 82 have the first ferromagnetic layer 1, the spacer layer 3, and the second strength, except that the side wall 13s is inclined with respect to the z direction. It is the same as the magnetic layer 2.
  • the magnetization reference layer 90 is composed of a ferromagnetic layer 91, an intermediate layer 92, and a ferromagnetic layer 93.
  • the ferromagnetic layer 91, the intermediate layer 92, and the ferromagnetic layer 93 are the same as the ferromagnetic layer 31, the intermediate layer 32, and the ferromagnetic layer 33, except that the side wall is inclined with respect to the z direction.
  • the domain wall moving element 102 according to the third modification has the same effect as the domain wall moving element 100 according to the first embodiment. That is, the configuration of the present invention can also be applied to the bottom pin structure.
  • the length of the first ferromagnetic layer 81 in the x direction is longer than the length of the second ferromagnetic layer 82 in the x direction. Therefore, for example, even if the electrical resistivity of the first ferromagnetic layer 81 and the second ferromagnetic layer 82 is the same, the resistance value of the second ferromagnetic layer 82 is larger than the resistance value of the first ferromagnetic layer 81.
  • the current density at a position close to the non-magnetic layer 20 of the magnetic recording layer 13 can be relatively low.
  • the influence of Joule heat generated in the magnetic recording layer 13 on the magnetization reference layer 90 can be reduced.

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Abstract

本実施形態にかかる磁壁移動素子は、強磁性体を含む磁気記録層と、前記磁気記録層に積層された非磁性層と、前記非磁性層に積層された磁化参照層と、を備え、前記磁気記録層は、前記非磁性層側から順に、第１強磁性層とスペーサ層と第２強磁性層とを有し、前記第１強磁性層の磁化と、前記第２強磁性層の磁化とは反強磁性結合しており、前記第１強磁性層の電気抵抗率は、前記第２強磁性層の電気抵抗率より高い。

Description

磁壁移動素子および磁気記録アレイ
　本発明は、磁壁移動素子および磁気記録アレイに関する。
　微細化に限界が見えてきたフラッシュメモリ等に代わる次世代の不揮発性メモリに注目が集まっている。例えば、ＭＲＡＭ（Ｍａｇｎｅｔｏｒｅｓｉｓｔｉｖｅ　Ｒａｎｄｏｍ　Ａｃｃｅｓｓ　Ｍｅｍｏｒｙ）、ＲｅＲＡＭ（Ｒｅｓｉｓｔａｎｃｅ　Ｒａｎｄｏｍｅ　Ａｃｃｅｓｓ　Ｍｅｍｏｒｙ）、ＰＣＲＡＭ（Ｐｈａｓｅ　Ｃｈａｎｇｅ　Ｒａｎｄｏｍ　Ａｃｃｅｓｓ　Ｍｅｍｏｒｙ）等が次世代の不揮発性メモリとして知られている。
　ＭＲＡＭは、磁化の向きの変化によって生じる抵抗値変化をデータ記録に利用している。データ記録は、ＭＲＡＭを構成する磁気抵抗変化素子のそれぞれが担っている。例えば、特許文献１には、磁気記録層内における磁壁を移動させることで、多値のデータを記録することができる磁気抵抗変化素子（磁壁移動素子）が記載されている。
特許第５２０６４１４号公報
　磁壁移動素子は、磁壁の位置によって抵抗値が異なり、この抵抗値の変化をデータとして記録する。磁壁は、磁気記録層内に書き込み電流を印加すると移動する。書き込み電流の電流密度が高いと、磁壁は大きく移動する。一方で、書き込み電流の電流密度が高いと、大きなジュール熱が生じ、データの信頼性が低下する。
　本発明は上記問題に鑑みてなされたものであり、磁壁の移動効率が高い磁壁移動素子及び磁気記録アレイを提供することを目的とする。
（１）第１の態様にかかる磁壁移動素子は、強磁性体を含む磁気記録層と、前記磁気記録層に積層された非磁性層と、前記非磁性層に積層された磁化参照層と、を備え、前記磁気記録層は、前記非磁性層側から順に、第１強磁性層とスペーサ層と第２強磁性層とを有し、前記第１強磁性層の磁化と、前記第２強磁性層の磁化とは反強磁性結合しており、前記第１強磁性層の電気抵抗率は、前記第２強磁性層の電気抵抗率より高い。
（２）上記態様にかかる磁壁移動素子において、第１強磁性層は、電気抵抗率を前記磁気記録層が延びる第１方向と直交する断面の面積で割った値が、第２強磁性層より大きくてもよい。
（３）上記態様にかかる磁壁移動素子において、第１強磁性層は、第２強磁性層より電気抵抗が大きくてもよい。
（４）上記態様にかかる磁壁移動素子において、前記第１強磁性層と前記第２強磁性層とは、構成する元素又は組成が異なってもよい。
（５）上記態様にかかる磁壁移動素子において、前記第１強磁性層と前記第２強磁性層とのうち少なくとも一方は、複数の強磁性層を有してもよい。
（６）上記態様にかかる磁壁移動素子において、前記第１強磁性層は、複数の強磁性層を有し、前記複数の強磁性層のうち最も前記非磁性層に近い第１層の電気抵抗率は、他の層の電気抵抗率より高くてもよい。
（７）上記態様にかかる磁壁移動素子において、前記第１層は、電気抵抗率を前記磁気記録層が延びる第１方向と直交する断面の面積で割った値が、他の層より大きくてもよい。
（８）上記態様にかかる磁壁移動素子において、前記第１層は、他の層より電気抵抗が大きくてもよい。
（９）上記態様にかかる磁壁移動素子において、前記非磁性層に接する強磁性層は、ＣｏＦｅＢを含んでもよい。
（１０）上記態様にかかる磁壁移動素子において、前記第１強磁性層の前記非磁性層と接する第１面は、積層方向からの平面視で前記磁気記録層が延びる第１方向と交差する第２方向の幅が、前記第１面と反対の第２面の幅より狭くてもよい。
（１１）上記態様にかかる磁壁移動素子において、前記第１強磁性層の飽和磁化と前記第２強磁性層の飽和磁化とが異なってもよい。
（１２）上記態様にかかる磁壁移動素子において、前記スペーサ層は、前記第２強磁性層より熱伝導率が低くてもよい。
（１３）第２の態様にかかる磁気記録アレイは、上記態様にかかる磁壁移動素子を複数有する。
　上記態様にかかる磁壁移動素子及び磁気記録アレイは、磁壁の移動効率が高い。
第１実施形態に係る磁気記録アレイの構成図である。 第１実施形態に係る磁気記録アレイの特徴部分の断面図である。 第１実施形態に係る磁壁移動素子の断面図である。 第１実施形態に係る磁壁移動素子の断面図である。 第１実施形態に係る磁壁移動素子の平面図である。 第１変形例に係る磁壁移動素子の断面図である。 第２変形例に係る磁壁移動素子の断面図である。 第２変形例に係る磁壁移動素子の断面図である。 第３変形例に係る磁壁移動素子の断面図である。
　以下、本実施形態について、図を適宜参照しながら詳細に説明する。以下の説明で用いる図面は、本発明の特徴をわかりやすくするために便宜上特徴となる部分を拡大して示している場合があり、各構成要素の寸法比率などは実際とは異なっていることがある。以下の説明において例示される材料、寸法等は一例であって、本発明はそれらに限定されるものではなく、本発明の効果を奏する範囲で適宜変更して実施することが可能である。
　まず方向について定義する。ｘ方向及びｙ方向は、後述する基板Ｓｕｂ（図２参照）の一面と略平行な方向である。ｘ方向は、後述する磁気記録層１０が延びる方向であり、後述する第１導電層４０から第２導電層５０へ向かう方向である。ｘ方向は、第１方向の一例である。ｙ方向は、ｘ方向と直交する方向である。ｙ方向は、第２方向の一例である。ｚ方向は、後述する基板Ｓｕｂから磁壁移動素子１００へ向かう方向である。ｚ方向は、例えば、磁気記録層１０の積層方向と一致する。また本明細書で「ｘ方向に延びる」とは、例えば、ｘ方向、ｙ方向、及びｚ方向の各寸法のうち最小の寸法よりもｘ方向の寸法が大きいことを意味する。他の方向に延びる場合も同様である。
［第１実施形態］
　図１は、第１実施形態にかかる磁気記録アレイの構成図である。磁気記録アレイ２００は、複数の磁壁移動素子１００と、複数の第１配線Ｗｐ１～Ｗｐｎと、複数の第２配線Ｃｍ１～Ｃｍｎと、複数の第３配線Ｒｐ１～Ｒｐｎと、複数の第１スイッチング素子１１０と、複数の第２スイッチング素子１２０と、複数の第３スイッチング素子１３０とを備える。磁気記録アレイ２００は、例えば、磁気メモリ、積和演算器、ニューロモーフィックデバイスに利用できる。
＜第１配線、第２配線、第３配線＞
　第１配線Ｗｐ１～Ｗｐｎは、書き込み配線である。第１配線Ｗｐ１～Ｗｐｎは、電源と１つ以上の磁壁移動素子１００とを電気的に接続する。電源は、使用時に磁気記録アレイ２００の一端に接続される。
　第２配線Ｃｍ１～Ｃｍｎは、共通配線である。共通配線は、データの書き込み時及び読み出し時の両方に用いることができる配線である。第２配線Ｃｍ１～Ｃｍｎは、基準電位と１つ以上の磁壁移動素子１００とを電気的に接続する。基準電位は、例えば、グラウンドである。第２配線Ｃｍ１～Ｃｍｎは、複数の磁壁移動素子１００のそれぞれに設けられてもよいし、複数の磁壁移動素子１００に亘って設けられてもよい。
　第３配線Ｒｐ１～Ｒｐｎは、読み出し配線である。第３配線Ｒｐ１～Ｒｐｎは、電源と１つ以上の磁壁移動素子１００とを電気的に接続する。電源は、使用時に磁気記録アレイ２００の一端に接続される。
＜第１スイッチング素子、第２スイッチング素子、第３スイッチング素子＞
　図１に示す第１スイッチング素子１１０、第２スイッチング素子１２０、第３スイッチング素子１３０は、複数の磁壁移動素子１００のそれぞれに接続されている。第１スイッチング素子１１０は、磁壁移動素子１００のそれぞれと第１配線Ｗｐ１～Ｗｐｎとの間に接続されている。第２スイッチング素子１２０は、磁壁移動素子１００のそれぞれと第２配線Ｃｍ１～Ｃｍｎとの間に接続されている。第３スイッチング素子１３０は、磁壁移動素子１００のそれぞれと第３配線Ｒｐ１～Ｒｐｎとの間に接続されている。
　第１スイッチング素子１１０及び第２スイッチング素子１２０をＯＮにすると、所定の磁壁移動素子１００に接続された第１配線Ｗｐ１～Ｗｐｎと第２配線Ｃｍ１～Ｃｍｎとの間に書き込み電流が流れる。第２スイッチング素子１２０及び第３スイッチング素子１３０をＯＮにすると、所定の磁壁移動素子１００に接続された第２配線Ｃｍ１～Ｃｍｎと第３配線Ｒｐ１～Ｒｐｎとの間に読み出し電流が流れる。
　第１スイッチング素子１１０、第２スイッチング素子１２０及び第３スイッチング素子１３０は、電流の流れを制御する素子である。第１スイッチング素子１１０、第２スイッチング素子１２０及び第３スイッチング素子１３０は、例えば、トランジスタ、オボニック閾値スイッチ（ＯＴＳ：Ovonic Threshold Switch）のように結晶層の相変化を利用した素子、金属絶縁体転移（ＭＩＴ）スイッチのようにバンド構造の変化を利用した素子、ツェナーダイオード及びアバランシェダイオードのように降伏電圧を利用した素子、原子位置の変化に伴い伝導性が変化する素子である。
　第１スイッチング素子１１０、第２スイッチング素子１２０、第３スイッチング素子１３０のいずれかは、同じ配線に接続された磁壁移動素子１００で、共用してもよい。例えば、第１スイッチング素子１１０を共有する場合は、第１配線Ｗｐ１～Ｗｐｎの上流に一つの第１スイッチング素子１１０を設ける。例えば、第２スイッチング素子１２０を共有する場合は、第２配線Ｃｍ１～Ｃｍｎの上流に一つの第２スイッチング素子１２０を設ける。例えば、第３スイッチング素子１３０を共有する場合は、第３配線Ｒｐ１～Ｒｐｎの上流に一つの第３スイッチング素子１３０を設ける。
　図２は、第１実施形態に係る磁気記録アレイ２００の要部の断面図である。図２は、図１における一つの磁壁移動素子１００を磁気記録層１０のｙ方向の幅の中心を通るｘｚ平面で切断した断面である。
　図２に示す第１スイッチング素子１１０及び第２スイッチング素子１２０は、トランジスタＴｒである。トランジスタＴｒは、ゲート電極Ｇと、ゲート絶縁膜ＧＩと、基板Ｓｕｂに形成されたソース領域Ｓ及びドレイン領域Ｄと、を有する。基板Ｓｕｂは、例えば、半導体基板である。第３スイッチング素子１３０は、電極Ｅと電気的に接続され、例えば、ｙ方向に位置する。
　トランジスタＴｒのそれぞれと磁壁移動素子１００とは、接続配線Ｃｗを介して、電気的に接続されている。接続配線Ｃｗは、導電性を有する材料を含む。接続配線Ｃｗは、例えば、ｚ方向に延びる。接続配線Ｃｗは、例えば、絶縁層Ｉｎの開口部に形成されたビア配線である。
　磁壁移動素子１００とトランジスタＴｒとは、接続配線Ｃｗを除いて、絶縁層Ｉｎによって電気的に分離されている。絶縁層Ｉｎは、多層配線の配線間や素子間を絶縁する絶縁層である。絶縁層Ｉｎは、例えば、酸化シリコン（ＳｉＯｘ）、窒化シリコン（ＳｉＮｘ）、炭化シリコン（ＳｉＣ）、窒化クロム、炭窒化シリコン（ＳｉＣＮ）、酸窒化シリコン（ＳｉＯＮ）、酸化アルミニウム（Ａｌ２Ｏ３）、酸化ジルコニウム（ＺｒＯｘ）等である。
「磁壁移動素子」
　図３は、磁壁移動素子１００を磁気記録層１０のｙ方向の中心を通るｘｚ平面で切断した断面図である。図４は、磁壁移動素子１００を磁気記録層１０のｘ方向の中心を通るｙｚ平面で切断した断面図である。図５は、磁壁移動素子１００をｚ方向から平面視した平面図である。
　磁壁移動素子１００は、磁気記録層１０と非磁性層２０と磁化参照層３０と第１導電層４０と第２導電層５０とを有する。磁壁移動素子１００は、絶縁層Ｉｎに覆われている。磁壁移動素子１００にデータを書き込む際は、第１導電層４０と第２導電層５０との間の磁気記録層１０に書き込み電流を流す。磁壁移動素子１００からデータを読み出す際は、第１導電層４０又は第２導電層５０と磁化参照層３０との間に読み出し電流を流す。
「磁気記録層」
　磁気記録層１０は、ｘ方向に延びる。磁気記録層１０は、データの書き込み時に、書き込み電流が流れる。磁気記録層１０は、内部の磁気的な状態の変化により情報を磁気記録可能な層である。磁気記録層１０は、強磁性層、磁壁移動層と呼ばれる場合がある。
　磁気記録層１０は、内部に磁壁ＤＷを有する。磁壁ＤＷは、第１磁区ＭＤ１と第２磁区ＭＤ２との境界である。第１磁区ＭＤ１は、例えば、磁気記録層１０において磁壁ＤＷより第１導電層４０側の領域である。第２磁区ＭＤ２は、例えば、磁気記録層１０において磁壁ＤＷより第２導電層５０側の領域である。第１磁区ＭＤ１の磁化Ｍ１Ａ，Ｍ２Ａと第２磁区ＭＤ２の磁化Ｍ１Ｂ，Ｍ２Ｂとは、異なる方向に配向する。第１磁区ＭＤ１の磁化Ｍ１Ａ，Ｍ２Ａと第２磁区ＭＤ２の磁化Ｍ１Ｂ，Ｍ２Ｂとは、例えば、反対方向に配向する。
　磁壁ＤＷが移動すると、磁気記録層１０における第１磁区ＭＤ１と第２磁区ＭＤ２との比率が変化する。磁壁ＤＷは、磁気記録層１０のｘ方向に書き込み電流を流すことによって移動する。例えば、磁気記録層１０に＋ｘ方向の書き込み電流（例えば、電流パルス）を印加すると、電子は電流と逆の－ｘ方向に流れ、磁壁ＤＷは－ｘ方向に移動する。第１磁区ＭＤ１から第２磁区ＭＤ２に向って電流が流れる場合、第２磁区ＭＤ２でスピン偏極した電子は、第１磁区ＭＤ１の磁化Ｍ１Ａ，Ｍ２Ａを磁化反転させる。第１磁区ＭＤ１の磁化Ｍ１Ａ、Ｍ２Ａが磁化反転することで、磁壁ＤＷは－ｘ方向に移動する。
　磁気記録層１０における第１磁区ＭＤ１と第２磁区ＭＤ２との比率が変化すると、磁壁移動素子１００の抵抗値が変化する。磁壁移動素子１００の抵抗値は、非磁性層２０を挟む強磁性層の磁化の相対角に応じて変化する。図３に示す磁壁移動素子１００の場合、第１強磁性層１の磁化Ｍ１Ａ，Ｍ１Ｂと強磁性層３１の磁化Ｍ３１との相対角に応じて変化する。第１磁区ＭＤ１の比率が多くなると、磁壁移動素子１００の抵抗値は小さくなり、第２磁区ＭＤ２の比率が多くなると、磁壁移動素子１００の抵抗値は大きくなる。
　磁気記録層１０は、非磁性層２０側から順に、第１強磁性層１とスペーサ層３と第２強磁性層２とを有する。スペーサ層３は、第１強磁性層１と第２強磁性層２とに挟まれる。第１強磁性層１の磁化Ｍ１Ａ、Ｍ１Ｂはそれぞれ、スペーサ層３を介して、第２強磁性層の磁化Ｍ２Ａ、Ｍ２Ｂのそれぞれと反強磁性結合している。
　第１強磁性層１の電気抵抗率は、第２強磁性層２の電気抵抗率より高い。電気抵抗率の低い第２強磁性層２内の磁壁ＤＷは、第１強磁性層１内の磁壁ＤＷより動きやすい。書き込み電流を印加した際に、第２強磁性層２内の磁壁ＤＷは、第１強磁性層１内の磁壁ＤＷより先行して動作する。その結果、第１強磁性層１と第２強磁性層２とで、磁壁ＤＷのｘ方向の位置がずれる。磁壁ＤＷのｘ方向の位置がずれると、ＲＫＫＹトルクが磁化に作用する。ＲＫＫＹトルクは、磁化の反転をアシストし、磁壁ＤＷの動作が効率的になる。
　第１強磁性層１は、例えば、電気抵抗率をｙｚ平面の面積で割った値が、第２強磁性層２より大きい。また第１強磁性層１は、例えば、第２強磁性層２より電気抵抗が大きい。第１強磁性層１は、非磁性層２０を挟んで、磁化参照層３０と近接する。第１強磁性層１が発熱すると、磁化参照層３０の磁化Ｍ３１、Ｍ３３の安定性が低下する。第１強磁性層１の電気抵抗が第２強磁性層２より高いと、第１強磁性層１に大きな電流が流れることを抑制できる。第１強磁性層１に流れる電流量が少ないほど、第１強磁性層１でのジュール熱の発生が抑制される。
　第１強磁性層１及び第２強磁性層２は、磁性体を含む。第１強磁性層１及び第２強磁性層２は、例えば、異なる元素がレイヤー状に積層された積層膜、強磁性金属、又は、合金である。
　積層膜は、例えば、強磁性層と非磁性層とが交互に積層された積層膜である。積層膜は、異なる強磁性層が交互に積層された積層膜でもよい。強磁性層は、例えば、Ｃｏ、Ｆｅ、Ｎｉ等の磁性体、又は、これらの磁性体を含む合金である。非磁性層は、例えば、Ｐｔ、Ｐｄ、Ｇｄ、Ｔｂ、Ｍｎ、Ｇｅ、Ｇａ、Ｃｕ、Ｓｎ、Ａｕ、Ｃｒ、Ａｇ、Ｗである。積層膜を構成する各層の厚みは、原子数層程度である。積層膜は、例えば、超格子構造の合金である。積層膜は、例えば、ＣｏとＰｔの積層膜（［Ｃｏ／Ｐｔ］）、ＣｏとＰｄの積層膜（［Ｃｏ／Ｐｄ］）、ＣｏとＮｉの積層膜（［Ｃｏ／Ｎｉ］）、ＣｏとＴｂの積層膜（［Ｃｏ／Ｐｔ］）、ＣｏＦｅとＰｔの積層膜（［ＣｏＦｅ／Ｐｔ］）、ＣｏＦｅとＮｉの積層膜（［ＣｏＦｅ／Ｎｉ］）である。
　強磁性金属は、例えば、Ｃｒ、Ｍｎ、Ｃｏ、Ｆｅ及びＮｉからなる群から選択される金属である。合金は、例えば、上記の強磁性金属を１種以上含む合金である。合金は、例えば、上記の強磁性金属とＢ、Ｃ、及びＮの少なくとも１種以上の元素とを含む合金である。合金は、例えば、ＣｏＦｅ、ＣｏＦｅＢ、ＮｉＦｅ、ＭｎＧａ系材料、ＧｄＣｏ系材料、ＴｂＣｏ系材料である。
　第１強磁性層１と第２強磁性層２とは、例えば、構成する元素又は組成が異なる。
　例えば、第１強磁性層１と第２強磁性層２とはいずれも積層膜であり、それぞれの構成元素のうちの少なくとも一つが異なる。例えば、第１強磁性層１が［Ｃｏ／Ｐｄ］であり、第２強磁性層２が［Ｃｏ／Ｎｉ］である。［Ｃｏ／Ｐｄ］の電気抵抗率は、［Ｃｏ／Ｎｉ］の電気抵抗率より高い。
　例えば、第１強磁性層１は強磁性金属または合金であり、第２強磁性層２は積層膜である。例えば、第１強磁性層１がＣｏＦｅＢであり、第２強磁性層２が［Ｃｏ／Ｐｄ］である。ＣｏＦｅＢの電気抵抗率は、［Ｃｏ／Ｐｄ］の電気抵抗率より高い。
　例えば、第１強磁性層１と第２強磁性層２とはいずれも強磁性金属または合金であり、それぞれの構成元素のうちの少なくとも一つが異なる。例えば、第１強磁性層１がＣｏＦｅＢであり、第２強磁性層２がＣｏである。ＣｏＦｅＢの電気抵抗率は、Ｃｏの電気抵抗率より高い。
　例えば、第１強磁性層１は積層膜であり、第２強磁性層２は強磁性金属または合金である。例えば、第１強磁性層１が［Ｃｏ／Ｔｂ］であり、第２強磁性層２がＣｏである。［Ｃｏ／Ｔｂ］の電気抵抗率は、Ｃｏの電気抵抗率より高い。
　例えば、第１強磁性層１と第２強磁性層２とはいずれも構成元素が同じ合金であり、構成元素の組成比が異なる。例えば、第１強磁性層１と第２強磁性層２とはいずれもＣｏＦｅＢであり、ボロンの濃度が異なる。ＣｏＦｅＢにおけるボロンの濃度が高まると、電気抵抗率が高くなる。
　また第１強磁性層１と第２強磁性層２とは、例えば、構成する元素又は組成が同じで、層構成が異なってもよい。例えば、第１強磁性層１と第２強磁性層２とはいずれも同じ構成元素からなる積層膜であり、各層の厚みが異なってもよい。例えば、第１強磁性層１及び第２強磁性層２はいずれも［Ｃｏ／Ｐｄ］であり、Ｃｏ層とＰｄ層の膜厚が異なる。例えば、第１強磁性層１はＣｏ層の厚みが２Å、Ｐｄ層の厚みが５Åの［Ｃｏ（２Å）／Ｐｄ（５Å）］であり、第２強磁性層２は、Ｃｏ層の厚みが１．６Å、Ｐｄ層の厚みが２．２Åの［Ｃｏ（１．６Å）／Ｐｄ（２．２Å）］である。積層膜を構成する元素のうち電気抵抗率が高い元素の膜厚を調整することで、強磁性層の電気抵抗率を調整することもできる。
　第１強磁性層１は、例えば、ＣｏＦｅＢを含む。第１強磁性層１は、例えば、ＣｏＦｅＢである。磁壁移動素子１００の抵抗値は、非磁性層２０を挟む強磁性層の磁化の相対角に応じて変化する。第１強磁性層１にＣｏＦｅＢを用いると、磁壁移動素子１００のＭＲ比が大きくなり、抵抗変化幅が広がる。
　例えば、第１強磁性層１の飽和磁化と第２強磁性層２の飽和磁化とは異なる。第１強磁性層１と第２強磁性層２の飽和磁化が異なると、第１強磁性層１の飽和磁化と第２強磁性層２の飽和磁化との差分が、磁気記録層１０全体の飽和磁化となる。磁気記録層１０全体が飽和磁化を有すると、飽和磁化を有さない場合（第１強磁性層１の飽和磁化と第２強磁性層２の飽和磁化とが同じ場合）と比較して、磁壁ＤＷの移動速度を遅くできる。磁壁ＤＷの移動速度が遅くなると、一つの磁壁移動素子１００が多くの階調を表現でき、アナログなデータ記録も可能となる。
　スペーサ層３は、非磁性体からなる。スペーサ層３は、例えば、Ｒｕ、Ｉｒ、Ｒｈである。スペーサ層３の熱伝導率は、例えば、第２強磁性層２より低い。スペーサ層３の熱伝導率は、例えば、第１強磁性層１より低くてもよい。スペーサ層３の熱伝導率が低いと、第２強磁性層２で生じた熱が第１強磁性層１に至るのを防ぐことができる。
「非磁性層」
　非磁性層２０は、磁気記録層１０と磁化参照層３０との間に位置する。非磁性層２０は、磁気記録層１０の一面に積層される。
　非磁性層２０は、例えば、非磁性の絶縁体、半導体又は金属からなる。非磁性の絶縁体は、例えば、Ａｌ２Ｏ３、ＳｉＯ２、ＭｇＯ、ＭｇＡｌ２Ｏ４、およびこれらのＡｌ、Ｓｉ、Ｍｇの一部がＺｎ、Ｂｅ等に置換された材料である。これらの材料は、バンドギャップが大きく、絶縁性に優れる。非磁性層２０が非磁性の絶縁体からなる場合、非磁性層２０はトンネルバリア層である。非磁性の金属は、例えば、Ｃｕ、Ａｕ、Ａｇ等である。非磁性の半導体は、例えば、Ｓｉ、Ｇｅ、ＣｕＩｎＳｅ２、ＣｕＧａＳｅ２、Ｃｕ（Ｉｎ，Ｇａ）Ｓｅ２等である。
　非磁性層２０の厚みは、例えば、２０Å以上であり、２５Å以上でもよい。非磁性層２０の厚みが厚いと、磁壁移動素子１００の抵抗面積積（ＲＡ）が大きくなる。磁壁移動素子１００の抵抗面積積（ＲＡ）は、１×１０４Ωμｍ２以上であることが好ましく、５×１０４Ωμｍ２以上であることがより好ましい。磁壁移動素子１００の抵抗面積積（ＲＡ）は、一つの磁壁移動素子１００の素子抵抗と磁壁移動素子１００の素子断面積（非磁性層２０をｘｙ平面で切断した切断面の面積）の積で表される。
「磁化参照層」
　磁化参照層３０は、非磁性層２０に積層されている。磁化参照層３０は、例えば、強磁性層３１、中間層３２、強磁性層３３からなる。強磁性層３１の磁化Ｍ３１と強磁性層３３の磁化Ｍ３３とは、反強磁性結合している。
　強磁性層３１は、強磁性体を含む。強磁性層３１は、例えば、磁気記録層１０との間で、コヒーレントトンネル効果を得やすい材料を含む。強磁性層３１は、例えば、Ｃｒ、Ｍｎ、Ｃｏ、Ｆｅ及びＮｉからなる群から選択される金属、これらの金属を１種以上含む合金、これらの金属とＢ、Ｃ、及びＮの少なくとも１種以上の元素とが含まれる合金等を含む。強磁性層３１は、例えば、Ｃｏ－Ｆｅ、Ｃｏ－Ｆｅ－Ｂ、Ｎｉ－Ｆｅである。
　強磁性層３１は、例えば、ホイスラー合金でもよい。ホイスラー合金はハーフメタルであり、高いスピン分極率を有する。ホイスラー合金は、ＸＹＺ又はＸ２ＹＺの化学組成をもつ金属間化合物であり、Ｘは周期表上でＣｏ、Ｆｅ、Ｎｉ、あるいはＣｕ族の遷移金属元素または貴金属元素であり、ＹはＭｎ、Ｖ、ＣｒあるいはＴｉ族の遷移金属又はＸの元素種であり、ＺはＩＩＩ族からＶ族の典型元素である。ホイスラー合金として例えば、Ｃｏ２ＦｅＳｉ、Ｃｏ２ＦｅＧｅ、Ｃｏ２ＦｅＧａ、Ｃｏ２ＭｎＳｉ、Ｃｏ２Ｍｎ１－ａＦｅａＡｌｂＳｉ１－ｂ、Ｃｏ２ＦｅＧｅ１－ｃＧａｃ等が挙げられる。
　中間層３２は、非磁性層である。中間層３２は、例えば、Ｒｕ、Ｉｒ、Ｒｈである。
　強磁性層３３は、強磁性層３１と反強磁性カップリングしている。強磁性層３３は、例えば、ＩｒＭｎ、ＰｔＭｎ等である。
　強磁性層３１の膜厚と飽和磁化との積は、強磁性層３３の膜厚と飽和磁化との積と略同一である。強磁性層３１の膜厚と強磁性層３３の膜厚とは、例えば同じである。磁化参照層３０は、シンセティック反強磁性構造をしている。
　強磁性層３１は、一方向に配向した磁化Ｍ３１を有する。強磁性層３１の磁化Ｍ３１は、所定の外力が印加された際に第１強磁性層１の磁化Ｍ１Ａ、Ｍ１Ｂよりも磁化反転しにくい。所定の外力は、例えば外部磁場により磁化に印加される外力や、スピン偏極電流により磁化に印加される外力である。
　磁壁移動素子１００の各層の磁化の向きは、例えば磁化曲線を測定することにより確認できる。磁化曲線は、例えば、ＭＯＫＥ（Magneto Optical Kerr Effect）を用いて測定できる。ＭＯＫＥによる測定は、直線偏光を測定対象物に入射させ、その偏光方向の回転等が起こる磁気光学効果(磁気Kerr効果)を用いることにより行う測定方法である。
「第１導電層及び第２導電層」
　第１導電層４０及び第２導電層５０は、磁気記録層１０に接続される。第１導電層４０と第２導電層５０とは、磁気記録層１０の同じ面に接続されても、異なる面に接続されてもよい。第２導電層５０は、第１導電層４０と離間して磁気記録層１０に接続される。ｚ方向からの平面視で、第１導電層４０と第２導電層５０とは、磁気記録層１０の幾何中心をｘ方向に挟む。第１導電層４０は例えば磁気記録層１０の第１端部に接続され、第２導電層５０は例えば磁気記録層１０の第２端部に接続される。第１導電層４０及び第２導電層５０は、例えば、接続配線Ｃｗと磁気記録層１０とを接続する電極である。第１導電層４０及び第２導電層５０は、導電体を含み、強磁性体を含んでもよい。
　次いで、磁気記録アレイ２００の製造方法について説明する。磁気記録アレイ２００は、各層の積層工程と、各層の一部を所定の形状に加工する加工工程により形成される。各層の積層は、スパッタリング法、化学気相成長（ＣＶＤ）法、電子ビーム蒸着法（ＥＢ蒸着法）、原子レーザデポジッション法等を用いることができる。各層の加工は、フォトリソグラフィー等を用いて行うことができる。
　まず基板Ｓｕｂの所定の位置に、不純物をドープしソース領域Ｓ、ドレイン領域Ｄを形成する。次いで、ソース領域Ｓとドレイン領域Ｄとの間に、ゲート絶縁膜ＧＩ、ゲート電極Ｇを形成する。ソース領域Ｓ、ドレイン領域Ｄ、ゲート絶縁膜ＧＩ及びゲート電極ＧがトランジスタＴｒとなる。
　次いで、トランジスタＴｒを覆うように絶縁層Ｉｎを形成する。また絶縁層Ｉｎに開口部を形成し、開口部内に導電体を充填することで接続配線Ｃｗが形成される。第１配線Ｗｐ、第２配線Ｃｍは、絶縁層Ｉｎを所定の厚みまで積層した後、絶縁層Ｉｎに溝を形成し、溝に導電体を充填することで形成される。
　第１導電層４０及び第２導電層５０は、例えば、絶縁層Ｉｎ及び接続配線Ｃｗの一面に、導電層を積層し、第１導電層４０及び第２導電層５０となる部分以外を除去することで形成できる。除去された部分は、例えば、絶縁層Ｉｎで埋める。
　次いで、第１導電層４０、第２導電層５０及び絶縁層Ｉｎ上に、磁気記録層１０、非磁性層２０及び磁化参照層３０を順に積層する。その後、非磁性層２０及び磁化参照層３０を所定の形状に加工することで、磁壁移動素子１００が得られる。
　第１実施形態に係る磁壁移動素子１００は、第１強磁性層１と第２強磁性層２とで電気抵抗率が異なるため、書き込み動作時に磁壁ＤＷのｘ方向の位置がずれる。磁壁ＤＷのｘ方向の位置のずれは、ＲＫＫＹトルクを生み出す。ＲＫＫＹトルクは、磁化の反転をアシストする。その結果、磁壁移動素子１００は、磁壁ＤＷの移動効率が高い。
　また磁壁ＤＷの移動効率が高いと、書き込みに必要な電流密度を下げることができる。書き込み電流はジュール熱の発生原因の一つであり、磁気記録層１０の発熱を抑制できる。熱は磁化の揺らぎを生み出す。磁気記録層１０の発熱が抑制されると、磁壁移動素子１００のデータの信頼性が向上する。
　第１実施形態に係る磁気記録アレイ２００及び磁壁移動素子１００の一例について詳述したが、第１実施形態に係る磁気記録アレイ２００及び磁壁移動素子１００は、本発明の要旨の範囲内において、種々の変形・変更が可能である。
（第１変形例）
　図６は、第１変形例にかかる磁壁移動素子１０１を磁気記録層１１のｙ方向の中心を通るｘｚ平面で切断した断面図である。磁壁移動素子１０１は、第１強磁性層６が複数の強磁性層６１～６ｎ（ｎは定数）からなる点が、磁壁移動素子１００と異なる。図６において、図３と同様の構成についての説明は省く。
　磁気記録層１１は、第１強磁性層６とスペーサ層３と第２強磁性層２とを有する。第１強磁性層６は、複数の強磁性層６１～６ｎからなる。複数の強磁性層６１～６ｎのうち最も非磁性層２０に近い強磁性層を第１層６１と称する。複数の強磁性層６１～６ｎのうち第１層６１以外の層を他の層６２～６ｎと称する。
　第１層６１の電気抵抗率は、例えば、他の層６２～６ｎの電気抵抗率より高い。また第１層６１は、例えば、電気抵抗率をｙｚ平面の面積で割った値が、他の層６２～６ｎより大きい。また第１層６１は、例えば、他の層６２～６ｎより電気抵抗が大きい。非磁性層２０に近い位置の電流密度を相対的に低くすることで、磁気記録層１１で生じるジュール熱が磁化参照層３０に与える影響を低減できる。またスペーサ層３に近い位置の電流密度を相対的に高くすることで、磁壁ＤＷの移動を確実に行うことができる。
　複数の強磁性層６１～６ｎのそれぞれは、例えば、元素又は組成が異なる。複数の強磁性層６１～６ｎのそれぞれは、例えば、上述の積層膜、強磁性金属、又は、合金である。
　例えば、第１層６１は、強磁性金属または合金であり、他の層６２～６ｎは積層膜である。この際、第２強磁性層２は、例えば、上述の積層膜、強磁性金属、又は、合金である。例えば、第１層６１がＣｏＦｅＢであり、他の層が［Ｃｏ／Ｐｄ］又は［Ｃｏ／Ｎｉ］である。第２強磁性層２は、例えば、［Ｃｏ／Ｐｄ］である。
　第１変形例にかかる磁壁移動素子１０１は、第１実施形態にかかる磁壁移動素子１００と同様の効果が得られる。また磁壁移動素子１０１は、磁気記録層１１の非磁性層２０に近い位置の電流密度を相対的に低くでき、磁気記録層１１で生じるジュール熱が磁化参照層３０に与える影響を低減できる。また第１強磁性層６が複数の強磁性層からなる場合を例示したが、第２強磁性層２が複数の強磁性層からなってもよい。
（第２変形例）
　図７は、第２変形例にかかる磁壁移動素子１０２を磁気記録層１２のｙ方向の中心を通るｘｚ平面で切断した断面図である。図８は、第２変形例にかかる磁壁移動素子１０２を磁気記録層１２のｘ方向の中心を通るｙｚ平面で切断した断面図である。磁壁移動素子１０２は、磁気記録層１２の側壁１２ｓ、１２ｔがｚ方向に対して傾斜している点が磁壁移動素子１００と異なる。図７、図８において、図３、図４と同様の構成についての説明は省く。
　磁気記録層１２は、第１強磁性層７１とスペーサ層７３と第２強磁性層７２とを有する。第１強磁性層７１、スペーサ層７３及び第２強磁性層７２は、側壁がｚ方向に対して傾斜している点を除いて、第１強磁性層１、スペーサ層３及び第２強磁性層２と同様である。磁気記録層１２は、ｘ方向の側壁１２ｓ、ｙ方向の側壁１２ｔのいずれもｚ方向に対して傾斜している。
　第１強磁性層７１、スペーサ層７３及び第２強磁性層７２の側壁は連続し、全体で側壁１３ｓとなる。ここで、側壁が連続するとは、ｘｚ平面又はｙｚ平面による切断面における側面の傾斜角の傾きが連続して変化することを意味する。
　第１強磁性層７１は、第１面７１ａと第２面７１ｂとでｘ方向及びｙ方向の幅が異なる。第１面７１ａは、第１強磁性層７１の非磁性層２０と接する面である。第２面７１ｂは、第１面７１ａと反対側の面である。第１面７１ａのｘ方向及びｙ方向の幅は、例えば、第２面７１ｂのｘ方向及びｙ方向の幅より狭い。
　第２変形例にかかる磁壁移動素子１０２は、第１実施形態にかかる磁壁移動素子１００と同様の効果が得られる。また第１面７１ａの幅が第２面７１ｂの幅より狭いと、第１強磁性層１の断面積が小さくなることで、抵抗値が大きくなり、第２強磁性層２への分流量が増える。また第１面７１ａの幅が第２面７１ｂの幅より狭いと、第１強磁性層１内で熱抵抗の分布ができ、面積が狭い非磁性層２０側に熱が伝わりにくくなり、スペーサ層７３側に相対的に多くの熱が流れる。その結果、第２強磁性層２で生じた熱が非磁性層２０側に伝わることを抑制できる。
（第３変形例）
　図９は、第３変形例にかかる磁壁移動素子１０３を磁気記録層１３のｙ方向の中心を通るｘｚ平面で切断した断面図である。磁壁移動素子１０３は、磁化参照層９０が磁気記録層１３より基板Ｓｕｂの近くにある点が磁壁移動素子１００と異なる。図９において、図３と同様の構成についての説明は省く。
　磁壁移動素子１０３は、磁化参照層９０が磁気記録層１３より基板Ｓｕｂの近くにあるいわゆるボトムピン構造である。磁気記録層１３は、第１強磁性層８１とスペーサ層８３と第２強磁性層８２とを有する。第１強磁性層８１、スペーサ層８３及び第２強磁性層８２は、側壁１３ｓがｚ方向に対して傾斜している点を除いて、第１強磁性層１、スペーサ層３及び第２強磁性層２と同様である。磁化参照層９０は、強磁性層９１、中間層９２、強磁性層９３からなる。強磁性層９１、中間層９２、強磁性層９３は、側壁がｚ方向に対して傾斜している点を除いて、強磁性層３１、中間層３２、強磁性層３３と同様である。
　第３変形例にかかる磁壁移動素子１０２は、第１実施形態にかかる磁壁移動素子１００と同様の効果が得られる。すなわち、本発明の構成は、ボトムピン構造にも適用できる。また第１強磁性層８１のｘ方向の長さは、第２強磁性層８２のｘ方向の長さより長い。そのため、例えば、第１強磁性層８１と第２強磁性層８２の電気抵抗率が同じ場合でも、第２強磁性層８２の抵抗値は第１強磁性層８１の抵抗値より大きくなる。したがって、この場合は、第１強磁性層８１と第２強磁性層８２の電気抵抗率が同じ場合でも、磁気記録層１３の非磁性層２０に近い位置の電流密度を相対的に低くでき、磁気記録層１３で生じるジュール熱が磁化参照層９０に与える影響を低減できる。
１、６、７１、８１　第１強磁性層
２、７２、８２　第２強磁性層
３、７３、８３　スペーサ層
１０、１１、１２、１３　磁気記録層
２０　非磁性層
３０、９０　磁化参照層
６１　第１層（強磁性層）
６２～６ｎ　他の層（強磁性層）
７１ａ　第１面
７１ｂ　第２面
１００、１０１、１０２、１０３　磁壁移動素子
２００　磁気記録アレイ
ＤＷ　磁壁

Claims (13)

  1. 　強磁性体を含む磁気記録層と、
    　前記磁気記録層に積層された非磁性層と、
    　前記非磁性層に積層された磁化参照層と、を備え、
    　前記磁気記録層は、前記非磁性層側から順に、第１強磁性層とスペーサ層と第２強磁性層とを有し、
    　前記第１強磁性層の磁化と、前記第２強磁性層の磁化とは反強磁性結合しており、
    　前記第１強磁性層の電気抵抗率は、前記第２強磁性層の電気抵抗率より高い、磁壁移動素子。
  2. 　第１強磁性層は、電気抵抗率を前記磁気記録層が延びる第１方向と直交する断面の面積で割った値が、第２強磁性層より大きい、請求項１に記載の磁壁移動素子。
  3. 　第１強磁性層は、第２強磁性層より電気抵抗が大きい、請求項１又は２に記載の磁壁移動素子。
  4. 　前記第１強磁性層と前記第２強磁性層とは、構成する元素又は組成が異なる、請求項１～３のいずれか一項に記載の磁壁移動素子。
  5. 　前記第１強磁性層と前記第２強磁性層とのうち少なくとも一方は、複数の強磁性層を有する、請求項１～４のいずれか一項に記載の磁壁移動素子。
  6. 　前記第１強磁性層は、複数の強磁性層を有し、
    　前記複数の強磁性層のうち最も前記非磁性層に近い第１層の電気抵抗率は、他の層の電気抵抗率より高い、請求項１～５のいずれか一項に記載の磁壁移動素子。
  7. 　前記第１層は、電気抵抗率を前記磁気記録層が延びる第１方向と直交する断面の面積で割った値が、他の層より大きい、請求項６に記載の磁壁移動素子。
  8. 　前記第１層は、他の層より電気抵抗が大きい、請求項６又は７に記載の磁壁移動素子。
  9. 　前記非磁性層に接する強磁性層は、ＣｏＦｅＢを含む、請求項１～８のいずれか一項に記載の磁壁移動素子。
  10. 　前記第１強磁性層の前記非磁性層と接する第１面は、積層方向からの平面視で前記磁気記録層が延びる第１方向と交差する第２方向の幅が、前記第１面と反対の第２面の幅より狭い、請求項１～９のいずれか一項に記載の磁壁移動素子。
  11. 　前記第１強磁性層の飽和磁化と前記第２強磁性層の飽和磁化とが異なる、請求項１～１０のいずれか一項に記載の磁壁移動素子。
  12. 　前記スペーサ層は、前記第２強磁性層より熱伝導率が低い、請求項１～１１のいずれか一項に記載の磁壁移動素子。
  13. 　請求項１～１２のいずれか一項に記載の磁壁移動素子を複数有する、磁気記録アレイ。
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