WO2023007609A1 - 磁壁移動素子および磁気アレイ - Google Patents

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WO2023007609A1
WO2023007609A1 PCT/JP2021/027880 JP2021027880W WO2023007609A1 WO 2023007609 A1 WO2023007609 A1 WO 2023007609A1 JP 2021027880 W JP2021027880 W JP 2021027880W WO 2023007609 A1 WO2023007609 A1 WO 2023007609A1
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WO
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layer
domain wall
conductive layer
region
wall motion
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PCT/JP2021/027880
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English (en)
French (fr)
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竜雄 柴田
祥吾 米村
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Tdk株式会社
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    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L27/00—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate
    • H01L27/02—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components specially adapted for rectifying, oscillating, amplifying or switching and having potential barriers; including integrated passive circuit elements having potential barriers
    • H01L27/04—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components specially adapted for rectifying, oscillating, amplifying or switching and having potential barriers; including integrated passive circuit elements having potential barriers the substrate being a semiconductor body
    • H01L27/10—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components specially adapted for rectifying, oscillating, amplifying or switching and having potential barriers; including integrated passive circuit elements having potential barriers the substrate being a semiconductor body including a plurality of individual components in a repetitive configuration
    • H01L27/105—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components specially adapted for rectifying, oscillating, amplifying or switching and having potential barriers; including integrated passive circuit elements having potential barriers the substrate being a semiconductor body including a plurality of individual components in a repetitive configuration including field-effect components
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L29/00—Semiconductor devices specially adapted for rectifying, amplifying, oscillating or switching and having potential barriers; Capacitors or resistors having potential barriers, e.g. a PN-junction depletion layer or carrier concentration layer; Details of semiconductor bodies or of electrodes thereof ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/66—Types of semiconductor device ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/82—Types of semiconductor device ; Multistep manufacturing processes therefor controllable by variation of the magnetic field applied to the device

Definitions

  • the present invention relates to domain wall motion elements and magnetic arrays.
  • next-generation non-volatile memory that will replace flash memory, etc., where the limits of miniaturization have become apparent.
  • MRAM Magneticoresistive Random Access Memory
  • ReRAM Resistive Random Access Memory
  • PCRAM Phase Change Random Access Memory
  • An MRAM has a magnetoresistive effect element whose resistance value changes according to a change in magnetization direction.
  • a domain wall motion element is one aspect of a magnetoresistive effect element (for example, Patent Document 1). Since the resistance value of the domain wall motion element changes depending on the position of the domain wall in the first ferromagnetic layer (domain wall motion layer), it is expected to be used for multilevel recording and analog information processing (for example, Patent Document 2). and 3).
  • 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 motion element and a magnetic array whose resistance value changes continuously.
  • a domain wall motion element includes: a first ferromagnetic layer extending in a first direction; a first conductive layer connected to the first ferromagnetic layer; and a first non-magnetic conductive layer in contact with the first ferromagnetic layer at a position not overlapping the conductive layer.
  • the first nonmagnetic conductive layer includes a first region and a second region, the second region is between the first region and the first conductive layer in the first direction, and the second The thickness of the region gradually increases in the first direction from the first end on the first conductive layer side toward the first region.
  • the first conductive layer and the first non-magnetic conductive layer may be spaced apart in the first direction.
  • a second conductive layer connected to the first ferromagnetic layer at a position sandwiching the first nonmagnetic conductive layer and the first conductive layer in the first direction may be further provided.
  • the first nonmagnetic conductive layer may have a third region between the first region and the first conductive layer in the first direction. The thickness of the third region gradually increases from the first end on the second conductive layer side toward the first region in the first direction.
  • the area of the first region may be larger than the total area of the second region and the third region when viewed from the stacking direction.
  • the domain wall motion element according to the above aspect may further include a second non-magnetic conductive layer sandwiched between the first ferromagnetic layer and the first non-magnetic conductive layer. Crystallinity of the second non-magnetic conductive layer may be higher than crystallinity of the first non-magnetic conductive layer.
  • the second non-magnetic conductive layer may be sandwiched between the first ferromagnetic layer and the first conductive layer.
  • the peripheral length of the first conductive layer may increase with increasing distance from the first conductive layer.
  • a nonmagnetic layer and a second ferromagnetic layer are laminated in order on the surface of the first ferromagnetic layer opposite to the surface in contact with the first nonmagnetic conductive layer. You may have more.
  • the domain wall motion element includes a first insulating layer in contact with the first non-magnetic conductive layer and a second insulating layer sandwiching the first non-magnetic conductive layer and the first insulating layer. You may have more.
  • the etching rate of the first insulating layer with an Ar ion beam is lower than the etching rate of the second insulating layer.
  • a first insulating layer in contact with the first non-magnetic conductive layer and a second insulating layer sandwiching the first non-magnetic conductive layer and the first insulating layer are provided. You may have more.
  • the thermal conductivity of the first insulating layer is higher than the thermal conductivity of the second insulating layer.
  • a magnetic array according to a second aspect includes a plurality of domain wall motion elements according to the aspect described above.
  • the domain wall motion element and the magnetic array according to the above aspect continuously change the resistance value.
  • FIG. 1 is a configuration diagram of a magnetic array according to a first embodiment
  • FIG. FIG. 2 is a cross-sectional view of a characteristic portion of the magnetic array according to the first embodiment
  • 2 is a cross-sectional view of the domain wall motion element according to the first embodiment
  • FIG. 2 is a plan view of the domain wall motion element according to the first embodiment
  • FIG. FIG. 4 is another cross-sectional view of the domain wall motion element according to the first embodiment
  • FIG. 5 is a diagram for explaining a method of manufacturing the domain wall motion element according to the first embodiment
  • FIG. 5 is a diagram for explaining a method of manufacturing the domain wall motion element according to the first embodiment
  • FIG. 5 is a diagram for explaining a method of manufacturing the domain wall motion element according to the first embodiment
  • FIG. 5 is a diagram for explaining a method of manufacturing the domain wall motion element according to the first embodiment
  • FIG. 5 is a diagram for explaining a method of manufacturing the domain wall motion element according to the first embodiment
  • FIG. 5 is a
  • FIG. 10 is a cross-sectional view of a domain wall motion element according to a second embodiment
  • FIG. 11 is a cross-sectional view of a domain wall motion element according to a third embodiment
  • FIG. 11 is a cross-sectional view of a domain wall motion element according to a fourth embodiment
  • FIG. 11 is a cross-sectional view of a domain wall motion element according to a fifth embodiment
  • FIG. 11 is a cross-sectional view of a domain wall motion element according to a sixth embodiment
  • FIG. 11 is a cross-sectional view of a domain wall motion element according to a seventh embodiment
  • the x-direction and the y-direction are directions substantially parallel to one surface of a substrate Sub (see FIG. 2), which will be described later.
  • the x-direction is the direction in which the domain wall displacement layer 10, which will be described later, extends.
  • the y-direction is a direction perpendicular to the x-direction.
  • the z direction is the direction from the substrate Sub, which will be described later, toward the domain wall motion element.
  • the +z direction may be expressed as “up” and the ⁇ z direction as “down”, but these expressions are for convenience and do not define the direction of gravity.
  • extending in the x direction means, for example, that 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. This means that the dimension in the x direction is longer than the dimension in the y direction when viewed from above. The same is true when extending in other directions.
  • FIG. 1 is a configuration diagram of a magnetic array according to the first embodiment.
  • the magnetic array 200 includes a plurality of domain wall motion elements 100, a plurality of first wirings WL, a plurality of second wirings CL, a plurality of third wirings RL, a plurality of first switching elements SW1, and a plurality of second wirings SW1.
  • a switching element SW2 and a plurality of third switching elements SW3 are provided.
  • the magnetic array 200 can be used, for example, in magnetic recording arrays, magnetic memories, sum-of-products operators, neuromorphic devices, spin memristors, and magneto-optical elements.
  • Each of the first wirings WL is a write wiring.
  • Each first wiring WL electrically connects a power source and one or more domain wall motion elements 100 .
  • a power supply is connected to one end of the magnetic array 200 during use.
  • Each of the second wirings CL is a common wiring.
  • a common wiring is a wiring that can be used both when writing data and when reading data.
  • Each of the second lines CL electrically connects the reference potential and one or more domain wall motion elements 100 .
  • the reference potential is, for example, ground.
  • One second wiring CL may be connected to only one domain wall motion element 100 or may be connected across a plurality of domain wall motion elements 100 .
  • Each of the third wirings RL is a readout wiring.
  • Each of the third wirings RL electrically connects the power supply and one or more domain wall motion elements 100 .
  • a power supply is connected to one end of the magnetic array 200 during use.
  • a first switching element SW1, a second switching element SW2, and a third switching element SW3 are connected to each of the plurality of domain wall motion elements 100.
  • the first switching element SW1 is connected between the domain wall motion element 100 and the first wiring WL.
  • the second switching element SW2 is connected between the domain wall motion element 100 and the second wiring CL.
  • the third switching element SW3 is connected between the domain wall motion element 100 and the third wiring RL.
  • FIG. 1 When the first switching element SW1 and the second switching element SW2 connected to a predetermined domain wall motion element 100 are turned on, a write current flows through the predetermined domain wall motion element 100.
  • FIG. 1 When the second switching element SW2 and the third switching element SW3 connected to a predetermined domain wall motion element 100 are turned on, a read current flows through the predetermined domain wall motion element 100.
  • FIG. 1 When the first switching element SW1 and the second switching element SW2 connected to a predetermined domain wall motion element 100 are turned on, a write current flows through the predetermined domain wall motion element 100.
  • FIG. 1 When the first switching element SW1 and the second switching element SW2 connected to a predetermined domain wall motion element 100 are turned on, a write current flows through the predetermined domain wall motion element 100.
  • FIG. 1 When the first switching element SW1 and the second switching element SW2 connected to a predetermined domain wall motion element 100 are turned on, a write current flows through the predetermined domain wall motion element 100.
  • FIG. 1 When the first switching element SW
  • the first switching element SW1, the second switching element SW2, and the third switching element SW3 are elements that control current flow.
  • the first switching element SW1, the second switching element SW2, and the third switching element SW3 are each, for example, a transistor, an element using a phase change of a crystal layer such as an Ovonic Threshold Switch (OTS: Ovonic Threshold Switch), or a metal insulator.
  • OTS Ovonic Threshold Switch
  • MIT transition
  • Zener diodes and avalanche diodes devices that change conductivity with changes in atomic positions.
  • any one of the first switching element SW1, the second switching element SW2, and the third switching element SW3 may be shared by the domain wall motion elements 100 connected to the same wiring.
  • one first switching element SW1 is provided upstream (one end) of the first wiring WL.
  • one second switching element SW2 is provided upstream (one end) of the second line CL.
  • one third switching element SW3 is provided upstream (one end) of the third wiring RL.
  • FIG. 2 is a cross-sectional view of the main part of the magnetic array 200 according to the first embodiment.
  • FIG. 2 is a cross section of one domain wall motion element 100 in FIG. 1 taken along the xz plane passing through the center of the width of the domain wall motion layer 10 in the y direction.
  • the first switching element SW1 and the second switching element SW2 shown in FIG. 2 are transistors Tr.
  • the transistor Tr has a gate electrode G, a gate insulating film GI, and a source S and a drain D formed on the substrate Sub.
  • the source S and the drain D are defined by the direction of current flow, and their positional relationship may be reversed.
  • the substrate Sub is, for example, a semiconductor substrate.
  • the third switching element SW3 is electrically connected to the third wiring RL, and is at a position shifted in the x direction in FIG. 2, for example.
  • the transistor Tr and the domain wall motion element 100 are connected via the wiring VL.
  • the wiring VL extends in the z direction.
  • the wiring VL is sometimes called a via wiring.
  • the first wiring WL and the transistor Tr, and the second wiring CL and the transistor Tr are connected by wiring VL, respectively.
  • the wiring VL is formed in a hole formed in the insulating layer 90, for example.
  • the domain wall motion element 100 and the third wiring RL are connected via the electrode E. As shown in FIG.
  • the insulating layer 90 is an insulating layer that insulates between wirings of multilayer wiring and between elements.
  • the domain wall motion element 100 and the transistor Tr are electrically separated by an insulating layer 90 except for the wiring VL.
  • the insulating layer 90 is made of, for example, silicon oxide (SiO x ), silicon nitride (SiN x ), silicon carbide (SiC), chromium nitride, silicon carbonitride (SiCN), silicon oxynitride (SiON), aluminum oxide (Al 2 O 3 ), zirconium oxide (ZrO x ), and the like.
  • FIG. 3 is a cross-sectional view of the domain wall motion element 100 taken along the xz plane passing through the center of the domain wall motion layer 10 in the y direction.
  • FIG. 4 is a plan view of the domain wall motion element 100 viewed from the z direction.
  • the arrows shown in the figure are examples of orientation directions of the magnetization of the ferromagnetic material.
  • the domain wall motion element 100 has, for example, a domain wall motion layer 10, a nonmagnetic conductive layer 20, a conductive layer 30, a conductive layer 40, a nonmagnetic layer 50, and a ferromagnetic layer 60.
  • the domain wall motion layer 10 is an example of a first ferromagnetic layer.
  • the nonmagnetic conductive layer 20 is an example of a first nonmagnetic conductive layer.
  • the conductive layer 30 is an example of a first conductive layer.
  • the conductive layer 40 is an example of a second conductive layer.
  • the ferromagnetic layer 60 is an example of a second ferromagnetic layer.
  • a current is passed along the domain wall motion layer 10 between the conductive layers 30 and 40 .
  • a current is passed between the ferromagnetic layer 60 and the conductive layer 30 or 40 .
  • the domain wall displacement layer 10 extends in the x direction.
  • the domain wall displacement layer 10 has a plurality of magnetic domains inside and domain walls 15 at the boundaries of the plurality of magnetic domains.
  • the domain wall displacement layer 10 is, for example, a layer that can magnetically record information by changing its magnetic state.
  • the domain wall displacement layer 10 is sometimes called an analog layer or a magnetic recording layer.
  • the domain wall displacement layer 10 has a first region 11, a second region 12 and a third region 13.
  • the first region 11 is a region that overlaps with the conductive layer 30 when viewed from the z direction.
  • the second region 12 is a region that overlaps with the conductive layer 40 when viewed from the z direction.
  • a third region 13 is a region other than the first region 11 and the second region 12 of the domain wall displacement layer 10 .
  • the third region 13 is, for example, a region sandwiched between the first region 11 and the second region 12 in the x direction.
  • the magnetization M 11 of the first region 11 is fixed, for example, by the magnetization M 30 of the conductive layer 30 .
  • the magnetization M 12 of the second region 12 is fixed, for example, by the magnetization M 40 of the conductive layer 40 .
  • the magnetization being fixed means that the magnetization is not reversed in normal operation of the domain wall motion element 100 (no external force beyond assumption is applied).
  • the magnetization orientation directions of the first region 11 and the second region 12 are opposite to each other.
  • the third region 13 is a region where the direction of magnetization changes and the domain wall 15 can move.
  • the third region 13 has a first magnetic domain 13A and a second magnetic domain 13B.
  • the magnetization orientation directions of the first magnetic domain 13A and the second magnetic domain 13B are opposite to each other.
  • a domain wall 15 is a boundary between the first magnetic domain 13A and the second magnetic domain 13B.
  • the magnetization M 13A of the first magnetic domain 13A is for example oriented in the same direction as the magnetization M 11 of the first region 11 .
  • the magnetization of the second domain 13B is oriented in the same direction as the magnetization M12 of the adjacent second region 12 , for example.
  • the domain wall 15 moves within the third region 13 and does not enter the first region 11 and the second region 12 .
  • the domain wall 15 moves.
  • the domain wall 15 is moved by applying a write current in the x direction of the third region 13 .
  • a write current for example, a current pulse
  • electrons flow in the -x direction opposite to the current, so the domain wall 15 moves in the -x direction.
  • current flows from the first magnetic domain 13A toward the second magnetic domain 13B electrons spin-polarized in the second magnetic domain 13B reverse the magnetization of the first magnetic domain 13A.
  • the reversal of the magnetization of the first magnetic domain 13A causes the domain wall 15 to move in the -x direction.
  • the domain wall displacement layer 10 contains, for example, a magnetic material.
  • the domain wall displacement layer 10 is, for example, a ferromagnetic material, a ferrimagnetic material, or a combination of these and an antiferromagnetic material.
  • the domain wall motion layer 10 contains at least one element selected from the group consisting of Co, Ni, Fe, Pt, Pd, Gd, Tb, Mn, Ge, and Ga, for example.
  • the domain wall displacement layer 10 is, for example, a Co and Ni laminated film, a Co and Pt laminated film, a Co and Pd laminated film, an MnGa-based alloy, a GdCo-based alloy, a TbCo-based alloy, or the like.
  • Ferrimagnetic materials such as MnGa-based alloys, GdCo-based alloys, and TbCo-based alloys have low saturation magnetization and require a small threshold current to move the domain wall 15 .
  • the laminated film of Co and Ni, the laminated film of Co and Pt, and the laminated film of Co and Pd have a large coercive force, and the moving speed of the domain wall 15 becomes slow.
  • the antiferromagnetic material is, for example, Mn 3 X (X is Sn, Ge, Ga, Pt, Ir, etc.), CuMnAs, Mn 2 Au, or the like.
  • the conductive layer 30 is connected to the domain wall displacement layer 10 .
  • the conductive layer 30 connects the domain wall motion layer 10 and the wiring VL.
  • the conductive layer 40 is connected to the domain wall displacement layer 10 at a position different from that of the conductive layer 30 .
  • the conductive layer 40 connects the domain wall motion layer 10 and the wiring VL.
  • Another layer may be provided between the conductive layer 30 and the domain wall motion layer 10 or between the conductive layer 40 and the domain wall motion layer 10 .
  • the conductive layer 30 is connected to the first end of the domain wall motion layer 10 and the conductive layer 40 is connected to the second end of the domain wall motion layer 10 .
  • the conductive layers 30 and 40 sandwich the ferromagnetic layer 60 in the x-direction.
  • the conductive layers 30 and 40 may be connected to different surfaces of the domain wall motion layer 10 .
  • the conductive layer 30 fixes the magnetization M11 of the first region 11 .
  • the conductive layer 40 fixes the magnetization M12 of the second region 12 .
  • Conductive layer 30 and conductive layer 40 each include, for example, a ferromagnetic material.
  • the conductive layer 30 and the conductive layer 40 contain, for example, the same material as the ferromagnetic layer 60 described below.
  • At least one of the conductive layer 30 and the conductive layer 40 may not contain a ferromagnetic material.
  • the movement range of the domain wall 15 is controlled by the current density change of the current flowing through the domain wall movement layer 10 .
  • the current density of the current flowing through the domain wall motion layer 10 sharply decreases at the position overlapping the conductive layer 30 or the conductive layer 40 in the z-direction.
  • the moving speed of the domain wall 15 is proportional to the current density. It is difficult for the domain wall 15 to enter the first region 11 and the second region 12 where the moving speed is rapidly slowed down.
  • the width of the conductive layer 30 in the y direction may be wider than the width of the domain wall displacement layer 10 in the y direction.
  • the width of the conductive layer 40 in the y direction may be wider than the width of the domain wall displacement layer 10 in the y direction.
  • the y-direction magnetic characteristic distribution in the domain wall displacement layer 10 becomes uniform.
  • the inclination of the domain wall 15 with respect to the y direction can be suppressed.
  • the shape of the conductive layer 30 and the conductive layer 40 when viewed from the z direction is not particularly limited.
  • the planar shape of the conductive layer 30 and the conductive layer 40 in the z-direction is, for example, rectangular, circular, elliptical, oval, or the like.
  • the non-magnetic conductive layer 20 is in contact with the domain wall displacement layer 10 .
  • the nonmagnetic conductive layer 20 is positioned so as not to overlap the conductive layers 30 and 40 when viewed from the z direction.
  • the nonmagnetic conductive layer 20 is a nonmagnetic conductor.
  • the non-magnetic conductive layer 20 is, for example, a metal such as Ru, Pt, Ti, Cu, Au, Ag, Ta, W, or a semiconductor such as Si, Ge, CuInSe2 , CuGaSe2 , Cu( In , Ga)Se2. is.
  • the non-magnetic conductive layer 20 includes a first region 21, a second region 22 and a third region 23.
  • the first region 21 is a region with a substantially constant thickness in the z direction.
  • substantially constant thickness means that the deviation of the thickness at each measurement point from the average thickness of the first region 21 is 10% or less of the average thickness.
  • the lower surface of the first region 21 is flat without large unevenness that traps the domain wall 15 .
  • the first region 21 is located, for example, at a position overlapping the ferromagnetic layer 60 when viewed from the z direction.
  • the second area 22 is an area connected to the first area 21 .
  • the second region 22 is between the first region 21 and the conductive layer 30 in the x-direction when viewed in the z-direction.
  • the second region 22 is closer to the center of the domain wall displacement layer 10 in the x direction than the side surface of the conductive layer 30 .
  • the second region 22 is, for example, outside the side surface of the conductive layer 30 in the x direction.
  • the z-direction thickness of the second region 22 varies depending on the x-direction position.
  • the thickness of the second region 22 gradually increases from the first end 22t of the non-magnetic conductive layer 20 on the conductive layer 30 side toward the first region 21 .
  • the bottom surface of the second region 22 is, for example, inclined with respect to the xy plane.
  • the lower surface of the second region 22 is curved, for example.
  • the third area 23 is an area connected to the first area 21 .
  • the third region 23 is between the first region 21 and the conductive layer 40 in the x-direction when viewed in the z-direction.
  • the third region 23 is closer to the center of the domain wall displacement layer 10 in the x direction than the side surface of the conductive layer 40 .
  • the third region 23 is, for example, outside the side surface of the conductive layer 40 in the x direction.
  • the z-direction thickness of the third region 23 varies depending on the position in the x-direction.
  • the thickness of the third region 23 gradually increases from the first end 23t of the nonmagnetic conductive layer 20 on the conductive layer 40 side toward the first region 21 .
  • the lower surface of the third region 23 is, for example, inclined with respect to the xy plane.
  • the lower surface of the third region 23 is curved, for example.
  • FIG. 5 is a cross-sectional view of the domain wall motion element 100 taken along the xy plane passing through the non-magnetic conductive layer 20.
  • FIG. The nonmagnetic conductive layer 20 is sandwiched between the conductive layers 30 and 40 .
  • the area of the first region 21 is larger than the combined area of the second region 22 and the third region 23 .
  • the first region 21 having a substantially constant thickness has a substantially constant current density of the current flowing therein, and the moving speed of the domain wall 15 is substantially constant. As the moving speed of the domain wall 15 is constant, the linearity of the change in the resistance value of the domain wall motion element 100 increases.
  • the nonmagnetic layer 50 is between the domain wall displacement layer 10 and the ferromagnetic layer 60 .
  • the non-magnetic layer 50 is on the domain wall displacement layer 10 .
  • the nonmagnetic layer 50 is made of, for example, a nonmagnetic insulator, semiconductor, or metal.
  • Nonmagnetic insulators are, for example, Al 2 O 3 , SiO 2 , MgO, MgAl 2 O 4 , and materials in which part of Al, Si, and Mg are replaced with Zn, Be, and the like. These materials have a large bandgap and excellent insulating properties.
  • the nonmagnetic layer 50 is made of a nonmagnetic insulator, the nonmagnetic layer 50 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, CuInSe2 , CuGaSe2 , Cu( In , Ga)Se2 and the like.
  • the thickness of the non-magnetic layer 50 is, for example, 20 ⁇ or more, and may be 25 ⁇ or more.
  • the resistance area (RA) of the domain wall motion element 100 is increased.
  • the resistance area (RA) of the domain wall motion element 100 is preferably 1 ⁇ 10 4 ⁇ m 2 or more, more preferably 5 ⁇ 10 4 ⁇ m 2 or more.
  • the resistance area (RA) of the domain wall motion element 100 is the product of the element resistance of one domain wall motion element 100 and the element cross-sectional area of the domain wall motion element 100 (the area of the cross section obtained by cutting the non-magnetic conductive layer 20 along the xy plane). is represented by
  • a ferromagnetic layer 60 is on the non-magnetic layer 50 .
  • the magnetization M 60 of the ferromagnetic layer 60 is more difficult to reverse than the magnetizations M 13A and M 13B of the third region 13 of the domain wall displacement layer 10 .
  • the magnetization M 60 of the ferromagnetic layer 60 does not change its direction and is fixed when an external force that reverses the magnetization of the third region 13 is applied.
  • the ferromagnetic layer 60 is sometimes called a reference layer and a fixed layer.
  • the ferromagnetic layer 60 contains a ferromagnetic material.
  • the ferromagnetic layer 60 includes, for example, a material that facilitates obtaining a coherent tunnel effect with the domain wall displacement layer 10 .
  • the ferromagnetic layer 60 is composed of, for example, a metal selected from the group consisting of Cr, Mn, Co, Fe and Ni, an alloy containing one or more of these metals, and at least one of these metals and B, C, and N. It includes alloys and the like containing the above elements.
  • the ferromagnetic layer 60 is, for example, Co--Fe, Co--Fe--B, Ni--Fe.
  • Ferromagnetic layer 60 may be, for example, a Heusler alloy.
  • Heusler alloys are half-metals and have high spin polarization.
  • a Heusler alloy is an intermetallic compound having a chemical composition of XYZ or X 2 YZ, where X is a transition metal element or noble metal element of the Co, Fe, Ni, or Cu group on the periodic table, and Y is Mn, V , Cr or Ti group transition metals or element species of X, and Z is a typical element of III to V groups.
  • Examples of Heusler alloys 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 , Co 2 FeGe 1-c Gac and the like.
  • the ferromagnetic layer 60 may also have a synthetic structure consisting of a ferromagnetic layer and a nonmagnetic layer, or a synthetic structure consisting of an antiferromagnetic layer, a ferromagnetic layer, and a nonmagnetic layer. In the latter, the magnetization direction of the ferromagnetic layer 60 is strongly held by the antiferromagnetic layer in the synthetic structure. Therefore, the magnetization of the ferromagnetic layer 60 is less susceptible to external influences.
  • the magnetization of the ferromagnetic layer 60 is oriented in the Z direction (the magnetization of the ferromagnetic layer 60 is a perpendicular magnetization film), for example, a Co/Ni laminated film, a Co/Pt laminated film, or the like may be further provided. preferable.
  • the magnetization direction of each layer of the domain wall motion 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
  • Measurement by MOKE is a measurement method in which linearly polarized light is incident on an object to be measured, and a magneto-optical effect (magnetic Kerr effect) in which the polarization direction of the object is caused to rotate is used.
  • the periphery of the domain wall motion element 100 is covered with an insulating layer 90 .
  • the insulating layer 90 has, for example, a first insulating layer 91 , a second insulating layer 92 and a third insulating layer 93 .
  • the first insulating layer 91, the second insulating layer 92 and the third insulating layer 93 are on different layers.
  • the first insulating layer 91 is, for example, in the same layer as the conductive layers 30 and 40 .
  • the second insulating layer 92 is, for example, in the same layer as the wiring VL.
  • the third insulating layer 93 is in the same layer as the domain wall displacement layer 10, the non-magnetic layer 50 and the ferromagnetic layer 60, for example.
  • the etching rate of the second insulating layer 92 with respect to the Ar ion beam is slower than the etching rate of the first insulating layer 91, for example.
  • the second insulating layer 92 also functions as an etching stopper. If the second insulating layer 92 is difficult to etch, the reference surface (upper surface of the second insulating layer 92) on which the domain wall motion element 100 is laminated becomes flat. As a result, the flatness of the domain wall motion layer 10 is improved, and the linearity of the resistance change of the domain wall motion element 100 is improved.
  • the first insulating layer 91 and the third insulating layer 93 are, for example, silicon oxide.
  • the second insulating layer 92 is, for example, aluminum oxide.
  • the domain wall motion element 100 is formed by laminating each layer and 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 deposition method, or the like can be used for stacking each layer.
  • Each layer can be processed using photolithography and etching (for example, Ar etching).
  • a substrate Sub on which a plurality of transistors Tr are formed is prepared.
  • An interlayer insulating layer is formed on the substrate Sub, and interlayer wiring and the like for connecting elements to be connected are formed.
  • the interlayer insulating layer is, for example, silicon oxide.
  • the interlayer wiring can be formed, for example, by forming a contact hole in the interlayer insulating film and filling it with a conductor.
  • a second insulating layer 92 serving as an etching stopper is formed on the uppermost layer of the interlayer insulating layer to expose the wiring VL.
  • a conductive layer 80 is then deposited on the exposed surface.
  • the conductive layer 80 is, for example, a ferromagnetic layer.
  • a resist 81 is formed on part of the conductive layer 80 .
  • the conductive layer 80 is irradiated with an ion beam B to remove the portion not protected by the resist 81 .
  • the ion beam B is, for example, Ar ions.
  • Conductive layer 80 becomes conductive layer 30 and conductive layer 40 . At this time, part of the removed conductive layer 80 adheres to the side surface of the resist 81 .
  • the removed portion of the conductive layer 80 is backfilled with the first insulating layer 91 .
  • a portion of the first insulating layer 91 runs over the side surface of the resist 81 .
  • the central portion of the first insulating layer 91 is recessed from the ends in the x direction.
  • the concave portion of the first insulating layer 91 is filled with the non-magnetic conductive layer 20, and the resist 81 is peeled off.
  • the domain wall motion layer 10, the nonmagnetic layer 50, and the ferromagnetic layer 60 are laminated in order on the nonmagnetic conductive layer 20, the conductive layer 30, and the conductive layer 40, and processed into a predetermined shape, thereby forming the domain wall motion element 100. can get.
  • the domain wall motion element 100 has the second region 22 whose thickness gradually increases toward the first region 21, thereby suppressing the domain wall 15 from being trapped at a predetermined position.
  • the domain wall 15 is likely to be trapped at the boundary between the first region 11 and the third region 13 and the boundary between the second region 12 and the third region 13 . This is because these boundaries are easily affected by leakage magnetic fields and are portions where shape changes are large. In an element such as a spin memristor that requires a continuous change in resistance value, the trapping of the domain wall 15 hinders the stable operation of the domain wall motion element 100 .
  • the current density of the current flowing through the domain wall motion layer 10 is get higher Current density is the amount of current divided by the cross-sectional area of the conductor.
  • the film thickness of the nonmagnetic conductive layer 20 becomes thinner as it approaches the boundary between the first region 11 and the third region 13 or the boundary between the second region 12 and the third region 13 . Therefore, in the domain wall motion element 100 according to the first embodiment, the current density at these boundaries is higher than the current density at other portions.
  • the spin transfer torque applied to the domain wall 15 is proportional to the current density.
  • the domain wall motion element 100 according to the first embodiment can apply a large torque to the domain wall 15 at the boundary between the first region 11 and the third region 13 and the boundary between the second region 12 and the third region 13 .
  • the domain wall motion element 100 according to the first embodiment smoothly moves the domain wall 15 and operates stably.
  • FIG. 9 is a cross-sectional view of the domain wall motion element 101 according to the second embodiment taken along the xz plane passing through the center of the domain wall motion layer 10 in the y direction.
  • the non-magnetic conductive layer 20 and the conductive layer 30, and the non-magnetic conductive layer 20 and the conductive layer 40 are separated in the x direction, respectively. Differs from moving element 100 .
  • the same reference numerals are given to the same configurations as in the first embodiment, and the description thereof is omitted.
  • the non-magnetic conductive layer 20 does not exist at the position overlapping the boundary between the first region 11 and the third region 13 and the boundary between the second region 12 and the third region 13. . Therefore, the current density at these boundaries becomes higher, and the trapping of domain walls 15 at these boundaries can be further suppressed.
  • FIG. 10 is a cross-sectional view of the domain wall motion element 102 according to the third embodiment taken along the xz plane passing through the center of the domain wall motion layer 10 in the y direction.
  • the domain wall motion element 102 according to the third embodiment differs from the domain wall motion element 100 according to the first embodiment in that a non-magnetic conductive layer 70 is further provided.
  • the same reference numerals are given to the same configurations as in the first embodiment, and the description thereof is omitted.
  • the non-magnetic conductive layer 70 is sandwiched between the domain wall motion layer 10 and the non-magnetic conductive layer 20 . Also, the nonmagnetic conductive layer 70 may be between at least one of the conductive layer 30 and the conductive layer 40 and the domain wall displacement layer 10 .
  • the same material as the nonmagnetic conductive layer 20 can be used for the nonmagnetic conductive layer 70 .
  • the crystallinity of the nonmagnetic conductive layer 70 is higher than the crystallinity of the nonmagnetic conductive layer 20 .
  • the crystallinity of the fine structure can be evaluated, for example, by obtaining an electron diffraction pattern with a transmission electron microscope.
  • the domain wall motion element 102 Since the domain wall motion element 102 has the non-magnetic conductive layer 70, the crystallinity of the layers above the non-magnetic conductive layer 70 can be improved. As a result, the magnetic anisotropies of the domain wall motion layer 10 and the ferromagnetic layer 60 are increased. The domain wall motion element 102 in which these layers have high magnetic anisotropy exhibits a large MR ratio. Further, when the crystallinity of the domain wall displacement layer 10 is high, the operation of the domain wall 15 is also stabilized.
  • FIG. 11 is a cross-sectional view of the domain wall motion element 103 according to the fourth embodiment taken along the xz plane passing through the center of the domain wall motion layer 10 in the y direction.
  • the domain wall motion element 103 according to the fourth embodiment differs from the domain wall motion element 100 according to the first embodiment in the shapes of the conductive layers 31 and 41 .
  • the same reference numerals are given to the same configurations as in the first embodiment, and the description thereof is omitted.
  • the peripheral length of the conductive layer 31 increases as the distance from the domain wall displacement layer 10 increases.
  • the perimeter of the top surface of the conductive layer 31 is longer than the perimeter of the bottom surface.
  • the side surface of the conductive layer 31 is inclined with respect to the z direction. A portion of the conductive layer 31 is located below the non-magnetic conductive layer 20 .
  • the peripheral length of the conductive layer 41 increases as the distance from the domain wall displacement layer 10 increases.
  • the perimeter of the top surface of the conductive layer 41 is longer than the perimeter of the bottom surface.
  • the side surface of the conductive layer 41 is inclined with respect to the z direction. A portion of the conductive layer 41 is located below the non-magnetic conductive layer 20 .
  • the conductive layers 31 and 41 contain materials similar to those of the conductive layers 30 and 40 .
  • the conductive layer 30 and the conductive layer 40 are superior in thermal conductivity to the first insulating layer 91 .
  • the conductive layers 30 and 40 with high thermal conductivity protrude below the non-magnetic conductive layer 20 . Therefore, the domain wall motion element 103 can efficiently release the heat generated at these boundaries.
  • FIG. 12 is a cross-sectional view of the domain wall motion element 104 according to the fifth embodiment taken along the xz plane passing through the center of the domain wall motion layer 10 in the y direction.
  • insulating layers 94 and 95 are different from the first insulating layer 91 and the second insulating layer 92 of the domain wall motion element 100 according to the first embodiment.
  • the same reference numerals are given to the same configurations as in the first embodiment, and the description thereof is omitted.
  • the thermal conductivity of the insulating layer 94 is higher than that of the insulating layer 95 .
  • the insulating layer 94 is, for example, aluminum oxide.
  • the insulating layer 95 is, for example, silicon oxide.
  • the domain wall motion element 104 can be manufactured by filling back the removed portion of the conductive layer 80 with the same material as the second insulating layer 92 when filling it back with the insulating layer.
  • the insulating layer 94 is composed of, for example, the first insulating layer 91 and the second insulating layer 92 shown in FIG.
  • the insulating layer 95 is an interlayer insulating layer formed below the second insulating layer 92 .
  • the domain wall motion element 104 is in contact with the insulating layer 94, which has excellent thermal conductivity, and thus has excellent heat dissipation.
  • FIG. 13 is a cross-sectional view of the domain wall motion element 105 according to the sixth embodiment taken along the xz plane passing through the center of the domain wall motion layer 10 in the y direction.
  • the domain wall motion element 105 according to the sixth embodiment differs from the domain wall motion element 105 according to the first embodiment in that the conductive layers 30 and 40 are in contact with the surface of the domain wall motion layer 10 different from the non-magnetic conductive layer 20 .
  • the same reference numerals are given to the same configurations as in the first embodiment, and the description thereof is omitted.
  • the conductive layers 30 and 40 are in contact with the top surface of the domain wall displacement layer 10 .
  • the non-magnetic conductive layer 20 is in contact with the lower surface of the domain wall displacement layer. Even in this case, the same effects as those of the domain wall motion element 100 according to the first embodiment can be obtained.
  • FIG. 14 is a cross-sectional view of the domain wall motion element 110 according to the seventh embodiment taken along the xz plane passing through the center of the domain wall motion layer 10 in the y direction.
  • the domain wall motion element 110 according to the seventh embodiment differs from the domain wall motion element 100 according to the first embodiment in that it does not have the non-magnetic layer 50 and the ferromagnetic layer 60 .
  • the same reference numerals are given to the same configurations as in the first embodiment, and the description thereof is omitted.
  • the domain wall motion element 110 makes the light L1 incident on the domain wall motion layer 10 and evaluates the light L2 reflected by the domain wall motion layer 10 . Due to the magnetic Kerr effect, the polarization state of the light L2 reflected at a portion with a different orientation direction of magnetization is different.
  • the domain wall motion element 110 can be used, for example, as an image display device that utilizes the difference in the polarization state of the light L2.
  • the domain wall motion element 110 can also be used as an optical modulator.
  • the domain wall motion element 110 according to the seventh embodiment can obtain the same effect as the domain wall motion element 100 according to the first embodiment.
  • the present invention is not limited to these embodiments.
  • the characteristic configurations of the respective embodiments may be combined, or part of them may be changed without changing the gist of the invention.
  • the non-magnetic conductive layer 20 does not have to have the third region 13 .
  • the magnetization M11 of the first region 11 and the magnetization M12 of the second region 12 do not need to be fixed by the conductive layer 30 and the conductive layer 40, respectively.
  • domain wall displacement layer 15 domain wall 20, 70 nonmagnetic conductive layer 21 first region 22 second region 23 third region 22t, 23t first end 30, 31, 40 , 41... conductive layer, 50... non-magnetic layer, 60... ferromagnetic layer, 91... first insulating layer, 92... second insulating layer, 94, 95... insulating layer, 100, 101, 102, 103, 104, 105 , 110... domain wall motion element

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Abstract

本実施形態にかかる磁壁移動素子は、第１方向に延びる第１強磁性層と、前記第１強磁性層に接続された第１導電層と、前記第１方向において前記第１導電層と重ならない位置で、前記第１強磁性層に接する第１非磁性導電層と、を備え、前記第１非磁性導電層は、第１領域と第２領域とを備え、前記第２領域は、前記第１方向において前記第１領域と前記第１導電層との間にあり、前記第２領域の厚みは、前記第１方向において前記第１導電層側の第１端から前記第１領域に向かって徐々に増加する。

Description

磁壁移動素子および磁気アレイ
　本発明は、磁壁移動素子および磁気アレイに関する。
　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（Ｒｅｓｉｓｔｉｖｅ　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抵抗値が変化する磁気抵抗効果素子を有する。磁壁移動素子は、磁気抵抗効果素子の一態様である（例えば、特許文献１）。磁壁移動素子は、第１強磁性層（磁壁移動層）内における磁壁の位置によって抵抗値が変化するため、多値記録やアナログな情報処理への利用が期待されている（例えば、特許文献２及び３）。
特許第５３６０５９６号公報 国際公開第２０１９/３９０２９号 特開２０２１－５７５１９号公報
　例えば、特許文献１及び２に記載のように、データをデジタルで記録する場合は、磁壁を所定の位置に留めることが求められる。これに対し、データをアナログに記録する場合は、入力に対して抵抗変化が連続となることが求められる。そのため、磁壁が所定の位置にトラップされず、抵抗変化が連続的な磁壁移動素子が求められている。
　本発明は上記問題に鑑みてなされたものであり、連続的に抵抗値変化する磁壁移動素子及び磁気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、第１方向に延びる第１強磁性層と、前記第１強磁性層に接続された第１導電層と、前記第１方向において前記第１導電層と重ならない位置で、前記第１強磁性層に接する第１非磁性導電層と、を備える。前記第１非磁性導電層は、第１領域と第２領域とを備え、前記第２領域は、前記第１方向において前記第１領域と前記第１導電層との間にあり、前記第２領域の厚みは、前記第１方向において前記第１導電層側の第１端から前記第１領域に向かって徐々に増加する。
（２）上記態様にかかる磁壁移動素子において、前記第１導電層と前記第１非磁性導電層とは、前記第１方向に、離間していてもよい。
（３）上記態様にかかる磁壁移動素子は、前記第１方向において前記第１非磁性導電層を前記第１導電層と挟む位置で、前記第１強磁性層に接続された第２導電層、をさらに備えてもよい。前記第１非磁性導電層は、前記第１方向において前記第１領域と前記第１導電層との間に、第３領域を有してもよい。前記第３領域の厚みは、前記第１方向において前記第２導電層側の第１端から前記第１領域に向かって徐々に増加する。
（４）上記態様にかかる磁壁移動素子において、積層方向から見て、前記第１領域の面積は、前記第２領域及び前記第３領域の合計面積より広くてもよい。
（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１非磁性導電層に挟まれる第２非磁性導電層をさらに備えてもよい。前記第２非磁性導電層の結晶性は、前記第１非磁性導電層の結晶性より高くてもよい。
（６）上記態様にかかる磁壁移動素子において、前記第２非磁性導電層は、前記第１強磁性層と前記第１導電層にも挟まれてもよい。
（７）上記態様にかかる磁壁移動素子において、前記第１導電層の周囲長は、前記第１導電層から離れるほど大きくなってもよい。
（８）上記態様にかかる磁壁移動素子において、前記第１強磁性層の前記第１非磁性導電層に接する面と反対側の面に順に積層された非磁性層と第２強磁性層とをさらに備えてもよい。
（９）上記態様にかかる磁壁移動素子は、前記第１非磁性導電層に接する第１絶縁層と、前記第１非磁性導電層と前記第１絶縁層とを挟む第２絶縁層と、をさらに備えてもよい。前記第１絶縁層のＡｒイオンビームに対するエッチングレートは、前記第２絶縁層に対するエッチングレートより遅い。
（１０）上記態様にかかる磁壁移動素子において、前記第１非磁性導電層に接する第１絶縁層と、前記第１非磁性導電層と前記第１絶縁層とを挟む第２絶縁層と、をさらに備えてもよい。前記第１絶縁層の熱伝導率は、前記第２絶縁層の熱伝導率より高い。
（１１）第２の態様にかかる磁気アレイは、上記態様にかかる磁壁移動素子を複数備える。
　上記態様にかかる磁壁移動素子及び磁気アレイは、連続的に抵抗値変化する。
第１実施形態に係る磁気アレイの構成図である。 第１実施形態に係る磁気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平面図である。 第１実施形態に係る磁壁移動素子の別の断面図である。 第１実施形態に係る磁壁移動素子の製造方法を説明するための図である。 第１実施形態に係る磁壁移動素子の製造方法を説明するための図である。 第１実施形態に係る磁壁移動素子の製造方法を説明するための図である。 第２実施形態に係る磁壁移動素子の断面図である。 第３実施形態に係る磁壁移動素子の断面図である。 第４実施形態に係る磁壁移動素子の断面図である。 第５実施形態に係る磁壁移動素子の断面図である。 第６実施形態に係る磁壁移動素子の断面図である。 第７実施形態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、後述する磁壁移動層１０が延びる方向である。ｙ方向は、ｘ方向と直交する方向である。ｚ方向は、後述する基板Ｓｕｂから磁壁移動素子へ向かう方向である。本明細書において、＋ｚ方向を「上」、－ｚ方向を「下」として表す場合があるが、これら表現は便宜上のものであり、重力方向を規定するものではない。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し、例えば、ｚ方向から平面視した際にｘ方向の寸法がｙ方向の寸法より長いことを意味する。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アレイの構成図である。磁気アレイ２００は、複数の磁壁移動素子１００と、複数の第１配線ＷＬと、複数の第２配線ＣＬと、複数の第３配線ＲＬと、複数の第１スイッチング素子ＳＷ１と、複数の第２スイッチング素子ＳＷ２と、複数の第３スイッチング素子ＳＷ３と、を備える。磁気アレイ２００は、例えば、磁気記録アレイ、磁気メモリ、積和演算器、ニューロモーフィックデバイス、スピンメモリスタ、磁気光学素子に利用できる。
　第１配線ＷＬのそれぞれは、書き込み配線である。第１配線ＷＬはそれぞれ、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、使用時に磁気アレイ２００の一端に接続される。
　第２配線ＣＬのそれぞれは、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ＣＬのそれぞれは、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。一つの第２配線ＣＬは、一つの磁壁移動素子１００のみに接続されてもよいし、複数の磁壁移動素子１００に亘って接続されてもよい。
　第３配線ＲＬのそれぞれは、読み出し配線である。第３配線ＲＬはそれぞれ、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、使用時に磁気アレイ２００の一端に接続される。
　図１において、複数の磁壁移動素子１００のそれぞれに、第１スイッチング素子ＳＷ１、第２スイッチング素子ＳＷ２、第３スイッチング素子ＳＷ３が接続されている。第１スイッチング素子ＳＷ１は、磁壁移動素子１００と第１配線ＷＬとの間に接続されている。第２スイッチング素子ＳＷ２は、磁壁移動素子１００と第２配線ＣＬとの間に接続されている。第３スイッチング素子ＳＷ３は、磁壁移動素子１００と第３配線ＲＬとの間に接続されている。
　所定の磁壁移動素子１００に接続された第１スイッチング素子ＳＷ１及び第２スイッチング素子ＳＷ２をＯＮにすると、所定の磁壁移動素子１００に書き込み電流が流れる。所定の磁壁移動素子１００に接続された第２スイッチング素子ＳＷ２及び第３スイッチング素子ＳＷ３をＯＮにすると、所定の磁壁移動素子１００に読み出し電流が流れる。
　第１スイッチング素子ＳＷ１、第２スイッチング素子ＳＷ２及び第３スイッチング素子ＳＷ３はそれぞれ、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ＳＷ１、第２スイッチング素子ＳＷ２及び第３スイッチング素子ＳＷ３はそれぞれ、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ＳＷ１、第２スイッチング素子ＳＷ２、第３スイッチング素子ＳＷ３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ＳＷ１を共有する場合は、第１配線ＷＬの上流（一端）に一つの第１スイッチング素子ＳＷ１を設ける。例えば、第２スイッチング素子ＳＷ２を共有する場合は、第２配線ＣＬの上流（一端）に一つの第２スイッチング素子ＳＷ２を設ける。例えば、第３スイッチング素子ＳＷ３を共有する場合は、第３配線ＲＬの上流（一端）に一つの第３スイッチング素子ＳＷ３を設ける。
　図２は、第１実施形態に係る磁気アレイ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を磁壁移動層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ＳＷ１及び第２スイッチング素子ＳＷ２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Ｓ及びドレインＤと、を有する。ソースＳとドレインＤは、電流の流れ方向によって既定されるものであり、位置関係が反転していてもよい。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ＳＷ３は、第３配線ＲＬと電気的に接続され、例えば、図２においてｘ方向にずれた位置にある。
　トランジスタＴｒと磁壁移動素子１００とは、配線ＶＬを介して接続されている。配線ＶＬは、ｚ方向に延びる。配線ＶＬは、ビア配線と呼ばれる場合がある。第１配線ＷＬとトランジスタＴｒ及び第２配線ＣＬとトランジスタＴｒは、それぞれ配線ＶＬで接続されている。配線ＶＬは、例えば、絶縁層９０に形成されたホール内に形成される。磁壁移動素子１００と第３配線ＲＬとは、電極Ｅを介して接続されている。
　絶縁層９０は、多層配線の配線間や素子間を絶縁する絶縁層である。磁壁移動素子１００とトランジスタＴｒとは、配線ＶＬを除いて、絶縁層９０によって電気的に分離されている。絶縁層９０は、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。
　図３は、磁壁移動素子１００を磁壁移動層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ｚ方向から平面視した平面図である。図に示す矢印は、強磁性体の磁化の配向方向の一例である。
　磁壁移動素子１００は、例えば、磁壁移動層１０と非磁性導電層２０と導電層３０と導電層４０と非磁性層５０と強磁性層６０とを有する。磁壁移動層１０は、第１強磁性層の一例である。非磁性導電層２０は、第１非磁性導電層の一例である。導電層３０は、第１導電層の一例である。導電層４０は、第２導電層の一例である。強磁性層６０は、第２強磁性層の一例である。
　磁壁移動素子１００にデータを書き込む際は、導電層３０と導電層４０との間に、磁壁移動層１０に沿って電流を流す。磁壁移動素子１００からデータを読み出す際は、強磁性層６０と導電層３０又は導電層４０との間に、電流を流す。
　磁壁移動層１０は、ｘ方向に延びる。磁壁移動層１０は、内部に複数の磁区を有し、複数の磁区の境界に磁壁１５を有する。磁壁移動層１０は、例えば、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。磁壁移動層１０は、アナログ層、磁気記録層と呼ばれる場合がある。
　磁壁移動層１０は、第１領域１１と第２領域１２と第３領域１３を有する。第１領域１１は、ｚ方向から見て導電層３０と重なる領域である。第２領域１２は、ｚ方向から見て導電層４０と重なる領域である。第３領域１３は、磁壁移動層１０の第１領域１１及び第２領域１２以外の領域である。第３領域１３は、例えば、ｘ方向に第１領域１１と第２領域１２とに挟まれる領域である。
　第１領域１１の磁化Ｍ１１は、例えば、導電層３０の磁化Ｍ３０によって固定されている。第２領域１２の磁化Ｍ１２は、例えば、導電層４０の磁化Ｍ４０によって固定されている。磁化が固定されているとは、磁壁移動素子１００の通常の動作（想定を超える外力が印加されていない）において、磁化が反転しないことをいう。第１領域１１と第２領域１２とは、例えば、磁化の配向方向が反対である。
　第３領域１３は、磁化の向きが変化し、磁壁１５が移動できる領域である。第３領域１３は、第１磁区１３Ａと第２磁区１３Ｂとを有する。第１磁区１３Ａと第２磁区１３Ｂとは、磁化の配向方向が反対である。第１磁区１３Ａと第２磁区１３Ｂとの境界が磁壁１５である。第１磁区１３Ａの磁化Ｍ１３Ａは、例えば、第１領域１１の磁化Ｍ１１と同じ方向に配向する。第２磁区１３Ｂの磁化は、例えば、隣接する第２領域１２の磁化Ｍ１２と同じ方向に配向する。磁壁１５は、原則、第３領域１３内を移動し、第１領域１１及び第２領域１２には侵入しない。
　第３領域１３内における第１磁区１３Ａと第２磁区１３Ｂとの比率が変化すると、磁壁１５が移動する。磁壁１５は、第３領域１３のｘ方向に書き込み電流を流すことによって移動する。例えば、第３領域１３に＋ｘ方向の書き込み電流（例えば、電流パルス）を印加すると、電子は電流と逆の－ｘ方向に流れるため、磁壁１５は－ｘ方向に移動する。第１磁区１３Ａから第２磁区１３Ｂに向って電流が流れる場合、第２磁区１３Ｂでスピン偏極した電子は、第１磁区１３Ａの磁化を磁化反転させる。第１磁区１３Ａの磁化が反転することで、磁壁１５は－ｘ方向に移動する。
　磁壁移動層１０は、例えば、磁性体を含む。磁壁移動層１０は、例えば、強磁性体、フェリ磁性体、又は、これらと反強磁性体の組み合わせである。磁壁移動層１０は、例えば、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｆｅ、Ｐｔ、Ｐｄ、Ｇｄ、Ｔｂ、Ｍｎ、Ｇｅ、Ｇａからなる群から選択される少なくとも一つの元素含む。磁壁移動層１０は、例えば、ＣｏとＮｉの積層膜、ＣｏとＰｔの積層膜、ＣｏとＰｄの積層膜、ＭｎＧａ系合金、ＧｄＣｏ系合金、ＴｂＣｏ系合金等である。ＭｎＧａ系合金、ＧｄＣｏ系合金、ＴｂＣｏ系合金等のフェリ磁性体は、飽和磁化が小さく、磁壁１５を移動するために必要な閾値電流が小さくなる。またＣｏとＮｉの積層膜、ＣｏとＰｔの積層膜、ＣｏとＰｄの積層膜は、保磁力が大きく、磁壁１５の移動速度が遅くなる。反強磁性体は、例えば、Ｍｎ３Ｘ（ＸはＳｎ、Ｇｅ、Ｇａ、Ｐｔ、Ｉｒ等）、ＣｕＭｎＡｓ、Ｍｎ２Ａｕ等である。
　導電層３０は、磁壁移動層１０に接続される。導電層３０は、磁壁移動層１０と配線ＶＬとを繋ぐ。導電層４０は、導電層３０と異なる位置で、磁壁移動層１０に接続される。導電層４０は、磁壁移動層１０と配線ＶＬとを繋ぐ。導電層３０と磁壁移動層１０との間、又は、導電層４０と磁壁移動層１０との間には、他の層を有してもよい。例えば、導電層３０は磁壁移動層１０の第１端に接続され、導電層４０は磁壁移動層１０の第２端に接続される。ｚ方向からの平面視で、導電層３０と導電層４０とは、強磁性層６０をｘ方向に挟む。導電層３０と導電層４０とは、磁壁移動層１０の異なる面に接続されていてもよい。
　導電層３０は、第１領域１１の磁化Ｍ１１を固定する。導電層４０は、第２領域１２の磁化Ｍ１２を固定する。導電層３０及び導電層４０はそれぞれ、例えば、強磁性体を含む。導電層３０及び導電層４０は、例えば、後述する強磁性層６０と同様の材料を含む。
　導電層３０と導電層４０とのうちの少なくとも一方は、強磁性体を含まなくてもよい。導電層３０又は導電層４０が強磁性体を含まない場合は、磁壁移動層１０を流れる電流の電流密度変化によって磁壁１５の移動範囲を制御する。磁壁移動層１０内を流れる電流の電流密度は、導電層３０又は導電層４０とｚ方向に重なる位置で急激に小さくなる。磁壁１５の移動速度は、電流密度に比例する。磁壁１５は、移動速度が急激に遅くなる第１領域１１及び第２領域１２には侵入しづらい。
　また図４に示すように、例えば、導電層３０のｙ方向の幅は、磁壁移動層１０のｙ方向の幅より広くてもよい。同様に、導電層４０のｙ方向の幅は、磁壁移動層１０のｙ方向の幅より広くてもよい。当該構成では、磁壁移動層１０内のｙ方向の磁気特性分布が均一になる。磁壁移動層１０内のｙ方向の磁気特性分布が均一になると、磁壁１５がｙ方向に対して傾くことを抑制できる。
　導電層３０及び導電層４０のｚ方向からの平面視形状は特に問わない。導電層３０及び導電層４０のｚ方向からの平面視形状は、例えば、矩形、円形、楕円形、オーバル等である。
　非磁性導電層２０は、磁壁移動層１０に接する。非磁性導電層２０は、ｚ方向から見て、導電層３０及び導電層４０と重ならない位置にある。非磁性導電層２０は、非磁性の導電体である。非磁性導電層２０は、例えば、Ｒｕ、Ｐｔ、Ｔｉ、Ｃｕ、Ａｕ、Ａｇ、Ｔａ、Ｗ等の金属、又はＳｉ、Ｇｅ、ＣｕＩｎＳｅ２、ＣｕＧａＳｅ２、Ｃｕ（Ｉｎ，Ｇａ）Ｓｅ２等の半導体である。
　非磁性導電層２０は、第１領域２１と第２領域２２と第３領域２３とを含む。
　第１領域２１は、ｚ方向の厚みが略一定の領域である。厚みが略一定とは、それぞれの測定点の厚みが第１領域２１の平均厚みに対するずれが平均厚みの１０％以下であることをいう。第１領域２１の下面は、磁壁１５がトラップされる程度の大きな凹凸がなく、平坦である。第１領域２１は、例えば、ｚ方向から見て強磁性層６０と重なる位置にある。
　第２領域２２は、第１領域２１に繋がる領域である。第２領域２２は、ｚ方向から見た際に、ｘ方向において第１領域２１と導電層３０との間にある。第２領域２２は、導電層３０の側面より磁壁移動層１０のｘ方向の中心の近くにある。第２領域２２は、例えば、導電層３０の側面よりｘ方向の外側になる。
　第２領域２２のｚ方向の厚みは、ｘ方向の位置によって異なる。第２領域２２の厚みは、非磁性導電層２０の導電層３０側の第１端２２ｔから第１領域２１に向かって徐々に厚くなっている。第２領域２２の下面は、例えば、ｘｙ平面に対して傾斜している。第２領域２２の下面は、例えば、湾曲している。
　第３領域２３は、第１領域２１に繋がる領域である。第３領域２３は、ｚ方向から見た際に、ｘ方向において第１領域２１と導電層４０との間にある。第３領域２３は、導電層４０の側面より磁壁移動層１０のｘ方向の中心の近くにある。第３領域２３は、例えば、導電層４０の側面よりｘ方向の外側になる。
　第３領域２３のｚ方向の厚みは、ｘ方向の位置によって異なる。第３領域２３の厚みは、非磁性導電層２０の導電層４０側の第１端２３ｔから第１領域２１に向かって徐々に厚くなっている。第３領域２３の下面は、例えば、ｘｙ平面に対して傾斜している。第３領域２３の下面は、例えば、湾曲している。
　図５は、非磁性導電層２０を通るｘｙ平面で磁壁移動素子１００を切断した断面図である。非磁性導電層２０は、導電層３０と導電層４０とに挟まれる。第１領域２１の面積は、第２領域２２及び第３領域２３を合わせた面積より大きい。厚みが略一定である第１領域２１は、内部を流れる電流の電流密度が略一定であり、磁壁１５の移動速度が略一定となる。磁壁１５の移動速度が一定なほど、磁壁移動素子１００の抵抗値変化の線形性が高まる。
　非磁性層５０は、磁壁移動層１０と強磁性層６０との間にある。非磁性層５０は、磁壁移動層１０上にある。
　非磁性層５０は、例えば、非磁性の絶縁体、半導体又は金属からなる。非磁性の絶縁体は、例えば、Ａｌ２Ｏ３、ＳｉＯ２、ＭｇＯ、ＭｇＡｌ２Ｏ４、およびこれらのＡｌ、Ｓｉ、Ｍｇの一部がＺｎ、Ｂｅ等に置換された材料である。これらの材料は、バンドギャップが大きく、絶縁性に優れる。非磁性層５０が非磁性の絶縁体からなる場合、非磁性層５０はトンネルバリア層である。非磁性の金属は、例えば、Ｃｕ、Ａｕ、Ａｇ等である。非磁性の半導体は、例えば、Ｓｉ、Ｇｅ、ＣｕＩｎＳｅ２、ＣｕＧａＳｅ２、Ｃｕ（Ｉｎ，Ｇａ）Ｓｅ２等である。
　非磁性層５０の厚みは、例えば、２０Å以上であり、２５Å以上でもよい。非磁性層５０の厚みが厚いと、磁壁移動素子１００の抵抗面積積（ＲＡ）が大きくなる。磁壁移動素子１００の抵抗面積積（ＲＡ）は、１×１０４Ωμｍ２以上であることが好ましく、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（非磁性導電層２０をｘｙ平面で切断した切断面の面積）の積で表される。
　強磁性層６０は、非磁性層５０上にある。強磁性層６０の磁化Ｍ６０は、磁壁移動層１０の第３領域１３の磁化Ｍ１３Ａ、Ｍ１３Ｂより反転しにくい。強磁性層６０の磁化Ｍ６０は、第３領域１３の磁化が反転する程度の外力が印加された際に向きが変化せず、固定されている。強磁性層６０は、参照層、固定層と言われる場合がある。
　強磁性層６０は、強磁性体を含む。強磁性層６０は、例えば、磁壁移動層１０との間で、コヒーレントトンネル効果を得やすい材料を含む。強磁性層６０は、例えば、Ｃｒ、Ｍｎ、Ｃｏ、Ｆｅ及びＮｉからなる群から選択される金属、これらの金属を１種以上含む合金、これらの金属とＢ、Ｃ、及びＮの少なくとも１種以上の元素とが含まれる合金等を含む。強磁性層６０は、例えば、Ｃｏ－Ｆｅ、Ｃｏ－Ｆｅ－Ｂ、Ｎｉ－Ｆｅである。
　強磁性層６０は、例えば、ホイスラー合金でもよい。ホイスラー合金はハーフメタルであり、高いスピン分極率を有する。ホイスラー合金は、ＸＹＺ又はＸ２ＹＺの化学組成をもつ金属間化合物であり、Ｘは周期表上でＣｏ、Ｆｅ、Ｎｉ、あるいはＣｕ族の遷移金属元素または貴金属元素であり、ＹはＭｎ、Ｖ、ＣｒあるいはＴｉ族の遷移金属又はＸの元素種であり、ＺはＩＩＩ族からＶ族の典型元素である。ホイスラー合金として例えば、Ｃｏ２ＦｅＳｉ、Ｃｏ２ＦｅＧｅ、Ｃｏ２ＦｅＧａ、Ｃｏ２ＭｎＳｉ、Ｃｏ２Ｍｎ１－ａＦｅａＡｌｂＳｉ１－ｂ、Ｃｏ２ＦｅＧｅ１－ｃＧａｃ等が挙げられる。
　また強磁性層６０は強磁性層、非磁性層から成るシンセティック構造、あるいは反強磁性層、強磁性層、非磁性層から成るシンセティック構造であってもよい。後者においてはシンセティック構造において強磁性層６０の磁化方向は反強磁性層によって強く保持される。そのため、強磁性層６０の磁化が外部からの影響を受けにくくなる。強磁性層６０の磁化をＺ方向に配向させる（強磁性層６０の磁化を垂直磁化膜にする）場合は、例えばＣｏ／Ｎｉ積層膜、Ｃｏ／Ｐｔ積層膜等を、更に備えていることが好ましい。
　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。
　磁壁移動素子１００の周囲は、絶縁層９０で覆われている。絶縁層９０は、例えば、第１絶縁層９１と第２絶縁層９２と第３絶縁層９３とを有する。
　第１絶縁層９１、第２絶縁層９２及び第３絶縁層９３は、異なるレイヤーにある。第１絶縁層９１は、例えば、導電層３０及び導電層４０と同じレイヤーにある。第２絶縁層９２は、例えば、配線ＶＬと同じレイヤーにある。第３絶縁層９３は、例えば、磁壁移動層１０、非磁性層５０及び強磁性層６０と同じレイヤーにある。
　第２絶縁層９２のＡｒイオンビームに対するエッチングレートは、例えば、第１絶縁層９１に対するエッチングレートより遅い。第２絶縁層９２は、エッチングストッパとしても機能する。第２絶縁層９２がエッチングされにくいと、磁壁移動素子１００が積層される基準面（第２絶縁層９２の上面）が平坦となる。その結果、磁壁移動層１０の平坦性が向上し、磁壁移動素子１００の抵抗値変化の線形性が向上する。第１絶縁層９１及び第３絶縁層９３は、例えば、酸化シリコンである。第２絶縁層９２は、例えば、酸化アルミニウムである。
　次いで、磁壁移動素子１００の製造方法について説明する。磁壁移動素子１００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およびエッチング（例えば、Ａｒエッチング）等を用いて行うことができる。
　まず複数のトランジスタＴｒが形成された基板Ｓｕｂを準備する。基板Ｓｕｂ上に、層間絶縁層を形成し、接続したい素子同士を繋ぐ層間配線等を作成する。層間絶縁層は、例えば、酸化シリコンである。層間配線は、例えば、層間絶縁膜にコンタクトホールを形成し、導電体で埋めることで形成できる。
　そして、図６に示すように、層間絶縁層の最上層にエッチングストッパとなる第２絶縁層９２を形成し、配線ＶＬを露出する。次いで、露出面上に導電層８０を成膜する。導電層８０は、例えば、強磁性層である。次いで、導電層８０の一部にレジスト８１を形成する。そして、導電層８０に対してイオンビームＢを照射し、レジスト８１で保護されていない部分を除去する。イオンビームＢは、例えば、Ａｒイオンである。また、その他にＮｅ、Ｋｒ、Ｘｅイオンなどを使うことも可能である。導電層８０は、導電層３０と導電層４０になる。この際、レジスト８１の側面には、除去された導電層８０の一部が付着する。
　次いで、導電層８０の除去された部分を第１絶縁層９１で埋め戻す。第１絶縁層９１の一部は、レジスト８１の側面に乗り上げる。その結果、第１絶縁層９１の中央部分は、ｘ方向の端部より凹む。
　次いで、第１絶縁層９１の凹んだ部分を非磁性導電層２０で埋め、レジスト８１を剥離する。そして、非磁性導電層２０、導電層３０及び導電層４０上に、磁壁移動層１０、非磁性層５０、強磁性層６０を順に積層し、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領域２１に向かって徐々に厚みが厚くなる第２領域２２を有することで、磁壁１５が所定の位置でトラップされることを抑制できる。
　磁壁１５は、第１領域１１と第３領域１３との境界、第２領域１２と第３領域１３との境界においてトラップされやすい。これらの境界は、漏れ磁場の影響を受けやすく、形状変化が大きい部分であるためである。抵抗値の連続的な変化が求められるスピンメモリスタ等の素子においては、磁壁１５がトラップされることは、磁壁移動素子１００の安定動作を阻害する。
　第１実施形態に係る磁壁移動素子１００において、磁壁移動層１０を流れる電流の電流密度は、第１領域１１と第３領域１３との境界及び第２領域１２と第３領域１３との境界で高くなる。電流密度は、電流量を導体の断面積で割った値である。非磁性導電層２０の膜厚は、第１領域１１と第３領域１３との境界又は第２領域１２と第３領域１３との境界に近づくほど薄くなる。したがって、第１実施形態に係る磁壁移動素子１００において、これらの境界における電流密度は、他の部分における電流密度より高い。
　磁壁１５に加わるスピントランスファートルクは、電流密度に比例する。第１実施形態に係る磁壁移動素子１００は、第１領域１１と第３領域１３との境界及び第２領域１２と第３領域１３との境界において、磁壁１５に大きなトルクを与えることができる。
　すなわち、第１実施形態に係る磁壁移動素子１００は、磁壁１５がトラップされやすい部分における電流密度が高く、磁壁１５がこれらの境界でトラップされることが抑制されている。したがって、第１実施形態に係る磁壁移動素子１００は、磁壁１５の動きがスムーズになり、安定的に動作する。
「第２実施形態」
　図９は、第２実施形態にかかる磁壁移動素子１０１を磁壁移動層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。第２実施形態にかかる磁壁移動素子１０１は、非磁性導電層２０と導電層３０及び非磁性導電層２０と導電層４０がそれぞれｘ方向に離間している点が、第１実施形態に係る磁壁移動素子１００と異なる。第２実施形態において、第１実施形態と同様の構成については同様の符号を付し、説明を省く。
　第２実施形態にかかる磁壁移動素子１０１は、第１領域１１と第３領域１３との境界及び第２領域１２と第３領域１３との境界と重なる位置に、非磁性導電層２０が存在しない。したがって、これらの境界における電流密度がより高くなり、磁壁１５がこれらの境界でトラップされることをより抑制できる。
「第３実施形態」
　図１０は、第３実施形態にかかる磁壁移動素子１０２を磁壁移動層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。第３実施形態にかかる磁壁移動素子１０２は、非磁性導電層７０をさらに備える点が、第１実施形態に係る磁壁移動素子１００と異なる。第３実施形態において、第１実施形態と同様の構成については同様の符号を付し、説明を省く。
　非磁性導電層７０は、磁壁移動層１０と非磁性導電層２０との間に挟まれる。また非磁性導電層７０は、導電層３０と導電層４０とのうち少なくとも一方と磁壁移動層１０との間にあってもよい。
　非磁性導電層７０には、例えば、非磁性導電層２０と同様の材料を用いることができる。非磁性導電層７０の結晶性は、非磁性導電層２０の結晶性より高い。結晶性は、例えば透過電子顕微鏡で電子回折パターンを得ることで微細構造の結晶性を評価することができる。
　磁壁移動素子１０２は、非磁性導電層７０を有することで、非磁性導電層７０より上方の層の結晶性を高めることができる。その結果、磁壁移動層１０、強磁性層６０の磁気異方性が高まる。これらの層の磁気異方性が高い磁壁移動素子１０２は、大きなＭＲ比を示す。また磁壁移動層１０の結晶性が高いと、磁壁１５の動作も安定する。
「第４実施形態」
　図１１は、第４実施形態にかかる磁壁移動素子１０３を磁壁移動層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。第４実施形態にかかる磁壁移動素子１０３は、導電層３１及び導電層４１の形状が、第１実施形態に係る磁壁移動素子１００と異なる。第３実施形態において、第１実施形態と同様の構成については同様の符号を付し、説明を省く。
　導電層３１は、周囲長が磁壁移動層１０から離れるほど大きくなっている。導電層３１の上面の周囲長は、下面の周囲長より長い。導電層３１の側面は、ｚ方向に対して傾斜している。導電層３１の一部は、非磁性導電層２０の下方に位置する。
　導電層４１は、周囲長が磁壁移動層１０から離れるほど大きくなっている。導電層４１の上面の周囲長は、下面の周囲長より長い。導電層４１の側面は、ｚ方向に対して傾斜している。導電層４１の一部は、非磁性導電層２０の下方に位置する。
　導電層３１及び導電層４１は、導電層３０及び導電層４０と同様の材料を含む。
　第１領域１１と第３領域１３との境界及び第２領域１２と第３領域１３との境界は、電流密度が高く、発熱しやすい。導電層３０及び導電層４０は、第１絶縁層９１より熱伝導性に優れる。熱伝導性の高い導電層３０及び導電層４０は、非磁性導電層２０の下方に張り出している。したがって、磁壁移動素子１０３は、これらの境界で生じた熱を効率的に逃がすことができる。
「第５実施形態」
　図１２は、第５実施形態にかかる磁壁移動素子１０４を磁壁移動層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。第５実施形態にかかる磁壁移動素子１０４は、絶縁層９４、９５が、第１実施形態に係る磁壁移動素子１００の第１絶縁層９１及び第２絶縁層９２と異なる。第５実施形態において、第１実施形態と同様の構成については同様の符号を付し、説明を省く。
　絶縁層９４の熱伝導率は、絶縁層９５の熱伝導率より高い。絶縁層９４は、例えば、酸化アルミニウムである。絶縁層９５は、例えば、酸化シリコンである。
　磁壁移動素子１０４は、導電層８０の除去された部分を絶縁層で埋め戻す際に、第２絶縁層９２と同じ材料で埋め戻すことで作製できる。絶縁層９４は、例えば、図７の第１絶縁層９１及び第２絶縁層９２からなる。絶縁層９５は、第２絶縁層９２の下方に形成される層間絶縁層である。
　磁壁移動素子１０４は、熱伝導性に優れる絶縁層９４と接するため、放熱性に優れる。
「第６実施形態」
　図１３は、第６実施形態にかかる磁壁移動素子１０５を磁壁移動層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。第６実施形態にかかる磁壁移動素子１０５は、導電層３０及び導電層４０が磁壁移動層１０の非磁性導電層２０と異なる面に接している点が、第１実施形態に係る磁壁移動素子１００と異なる。第６実施形態において、第１実施形態と同様の構成については同様の符号を付し、説明を省く。
　導電層３０及び導電層４０は、磁壁移動層１０の上面に接している。非磁性導電層２０は、磁壁移動層の下面に接している。この場合でも、第１実施形態に係る磁壁移動素子１００と同様の効果が得られる。
「第７実施形態」
　図１４は、第７実施形態にかかる磁壁移動素子１１０を磁壁移動層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。第７実施形態にかかる磁壁移動素子１１０は、非磁性層５０及び強磁性層６０を有さない点が、第１実施形態に係る磁壁移動素子１００と異なる。第７実施形態において、第１実施形態と同様の構成については同様の符号を付し、説明を省く。
　磁壁移動素子１１０は、磁壁移動層１０に対して光Ｌ１を入射し、磁壁移動層１０で反射した光Ｌ２を評価する。磁気カー効果により磁化の配向方向が異なる部分で反射した光Ｌ２の偏向状態は異なる。磁壁移動素子１１０は、例えば、光Ｌ２の偏向状態の違いを利用した映像表示装置として用いることができる。また磁壁移動素子１１０は、光変調器として用いることもできる。
　第７実施形態にかかる磁壁移動素子１１０は、第１実施形態に係る磁壁移動素子１００と同様の効果が得られる。
　以上、本発明の好ましい実施の形態について詳述したが、本発明はこれらの実施形態に限られるものではない。例えば、それぞれの実施形態の特徴的な構成を組み合わせてもよいし、発明の要旨を変更しない範囲で一部を変更してもよい。
　例えば、非磁性導電層２０は、第３領域１３を有していなくてもよい。また第１領域１１の磁化Ｍ１１と第２領域１２の磁化Ｍ１２はそれぞれ、導電層３０と導電層４０のそれぞれで固定されている必要はなく、導電層４０がない構成でもよい。
１０…磁壁移動層、１５…磁壁、２０，７０…非磁性導電層、２１…第１領域、２２…第２領域、２３…第３領域、２２ｔ，２３ｔ…第１端、３０，３１，４０，４１…導電層、５０…非磁性層、６０…強磁性層、９１…第１絶縁層、９２…第２絶縁層、９４，９５…絶縁層、１００，１０１，１０２，１０３，１０４，１０５，１１０…磁壁移動素子

Claims (11)

  1. 　第１方向に延びる第１強磁性層と、
    　前記第１強磁性層に接続された第１導電層と、
    　前記第１方向において前記第１導電層と重ならない位置で、前記第１強磁性層に接する第１非磁性導電層と、を備え、
    　前記第１非磁性導電層は、第１領域と第２領域とを備え、
    　前記第２領域は、前記第１方向において前記第１領域と前記第１導電層との間にあり、
    　前記第２領域の厚みは、前記第１方向において前記第１導電層側の第１端から前記第１領域に向かって徐々に増加する、磁壁移動素子。
  2. 　前記第１導電層と前記第１非磁性導電層とは、前記第１方向に、離間している、請求項１に記載の磁壁移動素子。
  3. 　前記第１方向において前記第１非磁性導電層を前記第１導電層と挟む位置で、前記第１強磁性層に接続された第２導電層、をさらに備え、
    　前記第１非磁性導電層は、前記第１方向において前記第１領域と前記第１導電層との間に、第３領域を有し、
    　前記第３領域の厚みは、前記第１方向において前記第２導電層側の第１端から前記第１領域に向かって徐々に増加する、請求項１又は２に記載の磁壁移動素子。
  4. 　積層方向から見て、前記第１領域の面積は、前記第２領域及び前記第３領域の合計面積より広い、請求項３に記載の磁壁移動素子。
  5. 　前記第１強磁性層と前記第１非磁性導電層に挟まれる第２非磁性導電層をさらに備え、
    　前記第２非磁性導電層の結晶性は、前記第１非磁性導電層の結晶性より高い、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２非磁性導電層は、前記第１強磁性層と前記第１導電層にも挟まれる、請求項５に記載の磁壁移動素子。
  7. 　前記第１導電層の周囲長は、前記第１導電層から離れるほど大きくなる、請求項１～６のいずれか一項に記載の磁壁移動素子。
  8. 　前記第１強磁性層の前記第１非磁性導電層に接する面と反対側の面に順に積層された非磁性層と第２強磁性層とをさらに備える、請求項１～７のいずれか一項に記載の磁壁移動素子。
  9. 　前記第１非磁性導電層に接する第１絶縁層と、前記第１非磁性導電層と前記第１絶縁層とを挟む第２絶縁層と、をさらに備え、
    　前記第２絶縁層のＡｒイオンビームに対するエッチングレートは、前記第１絶縁層に対するエッチングレートより遅い、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非磁性導電層に接する第１絶縁層と、前記第１非磁性導電層と前記第１絶縁層とを挟む第２絶縁層と、をさらに備え、
    　前記第１絶縁層の熱伝導率は、前記第２絶縁層の熱伝導率より高い、請求項１～８のいずれか一項に記載の磁壁移動素子。
  11. 　請求項１～１０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アレイ。
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