WO2025134192A1 - 磁壁移動素子、磁気アレイ、ニューロモルフィックデバイス及び磁壁移動素子の製造方法 - Google Patents

磁壁移動素子、磁気アレイ、ニューロモルフィックデバイス及び磁壁移動素子の製造方法 Download PDF

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WO2025134192A1
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WO
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layer
domain wall
electrode
ferromagnetic layer
wall motion
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English (en)
French (fr)
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祥吾 米村
竜雄 柴田
章悟 山田
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TDK Corp
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TDK Corp
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    • 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
    • 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
    • H10N50/20—Spin-polarised current-controlled devices

Definitions

  • Magnetoresistive effect elements are known that utilize a change in resistance value (magnetoresistance change) based on a change in the relative angle between the magnetizations of two ferromagnetic layers.
  • the domain wall motion type magnetoresistive effect element (hereinafter referred to as domain wall motion element) described in Patent Document 1 is one example of a magnetoresistive effect element.
  • domain wall motion elements the resistance value in the stacking direction changes depending on the position of the domain wall, and data can be recorded in multi-value or analog form. Domain wall motion elements have high linearity and symmetry in the resistance change, excellent rewrite resistance, and are capable of high-speed operation.
  • Patent document 1 describes providing magnetization fixed parts at both ends of the first magnetization free layer (domain wall movement layer) to limit the range of movement of the domain wall.
  • the two magnetization fixed parts each have a different magnetization orientation direction.
  • the domain wall motion element writes signals by applying a write current.
  • the write current is applied to the domain wall motion element via an electrode connected to the magnetization fixed part.
  • the electrode is often formed at a position that overlaps with the magnetization fixed part. However, if the center position of the magnetization fixed part and the center position of the electrode overlap, the reliability of the domain wall motion element may decrease.
  • This disclosure has been made in consideration of the above problems, and aims to provide highly reliable domain wall motion elements, magnetic arrays, and neuromorphic devices.
  • the domain wall motion element includes a first ferromagnetic layer having a domain wall therein, a second ferromagnetic layer, a non-magnetic layer sandwiched between the first ferromagnetic layer and the second ferromagnetic layer, a first magnetization fixed part connected to the first ferromagnetic layer, a second magnetization fixed part connected to the first ferromagnetic layer at a position spaced apart from the first magnetization fixed part in a first direction, a first electrode connected to the first magnetization fixed part, and a second electrode connected to the second magnetization fixed part.
  • the second ferromagnetic layer is closer to the substrate than the first ferromagnetic layer.
  • the center of the first electrode is located farther from the center of the first ferromagnetic layer than the center of the first magnetization fixed part.
  • the first magnetization fixed part has a first surface in contact with the first ferromagnetic layer and a second surface opposite to the first surface. At least a part of the second surface is not in contact with the first electrode.
  • FIG. 2 is a block diagram of a magnetic array according to the first embodiment.
  • FIG. 2 is a circuit diagram of an integrated region of the magnetic array according to the first embodiment.
  • 3 is a cross-sectional view of the vicinity of a domain wall motion element of the magnetic array according to the first embodiment.
  • FIG. 1 is a cross-sectional view of a domain wall motion element according to a first embodiment.
  • FIG. 2 is a plan view of the domain wall motion element according to the first embodiment.
  • 3 is an enlarged view of the vicinity of a first magnetization fixed layer of the domain wall motion element according to the first embodiment.
  • FIG. 3 is an enlarged view of the vicinity of a second magnetization fixed layer of the domain wall motion element according to the first embodiment.
  • FIG. 1 is a cross-sectional view of a domain wall motion element according to a first embodiment.
  • FIG. 2 is a plan view of the domain wall motion element according to the first embodiment.
  • 3 is an enlarged view of the vicinity of a first magnetization fixed
  • FIG. 1 is a conceptual diagram of a neural network.
  • FIG. 1 is a block diagram showing a system including a neuromorphic device according to a first embodiment.
  • FIG. 1 is a block diagram showing a system including a neuromorphic device according to a first embodiment.
  • FIG. 11 is a cross-sectional view of a domain wall motion element according to a second embodiment.
  • 13 is an enlarged view of the vicinity of a first magnetization fixed layer of a domain wall motion element according to a second embodiment.
  • FIG. 13 is an enlarged view of the vicinity of a second magnetization fixed layer 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.
  • 13 is an enlarged view of the vicinity of a first magnetization fixed layer of a domain wall motion element according to a third embodiment.
  • FIG. 13 is an enlarged view of the vicinity of a second magnetization fixed layer of a domain wall motion element according to a third embodiment.
  • FIG. 13 is a cross-sectional view of a domain wall motion element according to a fourth embodiment.
  • 13 is an enlarged view of the vicinity of a first magnetization fixed layer of a domain wall motion element according to a fourth embodiment.
  • FIG. 13 is an enlarged view of the vicinity of a second magnetization fixed layer of a domain wall motion element according to a fourth embodiment.
  • FIG. 13 is a cross-sectional view of a domain wall motion element according to a fifth embodiment.
  • 13 is an enlarged view of the vicinity of a first magnetization fixed layer of a domain wall motion element according to a fifth embodiment.
  • FIG. 13 is an enlarged view of the vicinity of a second magnetization fixed layer of a domain wall motion element according to a fifth embodiment.
  • FIG. 13 is a cross-sectional view of a domain wall motion element according to a sixth embodiment.
  • FIG. 13 is a cross-sectional view of a domain wall motion element according to a seventh embodiment.
  • FIG. 13 is a cross-sectional view of a domain wall motion element according to an eighth embodiment.
  • the output unit 5 is connected to the resistance detection device 4.
  • the output unit 5 has, for example, a processor, an output capacitor, an amplifier, a converter, etc.
  • the output unit 5 may perform a calculation to substitute the detection result of the resistance detection device 4 into an activation function. The calculation is performed, for example, by a processor.
  • the output unit 5 outputs the calculation result to the outside.
  • the output unit 5 may perform an operation such as outputting the calculation result as an input signal for another magnetic array, or may perform an operation such as outputting the calculation result to the outside as a discrimination rate.
  • the output unit 5 may also feed back the calculation result to the control device 3.
  • FIG. 2 is a circuit diagram of the integrated region 1 according to the first embodiment.
  • the integrated region 1 includes a plurality of domain wall motion elements 100, a plurality of write wirings WL, a plurality of common wirings CL, a plurality of read wirings RL, a plurality of first switches SW1, and a plurality of second switches SW2.
  • the third switch SW3 may belong to, for example, the control device 3 in the peripheral region 2.
  • the multiple domain wall motion elements 100 are arranged, for example, in a matrix.
  • the multiple domain wall motion elements 100 are not limited to elements arranged in a matrix in the actual device, but may be arranged in a matrix in a circuit diagram.
  • the first switch SW1, the second switch SW2, and the third switch SW3 are elements that control the flow of current.
  • the first switch SW1, the second switch SW2, and the third switch SW3 are, for example, elements that utilize a phase change in a crystal layer such as a transistor or an Ovonic Threshold Switch (OTS), elements that utilize a change in band structure such as a Metal-Insulator Transition (MIT) switch, elements that utilize a breakdown voltage such as a Zener diode or an avalanche diode, and elements whose conductivity changes with a change in atomic position.
  • OTS Ovonic Threshold Switch
  • MIT Metal-Insulator Transition
  • the positional relationship between the first switch SW1, the second switch SW2, and the third switch SW3 is not limited to that shown in FIG. 2.
  • the first switch SW1 may be connected across multiple domain wall motion elements 100 and located upstream of the write wiring WL.
  • the second switch SW2 may be connected across multiple domain wall motion elements 100 and located upstream of the common wiring CL.
  • the third switch SW3 may be connected to each domain wall motion element 100 one by one.
  • FIG. 3 is a cross-sectional view of the vicinity of the domain wall motion element 100 in the accumulation region 1 according to the first embodiment.
  • FIG. 3 is a cross-section of one domain wall motion element 100 in FIG. 2 cut along the xz plane passing through the center of the width of the first ferromagnetic layer 10 in the y direction.
  • the insulating layer 90 is an insulating layer that insulates between wirings of a multilayer wiring and between elements.
  • the domain wall motion element 100 and the transistor Tr are electrically isolated by the insulating layer 90, except for the via wiring Vw.
  • the insulating layer 90 is, 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 ), or the like.
  • FIG. 4 is a cross-sectional view of the domain wall motion element 100 cut in the xz plane passing through the center of the first ferromagnetic layer 10 in the y direction.
  • the arrows in the figure are an example of the orientation direction of the magnetization of a ferromagnetic material.
  • FIG. 5 is a plan view of the domain wall motion element 100 as seen from the z direction.
  • the domain wall motion element 100 includes, for example, a first ferromagnetic layer 10, a non-magnetic layer 20, a second ferromagnetic layer 30, a first magnetization fixed layer 40, a second magnetization fixed layer 50, a first electrode 60, a second electrode 70, and a third electrode 80. At least one of the multiple domain wall motion elements included in the accumulation region 1 is the domain wall motion element 100 shown in Figures 4 and 5.
  • the first ferromagnetic layer 10 extends in the x direction. When viewed from the z direction, the length of the first ferromagnetic layer 10 in the x direction is longer than the length in the y direction.
  • the first ferromagnetic layer 10 has two magnetic domains inside, and a domain wall DW at the boundary between the two magnetic domains.
  • the first ferromagnetic layer 10 is, for example, a layer capable of magnetically recording information by changing the magnetic state.
  • the first ferromagnetic layer 10 is also called an analog layer, a magnetic recording layer, or a domain wall displacement layer.
  • the first ferromagnetic layer 10 has a first magnetization region A1, a second magnetization region A2, and a third magnetization region A3.
  • the first magnetization region A1 is a region in which the orientation direction of the magnetization M A1 is fixed in one direction.
  • the magnetization being fixed means that the magnetization does not reverse during normal operation of the domain wall motion element 100 (when no external force exceeding the expected value is applied).
  • the first magnetization region A1 is, for example, a region of the first ferromagnetic layer 10 that overlaps with the first magnetization fixed layer 40 when viewed from the z direction.
  • the magnetization M A1 of the first magnetization region A1 is fixed by, for example, the magnetization M 40 of the first magnetization fixed layer 40.
  • the second magnetization region A2 is a region in which the orientation direction of the magnetization M A2 is fixed in one direction.
  • the orientation direction of the magnetization M A2 of the second magnetization region A2 is different from the orientation direction of the magnetization M A1 of the first magnetization region A1.
  • the orientation direction of the magnetization M A2 of the second magnetization region A2 is, for example, opposite to the orientation direction of the magnetization M A1 of the first magnetization region A1.
  • the second magnetization region A2 is, for example, a region of the first ferromagnetic layer 10 that overlaps with the second magnetization fixed layer 50 when viewed from the z direction.
  • the magnetization M A2 of the second magnetization region A2 is, for example, fixed by the magnetization M 50 of the second magnetization fixed layer 50.
  • the third magnetization region A3 is a region other than the first magnetization region A1 and the second magnetization region A2 of the first ferromagnetic layer 10.
  • the third magnetization region A3 is, for example, a region sandwiched between the first magnetization region A1 and the second magnetization region A2 in the x direction.
  • the third magnetized region A3 is a region where the magnetization direction changes and the domain wall DW can move.
  • the third magnetized region A3 is called a domain wall movable region.
  • the third magnetized region A3 has a first magnetic domain A31 and a second magnetic domain A32.
  • the first magnetic domain A31 and the second magnetic domain A32 have magnetization orientation directions opposite to each other.
  • the boundary between the first magnetic domain A31 and the second magnetic domain A32 is the domain wall DW.
  • the magnetization M A31 of the first magnetic domain A31 is oriented in the same direction as the magnetization M A1 of the first magnetized region A1, for example.
  • the magnetization M A32 of the second magnetic domain A32 is oriented in the same direction as the magnetization M A2 of the adjacent second magnetized region A2, for example.
  • the domain wall DW moves within the third magnetized region A3 and does not invade the first magnetized region A1 and the second magnetized region A2.
  • the domain wall DW moves.
  • the domain wall DW moves by applying a write current in the x direction of the third magnetized region A3.
  • a write current e.g., a current pulse
  • 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 A31 to the second magnetic domain A32
  • the electrons spin-polarized in the second magnetic domain A32 reverse the magnetization M A31 of the first magnetic domain A31.
  • the domain wall DW moves in the +x direction.
  • the first ferromagnetic layer 10 is composed of a magnetic material.
  • the first ferromagnetic layer 10 may be a ferromagnetic material, a ferrimagnetic material, or a combination of these with an antiferromagnetic material whose magnetic state can be changed by a current.
  • the first ferromagnetic layer 10 preferably contains at least one element selected from the group consisting of Co, Ni, Fe, Pt, Pd, Gd, Tb, Mn, Ge, and Ga.
  • Examples of materials used for the first ferromagnetic layer 10 include a laminated film of Co and Ni, a laminated film of Co and Pt, a laminated film of Co and Pd, a laminated film of Co x Fe 1-x B (0 ⁇ x ⁇ 1) and a material similar to the non-magnetic layer 20 described later, MnGa-based materials, GdCo-based materials, and TbCo-based materials.
  • Ferrimagnetic materials such as MnGa-based materials, GdCo-based materials, and TbCo-based materials have small saturation magnetization, and the threshold current required to move the domain wall DW is small.
  • the laminated film of Co and Ni, the laminated film of Co and Pt, and the laminated film of Co and Pd have large coercive force, and the moving speed of the domain wall DW is slow.
  • antiferromagnetic materials include Mn 3 X (X is Sn, Ge, Ga, Pt, Ir, etc.), CuMnAs, and Mn 2 Au.
  • the first ferromagnetic layer 10 may be made of the same material as the second ferromagnetic layer 30 described later. A laminate of two or more types of films or materials may also be used.
  • the nonmagnetic layer 20 is sandwiched between the first ferromagnetic layer 10 and the second ferromagnetic layer 30.
  • the nonmagnetic layer 20 inhibits magnetic coupling between the first ferromagnetic layer 10 and the second ferromagnetic layer 30.
  • the nonmagnetic layer 20 is stacked on one side of the second ferromagnetic layer 30.
  • the nonmagnetic layer 20 is a tunnel barrier layer.
  • the nonmagnetic metal is, for example, Cu, Au, Ag, or the like.
  • the nonmagnetic semiconductor is, for example, Si, Ge, CuInSe 2 , CuGaSe 2 , Cu(In,Ga)Se 2 , or the like.
  • the second ferromagnetic layer 30 includes a ferromagnetic material.
  • the second ferromagnetic layer 30 includes, for example, a material that is easy to obtain a coherent tunnel effect between the first ferromagnetic layer 10 and the second ferromagnetic layer 30.
  • the second ferromagnetic layer 30 includes, 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, an alloy containing one or more of these metals and at least one of the elements B, C, and N, etc.
  • the second ferromagnetic layer 30 is, for example, Co-Fe, Co-Fe-B, or Ni-Fe.
  • a laminated film of Co and Ni, a laminated film of Co and Pt, or a laminated film of Co and Pd may be used as part of the second ferromagnetic layer 30.
  • the second ferromagnetic layer 30 may be, for example, a Heusler alloy.
  • the Heusler alloy is a half metal and has a high spin polarization.
  • the Heusler 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 the Co, Fe, Ni, or Cu group on the periodic table, Y is a transition metal element or an element type of X of the Mn, V, Cr, or Ti group, and Z is a typical element of the III group to the V group.
  • 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 , and Co 2 FeGe 1-c Ga c .
  • the second ferromagnetic layer 30 may have multiple layers and may be a synthetic antiferromagnetic structure (SAF structure).
  • the synthetic antiferromagnetic structure is made up of two magnetic layers sandwiching a nonmagnetic spacer layer.
  • the magnetic layers include, for example, a ferromagnetic material, and may include an antiferromagnetic material such as IrMn or PtMn.
  • the spacer layer includes, for example, at least one selected from the group consisting of Ru, Ir, and Rh.
  • Each of the second ferromagnetic layer 30 and the non-magnetic layer 20 is, for example, longer in the x direction than the third magnetization region A3.
  • the portion where the second ferromagnetic layer 30 and the third magnetization region A3 face each other with the non-magnetic layer 20 in between is responsible for the resistance change of the domain wall motion element 100. If the length in the x direction of the second ferromagnetic layer 30 and the non-magnetic layer 20 is longer than the length in the x direction of the third region, it becomes easier to divide the resistance change width of the domain wall motion element 100 into multiple values.
  • the second ferromagnetic layer 30 is, for example, longer than the first ferromagnetic layer 10 in the x direction.
  • the heat dissipation of the first ferromagnetic layer 10 is improved.
  • the stability of the magnetization of the first magnetization region A1 and the magnetization of the second magnetization region A2 is increased, and the reliability of the data of the domain wall motion element 100 is improved.
  • the first magnetization fixed layer 40 is connected to the first ferromagnetic layer 10.
  • the first magnetization fixed layer 40 is an example of a first magnetization fixed portion.
  • the first magnetization fixed layer 40 is connected to the first magnetization region A1 of the first ferromagnetic layer 10.
  • the magnetization M40 of the first magnetization fixed layer 40 fixes the magnetization of the first magnetization region A1.
  • the second magnetization pinned layer 50 may also have a first layer 55 and a second layer 56. That is, the second magnetization pinned layer 50 may have a two-layer structure.
  • the first layer 55 is closer to the first ferromagnetic layer 10 than the second layer 56.
  • the first layer 55 and the second layer 56 are made of different materials.
  • the first layer 55 includes, for example, the same material as the first magnetization pinned layer 40.
  • the second layer 56 is a remaining portion of a mask layer 95 described later.
  • the second layer 56 is, for example, Al, Cu, Ta, Ti, Zr, NiCr, a nitride (for example, TiN, TaN, SiN), or an oxide (for example, SiO 2 ).
  • the second surface 42 has a connection surface 421 that contacts the first electrode 60 and a non-connection surface 422 that does not contact the first electrode 60. In other words, at least a portion of the second surface 42 does not contact the first electrode 60.
  • the first side surface 43 may be located, for example, inside the domain wall motion element 100 relative to the first side surface 63 of the first electrode 60. In other words, the first side surface 43 may be located closer to the imaginary plane P3 than the first side surface 63.
  • the first side surface 63 is the side surface of the first electrode 60 located on the outside of the domain wall motion element 100
  • the second side surface 64 is the side surface of the first electrode 60 located on the second magnetization fixed layer 50 side.
  • the second side surface 44 is, for example, located inside the domain wall motion element 100 relative to the second side surface 64 of the first electrode 60. In other words, the second side surface 44 may be located closer to the virtual plane P3 than the second side surface 64. In this case, the first electrode 60 does not overlap with the third magnetization region A3 of the first ferromagnetic layer 10 in the z direction.
  • FIG. 7 is an enlarged view of the vicinity of the second magnetization fixed layer 50 of the domain wall motion element 100 according to the first embodiment.
  • the second magnetization fixed layer 50 has a first surface 51, a second surface 52, a first side surface 53, and a second side surface 54.
  • the first surface 51 is the surface on the first ferromagnetic layer 10 side and is in direct or indirect contact with the first ferromagnetic layer 10.
  • the second surface 52 is the surface facing the first surface 51.
  • the first side surface 53 is the side surface located on the outside of the domain wall motion element 100.
  • the second side surface 54 is the side surface located on the first magnetization fixed layer 40 side.
  • the second surface 52 has a connection surface 521 that contacts the second electrode 70 and a non-connection surface 522 that does not contact the second electrode 70. In other words, at least a portion of the second surface 52 does not contact the second electrode 70.
  • the first side surface 53 may be located, for example, inside the domain wall motion element 100 relative to the first side surface 73 of the second electrode 70. In other words, the first side surface 53 may be located closer to the imaginary plane P3 than the first side surface 73.
  • the first side surface 73 is the side surface of the second electrode 70 located on the outside of the domain wall motion element 100
  • the second side surface 74 is the side surface of the second electrode 70 located on the first magnetization fixed layer 40 side.
  • the domain wall motion element 100 may have layers other than those described above.
  • a magnetic layer may be provided on the surface of the second ferromagnetic layer 30 opposite the nonmagnetic layer 20, via a spacer layer.
  • the second ferromagnetic layer 30, the spacer layer, and the magnetic layer form a synthetic antiferromagnetic structure (SAF structure).
  • a base layer may be provided on the surface of the magnetic layer opposite the spacer layer.
  • 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, for example, using MOKE (Magneto Optical Kerr Effect). Measurement using MOKE is a measurement method in which linearly polarized light is incident on the object being measured, and the magneto-optical effect (magnetic Kerr effect) is used to cause the polarization direction to rotate, etc.
  • MOKE Magnetic Magnetic Kerr Effect
  • the domain wall motion element 100 is formed by a lamination process of each layer and a processing process of processing a part of each layer into a predetermined shape.
  • Figures 8 to 12 are cross-sectional views for explaining the manufacturing method of the domain wall motion element 100 according to the first embodiment.
  • a ferromagnetic layer 91, a nonmagnetic layer 92, a ferromagnetic layer 93, and a ferromagnetic layer 94 are laminated in this order on an insulating layer 90 including a third electrode 80.
  • the layers can be laminated by sputtering, chemical vapor deposition (CVD), electron beam deposition (EB deposition), atomic laser deposition, or the like.
  • the laminated body is processed to match the outer shapes of the first ferromagnetic layer 10, the nonmagnetic layer 20, and the second ferromagnetic layer 30.
  • the laminated body can be processed by photolithography, etching (e.g., Ar etching), or the like.
  • the ferromagnetic layer 91 becomes the second ferromagnetic layer 30, the nonmagnetic layer 92 becomes the nonmagnetic layer 20, the ferromagnetic layer 93 becomes the first ferromagnetic layer 10, and the ferromagnetic layer 94 becomes the ferromagnetic layer 94A.
  • a mask layer 95 is formed at a predetermined position of the ferromagnetic layer 94A.
  • the mask layer 95 is, for example, Al, Cu, Ta, Ti, Zr, NiCr, a nitride (e.g., TiN, TaN, SiN), or an oxide (e.g., SiO 2 ).
  • the ferromagnetic layer 94A is processed using the mask layer 95 as a mask.
  • the ferromagnetic layer 94A becomes two separated ferromagnetic layers 94B and 94C.
  • the mask layer 95 on the ferromagnetic layer 94C is etched until the ferromagnetic layer 94C is exposed. At this time, a part of the ferromagnetic layer 94C may also be etched.
  • the etched ferromagnetic layer 94C becomes the first magnetization fixed layer 40.
  • the ferromagnetic layer 94B and the mask layer 95 each become the second magnetization fixed layer 50 consisting of a first layer 55 and a second layer 56.
  • an insulating layer 90 is formed so as to fill the first magnetization fixed layer 40 and the second magnetization fixed layer 50.
  • a resist 96 having openings H1 and H2 formed therein is formed on the insulating layer 90.
  • the first electrode 60 and the second electrode 70 are fabricated.
  • the first electrode 60 and the second electrode 70 are obtained by filling the openings H3 and H4 with a conductor, as shown in FIG. 12.
  • openings H3 and H4 are formed in the insulating layer 90 using openings H1 and H2 in the resist 96. Opening H3 is formed so as to satisfy a first condition and a second condition.
  • the first condition is that the center of the first electrode 60 is positioned outside the center of the first magnetization fixed layer 40 in the x direction.
  • the second condition is that at least a portion of the second surface 42 of the first magnetization fixed layer 40 is not in contact with the first electrode 60.
  • opening H3 is formed so that its center C1' in the x direction is located farther from the center C3 in the x direction of the first ferromagnetic layer 10 than the center C2 in the x direction of the first magnetization fixed layer 40.
  • Opening H4 is formed so that its center C4' in the x direction is located farther from the center C3 in the x direction of the first ferromagnetic layer 10 than the center C4 in the x direction of the second magnetization fixed layer 50.
  • the overlapping portion of the third magnetization region A3 of the first ferromagnetic layer 10 and the opening H3 in the z direction can be made smaller.
  • the thickness h of the insulating layer 90 between the opening H3 and the first ferromagnetic layer 10 is thinner than the thickness of the insulating layer 90 in other portions.
  • the energy used to process the opening H3 is applied to the insulating layer 90 of this thickness h.
  • the thickness h When the thickness h is thin, part of the energy is applied to the first ferromagnetic layer 10, disturbing the magnetization stability of the first ferromagnetic layer 10.
  • part of the opening H3 may reach the first ferromagnetic layer 10.
  • the first electrode 60 and the first ferromagnetic layer 10 are short-circuited. Even if the first electrode 60 and the first ferromagnetic layer 10 are short-circuited, the domain wall DW still operates. However, the current components that do not pass through the first magnetization fixed layer 40 cannot move the domain wall DW, and the operating efficiency of the domain wall motion element 100 decreases. If the center C1' is positioned outside the center C2, the position where the opening H3 is formed is shifted, and the portion where the thickness of the insulating layer 90 is thin can be reduced.
  • the center C4' is located outside the center C5, the overlapping portion of the third region of the first ferromagnetic layer 10 and the opening H4 in the z direction can be reduced.
  • the energy when processing the opening H4 is applied to the insulating layer 90 with a thickness h' between the opening H4 and the first ferromagnetic layer 10.
  • the thickness h' is thin, part of the energy is applied to the first ferromagnetic layer 10, disturbing the magnetization stability of the first ferromagnetic layer 10.
  • part of the opening H4 may reach the first ferromagnetic layer 10.
  • the opening H4 reaches the first ferromagnetic layer 10
  • the second electrode 70 and the first ferromagnetic layer 10 are short-circuited, and the operating efficiency of the domain wall DW decreases.
  • the center C4' is located outside the center C5
  • the position where the opening H4 is formed is shifted, and the part where the insulating layer 90 is thin can be reduced.
  • openings H3 and H4 are filled with a conductor.
  • the conductor filled in opening H3 becomes the first electrode 60
  • the conductor filled in opening H4 becomes the second electrode 70.
  • the first electrode 60 satisfies the first and second conditions.
  • the write operation is performed, for example, by a processor executing an operation program stored in the control unit 6.
  • the control device 3 selects the domain wall motion element 100 to which a pulse is applied in accordance with the operating program.
  • the domain wall motion element 100 to which the pulse is applied is an element that stores data.
  • the domain wall motion element 100 to which the pulse is applied is an element that changes the weight in response to learning.
  • the domain wall motion element 104 has a first ferromagnetic layer 10, a non-magnetic layer 20, a second ferromagnetic layer 30, a first magnetization fixed layer 40, a second magnetization fixed layer 50, a first electrode 60D, and a second electrode 70D.
  • the first electrode 60D and the second electrode 70D differ from the first electrode 60 and the second electrode 70 in that they have different shapes or connections to other layers, but are otherwise similar in configuration.
  • FIG. 26 is an enlarged view of the vicinity of the second magnetization fixed layer 50 of the domain wall motion element 104 according to the fifth embodiment.
  • At least a portion of the second surface 52 of the second magnetization fixed layer 50 is not in contact with the second electrode 70D.
  • the second electrode 70D is in contact with the second surface 52 and the first side surface 53 of the second magnetization fixed layer 50.
  • the second electrode 70D also is in contact with the side surface of the first ferromagnetic layer 10.
  • the second electrode 70D has a portion located in the -z direction from the second surface 52 of the second magnetization fixed layer 50.
  • the domain wall motion element 104 according to the fifth embodiment like the domain wall motion element 100 according to the first embodiment, has a low risk of causing processing damage to the first ferromagnetic layer 10 during manufacturing. Furthermore, by satisfying this configuration, it is possible to reduce the magnetic field generated by the write current from interfering with the operation of the domain wall DW.
  • Sixth Embodiment 27 is a plan view of a domain wall motion element 105 according to the sixth embodiment.
  • the domain wall motion element 105 can be substituted for the domain wall motion element 100.
  • the same components as those in the domain wall motion element 100 are denoted by the same reference numerals and will not be described.
  • the domain wall motion element 105 has a first ferromagnetic layer 10, a non-magnetic layer 20, a second ferromagnetic layer 30, a first magnetization fixed layer 40, a second magnetization fixed layer 50, a first electrode 60E, and a second electrode 70E.
  • the first electrode 60E and the second electrode 70E differ from the first electrode 60 and the second electrode 70 in that they are positioned differently in the y direction, but otherwise have the same configuration.
  • both the first electrode 60E and the second electrode 70E are shifted in the +y direction relative to the first ferromagnetic layer 10, but both the first electrode 60E and the second electrode 70E may be shifted in the -y direction relative to the first ferromagnetic layer 10, or the first electrode 60E and the second electrode 70E may be shifted in different directions relative to the first ferromagnetic layer 10.
  • Fig. 28 is a cross-sectional view of the domain wall motion element 106 according to the seventh embodiment.
  • Fig. 28 is a cross-sectional view of the domain wall motion element 106 cut in an xz plane passing through the center of the first ferromagnetic layer 10 in the y direction.
  • the domain wall motion element 106 can be replaced with the domain wall motion element 100.
  • the same components as those in the domain wall motion element 100 are denoted by the same reference numerals and will not be described.
  • the intermediate layer 85 is between the first magnetization fixed layer 40 and the first electrode 60F.
  • the first electrode 60F is in contact with the first magnetization fixed layer 40 via the intermediate layer 85.
  • the intermediate layer 85 is made of a conductive material, for example a metal.
  • Fig. 29 is a cross-sectional view of the domain wall motion element 107 according to the eighth embodiment.
  • Fig. 29 is a cross-sectional view of the domain wall motion element 107 cut in an xz plane passing through the center of the first ferromagnetic layer 10 in the y direction.
  • the domain wall motion element 107 can be replaced with the domain wall motion element 100.
  • the same components as those in the domain wall motion element 100 are denoted by the same reference numerals and will not be described.
  • the domain wall motion element 107 has a first ferromagnetic layer 10, a non-magnetic layer 20, a second ferromagnetic layer 30, a first magnetization fixed layer 40, a second magnetization fixed layer 50, a first electrode 60, and a second electrode 70G.
  • the second electrode 70G differs from the second electrode 70 in terms of its shape or the state of connection with other layers, but is otherwise similar in configuration.
  • the central axes of the first electrode 60 and the first magnetization fixed layer 40 are misaligned, and the central axes of the second electrode 70 and the second magnetization fixed layer 50 are misaligned, but a configuration in which only one of the central axes is misaligned is also possible.
  • the domain wall motion element 105 is an example in which the central axes of the first electrode 60 and the first magnetization fixed layer 40 in the x direction are misaligned, and the central axes of the second electrode 70G and the second magnetization fixed layer 50 in the x direction are aligned.
  • the second magnetization fixed layer 50 is in contact with the second electrode 70E over the entire surface.
  • FIG. 29 shows an example in which the x-direction central axes of the first electrode 60 and the first magnetization fixed layer 40 are misaligned and the x-direction central axes of the second electrode 70G and the second magnetization fixed layer 50 are aligned, but the x-direction central axes of the first electrode 60 and the first magnetization fixed layer 40 may be aligned and the x-direction central axes of the second electrode 70G and the second magnetization fixed layer 50 may be misaligned. Since the first magnetization fixed layer 40 is thinner than the second magnetization fixed layer 50, it is preferable that the x-direction central axes of the first electrode 60 and the first magnetization fixed layer 40 are misaligned. As shown in FIG.
  • the thickness h of the insulating layer 90 between the opening H3 and the first ferromagnetic layer 10 is thinner than the thickness h' of the insulating layer 90 between the opening H4 and the first ferromagnetic layer 10. Therefore, misalignment of the central axes of the first electrode 60 and the first magnetization fixed layer 40 in the x direction reduces the risk of causing processing damage to the first ferromagnetic layer 10 when forming the opening H3.
  • the central axes of the first electrode 60 and the first magnetization fixed layer 40 are misaligned, so there is little risk of processing damage to the first ferromagnetic layer 10 during manufacturing.
  • This configuration also reduces the magnetic field generated by the write current interfering with the operation of the domain wall DW. Therefore, the domain wall motion element 107 according to the eighth embodiment can achieve the same effects as the domain wall motion element 100 according to the first embodiment.
  • the present invention is not limited to this embodiment.
  • the characteristic configurations of the embodiments may be combined, or some parts may be modified without changing the gist of the invention.
  • a combination of configurations of embodiments in which the structure near the first magnetization fixed portion and the structure near the second magnetization fixed portion are different may be used.

Landscapes

  • Hall/Mr Elements (AREA)
  • Mram Or Spin Memory Techniques (AREA)

Abstract

この磁壁移動素子は、内部に磁壁を有する第１強磁性層と、第２強磁性層と、前記第１強磁性層と前記第２強磁性層に挟まれる非磁性層と、前記第１強磁性層に接続された第１磁化固定部と、前記第１磁化固定部と第１方向に離間した位置で、前記第１強磁性層に接続された第２磁化固定部と、前記第１磁化固定部に接続された第１電極と、前記第２磁化固定部に接続された第２電極と、を備える。前記第２強磁性層は、前記第１強磁性層より基板の近くにある。前記第１磁化固定部から前記第２磁化固定部に向かう第１方向において、前記第１電極の中心は、前記第１磁化固定部の中心より前記第１強磁性層の中心から離れた位置にある。前記第１磁化固定部は、前記第１強磁性層と接する第１面と、前記第１面と対向する第２面を有する。前記第２面の少なくとも一部は、前記第１電極と接していない。

Description

磁壁移動素子、磁気アレイ、ニューロモルフィックデバイス及び磁壁移動素子の製造方法
　本開示は、磁壁移動素子、磁気アレイ及びニューロモルフィックデバイス及び磁壁移動素子の製造方法に関する。
　二つの強磁性層の磁化の相対角の変化に基づく抵抗値変化（磁気抵抗変化）を利用した磁気抵抗効果素子が知られている。例えば、特許文献１に記載の磁壁移動型の磁気抵抗効果素子（以下、磁壁移動素子という）は、磁気抵抗効果素子の一例である。磁壁移動素子は、磁壁の位置によって積層方向の抵抗値が変化し、多値又はアナログにデータを記録できる。磁壁移動素子は、抵抗変化の線形性及び対称性が高く、書き換え耐性に優れ、高速動作が可能である。
　特許文献１は、磁壁の移動範囲を制限する磁化固定部を第１磁化自由層（磁壁移動層）の両端に設けることを記載している。２つの磁化固定部は、それぞれ磁化の配向方向が異なる。
国際公開第２０１１／０５２４７５号
　磁壁移動素子は、書き込み電流を印加することで、信号の書き込みを行う。書き込み電流は、磁化固定部に接続された電極を介して、磁壁移動素子に印加される。磁化固定部と電極との接触面積を広くするために、磁化固定部と重なる位置に電極を形成する場合が多い。しかしながら、磁化固定部の中心位置と電極の中心位置が重なる場合に、磁壁移動素子の信頼性が低下する場合がある。
　本開示は上記問題に鑑みてなされたものであり、信頼性の高い、磁壁移動素子、磁気アレイ及びニューロモルフィックデバイスを提供することを目的とする。
　第１の態様に係る磁壁移動素子は、内部に磁壁を有する第１強磁性層と、第２強磁性層と、前記第１強磁性層と前記第２強磁性層に挟まれる非磁性層と、前記第１強磁性層に接続された第１磁化固定部と、前記第１磁化固定部と第１方向に離間した位置で、前記第１強磁性層に接続された第２磁化固定部と、前記第１磁化固定部に接続された第１電極と、前記第２磁化固定部に接続された第２電極と、を備える。前記第２強磁性層は、前記第１強磁性層より基板の近くにある。前記第１磁化固定部から前記第２磁化固定部に向かう第１方向において、前記第１電極の中心は、前記第１磁化固定部の中心より前記第１強磁性層の中心から離れた位置にある。前記第１磁化固定部は、前記第１強磁性層と接する第１面と、前記第１面と対向する第２面を有する。前記第２面の少なくとも一部は、前記第１電極と接していない。
第１実施形態に係る磁気アレイのブロック図である。 第１実施形態に係る磁気アレイの集積領域の回路図である。 第１実施形態に係る磁気アレイの磁壁移動素子の近傍の断面図である。 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第１磁化固定層の近傍の拡大図である。 第１実施形態に係る磁壁移動素子の第２磁化固定層の近傍の拡大図である。 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。 ニューラルネットワークの概念図である。 第１実施形態にかかるニューロモルフィックデバイスを含むシステムを示すブロック図である。 第２実施形態に係る磁壁移動素子の断面図である。 第２実施形態に係る磁壁移動素子の第１磁化固定層の近傍の拡大図である。 第２実施形態に係る磁壁移動素子の第２磁化固定層の近傍の拡大図である。 第３実施形態に係る磁壁移動素子の断面図である。 第３実施形態に係る磁壁移動素子の第１磁化固定層の近傍の拡大図である。 第３実施形態に係る磁壁移動素子の第２磁化固定層の近傍の拡大図である。 第４実施形態に係る磁壁移動素子の断面図である。 第４実施形態に係る磁壁移動素子の第１磁化固定層の近傍の拡大図である。 第４実施形態に係る磁壁移動素子の第２磁化固定層の近傍の拡大図である。 第５実施形態に係る磁壁移動素子の断面図である。 第５実施形態に係る磁壁移動素子の第１磁化固定層の近傍の拡大図である。 第５実施形態に係る磁壁移動素子の第２磁化固定層の近傍の拡大図である。 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。 第８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、本実施形態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、本実施形態はそれらに限定されるものではなく、本実施形態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３参照）の一面と略平行な方向である。ｘ方向は、後述する第１強磁性層が延びる方向である。ｘ方向は、第１方向の一例である。以下の図では、－ｘ方向を第１方向とする。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、後述する基板から磁壁移動素子へ向かう方向である。ｚ方向は、積層方向の一例である。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ＭＡのブロック図である。磁気アレイＭＡは、集積領域１と周辺領域２とを有する。磁気アレイＭＡ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、スピンメモリスタ、磁気光学素子に利用できる。
　集積領域１は、複数の磁壁移動素子が集積された領域である。磁気アレイＭＡをメモリとして用いる場合は、集積領域１にデータが蓄積される。磁気アレイＭＡをニューロモーフィックデバイスとして用いる場合は、集積領域１で学習及び推論が行われる。
　周辺領域２は、集積領域１内の磁壁移動素子の動作を制御する制御素子が実装されている領域である。周辺領域２は、例えば、制御装置３、抵抗検出装置４、出力部５を有する。
　制御装置３は、集積領域１内の複数の磁壁移動素子の少なくとも一つにパルスを印加できるように構成されている。制御装置３は、例えば、制御部６と電源７とを有する。
　制御部６は、例えば、プロセッサとメモリとを有する。プロセッサは、例えば、ＣＰＵ（Central Processing Unit）である。プロセッサは、メモリに記憶された動作プログラムに基づいて動作する。制御部６は、例えば、パルスを印加する磁壁移動素子のアドレス、所定の磁壁移動素子に印加するパルスの大きさ（電圧、パルス長）等を制御する。制御部６は、この他、クロック、カウンタ、乱数発生器等を有してもよい。クロックは、パルスを印加するタイミングの指標となり、カウンタは、パルスを印加した回数等をカウントする。電源７は、制御部６からの指示に従い、磁壁移動素子に向かってパルスを印加する。
　抵抗検出装置４は、集積領域１内の磁壁移動素子の抵抗値を検出できるように構成されている。抵抗検出装置４は、集積領域１内の磁壁移動素子のそれぞれの抵抗を検出してもよいし、例えば同じ列に属する磁壁移動素子の抵抗の合計を検出してもよい。抵抗検出装置４は、例えは、検出した抵抗値の大きさを比較する比較器を有する。比較器は、例えば、検出した抵抗値同士を比較してもよいし、事前に設定された基準抵抗値と検出した抵抗値とを比較してもよい。
　出力部５は、抵抗検出装置４に接続されている。出力部５は、例えば、プロセッサ、出力コンデンサ、増幅器、コンバータ等を有する。磁気アレイＭＡをニューロモーフィックデバイスとして用いる場合は、出力部５は、抵抗検出装置４の検出結果を活性化関数に代入する演算を行ってもよい。演算は、例えば、プロセッサで行われる。出力部５は、演算結果を外部に出力する。磁気アレイＭＡをニューロモーフィックデバイスとして用いる場合は、例えば、演算結果を他の磁気アレイの入力信号として出力する等の動作を行ってもよいし、識別率として外部に出力する等の動作を行ってもよい。また出力部５は、演算結果を制御装置３にフィードバックしてもよい。
　図２は、第１実施形態に係る集積領域１の回路図である。集積領域１は、複数の磁壁移動素子１００と、複数の書き込み配線ＷＬと、複数の共通配線ＣＬと、複数の読出し配線ＲＬと、複数の第１スイッチＳＷ１と、複数の第２スイッチＳＷ２と、を備える。第３スイッチＳＷ３は、例えば、周辺領域２の制御装置３に属してもよい。
　複数の磁壁移動素子１００は、例えば、行列状に配列する。複数の磁壁移動素子１００は、実物の素子が行列状に配列するものに限られず、回路図において行列に配列するものでもよい。
　書き込み配線ＷＬのそれぞれは、データの書き込み時に用いられる。書き込み配線ＷＬはそれぞれ、制御装置３と１つ以上の磁壁移動素子１００とを電気的に接続する。共通配線ＣＬのそれぞれは、データの書き込み時及び読み出し時の両方に用いる。共通配線ＣＬのそれぞれは、例えば、抵抗検出装置４に接続されている。共通配線ＣＬ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。読出し配線ＲＬのそれぞれは、データの読出し時に用いられる。読出し配線ＲＬはそれぞれ、制御装置３と１つ以上の磁壁移動素子１００とを電気的に接続する。
　第１スイッチＳＷ１、第２スイッチＳＷ２及び第３スイッチＳＷ３は、電流の流れを制御する素子である。第１スイッチＳＷ１、第２スイッチＳＷ２及び第３スイッチＳＷ３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ＳＷ１、第２スイッチＳＷ２は、例えば、それぞれの磁壁移動素子１００に一つずつ接続されている。第１スイッチＳＷ１は、例えば、磁壁移動素子１００と書き込み配線ＷＬとの間に接続されている。第２スイッチＳＷ２は、例えば、磁壁移動素子１００と共通配線ＣＬとの間に接続されている。第３スイッチＳＷ３は、例えば、複数の磁壁移動素子１００に亘って接続されている。第３スイッチＳＷ３は、例えば、読出し配線ＲＬに接続されている。
　第１スイッチＳＷ１、第２スイッチＳＷ２及び第３スイッチＳＷ３の位置関係は、図２に示す場合に限られない。例えば、第１スイッチＳＷ１は、複数の磁壁移動素子１００に亘って接続され、書き込み配線ＷＬの上流に位置してもよい。また例えば、第２スイッチＳＷ２は、複数の磁壁移動素子１００に亘って接続され、共通配線ＣＬの上流に位置してもよい。また例えば、第３スイッチＳＷ３は、それぞれの磁壁移動素子１００に一つずつ接続されていてもよい。
　図３は、第１実施形態に係る集積領域１の磁壁移動素子１００の近傍の断面図である。図３は、図２における一つの磁壁移動素子１００を第１強磁性層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３に示す第１スイッチＳＷ１及び第２スイッチ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、いずれも半導体の活性領域である。図３は一例を示しただけであり、ソースＳとドレインＤの位置関係は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ＳＷ３は、読出し配線ＲＬと電気的に接続され、例えば、図３においてｙ方向にずれた位置にある。
　トランジスタＴｒ、書き込み配線ＷＬ、共通配線ＣＬ、読出し配線ＲＬ及び磁壁移動素子１００の間は、ｚ方向に延びるビア配線Ｖｗ又はｘｙ面内のいずれかの方向に延びる面内配線ＩＰｗで接続されている。ビア配線Ｖｗ及び面内配線ＩＰｗは、導電性を有する材料を含む。ｚ方向の異なる階層間は、ビア配線Ｖｗを除いて、絶縁層９０が形成されている。
　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、ビア配線Ｖｗ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４は、磁壁移動素子１００を第１強磁性層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。図に示す矢印は、強磁性体の磁化の配向方向の一例である。図５は、磁壁移動素子１００をｚ方向から見た平面図である。
　磁壁移動素子１００は、例えば、第１強磁性層１０と非磁性層２０と第２強磁性層３０と第１磁化固定層４０と第２磁化固定層５０と第１電極６０と第２電極７０と第３電極８０とを備える。集積領域１に含まれる複数の磁壁移動素子のうち少なくとも一つは、図４及び図５に示す磁壁移動素子１００である。
　第１強磁性層１０は、ｘ方向に延びる。第１強磁性層１０は、ｚ方向から見ると、ｘ方向の長さがｙ方向の長さより長い。第１強磁性層１０は、内部に２つの磁区を有し、２つの磁区の境界に磁壁ＤＷを有する。第１強磁性層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。第１強磁性層１０は、アナログ層、磁気記録層、磁壁移動層とも呼ばれる。
　第１強磁性層１０は、第１磁化領域Ａ１と第２磁化領域Ａ２と第３磁化領域Ａ３を有する。
　第１磁化領域Ａ１は、磁化ＭＡ１の配向方向が一方向に固定された領域である。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磁化領域Ａ１は、例えば、第１強磁性層１０のうちｚ方向からみて第１磁化固定層４０と重なる領域である。第１磁化領域Ａ１の磁化ＭＡ１は、例えば、第１磁化固定層４０の磁化Ｍ４０によって固定されている。
　第２磁化領域Ａ２は、磁化ＭＡ２の配向方向が一方向に固定された領域である。第２磁化領域Ａ２の磁化ＭＡ２の配向方向は、第１磁化領域Ａ１の磁化ＭＡ１の配向方向と異なる。第２磁化領域Ａ２の磁化ＭＡ２の配向方向は、例えば、第１磁化領域Ａ１の磁化ＭＡ１の配向方向と反対である。第２磁化領域Ａ２は、例えば、第１強磁性層１０のうちｚ方向からみて第２磁化固定層５０と重なる領域である。第２磁化領域Ａ２の磁化ＭＡ２は、例えば、第２磁化固定層５０の磁化Ｍ５０によって固定されている。
　第３磁化領域Ａ３は、第１強磁性層１０の第１磁化領域Ａ１及び第２磁化領域Ａ２以外の領域である。第３磁化領域Ａ３は、例えば、ｘ方向に第１磁化領域Ａ１と第２磁化領域Ａ２とに挟まれる領域である。
　第３磁化領域Ａ３は、磁化の向きが変化し、磁壁ＤＷが移動できる領域である。第３磁化領域Ａ３は、磁壁移動可能領域と称される。第３磁化領域Ａ３は、第１磁区Ａ３１と第２磁区Ａ３２とを有する。第１磁区Ａ３１と第２磁区Ａ３２とは、磁化の配向方向が反対である。第１磁区Ａ３１と第２磁区Ａ３２との境界が磁壁ＤＷである。第１磁区Ａ３１の磁化ＭＡ３１は、例えば、第１磁化領域Ａ１の磁化ＭＡ１と同じ方向に配向する。第２磁区Ａ３２の磁化ＭＡ３２は、例えば、隣接する第２磁化領域Ａ２の磁化ＭＡ２と同じ方向に配向する。磁壁ＤＷは、原則、第３磁化領域Ａ３内を移動し、第１磁化領域Ａ１及び第２磁化領域Ａ２には侵入しない。
　第３磁化領域Ａ３内における第１磁区Ａ３１と第２磁区Ａ３２との体積の比率が変化すると、磁壁ＤＷが移動する。磁壁ＤＷは、第３磁化領域Ａ３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磁化領域Ａ３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ＤＷは－ｘ方向に移動する。第１磁区Ａ３１から第２磁区Ａ３２に向って電流が流れる場合、第２磁区Ａ３２でスピン偏極した電子は、第１磁区Ａ３１の磁化ＭＡ３１を磁化反転させる。第１磁区Ａ３１の磁化ＭＡ３１が反転することで、磁壁ＤＷは＋ｘ方向に移動する。
　第１強磁性層１０は、磁性体により構成される。第１強磁性層１０は、強磁性体、フェリ磁性体、又はこれらと電流により磁気状態を変化させることが可能な反強磁性体との組み合わせでもよい。第１強磁性層１０は、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を有することが好ましい。
　第１強磁性層１０に用いられる材料として、例えば、ＣｏとＮｉの積層膜、ＣｏとＰｔの積層膜、ＣｏとＰｄの積層膜、ＣｏｘＦｅ１－ｘＢ（０≦ｘ≦１）と後述する非磁性層２０と同様の材料との積層膜、ＭｎＧａ系材料、ＧｄＣｏ系材料、ＴｂＣｏ系材料が挙げられる。ＭｎＧａ系材料、ＧｄＣｏ系材料、ＴｂＣｏ系材料等のフェリ磁性体は飽和磁化が小さく、磁壁ＤＷ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ＤＷ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。第１強磁性層１０には、後述する第２強磁性層３０と同様の材料を適用することもできる。２種以上の積層膜、材料を適用する事もできる。
　非磁性層２０は、第１強磁性層１０と第２強磁性層３０とに挟まれる。非磁性層２０は、第１強磁性層１０と第２強磁性層３０との間の磁気的な結合を阻害する。非磁性層２０は、第２強磁性層３０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。非磁性層２０は、例えば、非磁性の絶縁体であることが好ましい。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、Ｇａ、Ｔｉ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。非磁性の絶縁体は、例えば、Ｍｇ又はＡｌを含む酸化物である。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。
　第２強磁性層３０は、第１強磁性層１０と共に、非磁性層２０を挟む。第２強磁性層３０は、少なくとも一部が第３磁化領域Ａ３とｚ方向に重なる位置にある。第２強磁性層３０は、例えば、第１強磁性層１０より基板Ｓｕｂの近くにある。
　第２強磁性層３０の磁化Ｍ３０は、第１強磁性層１０の第３磁化領域Ａ３の磁化より反転しにくい。第２強磁性層３０の磁化Ｍ３０は、第３磁化領域Ａ３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。第２強磁性層３０は、固定層、参照層と言われる場合もある。
　第２強磁性層３０は、強磁性体を含む。第２強磁性層３０は、例えば、第１強磁性層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。第２強磁性層３０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。第２強磁性層３０は、例えば、Ｃｏ－Ｆｅ、Ｃｏ－Ｆｅ－Ｂ、Ｎｉ－Ｆｅである。また、第２強磁性層３０の一部に、ＣｏとＮｉの積層膜、ＣｏとＰｔの積層膜、ＣｏとＰｄの積層膜を用いても良い。
　第２強磁性層３０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。
　第２強磁性層３０は、複数の層を有し、シンセティック反強磁性構造（ＳＡＦ構造）でもよい。シンセティック反強磁性構造は、非磁性のスペーサ層を挟む二つの磁性層からなる。磁性層は、例えば、強磁性体を含み、ＩｒＭｎ、ＰｔＭｎ等の反強磁性体を含んでもよい。スペーサ層は、例えば、Ｒｕ、Ｉｒ、Ｒｈからなる群から選択される少なくとも一つを含む。
　第２強磁性層３０及び非磁性層２０のそれぞれは、例えば、ｘ方向において、第３磁化領域Ａ３より長い。非磁性層２０を挟んで第２強磁性層３０と第３磁化領域Ａ３とが向き合う部分が、磁壁移動素子１００の抵抗変化を担う。第２強磁性層３０及び非磁性層２０のｘ方向の長さが第３領域のｘ方向の長さより長いと、磁壁移動素子１００の抵抗変化幅をより多値に区分しやすくなる。
　第２強磁性層３０は、例えば、ｘ方向において、第１強磁性層１０より長い。ｚ方向から見て第２強磁性層３０が第１強磁性層１０の全体と重畳すると、第１強磁性層１０の放熱性が向上する。その結果、第１磁化領域Ａ１の磁化及び第２磁化領域Ａ２の磁化の安定性が高まり、磁壁移動素子１００のデータの信頼性が高まる。
　第１磁化固定層４０は、第１強磁性層１０に接続されている。第１磁化固定層４０は、第１磁化固定部の一例である。第１磁化固定層４０は、第１強磁性層１０の第１磁化領域Ａ１に接続されている。第１磁化固定層４０の磁化Ｍ４０は第１磁化領域Ａ１の磁化を固定する。
　第１磁化固定層４０は、例えば、強磁性体である。第１磁化固定層４０は、例えば、第１強磁性層１０又は第２強磁性層３０と同様の材料を適用できる。第１磁化固定層４０は、複数の層を有してもよい。例えば、第１磁化固定層４０は、複数の層の積層構造でもよく、製造時のマスク層、キャップ層等を含んでもよい。
　第１磁化固定層４０は、複数の層を有し、シンセティック反強磁性構造（ＳＡＦ構造）でもよい。シンセティック反強磁性構造は、非磁性のスペーサ層を挟む二つの磁性層からなる。磁性層は、例えば、強磁性体を含み、ＩｒＭｎ、ＰｔＭｎ等の反強磁性体を含んでもよい。スペーサ層は、例えば、Ｒｕ、Ｉｒ、Ｒｈからなる群から選択される少なくとも一つを含む。
　また第１磁化固定層４０は、強磁性体に限られない。第１磁化固定層４０が強磁性体ではない場合は、第１磁化固定層４０と重なる領域で第１強磁性層１０を流れる電流の電流密度が急激に変化することで、磁壁ＤＷの移動が制限され、第１磁化領域Ａ１の磁化が固定される。
　第２磁化固定層５０は、第１磁化固定層４０とｘ方向に離間した位置で、第１強磁性層１０に接続されている。第２磁化固定層５０は、第２磁化固定部の一例である。第２磁化固定層５０は、第１強磁性層１０の第２磁化領域Ａ２に接続されている。第２磁化固定層５０の磁化Ｍ５０は第２磁化領域Ａ２の磁化を固定する。
　第２磁化固定層５０は、第１磁化固定層４０と同様の材料を用いることができる。第２磁化固定層５０は、シンセティック反強磁性構造（ＳＡＦ構造）でもよい。第２磁化固定層５０は、複数の層を有してもよい。例えば、第２磁化固定層５０は、複数の層の積層構造でもよく、製造時のマスク層、キャップ層等を含んでもよい。
　第１磁化固定層４０の膜厚と第２磁化固定層５０の膜厚とは、同じでも、異なってもよい。例えば、第１磁化固定層４０の膜厚は、第２磁化固定層５０の膜厚より厚い。第１磁化固定層４０の膜厚と第２磁化固定層５０の膜厚とが異なると、第１磁化固定層４０と第２磁化固定層５０の保磁力に差が生じやすい。第１磁化固定層４０と第２磁化固定層５０との間に保磁力差があると、製造時点で、第１磁化固定層４０の磁化Ｍ４０の配向方向と第２磁化固定層５０の磁化Ｍ５０の配向方向とを異なる方向に設定しやすくなる。
　また第２磁化固定層５０は、第１層５５と第２層５６とを有してもよい。すなわち、第２磁化固定層５０は、２層構造でもよい。第１層５５は、第２層５６より第１強磁性層１０の近くにある。第１層５５と第２層５６とは、異なる材料からなる。第１層５５は、例えば、第１磁化固定層４０と同様の材料を含む。第２層５６は、後述するマスク層９５の一部が残存したものである。第２層５６は、例えば、Ａｌ、Ｃｕ、Ｔａ、Ｔｉ、Ｚｒ、ＮｉＣｒ、窒化物（例えばＴｉＮ、ＴａＮ、ＳｉＮ）、酸化物（例えばＳｉＯ２）である。
　第１層５５と第２層５６との境界面の位置は、任意である。例えば、第１層５５と第２層５６との境界面のｚ方向の位置は、第１磁化固定層４０の上面（第２面４２）のｚ方向の位置と同じでもよい。
　ここで、第１磁化固定層４０と第２磁化固定層５０の位置関係は、図４に示す例に限られない。第１磁化固定層４０と第２磁化固定層５０の位置関係は反対でもよく、第１磁化固定層４０が第２磁化固定層５０の＋ｘ方向の位置にあってもよい。
　第１電極６０は、第１磁化固定層４０に接続されている。第１電極６０は、第１磁化固定層４０と直接接してもよいし、層を挟んで間接的に接続してもよい。第１電極６０は、例えば、磁壁移動素子１００に書き込み電流を印加する際に用いられる書き込み電極である。書き込み電流は、第１電極６０と第２電極７０との間に流れる。第１電極６０は、導電性を有する材料を含む。
　第２電極７０は、第２磁化固定層５０に接続されている。第２電極７０は、第２磁化固定層５０と直接接してもよいし、層を挟んで間接的に接続してもよい。第２電極７０は、磁壁移動素子１００に書き込み電流を印加する際、及び、磁壁移動素子１００に読出し電流を印加する際に用いられる共通電極である。第２電極７０は、導電性を有する材料を含む。
　第３電極８０は、第２強磁性層３０に接続されている。第３電極８０は、第２強磁性層３０と直接接してもよいし、層を挟んで間接的に接続してもよい。第３電極８０は、磁壁移動素子１００に読出し電流を印加する際に用いられる読み出し電極である。第３電極８０は、導電性を有する材料を含む。
　第１電極６０のｘ方向の中心Ｃ１は、第１磁化固定層４０のｘ方向の中心Ｃ２より第１強磁性層１０のｘ方向の中心Ｃ３から離れた位置にある。中心Ｃ１、Ｃ２、Ｃ３のそれぞれを通るｙｚ面をそれぞれ仮想面Ｐ１、Ｐ２、Ｐ３とすると、ｘ方向において、仮想面Ｐ１は、仮想面Ｐ２より仮想面Ｐ３から離れた位置にある。
　同様に、第２電極７０のｘ方向の中心Ｃ４は、第２磁化固定層５０のｘ方向の中心Ｃ５より第１強磁性層１０のｘ方向の中心Ｃ３から離れた位置にある。中心Ｃ１、Ｃ４、Ｃ５のそれぞれを通るｙｚ面をそれぞれ仮想面Ｐ１、Ｐ４、Ｐ５とすると、ｘ方向において、仮想面Ｐ４は、仮想面Ｐ５より仮想面Ｐ３から離れた位置にある。
　図５に示す例では、第１磁化固定層４０、第２磁化固定層５０、第１電極６０、第２電極７０のｙ方向の中心Ｃ１、Ｃ２、Ｃ４、Ｃ５は、y方向の同じ位置にあり、同一の仮想面Ｐ６上にある。
　図６は、第１実施形態に係る磁壁移動素子１００の第１磁化固定層４０の近傍の拡大図である。第１磁化固定層４０は、第１面４１と第２面４２と第１側面４３と第２側面４４とを有する。
　第１面４１は、第１強磁性層１０側の面であり、第１強磁性層１０と直接または間接的に接する面である。第２面４２は、第１面４１と対向する面である。第１側面４３は、磁壁移動素子１００の外側に位置する側面である。第２側面４４は、第２磁化固定層５０側に位置する側面である。
　第２面４２は、第１電極６０と接する接続面４２１と、第１電極６０と接しない非接続面４２２と、を有する。すなわち、第２面４２の少なくとも一部は、第１電極６０と接していない。
　第１側面４３は、例えば、第１電極６０の第１側面６３より磁壁移動素子１００の内側にあってもよい。すなわち、第１側面４３は、第１側面６３より仮想面Ｐ３の近くにあってもよい。第１側面６３は、第１電極６０の磁壁移動素子１００の外側に位置する側面であり、第２側面６４は、第１電極６０の第２磁化固定層５０側に位置する側面である。
　また第２側面４４は、例えば、第１電極６０の第２側面６４より磁壁移動素子１００の内側にある。すなわち、第２側面４４は、第２側面６４より仮想面Ｐ３の近くにあってもよい。この場合、第１電極６０は、第１強磁性層１０の第３磁化領域Ａ３とｚ方向に重ならない。
　図７は、第１実施形態に係る磁壁移動素子１００の第２磁化固定層５０の近傍の拡大図である。第２磁化固定層５０は、第１面５１と第２面５２と第１側面５３と第２側面５４とを有する。
　第１面５１は、第１強磁性層１０側の面であり、第１強磁性層１０と直接または間接的に接する面である。第２面５２は、第１面５１と対向する面である。第１側面５３は、磁壁移動素子１００の外側に位置する側面である。第２側面５４は、第１磁化固定層４０側に位置する側面である。
　第２面５２は、第２電極７０と接する接続面５２１と、第２電極７０と接しない非接続面５２２と、を有する。すなわち、第２面５２の少なくとも一部は、第２電極７０と接していない。
　第１側面５３は、例えば、第２電極７０の第１側面７３より磁壁移動素子１００の内側にあってもよい。すなわち、第１側面５３は、第１側面７３より仮想面Ｐ３の近くにあってもよい。第１側面７３は、第２電極７０の磁壁移動素子１００の外側に位置する側面であり、第２側面７４は、第２電極７０の第１磁化固定層４０側に位置する側面である。
　また第２側面５４は、例えば、第２電極７０の第２側面７４より磁壁移動素子１００の内側にある。すなわち、第２側面５４は、第２側面７４より仮想面Ｐ３の近くにあってもよい。この場合、第２電極７０は、第１強磁性層１０の第３磁化領域Ａ３とｚ方向に重ならない。
　磁壁移動素子１００は、上記の構成以外の層を有してもよい。例えば、第２強磁性層３０の非磁性層２０と反対側の面に、スペーサ層を介して、磁性層を設けてもよい。第２強磁性層３０、スペーサ層、磁性層は、シンセティック反強磁性構造（ＳＡＦ構造）となる。また、磁性層のスペーサ層と反対側の面に、下地層を設けてもよい。
　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。図８～図１２は、第１実施形態に係る磁壁移動素子１００の製造方法を説明するための断面図である。
　まず第１工程として、図８に示すように、第３電極８０を含む絶縁層９０上に、強磁性層９１、非磁性層９２、強磁性層９３、強磁性層９４を順に積層する。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。
　次いで、図９に示すように、積層した積層体を、第１強磁性層１０、非磁性層２０及び第２強磁性層３０の外形に合わせて加工する。積層体の加工は、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。強磁性層９１は第２強磁性層３０となり、非磁性層９２は非磁性層２０となり、強磁性層９３は第１強磁性層１０となり、強磁性層９４は強磁性層９４Ａとなる。そして強磁性層９４Ａの所定の位置にマスク層９５を形成する。マスク層９５は、例えば、Ａｌ、Ｃｕ、Ｔａ、Ｔｉ、Ｚｒ、ＮｉＣｒ、窒化物（例えばＴｉＮ、ＴａＮ、ＳｉＮ）、酸化物（例えばＳｉＯ２）である。
　次いで、第２工程として、図１０に示すように、マスク層９５をマスクとして、強磁性層９４Ａを加工する。強磁性層９４Ａは、２つの離間した強磁性層９４Ｂと強磁性層９４Ｃとなる。
　次いで、強磁性層９４Ｃが露出するまで、強磁性層９４Ｃ上のマスク層９５をエッチングする。この際、強磁性層９４Ｃの一部もエッチングされてもよい。エッチングされた強磁性層９４Ｃは、第１磁化固定層４０となる。強磁性層９４Ｂとマスク層９５のそれぞれは、第１層５５と第２層５６とからなる第２磁化固定層５０となる。そして、図１１に示すように、第１磁化固定層４０及び第２磁化固定層５０を埋めるように、絶縁層９０を形成する。そして、絶縁層９０上に、開口Ｈ１，Ｈ２が形成されたレジスト９６を形成する。
　次いで、第３工程及び第４工程として第１電極６０及び第２電極７０を作製する。第１電極６０及び第２電極７０は、図１２に示すように、開口Ｈ３、Ｈ４を導体で充填することで得られる。
　まず図１２に示すように、レジスト９６の開口Ｈ１，Ｈ２を利用して、絶縁層９０に開口Ｈ３，Ｈ４を形成する。開口Ｈ３は、第１条件および第２条件を満たすように形成する。第１条件は、ｘ方向において、第１電極６０の中心を第１磁化固定層４０の中心より外側に配置するという条件である。また第２条件は、第１磁化固定層４０の第２面４２の少なくとも一部が第１電極６０と接しないという条件である。
　例えば、開口Ｈ３は、開口Ｈ３のｘ方向の中心Ｃ１’が、第１磁化固定層４０のｘ方向の中心Ｃ２より第１強磁性層１０のｘ方向の中心Ｃ３から離れた位置となるように形成する。開口Ｈ４は、開口Ｈ４のｘ方向の中心Ｃ４’が、第２磁化固定層５０のｘ方向の中心Ｃ４より第１強磁性層１０のｘ方向の中心Ｃ３から離れた位置となるように形成する。開口Ｈ３，Ｈ４を形成後に、レジスト９６は除去される。
　中心Ｃ１’が中心Ｃ２より外側に位置すると、第１強磁性層１０の第３磁化領域Ａ３と開口Ｈ３とがｚ方向に重なる部分を小さくできる。開口Ｈ３と第１強磁性層１０とがｚ方向に重なる場合、開口Ｈ３と第１強磁性層１０との間にある絶縁層９０の厚さｈは、他の部分の絶縁層９０の厚さより薄い。開口Ｈ３と第１強磁性層１０とがｚ方向に重なる場合、開口Ｈ３を加工する際のエネルギーが、この厚さｈの絶縁層９０に加わる。厚さｈの厚みが薄い場合、そのエネルギーの一部は第１強磁性層１０に加わり、第１強磁性層１０の磁化安定性を乱す。また厚さｈが薄い場合、開口Ｈ３の一部が第１強磁性層１０に至る場合もある。開口Ｈ３が第１強磁性層１０に至ると、第１電極６０と第１強磁性層１０とが短絡する。第１電極６０と第１強磁性層１０とが短絡しても、磁壁ＤＷは動作する。しかしながら、第１磁化固定層４０を通らない電流成分は、磁壁ＤＷを動かすことができないので、磁壁移動素子１００の動作効率が低下する。中心Ｃ１’が中心Ｃ２より外側に位置すると、開口Ｈ３が形成される位置がずれ、絶縁層９０の厚みが薄くなる部分を減らすことができる。
　同様に、中心Ｃ４’が中心Ｃ５より外側に位置すると、第１強磁性層１０の第３領域と開口Ｈ４とがｚ方向に重なる部分を小さくできる。開口Ｈ４と第１強磁性層１０とがｚ方向に重なる場合、開口Ｈ４と第１強磁性層１０との間にある厚さｈ’の絶縁層９０に、開口Ｈ４を加工する際のエネルギーが加わる。厚さｈ’の厚みが薄い場合、そのエネルギーの一部は第１強磁性層１０に加わり、第１強磁性層１０の磁化安定性を乱す。また厚さｈ’が薄い場合、開口Ｈ４の一部が第１強磁性層１０に至る場合もある。開口Ｈ４が第１強磁性層１０に至ると、第２電極７０と第１強磁性層１０とが短絡し、磁壁ＤＷの動作効率が低下する。中心Ｃ４’が中心Ｃ５より外側に位置すると、開口Ｈ４が形成される位置がずれ、絶縁層９０の厚みが薄くなる部分を減らすことができる。
　次いで、開口Ｈ３及び開口Ｈ４を導電体で充填する。開口Ｈ３に充填された導電体は第１電極６０となり、開口Ｈ４に充填された導電体は第２電極７０となる。第１電極６０は、第１条件及び第２条件を満たす。
　次いで、磁気アレイＭＡへの信号の書き込み動作及び磁気アレイＭＡからの信号の読出し動作を説明する。
　まず磁気アレイＭＡへの信号の書き込み動作について説明する。書き込み動作は、例えば、制御部６に格納された動作プログラムをプロセッサが実行することで行われる。
　まず制御装置３は、動作プログラムに従い、パルスを印加する磁壁移動素子１００を選択する。磁気アレイＭＡを磁気メモリとして用いる場合、パルスを印加する磁壁移動素子１００は、データを記憶させる素子である。磁気アレイＭＡをニューラルネットワークとして用いる場合、パルスを印加する磁壁移動素子１００は、学習に応じて重みを変化させる素子である。
　複数の磁壁移動素子１００のうち何れの磁壁移動素子１００に対してパルスを印加するかは、制御部６が制御する。制御部６は、パルスを印加する磁壁移動素子１００に接続された第１スイッチＳＷ１及び第２スイッチＳＷ２をＯＮにし、第３スイッチＳＷ３をＯＦＦにする。またパルスを印加しない磁壁移動素子１００に接続された第１スイッチＳＷ１及び第２スイッチＳＷ２の少なくともいずれか一方をＯＦＦにする。
　そして、制御装置３は、動作プログラムに従い、磁壁移動素子１００に向かって書き込みパルスを出力する。書き込みパルスは、磁壁移動素子１００の第１強磁性層１０に沿って、第１磁化固定層４０と第２磁化固定層５０との間に印加される。書き込みパルスは、矩形波でも、スパイク波でも、その他の波形の波でもよい。書き込みパルスの回数、大きさ等を変えることで、磁壁ＤＷの位置が変化し、特定の磁壁移動素子１００に信号が書き込まれる。
　次いで、磁気アレイＭＡからの信号の読出し動作について説明する。読出し動作は、例えば、制御部６に格納された動作プログラムをプロセッサが実行することで行われる。
　まず制御装置３は、動作プログラムに従い、読出しパルスを印加する磁壁移動素子１００を選択する。磁気アレイＭＡを磁気メモリとして用いる場合、読出しパルスを印加する磁壁移動素子１００は、データを読み出す素子である。磁気アレイＭＡをニューラルネットワークとして用いる場合、所定の磁壁移動素子１００への読出しパルスの印加は、入力と重みとの積演算に対応する。すなわち、磁気アレイＭＡをニューラルネットワークとして用いる場合、読出し動作は、ニューラルネットワークの識別演算である。
　複数の磁壁移動素子１００のうち何れの磁壁移動素子１００に対してパルスを印加するかは、制御部６が制御する。制御部６は、パルスを印加する磁壁移動素子１００に接続された第３スイッチＳＷ３及び第２スイッチＳＷ２をＯＮにし、第１スイッチＳＷ１をＯＦＦにする。またパルスを印加しない磁壁移動素子１００に接続された第３スイッチＳＷ３及び第２スイッチＳＷ２の少なくともいずれか一方をＯＦＦにする。
　次いで、制御装置３は、動作プログラムに従い、所定の磁壁移動素子１００に読出しパルスを印加する。読出しパルスは、例えば、第３配線Ｗ３と第１磁化固定層４０との間に印加される。読出しパルスの電圧は、第１強磁性層１０の磁壁ＤＷを動かすのに必要な臨界電流密度未満の電流密度が得られる電圧である。すなわち、読出しパルスは、磁壁ＤＷを動かさない。
　抵抗検出装置４は、読出しパルスが印加された磁壁移動素子１００の抵抗値を検出する。出力部５は、例えば、演算結果を外部に出力する。このような手順で、特定の磁壁移動素子１００から信号を読み出すことができる。
　本実施形態に係る磁壁移動素子１００によれば、開口Ｈ３又は開口Ｈ４（図１２）と第１強磁性層１０との間に、絶縁層９０の厚みが薄い領域が形成される範囲を狭くできる。そのため、開口Ｈ３及び開口Ｈ４を形成する際に、第１強磁性層１０に加わる加工ダメージを低減できる。第１強磁性層１０に加わる加工ダメージは、磁壁ＤＷの安定動作を阻害し、磁壁移動素子１００の信頼性の低下の一因となる。したがって、本実施形態に係る磁壁移動素子１００は、動作安定性に優れ、信頼性が高い。
　また磁壁移動素子１００への書き込み電流は、例えば、第１電極６０、第１磁化固定層４０、第１強磁性層１０、第２磁化固定層５０、第２電極７０の順に流れる。第１電極６０及び第２電極７０において、書き込み電流は、ｚ方向に流れる。このｚ方向に流れる書き込み電流は、その周囲に磁場を生み出す。第１電極６０の中心Ｃ１が、第１磁化固定層４０の中心Ｃ２より外側に位置する場合、中心Ｃ１と中心Ｃ２のｘ方向の位置が一致する場合と比較して、第１電極６０と磁壁ＤＷが動く第１強磁性層１０の第３磁化領域Ａ３との距離が長くなる。そのため、第１電極６０を流れる書き込み電流によって生じる磁場が、磁壁ＤＷに及ぼす影響を小さくできる。同様に、第２電極７０の中心Ｃ４が、第２磁化固定層５０の中心Ｃ５より外側に位置する場合、第２電極７０を流れる書き込み電流によって生じる磁場が、磁壁ＤＷに及ぼす影響を小さくできる。その結果、本実施形態に係る磁壁移動素子１００は、動作安定性に優れる。
　第１実施形態に係る磁壁移動素子１００は、例えば、磁気メモリ、ニューロモーフィックデバイスに用いることができる。
　磁気メモリの場合、磁壁移動素子１００のそれぞれは、データを記憶する素子として機能する。磁壁移動素子１００の磁壁ＤＷの位置で、磁壁移動素子１００の抵抗が変化し、この抵抗値がデータが記憶される。
　ニューロモルフィックデバイスの場合、磁壁移動素子１００のそれぞれは、積演算素子として機能する。磁壁移動素子の磁壁ＤＷの位置で、磁壁移動素子１００の抵抗が変化し、この抵抗値が重みを表す。
　ニューロモーフィックデバイスは、人間の脳におけるニューロンとシナプスとの関係を人工的に模倣した装置である。ニューロモーフィックデバイスは、ニューラルネットワークの演算を行うことができる。
　図１３は、ニューラルネットワークＮＮの模式図である。ニューラルネットワークＮＮは、入力層Ｌｉｎと中間層Ｌｍと出力層Ｌｏｕｔとを有する。図１３では中間層Ｌｍが３層の例を提示しているが、中間層Ｌｍの数は問わない。入力層Ｌｉｎと中間層Ｌｍと出力層Ｌｏｕｔのそれぞれは複数のチップＣを有し、それぞれのチップＣは脳におけるニューロンに対応する。入力層Ｌｉｎと中間層Ｌｍと出力層Ｌｏｕｔとのそれぞれは、伝達手段で接続されている。伝達手段は、脳におけるシナプスに対応する。図１３に示したチップＣ及び伝達手段の数は一例である。
　ニューラルネットワークＮＮは、伝達手段（シナプス）が学習することで、問題の正答率を高める。学習は将来使えそうな知識を情報から見つけることである。ニューラルネットワークＮＮは、伝達手段の重みを変えながら動作することで、学習する。伝達手段は、入力された信号に重みをかける積演算と、積演算された結果を足す和演算を行う。すなわち、伝達手段は、積和演算を行う。この積演算を本実施形態に係る磁壁移動素子１００は担う。
　図１４は、第１実施形態にかかるニューロモルフィックデバイス２００を含むシステム３００を示すブロック図である。システム３００は、複数のセンサー２０１とニューロモルフィックデバイス２００と通信部２０２とを有する。
　複数のセンサー２０１のそれぞれは、用途に合わせて任意のセンサーを用いることができる。例えば、温度センサー、湿度センサー、速度センサー、圧力センサー、加速度センサー等を複数のセンサー２０１として用いることができる。これらのセンサーからの信号は、例えば、ニューラルネットワークＮＮにおける入力層Ｌｉｎに入力される信号に対応する。
　ニューロモルフィックデバイス２００は、例えば、複数の集積領域１を有する。集積領域１のそれぞれでは積和演算を行う。集積領域１のそれぞれは、ニューラルネットワークＮＮの各階層から次の階層に至る演算を行う。集積領域１のそれぞれは、別々の制御装置３を有してもよいし、制御装置３を共有してもよい。
　磁壁移動素子１００は、磁壁ＤＷの位置によってコンダクタンス（又は抵抗）が変化する。磁壁移動素子１００のコンダクタンス（又は抵抗）は、ニューラルネットワークＮＮにおける伝達手段の重みに対応する。磁壁移動素子１００は、コンダクタンス（又は抵抗）が入力に対して線形的に変化する。例えば、複数のセンサー２０１のうち特定のセンサー２０１の情報（例えば、温度）が重要な場合は、ニューロモルフィックデバイス２００が学習する際に、そのセンサー２０１からの信号の伝搬を担う磁壁移動素子１００のコンダクタンス（重み）を大きくする。
　磁壁移動素子１００は、入力される電圧と磁壁移動素子１００自身のコンダクタンス（又は抵抗）の積を信号として出力するため、積演算素子として機能する。磁気アレイＭＡは、複数の磁壁移動素子１００からの出力を合成するため、積和演算器として機能する。複数の磁壁移動素子１００による積和演算は、制御装置３で制御される。
　ニューロモルフィックデバイス２００は、学習と推論を行う。磁壁移動素子１００のコンダクタンス（伝達手段の重みに対応）は、学習時に調整される。推論は、設定された磁壁移動素子１００のコンダクタンス（伝達手段の重みに対応）を用いて行われる。
　システム３００に用いられるニューロモルフィックデバイス２００は、学習と推論を両方行うことができるものでもよいし、推論のみを行うものでもよい。推論のみを行う場合は、タスクに合わせた学習を事前に行い、そのタスクに合わせた重みをニューロモルフィックデバイス２００の磁壁移動素子１００にインストールする。例えば、事前学習で求められた伝達手段の重みに対応するように、それぞれの磁壁移動素子１００のコンダクタンスを調整する。ニューロモルフィックデバイス２００が推論のみを行うものであれば、エッジデバイスでの計算負荷を低減できる。
　通信部２０２は、ニューロモルフィックデバイス２００での演算結果を外部に出力する。例えば、ニューロモルフィックデバイス２００で求められた所定のタスクに対する推論結果が、通信部２０２に入力され、通信部２０２はその情報を外部に出力する。通信部２０２は、有線でも無線でもよい。
　本実施形態に係る磁壁移動素子１００は動作安定性に優れるため、システム３００の信頼性が高い。
［第２実施形態］
　図１５は、第２実施形態に係る磁壁移動素子１０１の断面図である。図１５は、磁壁移動素子１０１を第１強磁性層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。磁壁移動素子１０１は、磁壁移動素子１００と置き換えることができる。磁壁移動素子１０１において、磁壁移動素子１００と同様の構成には、同様の符号を付し説明を省く。
　磁壁移動素子１０１は、第１強磁性層１０と非磁性層２０と第２強磁性層３０と第１磁化固定層４０Ａと第２磁化固定層５０Ａと第１電極６０Ａと第２電極７０Ａとを有する。第１磁化固定層４０Ａ、第２磁化固定層５０Ａ、第１電極６０Ａ、第２電極７０Ａのそれぞれは、形状又は他の層との接続状態が異なる点が第１磁化固定層４０、第２磁化固定層５０、第１電極６０、第２電極７０と異なり、その他の構成は同様である。
　第１電極６０Ａのｘ方向の中心Ｃ１は、第１磁化固定層４０Ａのｘ方向の中心Ｃ２より第１強磁性層１０のｘ方向の中心Ｃ３から離れた位置にある。第２電極７０Ａのｘ方向の中心Ｃ４は、第２磁化固定層５０Ａのｘ方向の中心Ｃ５より第１強磁性層１０のｘ方向の中心Ｃ３から離れた位置にある。
　図１６は、第２実施形態に係る磁壁移動素子１０１の第１磁化固定層４０Ａの近傍の拡大図である。第１磁化固定層４０Ａは、第１面４１と第２面４２Ａと第１側面４３Ａと第２側面４４とを有する。
　第２面４２Ａは、第１面４１と対向する面である。第２面４２Ａは、第１電極６０Ａと接する接続面４２３と、第１電極６０Ａと接しない非接続面４２４と、を有する。すなわち、第２面４２Ａの少なくとも一部は、第１電極６０Ａと接していない。
　接続面４２３は、非接続面４２４より第１強磁性層１０の近くにある。接続面４２３は、非接続面４２４とｚ方向の位置が異なる。この構成は、第１磁化固定層４０Ａの一部に食い込むように開口を形成し、その開口を導電体で充填することで形成される。第１電極６０Ａは、第１磁化固定層４０Ａに形成された段差に嵌合している。
　第１側面４３Ａは、磁壁移動素子１０１の外側に位置する側面である。第１側面４３Ａは、第１電極６０Ａと接する接続面４３１と、第１電極６０Ａと接しない非接続面４３２と、を有する。第１電極６０Ａは、第１磁化固定層４０Ａの側面と接している。接続面４３１は、非接続面４３２より中心Ｃ３の近くにあり、磁壁移動素子１０１の内側にある。接続面４３１は、非接続面４３２とｘ方向の位置が異なる。
　図１７は、第２実施形態に係る磁壁移動素子１０１の第２磁化固定層５０Ａの近傍の拡大図である。第２磁化固定層５０Ａは、第１面５１と第２面５２Ａと第１側面５３Ａと第２側面５４とを有する。
　第２面５２Ａは、第１面５１と対向する面である。第２面５２Ａは、第２電極７０Ａと接する接続面５２３と、第２電極７０Ａと接しない非接続面５２４と、を有する。すなわち、第２面５２Ａの少なくとも一部は、第２電極７０Ａと接していない。
　接続面５２３は、非接続面５２４より第１強磁性層１０の近くにある。接続面５２３は、非接続面５２４とｚ方向の位置が異なる。この構成は、第２磁化固定層５０Ａの一部に食い込むように開口を形成し、その開口を導電体で充填することで形成される。第２電極７０Ａは、第２磁化固定層５０Ａに形成された段差に嵌合している。
　第１側面５３Ａは、磁壁移動素子１０１の外側に位置する側面である。第１側面５３Ａは、第２電極７０Ａと接する接続面５３１と、第２電極７０Ａと接しない非接続面５３２と、を有する。第２電極７０Ａは、第２磁化固定層５０Ａの側面と接している。接続面５３１は、非接続面５３２より中心Ｃ３の近くにあり、磁壁移動素子１０１の内側にある。接続面５３１は、非接続面５３２とｘ方向の位置が異なる。
　第２磁化固定層５０において、第１層５５と第２層５６との境界面の位置は、接続面５２３（第２電極７０Ａの底面）と同じでもよいし、異なっていてもよい。
　第２実施形態に係る磁壁移動素子１０１は、第１電極６０Ａと第１磁化固定層４０Ａとの中心軸がずれ、第２電極７０Ａと第２磁化固定層５０Ａとの中心軸がずれているため、製造時点で第１強磁性層１０に加工ダメージを与えるリスクが少ない。またこの構成を満たすことで、書き込み電流が生み出す磁場が磁壁ＤＷの動作を阻害することも低減できる。したがって、第２実施形態に係る磁壁移動素子１０１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。
［第３実施形態］
　図１８は、第３実施形態に係る磁壁移動素子１０２の断面図である。図１８は、磁壁移動素子１０２を第１強磁性層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。磁壁移動素子１０２は、磁壁移動素子１００と置き換えることができる。磁壁移動素子１０２において、磁壁移動素子１００と同様の構成には、同様の符号を付し説明を省く。
　磁壁移動素子１０２は、第１強磁性層１０Ｂと非磁性層２０と第２強磁性層３０と第１磁化固定層４０Ｂと第２磁化固定層５０Ｂと第１電極６０Ｂと第２電極７０Ｂとを有する。第１強磁性層１０Ｂ、第１磁化固定層４０Ｂ、第２磁化固定層５０Ｂ、第１電極６０Ｂ、第２電極７０Ｂのそれぞれは、形状又は他の層との接続状態が異なる点が第１強磁性層１０、第１磁化固定層４０、第２磁化固定層５０、第１電極６０、第２電極７０と異なり、その他の構成は同様である。
　第１電極６０Ｂのｘ方向の中心Ｃ１は、第１磁化固定層４０Ｂのｘ方向の中心Ｃ２より第１強磁性層１０Ｂのｘ方向の中心Ｃ３から離れた位置にある。第２電極７０Ｂのｘ方向の中心Ｃ４は、第２磁化固定層５０Ｂのｘ方向の中心Ｃ５より第１強磁性層１０Ｂのｘ方向の中心Ｃ３から離れた位置にある。
　図１９は、第２実施形態に係る磁壁移動素子１０２の第１磁化固定層４０Ｂの近傍の拡大図である。第１磁化固定層４０Ｂは、第１面４１と第２面４２Ｂと第１側面４３Ｂと第２側面４４とを有する。
　第２面４２Ｂは、第１面４１と対向する面である。第２面４２Ｂは、第１電極６０Ｂと接していない。第１側面４３Ｂは、第１電極６０Ｂと接している。
　第１電極６０Ｂは、第１磁化固定層４０Ｂ及び第１強磁性層１０Ｂに接している。第１電極６０Ｂは、第１磁化固定層４０Ｂ及び第１強磁性層１０Ｂに亘る開口を形成したのち、開口を導電体で充填することで形成される。第１電極６０Ｂは、第１強磁性層１０Ｂに形成された段差と嵌合している。
　第１強磁性層１０Ｂの第１側面１３Ｂは、第１電極６０Ｂと接する接続面１３１と、第１電極６０Ｂと接しない非接続面１３２と、を有する。接続面１３１は、第１電極６０Ｂと第１強磁性層１０Ｂとの境界のうちｘ方向と交差する第１境界面に該当する。接続面１３１は、非接続面１３２より磁壁移動素子１０２の内側にあり、非磁性層２０の側面より磁壁移動素子１０２の内側にある。
　図２０は、第３実施形態に係る磁壁移動素子１０２の第２磁化固定層５０Ｂの近傍の拡大図である。第２磁化固定層５０Ｂは、第１面５１と第２面５２Ｂと第１側面５３Ｂと第２側面５４とを有する。
　第２面５２Ｂは、第１面５１と対向する面である。第２面５２Ｂは、第２電極７０Ｂと接していない。第１側面５３Ｂは、第２電極７０Ｂと接している。
　第２電極７０Ｂは、第２磁化固定層５０Ｂ及び第１強磁性層１０Ｂと接している。第２電極７０Ｂは、第２磁化固定層５０Ｂ及び第１強磁性層１０Ｂに亘る開口を形成したのち、開口を導電体で充填することで形成される。第２電極７０Ｂは、第１強磁性層１０Ｂに形成された段差と嵌合している。
　第１強磁性層１０Ｂの第２側面１４Ｂは、第２電極７０Ｂと接する接続面１４１と、第２電極７０Ｂと接しない非接続面１４２と、を有する。接続面１４１は、第２電極７０Ｂと第１強磁性層１０Ｂとの境界のうちｘ方向と交差する第１境界面に該当する。接続面１４１は、非接続面１４２より磁壁移動素子１０２の内側にあり、非磁性層２０の側面より磁壁移動素子１０２の内側にある。
　第３実施形態に係る磁壁移動素子１０２は、第１電極６０Ｂと第１磁化固定層４０Ｂとの中心軸がずれ、第２電極７０Ｂと第２磁化固定層５０Ｂとの中心軸がずれているため、製造時点で第１強磁性層１０Ｂに加工ダメージを与えるリスクが少ない。またこの構成を満たすことで、書き込み電流が生み出す磁場が磁壁ＤＷの動作を阻害することも低減できる。したがって、第３実施形態に係る磁壁移動素子１０２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。
［第４実施形態］
　図２１は、第４実施形態に係る磁壁移動素子１０３の断面図である。図２１は、磁壁移動素子１０３を第１強磁性層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。磁壁移動素子１０３は、磁壁移動素子１００と置き換えることができる。磁壁移動素子１０３において、磁壁移動素子１００と同様の構成には、同様の符号を付し説明を省く。
　磁壁移動素子１０３は、第１強磁性層１０と非磁性層２０と第２強磁性層３０と第１磁化固定層４０と第２磁化固定層５０と第１電極６０Ｃと第２電極７０Ｃとを有する。第１電極６０Ｃ、第２電極７０Ｃのそれぞれは、形状又は他の層との接続状態が異なる点が第１電極６０、第２電極７０と異なり、その他の構成は同様である。
　第１電極６０Ｃのｘ方向の中心Ｃ１は、第１磁化固定層４０のｘ方向の中心Ｃ２より第１強磁性層１０のｘ方向の中心Ｃ３から離れた位置にある。第２電極７０Ｃのｘ方向の中心Ｃ４は、第２磁化固定層５０のｘ方向の中心Ｃ５より第１強磁性層１０のｘ方向の中心Ｃ３から離れた位置にある。
　図２２は、第４実施形態に係る磁壁移動素子１０３の第１磁化固定層４０の近傍の拡大図である。
　第１磁化固定層４０の第２面４２の少なくとも一部は、第１電極６０Ｃと接していない。第１電極６０Ｃは、第１磁化固定層４０の第２面４２及び第１側面４３と接している。第１電極６０Ｃは、第１磁化固定層４０の第２面４２より－ｚ方向に位置する部分を有する。
　図２３は、第４実施形態に係る磁壁移動素子１０３の第２磁化固定層５０の近傍の拡大図である。
　第２磁化固定層５０の第２面５２の少なくとも一部は、第２電極７０Ｃと接していない。第２電極７０Ｃは、第２磁化固定層５０の第２面５２及び第１側面５３と接している。第２電極７０Ｃは、第２磁化固定層５０の第２面５２より－ｚ方向に位置する部分を有する。
　第４実施形態に係る磁壁移動素子１０３は、第１実施形態に係る磁壁移動素子１００と同様に、製造時点で第１強磁性層１０に加工ダメージを与えるリスクが少ない。またこの構成を満たすことで、書き込み電流が生み出す磁場が磁壁ＤＷの動作を阻害することも低減できる。
［第５実施形態］
　図２４は、第５実施形態に係る磁壁移動素子１０４の断面図である。図２４は、磁壁移動素子１０４を第１強磁性層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。磁壁移動素子１０４は、磁壁移動素子１００と置き換えることができる。磁壁移動素子１０４において、磁壁移動素子１００と同様の構成には、同様の符号を付し説明を省く。
　磁壁移動素子１０４は、第１強磁性層１０と非磁性層２０と第２強磁性層３０と第１磁化固定層４０と第２磁化固定層５０と第１電極６０Ｄと第２電極７０Ｄとを有する。第１電極６０Ｄ、第２電極７０Ｄのそれぞれは、形状又は他の層との接続状態が異なる点が第１電極６０、第２電極７０と異なり、その他の構成は同様である。
　第１電極６０Ｄのｘ方向の中心Ｃ１は、第１磁化固定層４０のｘ方向の中心Ｃ２より第１強磁性層１０のｘ方向の中心Ｃ３から離れた位置にある。第２電極７０Ｄのｘ方向の中心Ｃ４は、第２磁化固定層５０のｘ方向の中心Ｃ５より第１強磁性層１０のｘ方向の中心Ｃ３から離れた位置にある。
　図２５は、第５実施形態に係る磁壁移動素子１０４の第１磁化固定層４０の近傍の拡大図である。
　第１磁化固定層４０の第２面４２の少なくとも一部は、第１電極６０Ｄと接していない。第１電極６０Ｄは、第１磁化固定層４０の第２面４２及び第１側面４３と接している。また第１電極６０Ｄは、第１強磁性層１０の側面とも接している。第１電極６０Ｄは、第１磁化固定層４０の第２面４２より－ｚ方向に位置する部分を有する。
　図２６は、第５実施形態に係る磁壁移動素子１０４の第２磁化固定層５０の近傍の拡大図である。
　第２磁化固定層５０の第２面５２の少なくとも一部は、第２電極７０Ｄと接していない。第２電極７０Ｄは、第２磁化固定層５０の第２面５２及び第１側面５３と接している。また第２電極７０Ｄは、第１強磁性層１０の側面とも接している。第２電極７０Ｄは、第２磁化固定層５０の第２面５２より－ｚ方向に位置する部分を有する。
　第５実施形態に係る磁壁移動素子１０４は、第１実施形態に係る磁壁移動素子１００と同様に、製造時点で第１強磁性層１０に加工ダメージを与えるリスクが少ない。またこの構成を満たすことで、書き込み電流が生み出す磁場が磁壁ＤＷの動作を阻害することも低減できる。
［第６実施形態］
　図２７は、第６実施形態に係る磁壁移動素子１０５の平面図である。磁壁移動素子１０５は、磁壁移動素子１００と置き換えることができる。磁壁移動素子１０５において、磁壁移動素子１００と同様の構成には、同様の符号を付し説明を省く。
　磁壁移動素子１０５は、第１強磁性層１０と非磁性層２０と第２強磁性層３０と第１磁化固定層４０と第２磁化固定層５０と第１電極６０Ｅと第２電極７０Ｅとを有する。第１電極６０Ｅと第２電極７０Ｅのそれぞれは、ｙ方向の位置が異なる点が第１電極６０と第２電極７０のそれぞれと異なり、その他の構成は同様である。
　第１電極６０Ｅのｘ方向の中心Ｃ１は、第１磁化固定層４０のｘ方向の中心Ｃ２より第１強磁性層１０のｘ方向の中心Ｃ３から離れた位置にある。第２電極７０Ｅのｘ方向の中心Ｃ４は、第２磁化固定層５０のｘ方向の中心Ｃ５より第１強磁性層１０のｘ方向の中心Ｃ３から離れた位置にある。
　第１電極６０Ｅのｙ方向の中心Ｃ１は、第１磁化固定層４０のｙ方向の中心Ｃ２及び第１強磁性層１０のｙ方向の中心Ｃ３と、ｙ方向にずれた位置にある。中心Ｃ１を通るｘｚ面を仮想面Ｐ７、中心Ｃ３を通るｘｚ面を仮想面Ｐ６とすると、仮想面Ｐ７と仮想面Ｐ６とはｙ方向にずれている。
　第２電極７０Ｅのｙ方向の中心Ｃ４は、第２磁化固定層５０のｙ方向の中心Ｃ５及び第１強磁性層１０のｙ方向の中心Ｃ３と、ｙ方向にずれた位置にある。中心Ｃ４を通るｘｚ面を仮想面Ｐ８、中心Ｃ３を通るｘｚ面を仮想面Ｐ６とすると、仮想面Ｐ８と仮想面Ｐ６とはｙ方向にずれている。
　図２７に示す例では、第１電極６０Ｅと第２電極７０Ｅがいずれも、第１強磁性層１０に対して＋ｙ方向にずれている例を示したが、第１電極６０Ｅと第２電極７０Ｅがいずれも第１強磁性層１０に対して－ｙ方向にずれていてもよいし、第１電極６０Ｅと第２電極７０Ｅがそれぞれ第１強磁性層１０に対して異なる方向にずれていてもよい。
　第６実施形態に係る磁壁移動素子１０５は、第１電極６０Ｅと第１磁化固定層４０との中心軸がずれ、第２電極７０Ｅと第２磁化固定層５０Ｂとの中心軸がずれているため、製造時点で第１強磁性層１０に加工ダメージを与えるリスクが少ない。またこれらの中心軸はｙ方向にもずれているため、書き込み電流が生み出す磁場が磁壁ＤＷの動作を阻害することもより低減できる。したがって、第６実施形態に係る磁壁移動素子１０５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。
［第７実施形態］
　図２８は、第７実施形態に係る磁壁移動素子１０６の断面図である。図２８は、磁壁移動素子１０６を第１強磁性層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。磁壁移動素子１０６は、磁壁移動素子１００と置き換えることができる。磁壁移動素子１０６において、磁壁移動素子１００と同様の構成には、同様の符号を付し説明を省く。
　磁壁移動素子１０６は、第１強磁性層１０と非磁性層２０と第２強磁性層３０と第１磁化固定層４０と第２磁化固定層５０と第１電極６０Ｆと第２電極７０と中間層８５とを有する。第１電極６０Ｆは、形状又は他の層との接続状態が異なる点が第１電極６０と異なり、その他の構成は同様である。
　中間層８５は、第１磁化固定層４０と第１電極６０Ｆとの間にある。第１電極６０Ｆは、中間層８５を介して第１磁化固定層４０と接している。中間層８５は、導電性を有する材料からなり、例えば金属からなる。
　中間層８５は、マスク層９５（図１０参照）をエッチングして、第１磁化固定層４０を形成した後に形成される。中間層８５は、第１磁化固定層４０と第２磁化固定層５０との間の高さの差を無くすように、第１磁化固定層４０上に形成される。中間層８５の上面と、第２磁化固定層５０の上面（図１１におけるマスク層９５の上面）との高さ位置が揃うと、開口Ｈ３と開口Ｈ４（図１２参照）を掘る深さがおおよそ同等になる。そのため、開口Ｈ３と開口Ｈ４との同時形成が容易になり、製造プロセスを短縮化できる。
　第７実施形態に係る磁壁移動素子１０６は、第１電極６０Ｆと第１磁化固定層４０との中心軸がずれ、第２電極７０と第２磁化固定層５０Ｂとの中心軸がずれているため、製造時点で第１強磁性層１０に加工ダメージを与えるリスクが少ない。またこの構成を満たすことで、書き込み電流が生み出す磁場が磁壁ＤＷの動作を阻害することも低減できる。したがって、第７実施形態に係る磁壁移動素子１０６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。
［第８実施形態］
　図２９は、第８実施形態に係る磁壁移動素子１０７の断面図である。図２９は、磁壁移動素子１０７を第１強磁性層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。磁壁移動素子１０７は、磁壁移動素子１００と置き換えることができる。磁壁移動素子１０７において、磁壁移動素子１００と同様の構成には、同様の符号を付し説明を省く。
　磁壁移動素子１０７は、第１強磁性層１０と非磁性層２０と第２強磁性層３０と第１磁化固定層４０と第２磁化固定層５０と第１電極６０と第２電極７０Ｇとを有する。第２電極７０Ｇは、形状又は他の層との接続状態が異なる点が第２電極７０と異なり、その他の構成は同様である。
　第１実施形態から第５実施形態では、第１電極６０と第１磁化固定層４０との中心軸がずれ、かつ、第２電極７０と第２磁化固定層５０との中心軸がずれている例を示したが、いずれか一方のみの中心軸がずれる構成でもよい。磁壁移動素子１０５は、第１電極６０と第１磁化固定層４０とのｘ方向の中心軸がずれ、第２電極７０Ｇと第２磁化固定層５０とのｘ方向の中心軸が一致している例である。第２磁化固定層５０は、全面で第２電極７０Ｅと接している。ここでは、第１実施形態の構成をベースに、第１電極６０と第１磁化固定層４０とのｘ方向の中心軸のみがずれている例を示したが、第２実施形態から第５実施形態に係る構成でも同様の構成を選択できる。
　図２９では、第１電極６０と第１磁化固定層４０とのｘ方向の中心軸がずれ、第２電極７０Ｇと第２磁化固定層５０とのｘ方向の中心軸が一致する例を図示したが、第１電極６０と第１磁化固定層４０とのｘ方向の中心軸が一致し、第２電極７０Ｇと第２磁化固定層５０とのｘ方向の中心軸がずれていてもよい。第１磁化固定層４０は、第２磁化固定層５０より厚みが薄いため、第１電極６０と第１磁化固定層４０とのｘ方向の中心軸がずれていることが好ましい。図１２に示すように、開口Ｈ３と第１強磁性層１０との間にある絶縁層９０の厚さｈは、開口Ｈ４と第１強磁性層１０との間にある絶縁層９０の厚さｈ’より薄い。そのため、第１電極６０と第１磁化固定層４０とのｘ方向の中心軸がずれている方が、開口Ｈ３を形成する際に、第１強磁性層１０に対して加工ダメージを与えるリスクが下がるためである。
　第８実施形態に係る磁壁移動素子１０７は、第１電極６０と第１磁化固定層４０との中心軸がずれているため、製造時点で第１強磁性層１０に加工ダメージを与えるリスクが少ない。またこの構成を満たすことで、書き込み電流が生み出す磁場が磁壁ＤＷの動作を阻害することも低減できる。したがって、第８実施形態に係る磁壁移動素子１０７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、本発明はこの実施形態に限られるものではない。例えば、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、第１磁化固定部の近傍の構造と、第２磁化固定部の近傍の構造と、が異なる実施形態の構成の組み合わせでもよい。
１　集積領域
２　周辺領域
３　制御装置
４　抵抗検出装置
５　出力部
６　制御部
７　電源
１０、１０Ｂ　第１強磁性層
２０　非磁性層
３０　第２強磁性層
４０、４０Ａ、４０Ｂ　第１磁化固定層
５０、５０Ａ、５０Ｂ　第２磁化固定層
５５　第１層
５６　第２層
６０、６０Ａ、６０Ｂ、６０Ｃ、６０Ｄ、６０Ｅ、６０Ｆ　第１電極
７０、７０Ａ、７０Ｂ、７０Ｃ、７０Ｄ、７０Ｅ、７０Ｇ　第２電極
８０　第３電極
８５　中間層
１００、１０１、１０２、１０３、１０４、１０５、１０６、１０７　磁壁移動素子
１３１、１４１、４２１、４２３、４３１、５２１、５２３、５３１　接続面
１３２、１４２、４２２、４２４、４３２、５２２、５２４、５３２　非接続面
２００　ニューロモルフィックデバイス
２０１　センサー
２０２　通信部
３００　システム
Ｃ１、Ｃ１’、Ｃ２、Ｃ３、Ｃ４、Ｃ４’、Ｃ５　中心
ＭＡ　磁気アレイ

Claims (18)

  1. 　内部に磁壁を有する第１強磁性層と、
    　第２強磁性層と、
    　前記第１強磁性層と前記第２強磁性層に挟まれる非磁性層と、
    　前記第１強磁性層に接続された第１磁化固定部と、
    　前記第１磁化固定部と第１方向に離間した位置で、前記第１強磁性層に接続された第２磁化固定部と、
    　前記第１磁化固定部に接続された第１電極と、
    　前記第２磁化固定部に接続された第２電極と、を備え、
    　前記第２強磁性層は、前記第１強磁性層より基板の近くにあり、
    　前記第１方向において、前記第１電極の中心は、前記第１磁化固定部の中心より前記第１強磁性層の中心から離れた位置にあり、
    　前記第１磁化固定部は、前記第１強磁性層と接する第１面と、前記第１面と対向する第２面を有し、
    　前記第２面の少なくとも一部は、前記第１電極と接していない、磁壁移動素子。
  2. 　前記第２面の前記第１電極と接する第１接続面は、前記第２面の前記第１電極と接しない第１非接続面より前記第１強磁性層の近くにある、請求項１に記載の磁壁移動素子。
  3. 　前記第１電極は、前記第１磁化固定部の側面と接している、請求項１に記載の磁壁移動素子。
  4. 　前記第１電極は、前記第１強磁性層の側面と接している、請求項１に記載の磁壁移動素子。
  5. 　前記第１電極と前記第１強磁性層との境界のうち前記第１方向と交差する第１境界面は、前記非磁性層の第１側面より、前記第１強磁性層の前記第１方向の中心の近くにある、請求項４に記載の磁壁移動素子。
  6. 　積層方向から見て、前記第１方向と直交する第２方向における前記第１電極の中心位置が、前記第１強磁性層の前記第２方向における中心位置と異なる、請求項１に記載の磁壁移動素子。
  7. 　前記第１磁化固定部の厚みは、前記第２磁化固定部の厚みより薄い、請求項１に記載の磁壁移動素子。
  8. 　前記第１磁化固定部と前記第１電極との間に、中間層をさらに有する、請求項７に記載の磁壁移動素子。
  9. 　前記第１方向において、前記第２電極の中心は、前記第２磁化固定部の中心より前記第１強磁性層の中心から離れた位置にある、請求項１に記載の磁壁移動素子。
  10. 　前記第１磁化固定部又は第２磁化固定部は、第１層と第２層とを有し、
    　前記第１層は、前記第２層より第１強磁性層の近くにある、請求項１に記載の磁壁移動素子。
  11. 　請求項１に記載の磁壁移動素子を含む、磁気アレイ。
  12. 　請求項１に記載の磁壁移動素子を含む、ニューロモルフィックデバイス。
  13. 　第２強磁性層と非磁性層と第１強磁性層とを含む積層体を積層する第１工程と、
    　前記第１強磁性層の一面に、互いに離間するように、第１磁化固定部と第２磁化固定部とを形成する第２工程と、
    　前記第１磁化固定部と接する第１電極を形成する第３工程と、
    　前記第２磁化固定部と接する第２電極を形成する第４工程と、を有し、
    　前記第３工程において、前記第１電極は、第１条件と第２条件を満たすように形成され、
    　前記第１条件は、前記第１磁化固定部から前記第２磁化固定部に向かう第１方向において、前記第１電極の中心が前記第１磁化固定部の中心より前記第１強磁性層の中心から離れた位置にするという条件であり、
    　前記第２条件は、前記第１磁化固定部の前記第１強磁性層と接する第１面と対向する第２面の少なくとも一部が、前記第１電極と接しないという条件である、磁壁移動素子の製造方法。
  14. 　前期第１方向において、前記第２電極の中心が前記第２磁化固定部の中心より前記第１強磁性層の中心から離れた位置となるように、前記第２電極を形成する、請求項１３に記載の磁壁移動素子の製造方法。
  15. 　前記第３工程は、
    　前記第１磁化固定部及び前記第２磁化固定部の周囲を絶縁層で被覆する工程と、
    　前記絶縁層に第１開口を形成する工程と、
    　前記第１開口を導電体で充填する工程と、を備え、
    　前記第１開口は、前記第１方向において、前記第１開口の中心が前記第２磁化固定部の中心より前記第１強磁性層の中心から離れた位置になるように形成される、請求項１３に記載の磁壁移動素子の製造方法。
  16. 　前記第１磁化固定部は、前記第２磁化固定部より積層方向の厚みが薄い、請求項１３に記載の磁壁移動素子の製造方法。
  17. 　前記第１磁化固定部と前記第１電極との間に、中間層を形成する工程をさらに備える、請求項１６に記載の磁壁移動素子の製造方法。
  18. 　前記第２工程は、
    　前記第１強磁性層の一面に、強磁性層を形成する工程と、
    　前記強磁性層の一部を被覆するマスク層を形成する工程と、
    　前記マスク層を介して前記強磁性層を加工する工程と、
    　前記マスク層の一部を除去する工程と、を有する、請求項１３に記載の磁壁移動素子の製造方法。
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