(57)【要約】【課題】高い電流密度の電流を通電することが無く、磁気記録情報を書き換えることができると共に、磁気情報を保持する部分に高保磁力材料を用いることが可能な磁気メモリを提供する。【解決手段】本発明に係る磁気メモリ１は、磁壁移動層１１１と、中間層である非磁性体層１１２と、固定層１１３とが積層された磁気抵抗効果素子１１、および、磁壁移動層１１１を局所的に加熱可能な加熱部１２Ａおよび加熱部１２Ｂを備え、磁壁移動層１１１において、磁化容易軸は磁壁移動層１１１の面内方向に位置しており、磁壁移動層１１１には磁壁５１が形成されており、加熱部１２Ａまたは加熱部１２Ｂによって、磁壁移動層が局所的に加熱されることにより、上記磁壁が磁壁移動層内において移動するものである。【選択図】図１
2010114261.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
磁壁移動層と、中間層である非磁性体層と、固定層とが積層された磁気抵抗効果素子、および、上記磁壁移動層を局所的に加熱可能な加熱部を備え、
上記磁壁移動層において、磁化容易軸は磁壁移動層の面内方向に位置しており、
上記磁壁移動層には磁壁が形成されており、
上記加熱部によって、磁壁移動層が局所的に加熱されることにより、上記磁壁が磁壁移動層内において移動することを特徴とする磁気メモリ。
【請求項２】
上記加熱部が複数備えられていることを特徴とする請求項１に記載の磁気メモリ。
【請求項３】
上記磁壁に直交する方向を長さ方向としたときに、上記磁壁移動層の長さは、上記非磁性体層の長さよりも長く、
上記加熱部の長さ方向における中心位置は、磁壁移動層と非磁性体層とが重なる領域の外側に形成されていることを特徴とする請求項１または２に記載の磁気メモリ。
【請求項４】
上記磁壁は複数形成されており、
複数の磁壁の全体を磁壁移動層内において移動させる通電手段が、上記磁壁移動層に接続されていることを特徴とする請求項１〜３の何れか１項に記載の磁気メモリ。
【請求項５】
上記加熱部はジュール熱を発することにより発熱して、上記磁壁移動層を局所的に加熱することを特徴とする請求項１〜４の何れか１項に記載の磁気メモリ。
【請求項６】
上記加熱部は光照射されることにより発熱して、上記磁壁移動層を局所的に加熱することを特徴とする請求項１〜４の何れか１項に記載の磁気メモリ。
【請求項７】
請求項１〜６の何れか１項に記載の磁気メモリに対して、上記加熱部によって、上記磁壁移動層を局所的に加熱し、上記磁壁移動層内において磁壁を移動させることを特徴とする磁気メモリへの情報記録方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、磁気情報を保持する磁壁移動層を備える磁気メモリ、および上記磁気メモリに対して磁気情報を記録する情報記録方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
磁気情報を磁気抵抗効果素子に記録する磁気メモリとして、ＭＲＡＭ（Magnetic Random Access Memory）が公知である。特にトンネル磁気抵抗効果素子を用いるＭＲＡＭでは、高い磁気抵抗効果を得られることが知られている。上記ＭＲＡＭに磁気情報を記録する方法としては、磁界を発生する電流線を磁気抵抗効果素子の直近に配置し、情報を保持する磁性層の保磁力よりも大きな磁界を印加することにより磁気情報を記録する方法が知られている。
【０００３】
また、ＭＲＡＭに磁気情報を記録する他の方法としては、例えば、スピン注入磁化反転と称される磁気情報記録方法が知られている。特許文献１には、スピン注入磁化反転による磁気情報記録方法によって、磁気情報を記録することができる磁気抵抗効果素子が開示されている。図１４は、特許文献１に記載の磁気抵抗効果素子を示す断面図である。図１４に示すように、特許文献１に記載の磁気抵抗効果素子２１０は、記憶磁性膜２１１と、スペーサー２１２と、参照磁性膜２１３とから構成されている。スピン注入磁化反転による磁気情報記録方法では、磁気抵抗効果素子２１０に対して直接電流を流し、電流がスピン偏極することによって発生するスピントルクを利用して、情報を保持する記憶磁性膜２１１の磁化反転を行い、磁気情報を記録する。
【０００４】
さらに、他の磁気メモリとして、特許文献２には、細線状に形成した磁性体に磁気情報を記録し、記録した情報を細線中で移動させながら記録または再生を行う磁気メモリが開示されている。特許文献２に記載の磁気メモリでは、細線状の磁性体に電流を流して、電流をスピン偏極させることによってスピントルクを発生させ、細線内の磁壁を移動させて記録しようとする磁区を記録デバイスの位置に動かした後、記録デバイスから磁界を印加して情報の記録を行う。また、記録情報の再生は、磁気抵抗効果素子を用いて行うことが開示されている。
【特許文献１】特開２００５−９３４８８号公報（２００５年４月７日公開）
【特許文献２】米国特許第６８３４００５号明細書（２００４年１２月２１日登録）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、従来の磁気メモリでは以下の問題がある。すなわち、上記従来の電流線から生じる磁界を印加して磁気情報を記録するＭＲＡＭや、特許文献２に開示されているような細線状の磁性体に電流線から生じる磁界を印加して磁気情報を記録する磁気メモリでは、磁気情報を保持する部分に、磁気情報を安定保持可能な高保磁力材料を用いた場合、電流線から生じる記録磁界が不足して記録が困難になる。それゆえ、磁気情報を保持する部分に、磁気情報を安定保持可能な高保磁力材料を用いることができないという問題を有している。
【０００６】
また、特許文献１に開示されたＭＲＡＭでは、磁気抵抗効果素子に対して直接電流を流すことにより磁化反転させるので、磁化反転を起こす磁気トルクを発生させるために、１×１０６ Ａ／ｃｍ２ を超えるような高い電流密度の電流を通電する必要がある。このため、繰り返し書き換えを行った際には磁気抵抗効果素子の絶縁破壊を起こす等、磁気メモリの耐久性が下がる虞があるという問題を有している。
【０００７】
本発明は、上記従来の問題点に鑑みてなされたものであって、その目的は、磁気抵抗効果素子に高い電流密度の電流を通電する必要が無く、磁気情報を保持する部分に高保磁力材料を用いることが可能な磁気メモリを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の磁気メモリは、上記課題を解決するために、磁壁移動層と、中間層である非磁性体層と、固定層とが積層された磁気抵抗効果素子、および、上記磁壁移動層を局所的に加熱可能な加熱部を備え、上記磁壁移動層において、磁化容易軸は磁壁移動層の面内方向に位置しており、上記磁壁移動層には磁壁が形成されており、上記加熱部によって、磁壁移動層が局所的に加熱されることにより、上記磁壁が磁壁移動層内において移動することを特徴としている。
【０００９】
以上のように、本発明に係る磁気メモリによれば、磁壁移動層において、磁化容易軸は磁壁移動層の面内方向に位置していており、上記磁壁移動層には磁壁が形成されている。このため、加熱部によって磁壁移動層が局所的に加熱されると、加熱された領域の保磁力が低下する。これにより、エネルギー勾配によって生じる磁壁駆動力と漏洩磁界によって生じる力とが磁壁に加わるので、磁壁を加熱された領域へ移動させることができ、磁気抵抗を変化させることができる。
【００１０】
それゆえ、加熱部による熱によって磁気記録情報を書き換えることができるので、高い電流密度の電流を磁気抵抗効果素子に通電せずとも磁気記録情報を書き換えることができる。また、熱によって磁気記録情報を書き換えるので、磁壁移動層に高保磁力材料を用いることが出来、情報を安定保持できる。さらに、高い電流密度の電流を磁気抵抗効果素子に通電せずとも磁気記録情報を書き換えることが可能であるので、耐久性に優れた磁気メモリを提供することができる。
【００１１】
本発明の磁気メモリでは、上記加熱部が複数備えられていることが好ましい。
【００１２】
本発明の磁気メモリでは、磁壁移動層の加熱によって、磁壁を上記加熱された領域へ移動させることができるので、加熱部が複数備えられていることによって、上記加熱された領域を複数の箇所に生じさせることができる。これにより、磁壁をそれぞれの加熱された領域に向かって移動させることができるので、磁壁の位置を段階的に変化させることが可能となる。そのため、多値記録が可能な磁気メモリを提供することができる。
【００１３】
本発明の磁気メモリでは、上記磁壁に直交する方向を長さ方向としたときに、上記磁壁移動層の長さは、上記非磁性体層の長さよりも長く、上記加熱部の長さ方向における中心位置は、磁壁移動層と非磁性体層とが重なる領域の外側に形成されていることが好ましい。
【００１４】
上記発明によれば、加熱部が磁壁移動層と非磁性体層とが重なる領域の外側に形成されているので、加熱部による加熱によって、磁壁を上記領域の外側に移動させることができる。これにより、磁気抵抗の変化に寄与する磁壁移動層の領域、すなわち、非磁性体層と接する面上にある磁壁移動層の内部領域の磁化方向を一方向にすることができる。このため、磁気抵抗効果を検出する際に、大きな磁気抵抗効果を得ることが可能な磁気メモリを提供することができる。
【００１５】
本発明の磁気メモリでは、上記磁壁は複数形成されており、複数の磁壁の全体を磁壁移動層内において移動させる通電手段が、上記磁壁移動層に接続されていることが好ましい。
【００１６】
上記発明によれば、通電手段によって、複数の磁壁の全体を磁壁移動層内において移動させることができるので、加熱部の設置数が１つと少なくても、所望の位置にある磁壁を個別に、且つ、所望の幅で移動させることが可能となる。
【００１７】
本発明の磁気メモリでは、上記加熱部がジュール熱を発することにより発熱して、上記磁壁移動層を局所的に加熱することが好ましい。
【００１８】
上記発明によれば、少ない電流で発熱する加熱部を備える磁気メモリを容易に構成することができる。
【００１９】
本発明の磁気メモリでは、上記加熱部は光照射により発熱して、上記磁壁移動層を局所的に加熱することが好ましい。
【００２０】
上記発明によれば、上記加熱部の加熱並びに冷却を高速に行うことができるため、高速記録が可能となる。
【００２１】
本発明の磁気メモリへの情報記録方法は、上記磁気メモリに対して、上記磁壁移動層を局所的に加熱し、上記磁壁移動層内において磁壁を移動させる方法である。
【００２２】
上記方法によれば、磁壁移動層の局所的な加熱によって磁壁を移動させるので、電流による磁界印加やスピン注入を用いずに磁気メモリへの磁気情報記録を行うことが可能となる。それゆえ、磁気情報を安定保持することができる高保磁力材料であっても、磁気情報の記録が可能であり、且つ、高い電流密度の電流を通電することが無く、磁気情報の記録を実現することができる。
【発明の効果】
【００２３】
本発明の磁気メモリは、以上のように、磁壁移動層において、磁化容易軸は磁壁移動層の面内方向に位置しており、上記磁壁移動層には磁壁が形成されており、上記加熱部によって、磁壁移動層が局所的に加熱されることにより、上記磁壁が磁壁移動層内において移動するものである。
【００２４】
それゆえ、高い電流密度の電流を通電することが無く、情報を書き換えることができるとともに、耐久性および磁気情報の保持安定性に優れた磁気メモリを提供することができるという効果を奏する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２５】
〔実施の形態１〕
本発明の一実施形態について図１ないし図８に基づいて説明すれば、以下の通りである。図１は、本実施の形態係る磁気メモリ１の構成を示す断面図である。磁気メモリ１は、磁壁移動層１１１と、中間層である非磁性体層１１２と、固定層１１３とが積層された磁気抵抗効果素子１１、および、磁壁移動層１１１を加熱するための加熱部１２Ａおよび加熱部１２Ｂと、加熱部１２Ａおよび加熱部１２Ｂに通電するための電源１３と、磁気抵抗効果素子１１の磁気抵抗効果を検出するための上部電極１１４および下部電極１１５とを備えている。
【００２６】
磁壁移動層１１１は、磁化容易軸が面内方向にあり、その内部における磁化方向が反転する境界には磁壁５１が形成されている。磁壁５１は、磁壁移動層１１１の面方向に垂直に位置しており、磁壁５１の両端は磁壁移動層１１１の対向する両側面に達している。すなわち、磁壁移動層１１１には、磁壁５１を挟んで互いに逆向きの磁化を持った２つの磁区５２Ａおよび磁区５２Ｂが形成されている。本実施の形態１における磁気メモリ１は、以上のような構成からなり、以下、各構成要素について説明する。なお、図１中の矢印はトータル磁化の方向を表している。
【００２７】
上記磁壁移動層１１１は、磁化容易軸が面内方向にある面内磁化層であり、高透磁率材料やキュリー温度近傍に加熱することができる希土類−遷移金属材料を、単層または複数層重ねて形成することができる。具体的な材料としては、Ｆｅ、ＮｉＦｅ、ＮｉＦｅＴａ、Ｃｏ、ＣｏＦｅおよびＣｏＦｅＢ、または、これらを主体とする合金材料を用いることができる。また、Ｇｄ、Ｔｂ、ＤｙおよびＨｏのうちの１種類または複数種類と、Ｆｅ、ＣｏおよびＮｉのうちの１種類または複数種類とを組み合わせた合金材料を用いることもできる。磁壁移動層１１１の磁壁５１の移動をスムーズに行うためには、結晶粒の存在しないアモルファス磁性体を用いることがより好ましい。
【００２８】
上記材料のうち、フェリ磁性を示す希土類−遷移金属材料を用いた場合、室温での保磁力を大きくでき、磁気情報が安定保持される。上記のフェリ磁性を示す希土類−遷移金属材料を適用する場合には、磁壁移動層１１１の磁化容易軸を面内方向とするために、補償温度から離れた材料の組成を設定する。具体的には、材料の一軸異方性定数をＫｕ、飽和磁化をＭｓとしたときに、室温から加熱最高温度までの範囲でＫｕ −２πＭＳ ２ が負となるように材料組成を決定する。
【００２９】
また、磁壁移動層１１１の厚みは、磁壁５１が形成でき、且つ、加熱に伴って磁壁５１の移動が可能な厚みであれば特に限定されるものではないが、例えば、５ｎｍ以上、７０ｎｍ以下とすることが望ましい。磁壁移動層１１１の膜厚が５ｎｍよりも薄くなると、膜の凹凸の影響を受けて磁壁５１の移動がスムーズに起こらなくなる虞がある。一方、７０ｎｍよりも厚くなると膜厚方向に複数の磁区が形成される虞がある。
【００３０】
さらに、図１の磁壁移動層１１１では、磁壁５１を挟んで磁化が対向する方向に位置するよう（磁極を突き合わすように）に磁化方向が設定されている。これを実現するために、磁壁移動層１１１は、磁壁５１面が移動する方向の長さ（図１左右方向の長さ）に比べて、幅および厚み（図１奥行き方向および上下方向）が小さくなるように形成され、形状異方性が生じる構成となっている。
【００３１】
非磁性体層１１２としては、非磁性金属材料、絶縁体材料またはこれらの組み合わせを用いることができる。非磁性金属材料が用いられる場合には、磁気メモリ１はＣＰＰ−ＧＭＲ（Current Perpendicular to Plane - Giant Magneto-resistive）素子として機能し、絶縁体材料が用いられる場合にはＴＭＲ（Tunneling Magneto-resistive）素子として機能する。
【００３２】
非磁性体層１１２の具体的な材料の例として、例えば、Ｃｕ、Ａｌ、Ｍｇ、Ａｌ２ Ｏ３ およびＭｇＯのうちの１種類または複数種類を組み合わせた合金材料を用いることができる。このうち、ＭｇＯが非磁性体層１１２の材料として用いられた場合、磁気抵抗効果素子１１は特に高い磁気抵抗効果が得られることが知られているので、特に好ましい。非磁性体層１１２の膜厚は、実用的な大きさの磁気抵抗効果を得る観点から、０．５ｎｍ以上、５ｎｍ以下とすることが好ましい。
【００３３】
固定層１１３は、磁化の向きが一方向に固定された面内磁性層であり、単層または複数層の磁性体によって構成される。固定層１１３が単層で形成される場合には、磁壁移動層１１１よりも保磁力の大きな強磁性材料を用いることが望ましく、例えば、Ｆｅ、Ｃｏ、またはこれらの組み合わせにＰｔ、Ｐｄ、Ｂなどを添加した材料や、ＴｂＦｅＣｏまたはＤｙＦｅＣｏを用いることができる。
【００３４】
複数層の磁性体で固定層１１３を構成する場合には、ＣｏＦｅＢに代表される低保磁力材料の磁化をＭｎＰｔまたはＭｎＩｒに代表される反強磁性材料で固定したものを適用することができる。固定層１１３の膜厚は、磁化を一方向に安定保持する観点から、１０ｎｍ以上、５０ｎｍ以下とすることが望ましい。また、固定層１１３は、加熱部１２Ａまたは加熱部１２Ｂによる加熱に伴って、一方向に固定された磁化の向きが不可逆的に変化することのないよう、材料および組成の選択がなされる。
【００３５】
磁気抵抗効果素子１１の長さ方向、および幅方向（図面の左右方向、および、奥行き方向）のサイズは、磁気メモリ１としての機能を実現することができるものであれば特に限定されるものではない。例えば、長さ方向（図面左右方向）は、１００ｎｍ以上、２μｍ以下の大きさ、幅方向の長さ（図面奥行き方向）は、例えば２０ｎｍ以上、５００ｎｍ以下の大きさ、高さ方向（図面上下方向）は、磁壁移動層１１１、非磁性体層１１２、固定層１１３の膜厚合計に相当し、例えば、１５．５ｎｍ以上、１２５ｎｍ以下で形成され得る。
【００３６】
なお、磁気抵抗効果素子１１の長さ方向とは、換言すると、磁壁５１の面に対して直交する方向であるといえる。また、磁気抵抗効果素子１１の幅方向とは、換言すると、磁壁移動層１１１および非磁性体層１１２が接触する面と、磁壁５１の面とが交わる直線の方向であるといえる。さらに、磁気抵抗効果素子１１の高さ方向とは、換言すると、磁壁移動層１１１と非磁性体層１１２とが接触する面に対して直交する方向であるといえる。
【００３７】
加熱部１２Ａおよび加熱部１２Ｂは、磁壁移動層１１１を局所的に加熱する部材であり、磁気メモリ１では、磁壁移動層１１１上に、上部電極１１４を介して配置されている。また、加熱部１２Ａおよび１２Ｂは、電源１３と電気的に接続される。
【００３８】
加熱部１２Ａおよび加熱部１２Ｂは、磁壁移動層１１１を局所的に加熱することができるものであれば特に限定されるものではない。例えば、ＮｉＣｒ合金、Ｐｔ、Ｍｏ、Ｔａ、Ｗ、ＳｉＣ、ＭｏＳｉ、または、導電性カーボンを適用可能である。また、加熱部１２Ａおよび加熱部１２Ｂには、電源１３から電流を供給することができるように電気回路が構成され、必要に応じて切り替えが可能なように構成されている。
【００３９】
本実施形態では、加熱部１２Ａおよび加熱部１２Ｂとしてジュール熱を発する抵抗発熱体を用いており、これにより、少ない電流で発熱する加熱部を備える磁気メモリを容易に構成することができる。なお、磁壁移動層１１１を局所的に加熱することができれば、これに限定されるものではない。例えば、光照射によって発熱する加熱部を用いても構わない。この場合、ジュール熱を用いる加熱部に比べて加熱部の加熱および冷却を高速に行うことができ、高速記録が可能となる。光照射には、例えば、半導体レーザーを用いることができる。
【００４０】
上部電極１１４および上記下部電極１１５は、磁気抵抗効果素子１１の磁気抵抗変化を検出するために用いるものである。具体的には、上部電極１１４と下部電極１１５との間に通電がなされ、磁気抵抗効果素子１１の磁気抵抗値、すなわち、磁気情報を検知するものである。上部電極１１４および下部電極１１５としては特に限定されるものではなく、磁気メモリに用いられる従来公知の電極を用いることができる。
【００４１】
なお、図１では記載を省略しているが、磁気メモリ１の各部材の周囲、磁壁移動層１１１と、加熱部１２Ａまたは加熱部１２Ｂとの間、上部電極１１４と、加熱部１２Ａまたは加熱部１２Ｂとの間は、部材間の不要な通電を防ぎ、磁気メモリ１を保護する観点から絶縁体保護膜によって保護されていてもよい。
【００４２】
本実施の形態１における磁気メモリ１への情報記録は、電源１３によって加熱部１２Ａまたは加熱部１２Ｂに通電し、ジュール熱を発生させ、磁壁移動層１１１を局所的に加熱して、磁壁５１を加熱中心に向かって移動させることにより行う。なお、上記加熱中心とは、加熱部１２Ａまたは加熱部１２Ｂによって加熱された最も温度が高い部分をいい、磁壁５１に直交する方向を長さ方向としたときに、加熱部１２Ａおよび加熱部１２Ｂの長さ方向における中心位置のことをいう。
【００４３】
これにより、磁壁移動層１１１内において、磁壁５１を挟んで存在する２つの磁区５２Ａおよび５２Ｂの面積比が変化して磁気抵抗の変化が得られる。このように、磁壁移動層１１１の磁壁５１の位置に応じて磁気抵抗が変化することにより情報を記録する。一方、通電されなかった他方の加熱部１２Ｂまたは加熱部１２Ａに通電し、磁壁移動層１１１を局所的に加熱すれば、磁壁５１を別の位置に動かすことができる。
【００４４】
図２における（ａ）〜（ｃ）は、本実施の形態１における磁気メモリ１における磁気情報の記録原理を示すための磁壁移動層１１１の断面図である。説明の便宜のため、磁気メモリ１のうち磁壁移動層１１１のみを取り出して記載している。なお、図２において、破線で挟まれた範囲（温度上昇範囲）の中央部が、加熱部１２Ａおよび加熱部１２Ｂの加熱中心に相当する。つまり、加熱部によって破線で挟まれた領域が加熱されると、磁壁移動層１１１の温度は、上記破線で挟まれた範囲の中央部を中心として局所的に上昇する。以下、加熱によって、昇温した箇所を温度上昇領域とする。同図を用いて、同時に、磁壁５１を移動させる方法、すなわち、磁気メモリへの情報記録方法について説明する。本実施の形態に係る磁気メモリへの情報記録方法は、上記磁気メモリに対して、上記加熱部によって、上記磁壁移動層を局所的に加熱し、上記磁壁移動層内において磁壁を移動させる方法である。
【００４５】
本実施の形態１における磁気メモリ１では、図２の（ａ）に示すように、磁化の向きが対向する磁区５２Ａおよび磁区５２Ｂが磁壁５１を挟んで存在している。ここで、磁壁５１の両端は磁壁移動層１１１の対向する両側面に達しており、磁壁５１を境界として磁区５２Ａおよび磁区５２Ｂを形成している（開いた磁壁となっている）。また、磁区５２Ａの磁化の方が磁区５２Ｂの磁化よりも大きい状態となっている。
【００４６】
磁壁移動層１１１への情報記録は、磁壁移動層１１１が局所的に加熱されることによってなされる。すなわち、本実施の形態１においては、加熱部１２Ａまたは加熱部１２Ｂに通電されてジュール熱が発熱することによって、磁壁移動層１１１の局所を加熱する。この局所的な加熱により、磁壁移動層１１１の加熱された領域の磁化を、磁壁移動層１１１のキュリー温度に近付けることができるので、磁気異方性を弱めることができる。これにより、磁壁５１に直交する方向に磁化異方性の変化（勾配）が生じた場合に発生する磁壁駆動力と、磁区５２Ａおよび磁区５２Ｂからの漏洩磁界によって発生する力（双極子相互作用）とが磁壁５１に対して加わることとなる。
【００４７】
上記磁壁駆動力とは、加熱部１２Ａまたは加熱部１２Ｂの加熱によって、磁壁移動層１１１の温度上昇領域の磁気異方性が弱められることにより、磁壁移動層１１１の高温領域（加熱中心付近）と、低温領域との間において、磁気異方性の変化（勾配）が生じることによって発生する力である。磁壁移動層１１１は、面内磁化層であることから、磁壁５１を挟んで磁壁移動層１１１の長さ方向（図面左右方向）に磁壁エネルギーの勾配が生じ、磁気異方性の大きい側（温度の低い領域）から磁気異方性の小さい領域（温度の高い領域）に向かって∂σ／∂ｘに相当する磁壁駆動力が働くことになる。σは磁壁エネルギーであり、ｘは磁壁５１面と直交する方向（図面左右方向）の長さである。なお、図２の（ｂ）では、破線で挟まれた領域が加熱され、上記破線で挟まれた領域が温度上昇領域となっている。
【００４８】
上記漏洩磁界によって発生する力（双極子相互作用）とは、図２の（ｂ）に円弧状の矢印で示すように、温度上昇領域に向かって、磁壁５１を挟んで対向する磁区５２Ａおよび５２Ｂから生じる漏洩磁界によって発生する力である。
【００４９】
磁壁エネルギーの勾配による磁壁駆動力と、漏洩磁界によって生じる力（双極子相互作用）との和が、磁壁５１位置での磁壁移動層１１１の保磁力を上回ると、磁壁５１は、磁化反転させながら、磁壁移動層１１１の高温領域に向かって移動し、磁壁５１に対して力が加わらなくなる位置、すなわち、加熱中心（最も温度が高い位置）において磁壁５１の移動が停止する。この状態で加熱部１２Ａまたは加熱部１２Ｂへの通電を止め、加熱を終了することにより、磁壁移動層１１１は冷却されて安定し、図２の（ｃ）に示すように元の位置から磁壁５１が移動した状態で固定される。
【００５０】
以上のように、本実施の形態に係る磁気メモリ１によれば、磁壁移動層１１１において、磁化容易軸は磁壁移動層の面内方向に位置していており、磁壁移動層１１１には磁壁５１が形成されている。このため、加熱部１２Ａまたは加熱部１２Ｂによって磁壁移動層１１１が局所的に加熱されると、加熱された領域の保磁力が低下する。これにより、エネルギー勾配によって生じる磁壁駆動力と漏洩磁界によって生じる力（双極子相互作用）とが磁壁５１に加わるので、磁壁５１を上記加熱中心へ移動させることができる。すなわち、磁区５２Ａおよび磁区５２Ｂの面積比を変化させることができるので、磁気抵抗を変化させることができる。
【００５１】
それゆえ、加熱部１２Ａまたは加熱部１２Ｂによる熱によって磁気記録情報を書き換えることができる、すなわち、磁気情報の書き換えに際して、磁気抵抗効果素子に高い電流密度の電流を直接流すことなく、磁壁移動層を部分的に磁化反転させ、磁気記録情報を書き換えることができるため耐久性に優れた磁気メモリを提供することができる。また、熱によって磁気記録情報を書き換えるので、高保磁力材料を用いることができ、情報を安定保持できる。
【００５２】
図２の（ｃ）に示した状態から図２の（ａ）の状態に戻すためには、図２の（ａ）で示した磁壁５１が加熱中心に移動するように磁壁移動層１１１を加熱し、加熱に伴う温度上昇領域が図２の（ｃ）に示した磁壁５１を含むように温度上昇領域を設定すればよい。このようにして、磁壁５１の位置を図２の（ａ）または（ｃ）の状態に設定することによって、磁区５２Ａと磁区５２Ｂとの面積比を変化させることができ、磁気抵抗の変化を得ることが可能となる。
【００５３】
なお、上記温度上昇領域の高温部では、磁壁移動層１１１に用いる磁性体のキュリー温度を局所的に超えても構わない。この場合には、加熱後の冷却過程で磁壁５１の移動が生じ、最終的には図２の（ｃ）と同様に、中心位置に上記磁壁５１が形成されることになる。
【００５４】
また、磁壁５１を移動させる際は、対向する両方向の磁区５２Ａおよび５２Ｂが少なくとも一部残るように、言い換えれば、磁区５２Ａ及び５２Ｂのいずれか、または両方が、完全に消失することが無いよう加熱を行う。且つ、加熱に伴う温度上昇範囲内に磁壁５１が含まれるようにする。
【００５５】
さらに、加熱によって、磁壁５１に加わる力（磁壁駆動力および双極子相互作用による力の和）に対する磁壁移動層１１１の保磁力を小さくする観点から、磁壁移動層１１１はキュリー温度に近い温度まで加熱することができることが望ましい。一方、キュリー温度が低すぎると加熱温度の制御が難しく、十分な磁壁駆動力を得ることが難しくなる。これらの観点から、磁壁移動層１１１のキュリー温度は、１００℃以上、６００℃以下とすることが非常に望ましい。なお、一般的な磁気抵抗効果素子１１に用いられるＭｎ系の反強磁性層を含んで固定層１１３を構成する場合には、一般的に、反強磁性層のブロッキング温度が４００℃以下程度であるため、磁壁移動層１１１の加熱温度も４００℃以下程度に制限されることになる。
【００５６】
記録した情報の読み出しは、上部電極１１４と下部電極１１５との間に通電して磁気抵抗を検出することによって行うことができる。
【００５７】
本実施形態の磁気メモリ１の製造に際しては、公知のＭＲＡＭや、磁気抵抗効果素子を製造するプロセスを適用することができる。その一例を図３の（ａ）〜（ｅ）に示す。図３の（ａ）〜（ｅ）は、本発明に係る磁気メモリの製造方法の一形態を示す、磁気メモリの製造過程を示す断面図である。
【００５８】
まず、図３の（ａ）のように、図示しない基板上に下部電極１１５、固定層１１３、非磁性体層１１２、磁壁移動層１１１、絶縁体保護膜１１６および加熱部１２を形成する。その後、図３の（ｂ）に示すように、フォトリソグラフィまたは電子線リソグラフィまたはＦＩＢ（Ｆｏｃｕｓｅｄ  Ｉｏｎ  Ｂｅａｍ）を用いてこれらの積層体をパターニングする。このとき、磁壁移動層１１１から下部電極１１５までによって構成される積層体と、絶縁体保護膜１１６および加熱部１２とは別個にパターニングを行い、上記積層体の一部の上に加熱部１２Ａおよび加熱部１２Ｂを形成する。
【００５９】
続いて、図３の（ｃ）に示すように、加熱部１２Ａおよび加熱部１２Ｂと、上部電極１１４との間の接触通電を防ぐための絶縁体保護膜１１６を形成した後、フォトリソグラフィ、電子線リソグラフィまたはＦＩＢにより、磁壁移動層１１１上に上部電極１１４を形成する箇所の絶縁体保護膜１１６を除去する。続いて、図３（ｄ）に示すように、磁壁移動層１１１上に上部電極１１４を形成して本実施の形態１における磁気メモリ１の形状が完成する。
【００６０】
続いて、図３（ｅ）に示すように、固定層１１３の磁化方向の固定を行った後、磁壁移動層１１１内部に磁壁５１、磁区５２Ａおよび磁区５２Ｂを形成するための初期化を行う。初期化の方法は、磁壁移動層１１１内に磁壁５１を形成することができればどのような方法であっても構わないが、例えば、以下のような方法で初期化が可能である。
【００６１】
まず、磁壁移動層１１１の保磁力よりも大きな外部磁界を印加することによって、磁壁移動層１１１の磁化方向を一様に揃える。続いて、加熱部１２Ａまたは加熱部１２Ｂによって磁壁移動層１１１の一部を加熱し、加熱された加熱領域の保磁力を低下させた状態で、上記の外部磁界と逆方向の外部磁界を印加して加熱領域の磁化のみを反転させる。このとき印加する外部磁界の大きさは、加熱領域の保磁力よりも大きく、加熱していない領域の保磁力よりも小さく設定する。このようにして、磁壁移動層１１１内部に磁壁５１を形成可能である。
【００６２】
ここで、下部電極１１５は、導電性の基板を用いるか、図示しない基板に貫通穴を形成して下部電極の基板に対する面側から電源に接続させてもよく、更には、下部電極１１５を磁壁移動層１１１から固定層１１３までの積層体よりも大きな面積で形成して、下部電極１１５の固定層１１３に対する面側から電源に接続させてもよい。
【００６３】
また、図３の（ａ）〜（ｅ）では、基板に下部電極１１５側から順に本実施の形態１における磁気メモリ１を形成する方法について示したが、上部電極１１４側から順に図示しない基板に形成する製法を用いても構わない。
【００６４】
図４は、本実施の形態１における磁気メモリをメモリアレイとして用いる一形態を示す斜視図である。本実施形態の磁気メモリ１は、図４に示すように、従来のＭＲＡＭと同様に、磁気メモリ１に通電するためのビット線６１、ワード線６２および選択用トランジスタ６３を接続することにより、メモリアレイとして用いても構わない。
【００６５】
さらに、磁壁移動層１１１または固定層１１３を保護する目的や、磁気抵抗効果を増幅する目的から、上部電極１１４と磁壁移動層１１１との間、または、磁壁移動層１１１から下部電極１１５までの各層の間には、磁性体であるか否かを問わず金属層または金属多層膜が形成されていても構わない。例えば、磁壁移動層１１１および固定層１１３と、非磁性体層１１２とが接する界面には、磁気抵抗変効果を大きくする目的でＣｏＦｅＢに代表される高スピン分極率材料が２ｎｍ以下程度の厚みで形成されていても構わない。
【００６６】
図１の磁気メモリ１では、加熱部が２つ形成された構成であったが、加熱部が３つ以上形成されていてもよい。図５は、本実施の形態１に係る磁気メモリの他の構成例を示す断面図である。図５に示す磁気メモリ１Ａは、加熱部が４つ備えられており、これらに対応して電源１３が備えられている点で、磁気メモリ１と異なっている。その他の構成については同様である。以下に、磁気メモリ１Ａにおける磁壁５１の移動方法について説明する。
【００６７】
まず、同図に示すように、加熱部１２Ｄの位置に磁壁５１が形成されている場合には、加熱部１２Ｃ、１２Ｂ、１２Ａの順に、磁気メモリ１と同様に加熱部による加熱を行うことによって、磁壁５１を加熱部１２Ａの位置に移動させることができる。
【００６８】
一方、加熱部１２Ａの位置に、磁壁５１が存在する場合には、逆に、加熱部１２Ｂ、１２Ｃ、１２Ｄの順に加熱を行えば、磁壁５１を加熱部１２Ｄの位置に移動させることができる。このようにすることにより、高い電流密度の電流を通電することが無く、大きな移動量を磁壁５１Ｂに対して与えることができる効果が得られる。
【００６９】
さらには、加熱部１２Ｂや１２Ｃの位置にも磁壁５１を移動させて固定するように用いれば、磁気抵抗効果素子１１の磁気抵抗を段階的に変化させることが可能となり、多値記録が可能な磁気メモリ１Ａを提供することができる。
【００７０】
磁気メモリ１および磁気メモリ１Ａでは、磁壁が１つ形成されている構成であったが、本実施の形態に係る磁気メモリでは、磁壁が少なくとも１つ形成されていればよく、磁壁は複数形成されていてもよい。磁壁が複数形成された磁気メモリについて以下に説明する。
【００７１】
図６は、本実施の形態１係る磁気メモリの他の構成例を示す断面図である。同図の（ａ）に示す磁気メモリ１Ｂは、３つの磁壁５１Ａ〜５１Ｃが形成されている点で図１の磁気メモリ１と異なる。また、磁壁が３つ形成されているため、これに伴い４つの磁区５２Ａ〜５２Ｄが形成されている。なお、その他の構成については磁気メモリ１と同様である。
【００７２】
磁気メモリ１Ｂでは、加熱部１２Ａおよび１２Ｂによって磁壁移動層１１１を加熱することにより、磁壁５１Ａ〜磁壁５１Ｃのそれぞれを加熱中心に向かって移動させ、磁壁移動層１１１内での磁区５２Ａ〜５２Ｄの面積比を変化させることができるものである。具体的には、加熱部１２Ａの加熱により、図６の（ａ）に示した位置から図６の（ｂ）に示した位置に磁壁５１Ａ〜５１Ｃを移動させることができる。一方、加熱部１２Ｂの加熱によって、図６（ｂ）に示した位置から図６（ａ）に示した位置に磁壁５１Ａ〜５１Ｃを移動させることができる。これにより、上記磁気メモリ１と同様に、磁気抵抗効果を得ることができる。
【００７３】
図７は、磁気メモリ１のさらに他の構成例を示す断面図である。磁気メモリ１Ｃは、図７に示すように、２つの加熱部１２Ａおよび１２Ｂと、３つの磁壁５１Ａ〜５１Ｃが形成されている点は、磁気メモリ１Ｂと同様である。しかし、磁壁５１Ａおよび磁壁５１Ｃが加熱部１２Ａおよび加熱部１２Ｂによって加熱可能な範囲の外に形成されている点が上記磁気メモリ１Ｂとは異なる。
【００７４】
磁気メモリ１Ｃにおいては、加熱部１２Ａおよび加熱部１２Ｂによって磁壁移動層１１１を加熱した際に、磁壁５１Ｂは移動するが、磁壁５１Ａおよび磁壁５１Ｃは移動せず、磁区５２Ｃおよび磁区５２Ｄは面積を変えない。従って、磁壁５１Ａおよび５１Ｃは磁気抵抗の変化に関与しないものであるため、本来、磁壁移動層１１１内に形成される必要がないものである。しかし、磁気抵抗の変化に関与しない磁壁５１Ａおよび５１Ｃが、何らかの外部要因、例えば、外部から強磁界が印加されることによって形成されてしまう場合が考えられる。このような場合であっても、磁気メモリ１Ｃは、磁壁５１Ｂの移動によって互いに逆向きの磁化を持った磁区５２Ａおよび磁区５２Ｂの面積比が変化するので、磁気メモリ１と同様に、磁気抵抗効果を得ることができる。
【００７５】
このように図６および図７に示すような、磁壁５１が２つ以上存在する場合でも本実施の形態に係る磁気メモリ１を実現することができる。
【００７６】
また、本実施の形態に係る磁気メモリでは、３以上の加熱部と複数の磁壁とを形成させてもかまわない。図８は、本実施の形態１における磁気メモリ１のさらに別の構成例を示す断面図である。磁気メモリ１Ｄには、４つの加熱部１２Ａ〜１２Ｄと、２つの磁壁５１Ａおよび５１Ｂとが形成されている。このように、２つの磁壁５１Ａおよび磁壁５１Ｂを形成した上で、４つの加熱部１２Ａ〜１２Ｄのうち、複数の加熱部を同時に使用して、磁壁５１Ａおよび磁壁５１Ｂを同時に移動させることによって、高い電流密度の電流を通電することが無く、多値を高速記録可能な磁気メモリ１Ｄを実現することができる。
【００７７】
例えば、磁壁５１Ａおよび磁壁５１Ｂを形成し、磁壁５１Ａを加熱部１２Ａと加熱部１２Ｂとの間で移動させる。一方、磁壁５１Ｂを加熱部１２Ｃと１２Ｄとの間で移動させるようにする。このようにすれば、個々の磁壁５１ＡまたはＢの移動距離を小さくできるので、情報の書き換えをより高速に行うことができる磁気メモリ１Ｄを実現することができる。
【００７８】
〔実施の形態２〕
本発明に係る他の実施の形態について図９に基づいて説明すれば、以下の通りである。なお、本実施の形態２において説明すること以外の構成は、上述した実施の形態１と同じである。また、説明の便宜上、上述した実施の形態１の図面に示した部材と同一の機能を有する部材については、同一の符号を付し、その説明を省略する。
【００７９】
本実施の形態２に係る磁気メモリ２では、上記実施の形態１に係る磁気メモリ１の構成と比べて、磁壁移動層１１１の磁壁５１の移動方向の長さが、非磁性体層１１２および固定層１１３よりも長く形成されている点が異なる。その他の構成については、実施の形態１に係る磁気メモリ１と同様である。
【００８０】
図９は、本実施の形態２の磁気メモリ２を示す断面図である。本実施の形態２の磁気メモリ２は、図９に示すように、磁壁５１の面と直交する向き（図面左右方向）において、磁壁移動層１１１の長さ、すなわち磁壁５１が移動する方向における磁壁移動層１１１の長さが、磁壁移動層１１１と非磁性体層１１２とが接する部分の長さよりも長く形成されている。
【００８１】
また、加熱部１２Ａおよび加熱部１２Ｂの加熱中心は、磁壁移動層１１１上であって、磁壁移動層１１１と非磁性体層１１２とが重なる領域の外側に形成されている。磁壁移動層１１１と非磁性体層１１２とが重なる領域とは、磁壁移動層１１１の、磁壁移動層１１１と非磁性体層１１２とが接触する面と、磁壁移動層１１１における上記接触面の逆面のうち、上記接触面と対向する領域と、を含む領域を示す。これ以外の部材や記録再生の方法については上述した実施の形態１と同じである。
【００８２】
本実施の形態に係る磁気メモリ２は、磁壁移動層１１１の長さが、非磁性体層１１２の長さよりも長く、且つ、加熱部１２Ａおよび加熱部１２Ｂの加熱中心が、非磁性体層１１２と磁壁移動層１１１とが重なる領域よりも外側に形成されているため、加熱部１２Ａまたは加熱部１２Ｂによって、磁壁移動層１１１を局所的に加熱し、温度上昇領域の中心に向かう磁壁５１を、非磁性体層１１２と磁壁移動層１１１とが重なる領域よりも外側に移動させることができる。
【００８３】
このため、上部電極１１４と下部電極１１５との間に通電して磁気抵抗効果を検出する際、磁壁移動層１１１と非磁性体層１１２とが接する面上にある磁壁移動層１１１の内部領域には磁壁５１は存在しない。それゆえ、磁気抵抗効果を検出する際に、磁気抵抗の変化に寄与する磁壁移動層の１１１の領域、すなわち、非磁性体層１１２と接する面内にある磁壁移動層１１１の内部領域の磁化方向を一方向にすることができる。これにより、実施の形態１に示した磁気メモリ１よりも大きな磁気抵抗効果を得ることができる。
【００８４】
さらに、磁気メモリ２では、加熱部１２Ａおよび加熱部１２Ｂの加熱中心の直下に固定層１１３が存在しないため、固定層１１３が過度に熱せられて磁化が固定できなくなることを防ぐ効果も得られる。
【００８５】
本実施の形態２に係る磁気メモリ２の製造においては、上述した図３の（ａ）〜（ｅ）に示したプロセスにおいて、下部電極１１５から非磁性体層１１２までを形成した段階で、一度リソグラフィ法等を用いた加工を施し、続いて、磁壁移動層１１１以降の形成を行うことによって磁気メモリ２を製造可能である。このとき、非磁性体層１１２を挟む界面の磁化状態が磁気抵抗効果に特に影響を及ぼすため、非磁性体層１１２に続いて磁壁移動層１１１の一部を形成した後に加工を行い、その後に残りの磁壁移動層１１１を形成しても構わない。また、図示しない基板上に上部電極１１４を先に形成するようにして、磁壁移動層１１１から固定層１１３までを連続形成した上でリソグラフィ処理を行うようにしても構わない。
【００８６】
本実施の形態２の磁気メモリ２では、図９に示すように、加熱部１２Ａおよび加熱部１２Ｂが必ずしも磁壁移動層１１１の上側（非磁性体層１１２の反対側）に形成されている必要は無く、磁壁移動層１１１の下側（非磁性体層１１２と同じ側）に形成されていても構わない。
【００８７】
また、本実施の形態２の磁気メモリ２においても、上述した実施の形態１と同様に、磁壁移動層１１１を加熱するための加熱部が３つ以上形成されているものであっても構わない。これにより、高い電流密度の電流を通電することが無く、大きな磁壁移動量を得ることができる効果が得られるとともに、磁気抵抗効果素子１１の磁気抵抗を段階的に変化させることが可能となり、多値記録が可能な磁気メモリ１を提供することができる。
【００８８】
さらに、磁壁５１について、磁壁移動層１１１内に２つ以上存在するものであっても構わない。具体的に、例えば、図６〜図８に示したような磁気メモリ１において、本実施の形態２のように、磁壁移動層１１１の磁壁５１面と直交する向き（図面左右方向）の長さが、磁壁移動層１１１と非磁性体層１１２とが接する部分の長さよりも長く、且つ、加熱部１２Ａおよび１２Ｂの加熱中心が、非磁性体層１１２と磁壁移動層１１１とが接する領域よりも外側に形成されたものであっても構わない。
【００８９】
〔実施の形態３〕
本発明のさらに他の実施の形態について図１０に基づいて説明すれば、以下の通りである。なお、本実施の形態３において説明すること以外の構成は、上述した実施の形態１および２と同じである。また、説明の便宜上、上述した実施の形態１および２の図面に示した部材と同一の機能を有する部材については、同一の符号を付し、その説明を省略する。
【００９０】
本発明の第３の実施形態について以下に示す。本実施の形態３に係る磁気メモリ３では、上述した実施の形態１および２の磁気メモリ１および２の構成と比べて、磁壁移動層１１１が細線状に形成されており、外部から磁壁移動層１１１に電流を流すことによって、磁壁移動層１１１の磁壁全体を移動させる点が実施の形態１および２に示した磁気メモリと異なる。
【００９１】
図１０は本実施の形態３に係る磁気メモリ３の一形態を示す断面図である。本実施の形態３の磁気メモリ３は、図１０に示すように、実施形態１および２に示した磁気メモリ１を、細線状の磁気メモリに適用したものである。
【００９２】
すなわち、磁気メモリ３では、上部電極１１４、磁壁移動層１１１、非磁性体層１１２、固定層１１３および下部電極１１５が積層されている。磁壁移動層１１１には、磁気メモリ１と同様に磁壁５１が形成されているが、磁壁５１は複数形成されており、磁区も複数形成されている。磁壁移動層１１１は磁化方向に沿った長さが、非磁性体層１１２および固定層１１３よりも長く設定されており、磁気メモリ３ではＵ字型の形状を有している。しかしながら、形状については、特に限定されるものではない。また、磁気メモリ１とは異なり、磁壁移動層１１１の非磁性体層１１２と同じ面に加熱部１２が形成されている。なお、磁気メモリ１と同様に、磁壁移動層１１１の非磁性体層１１２と反対側の面に形成されていてももちろんよい。
【００９３】
加熱部１２には電源１３が連結されており、磁壁移動層１１１の両端には図示しない通電手段によって電流１４が流される構造となっている。通電手段としては、電子回路が挙げられる。
【００９４】
次に、磁気メモリ３を用いた磁気記録情報の書き換え方法について説明する。まず、電流１４を磁壁移動層１１１に流すことにより、磁性体のスピンの向きに応じた電流のスピン偏極を生じさせる。このスピン偏極した電流が磁壁移動層１１１を流れることにより、磁壁移動層１１１内の磁性体スピンに対して磁気トルクを発生させる。該磁気トルクにより、磁壁移動層１１１の磁壁全体、すなわち、書き換えようとする磁区５２を含む磁区全体を任意の位置に移動させることができる。なお、磁区５２全体を所望の位置へ移動させるには、電流１４の強度、パルス幅を制御して磁壁移動層１１１に対して通電すればよい。
【００９５】
このようにして、書き換えようとする磁区５２を加熱部１２に移動させた上で、加熱部１２によって磁壁移動層１１１を局所的に加熱することにより、加熱された温度上昇領域に含まれる磁壁５１を移動させて磁気情報を記録する。本実施の形態３では、電流１４により全体の磁区を移動可能であるので、加熱部１２は少なくとも１つ備えられていればよい。
【００９６】
このように、磁気メモリ３によれば、電流によって、複数の磁壁の全体を磁壁移動層内において移動させることができるので、加熱部の設置数が１つと少なくても、所望の位置にある磁壁５１を個別に、且つ、所望の幅で移動させることが可能となる。
【００９７】
本実施の形態３に係る磁気メモリ３における磁気情報の記録メカニズムは上述した実施の形態１および２に示した磁気メモリ１および２と同じである。すなわち、加熱部１２によって磁壁５１が含まれるように磁壁移動層１１１を局所的に加熱すると、磁壁５１は磁壁駆動力および磁壁５１に隣接する磁区５２からの漏洩磁界を受けて加熱中心に向かって移動する。これにより、磁壁移動層１１１中の磁区５２の長さを変化させることができる。磁区５２の先端と後端とを同じ長さ、同じ方向に移動させると、磁区５２の長さを変えることなく、位置をずらすこともできる。このように、磁気メモリ２における磁気情報は、磁区５２の向きおよび長さ（間隔）の組み合わせによって記録される。
【００９８】
記録した情報の読み出しは、電流１４を流して全体の磁区を移動させることによって、読み出そうとする磁区５２を磁気抵抗効果素子１１上（非磁性体層１１２上）に移動させ、上部電極１１４と下部電極１１５の間に磁気抵抗効果を検出するための電流を流して行う。
【００９９】
本実施の形態３の磁気メモリ３においても上述した実施の形態１または２における磁気メモリ１および２と同様に、磁壁移動層１１１中に互いに逆向きの磁化方向を持った複数の磁壁５１（磁区５２）を形成する初期化処理を行う。上記初期化処理は、逆向きの磁化を持った複数の磁区５２を磁壁移動層１１１に形成することができる方法であればどのような方法を用いてもよいが、具体的に例えば以下のようにして行うことができる。
【０１００】
すなわち、実施の形態１および２と同様に、まず、磁壁移動層１１１の保磁力よりも大きな外部磁界を印加することで磁壁移動層１１１の磁化方向を一様に揃える。続いて、加熱部１２によって磁壁移動層１１１の一部を加熱し、加熱領域の保磁力を低下させた状態で、上記の外部磁界と逆方向の外部磁界を印加して加熱領域の磁化のみを反転させる。このとき印加する外部磁界の大きさは、加熱領域の保磁力よりも大きく、加熱していない領域の保磁力よりも小さく設定する。
【０１０１】
このようにして、磁壁移動層１１１内部に磁壁５１（磁区５２）を形成可能である。この他にも、磁壁移動層１１１の屈曲を利用して磁壁５１を形成することも可能である。具体的には、磁壁移動層１１１の保磁力よりも大きな外部磁界を磁壁５１に直交する方向（（図面左右方向）と、磁壁移動層１１１の厚さ方向（図面上下方向）に加えるか、これに相当する斜め方向の磁界を磁壁移動層１１１に印加して屈曲部分に磁壁５１を形成してもよい。
【０１０２】
本実施の形態３の磁気メモリ３において、磁気抵抗効果素子１１は図７に示すように上部電極１１４を形成し、上部電極１１４と下部電極１１５との間に通電して磁気抵抗効果を検出するものであってよく、上部電極１１４を形成せず、磁壁移動層１１１と下部電極１１５との間に通電して磁気抵抗効果を検出するものであってもよい。
【０１０３】
また、本実施の形態３に係る磁気メモリ３においても、加熱部１２はジュール熱を発生する抵抗発熱体である必要は無く、光照射によって加熱する加熱部１２であっても構わない。また、加熱部１２が複数形成されていても構わない。
【０１０４】
なお、本発明は、上述した各実施形態に限定されるものではなく、請求項に示した範囲で種々の変更が可能であり、異なる実施形態にそれぞれ開示された技術的手段を適宜組み合わせて得られる実施形態についても本発明の技術的範囲に含まれる。
【実施例】
【０１０５】
〔実施例１〕
実施形態１および２に示した磁気メモリ１および２において、磁壁移動層１１１として面内磁化膜であるキュリー温度が３３０℃、ＴＭ−ｒｉｃｈ組成のＧｄＦｅＣｏを用い、非磁性体層１１２にＭｇＯを用い、固定層１１３にＣｏＦｅＢと、ブロッキング温度が３６０℃のＭｎＰｔとの積層膜を用いた構成を採用した。
【０１０６】
まず、磁壁移動層１１１内部の磁壁５１を移動させるために必要な加熱条件を計算によって求めた。なお、加熱時の磁壁移動層１１１の温度分布はガウス分布を仮定し、磁壁５１に直交する方向（図１の図面左右方向）の温度上昇範囲（温度上昇が１／ｅ２となる範囲）は１μｍとした。ＧｄＦｅＣｏの室温での飽和磁化Ｍｓは２１０ｅｍｕ／ｃｃ、一軸異方性定数Ｋｕは１．４×１０５ ｅｒｇ／ｃｃ、交換スティフネス定数Ａは５×１０−７ｅｒｇ／ｃｍとした。
【０１０７】
図１１は、加熱に伴う温度勾配によって生じ、磁壁５１に加わる磁壁駆動力（磁界換算）を、加熱中心の温度（最も温度が高くなる位置での温度）に対して示したグラフである。磁壁駆動力の計算に際しては、本実施例１で用いたＧｄＦｅＣｏがＴＭ−ｒｉｃｈ組成であり、且つ、面内磁化を示す程度に補償温度から離れた組成となっていることから、Ｍｓ，ＫｕおよびＡが室温からキュリー温度までの範囲で直線的に変化すると近似した。また、磁壁エネルギーσは４×（Ａ・Ｋｕ）０．５から求めた。
【０１０８】
縦軸の磁壁駆動力（磁界換算）は、（∂σ／∂ｘ）・（１／２Ｍｓ）から算出し、ガウス分布で示される温度分布の裾で最も大きな駆動力が得られる位置（中心から２５０ｎｍの位置に相当）での値を示した。室温は３０℃とした。尚、図中縦軸の正の向きは、磁壁５１を加熱中心方向に動かす向きに相当する。
【０１０９】
図１１に示すように、磁壁５１に加わる磁壁駆動力（磁界換算）は温度上昇に伴って強くなり、例えば、加熱中心をＧｄＦｅＣｏのキュリー温度である３３０℃に加熱した場合には、３４０Ｏｅ程度の磁界に相当する磁壁駆動力が得られることになる。従って、磁壁５１が加熱中心から２５０ｎｍの位置にある時、磁壁移動層１１１の保磁力（中心から２５０ｎｍの位置での保磁力）が少なくとも３４０Ｏｅ以下になっていれば、磁壁駆動力のみで磁壁５１は加熱中心に向かって移動することが可能となる。ここで、加熱中心から２５０ｎｍの位置の温度上昇は、加熱中心の６割強程度となっていることから、２００℃程度の温度においてＧｄＦｅＣｏの保磁力が少なくとも３４０Ｏｅ以下になっていれば磁壁移動が起こることになる。この値はＧｄＦｅＣｏを用いて容易に実現することができる値である。
【０１１０】
上記磁壁駆動力に加えて、磁気メモリ１および２では、磁壁移動層１１１が面内磁化膜であり、磁区５２Ａおよび５２Ｂの磁化の向きが磁壁５１と直交する向きとなっているために、磁区５２Ａおよび５２Ｂから加熱領域に加わる漏洩磁界は磁壁移動を援助する方向の力を与える（双極子相互作用）。例えば、磁壁移動層１１１の厚み（図面上下方向）を３０ｎｍとし、幅（図面奥行き方向）を２５０ｎｍとし、温度上昇範囲の外側の磁区５２Ａおよび５２Ｂがそれぞれ５００ｎｍの長さで存在した場合には、上記温度上昇範囲の外側の磁区から磁壁５１に対して７０Ｏｅ程度の磁界が上記磁壁駆動力と同じ方向に加わることになる。
【０１１１】
このように磁気メモリ１および２においては、加熱により磁壁５１に磁壁駆動力が生じ、磁壁移動層１１１の保磁力が磁壁駆動力と磁区５２Ａおよび５２Ｂからの漏洩磁界との和よりも小さくなるように磁壁移動層１１１を加熱することにより、加熱中心に向かって磁壁５１を移動させることができる。これにより、磁壁５１を挟んで対向する磁区５２Ａと５２Ｂの面積比が変化し、磁気抵抗を変化させることができる。
【０１１２】
さらに、実施の形態２に示した磁気メモリ２では、これに加えて、磁気抵抗効果に寄与する界面において一方向の磁区しか存在しないため、より大きな磁気抵抗効果を得ることが可能である。
【０１１３】
〔実施例２〕
実施例２として、上述の実施例１において磁壁移動層１１１に用いたＧｄＦｅＣｏに代わり、ＮｉＦｅを用いた例について示す。ここでは、ＮｉＦｅのキュリー温度を４００℃、飽和磁化Ｍｓを８００ｅｍｕ／ｃｃ、一軸異方性定数Ｋｕを１×１０３ ｅｒｇ／ｃｃ、交換スティフネス定数Ａを１．０５×１０−６ｅｒｇ／ｃｍとし、この他の条件は実施例１と同じとした。
【０１１４】
図１２には、図１１と同様に、加熱部１２Ａまたは１２Ｂによる加熱時に、磁壁５１に加わる磁壁駆動力（磁界換算）を、加熱温度（加熱中心温度）に対して示した。図１２に示すように、磁壁５１に加わる磁壁駆動力（磁界換算）は温度上昇に伴って強くなり、加熱中心をＮｉＦｅのキュリー温度である４００℃に加熱した場合には、磁壁５１に対して、１０Ｏｅを超える程度の磁界に相当する磁壁駆動力が加わる。ここで、ＮｉＦｅの室温における保磁力Ｈｃは２．５Ｏｅ程度であり、且つ、キュリー温度に向かって保磁力が低下していくことを考慮すると、図１２のグラフ上で高くとも２００℃程度まで加熱すれば磁壁駆動力が保磁力を上回り、磁壁移動層１１１の磁壁５１を磁壁駆動力のみで加熱中心に向かって移動させることが可能である。
【０１１５】
また、上記磁壁駆動力に加えて、本実施例においても、磁区５２Ａおよび磁区５２Ｂから加熱領域に加わる漏洩磁界は磁壁移動を援助する方向の力を与える（双極子相互作用）。例えば、磁壁移動層１１１の厚み（図面上下方向）を１５ｎｍとし、幅（図面奥行き方向）を２５０ｎｍとし、温度上昇範囲の外側の磁区５２Ａおよび５２Ｂがそれぞれ５００ｎｍの長さで存在した場合には、上記温度上昇範囲の外側の磁区から磁壁５１に対して１２０Ｏｅ程度の磁界が上記磁壁駆動力と同じ方向に加わることになる。
【０１１６】
〔実施例３〕
実施の形態３に示した磁気メモリ３において、実施例１と同様に磁壁移動層１１１として面内磁化膜であるキュリー温度が３３０℃、ＴＭ−ｒｉｃｈ組成のＧｄＦｅＣｏを用い、非磁性体層１１２にＭｇＯを用い、固定層１１３にＣｏＦｅＢと、ブロッキング温度が３６０℃のＭｎＰｔの積層膜を用いた場合について示す。
【０１１７】
実施の形態３の磁気メモリ３においても、実施例１と同様に、加熱部１２による加熱で生じる温度勾配により、磁壁５１に駆動力が与えられて磁壁５１が移動することから、実施例１と同様に加熱時の温度上昇範囲（１／ｅ２ となる範囲）を１μｍとして計算すると、例えば、ＧｄＦｅＣｏのキュリー温度である３３０℃に加熱した場合には、加熱中心から２５０ｎｍの位置で３４０Ｏｅ程度の磁界に相当する磁壁駆動力が加わる。従って、加熱領域の磁壁移動層１１１の保磁力（中心から２５０ｎｍの位置での保磁力）が少なくとも３４０Ｏｅ以下になっていれば、磁壁５１は磁壁駆動力のみで加熱中心に向かって移動することが可能となる。すなわち、実施形態３の磁気メモリ２において、磁気情報を書き換えることができる。
【０１１８】
ここで、実施の形態３の磁気メモリ３においては、磁壁移動層１１１に対して全体の磁区を移動させるための電流１４を流すため、通電と加熱部１２を用いた記録とを同時、または、連続して高速に行う場合には、電流１４に伴う磁壁移動層１１１の温度上昇を考慮することが望ましい。
【０１１９】
図１３には、電流１４により磁壁移動層１１１の温度が上がった状態を仮定して、幾つかの温度条件について、加熱領域の温度と、磁壁駆動力を磁界に変換した（∂σ／∂ｘ）・（１／２Ｍｓ）の関係を示した。図１３中（ａ）は電流印加に伴う温度上昇が無い場合、（ｂ）は５０℃温度上昇した場合、（ｃ）は１００℃温度上昇した場合のグラフである。図１３に示す結果から、電流１４により、磁壁移動層１１１が１００℃上昇した場合であっても、ＧｄＦｅＣｏのキュリー温度である３３０℃程度まで加熱した場合には、電流１４を流すことに伴う温度上昇が無い場合、図１３（ａ）と同程度の磁壁駆動力（磁界換算）が得られる。
【０１２０】
このように、実施の形態３の磁気メモリ３においては、加熱により磁壁５１に磁壁駆動力が生じ、磁壁移動層１１１の保磁力が磁壁駆動力と磁区５２からの漏洩磁界（双極子相互作用）との和よりも小さくなるように磁壁移動層１１１を加熱することにより、加熱中心に向かって磁壁５１を移動させることができる。これにより、磁壁５１を挟んで対向する磁区の長さが変化し、磁気情報を記録することができる。更に、電流１４と同時に加熱部１２による局所的な加熱を行う場合であっても、磁壁５１を移動させるのに十分な駆動力が得られる。
【産業上の利用可能性】
【０１２１】
本発明によれば、磁気抵抗効果素子に高い電流密度の電流を通電することが無く、磁気情報を保持する部分に高保磁力材料を用いることが可能な磁気メモリを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【０１２２】
【図１】本実施の形態に係る磁気メモリの一形態を示す断面図である。
【図２】本実施の形態に係る磁壁移動層を示す断面図である。
【図３】本実施の形態に係る磁気メモリの製造過程を示す断面図である。
【図４】本実施の形態に係る磁気メモリをメモリアレイとして用いる場合の一形態を示す斜視図である。
【図５】本実施の形態に係る磁気メモリの他の構成例を示す断面図である。
【図６】本実施の形態に係る磁気メモリの他の構成例を示す断面図である。
【図７】本実施の形態に係る磁気メモリの他の構成例を示す断面図である。
【図８】本実施の形態に係る磁気メモリの他の構成例を示す断面図である。
【図９】本発明における他の実施の形態に係る磁気メモリの一形態を示す断面図である。
【図１０】本発明における他の実施の形態に係る磁気メモリの一形態を示す断面図である。
【図１１】実施例１の磁気メモリにおける磁壁駆動力と温度の関係を表すグラフである。
【図１２】実施例２の磁気メモリにおける磁壁駆動力と温度の関係を表すグラフである。
【図１３】実施例３の磁気メモリにおける磁壁駆動力と温度の関係を表すグラフである。
【図１４】特許文献１に記載の磁気情報記録方法を示す断面図である。
【符号の説明】
【０１２３】
１・１Ａ・１Ｂ・１Ｃ・１Ｄ・２・３  磁気メモリ
１１  磁気抵抗効果素子
１２・１２Ａ・１２Ｂ・１２Ｃ・１２Ｄ  加熱部
１３  電源
１４  電流（通電手段）
５１・５１Ａ・５１Ｂ・５１Ｃ  磁壁
５２・５２Ａ・５２Ｂ・５２Ｄ・５２Ｄ  磁区
６１  ビット線
６２  ワード線
６３  選択用トランジスタ
１１１  磁壁移動層
１１２  非磁性体層
１１３  固定層
１１４  上部電極
１１５  下部電極
１１６  絶縁体保護膜
【図１】
2010114261.tif 000003
【図２】
2010114261.tif 000004
【図３】
2010114261.tif 000005
【図４】
2010114261.tif 000006
【図５】
2010114261.tif 000007
【図６】
2010114261.tif 000008
【図７】
2010114261.tif 000009
【図８】
2010114261.tif 000010
【図９】
2010114261.tif 000011
【図１０】
2010114261.tif 000012
【図１１】
2010114261.tif 000013
【図１２】
2010114261.tif 000014
【図１３】
2010114261.tif 000015
【図１４】
2010114261.tif 000016