(57)【要約】【課題】記録層が磁化反転する際の反転電流を低減することを可能にする。【解決手段】電圧を印加することによって格子が伸縮する圧電層１１と、圧電層上に設けられ、かつ膜面に垂直方向の磁気異方性を有しスピン偏極した電子の作用により磁化の方向が変化する記録層１２と、記録層上に設けられた第１の非磁性層１３と、第１の非磁性層上に設けられ、かつ膜面に垂直方向の磁気異方性を有する参照層１４と、を備え、記録層は、読み出し時の電圧印加時での熱擾乱耐性が書き込み時の電圧印加時での熱擾乱耐性よりも大きい。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
電圧を印加することによって格子が伸縮する圧電層と、
前記圧電層上に設けられ、かつ膜面に垂直方向の磁気異方性を有しスピン偏極した電子の作用により磁化の方向が変化する記録層と、
前記記録層上に設けられた第１の非磁性層と、
前記第１の非磁性層上に設けられ、かつ膜面に垂直方向の磁気異方性を有する参照層と、
を備え、
前記記録層は、読み出し時の電圧印加時での熱擾乱耐性が書き込み時の電圧印加時での熱擾乱耐性よりも大きいことを特徴とする磁気抵抗素子。
【請求項２】
前記圧電層の下に設けられ、かつ（００１）面に配向した正方晶或いは立方晶型の結晶構造を有する下地層を更に備えていることを特徴とする請求項１記載の磁気抵抗素子。
【請求項３】
前記参照層上に設けられた第２の非磁性層と、
前記第２の非磁性層上に設けられ、かつ前記参照層からの漏れ磁場を低減する磁場調整層と、
を更に備えていることを特徴とする請求項１または２記載の磁気抵抗素子。
【請求項４】
前記参照層と前記磁場調整層は反強磁性結合していることを特徴とする請求項３記載の磁気抵抗素子。
【請求項５】
膜面に垂直方向の磁気異方性を有する参照層と、
前記参照層上に設けられた第１の非磁性層と、
前記第１の非磁性層上に設けられ、かつ膜面に垂直方向の磁気異方性を有しスピン偏極した電子の作用により磁化の方向が変化する記録層と、
前記記録層上に設けられ、かつ電圧を印加することによって格子が伸縮する圧電層と、
を備え、
前記記録層は、読み出し時の電圧印加時での熱擾乱耐性が書き込み時の電圧印加時での熱擾乱耐性よりも大きいことを特徴とする磁気抵抗素子。
【請求項６】
前記参照層の下に設けられ、かつ（００１）面に配向した正方晶或いは立方晶型の結晶構造を有する下地層を更に備えていることを特徴とする請求項５記載の磁気抵抗素子。
【請求項７】
前記圧電層上に設けられ、かつ前記参照層からの漏れ磁場を低減する磁場調整層と、
を更に備えていることを特徴とする請求項５または６記載の磁気抵抗素子。
【請求項８】
前記圧電層は、（００１）面に配向したペロブスカイト型の結晶構造を有し、かつＳｒ、Ｂａ、Ｓｍ、Ｅｕ、Ｐｂ、Ｂｉ、Ｃａ、Ｐｒ及びＬａのうち少なくとも１つの元素と、Ｔｉ、Ｚｒ、Ｖ、Ｃｒ、Ｍｎ、Ｍｏ、Ｔｃ、Ｒｕ、Ｃａ或いはＲｈのうち少なくとも１つの元素とを含む酸化物を含むことを特徴とする請求項１乃至７のいずれかに記載の磁気抵抗素子。
【請求項９】
前記記録層は、（００１）面に配向するｆｃｔ型の結晶構造を有するＬ１０型規則合金を含み、前記合金は、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉ、及びＭｎのうちの少なくとも１つの元素と、Ｐｔ、Ｐｄ、Ｒｈ、及びＡｌのうちの少なくとも１つの元素とを含むことを特徴とする請求項１乃至８のいずれかに記載の磁気抵抗素子。
【請求項１０】
前記第１の非磁性層は、酸化マグネシウムを含むことを特徴とする請求項１乃至９のいずれかに記載の磁気抵抗素子。
【請求項１１】
前記記録層は、垂直方向の磁気異方性を有しスピン偏極した電子の作用により磁化の方向が変化する第１磁性層と、この第１磁性層と前記第１の非磁性層との界面に設けられ、Ｃｏ、Ｆｅ、Ｎｉのうち少なくとも１つの元素を含む第１の界面膜とを、備えていることを特徴とする請求項１乃至１０のいずれかに記載の磁気抵抗素子
【請求項１２】
前記参照層は、膜面に垂直方向の磁気異方性を有する第２磁性層と、この第２磁性層と前記第１の非磁性層との界面に設けられ、Ｃｏ、Ｆｅ、Ｎｉのうち少なくとも１つの元素を含む第２の界面膜と、を備えていることを特徴とする請求項１乃至１１のいずれかに記載の磁気抵抗素子
【請求項１３】
請求項１乃至１２のいずれかに記載の磁気抵抗素子と、前記磁気抵抗素子に対して通電を行う第１及び第２の電極と、を含むメモリセルを備えていることを特徴とする磁気メモリ。
【請求項１４】
前記第１の電極に電気的に接続された第１の配線と、
前記第２の電極に電気的に接続された第２の配線と、
前記第１の配線及び前記第２の配線に電気的に接続され、かつ前記磁気抵抗素子に双方向に電流を供給する書き込み回路と、
をさらに具備することを特徴とする請求項１３記載の磁気メモリ。
【請求項１５】
前記磁気抵抗素子の前記第２の電極と前記第２の配線との間に接続される選択トランジスタと、
前記選択トランジスタのオン／オフを制御する第３の配線と、
をさらに備えていることを特徴とする請求項１４記載の磁気メモリ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、磁気抵抗素子及び磁気メモリに関する。
【背景技術】
【０００２】
スピン角運動量移動（ＳＭＴ（Spin Momentum Transfer））を利用した書き込み方式を用いたＭＴＪ（Magneto Tunnel Junction）素子をメモリセルの記憶素子として備えた磁気メモリ（ＭＲＡＭ（Magnetic Random Access Memory））は、ＭＴＪ素子を微細化しても、磁化反転に必要な電流密度の大きさはほとんど増加しないため、大容量、低消費電力、不揮発性、高速動作を備えた不揮発性メモリとして期待されている。
【０００３】
情報の不揮発性を保持するためには、熱擾乱エネルギーより大きな磁気異方性エネルギーをＭＴＪ素子の記録層に与えなければならない。磁気異方性エネルギーを確保する方法としては、ｆｃｔ（face-centered tetragonal）構造を持つＬ１０型規則合金、例えばＣｏＰｔ、ＦｅＰｔ、ＦｅＰｄ規則合金の結晶磁気異方性を利用することが検討されている（例えば、特許文献１参照）。ＦｅＰｄ規則合金における結晶磁気異方性エネルギー密度は２×１０７ｅｒｇ／ｃｍ３になることが見出されている。仮にＦｅＰｄ規則合金を用いて結晶磁気異方性エネルギー密度が２×１０７ｅｒｇ／ｃｍ３、飽和磁化が１０００ｅｍｕ／ｃｍ３、膜厚が２ｎｍのＭＴＪ素子を仮定すると１０ｎｍ程度まで微細化が可能となり大容量化が可能になる。
【０００４】
しかし、上記ＦｅＰｄ規則合金を用いてＭＴＪ素子のサイズを３０ｎｍにすると１０ｎｍの熱擾乱耐性に比較して、熱擾乱耐性が４倍程度になり、記録層に書き込みを行うための電流密度の大きさは熱擾乱耐性の大きさに比例して増大するため、増大を引き起こすことが問題となっていた。
【０００５】
また、仮にサイズが３０ｎｍでかつ適切な結晶磁気異方性を有する材料を用いてＭＴＪ素子を形成することができたとしても、従来のスピン角運動量移動を利用したＭＲＡＭでは書き込み電流と読み出し電流が同じ経路をとるため、読み出し時に記録層がスピントルクを受け誤書き込みが生じることが問題となっていた。
【特許文献１】特開２００７−１４２３６４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明は、記録層が磁化反転する際の反転電流を低減することが可能な磁気抵抗素子及びそれを用いた磁気メモリを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の第１の態様による磁気抵抗素子は、電圧を印加することによって格子が伸縮する圧電層と、前記圧電層上に設けられ、かつ膜面に垂直方向の磁気異方性を有しスピン偏極した電子の作用により磁化の方向が変化する記録層と、前記記録層上に設けられた第１の非磁性層と、前記第１の非磁性層上に設けられ、かつ膜面に垂直方向の磁気異方性を有する参照層と、を備え、前記記録層は、読み出し時の電圧印加時での熱擾乱耐性が書き込み時の電圧印加時での熱擾乱耐性よりも大きいことを特徴とする。
【０００８】
また、本発明の第２の態様による磁気抵抗素子は、膜面に垂直方向の磁気異方性を有する参照層と、前記参照層上に設けられた第１の非磁性層と、前記第１の非磁性層上に設けられ、かつ膜面に垂直方向の磁気異方性を有しスピン偏極した電子の作用により磁化の方向が変化する記録層と、前記記録層上に設けられ、かつ電圧を印加することによって格子が伸縮する圧電層と、を備え、前記記録層は、読み出し時の電圧印加時での熱擾乱耐性が書き込み時の電圧印加時での熱擾乱耐性よりも大きいことを特徴とする。
【０００９】
また、本発明の第３の態様による磁気メモリは、第１または第２の態様の磁気抵抗素子と、前記磁気抵抗素子に対して通電を行う第１及び第２の電極と、を含むメモリセルを備えていることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、記録層が磁化反転する際の反転電流を低減することが可能な磁気抵抗素子及びそれを用いた磁気メモリを提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
まず、本発明の実施形態を説明する前に、本発明に至った経緯について説明する。
【００１２】
Ｌ１０規則化合金を膜面内方向に対して〔００１〕方向に配向成長させると、Ｌ１０規則化合金膜は膜面内方向に対して〔００１〕方向に磁化容易軸を有する、いわゆる垂直磁化膜となる。以下、本明細書では、「膜面」とは膜の上面を意味し、「膜面内方向」とは膜の上面に平行な方向を意味する。膜面内方向に平行する格子定数が異なる第１および第２下地層のそれぞれの上に膜面内方向に対して〔００１〕方向に配向したＬ１０規則化合金のＦｅＰｄ膜を作製し、ＦｅＰｄ膜の垂直磁化の熱擾乱耐性について調査した結果を図１に示す。横軸は膜面内方向（結晶のａ軸方向）の格子定数を縦軸はＦｅＰｄの熱擾乱耐性を示している。図１に示す熱擾乱耐性とは、下記のＡｒｒｈｅｎｉｕｓ−Ｎｅｅｌの関係に現れる「Δ」を意味し、材料によって決定される値となる。
Ｈｃ＝Ｈ０｛１―√[１／Δ×ｌｎ（ｆ０ｔ）]｝
ここで、ｌｎは自然対数を表し、Ｈｃはｔ秒間で磁化を反転させるに必要な磁化反転磁場、Ｈ０は１ｎｓｅｃ（１０−９ｓｅｃ）で磁化を反転させるに必要な磁化反転磁場、ｆ０は定数（＝１０９ヘルツ）となる。図１よりＦｅＰｄ膜の膜面内方向の格子が伸びると熱擾乱耐性が低下することがわかる。つまり、書き込み時において格子を広げることができれば書き込み時のＦｅＰｄ膜の熱擾乱耐性が低下し、低電流で記録層の磁化の方向を反転させることが可能となる。
【００１３】
一方、ペロブスカイト型構造を有するＰｂＺｒＴｉＯ３に代表される膜は電圧を印加すると格子が伸縮する。例えば膜面内方向に平行方向の圧電定数が２×１０−１０ｍ／Ｖとなる材料を用いれば、０．１Ｖの電圧を印加することで膜面内方向に平行な方向の格子は０．２Å広がることになる。ここで、電圧０．１Ｖは、磁気抵抗素子に印加される書き込み電圧を０．２Ｖとし、０．２Ｖの半分の電圧０．１Ｖが圧電層、残りの０．１Ｖがトンネルバリア膜に印加される場合を想定して決定した値である。ＦｅＰｄ膜の膜面内方向に平行な方向の格子定数は３．８５Åであるため０．１Ｖの電圧印加で４．０５Å程度に広がる。図１によればＦｅＰｄ膜の膜面内方向の格子定数が３．８５Åから４．０５Åになると、磁気抵抗素子の記録層の熱擾乱耐性が１／３になり、これにより、書き込み電流は１／３以下となって書き込み電流の低減が可能になることがわかる。この知見は、本発明者達によって初めて得られたものである。
【００１４】
更に、読み出し電圧を書き込み電圧の１／４程度に設定しておけば、読み出し時の格子の広がりは書き込み時の１／４になるため、熱擾乱耐性の低下を抑制することが可能になり、また書き込みと読み出しの熱擾乱耐性の差を十分に大きくすることが可能になるため、読み出し時の誤書き込みを抑制することが可能になる。また、この知見も本発明者達によって初めて得られたものである。
【００１５】
このような知見に基づいて成された本発明の実施形態について以下に図面を参照して説明する。なお、以下の説明において、同一の機能及び構成を有する要素については、同一符号を付し、重複説明は必要な場合にのみ行なう。
【００１６】
（第１実施形態）
ＭＴＪ素子の構成
図２に、本発明の第１実施形態による磁気抵抗素子であるＭＴＪ素子１０の構成を示す。図中の矢印は、磁化方向を示している。本実施形態のＭＴＪ素子１０は、シングルピン層構造、すなわち１つの記録層と１つの参照層とが非磁性層を介して配置される構造を有している。
【００１７】
ＭＴＪ素子１０は、結晶配向用の圧電層１１、記録層（或いは、自由層ともいう）１２、トンネルバリア層（非磁性層）１３、参照層（或いは、固定層ともいう）１４がこの順に積層された積層構造を有する。なお、図１７に示すように、ＭＴＪ素子１０は、参照層１４、トンネルバリア層１３、記録層１２、結晶配向用の圧電層１１がこの順で積層された構造、すなわち図２に示す場合と積層順序が逆の構造であっても良い。
【００１８】
記録層１２は、磁化（或いはスピン）の方向が可変である（反転する）。参照層１４は、磁化の方向が不変である（固着している）。「参照層１４の磁化方向が不変である」とは、記録層１２の磁化方向を反転するために使用される磁化反転電流を参照層１４に流した場合に、通電の前後で参照層１４の磁化方向が変化しないことを意味する。従って、ＭＴＪ素子１０において、参照層１４として反転電流の大きな磁性層を用い、記録層１２として参照層１４よりも反転電流の小さい磁性層を用いることによって、磁化方向が可変の記録層１２と磁化方向が不変の参照層１４とを備えたＭＴＪ素子１０を実現することができる。スピン偏極電子により磁化反転を引き起こす場合、その反転電流は減衰定数、異方性磁界、及び体積に比例するため、これらを適切に調整して、記録層１２と参照層１４との反転電流に差を設けることができる。
【００１９】
参照層１４及び記録層１２はそれぞれ膜面に垂直方向の磁気異方性を有し、参照層１４及び記録層１２の容易磁化方向は膜面（或いは積層面）に対して略垂直である。以下、膜面に略垂直な磁化を垂直磁化という。すなわち、ＭＴＪ素子１０は、参照層１４及び記録層１２の磁化方向がそれぞれ膜面に対して垂直方向を向く、いわゆる垂直磁化型ＭＴＪ素子である。なお、容易磁化方向とは、あるマクロなサイズの強磁性体を想定して、外部磁界のない状態で自発磁化がその方向を向くと最も内部エネルギーが低くなる方向である。困難磁化方向とは、あるマクロなサイズの強磁性体を想定して、外部磁界のない状態で自発磁化がその方向を向くと最も内部エネルギーが大きくなる方向である。
【００２０】
このように構成されたＭＴＪ素子１０において、情報の書き込みは、以下のように行われる。先ず、ＭＴＪ素子１０は、膜面（或いは積層面）に垂直な方向において、双方向に通電される。
【００２１】
参照層１４側から電子（すなわち、参照層１４から記録層１２へ向かう電子）を供給した場合、参照層１４の磁化方向と同じ方向にスピン偏極された電子が記録層１２に注入される。この場合、記録層１２の磁化方向は、参照層１４の磁化方向と同じ方向に揃えられる。これにより、参照層１４と記録層１２との磁化方向が平行配列となる。この平行配列のときはＭＴＪ素子１０の抵抗値は最も小さくなり、本明細書では、この場合をデータ“０”と規定する。
【００２２】
一方、記録層１２側から電子（すなわち、記録層１２から参照層１４へ向かう電子）を供給した場合、参照層１４により反射されることで参照層１４の磁化方向と反対方向にスピン偏極された電子が記録層１２に注入される。この場合、記録層１２の磁化方向は、参照層１４の磁化方向と反対方向に揃えられる。これにより、参照層１４と記録層１２との磁化方向が反平行配列となる。この反平行配列のときはＭＴＪ素子１０の抵抗値は最も大きくなり、本明細書では、この場合をデータ“１”と規定する。なお、データ“０”およびデータ“１”を、本明細書とは逆に定義してもよい。
【００２３】
また、データの読み出しは、ＭＴＪ素子１０に読み出し電流を供給することで行われる。この読み出し電流は、書き込み電流よりも小さい値に設定される。ＭＴＪ素子１０は、磁気抵抗効果により、参照層１４と記録層１２との磁化方向が平行配列か反平行配列かで異なる抵抗値を有する。この抵抗値の変化を読み出し電流に基づいて検出する。
【００２４】
記録層、参照層、及びトンネルバリア層の構成
垂直磁化を実現する記録層１２及び参照層１４としては、膜面内方向に対して（００１）面に配向したｆｃｔ（face-centered tetragonal）構造を基本構造とするＬ１０構造が用いられる。また、記録層１２及び参照層１４で垂直磁化を実現するには、５×１０５ｅｒｇ／ｃｃ以上の結晶磁気異方性エネルギー密度を有する材料が望ましい。
【００２５】
記録層１２及び参照層１４の磁性材料には、鉄（Ｆｅ）、コバルト（Ｃｏ）、ニッケル（Ｎｉ）、及びマンガン（Ｍｎ）のうち１つ以上の元素と、白金（Ｐｔ）、パラジウム（Ｐｄ）、ロジウム（Ｒｈ）、およびアルミ（Ａｌ）のうち１つ以上の元素とを含む合金であって、かつ結晶構造がＬ１０構造の規則合金が挙げられる。
【００２６】
例えば、Ｆｅ５０Ｐｔ５０、Ｆｅ５０Ｐｄ５０、Ｃｏ５０Ｐｔ５０、Ｆｅ３０Ｎｉ２０Ｐｔ５０、Ｆｅ5０Ｐｔ3０Ｒｈ20、Ｃｏ３０Ｎｉ２０Ｐｔ５０、Ｍｎ５０Ａｌ５０等の規則合金が挙げられる。これらの規則合金の組成比は一例であり、上記組成比に限定されるものではない。なお、これらの規則合金に、銅（Ｃｕ）、亜鉛（Ｚｎ）、銀（Ａｇ）、ニッケル（Ｎｉ）、コバルト（Ｃｏ）、鉄（Ｆｅ）、マンガン（Ｍｎ）、クロム（Ｃｒ）、バナジウム（Ｖ）、チタン（Ｔｉ）、オスミウム（Ｏｓ）、イリジウム（Ｉｒ）、ボロン（Ｂ）等の不純物元素単体或いはそれらの合金、又は絶縁物を加えて磁気異方性エネルギー密度、飽和磁化を低く調整することができる。また、組成比を調整することによって、Ｌ１０構造の規則合金とＬ１２構造の規則合金との混合層を用いても良い。
【００２７】
参照層１４に必要となる条件は、記録層１２より異方性磁界が大きい、膜厚が厚い、減衰定数が大きい、これら条件のどれか１つ若しくは複数の条件を満たせば良い。仮に記録層１２としてＦｅＰｄを用いる場合、参照層１４としては、減衰定数がＦｅＰｄより大きいＦｅＰｔまたはＣｏＰｔを用いるか、或いは記録層１２の膜厚より厚くしたＦｅＰｄ層を用いることが望ましい。
【００２８】
（変形例）
本実施形態の一変形例によるＭＴＪ素子１０を図３に示す。この変形例によるＭＴＪ素子１０においては、記録層１２は、記録膜１２Ａと、この記録膜１２Ａとトンネルバリア層１３との界面に挿入された界面膜１２Ｂとを備えている。記録層１２を構成する磁性材料の具体例としては、膜厚が１．５ｎｍ程度のＦｅＰｄ膜１２Ａと、膜厚が０．５ｎｍ程度のＣｏＦｅＢ膜１２Ｂとの積層膜が挙げられる。トンネルバリア層１３に接するＣｏＦｅＢ膜１２Ｂは、例えばＭｇＯからなるトンネルバリア層１３の結晶性を向上させる。また、界面膜１２ＢをＣｏＦｅＢ膜などの高分極率材料で構成することで、ＭＲ比を向上させることができる。界面膜１２Ｂとして、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉのうち少なくとも１つの元素を含む磁性材料が用いてもよい。
【００２９】
同様に、参照層１４は、参照膜１４Ａと、この参照膜１４Ａとトンネルバリア層１３との界面に挿入された界面膜１４Ｂとを備えている。界面膜１４Ｂとして、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉのうち少なくとも１つの元素を含む磁性材料が用いてもよい。参照層１４を構成する磁性材料の具体例としては、膜厚が７ｎｍ程度のＦｅＰｔ膜１４Ａと、膜厚が１．５ｎｍ程度のＦｅ或いはＣｏＦｅ膜１４Ｂとの積層膜が挙げられる。さらに、ＦｅＰｔ膜１４ＡとＦｅ或いはＣｏＦｅ膜１４Ｂとの間にＰｔ膜などを挿入させても良い。Ｐｔ膜の挿入は成膜時の格子整合性を向上させることにあり、これによって、参照層１４の磁気異方性エネルギーを向上させることができる。
【００３０】
また、参照膜１４Ａの磁性材料としては下記（１）〜（３）の材料を用いることも可能である。特に参照層１４の界面膜１４ＢにＣｏＦｅＢを用いた場合は、特に好適である。
【００３１】
（１）不規則合金
コバルト（Ｃｏ）を主成分とし、クロム（Ｃｒ）、タンタル（Ｔａ）、ニオブ（Ｎｂ）、バナジウム（Ｖ）、タングステン（Ｗ）、ハフニウム（Ｈｆ）、チタン（Ｔｉ）、ジルコニウム（Ｚｒ）、白金（Ｐｔ）、パラジウム（Ｐｄ）、鉄（Ｆｅ）、及びニッケル（Ｎｉ）のうち１つ以上の元素を含む合金。例えば、ＣｏＣｒ合金、ＣｏＰｔ合金、ＣｏＣｒＴａ合金、ＣｏＣｒＰｔ合金、ＣｏＣｒＰｔＴａ合金、ＣｏＣｒＮｂ合金等が挙げられる。これらの合金は、非磁性元素の割合を増加させて磁気異方性エネルギー密度、飽和磁化を調整することができる。
【００３２】
（２）人工格子
鉄（Ｆｅ）、コバルト（Ｃｏ）、及びニッケル（Ｎｉ）のうちの少なくとも１つの元素を含む合金と、クロム（Ｃｒ）、白金（Ｐｔ）、パラジウム（Ｐｄ）、イリジウム（Ｉｒ）、ロジウム（Ｒｈ）、ルテニウム（Ｒｕ）、オスミウム（Ｏｓ）、レニウム（Ｒｅ）、金（Ａｕ）、及び銅（Ｃｕ）のうちの少なくとも１つの元素を含む合金とが交互に積層された積層膜。例えば、Ｃｏ／Ｐｔ人工格子、Ｃｏ／Ｐｄ人工格子、ＣｏＣｒ／Ｐｔ人工格子、Ｃｏ／Ｒｕ人工格子、Ｃｏ／Ｏｓ人工格子、Ｃｏ／Ａｕ、Ｎｉ／Ｃｕ人工格子等が挙げられる。これらの人工格子は、磁性層への元素の添加、磁性層と非磁性層との膜厚比を調整することで、磁気異方性エネルギー密度、飽和磁化を調整することができる。
【００３３】
（３）フェリ磁性体
希土類金属と遷移金属との合金からなるフェリ磁性体。例えば、テルビウム（Ｔｂ）、ジスプロシウム（Ｄｙ）、或いはガドリニウム（Ｇｄ）と、遷移金属のうちの少なくとも１つの元素とを含むアモルファス合金。例えば、ＴｂＦｅ、ＴｂＣｏ、ＴｂＦｅＣｏ、ＤｙＴｂＦｅＣｏ、ＧｄＴｂＣｏ等が挙げられる。これらの合金は、組成比を調整することで磁気異方性エネルギー密度、飽和磁化を調整することができる。
【００３４】
トンネルバリア層１３としては、結晶構造がＮａＣｌ構造の酸化マグネシウム（ＭｇＯ）、
酸化バリウム（ＢａＯ）、酸化カルシウム（ＣａＯ）などが用いられる。従って、本実施形態のＭＴＪ素子１０は、ＴＭＲ（Tunneling Magnetoresistive）効果を有することになる。
【００３５】
圧電層の構成
圧電層１１は、記録層１２の格子定数を変化させるために設けられている。圧電材料としては０．１Ｖ程度の電圧印加において格子が１％〜１０％程度変化する材料であることが望ましい。例えば、ぺロブスカイト型の結晶構造を有するＰｂＺｒＴｉＯ３、ＢｉＦｅＣｏＯ３、ＰｂＴｉＯ３を用いることが望ましい。その他、ぺロブスカイト型の結晶構造をＡＢＯ３と書くと、ＡサイトにＳｒ、Ｂａ、Ｓｍ、Ｅｕ、Ｐｂ、Ｂｉ、Ｃａ、Ｐｒ或いはＬａのうちの少なくとも１つの元素を含み、ＢサイトにＴｉ、Ｚｒ、Ｖ、Ｃｒ、Ｍｎ、Ｍｏ、Ｔｃ、Ｒｕ、Ｃａ或いはＲｈのうち少なくとも１つの元素を含む材料で構成される酸化物を用いることが可能である。
【００３６】
また圧電層１１は記録層１２の結晶配向性或いは結晶性を制御する必要もある。記録層１２が垂直磁気異方性を発現するには、この記録層１２は（００１）面に配向したｆｃｔ構造を有する必要がある。このような結晶配向を有する記録層１２を形成するためには、圧電層１１としては、膜面に対して（００１）面に配向していることが望ましい。
【００３７】
さらに圧電層１１が膜面に対して（００１）面に配向していることは電圧印加時の圧電方向を一方向に揃えることが可能になるため、電圧印加時における格子の伸縮のばらつきを低減させることが可能になる。
【００３８】
以上説明したように、本実施形態においては、記録層に近接して圧電層が設けられているので、読み出し電圧を書き込み電圧よりも小さくすることにより、書き込み時における記録層の格子定数が読み出し時における記録層の格子定数よりも広がって書き込み時の熱擾乱耐性を小さくすることが可能となり、これにより、書き込み電流を低減することができる。すなわち、記録層が磁化反転する際の反転電流を低減することができる。また、書き込みと読み出しの熱擾乱耐性の差を十分に大きくすることが可能になり、読み出し時の誤書き込みを抑制することができる。
【００３９】
（第２実施形態）
圧電層１１を膜面に対して（００１）面に配向させるためには（００１）面に配向させるための下地層が必要となる。特に、下地層として、（００１）面に配向した正方晶或いは立方晶の結晶構造を有することが好適である。そこで、圧電層１１を膜面に対して（００１）面に配向させる下地層を備えたＭＴＪ素子を本発明の第２実施形態として説明する。
【００４０】
本発明の第２実施形態によるＭＴＪ素子１０を図４に示す。本実施形態のＭＴＪ素子１０は、図３に示す第１実施形態の一変形例によるＭＴＪ素子において、圧電層１１に対して記録層１２と反対側に下地層１５を設けた構成となっている。なお、図２に示す第１実施形態のＭＴＪ素子１０において、圧電層１１に対して記録層１２と反対側に下地層１５を設けた構成としてもよい。
【００４１】
下地層１５としては圧電層１１に対して良好な格子整合性、高伝導性、耐拡散性を兼ね備えている必要があるため、下記の材料を含む構造を用いることが望ましい。
【００４２】
下地層１５としては、下記（１）〜（３）に示す、膜面内方向の格子定数が５．２５Å〜５．６５Å程度のＮａＣｌ構造を有する化合物を用いることが可能である。
（１）バリウム（Ｂａ）を含む酸化物
（２）ガドリニウム（Ｇｄ）、テルビウム（Ｔｂ）、ジスプロシウム（Ｄｙ）、ホルミウム（Ｈｏ）、エルビウム（Ｅｒ）、及びツリウム（Ｔｍ）のうち少なくとも１つの元素を含む硫化物
（３）カドミウム（Ｃｄ）、マグネシウム（Ｍｇ）、マンガン（Ｍｎ）、及びエルビウム（Ｅｒ）のうち少なくとも１つの元素を含むセレン化物、或いは下記（４）に示す、面内方向の格子定数が５．２５Å〜５．６５Å程度のホタル石構造を有する化合物を用いることが可能である。
（４）セリウム（Ｃｅ）、ナトリウム（Ｎａ）を含む酸化物、或いは面内方向の格子定数が（００１）面に配向したペロブスカイト構造を有し、膜面内方向の格子定数が３．７Å〜４．３Å程度の化合物が用いられる。この化合物としては、マグネシウム（Ｍｇ）、ストロンチウム（Ｓｒ）、コバルト（Ｃｏ）、ニッケル（Ｎｉ）、チタン（Ｔｉ）、バナジウム（Ｖ）、セリウム（Ｃｅ）、ジスプロシウム（Ｄｙ）、ランタン（Ｌａ）、カリウム（Ｋ）、鉛（Ｐｄ）、カルシウム（Ｃａ）、銅（Ｃｕ）、及びバリウム（Ｂａ）のうち少なくとも１つの元素を含む酸化物、或いは、チタン（Ｔｉ）、クロム（Ｃｒ）、バナジウム（Ｖ）のうち少なくとも１つ以上の元素を含む窒化物が挙げられる。
【００４３】
ペロブスカイト型酸化物をＡＢＯ３で表すと、Ａサイトは、ストロンチウム（Ｓｒ）、セリウム（Ｃｅ）、ジスプロシウム（Ｄｙ）、ランタン（Ｌａ）、ナトリウム（Ｎａ）、鉛（Ｐｄ）、カルシウム（Ｃａ）、銅（Ｃｕ）、バリウム（Ｂａ）等の少なくとも１つの元素であり、Ｂサイトはチタン（Ｔｉ）、バナジウム（Ｖ）、クロム（Ｃｒ）、マンガン（Ｍｎ）、鉄（Ｆｅ）、コバルト（Ｃｏ）、ニッケル（Ｎｉ）、ガリウム（Ｇａ）、ニオブ（Ｎｂ）、モリブデン（Ｍｏ）、ルテニウム（Ｒｕ）、イリジウム（Ｉｒ）、鉛（Ｐｂ）、カルシウム（Ｃａ）等の少なくとも１つの元素である。すなわち、ＳｒＲｕＯ３、Ｓｒ（Ｔｉ，Ｒｕ）Ｏ３、ＳｒＮｂＯ３、Ｓｒ（Ｔｉ，Ｖ）Ｏ３、ＳｒＣｒＯ３、ＳｒＦｅＯ３、ＳｒＣｏＯ３、ＳｒＮｂＯ３、ＳｒＭｏＯ３、ＳｒＩｒＯ３、ＣｅＧａＯ３、ＤｙＭｎＯ３、ＬａＴｉＯ３、ＬａＶＯ３、Ｌａ１−ｘＳｒｘＭｎＯ３、Ｌａ１−ｘＳｒｘＣｏＯ３、ＬａＮｉＯ３、ＫＴａＯ３、ＰｂＴｉＯ３、ＢａＭｏＯ３、ＣａＣｅＯ３、ＣａＣｒＯ３、ＣａＲｕＯ３、ＣｕＲｕＯ３等が挙げられる。これらの中から高耐熱性、低格子ミスマッチ、低抵抗の観点から適宜選択すればよい。ペロブスカイト型酸化物では酸素を欠損させることで電気伝導性を調整することが可能である。
【００４４】
或いは、面内方向の格子定数が（００１）面に配向した膜面内方向の格子定数が３．７Å〜４．０Å程度のＰｔ、Ｉｒ、Ｐｄを用いることも可能である。
【００４５】
下地層の第１の具体的構成
下地層１５の第１の具体的な構成について図５を参照して説明する。この下地層１５は、下地膜１５Ｃ、下地膜１５Ｂ、下地膜１５Ａがこの順序に積層された積層構造を有している。下地膜１５Ａは、図４に示す下地層１５と同じ材料で構成される。
【００４６】
下地膜１５Ｃは、この上の下地膜１５Ｂ（或いは、下地膜１５Ａ）の平滑性、結晶性、及び配向性を向上させるために設けられている。下地膜１５Ｃとしては、アモルファス構造又は微結晶構造を有する金属が用いられる。下地膜１５Ｃの材料としては、鉄（Ｆｅ）、コバルト（Ｃｏ）、及びニッケル（Ｎｉ）のうち少なくとも１つの元素と、ホウ素（Ｂ）、ニオブ（Ｎｂ）、シリコン（Ｓｉ）、タンタル（Ｔａ）、及びジルコニウム（Ｚｒ）のうち少なくとも１つの元素とを含む金属が挙げられる。
【００４７】
下地膜１５Ｂは、この上の下地膜１５Ａの平滑性、結晶性、及び配向性を向上させるために設けられている。下地膜１５Ｂとしては、ＮａＣｌ構造を有する酸化物が用いられる。下地膜１５Ｂの材料としては、マグネシウム（Ｍｇ）、カルシウム（Ｃａ）、チタン（Ｔｉ）、バリウム（Ｂａ）、バナジウム（Ｖ）、ニオブ（Ｎｂ）、マンガン（Ｍｎ）、鉄（Ｆｅ）、コバルト（Ｃｏ）、及びニッケル（Ｎｉ）のうち少なくとも１つの元素を主成分とする酸化物が挙げられる。
【００４８】
したがって、下地層１５の一具体例としては、下地膜１５Ｃとして膜厚が３ｎｍ程度のＣｏＦｅＢ、下地膜１５Ｂとして膜厚が０．５ｎｍ程度のＭｇＯ、下地膜１５Ａとして膜厚が５ｎｍ程度のＳｒＲｕＯ３がこの順序に積層されて構成された積層膜が挙げられる。
【００４９】
下地層の第２の具体的構成
下地層１５の第２の具体的構成について図５を参照して説明する。この下地層１５は、下地膜１５Ｃ、下地膜１５Ｂ、下地膜１５Ａがこの順序に積層された積層構造を有している。下地膜１５Ａは、図４に示す下地層１５と同じ材料で構成される。
【００５０】
下地膜１５Ｃは、この上の下地膜１５Ｂ（或いは下地膜１５Ａ）の平滑性、結晶性、及び配向性を向上させるために設けられている。下地膜１５Ｃとしては、アモルファス構造又は微結晶構造を有する金属が用いられる。下地膜１５Ｃとしては、第１の具体的構成の箇所で挙げた材料を用いることができる。
【００５１】
下地膜１５Ｂは、この上の下地膜１５Ａの平滑性、及び結晶性を向上させ、かつ（００１）面配向を得るために設けられている。下地膜１５Ｂとしては、アルミ（Ａｌ）、金（Ａｕ）、パラジウム（Ｐｄ）、白金（Ｐｔ）、銀（Ａｇ）、鉄（Ｆｅ）、クロム（Ｃｒ）、又はバナジウム（Ｖ）、イリジウム（Ｉｒ）などの金属が用いられる。ただし、下地膜１５Ｂとして金属を用いた場合は、下地膜１５Ｂを（００１）面配向させるために下地膜１５Ｃを成膜後、酸化処理を行い、下地膜１５Ｃの上面を酸化する必要がある。
【００５２】
したがって、下地層１５の一具体例としては、下地膜１５Ｃとして膜厚が１０ｎｍ程度のＮｉＴａを用い、ＮｉＴａを成膜後、このＮｉＴａの上面を酸化し、上面が酸化されたＮｉＴａ上に膜厚が１０ｎｍ程度のＣｒを下地膜１５Ｂとして成膜し、さらに下地膜１５Ａとして膜厚が５ｎｍ程度のＳｒＲｕＯ３を成膜することによって形成される。
【００５３】
以上説明したように、本実施形態においては、記録層に近接して圧電層が設けられているので、読み出し電圧を書き込み電圧よりも小さくすることにより、書き込み時における記録層の格子定数が読み出し時おける記録層の格子定数よりも広がって書き込み時の熱擾乱耐性を小さくすることが可能となり、これにより、書き込み電流を低減することができる。すなわち、記録層が磁化反転する際の反転電流を低減することができる。また、書き込みと読み出しの熱擾乱耐性の差を十分に大きくすることが可能になり、読み出し時の誤書き込みを抑制することができる。
【００５４】
（第３実施形態）
次に、本発明の第３実施形態によるＭＴＪ素子について図６を参照して説明する。第３実施形態のＭＴＪ素子１０は、図４に示す第２実施形態のＭＴＪ素子１０の参照層１４上に、非磁性層１７を介して磁場調整層１８を設けた構成となっている。磁場調整層１８を付加することで、参照層１４から出る漏れ磁場を低減し、これによって、この漏れ磁場に起因する記録層１２の反転磁界のシフトを低減或いは調整するようにしている。
【００５５】
本実施形態のＭＴＪ素子１０においては、参照層１４上には、非磁性層１７、磁場調整層１８、上部電極１９がこの順序に積層されている。磁場調整層１８は、参照層１４から出る漏れ磁場を低減する効果を有し、この漏れ磁場に起因する記録層１２の反転磁界のシフト調整を行うために用いられる。
【００５６】
非磁性層１７は、参照層１４と磁場調整層１８とが熱工程によって混ざらない耐熱性、及び磁場調整層１８を形成する際の結晶配向を制御する機能が必要となり、下地層１５に関して既に挙げてある材料を用いることが望ましい。さらに、非磁性層１７の膜厚が厚くなると磁場調整層１８と記録層１２との距離が離れる結果、磁場調整層１８から記録層１２に印加される磁場が小さくなってしまう。このため、非磁性層１７の膜厚は、５ｎｍ以下であることが望ましい。
【００５７】
磁場調整層１８は、磁性材料から構成され、具体的には、参照層１４に関して既に挙げた材料を用いることができる。ただし、磁場調整層１８は、参照層１４に比べて記録層１２から離れているため、記録層１２に印加される漏れ磁場を磁場調整層１８によって補正するためには、磁場調整層１８の膜厚、或いは飽和磁化の大きさを参照層１４より大きくする必要がある。例えば参照層１４に飽和磁化が７００ｅｍｕ／ｃｃ程度、膜厚が７ｎｍ程度のＦｅＣｏを用いた場合、磁場調整層１８として飽和磁化が１０００ｅｍｕ／ｃｃ程度、膜厚が１５ｎｍ程度のＦｅＰｔを用いることができる。
【００５８】
また、参照層１４と磁場調整層１８との磁化方向は反平行に設定される。このために、参照層１４の保磁力Ｈｃ１と磁場調整層１８の保磁力Ｈｃ２との間には、Ｈｃ１＞Ｈｃ２、或いはＨｃ１＜Ｈｃ２の関係を満たす必要がある。
【００５９】
参照層１４、非磁性層１７、及び磁場調整層１８は、ＳＡＦ（Synthetic Anti-Ferromagnet）構造で構成されていても良い。すなわち、非磁性層１７の材料として例えばルテニウム（Ｒｕ）を用い、反強磁性結合を利用して、参照層１４と磁場調整層１８との磁化方向を反平行に結合させることも可能である。
【００６０】
さらに、図７に示すように、非磁性層１７と参照層１４の間に反強磁性層１６挟んでも良い。すなわち、参照層１４上には、反強磁性層１６が設けられ、この反強磁性層１６上には、非磁性層１７が設けられている。
【００６１】
反強磁性層１６は、参照層１４の磁化を一方向に固着する機能を有する。反強磁性層１６としては、マンガン（Ｍｎ）と、鉄（Ｆｅ）、ニッケル（Ｎｉ）、白金（Ｐｔ）、パラジウム（Ｐｄ）、ルテニウム（Ｒｕ）、オスミウム（Ｏｓ）、或いはイリジウム（Ｉｒ）との合金であるＦｅＭｎ、ＮｉＭｎ、ＰｔＭｎ、ＰｔＰｄＭｎ、ＲｕＭｎ、ＯｓＭｎ、ＩｒＭｎ等を用いることができる。
【００６２】
以上詳述したように本実施形態によれば、磁場調整層１８によって参照層１４から出る漏れ磁場を低減することができる。これにより、この漏れ磁場に起因する記録層１２の反転磁界のシフトを低減することができる。この結果、素子間での記録層１２の反転磁界のばらつきを低減することが可能となる。また、磁場調整層１８及び反強磁性層１６を用いることで、参照層１４の磁化を一方向に強固に固着することができる。
【００６３】
なお、本実施形態の一変形例によるＭＴＪ素子１０として、図１８に示すように、下地層１５、参照層１４、トンネルバリア１３、記録層１２、圧電層１１、磁場調整層１８ａ、上部電極１９がこの順序で積層された構成を備えていてもよい。この変形例においては、磁場調整層１８ａは参照層１４からの漏れ磁場を低減する機能を有している。また、この変形例においては、参照層１４は、参照膜１４Ａと、この参照膜１４と、トンネルバリア層１３との間に設けられた界面膜１４Ｂとを備え、記録層１２は、記録膜１２Ａと、この記録膜１２Ａとトンネルバリア層１３との間に設けられた界面膜１２Ｂとを備えている。そして、下地層１５は、第２実施形態で説明した材料が用いられる。
【００６４】
以上説明したように、本実施形態においては、記録層に近接して圧電層が設けられているので、読み出し電圧を書き込み電圧よりも小さくすることにより、書き込み時における記録層の格子定数が読み出し時おける記録層の格子定数よりも広がって書き込み時の熱擾乱耐性を小さくすることが可能となり、これにより、書き込み電流を低減することができる。すなわち、記録層が磁化反転する際の反転電流を低減することができる。また、書き込みと読み出しの熱擾乱耐性の差を十分に大きくすることが可能になり、読み出し時の誤書き込みを抑制することができる。
【００６５】
（第４実施形態）
次に、本発明の第４実施形態による磁気メモリ（ＭＲＡＭ）について図８乃至図９を参照して説明する。
【００６６】
本実施形態のＭＲＡＭの回路図を図８に示す。本実施形態のＭＲＡＭは、第１実施形態或いは第２実施形態或いは第３実施形態のＭＴＪ素子１０をメモリセルの記憶素子として用いている。このＭＲＡＭは、マトリクス状に配列された複数のメモリセルＭＣを有するメモリセルアレイ３０を備えている。メモリセルアレイ３０には、それぞれが列（カラム）方向に延在するように、複数のビット線対ＢＬ、／ＢＬが配設されている。また、メモリセルアレイ３０には、それぞれが行（ロウ）方向に延在するように、複数のワード線ＷＬが配設されている。
【００６７】
ビット線ＢＬとワード線ＷＬとの交差部分には、メモリセルＭＣが配置されている。各メモリセルＭＣは、ＭＴＪ素子１０、及びｎチャネルＭＯＳトランジスタからなる選択トランジスタ３１を備えている。ＭＴＪ素子１０の一端は、ビット線ＢＬに接続されている。ＭＴＪ素子１０の他端は、選択トランジスタ３１のドレイン端子に接続されている。選択トランジスタ３１のゲート端子は、ワード線ＷＬに接続されている。選択トランジスタ３１のソース端子は、ビット線／ＢＬに接続されている。
【００６８】
ワード線ＷＬには、ロウデコーダ３２が接続されている。ビット線対ＢＬ、／ＢＬには、書き込み回路３４及び読み出し回路３５が接続されている。書き込み回路３４及び読み出し回路３５には、カラムデコーダ３３が接続されている。各メモリセルＭＣは、ロウデコーダ３２及びカラムデコーダ３３により選択される。
【００６９】
メモリセルＭＣへのデータの書き込みは、以下のように行われる。先ず、データ書き込みを行うメモリセルＭＣを選択するために、このメモリセルＭＣに接続されたワード線ＷＬが活性化される。これにより、選択トランジスタ３１がオン状態となる。
【００７０】
ここで、ＭＴＪ素子１０には、書き込みデータに応じて、双方向の書き込み電流Ｉｗが供給される。具体的には、ＭＴＪ素子１０に、図８において左から右へ書き込み電流Ｉｗを供給する場合、書き込み回路３４は、ビット線ＢＬに正の電圧を印加し、ビット線／ＢＬに接地電圧を印加する。また、ＭＴＪ素子１０に、図８において右から左へ書き込み電流Ｉｗを供給する場合、書き込み回路３４は、ビット線／ＢＬに正の電圧を印加し、ビット線ＢＬに接地電圧を印加する。このようにして、メモリセルＭＣにデータ“０”、或いはデータ“１”を書き込むことができる。
【００７１】
次に、メモリセルＭＣからのデータ読み出しは、以下のように行われる。まず、データ読み出しを行うメモリセルＭＣを選択するために、このメモリセルＭＣに接続されたワード線ＷＬが活性化される。これにより、選択されたメモリセルＭＣの選択トランジスタ３１がオン状態にとなる。読み出し回路３５は、ＭＴＪ素子１０に、例えば図８において右から左へ流れる読み出し電流Ｉｒを供給する。そして、読み出し回路３５は、この読み出し電流Ｉｒに基づいて、ＭＴＪ素子１０の抵抗値を検出する。このようにして、ＭＴＪ素子１０に記憶されたデータを読み出すことができる。
【００７２】
次に、ＭＲＡＭの構造について説明する。図９は、１個のメモリセルＭＣを中心に示したＭＲＡＭの構成を示す断面図である。
【００７３】
ｐ型半導体基板４０の表面領域には、素子分離絶縁層４１が設けられ、この素子分離絶縁層４１が設けられていない半導体基板４０の表面領域が素子を形成する素子領域（active area）となる。素子分離絶縁層４１は、例えばＳＴＩ（Shallow Trench Isolation）により構成される。ＳＴＩとしては、例えば酸化シリコンが用いられる。
【００７４】
半導体基板４０の素子領域に選択トランジスタ３１が形成される。この選択トランジスタ３１は、互いに離間したソース領域３２ａ及びドレイン領域３２ｂが設けられている。このソース領域３２ａ及びドレイン領域３２ｂはそれぞれ、半導体基板４０内に高濃度のＮ＋型不純物を導入して形成されたｎ＋型拡散領域から構成される。ソース領域３２ａ及びドレイン領域３２ｂ間のチャネル３３となる半導体基板４０の領域上には、ゲート絶縁膜３４が形成され、このゲート絶縁膜３４上にゲート電極３５が設けられている。ゲート電極３５は、ワード線ＷＬとして機能する。
【００７５】
ソース領域３２ａ上には、コンタクト４２を介して配線層４３が設けられている。配線層４３は、ビット線／ＢＬとして機能する。ドレイン領域３２ｂ上には、コンタクト４４を介して引き出し線４５が設けられている。引き出し線４５上には、下部電極２１と、上部電極１９に挟まれたＭＴＪ素子１０が設けられている。上部電極１９上には、配線層４７が設けられている。配線層４７は、ビット線ＢＬとして機能する。また、半導体基板４０と配線層４７との間は、例えば酸化シリコンからなる層間絶縁層４６で満たされている。
【００７６】
以上詳述したように本実施形態によれば、第１実施形態或いは第２実施形態のＭＴＪ素子１０を用いてＭＲＡＭを構成することができる。
【００７７】
第４実施形態のＭＲＡＭは、様々な装置に適用することが可能である。以下に、ＭＲＡＭのいくつかの適用例について説明する。
【００７８】
（適用例１）
図１０は、デジタル加入者線（ＤＳＬ）用モデムのＤＳＬデータパス部を抽出して示している。このモデムは、プログラマブルデジタルシグナルプロセッサ（ＤＳＰ：Digital Signal Processor）１００、アナログ−デジタル（Ａ／Ｄ）コンバータ１１０、デジタル−アナログ（Ｄ／Ａ）コンバータ１２０、送信ドライバ１３０、及び受信機増幅器１４０等を備えている。
【００７９】
図１０では、バンドパスフィルタを省略しており、その代わりに回線コードプログラム（ＤＳＰで実行される、コード化された加入者回線情報、伝送条件等（回線コード：ＱＡＭ、ＣＡＰ、ＲＳＫ、ＦＭ、ＡＭ、ＰＡＭ、ＤＷＭＴ等）に応じてモデムを選択、動作させるためのプログラム）を保持するための種々のタイプのオプションのメモリとして、本実施形態のＭＲＡＭ１７０と、ＥＥＰＲＯＭ１８０と、を示している。
【００８０】
なお、本適用例では、回線コードプログラムを保持するためのメモリとしてＭＲＡＭ１７０とＥＥＰＲＯＭ１８０との２種類のメモリを用いているが、ＥＥＰＲＯＭ１８０を、本実施形態のＭＲＡＭに置き換えてもよい。すなわち、２種類のメモリを用いず、ＭＲＡＭのみを用いるように構成してもよい。
【００８１】
（適用例２）
図１１は、別の適用例として、携帯電話端末３００を示している。通信機能を実現する通信部２００は、送受信アンテナ２０１、アンテナ共用器２０２、受信部２０３、ベースバンド処理部２０４、音声コーデックとして用いられるＤＳＰ２０５、スピーカ（受話器）２０６、マイクロホン（送話器）２０７、送信部２０８、及び周波数シンセサイザ２０９等を備えている。
【００８２】
また、この携帯電話端末３００には、当該携帯電話端末３００の各部を制御する制御部２２０が設けられている。制御部２２０は、ＣＰＵ２２１、ＲＯＭ２２２、本実施形態のＭＲＡＭ２２３、及びフラッシュメモリ２２４がバス２２５を介して接続されて形成されたマイクロコンピュータである。上記ＲＯＭ２２２には、ＣＰＵ２２１において実行されるプログラムや表示用のフォント等の必要となるデータが予め記憶されている。
【００８３】
ＭＲＡＭ２２３は、主に作業領域として用いられるものであり、ＣＰＵ２２１がプログラムの実行中において計算途中のデータ等を必要に応じて記憶したり、制御部２２０と各部との間でやり取りするデータを一時的に記憶したりする場合等に用いられる。また、フラッシュメモリ２２４は、携帯電話端末３００の電源がオフされても、例えば直前の設定条件等を記憶しておき、次の電源オン時に同じ設定にするような使用方法をする場合に、それらの設定パラメータを記憶しておくものである。これによって、携帯電話端末３００の電源がオフにされても、記憶されている設定パラメータを消失してしまうことがない。
【００８４】
また、この携帯電話端末３００には、音声データ再生処理部２１１、外部出力端子２１２、ＬＣＤコントローラ２１３、表示用のＬＣＤ（液晶ディスプレイ）２１４、及び呼び出し音を発生するリンガ２１５等が設けられている。音声データ再生処理部２１１は、携帯電話端末３００に入力された音声データ情報（或いは、後述する外部メモリ２４０に記憶された音声データ情報）を再生する。再生された音声データ情報は、外部出力端子２１２を介してヘッドフォンや携帯型スピーカ等に伝えることにより、外部に取り出すことが可能である。このように、音声データ再生処理部２１１を設けることにより、音声データ情報の再生が可能となる。ＬＣＤコントローラ２１３は、例えばＣＰＵ２２１からの表示情報を、バス２２５を介して受け取り、ＬＣＤ２１４を制御するためのＬＣＤ制御情報に変換し、ＬＣＤ２１４を駆動して表示を行わせる。
【００８５】
さらに、携帯電話端末３００には、インターフェース回路（Ｉ／Ｆ）２３１，２３３，２３５、外部メモリ２４０、外部メモリスロット２３２、キー操作部２３４、及び外部入出力端子２３６等が設けられている。上記外部メモリスロット２３２にはメモリカード等の外部メモリ２４０が挿入される。この外部メモリスロット２３２は、インターフェース回路（Ｉ／Ｆ）２３１を介してバス２２５に接続される。このように、携帯電話端末３００に外部メモリスロット２３２を設けることにより、携帯電話端末３００の内部の情報を外部メモリ２４０に書き込んだり、或いは外部メモリ２４０に記憶された情報（例えば、音声データ情報）を携帯電話端末３００に入力したりすることが可能となる。
【００８６】
キー操作部２３４は、インターフェース回路（Ｉ／Ｆ）２３３を介してバス２２５に接続される。キー操作部２３４から入力されたキー入力情報は、例えばＣＰＵ２２１に伝えられる。外部入出力端子２３６は、インターフェース回路（Ｉ／Ｆ）２３３を介してバス２２５に接続され、携帯電話端末３００に外部から種々の情報を入力したり、或いは携帯電話端末３００から外部へ情報を出力したりする際の端子として機能する。
【００８７】
なお、本適用例では、ＲＯＭ２２２、ＭＲＡＭ２２３、及びフラッシュメモリ２２４を用いているが、フラッシュメモリ２２４を、本実施形態のＭＲＡＭに置き換えてもよいし、さらにＲＯＭ２２２も本実施形態のＭＲＡＭに置き換えることも可能である。
【００８８】
（適用例３）
図１２乃至図１６は、ＭＲＡＭをスマートメディア等のメディアコンテンツを収納するカード（ＭＲＡＭカード）に適用した例をそれぞれ示している。
【００８９】
図１２に示すように、ＭＲＡＭカード本体４００には、ＭＲＡＭチップ４０１が内蔵されている。このカード本体４００には、ＭＲＡＭチップ４０１に対応する位置に開口部４０２が形成され、ＭＲＡＭチップ４０１が露出されている。この開口部４０２にはシャッター４０３が設けられており、当該ＭＲＡＭカードの携帯時にＭＲＡＭチップ４０１がシャッター４０３で保護されるようになっている。このシャッター４０３は、外部磁場を遮蔽する効果のある材料、例えばセラミックからなっている。データを転写する場合には、シャッター４０３を開放してＭＲＡＭチップ４０１を露出させて行なう。外部端子４０４は、ＭＲＡＭカードに記憶されたコンテンツデータを外部に取り出すためのものである。
【００９０】
図１３及び図１４は、上記ＭＲＡＭカードにデータを転写するための、カード挿入型の転写装置５００の上面図及び断面図を示している。
【００９１】
データ転写装置５００は、収納部５００ａを有している。この収納部５００ａには、第１のＭＲＡＭカード５５０が収納されている。収納部５００ａには、第１のＭＲＡＭカード５５０に電気的に接続された外部端子５３０が設けられており、この外部端子５３０を用いて第１のＭＲＡＭカード５５０のデータが書き換えられる。
【００９２】
エンドユーザの使用する第２のＭＲＡＭカード４５０を、矢印で示すように転写装置５００の挿入部５１０より挿入し、ストッパ５２０で止まるまで押し込む。このストッパ５２０は、第１のＭＲＡＭ５５０と、第２のＭＲＡＭカード４５０を位置合わせするための部材としても働く。第２のＭＲＡＭカード４５０が所定位置に配置されると、第１のＭＲＡＭデータ書き換え制御部から外部端子５３０に制御信号が供給され、第１のＭＲＡＭ５５０に記憶されたデータが第２のＭＲＡＭカード４５０に転写される。
【００９３】
図１５は、はめ込み型の転写装置５００を示す断面図である。この転写装置５００は、矢印で示すように、ストッパ５２０を目標に、第１のＭＲＡＭ５５０上に第２のＭＲＡＭカード４５０をはめ込むように載置するタイプである。転写方法についてはカード挿入型と同一であるので、説明を省略する。
【００９４】
図１６は、スライド型の転写装置を示す断面図である。この転写装置５００は、ＣＤ−ＲＯＭドライブやＤＶＤドライブと同様に、転写装置５００に受け皿スライド５６０が設けられており、この受け皿スライド５６０が矢印で示すように移動する。受け皿スライド５６０が破線の位置に移動したときに第２のＭＲＡＭカード４５０を受け皿スライド５６０に載置し、第２のＭＲＡＭカード４５０を転写装置５００の内部へ搬送する。ストッパ５２０に第２のＭＲＡＭカード４５０の先端部が当接するように搬送される点、及び転写方法についてはカード挿入型と同一であるので、説明を省略する。
【００９５】
本発明は、上述した実施形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲内で、構成要素を変形して具体化できる。また、実施形態に開示されている複数の構成要素の適宜な組み合わせにより種々の発明を構成することができる。例えば、実施形態に開示される全構成要素から幾つかの構成要素を削除してもよいし、異なる実施形態の構成要素を適宜組み合わせてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００９６】
【図１】ＦｅＰｄ膜の垂直磁化の熱擾乱耐性に関する、ＦｅＰｄ膜の膜面内方向の格子定数の依存性を示す図。
【図２】第１実施形態による磁気抵抗素子を示す断面図。
【図３】第１実施形態の一変形例による磁気抵抗素子を示す断面図。
【図４】第２実施形態による磁気抵抗素子を示す断面図。
【図５】第２実施形態の一変形例による磁気抵抗素子を示す断面図。
【図６】第３実施形態による磁気抵抗素子を示す断面図。
【図７】第３実施形態の一変形例による磁気抵抗素子を示す断面図。
【図８】第４実施形態による磁気メモリを示す回路図。
【図９】第４実施形態の磁気メモリにおけるメモリセルを示す断面図。
【図１０】適用例１によるＤＳＬ用モデムのＤＳＬデータパス部を示すブロック図。
【図１１】適用例２による携帯端末を示すブロック図。
【図１２】適用例３によるＭＲＡＭカードを示す平面図。
【図１３】適用例３によるＭＲＡＭカードを説明する図。
【図１４】適用例３によるＭＲＡＭカードを説明する断面図。
【図１５】適用例３によるＭＲＡＭカードを説明する断面図。
【図１６】適用例３によるＭＲＡＭカードを説明する断面図。
【図１７】第１実施形態の一変形例による磁気抵抗素子の断面図。
【図１８】第３実施形態の一変形例による磁気抵抗素子の断面図。
【符号の説明】
【００９７】
１０  ＭＴＪ素子（磁気抵抗素子）
１１  圧電層
１２  記録層（自由層）
１２Ａ  記録膜
１２Ｂ  界面膜
１３  トンネルバリア層（非磁性層）
１４  参照層
１４Ａ  参照膜
１４Ｂ  界面膜
１５  下地層
１５Ａ  下地膜
１５Ｂ  下地膜
１５Ｃ  下地膜
１６  反強磁性層
１７  非磁性層
１８  磁場調整層
１９  上部電極
２１  下部電極
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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