(57)【要約】  磁気記録装置は、垂直磁気異方性を有する強磁性層である磁気記録層を備える。磁気記録層は、磁化反転領域と、磁化反転領域の第１境界に接続され磁化の向きが第１方向に固定された第１磁化固定領域と、磁化反転領域の第２境界に接続され磁化の向きが第１方向と逆の第２方向に固定された第２磁化固定領域と、を有する。磁気記録層が形成される面内において、磁気記録層の周縁に対する接線の傾きの符号を考える。このとき、第１磁化固定領域に関する上記符号のマジョリティは、第２磁化固定領域に関する上記符号のマジョリティの逆である。
2009019948.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
垂直磁気異方性を有する強磁性層である磁気記録層を具備し、
前記磁気記録層は、
磁化反転領域と、
前記磁化反転領域の第１境界に接続され、磁化の向きが第１方向に固定された第１磁化固定領域と、
前記磁化反転領域の第２境界に接続され、磁化の向きが前記第１方向と逆の第２方向に固定された第２磁化固定領域と
を有し、
前記磁気記録層が形成される面内において、前記磁気記録層の周縁に対する接線の傾きの符号を考えたとき、前記第１磁化固定領域に関する前記符号のマジョリティは、前記第２磁化固定領域に関する前記符号のマジョリティの逆である
磁気記録装置。
【請求項２】
請求の範囲１に記載の磁気記録装置であって、
ＸＹＺ座標系において、前記磁気記録層はＸＹ平面に平行に形成され、Ｚ軸は前記ＸＹ平面に直交しており、Ｘ軸は前記第１境界と前記第２境界との間を最短距離で結ぶ線に平行であり、Ｙ軸は前記Ｘ軸及び前記Ｚ軸に直交しており、
前記第１方向及び前記第２方向は、前記Ｚ軸に略平行であり、
前記傾きは、前記Ｘ軸あるいは前記Ｙ軸に対する前記接線の有限な傾きである
磁気記録装置。
【請求項３】
請求の範囲２に記載の磁気記録装置であって、
前記第１磁化固定領域は、前記Ｙ軸と交差する第１辺を有し、
前記第２磁化固定領域は、前記Ｙ軸と交差する第２辺を有し、
前記第１辺の前記傾きの符号は、前記第２辺の前記傾きの符号の逆である
磁気記録装置。
【請求項４】
請求の範囲３に記載の磁気記録装置であって、
前記第１磁化固定領域及び前記第２磁化固定領域は、前記ＸＹ平面において平行四辺形の形状を有する
磁気記録装置。
【請求項５】
請求の範囲３又は４に記載の磁気記録装置であって、
前記ＸＹ平面において、前記磁化反転領域の少なくとも一辺は、前記第１辺及び前記第２辺と連結している
磁気記録装置。
【請求項６】
請求の範囲２に記載の磁気記録装置であって、
前記第１磁化固定領域は、前記第１境界と対向する第３辺を有し、
前記第２磁化固定領域は、前記第２境界と対向する第４辺を有し、
前記第３辺の前記傾きの符号は、前記第４辺の前記傾きの符号の逆である
磁気記録装置。
【請求項７】
請求の範囲２に記載の磁気記録装置であって、
前記第１磁化固定領域の全ての辺の前記傾きの符号は、前記第２磁化固定領域の全ての辺の前記傾きの符号の逆である
磁気記録装置。
【請求項８】
請求の範囲２に記載の磁気記録装置であって、
前記第１磁化固定領域と前記第２磁化固定領域の少なくとも一方の周縁は、曲線を含んでいる
磁気記録装置。
【請求項９】
請求の範囲２乃至８のいずれか一項に記載の磁気記録装置であって、
前記ＸＹ平面において、前記第１磁化固定領域は第１形状を有し、前記第２磁化固定領域は第２形状を有し、
前記第１形状と前記第２形状は、前記Ｙ軸に関して鏡面対称である
磁気記録装置。
【請求項１０】
請求の範囲２乃至９のいずれか一項に記載の磁気記録装置であって、
前記ＸＹ平面において、前記磁化反転領域の少なくとも一辺は、前記Ｘ軸及び前記Ｙ軸の両方と交差する
磁気記録装置。
【請求項１１】
垂直磁気異方性を有する強磁性層である磁気記録層を具備し、
前記磁気記録層は、
磁化反転領域と、
前記磁化反転領域の第１境界に接続され、磁化の向きが第１方向に固定された第１磁化固定領域と、
前記磁化反転領域の第２境界に接続され、磁化の向きが前記第１方向と逆の第２方向に固定された第２磁化固定領域と
を有し、
前記磁気記録層が形成される面内において、前記第１磁化固定領域及び前記第２磁化固定領域は長方形状を有しており、
前記第１磁化固定領域の短辺が延びる方向は、前記第２磁化固定領域の短辺が延びる方向と直交している
磁気記録装置。
【請求項１２】
請求の範囲１乃至１１のいずれか一項に記載の磁気記録装置であって、
前記磁気記録装置は、磁壁移動型の磁気ランダムアクセスメモリであって、
前記磁気記録層の前記第１境界あるいは前記第２境界に磁壁が形成される
磁気記録装置。
【請求項１３】
垂直磁気異方性を有する強磁性層である磁気記録層を具備し、
前記磁気記録層は、第１磁化固定領域と第２磁化固定領域とを有し、
前記磁気記録層が形成される面に平行な外部磁界が印加されたとき、前記第１磁化固定領域の磁化と前記第１磁化固定領域の端部に発生する反磁界との外積の符号のマジョリティは、前記第２磁化固定領域の磁化の方向と前記第２磁化固定領域の端部に発生する反磁界との外積の符号のマジョリティの逆である
磁気記録装置。
【請求項１４】
垂直磁気異方性を有する強磁性層である磁気記録層における磁化固定方法であって、
前記磁気記録層は、第１磁化固定領域と第２磁化固定領域とを有し、
前記磁化固定方法は、
前記磁気記録層が形成される面に平行な第１外部磁界を印加するステップと、
ここで、前記第１磁化固定領域の磁化と前記第１磁化固定領域の端部に発生する反磁界との外積の符号のマジョリティは、前記第２磁化固定領域の磁化と前記第２磁化固定領域の端部に発生する反磁界との外積の符号のマジョリティの逆であり、
前記第１外部磁界の印加を停止するステップと
を含む
磁化固定方法。
【請求項１５】
請求の範囲１４に記載の磁化固定方法であって、
更に、前記磁気記録層が形成される面に直交する第２外部磁界を印加するステップを含む
磁化固定方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、磁気ランダムアクセスメモリで例示される磁気記録装置に関する。特に、本発明は、垂直磁気異方性を有する磁気記録層を備える磁気記録装置、及びその磁気記録装置における磁化固定方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
磁気ランダムアクセスメモリ（ＭＲＡＭ: Magnetic Random Access Memory）は、高集積・高速動作の観点から有望な不揮発性メモリである。ＭＲＡＭにおいては、ＴＭＲ（Tunnel MagnetoResistance）効果などの「磁気抵抗効果」を示す磁気抵抗素子が利用される。その磁気抵抗素子には、例えばトンネルバリヤ層が２層の強磁性層で挟まれた磁気トンネル接合（ＭＴＪ： Magnetic Tunnel Junction）が形成される。その２層の強磁性層は、磁化の向きが固定された磁化固定層（ピン層）と、磁化の向きが反転可能な磁化自由層（フリー層）から構成される。【０００３】
ピン層とフリー層の磁化の向きが“反平行”である場合のＭＴＪの抵抗値（Ｒ＋ΔＲ）は、磁気抵抗効果により、それらが“平行”である場合の抵抗値（Ｒ）よりも大きくなることが知られている。ＭＲＡＭは、このＭＴＪを有する磁気抵抗素子をメモリセルとして用い、その抵抗値の変化を利用することによってデータを不揮発的に記憶する。例えば、反平行状態はデータ“１”に対応付けられ、平行状態はデータ“０”に対応付けられる。メモリセルに対するデータの書き込みは、フリー層の磁化の向きを反転させることによって行われる。【０００４】
ＭＲＡＭに対するデータの書き込み方法として、従来、「アステロイド方式」や「トグル方式」が知られている。これらの書き込み方式によれば、メモリセルサイズにほぼ反比例して、フリー層の磁化を反転させるために必要な反転磁界が大きくなる。つまり、メモリセルが微細化されるにつれて、書き込み電流が増加する傾向にある。【０００５】
微細化に伴う書き込み電流の増加を抑制することができる書き込み方式として、「スピン注入（spin transfer）方式」が提案されている（例えば、特開２００５−９３４８８号公報、J. C. Slonczewski, "Current-driven excitation of magnetic multilayers", Journal of Magnetism and Magnetic Materials, 159, L1-L7, 1996.を参照）。スピン注入方式によれば、強磁性導体にスピン偏極電流（spin-polarized current）が注入され、その電流を担う伝導電子のスピンと導体の磁気モーメントとの間の直接相互作用によって磁化が反転する（以下、「スピン注入磁化反転：Spin Transfer Magnetization Switching」と参照される）。【０００６】
米国特許第６８３４００５号には、スピン注入を利用した磁気シフトレジスタが開示されている。この磁気シフトレジスタは、磁性体中の磁壁（domain wall）を利用して情報を記憶する。多数の領域（磁区）に分けられた磁性体において、磁壁を通過するように電流が注入され、その電流により磁壁が移動する。各領域の磁化の向きが、記録データとして扱われる。このような磁気シフトレジスタは、例えば、大量のシリアルデータの記録に利用される。磁性体中の磁壁の移動は、Yamaguchi et al., "Real-Space Observation of Current-Driven Domain Wall Motion in Submicron Magnetic Wires", PRL, Vol. 92, pp. 077205-1-4, 2004.にも報告されている。【０００７】
このようなスピン注入による電流駆動磁壁移動（Current-Driven Domain Wall Motion）を利用した「磁壁移動型のＭＲＡＭ」が、例えば、特開２００５−１９１０３２号公報、特開２００６−００５３０８号公報、特開２００６−２６９８８５号公報、特開２００６−３０３１５９号公報、国際公開ＷＯ／２００７／０２０８２３、及び、Numata et al., "Magnetic Configuration of A New Memory Cell Utilizing Domain Wall Motion", Intermag 2006 Digest, HQ-03.に記載されている。【０００８】
特開２００５−１９１０３２号公報に記載されたＭＲＡＭは、磁化が固定された磁化固定層と、磁化固定層上に積層されたトンネル絶縁層と、トンネル絶縁層に積層された磁気記録層とを備える。図１は、その磁気記録層の構造を示している。図１において、磁気記録層は、直線形状を有している。具体的には、磁気記録層は、トンネル絶縁層及び磁化固定層と重なる接合部１０３、接合部１０３の両端に隣接するくびれ部１０４、及びくびれ部１０４に隣接形成された一対の磁化固定部１０１、１０２を有する。一対の磁化固定部１０１、１０２には、面内で互いに反対向きの固定磁化が付与されている。書き込みデータに応じた方向の書き込み電流を磁化固定部１０１、１０２の間に流すことにより、接合部１０３中で磁壁を移動させることができる。【０００９】
図２は、国際公開ＷＯ／２００７／０２０８２３及び Numata et al., "Magnetic Configuration of A New Memory Cell Utilizing Domain Wall Motion", Intermag 2006 Digest, HQ-03.に記載された磁気メモリセルの磁気記録層の構造を示している。この磁気記録層は、Ｕ字型の形状を有している。具体的には、磁気記録層は、第１磁化固定領域１１１、第２磁化固定領域１１２、及び磁化反転領域１１３を有している。磁化反転領域１１３は、ピン層１３０とオーバーラップしている。磁化固定領域１１１、１１２は、Ｙ方向に延びるように形成されており、その磁化の向きは同じ方向に固定されている。一方、磁化反転領域１１３は、Ｘ方向に延びるように形成されており、反転可能な磁化を有している。従って、磁壁が、第１磁化固定領域１１１と磁化反転領域１１３との境界Ｂ１、あるいは、第２磁化固定領域１１２と磁化反転領域１１３との境界Ｂ２に形成される。書き込みデータに応じた方向の書き込み電流を磁化固定領域１１１、１１２の間に流すことにより、磁化反転領域１１３中で磁壁を移動させることができる。【００１０】
図２で示された構造において、磁化状態の初期化は次のように行われる。例えば、ＸＹ面内で斜め４５度方向に十分大きさを有する初期化磁界が印加される。その初期磁界の印加が停止したあと、磁化固定領域１１１、１１２の磁化は＋Ｙ方向を向き、磁化反転領域１１３の磁化は＋Ｘ方向を向く。このようにして、磁壁が境界Ｂ１に形成された状態が実現される。【００１１】
上述の電流駆動磁壁移動を利用したＭＲＡＭにおいて、書き込み電流を低減することは重要である。例えば、磁壁移動に最低限要する閾値電流密度は、概ね１０８Ａ／ｃｍ２程度であることが報告されている（Yamaguchi et al., "Real-Space Observation of Current-Driven Domain Wall Motion in Submicron Magnetic Wires", PRL, Vol. 92, pp. 077205-1-4, 2004.、特開２００６−００５３０８号公報参照）。磁壁移動が発生する層の幅が１００ｎｍであり、その膜厚が１０ｎｍの場合、最低限必要な書き込み電流の大きさは１ｍＡである。書き込み電流を更に低減するために、膜厚を小さくすることが考えられる。しかしながら、膜厚が小さくなると、磁壁移動に要する閾値電流密度が増加してしまうことも報告されている（例えば、Yamaguchi et al., "Reduction of Threshold Current Density for Current-Driven Domain Wall Motion using Shape Control", Japanese Journal of Applied Physics, vol.45, No.5A, pp.3850-3853, 2006.参照）。【００１２】
Ravelosona et al., "Threshold currents to move domain walls in films with perpendicular anisotropy", Applied Physics Letters, 90, 072508, 2007.には、垂直磁気異方性（perpendicular magnetic anisotropy）を有する膜における磁壁移動が記載されている。当該文献では、磁壁移動に要する閾値電流密度が１０６Ａ／ｃｍ２のオーダーとなることが報告されている。従って、垂直磁気異方性を有する磁気記録層を用いることにより、書き込み電流が低減されることが期待される。
【発明の開示】
【００１３】
上述の通り、垂直磁気異方性を有する磁性体膜（以下、「垂直磁化膜（perpendicular magnetic film）」と参照される）の場合、面内磁気異方性の場合と比べて、磁壁移動に要する閾値電流密度が小さくなる。従って、磁壁移動型のＭＲＡＭにおいて、磁気記録層として垂直磁化膜を用いることにより、書き込み電流が低減されることが期待される。
【００１４】
図１で示された構造に、垂直磁気異方性を有する垂直磁化膜が適用された場合を想定する。図３Ａ及び図３Ｂのそれぞれは、想定される磁気記録層の構造を示す平面図及び断面図である。図３Ａ及び図３Ｂにおいて、磁気記録層は、ＸＹ平面上に形成されており、直線形状を有している。具体的には、磁気記録層は、接合部１２３、接合部１２３の両端に隣接するくびれ部１２４、及びくびれ部１２４に隣接形成された一対の磁化固定部１２１、１２２を有する。一対の磁化固定部１２１、１２２には、互いに反対向きの固定磁化が付与される。例えば、磁化固定部１２１及び１２２の磁化は、それぞれ膜面に垂直な＋Ｚ方向及び−Ｚ方向に固定される。接合部１２３の磁化の向きが−Ｚ方向の場合、接合部１２３と磁化固定部１２１との間のくびれ部１２４に磁壁ＤＷが形成される。一方、接合部１２３の磁化の向きが＋Ｚ方向の場合、接合部１２３と磁化固定部１２２との間のくびれ部１２４に磁壁ＤＷが形成される。くびれ部１２４は、磁壁ＤＷに対してピンポテンシャルとして働く。
【００１５】
上述の通り、磁壁移動型のＭＲＡＭを実現するためには、磁気記録層中の所定の領域の磁化の向きを固定し、その磁気記録層中に磁壁ＤＷを生成する必要がある。そのような処理は、以下「初期化」と参照される。磁気記録層の初期化を容易に且つ安定的に行うことは、製造コストや信頼性等の観点から重要である。
【００１６】
既出の図１で示された構造の場合、磁気記録層は面内磁気異方性を有しており、磁化固定部１０１、１０２の磁化をＸ軸に沿って逆向きに固定する必要がある。しかしながら、磁化を逆向きに固定することは一般的に困難である。但し、図２で示されたＵ字形状を有する構造の場合、磁化固定領域１１１、１１２の磁化はＹ軸に沿って同じ向きに固定されるため、磁気記録層の初期化は比較的容易である。
【００１７】
一方、図３Ａ及び図３Ｂで示された構造の場合、磁気記録層は垂直磁気異方性を有している。この場合、磁化固定部１２１、１２２の磁化をＺ軸に沿って逆向きに固定する必要がある。従って、磁気記録層の初期化は困難である。磁気記録層がＸＹ面内においてＵ字形状を有していたとしても同様である。
【００１８】
本発明の１つの目的は、垂直磁気異方性を有する磁気記録層において、磁化の固定（初期化）を容易に実現することができる技術を提供することにある。
【００１９】
本発明の第１の観点において、磁気記録装置が提供される。その磁気記録装置は、垂直磁気異方性を有する強磁性層である磁気記録層を備える。磁気記録層は、磁化反転領域と、磁化反転領域の第１境界に接続され磁化の向きが第１方向に固定された第１磁化固定領域と、磁化反転領域の第２境界に接続され磁化の向きが第１方向と逆の第２方向に固定された第２磁化固定領域と、を有する。磁気記録層が形成される面内において、磁気記録層の周縁に対する接線の傾きの符号を考える。このとき、第１磁化固定領域に関する上記符号のマジョリティは、第２磁化固定領域に関する上記符号のマジョリティの逆である。
【００２０】
本発明の第２の観点において、磁気記録装置が提供される。その磁気記録装置は、垂直磁気異方性を有する強磁性層である磁気記録層を備える。磁気記録層は、磁化反転領域と、磁化反転領域の第１境界に接続され磁化の向きが第１方向に固定された第１磁化固定領域と、磁化反転領域の第２境界に接続され、磁化の向きが第１方向と逆の第２方向に固定された第２磁化固定領域と、を有する。磁気記録層が形成される面内において、第１磁化固定領域及び第２磁化固定領域は長方形状を有する。第１磁化固定領域の短辺が延びる方向は、第２磁化固定領域の短辺が延びる方向と直交している。
【００２１】
本発明の第３の観点において、磁気記録装置が提供される。その磁気記録装置は、垂直磁気異方性を有する強磁性層である磁気記録層を備える。磁気記録層は、第１磁化固定領域と第２磁化固定領域とを有する。磁気記録層が形成される面に平行な外部磁界が印加されたときを考える。このとき、第１磁化固定領域の磁化と第１磁化固定領域の端部に発生する反磁界との外積の符号のマジョリティは、第２磁化固定領域の磁化と第２磁化固定領域の端部に発生する反磁界との外積の符号のマジョリティの逆である。
【００２２】
本発明の第４の観点において、垂直磁気異方性を有する強磁性層である磁気記録層における磁化固定方法が提供される。その磁気記録層は、第１磁化固定領域と第２磁化固定領域とを有する。磁化固定方法は、（Ａ）磁気記録層が形成される面に平行な外部磁界を印加するステップと、（Ｂ）当該外部磁界の印加を停止するステップと、を含む。上記（Ａ）ステップにおいて、第１磁化固定領域の磁化と第１磁化固定領域の端部に発生する反磁界との外積の符号のマジョリティは、第２磁化固定領域の磁化と第２磁化固定領域の端部に発生する反磁界との外積の総和の符号のマジョリティの逆である。
【００２３】
本発明によれば、垂直磁気異方性を有する磁気記録層を備えた磁気記録装置が提供される。従って、面内磁気異方性の場合と比較して、書き込み電流が低減され、消費電力が削減される。更に、その垂直磁気異方性を有する磁気記録層において、磁化の固定と磁壁の生成（初期化）を容易に行うことが可能となる。その結果、製造コストが削減される。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
上記及び他の目的、長所、特徴は、次の図面と共に説明される本発明の実施の形態により明らかになるであろう。【００２５】
【図１】図１は、関連文献に記載されたＭＲＡＭの磁気記録層の構造を示す平面図である。
【図２】図２は、他の関連文献に記載されたＭＲＡＭの磁気記録層の構造を示す平面図である。
【図３Ａ】図３Ａは、垂直磁気異方性を有する磁気記録層の構造の一例を示す平面図である。
【図３Ｂ】図３Ｂは、図３Ａで示された磁気記録層の断面構造を示している。
【図４Ａ】図４Ａは、本発明の実施の形態に係る磁気メモリセルの構造を示す平面図である。
【図４Ｂ】図４Ｂは、図４Ａで示された磁気メモリセルの断面構造を示している。
【図５】図５は、データ書き込みの原理を説明するための模式図である。
【図６】図６は、垂直磁気異方性を有する磁性層の初期化の一例を示す平面図である。
【図７】図７は、垂直磁気異方性を有する磁性層の初期化の他の例を示す平面図である。
【図８】図８は、第１の実施の形態における磁気記録層の初期化を示す平面図である。
【図９】図９は、第１の実施の形態における磁気記録層の初期化を示す平面図である。
【図１０Ａ】図１０Ａは、第２の実施の形態における磁気記録層の構造の一例を示す平面図である。
【図１０Ｂ】図１０Ｂは、第２の実施の形態における磁気記録層の構造の他の例を示す平面図である。
【図１０Ｃ】図１０Ｃは、第２の実施の形態における磁気記録層の構造の更に他の例を示す平面図である。
【図１０Ｄ】図１０Ｄは、第２の実施の形態における磁気記録層の構造の更に他の例を示す平面図である。
【図１０Ｅ】図１０Ｅは、第２の実施の形態における磁気記録層の構造の更に他の例を示す平面図である。
【図１１Ａ】図１１Ａは、第３の実施の形態における磁気記録層の構造の一例を示す平面図である。
【図１１Ｂ】図１１Ｂは、第３の実施の形態における磁気記録層の構造の他の例を示す平面図である。
【図１１Ｃ】図１１Ｃは、第３の実施の形態における磁気記録層の構造の更に他の例を示す平面図である。
【図１２】図１２は、磁化固定領域と磁化反転領域との境界周辺における初期化の一例を示す拡大図である。
【図１３】図１３は、磁化固定領域と磁化反転領域との境界周辺における初期化の他の例を示す拡大図である。
【図１４Ａ】図１４Ａは、第４の実施の形態における磁気記録層の構造の一例を示す平面図である。
【図１４Ｂ】図１４Ｂは、第４の実施の形態における磁気記録層の構造の他の例を示す平面図である。
【図１５】図１５は、第５の実施の形態における磁気記録層の初期化を示す平面図である。
【図１６】図１６は、垂直磁気異方性を有する磁性層の初期化の更に他の例を示す平面図である。
【図１７】図１７は、第６の実施の形態における磁気記録層の初期化を示す平面図である。
【図１８】図１８は、第７の実施の形態における磁気記録層の初期化を示す平面図である。
【図１９】図１９は、一般化された磁化領域に対する初期化を説明するための平面図である。
【図２０】図２０は、本発明の実施の形態に係るＭＲＡＭの回路構成の一例を示すブロック図である。
【図２１】図２１は、本発明の他の適用例を示す平面図である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２６】
添付図面を参照して、本発明の実施の形態に係る磁気記録装置を説明する。磁気記録装置としては、アレイ状に配置された複数の磁気メモリセルを備えるＭＲＡＭが例示される。磁気メモリセルの各々は、磁気抵抗効果を示す磁気抵抗素子を含んでいる。本発明の実施の形態において説明されるＭＲＡＭは、垂直磁気異方性を有する磁気記録層を用いた磁壁移動型のＭＲＡＭである。【００２７】
１．磁気メモリセルの基本構造
図４Ａ及び図４Ｂのそれぞれは、磁気メモリセル１（磁気抵抗素子）の構造の一例を示す平面図及び断面図である。磁気メモリセル１は、強磁性層である磁気記録層１０、非磁性層であるトンネルバリヤ層２０、及び強磁性層であるピン層（磁化固定層）３０を備えている。磁気記録層１０とピン層３０は、トンネルバリヤ層２０を介して互いに接続されている。これら磁気記録層１０、トンネルバリヤ層２０、及びピン層３０は、それぞれＸＹ平面に平行に形成されている。そして、磁気記録層１０、トンネルバリヤ層２０、及びピン層３０は、ＸＹ平面に直交するＺ軸方向に積層されている。【００２８】
トンネルバリヤ層２０は、薄い絶縁膜であり、例えば、Ａｌ膜を酸化することにより得られるアルミナ酸化膜（Ａｌ−Ｏｘ）あるいは酸化マグネシウム（ＭｇＯ）膜等である。トンネルバリヤ層２０は、磁気記録層１０とピン層３０によって挟まれており、これら磁気記録層１０、トンネルバリヤ層２０、及びピン層３０によって磁気トンネル接合（ＭＴＪ）が形成されている。【００２９】
磁気記録層１０及びピン層３０は、鉄（Ｆｅ）、コバルト（Ｃｏ）、ニッケル（Ｎｉ）、あるいはこれらのうち少なくとも１つを含む合金からなる強磁性膜である。特に、本実施の形態において、磁気記録層１０及びピン層３０は、「垂直磁気異方性」を有する垂直磁化膜である。垂直磁化膜の磁化の向きは、概ね、当該膜が形成される面に直交する、すなわち、当該膜の法線方向と平行である。例えば図４Ａ及び図４Ｂにおいて、磁気記録層１０及びピン層３０の磁化は、概ね＋Ｚ方向あるいは−Ｚ方向を向く。【００３０】
垂直磁化膜がＰｔやＰｄを含む場合、垂直磁気異方性はより安定化し、好適である。それに加えて、Ｂ、Ｃ、Ｎ、Ｏ、Ａｌ、Ｓｉ、Ｐ、Ｔｉ、Ｖ、Ｃｒ、Ｍｎ、Ｃｕ、Ｚｎ、Ｚｒ、Ｎｂ、Ｍｏ、Ｔｃ、Ｒｕ、Ｒｈ、Ａｇ、Ｈｆ、Ｔａ、Ｗ、Ｒｅ、Ｏｓ、Ｉｒ、Ａｕ、Ｓｍなどを添加することによって、垂直磁化膜が所望の磁気特性を発現するように調整を行うことができる。従って、磁気記録層１０やピン層３０の材料としては、Ｃｏ、Ｃｏ−Ｐｔ、Ｃｏ−Ｐｄ、Ｃｏ−Ｃｒ、Ｃｏ−Ｐｔ−Ｃｒ、Ｃｏ−Ｃｒ−Ｔａ、Ｃｏ−Ｃｒ−Ｂ、Ｃｏ−Ｃｒ−Ｐｔ−Ｂ、Ｃｏ−Ｃｒ−Ｔａ−Ｂ、Ｃｏ−Ｖ、Ｃｏ−Ｍｏ、Ｃｏ−Ｗ、Ｃｏ−Ｔｉ、Ｃｏ−Ｒｕ、Ｃｏ−Ｒｈ、Ｆｅ−Ｐｔ、Ｆｅ−Ｐｄ、Ｆｅ−Ｃｏ−Ｐｔ、Ｆｅ−Ｃｏ−Ｐｄ、Ｓｍ−Ｃｏなどが例示される。あるいは、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉのうちから選択される少なくとも一つの材料を含む層が、別の層と積層されてもよい。この場合、Ｃｏ／Ｐｄ、Ｃｏ／Ｐｔ、Ｆｅ／Ａｕなどの積層構造が例示される。磁気記録層１０やピン層３０の一部、特にトンネルバリヤ層２０と接する部分に、ＣｏＦｅやＣｏＦｅＢなどＴＭＲ効果の大きな材料を用いても良い。【００３１】
ピン層３０の磁化の向きは、書き込み、及び、読出し動作によって変化しない。そのため、ピン層３０の磁気異方性は、磁気記録層１０のものよりも大きいことが望ましい。これは、磁気記録層１０とピン層３０の材料、組成を変えることにより実現され得る。また、ピン層３０のトンネルバリヤ層２０とは反対側の面上に、ピン層３０の磁化方向を固定するための周知の反強磁性層が積層されてもよい。また、ピン層３０は、強磁性層、非磁性層、強磁性層が順に積層された積層膜であってもよい。このとき、非磁性層の材料としては、Ｒｕ、Ｃｕなどが用いられる。２つの強磁性層の磁化の向きは互いに反平行であり、２つの強磁性層の磁化を等しくすれば、ピン層３０からの漏洩磁界を抑制することができる。【００３２】
図４Ａ及び図４Ｂに示されるように、実施の形態に係る磁気記録層１０は、３つの異なる領域である第１磁化固定領域１１、第２磁化固定領域１２、及び磁化反転領域１３を有している。磁化反転領域１３は、第１磁化固定領域１１と第２磁化固定領域１２の間をつなぐようにＸ軸に沿って延びている。第１磁化固定領域１１及び第２磁化固定領域１２は、磁化反転領域１３を挟んで両側に形成されている。より詳細には、第１磁化固定領域１１と磁化反転領域１３は、第１境界Ｂ１において互いに接触しており、第２磁化固定領域１２と磁化反転領域１３は、第２境界Ｂ２において互いに接触している。磁化反転領域１３の第１境界Ｂ１と第２境界Ｂ２は、Ｘ軸と交差する対向する両側面と一致している。尚、Ｘ軸は、第１境界Ｂ１と第２境界Ｂ２との間を最短距離で結ぶ線に平行である。Ｙ軸は、Ｘ軸とＺ軸に直交している。【００３３】
第１磁化固定領域１１、第２磁化固定領域１２、及び磁化反転領域１３は、同一平面（ＸＹ面）上に形成されている。これらのうち磁化反転領域１３が、図４Ｂに示されるように、ピン層３０とオーバーラップしている。言い換えれば、磁気記録層１０の一部である磁化反転領域１３が、トンネルバリヤ層２０を介してピン層３０に接続されており、ＭＴＪの一部を担っている。【００３４】
図４Ａ及び図４Ｂには、各領域の磁化の向きの一例が矢印によって示されている。磁気記録層１０において、第１磁化固定領域１１及び第２磁化固定領域１２の磁化の向きは、固定されている。特に、第１磁化固定領域１１の磁化と第２磁化固定領域１２の磁化は、逆向き（反平行）に固定されている。上述の通り、磁気記録層１０が垂直磁気異方性を有するため、第１磁化固定領域１１と第２磁化固定領域１２の磁化は、Ｚ方向に沿って逆向きに固定される。図４Ａ及び図４Ｂで示された例では、第１磁化固定領域１１の磁化は−Ｚ方向に固定されており、第２磁化固定領域１２の磁化は＋Ｚ方向に固定されている。尚、「磁化が固定されている」とは、書き込み動作の前後で磁化の方向が変わらないことを意味する。書き込み動作中に、磁化固定領域の一部の磁化の方向が変化しても、書き込み動作終了後には元に戻る。【００３５】
一方、磁化反転領域１３は、反転可能な磁化を有している。つまり、磁化反転領域１３の磁化の向きは、＋Ｚ方向あるいは−Ｚ方向となることが許される。図４Ａ及び図４Ｂで示された例では、磁化反転領域１３の磁化の向きは−Ｚ方向である。この場合、第１磁化固定領域１１と磁化反転領域１３が１つの磁区（magnetic domain）を形成し、第２磁化固定領域１２が別の磁区を形成する。従って、第２磁化固定領域１２と磁化反転領域１３との間の第２境界Ｂ２に磁壁（domain wall）ＤＷが形成される。一方、磁化反転領域１３の磁化の向きが＋Ｚ方向の場合、第２磁化固定領域１２と磁化反転領域１３が１つの磁区を形成し、第１磁化固定領域１１が別の磁区を形成する。従って、第１磁化固定領域１１と磁化反転領域１３との間の第１境界Ｂ１に磁壁ＤＷが形成されることになる。【００３６】
このように、磁気記録層１０において、磁壁ＤＷが第１境界Ｂ１あるいは第２境界Ｂ２に形成される。第１境界Ｂ１が磁壁ＤＷに対してピンポテンシャルとして働くのは、第１境界Ｂ１付近における第１磁化固定領域１１の幅（Ｙ軸方向）が、磁化反転領域１３のものより大きいからである（図４Ａ参照）。同様に、第２境界Ｂ２が磁壁ＤＷに対してピンポテンシャルとして働くのは、第２境界Ｂ２付近における第２磁化固定領域１２の幅（Ｙ軸方向）が、磁化反転領域１３のものより大きいからである（図４Ａ参照）。ピンポテンシャルの形成のために、図３Ａで示されたようなくびれ部が形成されてもよい。【００３７】
ここで、上述のピン層３０の磁化の向きが、−Ｚ方向に固定されているとする。磁化反転領域１３の磁化の向きが−Ｚ方向の場合、すなわち、第２境界Ｂ２に磁壁ＤＷが形成されている場合、ピン層３０と磁化反転領域１３の磁化は平行である。この平行状態は、ＭＴＪの抵抗値が比較的小さくなる状態であり、例えばデータ「０」に対応付けられる。一方、磁化反転領域１３の磁化の向きが＋Ｚ方向の場合、すなわち、第１境界Ｂ１に磁壁ＤＷが形成されている場合、ピン層３０と磁化反転領域１３の磁化は反平行である。この反平行状態は、ＭＴＪの抵抗値が比較的大きくなる状態であり、例えばデータ「１」に対応付けられる。このように、磁気記録層１０中の磁壁ＤＷの位置が、磁気メモリセル１に記録されているデータを反映している。【００３８】
２．データ書き込み／データ読み出しの原理
次に、図５を参照して、磁気メモリセル１に対するデータ書き込み動作及びデータ読み出し動作を説明する。図５において、第１配線４１が、磁気記録層１０の第１磁化固定領域１１に電気的に接続され、第２配線４２が、第２磁化固定領域１２に電気的に接続されている。また、読み出し配線５０が、ピン層３０に電気的に接続されている。【００３９】
データ書き込みは、磁気記録層１０の面内に書き込み電流を流し、磁壁ＤＷを第１境界Ｂ１と第２境界Ｂ２の間で移動させることにより行われる（電流駆動磁壁移動：Current-Driven Domain Wall Motion）。そのために、第１配線４１と第２配線４２との間に所定の電位差が印加される。【００４０】
データ「１」の書き込み時、書き込み電流は、第１配線４１から磁気記録層１０を通って第２配線４２に流れ込む。この場合、磁気記録層１０において、電子は、第２磁化固定領域１２から第２境界Ｂ２を通して磁化反転領域１３に流れ込む。すなわち、磁化反転領域１３には、第２磁化固定領域１２から＋Ｚ方向のスピン電子が注入される。スピン電子によるスピントランスファーの結果、磁化反転領域１３の磁化は、第２境界Ｂ２近傍から徐々に＋Ｚ方向に反転し始める。このことは、磁壁ＤＷが、第２境界Ｂ２から第１境界Ｂ１へ向けて移動することを意味する。書き込み電流が流れ続けると、磁壁ＤＷは、磁化反転領域１３を通り抜け、第１境界Ｂ１に到達する。磁壁ＤＷは、ピンポテンシャルによって第１境界Ｂ１で停止する。【００４１】
一方、データ「０」の書き込み時、書き込み電流は、第２配線４２から磁気記録層１０を通って第１配線４１に流れ込む。この場合、磁気記録層１０において、電子は、第１磁化固定領域１１から第１境界Ｂ１を通して磁化反転領域１３に流れ込む。すなわち、磁化反転領域１３には、第１磁化固定領域１１から−Ｚ方向のスピン電子が注入される。スピン電子によるスピントランスファーの結果、磁化反転領域１３の磁化は、第１境界Ｂ１近傍から徐々に−Ｚ方向に反転し始める。このことは、磁壁ＤＷが、第１境界Ｂ１から第２境界Ｂ２へ向けて移動することを意味する。書き込み電流が流れ続けると、磁壁ＤＷは、磁化反転領域１３を通り抜け、第２境界Ｂ２に到達する。磁壁ＤＷは、ピンポテンシャルによって第２境界Ｂ２で停止する。【００４２】
このように、磁化が逆向きに固定された第１磁化固定領域１１及び第２磁化固定領域１２は、異なるスピンを有する電子の供給源の役割を果たしている。そして、第１磁化固定領域１１と第２磁化固定領域１２との間を流れる書き込み電流により、磁気記録層１０中の磁壁ＤＷが、第１境界Ｂ１と第２境界Ｂ２との間を移動する。その結果、磁化反転領域１３の磁化の方向がスイッチする。すなわち、電流駆動磁壁移動を利用した磁壁移動型のＭＲＡＭが実現される。書き込み電流がトンネルバリヤ層２０を貫通しないため、トンネルバリヤ層２０の劣化が抑制される。また、磁気記録層１０が垂直磁気異方性を有しているため、面内磁気異方性の場合と比較して、書き込み電流が低減される。【００４３】
データ読み出し動作は、次の通りである。データ読み出し時、読み出し電流は、トンネルバリヤ層２０を通してピン層３０と磁化反転領域１３との間を流れるように供給される。例えば図５において、読み出し電流は、第２配線４２から磁気記録層１０に供給され、ＭＴＪ（磁化反転領域１３、トンネルバリヤ層２０、ピン層３０）を貫通して、読み出し配線５０に流れる。その読み出し電流、あるいは、読み出し電流に応じた読み出し電位を所定のリファレンスレベルと比較することにより、ＭＴＪの抵抗値の大小が検出される。すなわち、磁化反転領域１３の磁化方向（＋Ｚ方向あるいは−Ｚ方向）がセンスされ、磁気メモリセル１に記録されたデータ（「０」または「１」）がセンスされる。【００４４】
以上に説明されたように、磁気メモリセル１は、データ「０」または「１」を記憶することができる。また、磁気記録層１０の面内に書き込み電流を流すことにより、そのデータを書き換えることができる。このような磁気メモリセル１を実現するためには、磁化固定領域１１、１２の磁化の向きを固定し、磁気記録層１０中に磁壁ＤＷを生成する必要がある。つまり、磁気記録層１０の磁化を初期化する必要がある。次節で説明されるように、本実施の形態に係る磁気記録層１０は、初期化に適した形状を有している。【００４５】
３．磁気記録層
本発明において、磁気記録層１０は垂直磁気異方性を有し、また、特有の平面形状を有している。以下、様々な実施の形態を挙げることにより、磁気記録層１０及びその初期化方法（磁化固定方法）を説明する。【００４６】
３−１．第１の実施の形態
第１の実施の形態において、磁気記録層１０は、既出の図４Ａで示されたような平面形状を有している。つまり、第１磁化固定領域１１及び第２磁化固定領域１２は、ＸＹ平面において平行四辺形の形状を有している。また、第１磁化固定領域１１の形状と第２磁化固定領域１２の形状は、Ｙ軸に関して鏡面対称である。つまり、第１磁化固定領域１１の平行四辺形の辺の傾きは、第２磁化固定領域１２の平行四辺形の辺の傾きと正反対になっている。【００４７】
このような平面形状による作用・効果を説明するために、まず図６を参照して、長方形状を有する磁化領域６０の初期化を説明する。図６において、磁化領域６０は、垂直磁気異方性を有しており、また、ＸＹ平面において長方形状を有している。この磁化領域６０の辺は、Ｙ軸と直交する上辺６２ａ及び下辺６２ｂを含んでいる。つまり、上辺６２ａ及び下辺６２ｂは、Ｘ軸と平行である。【００４８】
磁化領域６０の初期化において、まず、ＸＹ面に平行な強い外部磁界（面内磁界）が印加される。具体的には、＋Ｙ方向の外部磁界が印加される。その外部磁界の大きさが異方性磁界と同等以上であれば、磁化領域６０の磁化６１は＋Ｙ方向を向く。このとき、状態（Ａ）で示されるように、磁化６１によって、上辺６２ａ及び下辺６２ｂ近傍には、それぞれ正負の磁極６３ａ、６３ｂが発生する。その結果、磁化領域６０の端部、特に上辺６２ａ、下辺６２ｂのそれぞれの近傍には、反磁界（demagnetizing field）６４ａ、６４ｂがかかる。このとき、反磁界６４ａ、６４ｂの方向は、概ね磁化６１の方向と反対であるが、磁化領域６０のコーナー部付近においては、Ｘ成分を持つことに注意されたい。【００４９】
次に、＋Ｙ方向の外部磁界の印加が停止される。これに応答して、磁化領域６０内の磁化６１は回転しはじめる。最終的には、垂直磁気異方性によって、磁化６１は＋Ｚ方向、あるいは、−Ｚ方向を向く。このときの磁化６１の運動は、次の式（１）で表されるランダウ・リフシッツ・ギルバート（ＬＬＧ）方程式により記述される。【００５０】
2009019948.tif 000003
【００５１】
ここで、Ｍは磁化ベクトル、Ｈは実効磁界、γはジャイロ磁気定数、αは減衰係数、Ｍｓは飽和磁化である。右辺第１項はトルク項、第２項は減衰項である。但し、α＜＜１であるので、磁化６１の初期の振舞いは、トルク項（第１項）で定まる。実効磁界Ｈには、外部磁界、反磁界、異方性磁界、交換磁界などが含まれる。外部磁界の印加が停止した後、磁化６１を駆動する実効磁界Ｈの主成分となるのは、反磁界である。【００５２】
状態（Ａ）で示されるように、反磁界６４ａ、６４ｂの大部分は、＋Ｙ方向の磁化６１と反平行であり、トルク項に寄与しない。但し、磁化領域６０のコーナー部付近では反磁界６４ａ、６４ｂがＸ成分を有するため、そのＸ成分がトルク項に寄与する。すなわち、状態（Ｂ）で示されるように、磁化領域６０のコーナー部付近で、トルク項によるトルク６５が発生する。そのトルク６５の方向は、＋Ｚ方向と−Ｚ方向の両方を含んでいる。このトルク６５と垂直磁気異方性により、コーナー部における磁化６１は、トルク６５の方向、すなわち、＋Ｚ方向あるいは−Ｚ方向に向くようになる。【００５３】
時間経過と共に、コーナー部付近の垂直磁化６１は、その領域を拡げていく。最終的には、＋Ｚ方向の磁化６１と−Ｚ方向の磁化６１が混在する状態が得られる（状態（Ｃ））。つまり、磁化領域６０内に複数の垂直磁区が形成され、異なる磁区間に磁壁６６が形成されてしまう。但し、状態（Ｃ）は、４つのコーナーからの垂直磁区の拡がりがほぼ等速である場合に発生する。欠陥や漏洩磁界などにより、磁区の広がりに差が出る場合には、左上と右下の磁区、あるいは、左下と右上の磁区同士が結合し、残りの磁区を駆逐する。結果として、状態（Ｄ）や状態（Ｅ）で示されるように、単一の垂直磁区が形成されることもある。【００５４】
磁化領域６０における磁区の拡がり方を制御することは困難である。つまり、磁化領域６０の初期化の結果、状態（Ｃ）、状態（Ｄ）、あるいは状態（Ｅ）のどれが得られるかは確率的である。磁化状態が確率的に決定されることは、磁化領域６０を所望の状態に設定する必要がある初期化処理においては好ましくない。【００５５】
次に、図７を参照して、平行四辺形状の場合を説明する。図７において、磁化領域７０は、垂直磁気異方性を有しており、また、ＸＹ平面において平行四辺形状を有している。この磁化領域７０の辺は、Ｘ軸とＹ軸の双方に交差する上辺７２ａ及び下辺７２ｂを含んでいる。つまり、上辺７２ａ及び下辺７２ｂは、いずれもＸ軸と平行ではなく、それらのＸ軸に対する傾きは、いずれも正である。【００５６】
図６の場合と同様に、＋Ｙ方向の外部磁界（面内磁界）が印加され、それにより、磁化領域７０の磁化７１は＋Ｙ方向を向く。このとき、状態（Ａ）で示されるように、磁化７１によって、上辺７２ａ及び下辺７２ｂ近傍には、それぞれ正負の磁極７３ａ、７３ｂが発生する。その結果、上辺７２ａ、下辺７２ｂにほぼ直交するように、反磁界７４ａ、７４ｂがかかる。このとき、上辺７２ａ、下辺７２ｂがＸ軸から傾いているため、反磁界７４ａ、７４ｂの大部分は、＋Ｘ成分を有する。【００５７】
次に、＋Ｙ方向の外部磁界の印加が停止される。これに応答して、磁化領域７０内の磁化７１は回転しはじめる。上述の通り、反磁界７４ａ、７４ｂの大部分は、＋Ｘ成分を有しており、トルク項に寄与する。その結果、状態（Ｂ）で示されるように、磁化領域７０の端部付近で、トルク項によるトルク７５が発生する。反磁界７４ａ、７４ｂの大部分が＋Ｘ成分を有しているため、トルク７５の大部分の方向は＋Ｚ方向である（式（１）参照）。【００５８】
このトルク７５と垂直磁気異方性により、上辺７２ａ及び下辺７２ｂ近傍の磁化７１は＋Ｚ方向を向くようになる。時間経過と共に、＋Ｚ方向の垂直磁化７１は、その領域を拡げていく。最終的には、状態（Ｃ）で示されるように、磁化領域７０全体にわたって、磁化７１は＋Ｚ方向を向く。すなわち、＋Ｚ方向の単一磁区が得られる。【００５９】
以上に説明されたように、図７で示された例の場合、初期化の結果としての磁化領域７０の磁化７１の方向は、一方向（＋Ｚ方向）に定まる。それは、トルク７５のマジョリティが、一方向（＋Ｚ方向）に偏っていたからである。上記式（１）のトルク項（第１項）を参照して言い換えると、次の通りである。磁化領域７０に＋Ｙ方向の外部磁界（面内磁界）が印加されたとき、その磁化領域７０の磁化７１（Ｍ）と端部に発生する反磁界７４ａ、７４ｂ（Ｈ）との外積の符号のマジョリティは、負に偏っている。その結果、トルク７５（−Ｍ×Ｈ）のマジョリティが＋Ｚ方向に偏り、外部磁界の印加が停止した後、磁化領域７０の全体にわたって磁化７１が＋Ｚ方向を向いたのである。【００６０】
磁化領域７０の一部において、反対方向（−Ｚ方向）のトルクが発生していたとしても、それがマイノリティであれば問題はない。磁化過程において、マジョリティのトルクがマイノリティのトルクに打ち勝つため、磁化領域７０の全体にわたって磁化７１が同じ方向を向く。従って、磁化領域７０の全領域にわたって、同じ方向のトルクを発生させる必要は必ずしもない。重要なことは、トルクのマジョリティが一方向に偏っていることである。このような「トルクのマジョリティ」あるいは「磁化と反磁界の外積の符号のマジョリティ」という概念が、以下の説明においてしばしば用いられる。【００６１】
図６で示された例では、磁化領域６０において、＋Ｚ方向のトルク６５と−Ｚ方向のトルク６５がほぼ同じ量だけ発生していた（状態（Ｂ）参照）。つまり、トルクのマジョリティが存在していなかった。そのため、状態（Ｃ）で示されるような多磁区構造が生成されたのである。あるいは、欠陥や漏洩磁界などの要因が、磁区構造に影響を及ぼしてしまう可能性があったのである（状態（Ｄ）、状態（Ｅ）参照）。初期化の結果としての磁化状態が確率に依存したのは、トルクのマジョリティが存在していなかったからである。逆に言えば、トルクのマジョリティを意図的に発生させることにより、所望の磁化状態を得ることができると考えられる。【００６２】
図６で示された例と図７で示された例とでは、磁化領域の平面形状に差異が存在する。この平面形状の差異が、トルクのマジョリティの有無、ひいては、初期化の結果の差異につながったと言える。従って、トルクのマジョリティが発生するように磁化領域の平面形状を設計することにより、確率に依存することなく初期化を行うことが可能となる。すなわち、初期化（磁化の固定）を、容易に且つ安定的に行うことが可能となる。【００６３】
図６で示された例では、印加される外部磁界の方向（＋Ｙ方向）と交差する辺は、上辺６２ａ及び下辺６２ｂである。それら上辺６２ａ及び下辺６２ｂは、Ｘ軸と平行である。一方、図７で示された例では、印加される外部磁界の方向（＋Ｙ方向）と交差する辺は、上辺７２ａ及び下辺７２ｂである。それら上辺７２ａ及び下辺７２ｂは、いずれもＸ軸と平行ではなく、それらのＸ軸に対する傾きは、いずれも正である。従って、上辺７２ａ、下辺７２ｂにほぼ直交するように反磁界７４ａ、７４ｂが発生するとき、その反磁界７４ａ、７４ｂの大部分が＋Ｘ成分を有するようになる。結果として、トルクのマジョリティが発生することになる。【００６４】
このように、Ｙ方向の面内磁界が印加されるとき、各辺の接線のＸ軸に対する傾きが重要となる。Ｘ軸に対する傾きの符号（正あるいは負）のマジョリティが、トルクのマジョリティに直結する。尚、図７において平行四辺形状は、Ｙ軸と平行な辺も有している。その辺のＸ軸に対する傾きは無限大である。このような無限大の傾きは、ここでは考慮されない。それは、Ｙ軸と平行な辺の近傍には、反磁界は発生しないからである。Ｙ方向の面内磁界が印加されるときには、Ｘ軸に対する有限な傾きだけが考慮されればよい。【００６５】
磁化領域の周縁（各辺）のＸ軸に対する有限な傾きの符号を考える。図７で示された例では、磁化領域７０の周縁に関する符号のマジョリティは、「正」である。この場合、磁化領域７０の初期化の結果、磁化７１は＋Ｚ方向を向く。一方、符号のマジョリティが「負」場合、磁化７１は−Ｚ方向を向く。このように、初期化の結果は、「傾きの符号のマジョリティ」に依存する。逆に言えば、符号に関して所望のマジョリティが得られるように磁化領域の平面形状を設計することにより、初期化を制御することが可能となる。このような「傾きの符号のマジョリティ」という概念も、以下の説明においてしばしば用いられる。【００６６】
図８は、第１の実施の形態における磁気記録層１０の初期化を示す平面図である。本実施の形態において、第１磁化固定領域１１及び第２磁化固定領域１２は、平行四辺形の形状を有している。第１磁化固定領域１１の周縁は、Ｘ軸とＹ軸の双方に交差する上辺８１ａ及び下辺８１ｂを含んでいる。上辺８１ａ及び下辺８１ｂのＸ軸に対する傾きは等しく、いずれも「負」である。一方、第２磁化固定領域１２の周縁は、Ｘ軸とＹ軸の双方に交差する上辺８２ａ及び下辺８２ｂを含んでいる。上辺８２ａ及び下辺８２ｂのＸ軸に対する傾きは等しく、いずれも「正」である。すなわち、上辺８１ａ及び下辺８１ｂの傾きの符号は、上辺８２ａ及び下辺８２ｂの傾きの符号の逆である。また、第１磁化固定領域１１の形状と第２磁化固定領域１２の形状は、Ｙ軸に関して鏡面対称である。【００６７】
このような磁気記録層１０の初期化の方法は、図７の場合と同様である。すなわち、まず、＋Ｙ方向に外部磁界（面内磁界）が印加される。これにより、第１磁化固定領域１１の磁化８０−１、第２磁化固定領域１２の磁化８０−２、及び磁化反転領域１３の磁化８０−３は、＋Ｙ方向を向く。このとき、状態（Ａ）で示されるように、磁気記録層１０の端部に反磁界がかかる。【００６８】
第１磁化固定領域１１の周縁に関して、傾きの符号のマジョリティは「負」である。従って、第１磁化固定領域１１の端部に発生する反磁界８４−１の大部分は、−Ｘ成分を有する。結果として、状態（Ｂ）で示されるように、第１磁化固定領域１１に発生するトルク８５−１の方向のマジョリティは、−Ｚ方向となる。一方、第２磁化固定領域１２の周縁に関して、傾きの符号のマジョリティは「正」である。従って、第２磁化固定領域１２の端部に発生する反磁界８４−２の大部分は、＋Ｘ成分を有する。結果として、状態（Ｂ）で示されるように、第２磁化固定領域１２に発生するトルク８５−２の方向のマジョリティは、＋Ｚ方向となる。【００６９】
＋Ｙ方向の外部磁界の印加が停止すると、トルクと垂直磁気異方性により、磁気記録層１０の磁化は＋Ｚ方向あるいは−Ｚ方向を向く。具体的には、状態（Ｃ）で示されるように、第１磁化固定領域１１の磁化８０−１は、−Ｚ方向のトルク８５−１により、−Ｚ方向を向く。一方、第２磁化固定領域１２の磁化８０−２は、＋Ｚ方向のトルク８５−２により、＋Ｚ方向を向く。このように、＋Ｙ方向の外部磁界の印加及び停止だけで、磁化固定領域１１、１２の磁化の向きを、容易に逆方向に初期化することが可能となる。【００７０】
尚、図８中の状態（Ｃ）において、磁化反転領域１３の磁化８０−３は、第１磁化固定領域１１と同じく−Ｚ方向を向いており、磁壁ＤＷは、第２磁化固定領域１２と磁化反転領域１３の間の第２境界Ｂ２に生成されている。しかしながら、磁化反転領域１３の平面形状は長方形であるため、図６で示された例と同様に、磁化反転領域１３の磁化状態は別の状態となる可能性がある。【００７１】
図９は、磁化反転領域１３が取り得る他の磁化状態の例を示している。状態（Ｃ１）では、磁化反転領域１３の磁化８０−３の向きは＋Ｚ方向であり、磁壁ＤＷは、第１磁化固定領域１１と磁化反転領域１３の間の第１境界Ｂ１に生成されている。状態（Ｃ２）では、第１磁化固定領域１１の側の磁化８０−３が−Ｚ方向を向き、第２磁化固定領域１２の側の磁化８０−３が＋Ｚ方向を向いている。従って、磁壁ＤＷが、磁化反転領域１３の中央付近に生成されている。状態（Ｃ３）では、第１磁化固定領域１１の側の磁化８０−３が＋Ｚ方向を向き、第２磁化固定領域１２の側の磁化８０−３が−Ｚ方向を向いている。従って、磁気記録装置１０の異なる位置に３つの磁壁ＤＷが生成される。【００７２】
このように、図８で説明された処理だけでは、磁壁の位置や数の初期化には不十分な場合がある。磁壁の位置を確定させるためには、次の処理が実施されるとよい。すなわち、上述の＋Ｙ方向の外部磁界（第１外部磁界）の印加が終わった後、ＸＹ面に直交するＺ方向に沿った外部磁界（第２外部磁界）が印加される。例えば、−Ｚ方向の第２外部磁界を印加することにより、磁化反転領域１３全体の磁化８０−３が−Ｚ方向を向き、図８で示された状態（Ｃ）が得られる。尚、このとき、第２外部磁界の大きさは、第２磁化固定領域１２の磁化８０−２（＋Ｚ方向）が反転しない程度に設定される。また、第２外部磁界の印加は、第１外部磁界の印加と同時であってもよい。【００７３】
以上に説明されたように、本実施の形態に係る磁気記録層１０は、初期化に適した特有の平面形状を有している。具体的には、ＸＹ平面において、磁気記録層１０の周縁に対する接線の傾きの符号を考えたとき、第１磁化固定領域１１に関する符号のマジョリティは、第２磁化固定領域１２に関する符号のマジョリティの逆である。このような磁気記録層１０に対してＸＹ平面内の外部磁界を印加するだけで、磁化固定領域１１、１２の磁化の向きをＺ方向に沿って逆向きに初期化することが可能となる。初期化の結果としての磁化固定領域１１、１２の磁化の向きは、確率には依存しておらず、安定的であると言える。つまり、本実施の形態によれば、垂直磁気異方性を有する磁気記録層１０の初期化を、容易に且つ安定的に行うことが可能となる。その結果、製造コストが削減され、また、信頼性が向上する。【００７４】
３−２．第２の実施の形態
第１磁化固定領域１１及び第２磁化固定領域１２の平面形状は、第１の実施の形態で示されたものに限られない。本質的には、第１磁化固定領域１１の周縁に関する傾きの符号のマジョリティが、第２磁化固定領域１２の周縁に関する傾きの符号のマジョリティの逆であればよい。第２の実施の形態では、磁化固定領域１１、１２の平面形状の様々な例が示される。尚、第１の実施の形態における構成と同じ構成には同一の参照番号が付され、重複する説明は適宜省略される。【００７５】
図１０Ａにおいて、第１磁化固定領域１１と第２磁化固定領域１２とで大きさが異なっている。つまり、第１磁化固定領域１１の形状と第２磁化固定領域１２の形状は、Ｙ軸に対して鏡面対称ではない。しかしながら、第１磁化固定領域１１の上辺８１ａ、下辺８１ｂの傾きは共に「負」であり、第２磁化固定領域１２の上辺８２ａ、下辺８２ｂの傾きは共に「正」である。よって、第１の実施の形態と同じ効果が得られる。【００７６】
図１０Ｂにおいて、第１磁化固定領域１１と第２磁化固定領域１２の平面形状は台形である。つまり、第１磁化固定領域１１の上辺８１ａ、下辺８１ｂ、第２磁化固定領域１２の上辺８２ａ、下辺８２ｂの傾きは０である。しかしながら、第１磁化固定領域１１は、Ｘ軸と交差し、第１境界Ｂ１と対向する左辺８１ｃを有している。この左辺８１ｃのＸ軸に対する傾きは「正」である。つまり、第１磁化固定領域１１の周縁に関する傾きの符号のマジョリティは「正」である。一方、第２磁化固定領域１２は、Ｘ軸と交差し、第２境界Ｂ２と対向する右辺８２ｃを有している。この右辺８２ｃのＸ軸に対する傾きは「負」である。つまり、第２磁化固定領域１２の周縁に関する傾きの符号のマジョリティは「負」である。よって、第１の実施の形態と同じ効果が得られる。【００７７】
図１０Ｃにおいて、第１磁化固定領域１１は、上辺８１ａ、下辺８１ｂ、左辺８１ｃ、及び右辺８１ｄを有している。全ての辺８１ａ〜８１ｄの傾きは「正」であり、それらの近傍で同じ＋Ｚ方向のトルクが得られる。同様に、第２磁化固定領域１２は、上辺８２ａ、下辺８２ｂ、右辺８２ｃ、左辺８２ｄを有している。全ての辺８２ａ〜８２ｄの傾きは「負」であり、それらの近傍で同じ−Ｚ方向のトルクが得られる。よって、第１の実施の形態と同じ効果が得られる。特に、全ての辺の近傍においてトルクが発生するため、初期化の成功確率が極めて高くなる。【００７８】
図１０Ｄにおいて、第１磁化固定領域１１と第２磁化固定領域１２の周縁は、曲線を含んでいる。この場合でも、周縁に対する接線の傾きが定義できる。第１磁化固定領域１１の形状と第２磁化固定領域１２の形状は、Ｙ軸に関して鏡面対称である。第１磁化固定領域１１の周縁に関する傾きの符号のマジョリティは「正」である。一方、第２磁化固定領域１２の周縁に関する傾きの符号のマジョリティは「負」である。よって、第１の実施の形態と同じ効果が得られる。【００７９】
図１０Ｅにおいて、第１磁化固定領域１１の周縁は平行四辺形であり、第２磁化固定領域１２の周縁は曲線を含んでいる。第１磁化固定領域１１の周縁に関する傾きの符号のマジョリティは「正」である。一方、第２磁化固定領域１２の周縁に関する傾きの符号のマジョリティは「負」である。よって、第１の実施の形態と同じ効果が得られる。【００８０】
３−３．第３の実施の形態
第１の実施の形態においては、面内方向の第１外部磁界の印加の他に、Ｚ方向に沿った第２外部磁界の印加が必要となる場合があった。第２外部磁界の印加プロセスを省略するためには、磁化反転領域１３においてもトルクのマジョリティを発生させればよい。第３の実施の形態では、磁化反転領域１３の平面形状が改良される。既出の実施の形態における構成と同じ構成には同一の参照番号が付され、重複する説明は適宜省略される。【００８１】
図１１Ａは、第３の実施の形態に係る磁気記録層１０の平面形状の一例を示している。図１１Ａにおいて、磁化反転領域１３の平面形状が、図８で示されたものと異なっている。具体的には、磁化反転領域１３は、第１磁化固定領域１１と同様の平行四辺形の形状を有している。つまり、磁化反転領域１３の周縁は、Ｘ軸とＹ軸の双方に交差する上辺８３ａ及び下辺８３ｂを有している。上辺８３ａ及び下辺８３ｂのＸ軸に対する傾きは等しく、いずれも「負」である。尚、ここでも、Ｘ軸は、第１境界Ｂ１と第２境界Ｂ２との間を最短距離で結ぶ線に平行である。【００８２】
この磁気記録層１０に対しても、図８で示された手法と同様の手法で初期化が実施される。磁化反転領域１３に関する傾きの符号のマジョリティが「負」であるため、第１磁化固定領域１１と同様なトルクが、磁化反転領域１３に発生する。その結果、磁化反転領域１３の磁化８０−３は−Ｚ方向に向き、磁壁ＤＷが第２境界Ｂ２すなわち所望の位置に生成される。従って、Ｚ方向に沿った第２外部磁界の印加プロセスを省略することができる。【００８３】
磁化反転領域１３の平面形状は、図１１Ａで示されたものに限られない。磁化固定領域１１、１２の場合と同様に、磁化反転領域１３の平面形状は、トルクのマジョリティが発生するように設計されればよい。例えば、磁化反転領域１３の平面形状は台形であってもよい。その場合、磁化反転領域１３の上辺８３ａあるいは下辺８３ｂのいずれか一方だけがＸ軸とＹ軸の双方に交差し、他方はＸ軸と平行になる。そのような平面形状でも同じ効果が得られる。【００８４】
また、図１１Ｂにおいて、磁化反転領域１３の下辺８３ｂは屈曲している。つまり、磁化反転領域１３のＹ軸に沿った幅は、境界から中央部に向けて徐々に広くなっている。磁壁ＤＷは、断面積がより小さい位置でより安定化するという性質を有している。よって、図１１Ｂで示された平面形状の場合、磁壁ＤＷは、第１境界Ｂ１あるいは第２境界Ｂ２に生成されやすくなる。結果として、既出の図９で示された状態（Ｃ２）や状態（Ｃ３）、すなわち、磁壁ＤＷが磁化反転領域１３の中央付近に生成される状態が防止される。磁壁ＤＷは第１境界Ｂ１か第２境界Ｂ２のいずれかに生成されればよいので、図１１Ｂで示された平面形状でも効果が得られる。【００８５】
図１１Ｃは、図１１Ａの形状と図１１Ｂの形状の組み合わせを示している。この場合、磁化反転領域１３の初期化の成功確率が更に向上する。尚、磁化反転領域１３の上辺８３ａが屈曲していてもよいし、上辺８３ａと下辺８３ｂの両方が屈曲していてもよい。磁化反転領域１３のＹ軸に沿った幅が、境界よりも中央部において広くなっていればよい。また、第２の実施の形態と第３の実施の形態を組み合わせることも可能である。【００８６】
３−４．第４の実施の形態
図１２は、既出の図８で示された状態（Ａ）及び状態（Ｂ）を更に詳しく示している。具体的には、図１２は、第１磁化固定領域１１と磁化反転領域１３との境界周辺での初期化の様子を詳細に示している。【００８７】
＋Ｙ方向の第１外部磁界が印加されたとき、状態（Ａ）で示されるように、第１磁化固定領域１１の上辺８１ａ、下辺８１ｂ近傍に反磁界８４−１が発生する。この反磁界８４−１は、−Ｘ成分を有している。同時に、磁化反転領域１３の上辺８３ａ、下辺８３ｂの近傍にも反磁界が発生する。このとき、上辺８３ａ近傍の正の磁極に起因する反磁界８６ａは、第１磁化固定領域１１内部にも拡がる。また、下辺８３ｂ近傍の負の磁極に起因する反磁界８６ｂも、第１磁化固定領域１１内部に拡がる。【００８８】
第１磁化固定領域１１の内部において、反磁界８６ａは、反磁界８４−１と同様に−Ｘ成分を有している。よって、状態（Ｂ）で示されるように、反磁界８６ａと磁化８０−１によって発生するトルク８７ａの方向は、トルク８５−１と同じく−Ｚ方向である。ところが、反磁界８６ｂは、反磁界８４−１と逆の＋Ｘ成分を有している。従って、状態（Ｂ）で示されるように、反磁界８６ｂと磁化８０−１によって発生するトルク８７ｂの方向は、トルク８５−１と逆の＋Ｚ方向となる。この＋Ｚ方向のトルク８７ｂは、第１磁化固定領域１１の初期化を妨げるように働く。【００８９】
このように、磁化反転領域１３の磁極の影響により、第１磁化固定領域１１の一部に逆向きのトルクが生じることがある。第２磁化固定領域１２に関しても同様である。逆向きのトルクの影響がトルク全体の中で限定的であれば、最終的な磁化方向は所望の方向となる。しかしながら、逆向きのトルクの影響が比較的大きい場合には、逆方向の磁区が残ってしまうこともあり得る。第４の実施の形態では、この点が改善される。【００９０】
図１３は、図１２に対応する図であり、第４の実施の形態における状態（Ａ）及び状態（Ｂ）を示している。既出の構成と同じ構成には同一の参照番号が付され、重複する説明は適宜省略される。【００９１】
図１３において、磁化反転領域１３の下辺８３ｂは、第１磁化固定領域１１の下辺８１ｂと連結している。つまり、下辺８３ｂと下辺８１ｂは離間しておらず、磁気記録層１０の周縁は下辺８３ｂから下辺８１ｂにかけて滑らかに形成されている。この場合、＋Ｙ方向の第１外部磁界が印加されたとき、下辺８３ｂから下辺８１ｂにかけて、負の磁極が滑らかに分布する。結果として、下辺８３ｂ近傍の負の磁極に起因する反磁界８６ｂは、＋Ｘ方向を向きにくくなる。従って、逆向きのトルク８７ｂが発生しにくくなり、第１磁化固定領域１１の初期化をより安定的に実施することが可能となる。【００９２】
第１磁化固定領域１１の磁化の固定方向によっては、磁化反転領域１３の上辺８３ａが、第１磁化固定領域１１の上辺８１ａと連結される場合もあり得る。第１境界Ｂ１と第２境界Ｂ２を除く磁化反転領域１３の少なくとも一辺が、第１磁化固定領域１１の上辺８１ａあるいは下辺８１ｂと連結される。第２磁化固定領域１２に関しても同様である。【００９３】
図１４Ａ及び図１４Ｂは、第４の実施の形態に係る磁気記録層１０の平面形状の例を示している。図１４Ａにおいて、磁化反転領域１３の下辺８３ｂが、第１磁化固定領域１１の下辺８１ｂ及び第２磁化固定領域１２の下辺８２ｂと連結している。図１４Ｂにおいては、更に、磁化反転領域１３の上辺８３ａが、第１磁化固定領域１１の上辺８１ａ及び第２磁化固定領域１２の上辺８２ａと連結している。このような構造により、磁化固定領域１１、１２の初期化を安定的に実施することが可能となる。尚、第４の実施の形態は、既出の実施の形態のいずれとも組み合わせ可能である。【００９４】
３−５．第５の実施の形態
磁気記録層１０の初期化において印加される第１外部磁界の方向は、＋Ｙ方向に限られない。第１外部磁界は、ＸＹ成分を主成分として有していればよい。その主成分の方向は、＋Ｙ方向に限られず、−Ｙ方向、＋Ｘ方向、あるいは−Ｘ方向であってもよい。図１５は、第５の実施の形態における初期化を説明するための平面図であり、＋Ｘ方向の第１外部磁界が印加される場合を示している。第１の実施の形態における構成と同じ構成には同一の参照番号が付され、重複する説明は適宜省略される。【００９５】
図１５において、第１磁化固定領域１１及び第２磁化固定領域１２の平面形状の関係は、既出の実施の形態と同様である。すなわち、第１磁化固定領域１１の周縁に関する傾きの符号のマジョリティは「負」である。一方、第２磁化固定領域１２の周縁に関する傾きの符号のマジョリティは「正」である。【００９６】
初期化において、まず、＋Ｘ方向に第１外部磁界（面内磁界）が印加される。これにより、第１磁化固定領域１１の磁化８０−１、第２磁化固定領域１２の磁化８０−２、及び磁化反転領域１３の磁化８０−３は、＋Ｘ方向を向く。このとき、状態（Ａ）で示されるように、磁気記録層１０の端部に反磁界がかかる。第１磁化固定領域１１の端部に発生する反磁界８４−１の大部分は、−Ｙ成分を有する。一方、第２磁化固定領域１２の端部に発生する反磁界８４−２の大部分は、＋Ｙ成分を有する。【００９７】
その結果、状態（Ｂ）で示されるように、第１磁化固定領域１１に発生するトルク８５−１の方向のマジョリティは、＋Ｚ方向となる。一方、第２磁化固定領域１２に発生するトルク８５−２の方向のマジョリティは、−Ｚ方向となる。＋Ｘ方向の第１外部磁界の印加が停止すると、トルクと垂直磁気異方性により、磁気記録層１０の磁化は＋Ｚ方向あるいは−Ｚ方向を向く。具体的には、状態（Ｃ）で示されるように、第１磁化固定領域１１の磁化８０−１は、＋Ｚ方向のトルク８５−１により、＋Ｚ方向を向く。一方、第２磁化固定領域１２の磁化８０−２は、−Ｚ方向のトルク８５−２により、−Ｚ方向を向く。このように、＋Ｘ方向の外部磁界の印加及び停止だけで、磁化固定領域１１、１２の磁化の向きを、容易に逆方向に初期化することが可能となる。【００９８】
尚、磁気記録層１０の平面形状は、図１５で示されたものに限られない。第２の実施の形態で説明されたように、磁化固定領域１１、１２の平面形状としては様々なパターンが考えられる。また、第３の実施の形態で示された磁化反転領域１３が、本実施の形態に適用されてもよい。また、第４の実施の形態で説明された工夫が、本実施の形態に適用されてもよい。【００９９】
３−６．第６の実施の形態
図１６は、既出の図６に対応する図であり、長方形状を有する磁化領域６０の初期化の他の例を示している。磁化領域６０は、垂直磁気異方性を有している。この長方形状の磁化領域６０は、Ｘ軸と平行な短辺６２ａ、６２ｂ、及びＹ軸と平行な長辺６２ｃ、６２ｄを有している。長辺６２ｃ、６２ｄは、短辺６２ａ、６２ｂよりも長い。【０１００】
図１６において、ＸＹ面内に印加される外部磁界（面内磁界）の方向は、＋Ｙ方向ではない。印加される外部磁界の方向は、ＸＹ面内においてＸ軸とＹ軸の双方と交差する方向であり、短辺６２ａ、６２ｂ、長辺６２ｃ、６２ｄのいずれとも交差する方向である。そのような方向は、以下「斜め方向」と参照される。斜め方向の外部磁界が印加されると、磁化領域６０の磁化６１は斜め方向を向く。このとき、状態（Ａ）で示されるように、短辺６２ａ、６２ｂの近傍には、それぞれ反磁界６４ａ、６４ｂがかかる。また、長辺６２ｃ、６２ｄの近傍には、それぞれ反磁界６４ｃ、６４ｄがかかる。【０１０１】
反磁界６４ａ、６４ｂの方向は概ね−Ｙ方向である。従って、−Ｙ方向の反磁界６４ａ、６４ｂと斜め方向の磁化６１とにより発生するトルク６５ａ、６５ｂの方向は、＋Ｚ方向である。つまり、状態（Ｂ）で示されるように、短辺６２ａ、６２ｂの近傍には、＋Ｚ方向のトルクが発生する。一方、反磁界６４ｃ、６４ｄの方向は概ね−Ｘ方向である。従って、−Ｘ方向の反磁界６４ｃ、６４ｄと斜め方向の磁化６１とにより発生するトルク６５ｃ、６５ｄの方向は、−Ｚ方向である。つまり、状態（Ｂ）で示されるように、長辺６２ｃ、６２ｄの近傍には、−Ｚ方向のトルクが発生する。【０１０２】
このように、短辺６２ａ、６２ｂの近傍と長辺６２ｃ、６２ｄの近傍とでは、互いに逆向きのトルクが発生する。長辺は短辺よりも長いため、磁化領域６０に関するトルクのマジョリティは−Ｚ方向となる。従って、外部磁界の印加が停止されると、＋Ｚ方向のトルクは駆逐され、磁化領域６０の磁化６１は全体的に−Ｚ方向を向くようになる（状態（Ｃ））。【０１０３】
以上に説明されたように、磁化領域６０が長方形状を有していても、面内磁界の方向を「斜め方向」に設定することにより、磁化領域６０の初期化を制御することができる。第６の実施の形態では、この技術が応用される。【０１０４】
図１７は、第６の実施の形態における磁気記録層１０の初期化の一例を示す平面図である。既出の実施の形態における構成と同じ構成には同一の参照番号が付され、重複する説明は適宜省略される。本実施の形態によれば、第１磁化固定領域１１、第２磁化固定領域１２、及び磁化反転領域１３は、ＸＹ平面において長方形状を有している。第１磁化固定領域１１は、Ｘ軸と平行な短辺９１ａ、９１ｂ、及びＹ軸と平行な長辺９１ｃ、９１ｄを有している。第２磁化固定領域１２は、Ｘ軸と平行な長辺９２ａ、９２ｂ、及びＹ軸と平行な短辺９２ｃ、９２ｄを有している。すなわち、第１磁化固定領域１１の短辺（長辺）が延びるＸ方向（Ｙ方向）は、第２磁化固定領域１２の短辺（長辺）が延びるＹ方向（Ｘ方向）と直交している。磁化反転領域１３は、Ｘ軸と平行な長辺９３ａ、９３ｂ、及びＹ軸と平行な短辺９３ｃ、９３ｄを有している。【０１０５】
このような磁気記録層１０の初期化の方法は、図１６の場合と同様である。すなわち、まず、Ｘ軸及びＹ軸の双方と交差する斜め方向に、外部磁界が印加される。これにより、第１磁化固定領域１１の磁化９０−１、第２磁化固定領域１２の磁化９０−２、及び磁化反転領域１３の磁化９０−３は、斜め方向を向く。このとき、状態（Ａ）で示されるように、磁気記録層１０の端部に反磁界が発生する。その反磁界と斜め方向の磁化（９０−１、９０−２、９０−３）とにより、磁気記録層１０の端部にトルクが発生する。【０１０６】
状態（Ｂ）で示されるように、第１磁化固定領域１１に関するトルクのマジョリティは−Ｚ方向となる。一方、第２磁化固定領域１２及び磁化反転領域１３に関するトルクのマジョリティは、＋Ｚ方向となる。従って、外部磁界の印加が停止されると、第１磁化固定領域１１の磁化９０−１は−Ｚ方向を向き、一方、第２磁化固定領域１２の磁化９０−２は＋Ｚ方向を向く（状態（Ｃ））。このように、斜め方向の外部磁界の印加及び停止だけで、磁化固定領域１１、１２の磁化の向きを、容易に逆方向に初期化することが可能となる。また、磁化反転領域１３の磁化９０−３は＋Ｚ方向を向き、第１境界Ｂ１に磁壁ＤＷが生成される。【０１０７】
第６の実施の形態は、既出の実施の形態と同じ考え方に基づいている。すなわち、第１磁化固定領域１１におけるトルクの方向のマジョリティが、第２磁化固定領域１２におけるトルクの方向のマジョリティの逆になっている。また、上記「斜め方向」に対する傾きの符号を考えたとき、第１磁化固定領域１１の周縁に関する符号のマジョリティは、第２磁化固定領域１２の周縁に関する符号のマジョリティの逆になっていると言える。【０１０８】
３−７．第７の実施の形態
図１８は、第７の実施の形態における磁気記録層１０の初期化を示す平面図である。図１８において、第１磁化固定領域１１、第２磁化固定領域１２、及び磁化反転領域１３は、長方形状を有している。第１磁化固定領域１１と第２磁化固定領域１２は、Ｙ軸に関して鏡面対称であり、Ｙ軸に沿った長辺とＸ軸に沿った短辺を有している。一方、磁化反転領域１３は、Ｘ軸に沿った長辺とＹ軸に沿った短辺を有している。また、磁化反転領域１３は、幅広の接続部１４を介して、第１磁化固定領域１１となだらかにつながっている。そのため、第１磁化固定領域１１と磁化反転領域１３との間におけるピンポテンシャルは、第２磁化固定領域１２側と比較して、相対的に小さくなっている。【０１０９】
第６の実施の形態の場合と同様に、Ｘ軸及びＹ軸の双方と交差する斜め方向に、第１外部磁界が印加される。その第１外部磁界の印加が停止されると、状態（Ｃ１）で示されるように、第１磁化固定領域１１の磁化９０−１及び第２磁化固定領域１２の磁化９０−２は、−Ｚ方向を向く。一方、磁化反転領域１３の磁化９０−３は、＋Ｚ方向を向く。従って、磁気記録層１０には２つの磁壁ＤＷ１、ＤＷ２が生成される。【０１１０】
その後、＋Ｚ方向の第２外部磁界（Ｈｚ）が印加される。すると、磁壁ＤＷ１、ＤＷ２は、それぞれ第１磁化固定領域１１、第２磁化固定領域１２の内部に侵入しようとする。磁壁がそれぞれの磁化固定領域に侵入するために必要な閾値磁界は、緩やかな接続を持つ第１磁化固定領域１１側の方が、第２磁化固定領域１２側よりも小さい。従って、第２外部磁界の大きさが２つの閾値磁界の中間に設定された場合、磁壁ＤＷ１のみが第１磁化固定領域１１に侵入し、第１磁化固定領域１１の左辺から抜けていく。つまり、状態（Ｃ２）で示されるように、第１磁化固定領域１１の磁化９０−１だけが、＋Ｚ方向に反転する。その結果、第２磁化固定領域１２と磁化反転領域１３との間だけに、１つの磁壁ＤＷ２が残ることになる。すなわち、磁気記録層１０が初期化される。【０１１１】
３−８．一般化された磁化領域
図１９は、一般化された磁化領域に対する初期化を説明するための平面図である。磁化領域はＮ個の辺を有しており、それらＮ個の辺はそれぞれベクトルＬ１，Ｌ２，・・・，ＬＮで表されている。それぞれの辺に関して、領域内に向かう規格化法線ベクトルは、ｎ１，ｎ２，・・・，ｎＮで表されている。初期化用の第１外部磁界の規格化ベクトルは、ｈｅｘｔである。第１外部磁界の印加により、磁化領域は、規格化ベクトルｈｅｘｔと平行な磁化ベクトルＭを持つとする。このとき、ｉ番目（ｉ＝１〜Ｎ）の辺Ｌｉ近傍での反磁界は、規格化垂線ベクトルｎｉに平行であり、符号を含めた大きさは、Ｍとｎｉの内積（−Ｍ・ｎｉ）に比例する。このとき、次の式（２）で表されるベクトルＴが定義され得る。【０１１２】
2009019948.tif 000004
【０１１３】
ベクトルＴは、各辺Ｌｉ近傍での規格化トルクと各辺Ｌｉの長さの積の総和で与えられている。ここで、磁化ベクトルＭが規格化ベクトルｈｅｘｔと平行であることが考慮されている。ベクトルＴの方向が＋Ｚ方向の場合、それは、＋Ｚ方向のトルクがマジョリティとなっていることを意味する。その場合、第１外部磁界の印加が停止した後、磁化領域の磁化は＋Ｚ方向を向く。一方、ベクトルＴの方向が−Ｚ方向の場合、それは、−Ｚ方向のトルクがマジョリティとなっていることを意味する。その場合、第１外部磁界の印加が停止した後、磁化領域の磁化は−Ｚ方向を向く。【０１１４】
本発明の実施の形態では、第１磁化固定領域１１におけるトルクのマジョリティが、第２磁化固定領域１２におけるトルクのマジョリティの逆になる。言い換えれば、第１磁化固定領域１１に関するベクトルＴの方向は、第２磁化固定領域１２に関するベクトルＴの方向の反対となる。尚、磁化固定領域１１、１２の周縁のうち第１境界Ｂ１と第２境界Ｂ２と重なる部分には磁極が発生しないので、その部分を上記和に含める必要はない。【０１１５】
４．ＭＲＡＭの回路構成
図２０は、本実施の形態におけるＭＲＡＭの構成の一例を示している。図２０において、ＭＲＡＭ２００は、複数の磁気メモリセル１がマトリックス状に配置されたメモリセルアレイ２０１を有している。このメモリセルアレイ２０１は、データの記録に用いられる磁気メモリセル１と共に、データ読み出しの際に参照されるリファレンスセル１ｒを含んでいる。リファレンスセル１ｒの構造は、磁気メモリセル１と同じである。【０１１６】
各磁気メモリセル１は、既出の実施の形態で示された磁気抵抗素子に加え、選択トランジスタＴＲ１、ＴＲ２を有している。選択トランジスタＴＲ１のソース／ドレインの一方は、第１配線４１（図５参照）を介して第１磁化固定領域１１に接続され、他方は第１ビット線ＢＬ１に接続されている。選択トランジスタＴＲ２のソース／ドレインの一方は、第２配線４２を介して第２磁化固定領域１２に接続され、他方は第２ビット線ＢＬ２に接続されている。選択トランジスタＴＲ１、ＴＲ２のゲートはワード線ＷＬに接続されている。磁気抵抗素子のピン層３０は、読み出し配線５０（図５参照）を介してグランドに接続されている。【０１１７】
ワード線ＷＬは、Ｘセレクタ２０２に接続されている。Ｘセレクタ２０２は、データの書き込み・読み出しにおいて、対象メモリセル１ｓにつながるワード線ＷＬを選択ワード線ＷＬｓとして選択する。第１ビット線ＢＬ１はＹ側電流終端回路２０４に接続されており、第２ビット線ＢＬ２はＹセレクタ２０３に接続されている。Ｙセレクタ２０３は、対象メモリセル１ｓにつながる第２ビット線ＢＬ２を選択第２ビット線ＢＬ２ｓとして選択する。Ｙ側電流終端回路２０４は、対象メモリセル１ｓにつながる第１ビット線ＢＬ１を選択第１ビット線ＢＬ１ｓとして選択する。【０１１８】
Ｙ側電流源回路２０５は、データ書き込み時、選択第２ビット線ＢＬ２ｓに対し、所定の書き込み電流の供給又は引き込みを行う。Ｙ側電源回路２０６は、データ書き込み時、Ｙ側電流終端回路２０４に所定の電圧を供給する。その結果、書き込み電流は、Ｙセレクタ２０３へ流れ込む、あるいは、Ｙセレクタ２０３から流れ出す。これらＸセレクタ２０２、Ｙセレクタ２０３、Ｙ側電流終端回路２０４、Ｙ側電流源回路２０５、及びＹ側電源回路２０６は、磁気メモリセル１に書き込み電流を供給するための「書き込み電流供給回路」を構成している。【０１１９】
データ読み出し時、第１ビット線ＢＬ１は“Ｏｐｅｎ”に設定される。読み出し電流付加回路２０７は、選択第２ビット線ＢＬ２ｓに所定の読み出し電流を流す。また、読み出し電流付加回路２０７は、リファレンスセル１ｒにつながるリファレンス第２ビット線ＢＬ２ｒに所定の電流を流す。センスアンプ２０８は、リファレンス第２ビット線ＢＬ２ｒの電位と選択第２ビット線ＢＬ２ｓの電位の差に基づいて、対象メモリセル１ｓのデータをセンスし、そのデータを出力する。【０１２０】
５．他の適用例
本発明は、ＭＲＡＭ以外の磁気記録装置にも適用可能である。例えば、図２１は、垂直磁気異方性を有する磁気記録層を示している。この磁気記録層は、ＸＹ平面と平行に形成されている。また、この磁気記録層は、直列に接続された複数の磁化領域７０Ａ〜７０Ｅを有している。【０１２１】
磁化領域７０Ａの磁化７１Ａは、−Ｚ方向に固定されている。磁化領域７０Ｂの磁化７１Ｂは、＋Ｚ方向に固定されている。磁化領域７０Ｃの磁化７１Ｃは、−Ｚ方向に固定されている。磁化領域７０Ｄの磁化７１Ｄは、＋Ｚ方向に固定されている。磁化領域７０Ｅの磁化７１Ｅは、−Ｚ方向に固定されている。つまり、磁気記録層の磁化は、＋Ｚ方向と−Ｚ方向に交互に固定されている。従って、隣接する磁化領域７０間に磁壁ＤＷが形成されている。【０１２２】
例えば、磁化領域７０Ａ、７０Ｃ及び７０Ｅは、既出の図８中の第１磁化固定領域１１と同様の平面形状を有している。一方、磁化領域７０Ｂ及び７０Ｄは、図８中の第２磁化固定領域１２と同様の平面形状を有している。従って、図８の場合と同様の初期化方法により、図２１で示された磁化状態が簡単に得られる。すなわち、垂直磁気異方性を有する磁気記録層の初期化が容易に行われ得る。尚、磁化領域７０Ａ〜７０Ｅの平面形状は、図８で示されたものに限られない。【０１２３】
また、本発明の基本的な原理、すなわち、反磁界によるトルクを利用して磁化を所望の方向に初期化する方法は、面内磁気異方性を持つ磁化領域にも適用可能である。【０１２４】
以上、本発明の実施の形態が添付の図面を参照することにより説明された。但し、本発明は、上述の実施の形態に限定されず、要旨を逸脱しない範囲で当業者により適宜変更され得る。【０１２５】
本出願は、２００７年８月８日に出願された日本国特許出願２００７−２０６１４３を基礎とする優先権を主張し、その開示の全てをここに取り込む。
【図１】
2009019948.tif 000005
【図２】
2009019948.tif 000006
【図３Ａ】
2009019948.tif 000007
【図３Ｂ】
2009019948.tif 000008
【図４Ａ】
2009019948.tif 000009
【図４Ｂ】
2009019948.tif 000010
【図５】
2009019948.tif 000011
【図６】
2009019948.tif 000012
【図７】
2009019948.tif 000013
【図８】
2009019948.tif 000014
【図９】
2009019948.tif 000015
【図１０Ａ】
2009019948.tif 000016
【図１０Ｂ】
2009019948.tif 000017
【図１０Ｃ】
2009019948.tif 000018
【図１０Ｄ】
2009019948.tif 000019
【図１０Ｅ】
2009019948.tif 000020
【図１１Ａ】
2009019948.tif 000021
【図１１Ｂ】
2009019948.tif 000022
【図１１Ｃ】
2009019948.tif 000023
【図１２】
2009019948.tif 000024
【図１３】
2009019948.tif 000025
【図１４Ａ】
2009019948.tif 000026
【図１４Ｂ】
2009019948.tif 000027
【図１５】
2009019948.tif 000028
【図１６】
2009019948.tif 000029
【図１７】
2009019948.tif 000030
【図１８】
2009019948.tif 000031
【図１９】
2009019948.tif 000032
【図２０】
2009019948.tif 000033
【図２１】
2009019948.tif 000034
【国際調査報告】
2009019948.tif 000035
2009019948.tif 000036