(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
絶縁層と、前記絶縁層を挟んで設けられた強磁性記録層と強磁性固定層とを有し、
前記絶縁層は（１００）配向した岩塩構造のＭｇＯ膜であり、
前記強磁性記録層は、ＣｏとＦｅとＢと拡散したＲｕを含有する一層の体心立方構造の結晶膜であることを特徴とするトンネル磁気抵抗効果素子。
【請求項２】
請求項１記載のトンネル磁気抵抗効果素子において、前記強磁性固定層は反強磁性層の上に形成され、前記絶縁層は前記強磁性固定層の上に形成され、前記強磁性記録層は前記絶縁層の上に形成され、前記強磁性固定層は、非磁性層を挟んで反強磁性結合した２層の強磁性層からなることを特徴とするトンネル磁気抵抗効果素子。
【請求項３】
請求項１記載のトンネル磁気抵抗効果素子において、前記絶縁層は前記強磁性記録層の上に形成され、前記強磁性固定層は前記絶縁層の上に形成され、前記強磁性固定層の上に反強磁性層が形成され、前記強磁性固定層は、非磁性層を挟んで反強磁性結合した２層の強磁性層からなることを特徴とするトンネル磁気抵抗効果素子。
【請求項４】
絶縁層と、前記絶縁層を挟んで設けられた強磁性記録層と強磁性固定層とを有し、
前記絶縁層は（１００）配向した岩塩構造のＭｇＯ膜であり、
前記強磁性記録層は、ＣｏとＦｅとＢと拡散したＲｕを含有する一層の体心立方構造の結晶膜であることを特徴とするトンネル磁気抵抗効果素子と、
前記強磁性記録層をスピントランスファートルクにより磁化反転させるための電流を前記トンネル磁気抵抗効果素子に流す電極を備え、
前記電流の方向により前記強磁性記録層の磁化の方向を制御し、
前記トンネル磁気抵抗効果素子に流れる電流をオン・オフ制御するスイッチング素子とを備えることを特徴とする磁気メモリセル。
【請求項５】
複数の磁気メモリセルと、所望の磁気メモリセルを選択する手段とを備え、
前記磁気メモリセルは、
絶縁層と、前記絶縁層を挟んで設けられた強磁性記録層と強磁性固定層とを有し、
前記絶縁層は（１００）配向した岩塩構造のＭｇＯ膜であり、
前記強磁性記録層は、ＣｏとＦｅとＢと拡散したＲｕを含有する一層の体心立方構造の結晶膜であることを特徴とするトンネル磁気抵抗効果素子と、
前記強磁性記録層をスピントランスファートルクにより磁化反転させるための電流を前記トンネル磁気抵抗効果素子に流す電極を備え、
前記電流の方向により前記強磁性記録層の磁化の方向を制御することを特徴とする磁気ランダムアクセスメモリ。
【請求項６】
請求項５記載の磁気ランダムアクセスメモリにおいて、スピントランスファートルクにより磁気情報を記録することを特徴とする磁気ランダムアクセスメモリ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、高い熱安定性を有する高出力トンネル磁気抵抗素子及びそれを装備した低消費電力不揮発性磁気メモリに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
将来の高集積磁気メモリに適用されるトンネル磁気抵抗効果素子として、Ａｌの酸化物を絶縁体に用いたトンネル磁気抵抗効果素子（T. Miyazaki and N. Tezuka, J. Magn. Magn. Mater. 139, L231 (1995)）よりも数倍大きい磁気抵抗比が得られる絶縁膜に酸化マグネシウムを用いたトンネル磁気抵抗効果素子（S. Yuasa. et al., Nature Material 3, 868(2004)）が開示されている。また、従来の不揮発性磁気メモリは、ＭＯＳＦＥＴ上にトンネル磁気抵抗効果素子を形成したメモリセルにより構成される。スイッチングはＭＯＳＦＥＴを利用し、ビット線とワード線に通電させることにより発生する電流誘起の空間磁場を使ってトンネル磁気抵抗効果素子の磁化方向を回転させ、情報を書込み、トンネル磁気抵抗効果素子の出力電圧により情報を読み出す方式である。また、上記電流誘起の空間磁場を使った磁化回転のほかに、直接磁気抵抗効果素子に電流を流すことにより磁化を回転させるいわゆるスピントランスファートルク磁化反転あるいは同義であるスピン注入磁化反転方式があり、例えば米国特許第５，６９５，８６４号明細書あるいは特開２００２−３０５３３７号公報に開示されている。特開２００７−２９４７３７号広報には、外部からの侵入磁界に対して安定にスピントランスファートルク磁化反転動作させる目的で、非磁性膜を介して２層の強磁性膜を積層した記録層を適用したトンネル磁気抵抗効果素子が開示されている。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００３】
【非特許文献１】J. Magn. Magn. Mater. 139, L231 (1995)
【非特許文献２】Nature Material 3, 868(2004)
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】米国特許第５，６９５，８６４号明細書
【特許文献２】特開２００２−３０５３３７号公報
【特許文献３】特開２００７−２９４７３７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
高い信頼性をもつ低消費電力不揮発性磁気メモリの実現には、高出力トンネル磁気抵抗効果素子の記録層において高い熱安定性と、スピントランスファートルク磁化反転による書込み方式とを同時に満足する技術を開発する必要がある。【０００６】
本発明は、このような要請に応えることのできる高い熱安定性を有するトンネル磁気抵抗効果素子及びそれを用いた不揮発性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】
本発明は、トンネル磁気抵抗効果素子の強磁性膜にＢを含むＣｏあるいはＦｅの体心立方格子をもつ化合物強磁性膜を適用し、絶縁層に（１００）配向した岩塩構造酸化マグネシウムを適用し、非磁性層を挟んで設けられた第一の拡散層と第二の拡散層、第一の拡散層に隣接した第一の強磁性層と第二の拡散層に隣接した第二の強磁性層からなり、前記第一の強磁性層と第二の強磁性層が強磁性結合した強磁性記録層を適用する。すなわち、本発明によるトンネル磁気抵抗効果素子は、絶縁層と、絶縁層を挟んで設けられた強磁性記録層と強磁性固定層とを有し、絶縁層は（１００）配向した岩塩構造のＭｇＯ膜であり、強磁性記録層は、非磁性導電層を挟んで設けられた第一の拡散層と第二の拡散層、第一の拡散層に隣接した第一の強磁性層と第二の拡散層に隣接した第二の強磁性層からなり、前記第一の強磁性層は前記絶縁層に隣接し、前記第二の強磁性層と第一の強磁性層は強磁性結合しており、強磁性固定層はＣｏとＦｅとＢを含有する体心立方構造の膜を有する。【０００８】
絶縁層に（１００）配向した岩塩構造のＭｇＯ膜を用いない場合には、磁気抵抗比は著しく低下し、磁気メモリセルあるいは磁気ランダムアクセスメモリに最低限必要な２００ｍＶの読み出し電圧が得られない。【０００９】
本発明のトンネル磁気抵抗効果素子は、磁気メモリセルや磁気ランダムアクセスメモリに適用することができる。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によると、高い熱安定性を有し、絶縁耐圧の高いトンネル磁気抵抗効果素子が得られる。また、そのトンネル磁気抵抗効果素子を磁気メモリに装備することにより、高い熱安定性、すなわち磁気情報の保持時間の長い不揮発性メモリを実現することが可能である。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明のトンネル磁気抵抗効果素子の第一の構成例を示した図である。
【図２】本発明のトンネル磁気抵抗効果素子の第二の構成例を示した図である。
【図３】本発明のトンネル磁気抵抗効果素子の第三の構成例を示した図である。
【図４】本発明のトンネル磁気抵抗効果素子の第四の構成例を示した図である。
【図５】本発明のトンネル磁気抵抗効果素子の第一、第二の構成の製膜直後の構成例を示した図である。
【図６】本発明のトンネル磁気抵抗効果素子の第三、第四の構成の製膜直後の構成例を示した図である。
【図７】本発明のトンネル磁気抵抗効果素子における書込み電流（ａ）、熱安定性（ｂ）の熱処理温度依存性例を示した図である。
【図８】本発明のトンネル磁気抵抗効果素子におけるアステロイド特性と磁気記録層の積層状態の熱処理温度依存性を示した図である。
【図９】本発明の磁気メモリセルの構成例を示した図である。
【図１０】本発明の磁気メモリセルの構成例を示した図である。
【図１１】本発明の磁気ランダムアクセスメモリの構成例を示した図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、図面を参照して本発明の実施の形態を説明する。以下に述べるトンネル磁気抵抗効果素子では、その強磁性記録層の磁化反転（スイッチング）を空間的な外部磁界ではなく主として、トンネル磁気抵抗効果素子中を流れるスピン偏極した電流のスピンが強磁性記録層の磁気モーメントにトルクを与えることにより行う。このスピン偏極した電流は、トンネル磁気抵抗効果素子に電流を流すこと自体で発生する。したがって、トンネル磁気抵抗効果素子に外部からトンネル磁気抵抗効果素子の各層の積層方向に電流を流すことによりスピントランスファートルク磁化反転は実現される。また、その電流の方向により磁気記録層の磁化方向を制御し、磁気記録層と磁気固定層の磁化配列を決定する。磁気記録層から磁気固定層に電流を流す場合は、磁気固定層と磁気記録層が平行配列、磁気固定層から磁気記録層に電流を流す場合は、磁化配列は反平行配列になる。以下では、スピントランスファートルク磁化反転の起こる電流密度の閾値をＪｃと定義した。
【００１３】
［実施例１］
図１は、本発明によるトンネル磁気抵抗効果素子の一例を示す断面模式図である。本実施例では、トンネル磁気抵抗効果素子１はスパッタリング法を用いて作製した。このトンネル磁気抵抗効果素子１は、配向制御層３０９、反強磁性層３０８、磁気固定層３０５１、絶縁層３０４、第一の強磁性層３０３、第一の拡散層３０２２、第一の非磁性層３０２、第二の拡散層３０２１、第二の強磁性層３０１、保護層３００より形成される。ここで、第一の強磁性層３０３、第一の拡散層３０２２、第一の非磁性層３０２、第二の拡散層３０２１、第二の強磁性層３０１の積層構造で磁気記録層が形成される。磁気固定層３０２１は、第四の強磁性層３０２、第二の非磁性膜３０３、第三の強磁性層３０４で構成される場合もある。
【００１４】
上記のトンネル磁気抵抗効果素子は、図３に示した積層膜を３３０度以上〜４２０度以下の温度で熱処理することにより形成する。図３は、スパッタリング法を用いて製膜され熱処理を行う前、あるいは、３３０度以下の熱処理が施されたトンネル磁気抵抗効果素子を示し、配向制御層３０９、反強磁性層３０８、磁気固定層３０５１、絶縁層３０４、第一の強磁性層３０３、第一の拡散層３０２２、第一の非磁性層３０２、第二の拡散層３０２１、第二の強磁性層３０１、保護層３００の順に積層されている。
【００１５】
配向制御層３０９はＮｉＦｅにより形成したが、Ｔａ／ＮｉＦｅの２層膜、またＴａ／Ｒｕ／Ｔａ／ＮｉＦｅ、Ｔａ／ＮｉＦｅＣｒなど、上記反強磁性層３０８の配向性を向上させ、安定した反強磁性結合を実現することのできる他の材料を用いてもよい。反強磁性層３０８にはＭｎＩｒ（８ｎｍ）を用いたが、膜厚は４〜１５ｎｍの範囲で選択可能である。また、ＭｎＰｔ、ＭｎＦｅなど、Ｍｎ化合物で構成される反強磁性層を用いても安定に反強磁性結合を実現できる。第四の強磁性層３０７にはＣｏＦｅ（２ｎｍ）を、第二の非磁性層３０６にはＲｕ（０．８ｎｍ）を、第三の強磁性層３０５には体心立方格子をもつＣｏＦｅＢ（３ｎｍ）を用いた。この体心立方格子のＣｏＦｅＢは、製膜時は非結晶の膜である。絶縁層に（１００）のＭｇＯ膜を適用している場合、３３０度以上の熱処理により製膜時は非結晶であったＣｏＦｅＢが結晶化することによって体心立方格子のＣｏＦｅＢに形成される。第四の強磁性層３０７のＣｏＦｅの組成比は、Ｃｏ組成を５０〜９０ａｔｍ％の間とした。この組成範囲において、上記反強磁性層と安定した反強磁性結合を実現できる。第四の強磁性層３０７、第二の非磁性層３０６、第三の強磁性層３０５は、第四の強磁性層３０７と第三の強磁性層３０５の磁化が反強磁性結合するような材料を選択し、それぞれの膜厚は第四の強磁性層３０７と第三の強磁性層３０５の磁化の大きさが等しくなるように選択した。
【００１６】
絶縁層３０５は、岩塩構造をもつ酸化マグネシウム結晶膜であり、（１００）方向に配向度の高い膜である。また、完全に（１００）に配向した単結晶膜であってもよい。絶縁層の膜厚は０．６ｎｍ〜３ｎｍの範囲とした。絶縁層３０５の膜厚を前記の範囲とすることにより、トンネル磁気抵抗効果素子１において任意の電気抵抗を選択することが可能である。第一の強磁性層３０３にはＣｏＦｅＢが用いられ、３３０度以上の熱処理により結晶化し、第三の強磁性層３０５の場合と同様に体心立方格子を得る。第一の強磁性層３０３と第二の強磁性層３０１のＣｏＦｅＢのＣｏとＦｅの組成は２５：７５〜７５：２５の範囲とするのが好ましい。この組成範囲では体心立方構造が安定に存在し、かつ絶縁層３０５にＭｇＯを適用したトンネル磁気抵抗効果素子１では、トンネル磁気抵抗比に寄与するスピン分極率を向上できるためである。第一の非磁性層３０２は、Ｒｕを用いることが望ましい。製膜時の第一の強磁性層／第一の非磁性層／第二の強磁性層に使用する材料はＣｏＦｅＢ／Ｒｕ／ＣｏＦｅＢであり、これを３３０度以上の熱処理を行うことにより、ＣｏＦｅＢ中にＲｕが拡散したＣｏＦｅＢ−Ｒｕが第一の拡散層と第二の拡散層として形成する。その第一の拡散層と第二の拡散層の膜厚は第一の強磁性層と第二の強磁性層よりも小さく、０．２ｎｍ以上であることが望ましい。この膜厚のときに、第一の強磁性層と第二の強磁性層の磁化方向が平行結合する。さらに、３３０度以上の熱処理を行った結果、第一の強磁性層と第二の強磁性層の磁化方向が強磁性結合した平行状態を形成する。本実施例における熱処理時間は１時間以上が好ましい。
【００１７】
図７は、上記の例のように、Ｔａ／Ｒｕ／Ｔａ／ＮｉＦｅ／ＭｎＩｒ／ＣｏＦｅ／Ｒｕ／ＣｏＦｅＢ／ＭｇＯ／ＣｏＦｅＢ／Ｒｕ／ＣｏＦｅＢ／保護膜の順に積層したトンネル磁気抵抗効果素子を３００℃、３２５℃、３５０℃でアニールした時のスピントランスファートルクによる磁化反転の閾値電流密度と磁気記録層の熱安定性の指標を示すＥ／ｋＢＴの値をアニール温度（Ｔａ）に対してプロットした結果を示す。これによると、Ｔａが３５０℃において、Ｅ／ｋＢＴが１００以上の値が得られる。一方で、Ｔａが３３０℃以下である場合のＥ／ｋＢＴ（６０〜８０）に比べて飛躍的に大きくなる。
【００１８】
図８は、磁気記録層を構成する第一の強磁性層であるＣｏＦｅＢと第二の強磁性層であるＣｏＦｅＢの磁化配列を調べるために測定したアステロイド特性のアニール温度による変化を示したものである。図８（ａ）−１、（ｂ）−１、（ｃ）−１がアステロイド特性を示す。図８（ａ）−１と図８（ｂ）−１のアステロイド特性は、それぞれ図８（ａ）−２、図８（ｂ）−２の示すように第一の強磁性層と第二の強磁性層の磁化が反平行状態であることを意味している。一方、Ｔａ＝３５０℃の場合、アステロイド特性は図８（ｃ）−１に示すような菱側形状である。これは、図８（ｃ）−２のように第一の強磁性層と第二の強磁性層の磁化方向が３５０℃アニールにより形成された第一の拡散層と第二の拡散層と拡散せずに残った第一の非磁性層を介して平行配列していることを意味している。あるいは、図８（ｃ）−３のように、製膜時に作製した磁気記録層の非磁性層（Ｒｕ）の全てが拡散して一層の強磁性層となっていることを意味している。したがって、図７に示したＴａ＝３５０℃のときのＥ／ｋＢＴの向上は、磁気記録層が図８（ｃ）−２、図８（ｃ）−３に示したような構造になることで実現されたものと理解される。また、第一の強磁性層と第二の強磁性層に使用するＣｏＦｅＢはＴａ＝３５０℃の場合結晶化して体心立方格子の結晶の状態になる。
【００１９】
ＣｏＦｅＢのＢの組成比は、結晶化が安定となるＢ組成が１０〜３０ａｔｍ％の間とすることが望ましい。さらに、第一の強磁性層３０３、第二の強磁性層３０１にはＣｏＦｅＢ以外に、ＣｏＦｅの単層膜、ＮｉＦｅの単層膜、ＣｏＦｅ／ＮｉＦｅあるいはＣｏＦｅＢ／ＮｉＦｅさらにＣｏＦｅＢ／ＣｏＦｅの２層膜を用いてもよい。保護層３００は、Ｔａ（５ｎｍ）／Ｒｕ（５ｎｍ）の２層膜で形成した。
【００２０】
［実施例２］
図２は、本発明によるトンネル磁気抵抗効果素子１において、製膜時の第一の非磁性層が３３０℃以上の熱処理により全て第一の強磁性層と第二の強磁性層に拡散し、一層の拡散強磁性層を形成した例を示す断面模式図である。このトンネル磁気抵抗効果素子２は、配向制御層３０９、反強磁性層３０８、磁気固定層３０５１、絶縁層３０４、拡散強磁性層３０１２、保護層３００より形成される。磁気固定層３０２１は、第四の磁性層３０２、第二の非磁性層３０３、第三の強磁性層３０４で構成される場合もある。
【００２１】
上記のトンネル磁気抵抗効果素子２は、実施例１で示したトンネル磁気抵抗効果素子１の作製方法と同様に、図３に示した積層膜を３３０度以上〜４２０度以下の温度で熱処理することにより形成する。
【００２２】
トンネル磁気抵抗効果素子２においても、トンネル磁気抵抗効果素子１と同様に図７に示すようにＴａ＝３５０℃において１００以上のＥ／ｋＴが実現可能である。製膜時の第一の強磁性層と第二の強磁性層にＣｏＦｅＢ、第一の非磁性層にＲｕを使用した場合がもっとも好ましく、３３０℃以上のアニールにより結果として形成される拡散強磁性層はＣｏＦｅＢＲｕである。
【００２３】
［実施例３］
図３は、図１のトンネル磁気抵抗効果素子１において磁気固定層と磁気記録層の積層順が反対の構成をもつトンネル磁気抵抗効果素子３を示す。
【００２４】
本実施例では図６に示すように、配向制御膜３０９、第二の強磁性層３０１、第一の非磁性層３０２、第一の強磁性層３０３、絶縁層３０４、第三の強磁性層３０５、第二の非磁性層３０６、第四の強磁性層３０７、反強磁性層３０８、保護層３００の順に積層した積層膜を、３３０℃において熱処理を行って形成した。
【００２５】
本実施例により形成したトンネル磁気抵抗効果素子３においても、トンネル磁気抵抗効果素子１およびトンネル磁気抵抗効果２と同様に、図７に示すようにＴａ＝３５０℃において１００以上のＥ／ｋＴが実現可能である。
【００２６】
第一の非磁性層３０２は、Ｒｕを用いることが望ましい。製膜時の第一の強磁性層／第一の非磁性層／第二の強磁性層に使用する材料はＣｏＦｅＢ／Ｒｕ／ＣｏＦｅＢであり、これを３３０度以上の熱処理を行うことにより、ＣｏＦｅＢ中にＲｕが拡散したＣｏＦｅＢ−Ｒｕが第一の拡散層と第二の拡散層として形成する。その第一の拡散層と第二の拡散層の膜厚は第一の強磁性層と第二の強磁性層よりも小さく、０．２ｎｍ以上であることが望ましい。この膜厚のときに、第一の強磁性層と第二の強磁性層の磁化方向が平行結合する。ｎｍが望ましい。さらに、３３０度以上の熱処理を行った結果、第一の強磁性層と第二の強磁性層の磁化方向が強磁性結合した平行状態を形成する。本実施例における熱処理時間は１時間以上が好ましい。
【００２７】
［実施例４］
図４は、図２のトンネル磁気抵抗効果素子２において磁気固定層と磁気記録層の積層順が反対の構成をもつトンネル磁気抵抗効果素子４を示す。このトンネル磁気抵抗効果素子４は、配向制御層３０９、反強磁性層３０８、拡散強磁性層３０１２、絶縁層３０４、磁気固定層３０５１、保護層３００より形成される。磁気固定層３０２１は、第四の強磁性層３０２、第二の非磁性層３０３、第三の強磁性層３０４で構成される場合もある。
【００２８】
上記のトンネル磁気抵抗効果素子４は、実施例２で示したトンネル磁気抵抗効果素子１の作製方法と同様に、図６に示した積層膜を３３０℃以上〜４２０℃以下の温度で熱処理することにより形成する。トンネル磁気抵抗効果素子２においても、トンネル磁気抵抗効果素子１と同様に図７に示すようにＴａ＝３５０℃において１００以上のＥ／ｋＴが実現可能である。製膜時の第一の強磁性層と第二の強磁性層にＣｏＦｅＢ、第一の非磁性層にＲｕを使用した場合がもっとも好ましく、３３０℃以上のアニールにより結果として形成される拡散強磁性層はＣｏＦｅＢＲｕである。
【００２９】
図９と図１０は本発明による磁気メモリセルの構成例を示す断面模式図である。この磁気メモリセルは、メモリセルとして実施例１から４に示したトンネル磁気抵抗効果素子２００を搭載している。図９は、トンネル磁気抵抗効果素子２００がソース電極１０２から立ちあがった電極上に形成されることを特徴とし、図１０はトンネル磁気抵抗効果素子２００がソース電極１０２の積層上から電極４００を引き出した上に形成されることを特徴とする。
【００３０】
Ｃ−ＭＯＳ１００は、２つのｎ型半導体１０１、１０２と一つのｐ型半導体１０３からなる。ｎ型半導体１０１にドレインとなる電極１２１が電気的に接続され、電極１４１及び電極１４７を介してグラウンドに接続されている。ｎ型半導体１０２には、ソースとなる電極１２２が電気的に接続されている。さらに１２３はゲート電極であり、このゲート電極１２３のｏｎ／ｏｆｆによりソース電極１２２とドレイン電極１２１の間の電流のＯＮ／ＯＦＦを制御する。上記ソース電極１２２に電極１４５、電極１４４、電極１４３、電極１４２が積層され、電極４００を介してトンネル磁気抵抗効果素子２０の配向制御膜３０９が接続されている。
【００３１】
ビット線４０１は上記トンネル磁気抵抗効果素子２００の保護膜３００に接続されている。本実施例の磁気メモリセルでは、トンネル磁気抵抗効果素子２００に流れる電流、いわゆるスピントランスファートルクによりトンネル磁気抵抗効果素子２００の強磁性記録層の磁化方向を回転し磁気的情報を記録する。スピントランスファートルクは空間的な外部磁界ではなく主として、トンネル磁気抵抗効果素子中を流れるスピン偏極した電流のスピンが前記トンネル磁気抵抗効果素子の強磁性自由層の磁気モーメントにトルクを与える原理である。このスピン偏極した電流はトンネル磁気抵抗効果素子に電流を流すこと自身で発生するメカニズムをもつ。したがって、トンネル磁気抵抗効果素子に外部から電流を供給する手段を備え、その手段から電流を流すことによりスピントランスファートルク磁化反転は実現される。その電流の方向により磁気記録層の磁化方向を制御し、磁気記録層と磁気固定層の磁化配列を決定する。本実施例では、Ｃ−ＭＯＳ１００を使用していることにより、トンネル磁気抵抗効果素子２００に流れる電流の向きを双方向に設定できる。磁気記録層から磁気固定層に電流を流す場合は、磁気固定層と磁気記録層が平行配列、磁気固定層から磁気記録層に電流を流す場合は、磁化配列は反平行配列になる。本実施例では、ビット線２１２と電極４７の間に電流が流れることによりトンネル磁気抵抗効果素子２００中の強磁性記録層にスピントランスファートルクが作用する。スピントランスファートルクにより書込みを行った場合、書込み時の電力は電流磁界を用いた場合に比べ百分の一程度まで低減可能である。また、１００以上のＥ／ｋＴを有するトンネル磁気抵抗効果素子２００を装備することにより、ギガビットの磁気メモリを構成可能な磁気メモリセルを実現できる。
【００３２】
図１１は、上記磁気メモリセルを配置した磁気ランダムアクセスメモリの構成例を示す図である。ゲート電極１２３とビット線４０１がメモリセル５００に電気的に接続されている。前記実施例に記載した磁気メモリセルを配置することにより前記磁気メモリは低消費電力で動作が可能であり、ギガビット級の高密度磁気メモリを実現可能である。
【符号の説明】
【００３３】
１  トンネル磁気抵抗効果素子
２  トンネル磁気抵抗効果素子
３  トンネル磁気抵抗効果素子
４  トンネル磁気抵抗効果素子
５  トンネル磁気抵抗効果素子
６  トンネル磁気抵抗効果素子
１００  Ｃ−ＭＯＳ
１０１  第一のｎ型半導体
１０２  第二のｎ型半導体
１０３  ｐ型半導体
１２２  ソース電極
４０１  ビット線
１２１  ドレイン電極
１２３  ゲート電極
３０９  配向制御膜
３０８  反強磁性層
３０５１  磁気固定層
３０７  第四の強磁性層
３０６  第二の非磁性層
３０５  第三の強磁性層
３０４  絶縁層
３０３  第一の強磁性層
３０２  第一の非磁性層
３０１  第二の強磁性層
３００  保護層
３０１１  磁気記録層
３０１２  拡散強磁性層
３０２１  第一の拡散層
３０２２  第二の拡散層
１４１  電極配線
１４２  電極配線
１４３  電極配線
１４４  電極配線
１４５  電極配線
１４６  電極配線
【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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