(57)【要約】【課題】磁壁移動型のＭＲＡＭにおいて、高い信頼性で書き込みを行うことができる技術を提供する。【解決手段】磁壁移動素子２０を用いた磁気メモリセルであって、前記磁壁移動素子２０は、記録層１と磁場印加手段８とを備えている。前記記録層１は、前記記録層の膜面に垂直な第１の方向へ磁化が固定された第１磁化固定領域２と、前記第１の方向とほぼ反平行な第２の方向へ磁化が固定された第２磁化固定領域３と、前記第１の方向、又は前記第２の方向へ磁化が反転可能な磁化反転領域４とを有する。前記磁場印加手段８は、前記記録層１の膜面内に平行な第３の方向の磁場成分を印加し、さらに、前記記録層１の膜面に平行な方向に流れる第１の電流によって、前記磁化反転領域４の磁壁が移動した結果、第４の方向へ磁化が反転し、前記第１の電流と前記第３の方向の磁場成分によって、前記磁化反転領域の磁化が第５の方向へ磁化が反転し、前記第４の方向と、前記第５の方向とがほぼ平行となるように前記第３の方向が決定されている。【選択図】図１
2014143302.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
磁性膜を含んだ記録層と、磁場印加手段とを有する磁壁移動素子を用いた磁気メモリセルであって、
前記記録層は、
前記記録層の膜面に垂直な第１の方向へ磁化が固定された第１磁化固定領域と、
前記記録層の膜面に垂直で第１の方向とほぼ反平行な第２の方向へ磁化が固定された第２磁化固定領域と、
前記第１の方向、または、前記第２の方向へ磁化が反転可能な磁化反転領域とを有し、
前記磁場印加手段は前記記録層の膜面内に平行な第３の方向の磁場成分を印加し、
さらに、前記記録層の膜面に平行な方向に流れる第１の電流によって、
前記磁化反転領域の磁壁が移動した結果、第４の方向へ磁化が反転し、
前記第１の電流と前記第３の方向の磁場成分によって、
前記磁化反転領域の磁化が第５の方向へ磁化が反転し、
前記第４の方向と、前記第５の方向とがほぼ平行となるように前記第３の方向が決定されていることを特徴とする
磁気メモリセル。
【請求項２】
請求項１に記載の磁気メモリセルにおいて、
前記磁壁移動素子は、さらに、前記第１磁化固定領域の磁化を固定する第１固定層と、前記第２磁化固定領域の磁化を固定し第２固定層とを有し、
前記磁場印加手段として、前記第１固定層の漏洩磁場と前記第２固定層の漏洩磁場を利用することを特徴とする磁気メモリセル。
【請求項３】
請求項１に記載の磁気メモリセルにおいて、
前記記録層の膜面に平行な方向に流れる第１の電流によって、
前記磁化反転領域の磁壁が移動した結果、前記第４の方向へ磁化が反転するのに必要な第１の閾値電流は、
前記第１の電流と前記第３の方向の磁場成分によって、前記磁化反転領域の磁化が前記第５の方向へ磁化が反転するのに必要な第２の閾値電流より小さいことを特徴とする磁気メモリセル。
【請求項４】
請求項３に記載の磁気メモリセルにおいて、
前記第１の電流は、
前記第１の閾値電流より大きく、
かつ、
前記第２の閾値電流より大きいことを特徴とする磁気メモリセル。
【請求項５】
請求項１に記載の磁気メモリセルにおいて、
基板の裏面から表面に向けた方向を＋Ｚ方向、前記第１磁化固定領域から第２磁化固定領域に向けた方向を＋Ｘ方向、前記＋Ｚ方向と＋Ｘ方向の外積の方向を＋Ｙ方向とし、
前記記録層の磁性膜が第１のグループの重金属層の上に積層され、前記第１の方向が＋Ｚ方向、前記第２の方向が−Ｚ方向の場合、前記第３の磁場方向は＋Ｘ方向と決定され、
前記記録層の磁性膜が第１のグループの重金属層の上に積層され、前記第１の方向が−Ｚ方向、前記第２の方向が＋Ｚ方向の場合、前記第３の磁場方向は−Ｘ方向と決定され、
前記記録層の磁性膜が第２のグループの重金属層の上に積層され、前記第１の方向が＋Ｚ方向、前記第２の方向が−Ｚ方向の場合、前記第３の磁場方向は−Ｘ方向と決定され、
前記記録層の磁性膜が第２のグループの重金属層の上に積層され、前記第１の方向が−Ｚ方向、前記第２の方向が＋Ｚ方向の場合、前記第３の磁場方向は＋Ｘ方向と決定され、
前記記録層の磁性膜が第１のグループの重金属層の下に積層され、前記第１の方向が＋Ｚ方向、前記第２の方向が−Ｚ方向の場合、前記第３の磁場方向は−Ｘ方向と決定され、
前記記録層の磁性膜が第１のグループの重金属層の下に積層され、前記第１の方向が−Ｚ方向、前記第２の方向が＋Ｚ方向の場合、前記第３の磁場方向は＋Ｘ方向と決定され、
前記記録層の磁性膜が第２のグループの重金属層の下に積層され、前記第１の方向が＋Ｚ方向、前記第２の方向が−Ｚ方向の場合、前記第３の磁場方向は＋Ｘ方向と決定され、
前記記録層の磁性膜が第２のグループの重金属層の下に積層され、前記第１の方向が−Ｚ方向、前記第２の方向が＋Ｚ方向の場合、前記第３の磁場方向は−Ｘ方向と決定されることを特徴とする磁気メモリセル。
【請求項６】
請求項５に記載の磁気メモリセルにおいて、
前記第１のグループの重金属層はＰｔ、Ｐｄ、Ａｕ、Ａｇを含み、
前記第２のグループの重金属層はＴａ、Ｗ、Ｎｂ、Ｍｏを含むことを特徴とする磁気メモリセル。
【請求項７】
請求項１に記載の磁気メモリセルにおいて、
前記磁場印加手段は、
前記磁気メモリセル近傍に位置し、前記Ｘ方向に磁化した強磁性体を具備することを特徴とする磁気メモリセル。
【請求項８】
請求項１に記載の磁気メモリセルにおいて、
前記磁場印加手段は、
チップのパッケージに位置し、前記Ｘ方向に磁化した強磁性体を具備することを特徴とする磁気メモリセル。
【請求項９】
請求項１に記載の磁気メモリセルにおいて、
前記磁場印加手段は、
前記記録層に積層され、前記Ｘ方向に磁化した強磁性体を具備することを特徴とする磁気メモリセル。
【請求項１０】
請求項１に記載の磁気メモリセルにおいて、
前記磁場印加手段は、
前記磁気メモリセル近傍に位置し、前記Ｙ方向に延伸した配線を具備し、
前記配線に第２の電流を流すことで磁場を発生することを特徴とする磁気メモリセル。
【請求項１１】
請求項１乃至１０の内のいずれか一項に記載の磁気メモリセルを有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、磁気メモリセルとそれを用いた磁気ランダムアクセスメモリに関する。
【背景技術】
【０００２】
磁気ランダムアクセスメモリ（ＭＲＡＭ）は、磁性層の磁化の向きで情報を記憶するメモリである。ＭＲＡＭは低電圧動作、不揮発性、書き換え回数が原理上無限大、高速動作などの望ましい特徴を持っているため、開発が進められている。
【０００３】
近年、電子の持つスピンと磁性体に局在している磁気モーメントとの間に働くトルクで記録層の磁化反転を誘起・制御する、磁壁移動型のＭＲＡＭが提案されている。この磁化反転は、以下、「電流駆動磁壁移動」と参照される。磁壁移動型のＭＲＡＭは、例えば、特許文献１から５に記載されている。
【０００４】
磁壁移動型のＭＲＡＭは、磁壁移動素子を記憶素子として用いる。図１０（Ａ）は、典型的な磁壁移動素子の概略平面図、図１０（Ｂ）は、典型的な磁壁移動素子の概略断面図である。磁壁移動素子１０は、磁壁が移動する記録層１、及び、記録層１の磁化と磁気的な結合をした磁性層（第１及び第２固定層２，３）を備える。記録層１は、磁化方向が反転可能な反転領域４と、その反転領域４の両側に形成された２つの第１及び第２固定領域５，６とを備える。２つの固定領域５，６のそれぞれの磁化方向は、互いに逆向きに固定される。その結果、記録層１において、いずれかの固定領域５，６と反転領域４との境界に磁壁７が形成される。尚、図１０（Ａ）及び図１０（Ｂ）では、反転領域の磁化の方向を読み出す、読み出し機構を省略している。
【０００５】
図１０（Ａ）及び図１０（Ｂ）に示す磁壁移動素子では、反転領域の磁化方向、すなわち、磁壁の位置が、記憶データに対応付けられる。記憶データの書き換えは、磁壁７を移動させて反転領域の磁化方向を反転させることにより行われる。その磁壁移動のために、記録層１において、書き込み電流が面内方向に供給される。その書き込み電流を担う伝導電子の方向に従って、磁壁が記録層中を移動する。
【０００６】
また、非特許文献１によれば、垂直磁気異方性を有する垂直磁化膜が磁化記録層として用いられる場合、面内磁気異方性を有する面内磁化膜の場合と比較して、書き込み電流が低減されることが理論的に示唆されている。従って、磁壁移動型のＭＲＡＭにおいて、垂直磁化膜を磁化記録層（磁壁移動層）として用いることが好ましい。
【０００７】
また、近年、非特許文献２、３によれば、面内磁場を印加しつつ、磁性膜に電流を流すことで、磁性膜の磁化を制御する新しい手法が報告されている。この手法は、電子を偏極させるための磁性層が不要であり、構造が単純であるという利点を有する。この磁化の反転現象は、重金属層、強磁性層、酸化金属層からなる非対称な三層構造によるラシュバ場、もしくは、重金属層のスピンホール効果によるスピン流注入のいずれかと考えられ、現在、盛んに議論されている。以下、この磁化反転は、「面内磁場と面内電流により誘起された磁化反転」と参照される。
【０００８】
尚、「面内磁場と面内電流により誘起された磁化反転」によって、最終的に磁化が向く方向は重金属層の種類や積層の順番に依存する。具体的には、強磁性層がＰｔなどの重金属層の上に積層された場合、Ｚ方向の単位ベクトルＺ、面内磁場Ｈ、面内電流Ｉをそれぞれベクトルとして、Ｚ×Ｉ×Ｈの方向に最終的に磁化が向く。ここで、「×」は外積を表す。また、強磁性層がＰｔなどの重金属層の下に積層された場合、−Ｚ×Ｉ×Ｈの方向に最終的に磁化が向く。また、強磁性層がＴａなどの重金属層の上に積層された場合は、−Ｚ×Ｉ×Ｈの方向に最終的に磁化が向く。また、強磁性層がＴａなどの重金属層の下に積層された場合は、Ｚ×Ｉ×Ｈの方向に最終的に磁化が向く。以下の説明では簡単のため、強磁性層がＰｔなどの重金属層の上に積層された場合について説明するが、適宜変形または変更することが可能である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】特開２００５−１９１０３２号公報
【特許文献２】特開２００７−１０３６６３号公報
【特許文献３】特開２００９−０９９６２５号公報
【特許文献４】特開２００９−２５２９０９号公報
【特許文献５】特開２０１２−０３９０１５号公報
【非特許文献】
【００１０】
【非特許文献１】Ｓ．  Ｆｕｋａｍｉ  ｅｔ  ａｌ．，ＪＯＵＲＮＡＬ  ＯＦ  ＡＰＰＬＩＥＤ  ＰＨＹＳＩＣＳ，  ＶＯＬ．  １０３，  ０７Ｅ７１８，（２００８）．
【非特許文献２】Ｉ．  Ｍ．  Ｍｉｒｏｎ  ｅｔ  ａｌ．，Ｎａｔｕｒｅ，  ４７６，  １８９  （２０１１）．
【非特許文献３】Ｌ．  Ｌｉｕ，  ｅｔ  ａｌ．，  Ｐｈｙｓ．  Ｒｅｖ．  Ｌｅｔｔ．  １０６，  ０３６６０１  （２０１１）．
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
従来の磁壁移動型のＭＲＡＭは、「電流駆動磁壁移動」の物理現象のみを利用して書き込みが行われるように設計される。しかしながら、従来の磁壁移動型のＭＲＡＭは、「面内磁場と面内電流により誘起された磁化反転」の物理現象も同時に発生する恐れがある。「面内磁場と面内電流により誘起された磁化反転」を考慮した設計をしていない場合、意図したデータを書き込めない懸念がある。
【００１２】
具体的には、従来の磁壁移動型のＭＲＡＭは、「電流駆動磁壁移動」が起こる閾値電流を、「面内磁場と面内電流により誘起された磁化反転」が起こる閾値電流に比べ、小さい値に設計する。書き込み時に記録層に流す書き込み電流値は、「電流駆動磁壁移動」が起こる閾値電流より大きく、「面内磁場と面内電流により誘起された磁化反転」が起こる閾値より小さい値に設定される。このように設計することで、従来の磁壁移動型のＭＲＡＭは「電流駆動磁壁移動」の物理現象を利用して書き込みができる。
【００１３】
しかしながら、「電流駆動磁壁移動」の閾値電流と、「面内磁場と面内電流により誘起された磁化反転」の閾値電流は素子毎にばらつくため、正常に書き込める電流値を設定できない可能性がある。つまり、素子毎の「電流駆動磁壁移動」の閾値電流のうちの最大値より、素子毎の「面内磁場と面内電流により誘起された磁化反転」の閾値電流の最小値が小さくなった場合、ある素子では、「電流駆動磁壁移動」と「面内磁場と面内電流により誘起された磁化反転」の２つの物理現象が発現する。「面内磁場と面内電流により誘起された磁化反転」の物理現象は、面内磁場がほぼ０である場合、最終的に磁化が上を向くか、下を向くかは確率的にランダムに起こるため、意図したデータを書き込めない可能性がある。
【００１４】
また、記録層に書き込み電流を流した時、ジュール熱の影響で記録層の磁化の保持力が低下する可能性がある。「面内磁場と面内電流により誘起された磁化反転」が起こる閾値電流は保持力に比例するため、保持力の低下に伴い、「面内磁場と面内電流により誘起された磁化反転」の閾値電流は低下する。「面内磁場と面内電流により誘起された磁化反転」の閾値電流が、書き込み時に記録層に流す書き込み電流値より、低くなった場合、「電流駆動磁壁移動」のみでなく、「面内磁場と面内電流により誘起された磁化反転」の物理現象も発現する。「面内磁場と面内電流により誘起された磁化反転」の物理現象は、面内磁場がほぼ０である場合、最終的に磁化が上を向くか、下を向くかは確率的にランダムに起こるため、意図したデータを書き込めない可能性がある。
【００１５】
従って、本発明の一般的な目的は、磁壁移動型のＭＲＡＭにおいて、高い信頼性で書き込みを行うことができる技術を提供することである。
【００１６】
また、本発明の具体的な目的は、高い信頼性で書き込みを行うことができる磁気メモリセル及び磁気ランダムアクセス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】
【００１７】
本発明によれば、磁性膜を含んだ記録層と、磁場印加手段とを有し、前記記録層は、前記記録層の膜面に垂直な第１の方向へ磁化が固定された第１磁化固定領域と、前記記録層の膜面に垂直で第１の方向とほぼ反平行な第２の方向へ磁化が固定された第２磁化固定領域と、前記第１の方向、または、前記第２の方向へ磁化が反転可能な磁化反転領域とを有し、前記磁場印加手段は前記記録層の膜面内に平行な第３の方向の磁場成分を印加し、さらに、前記記録層の膜面に平行な方向に流れる第１の電流によって、前記磁化反転領域の磁壁が移動した結果、第４の方向へ磁化が反転し、前記第１の電流と前記第３の方向の磁場成分によって、前記磁化反転領域の磁化が第５の方向へ磁化が反転し、前記第４の方向と、前記第５の方向とがほぼ平行となるように前記第３の方向が決定されていることを特徴とする磁気メモリセルが得られる。
【発明の効果】
【００１８】
本発明によれば、磁壁移動型のＭＲＡＭにおいて、高い信頼性で書き込みを行うことができる技術を提供することができる。
【００１９】
具体的には、本発明によれば、高い信頼性で書き込みを行うことができる磁気メモリセル及び磁気ランダムアクセスメモリを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】（Ａ）は、本発明の第１の実施の形態に係る磁壁移動素子の構成を示す平面図である。（Ｂ）は、本発明の第１の実施の形態に係る磁壁移動素子の構成を示す断面図である。（Ｃ）は、（Ｂ）の部分拡大断面図である。
【図２】（Ａ）は、本発明の第１の実施の形態に係る磁壁移動素子の１つの磁化状態を示す概念図である。（Ｂ）は、本発明の第１の実施の形態に係る磁壁移動素子の他の磁化状態を示す概念図である。
【図３】（Ａ）は、本発明の第１の実施の形態に係る磁壁移動素子に対するデータ書き込み動作を示す概念図である。（Ｂ）は、本発明の第１の実施の形態に係る磁壁移動素子に対するデータ書き込み動作を示す概念図である。
【図４】本発明の第１の実施の形態に係る磁壁移動素子に対するデータ読み出し動作を示す概念図である。
【図５】（Ａ）は、本発明の第２の実施の形態に係る磁壁移動素子の構成を示す平面図である。（Ｂ）は、本発明の第２の実施の形態に係る磁壁移動素子の構成を示す断面図である。
【図６】（Ａ）は、本発明の第３の実施の形態に係る磁壁移動素子の構成を示す平面図である。（Ｂ）は、本発明の第３の実施の形態に係る磁壁移動素子の構成を示す断面図である。
【図７】（Ａ）は、本発明の第４の実施の形態に係る磁壁移動素子の構成を示す平面図である。（Ｂ）は、本発明の第４の実施の形態に係る磁壁移動素子の構成を示す断面図である。
【図８】本発明の第５の実施の形態に係る磁壁移動素子を含むチップの構成を示す断面図である。
【図９】（Ａ）は、本発明の第６の実施の形態に係る磁壁移動素子の構成を示す平面図である。（Ｂ）は、本発明の第６の実施の形態に係る磁壁移動素子の構成を示す断面図である。
【図１０】（Ａ）は、従来の磁壁移動素子の構成を示す平面図である。（Ｂ）は、（Ａ）の磁壁移動素子の構成を示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
以下、本発明の実施の形態について図面を参照しながら説明する。
【００２２】
なお、本発明においては、磁壁移動素子を磁気ランダムアクセスメモリ（ＭＲＡＭ）のメモリセルに用いた場合を磁気（磁壁移動型）メモリセルと呼ぶ。
【００２３】
（第１の実施の形態）
図１は本発明の第１の実施の形態に係る磁壁移動素子（磁気メモリセル）を示す図で、（Ａ）は概略平面図及び（Ｂ）は（Ａ）の磁壁移動素子の断面図、（Ｃ）は（Ｂ）の部分拡大断面図である。
【００２４】
図１（Ａ）及び（Ｂ）を参照すると、本発明の第１の実施の形態に係る磁壁移動素子２０は、記録層１、記録層１の第１磁化固定領域５の磁化を固定する第１固定層２、及び記録層１の第２磁化固定領域６の磁化を固定する第２固定層３を備えた磁壁移動素子本体１０と、センス層１１、トンネルバリア層１２、及びリファレンス層１３をこの順で積層した磁気トンネル結合（ＭＴＪ）１５と、磁場印加手段として外部磁場印加機構８とを備える。
【００２５】
磁壁移動素子本体１０は、第１固定層２及び第２固定層３に夫々設けられた第１端子（Ｔ１）１６、第２端子（Ｔ２）１７を有する。
【００２６】
また、ＭＴＪ１５は、センス層１１、トンネルバリア層１２、及びリファレンス層１３の積層方向両端には、第３端子（Ｔ）１８、第４端子（Ｔ４）１９を備える。
【００２７】
尚、＋Ｚ方向（第１の方向）は、基板の裏面から表面への基板に垂直な方向であり、−Ｚ方向（第２の方向）はこれと反平行な方向である。Ｘ及びＹ方向は、Ｚ方向に垂直な水平方向として定義される。Ｘ方向は、互いに反平行な＋Ｘ方向（第３の方向）及び−Ｘ方向を有する。また、Ｙ方向は、互いに反平行な＋Ｙ方向（第４の方向）及び−Ｙ方向（第５の方向）を有する。さらに、Ｘ方向は素子の長手方向であり、Ｙ方向は、Ｘ方向及びＺ方向に垂直な方向として定義される。
【００２８】
また、図中矢印１４は各磁性層の磁化方向を示している。また、磁化の状態としては、初期磁化状態を示している。
【００２９】
磁壁移動素子本体１０の記録層１は、内部を磁壁７が移動可能である。記録層１は、第１磁化固定領域５、第２磁化固定領域６、及び反転領域４を備える。
【００３０】
第１磁化固定領域５は、第１固定層２により＋Ｚ方向に磁化が保持され、書き込み、及び、読み出し動作によって変化しない。
【００３１】
また、第２磁化固定領域６は、第２固定層３により―Ｚ方向に磁化が保持され、書き込み、及び、読み出し動作によって変化しない。
【００３２】
また、反転領域４は、第１磁化固定領域５と第２磁化固定領域６との間に設けられ、磁化方向が＋Ｚ方向及び−Ｚ方向のいずれか一方に変更可能である。
【００３３】
第１端子（Ｔ１）１６は、第１磁化固定領域５に接続された電流端子である。また、第２端子（Ｔ２）１７は、第２磁化固定領域６に接続された電流端子である。
【００３４】
記録層１は、磁性膜として、強磁性体からなる強磁性層（図１（ｃ）の符号２１参照）を有する。より詳細には、この強磁性層は、垂直磁気異方性を有する垂直磁化膜で形成される。
【００３５】
記録層１の強磁性層の材料は、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉのうちから選択される少なくとも１つ以上を含むことが望ましく、Ｃｏ／Ｎｉ積層膜、Ｃｏ／Ｐｄ積層膜、Ｃｏ／Ｐｔ積層膜、Ｃｏ−Ｃｒ−Ｐｔ合金、Ｃｏ−Ｆｅ−Ｂ合金などが例示される垂直磁気異方性を有する薄膜を用いる。
【００３６】
さらに、図１（Ａ）及び（Ｂ）には図示を省略されているが、図１（Ｃ）に示すように、記録層１は、強磁性層２１の上下に層２２，２３を有する。上下の層２２，２３のうちの少なくとも一方の層はＰｔ、Ｐｄ、Ａｕ、Ａｇを含む第１グループか又はＴａ、Ｗ、Ｎｂ、Ｍｏを含む第２グループから選択された少なくとも一種の重金属が望ましい。
【００３７】
また、記録層１の強磁性層２１の上下の層２２，２３の他方はＭｇ−Ｏ、Ａｌ−Ｏなどの酸化金属が望ましい。
【００３８】
このような構成により、記録層１は、重金属層２２、強磁性層２１、酸化された金属層２３からなる非対称な三層構造によるラシュバ場、もしくは、重金属層のスピンホール効果によるスピン流注入のいずれかの現象を発現することができる。
【００３９】
図１（Ｂ）に最もよく示されるように、第１固定層２および第２固定層３は、強磁性体で形成される。より詳細には、垂直磁気異方性を有する垂直磁化膜で形成される。第１固定層２及び第２固定層３の材料は、磁化の向きが反転可能な磁化自由層（フリー層）と同様である。尚、第１及び第２固定層２，３の磁化は固定されており、書き込み、及び、読み出し動作によって変化しない。
【００４０】
次に、ＭＴＪ１５について説明する。
【００４１】
まず、センス層１１は、強磁性体で形成される。より詳細には、面内磁気異方性を有する面内磁化膜で形成される。センス層１１の材料は、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉのうちから選択される少なくとも１つ以上を含むことが望ましい。より具体的には、センス層１１は、Ｎｉ−Ｆｅ合金、Ｃｏ−Ｆｅ−Ｂ合金、Ｃｏ−Ｆｅ合などが例示される面内磁気異方性を有する薄膜を用いる。また、センス層１１は、磁化方向が＋Ｙ方向及び−Ｙ方向のいずれか一方に変更可能である。
【００４２】
また、リファレンス層１３は、強磁性体で形成される。より詳細には、面内磁気異方性を有する面内磁化膜で形成される。リファレンス層１３の材料は、センス層１１の場合と同様である。尚、リファレンス層１３の磁化は固定されており、書き込み、及び、読み出し動作によって変化しない。そのため、リファレンス層１３は、強磁性層、非磁性層、及び強磁性層からなる積層膜であってもよい。その積層膜の２つの強磁性層の磁化は、反強磁性結合によって互いに反平行に向くように設定してもよい。
【００４３】
さらに、トンネルバリア層１２は、非磁性層である。好適には、トンネルバリア層は絶縁膜で形成され、その材料としてはＭｇ−Ｏ、Ａｌ−Ｏ、Ｎｉ−Ｏ、Ｈｆ−Ｏが例示される。このトンネルバリア層はセンス層とリファレンス層に挟まれており、これらセンス層１１、トンネルバリア層１２、リファレンス層１３によって磁気トンネル接合（ＭＴＪ）が形成されている。尚、トンネルバリア層１２の材料として、非磁性の半導体や金属材料が形成されている。
【００４４】
第３端子（Ｔ３）１８は、センス層１１に接続された電流端子である。また、第４端子（Ｔ４）は、リファレンス層１３に接続された電流端子である。尚、磁壁移動素子本体１０の第１端子（Ｔ１）１６、及び第２端子（Ｔ２）１７の一方と、ＭＴＪ１５の第３端子（Ｔ３）１８、及び第４端子（Ｔ４）１９の一方は兼用してもよい。
【００４５】
次に、磁場印加手段としての外部磁場印加機構８について説明する。
【００４６】
外部磁場印加機構８は、記録層１の面内に磁場を印加する。なお、外部磁場印加機構８として、素子近傍に配線を配置して、電流を流して磁場を発生させてもよい。また、素子近傍に強磁性体を配置して、強磁性体からの漏洩磁場など磁気的な相互作用を利用しても良い。
【００４７】
次に、本発明の実施の形態による磁壁移動素子を磁気メモリセルとして用いた場合のデータ「０」と「１」の磁化状態について説明する。
【００４８】
図２（Ａ）及び（Ｂ）は、本発明の第１の実施の形態に係る磁壁移動素子２０が取りうる２つの磁化状態を夫々示している。それぞれの磁化状態は、記憶データ「０」と「１」に対応付けられる。
【００４９】
図示の例においては、第１磁化固定領域５の磁化方向は＋Ｚ方向（第１の方向）に保持されている。また、第２磁化固定領域６の磁化方向は、−Ｚ方向（第２の方向）に保持されている。さらに、リファレンス層１３の磁化は＋Ｙ方向（第４の方向に固定されている。
【００５０】
図２（Ａ）に示されるように、反転領域４の磁化が＋Ｚ方向の場合、反転領域４と第２磁化固定領域６の境の近傍位置に磁壁７が形成される。反転領域４からの漏洩磁場（磁界、図示せず）は、センス層１１位置において、＋Ｙ方向の成分を有し、センス層１１の磁化は、漏洩磁場（磁界、図示せず）の方向に従って、＋Ｙ方向に向く。この場合、センス層１１とリファレンス層１３の磁化は平行であり、ＭＴＪ１５の抵抗値は低くなる（低抵抗状態）。この低抵抗状態は、例えばデータ「０」に対応付けられる。
【００５１】
図２（Ｂ）に示されるように、反転領域４の磁化が−Ｚ方向（第２の方向）の場合、反転領域４と第１固定領域５の境の近傍位置に磁壁７が形成される。反転領域４からの漏洩磁場（磁界、図示せず）は、センス層１１位置において、−Ｙ方向（第５の方向）の成分を有し、センス層１１の磁化は、漏洩磁場（磁界、図示せず）の方向に従って、−Ｙ方向に向く。この場合、センス層１１とリファレンス層１３の磁化は反平行であり、ＭＴＪ１５の抵抗値は高くなる（高抵抗状態）。この高抵抗状態は、例えばデータ「１」に対応付けられる。
【００５２】
次に、本発明の第１の実施の形態による磁壁移動素子の書き込み動作について説明する。
【００５３】
図３（Ａ）及び（Ｂ）は、本第１の実施の形態に係る磁壁移動素子の書き込み動作を示す概念図である。尚、説明のため、ＭＴＪは省略し、図示していない。例として、第１磁化固定領域５の磁化方向は＋Ｚ方向に保持されている。第２磁化固定領域６の磁化方向は、−Ｚ方向に保持されている。
【００５４】
ここで、「電流駆動磁壁移動」によって、磁壁７が反転領域４を移動するのに必要な閾値電流値をＩＷ＿ＴＨ０とする。
【００５５】
また、「面内磁場と面内電流により誘起された磁化反転」によって、磁化が反転するのに必要な閾値電流値をＩＷ＿ＴＨ１とする。
【００５６】
図３（Ａ）には、データ「１」からデータ「０」への書き換え時に供給される書き込み電流ＩＷ０を示している。
【００５７】
ここで、従来の磁壁移動型のＭＲＡＭは、書き込み電流ＩＷ０の大きさは、「電流駆動磁壁移動」の閾値電流ＩＷ＿ＴＨ０より大きく、「面内磁場と面内電流により誘起された磁化反転」の閾値電流ＩＷ＿ＴＨ１より小さくなるように設定される必要があった。
【００５８】
それに対し、図３（Ａ）に示した本第１の実施の形態に係る磁壁移動素子は、書き込み電流ＩＷ０の大きさが、ＩＷ＿ＴＨ０より大きく、かつ、ＩＷ＿ＴＨ１より大きい場合にも正常に意図したデータを書き込めることを以下に説明する。
【００５９】
まず、書き込み電流ＩＷ０は、第２端子（Ｔ２）から、記録層１を通り、第１端子（Ｔ１）へ流れる。この場合、反転領域４には、第１磁化固定領域５からスピン偏極した電子が注入される。注入された電子のスピンは、第１磁化固定領域５と反転領域４の境にある磁壁７を第２磁化固定領域６の方向へ駆動する。
【００６０】
反転領域Ａ（符号４Ａで示す）は、「電流駆動磁壁移動」によって、磁壁７が移動して磁化が反転した領域であり、磁化は＋Ｚ方向へ反転する。外部磁場印加機構８は＋Ｘ方向へ磁場を印加する。反転領域Ｂ（符号４Ｂで示す）は「面内磁場と面内電流により誘起された磁化反転」によって、磁化が反転した領域である。
【００６１】
反転領域Ｂ（４Ｂ）の磁化は最終的にＺ×Ｉ×Ｈの方向である、＋Ｚ方向へ反転する。このように、反転領域Ａ（４Ａ）と反転領域Ｂ（４Ｂ）の磁化の反転方向を同じ向きになるように外部磁場を印加することにより、意図したデータ「０」を書き込める。
【００６２】
図３（Ｂ）には、データ「０」からデータ「１」への書き換え時に供給される書き込み電流ＩＷ１を示している。
【００６３】
従来の磁壁移動型のＭＲＡＭは、書き込み電流ＩＷ１の大きさは、「電流駆動磁壁移動」の閾値電流ＩＷ＿ＴＨ０より大きく、「面内磁場と面内電流により誘起された磁化反転」の閾値電流ＩＷ＿ＴＨ１より小さくなるように設定される必要があった。
【００６４】
それに対し、図３（Ｂ）に示した本実施の形態に係る磁壁移動素子は、書き込み電流ＩＷ１の大きさが、ＩＷ＿ＴＨ０より大きく、かつ、ＩＷ＿ＴＨ１より大きい場合にも正常に意図したデータを書き込めることを説明する。
【００６５】
書き込み電流ＩＷ１は端子Ｔ１から、記録層１を通り、端子Ｔ２へ流れる。この場合、反転領域４には、第２固定領域６からスピン偏極した電子が注入される。注入された電子のスピンは、第２固定領域６と反転領域４の境にある磁壁７を第１固定領域５の方向へ駆動する。反転領域Ａ（４Ａ）は「電流駆動磁壁移動」によって、磁壁７が移動して磁化が反転した領域であり、磁化は−Ｚ方向へ反転する。外部磁場印加機構８は＋Ｘ方向（第３の方向）へ外部磁場９を印加する。反転領域Ｂは「面内磁場と面内電流により誘起された磁化反転」によって、磁化が反転した領域である。反転領域Ｂ（４Ｂ）の磁化は最終的にＺ×Ｉ×Ｈの方向である、−Ｚ方向へ反転する。このように、反転領域Ａ（４Ａ）と反転領域Ｂ（４Ｂ）の磁化の反転方向を同じ向きになるように外部磁場９を印加することにより、意図したデータ「１」を書き込める。
【００６６】
次に本発明の第１の実施の形態による磁壁移動素子の読み出し動作について説明する。
【００６７】
図４は、本第１の実施の形態に係る磁壁移動素子の読み出し動作を示す概念図である。尚、説明のため、記録層１は省略し、図示していない。データ読み出し時、読み出し電流ＩＲが、端子Ｔ３と端子Ｔ４との間に供給される。その結果、読み出し電流は、トンネルバリア層１２を貫通するようにＭＴＪ１５を流れる。その読み出し電流ＩＲあるいは、読み出し電流ＩＲに応じた読み出し電圧に基づいて、ＭＴＪ１５の抵抗値が検出され、反転領域４の磁化方向がセンスされる。
【００６８】
以上のように、本第１の実施の形態によれば、垂直磁化膜を用いた磁壁移動型のＭＲＡＭにおいて、高い信頼性でデータを書き込むことが出来る。
【００６９】
（第２の実施の形態）
図５（Ａ）は本発明の第２実施の形態の磁壁移動素子の概略平面図及び図５（Ｂ）は、（Ａ）の磁壁移動素子の断面図である。
【００７０】
本第２の実施の形態に係る磁壁移動素子は第１の実施の形態による磁壁移動素子とは、第２の実施の形態に係る磁壁移動素子が外部磁場印加機構８が無い点のみ異なる。
【００７１】
即ち、図５（Ａ）及び（Ｂ）を参照すると、本発明の第２の実施の形態に係る磁壁移動素子２０は、記録層１、記録層１の第１磁化固定領域５の磁化を固定する第１固定層２、及び記録層１の第２磁化固定領域６の磁化を固定する第２固定層３を備えた磁壁移動素子本体１０と、センス層１１、トンネルバリア層１２、及びリファレンス層１３をこの順で積層した磁気トンネル結合（ＭＴＪ）１５とを備える。
【００７２】
磁壁移動素子本体１０は、第１固定層２及び第２固定層３に夫々設けられた第１端子（Ｔ１）１６、第２端子（Ｔ２）１７を有する。
【００７３】
また、ＭＴＪ１５は、センス層１１、トンネルバリア層１２、及びリファレンス層１３の積層方向両端には、第３端子（Ｔ）１８、第４端子（Ｔ４）１９を備える。
【００７４】
尚、＋Ｚ方向（第１の方向）は、基板の裏面から表面への基板に垂直な方向であり、−Ｚ方向（第２の方向）はこれと反平行な方向である。Ｘ及びＹ方向は、Ｚ方向に垂直な水平方向として定義される。Ｘ方向は、互いに反平行な＋Ｘ方向（第３の方向）及び−Ｘ方向を有する。また、Ｙ方向は、互いに反平行な＋Ｙ方向（第４の方向）及び−Ｙ方向（第５の方向）を有する。さらに、Ｘ方向は素子の長手方向であり、Ｙ方向は、Ｘ方向及びＺ方向に垂直な方向として定義される。
【００７５】
また、図中矢印１４は各磁性層の磁化方向を示している。また、磁化の状態としては、初期磁化状態を示している。
【００７６】
磁壁移動素子本体１０の記録層１は、内部を磁壁７が移動可能である。記録層１は、第１磁化固定領域５、第２磁化固定領域６、及び反転領域４を備える。
【００７７】
第１磁化固定領域５は、第１固定層２により＋Ｚ方向に磁化が保持され、書き込み、及び、読み出し動作によって変化しない。
【００７８】
また、第２磁化固定領域６は、第２固定層３により―Ｚ方向に磁化が保持され、書き込み、及び、読み出し動作によって変化しない。
【００７９】
また、反転領域４は、第１磁化固定領域５と第２磁化固定領域６との間に設けられ、磁化方向が＋Ｚ方向及び−Ｚ方向のいずれか一方に変更可能である。
【００８０】
第１端子（Ｔ１）１６は、第１磁化固定領域５に接続された電流端子である。第２端子（Ｔ２）１７は、第２磁化固定領域６に接続された電流端子である。
【００８１】
記録層１は、磁性膜として、強磁性体からなる強磁性層（図１（ｃ）の符号２１参照）を有する。より詳細には、この強磁性層は、垂直磁気異方性を有する垂直磁化膜で形成される。
【００８２】
記録層１の強磁性層の材料は、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉのうちから選択される少なくとも１つ以上を含むことが望ましく、Ｃｏ／Ｎｉ積層膜、Ｃｏ／Ｐｄ積層膜、Ｃｏ／Ｐｔ積層膜、Ｃｏ−Ｃｒ−Ｐｔ合金、Ｃｏ−Ｆｅ−Ｂ合金などが例示される垂直磁気異方性を有する薄膜を用いる。
【００８３】
さらに、図１（Ａ）及び（Ｂ）には図示を省略されているが、図１（Ｃ）に示すように、記録層１は、強磁性層２１の上下に層２２，２３を有する。上下の層２２，２３のうちの少なくとも一方の層はＰｔ、Ｐｄ、Ａｕ、Ａｇを含む第１グループか又はＴａ、Ｗ、Ｎｂ、Ｍｏを含む第２グループから選択された少なくとも一種の重金属が望ましい。
【００８４】
また、記録層１の強磁性層２１の上下の層２２，２３の他方はＭｇ−Ｏ、Ａｌ−Ｏなどの酸化金属が望ましい。
【００８５】
このような構成により、記録層１は、重金属層２２、強磁性層２１、酸化された金属層２３からなる非対称な三層構造によるラシュバ場、もしくは、重金属層のスピンホール効果によるスピン流注入のいずれかの現象を発現することができる。
【００８６】
図５（Ｂ）に最もよく示されるように、第１固定層２および第２固定層３は、強磁性体で形成される。より詳細には、垂直磁気異方性を有する垂直磁化膜で形成される。第１固定層２及び第２固定層３の材料は、磁化の向きが反転可能な磁化自由層（フリー層）と同様である。尚、第１及び第２固定層２，３の磁化は固定されており、書き込み、及び、読み出し動作によって変化しない。
【００８７】
次に、ＭＴＪ１５について説明する。
【００８８】
まず、センス層１１は、強磁性体で形成される。より詳細には、面内磁気異方性を有する面内磁化膜で形成される。センス層１１の材料は、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉのうちから選択される少なくとも１つ以上を含むことが望ましい。より具体的には、センス層１１は、Ｎｉ−Ｆｅ合金、Ｃｏ−Ｆｅ−Ｂ合金、Ｃｏ−Ｆｅ合などが例示される面内磁気異方性を有する薄膜を用いる。また、センス層１１は、磁化方向が＋Ｙ方向及び−Ｙ方向のいずれか一方に変更可能である。
【００８９】
また、リファレンス層１３は、強磁性体で形成される。より詳細には、面内磁気異方性を有する面内磁化膜で形成される。リファレンス層１３の材料は、センス層１１の場合と同様である。尚、リファレンス層１３の磁化は固定されており、書き込み、及び、読み出し動作によって変化しない。そのために、例えばリファレンス層１３に反強磁性層（図示されない）が積層されてもよい。また、リファレンス層１３は、強磁性層、非磁性層、及び強磁性層からなる積層膜であってもよい。その積層膜の２つの強磁性層の磁化は、反強磁性結合によって互いに反平行に向くように設定してもよい。
【００９０】
さらに、トンネルバリア層１２は、非磁性層である。好適には、トンネルバリア層は絶縁膜で形成され、その材料としてはＭｇ−Ｏ、Ａｌ−Ｏ、Ｎｉ−Ｏ、Ｈｆ−Ｏが例示される。このトンネルバリア層はセンス層とリファレンス層に挟まれており、これらセンス層１１、トンネルバリア層１２、リファレンス層１３によって磁気トンネル接合（ＭＴＪ）が形成されている。尚、トンネルバリア層１２の材料として、非磁性の半導体や金属材料が形成されている。
【００９１】
第３端子（Ｔ３）１８は、センス層１１に接続された電流端子である。また、第４端子（Ｔ４）は、リファレンス層１９に接続された電流端子である。尚、磁壁移動素子本体１０の第１端子（Ｔ１）１６、及び第２端子（Ｔ２）１７の一方と、ＭＴＪ１５の第３端子（Ｔ３）１８、及び第４端子（Ｔ４）１９の一方は兼用してもよい。
【００９２】
本発明の第２の実施の形態においては、磁場印加手段としての外部磁場印加機構８を用いずに、第１及び第２固定層１，２からの漏洩磁場２５を利用する。
【００９３】
第１固定層２からの漏洩磁場２５は、反転領域において＋Ｘ成分を有する。また、第２固定層３からの漏洩磁場２５は、反転領域４において＋Ｘ成分を有する。
【００９４】
第１固定層２と第２固定層３の漏洩磁場２５の向きは、第１の実施の形態の外部磁場印加機構８による外部磁場９の方向と一致し、第１の実施の形態と同様の効果が得られる。
【００９５】
この漏洩磁場２５によって、記録層１の面内に磁場を印加する。
【００９６】
次に、本発明の第２の実施の形態による磁壁移動素子のデータ「０」と「１」の磁化状態について説明する。
【００９７】
図５（Ｂ）の例においては、第１磁化固定領域５の磁化方向は＋Ｚ方向（第１の方向）に保持されている。また、第２磁化固定領域６の磁化方向は、−Ｚ方向（第２の方向）に保持されている。さらに、リファレンス層１３の磁化は＋Ｙ方向（第４の方向に固定されている。
【００９８】
図５（Ａ）に示されるように、反転領域４の磁化が＋Ｚ方向の場合、反転領域４と第２磁化固定領域６の境の近傍位置に磁壁７が形成される。反転領域４からの漏洩磁場（磁界）２５は、センス層１１位置において、＋Ｙ方向の成分を有し、センス層１１の磁化は、漏洩磁場（磁界）２５の方向に従って、＋Ｙ方向に向く。この場合、センス層１１とリファレンス層１３の磁化は平行であり、ＭＴＪ１５の抵抗値は低くなる（低抵抗状態）。この低抵抗状態は、例えばデータ「０」に対応付けられる。
【００９９】
図５（Ｂ）の状態から、反転領域４の磁化が−Ｚ方向（第２の方向）に変化した場合、反転領域４と第１固定領域５の境の近傍位置に磁壁７が形成される。反転領域４からの漏洩磁場（磁界）２５は、センス層１１位置において、−Ｙ方向（第５の方向）の成分を有し、センス層１１の磁化は、漏洩磁場（磁界）２５の方向に従って、−Ｙ方向に向く。この場合、センス層１１とリファレンス層１３の磁化は反平行であり、ＭＴＪ１５の抵抗値は高くなる（高抵抗状態）。この高抵抗状態は、例えばデータ「１」に対応付けられる。
【０１００】
以上のように、本第２の実施の形態によれば、垂直磁化膜を用いた磁壁移動型のＭＲＡＭにおいて、高い信頼性でデータを書き込むことが出来る。さらに、本第２の実施の形態では、磁場印加機構８を排除できることから、より簡易的に作成することができる。
【０１０１】
（第３の実施の形態）
次に本発明の第３の実施の形態では、磁壁移動素子の磁性膜チップ内の漏洩磁場について説明する。
【０１０２】
図６（Ａ）は本発明の第３実施の形態の磁壁移動素子の概略平面図、及び図６（Ｂ）は、（Ａ）の磁壁移動素子の断面図である。本第３の実施の形態に係る磁壁移動素子は第１の実施の形態とは、第１の実施の形態による外部磁場印加機構８として、第１強磁性層２６の漏洩磁場２５を利用している点が異なる。
【０１０３】
図６（Ａ）及び図６（Ｂ）を参照すると、本発明の第１の実施の形態に係る磁壁移動素子２０は、記録層１、記録層１の第１磁化固定領域５の磁化を固定する第１固定層２、及び記録層１の第２磁化固定領域６の磁化を固定する第２固定層３を備えた磁壁移動素子本体１０と、センス層１１、トンネルバリア層１２、及びリファレンス層１３をこの順で積層した磁気トンネル結合（ＭＴＪ）１５と、磁場印加手段として第１強磁性層２６とを備える。
【０１０４】
磁壁移動素子本体１０は、第１固定層２及び第２固定層３に夫々設けられた第１端子（Ｔ１）１６、第２端子（Ｔ２）１７を有する。
【０１０５】
また、ＭＴＪ１５は、センス層１１、トンネルバリア層１２、及びリファレンス層１３の積層方向両端には、第３端子（Ｔ）１８、第４端子（Ｔ４）１９を備える。
【０１０６】
尚、＋Ｚ方向（第１の方向）は、基板の裏面から表面への基板に垂直な方向であり、−Ｚ方向（第２の方向）はこれと反平行な方向である。Ｘ及びＹ方向は、Ｚ方向に垂直な水平方向として定義される。Ｘ方向は、互いに反平行な＋Ｘ方向（第３の方向）及び−Ｘ方向を有する。また、Ｙ方向は、互いに反平行な＋Ｙ方向（第４の方向）及び−Ｙ方向（第５の方向）を有する。さらに、Ｘ方向は素子の長手方向であり、Ｙ方向は、Ｘ方向及びＺ方向に垂直な方向として定義される。
【０１０７】
また、図中矢印１４は各磁性層の磁化方向を示している。また、磁化の状態としては、初期磁化状態を示している。
【０１０８】
磁壁移動素子本体１０の記録層１は、内部を磁壁７が移動可能である。記録層１は、第１磁化固定領域５、第２磁化固定領域６、及び反転領域４を備える。
【０１０９】
第１磁化固定領域５は、第１固定層２により＋Ｚ方向に磁化が保持され、書き込み、及び、読み出し動作によって変化しない。
【０１１０】
また、第２磁化固定領域６は、第２固定層３により―Ｚ方向に磁化が保持され、書き込み、及び、読み出し動作によって変化しない。
【０１１１】
また、反転領域４は、第１磁化固定領域５と第２磁化固定領域６との間に設けられ、磁化方向が＋Ｚ方向及び−Ｚ方向のいずれか一方に変更可能である。
【０１１２】
第１端子（Ｔ１）１６は、第１磁化固定領域５に接続された電流端子である。第２端子（Ｔ２）１７は、第２磁化固定領域６に接続された電流端子である。
【０１１３】
記録層１は、磁性膜として、強磁性体からなる強磁性層（図１（ｃ）の符号２１、参照）を有する。より詳細には、この強磁性層は、垂直磁気異方性を有する垂直磁化膜で形成される。
【０１１４】
記録層１の強磁性層の材料は、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉのうちから選択される少なくとも１つ以上を含むことが望ましく、Ｃｏ／Ｎｉ積層膜、Ｃｏ／Ｐｄ積層膜、Ｃｏ／Ｐｔ積層膜、Ｃｏ−Ｃｒ−Ｐｔ合金、Ｃｏ−Ｆｅ−Ｂ合金などが例示される垂直磁気異方性を有する薄膜を用いる。
【０１１５】
さらに、図６（Ａ）及び図６（Ｂ）には図示を省略されているが、図１（Ｃ）で示すものと同様に、記録層１は、強磁性層２１の上下に層２２，２３を有する。上下の層２２，２３のうちの少なくとも一方の層はＰｔ、Ｐｄ、Ａｕ、Ａｇを含む第１グループか又はＴａ、Ｗ、Ｎｂ、Ｍｏを含む第２グループから選択された少なくとも一種の重金属が望ましい。
【０１１６】
また、記録層１の強磁性層２１の上下の層２２，２３の他方はＭｇ−Ｏ、Ａｌ−Ｏなどの酸化金属が望ましい。
【０１１７】
このような構成により、記録層１は、重金属層２２、強磁性層２１、酸化された金属層２３からなる非対称な三層構造によるラシュバ場、もしくは、重金属層のスピンホール効果によるスピン流注入のいずれかの現象を発現することができる。
【０１１８】
図６（Ｂ）に最もよく示されるように、第１固定層２および第２固定層３は、強磁性体で形成される。より詳細には、垂直磁気異方性を有する垂直磁化膜で形成される。第１固定層２及び第２固定層３の材料は、磁化の向きが反転可能な磁化自由層（フリー層）と同様である。尚、第１及び第２固定層２，３の磁化は固定されており、書き込み、及び、読み出し動作によって変化しない。
【０１１９】
次に、ＭＴＪ１５について説明する。
【０１２０】
まず、センス層１１は、強磁性体で形成される。より詳細には、面内磁気異方性を有する面内磁化膜で形成される。センス層１１の材料は、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉのうちから選択される少なくとも１つ以上を含むことが望ましい。より具体的には、センス層１１は、Ｎｉ−Ｆｅ合金、Ｃｏ−Ｆｅ−Ｂ合金、Ｃｏ−Ｆｅ合などが例示される面内磁気異方性を有する薄膜を用いる。また、センス層１１は、磁化方向が＋Ｙ方向及び−Ｙ方向のいずれか一方に変更可能である。
【０１２１】
また、リファレンス層１３は、強磁性体で形成される。より詳細には、面内磁気異方性を有する面内磁化膜で形成される。リファレンス層１３の材料は、センス層１１の場合と同様である。尚、リファレンス層１３の磁化は固定されており、書き込み、及び、読み出し動作によって変化しない。そのために、例えばリファレンス層１３に反強磁性層（図示されない）が積層されてもよい。また、リファレンス層１３は、強磁性層、非磁性層、及び強磁性層からなる積層膜であってもよい。その積層膜の２つの強磁性層の磁化は、反強磁性結合によって互いに反平行に向くように設定してもよい。
【０１２２】
さらに、トンネルバリア層１２は、非磁性層である。好適には、トンネルバリア層は絶縁膜で形成され、その材料としてはＭｇ−Ｏ、Ａｌ−Ｏ、Ｎｉ−Ｏ、Ｈｆ−Ｏが例示される。このトンネルバリア層はセンス層とリファレンス層に挟まれており、これらセンス層１１、トンネルバリア層１２、リファレンス層１３によって磁気トンネル接合（ＭＴＪ）が形成されている。尚、トンネルバリア層１２の材料として、非磁性の半導体や金属材料が形成されている。
【０１２３】
第３端子（Ｔ３）１８は、センス層１１に接続された電流端子である。また、第４端子（Ｔ４）は、リファレンス層１９に接続された電流端子である。尚、磁壁移動素子本体１０の第１端子（Ｔ１）１６、及び第２端子（Ｔ２）１７の一方と、ＭＴＪ１５の第３端子（Ｔ３）１８、及び第４端子（Ｔ４）１９の一方は兼用してもよい。
【０１２４】
次に、磁場印加手段としての第１強磁性層２６について説明する。
【０１２５】
第１強磁性層２６は、記録層１の面内に磁場を印加する。第１強磁性層２６は、強磁性体で形成される。より詳細には、面内磁気異方性を有する面内磁化膜で形成される。第１強磁性層２６の材料は、センス層１１の場合と同様である。尚、第１強磁性層２６の磁化は固定されており、書き込み、及び、読み出し動作によって変化しない。そのために、例えば、第１強磁性層２６に反強磁性層（図示せず）が積層されてもよい。また、第１強磁性層２６は、強磁性層、非磁性層、強磁性層からなる積層膜であってもよい。その積層膜の２つの強磁性層の磁化は、反強磁性結合によって互いに反平行に向くように設定してもよい。
【０１２６】
第１強磁性層２６は記録層１の近傍に位置し、−Ｘ方向に磁化している。反転領域４における第１強磁性層２６からの漏洩磁場２５は＋Ｘ方向であり、第１の実施の形態の外部磁場９の方向と一致し、第１実施の形態と同様の効果が得られる。
【０１２７】
次に、本発明の実施の形態による磁壁移動素子のデータ「０」と「１」の磁化状態について説明する。
【０１２８】
第１及び第２の実施の形態と同様に、本発明の第３の実施の形態に係る磁壁移動素子２０は、２つの磁化状態を取りうる。それぞれの磁化状態は、記憶データ「０」と「１」に対応付けられる。
【０１２９】
図６（Ｂ）に示す例においては、第１磁化固定領域５の磁化方向は＋Ｚ方向（第１の方向）に保持されている。また、第２磁化固定領域６の磁化方向は、−Ｚ方向（第２の方向）に保持されている。さらに、リファレンス層１３の磁化は＋Ｙ方向（第４の方向に固定されている。
【０１３０】
図６（Ｂ）に示されるように、反転領域４の磁化が＋Ｚ方向の場合、反転領域４と第２磁化固定領域６の境の近傍位置に磁壁７が形成される。反転領域４からの漏洩磁場（磁界）２５は、センス層１１位置において、＋Ｙ方向の成分を有し、センス層１１の磁化は、漏洩磁場（磁界）２５の方向に従って、＋Ｙ方向に向く。この場合、センス層１１とリファレンス層１３の磁化は平行であり、ＭＴＪ１５の抵抗値は低くなる（低抵抗状態）。この低抵抗状態は、例えばデータ「０」に対応付けられる。
【０１３１】
図６（Ｂ）の状態から、反転領域４の磁化が−Ｚ方向（第２の方向）の場合、反転領域４と第１固定領域５の境の近傍位置に磁壁７が形成される。反転領域４からの漏洩磁場（磁界）は、図示の漏洩磁場の矢印２５とは反対方向であり、センス層１１位置において、−Ｙ方向（第５の方向）の成分を有し、センス層１１の磁化は、反対方向の漏洩磁場（磁界）の方向に従って、−Ｙ方向に向く。この場合、センス層１１とリファレンス層１３の磁化は反平行であり、ＭＴＪ１５の抵抗値は高くなる（高抵抗状態）。この高抵抗状態は、例えばデータ「１」に対応付けられる。
【０１３２】
以上のように、本発明の第３の実施の形態によれば、垂直磁化膜を用いた磁壁移動型のＭＲＡＭにおいて、高い信頼性でデータを書き込むことが出来る。
【０１３３】
（第４の実施の形態）
本発明の第４の実施の形態では、磁性膜チップ内の交換結合について説明する。
【０１３４】
図７（Ａ）は本発明の第４の実施の形態の磁壁移動素子の概略平面図及び図７（Ｂ）は（Ａ）の磁壁移動素子の断面図である。本第４の実施の形態に係る磁壁移動素子は、第１の実施の形態とは、外部磁場印加機構８として第２強磁性層２７の漏洩磁場（図示せず）を利用している点が異なる。
【０１３５】
図７（Ａ）及び図７（Ｂ）を参照すると、本発明の第１の実施の形態に係る磁壁移動素子２０は、記録層１、記録層１の第１磁化固定領域５の磁化を固定する第１固定層２、及び記録層１の第２磁化固定領域６の磁化を固定する第２固定層３を備えた磁壁移動素子本体１０と、センス層１１、トンネルバリア層１２、及びリファレンス層１３をこの順で積層した磁気トンネル結合（ＭＴＪ）１５と、磁場印加手段として、記録層１上に形成された第２強磁性層２７とを備える。
【０１３６】
磁壁移動素子本体１０は、第１固定層２及び第２固定層３に夫々設けられた第１端子（Ｔ１）１６、第２端子（Ｔ２）１７を有する。
【０１３７】
また、ＭＴＪ１５は、センス層１１、トンネルバリア層１２、及びリファレンス層１３の積層方向両端には、第３端子（Ｔ）１８、第４端子（Ｔ４）１９を備える。
【０１３８】
尚、＋Ｚ方向（第１の方向）は、基板の裏面から表面への基板に垂直な方向であり、−Ｚ方向（第２の方向）はこれと反平行な方向である。Ｘ及びＹ方向は、Ｚ方向に垂直な水平方向として定義される。Ｘ方向は、互いに反平行な＋Ｘ方向（第３の方向）及び−Ｘ方向を有する。また、Ｙ方向は、互いに反平行な＋Ｙ方向（第４の方向）及び−Ｙ方向（第５の方向）を有する。さらに、Ｘ方向は素子の長手方向であり、Ｙ方向は、Ｘ方向及びＺ方向に垂直な方向として定義される。
【０１３９】
また、図中矢印１４は各磁性層の磁化方向を示している。また、磁化の状態としては、初期磁化状態を示している。
【０１４０】
磁壁移動素子本体１０の記録層１は、内部を磁壁７が移動可能である。記録層１は、第１磁化固定領域５、第２磁化固定領域６、及び反転領域４を備える。
【０１４１】
第１磁化固定領域５は、第１固定層２により＋Ｚ方向に磁化が保持され、書き込み、及び、読み出し動作によって変化しない。
【０１４２】
また、第２磁化固定領域６は、第２固定層３により―Ｚ方向に磁化が保持され、書き込み、及び、読み出し動作によって変化しない。
【０１４３】
また、反転領域４は、第１磁化固定領域５と第２磁化固定領域６との間に設けられ、磁化方向が＋Ｚ方向及び−Ｚ方向のいずれか一方に変更可能である。
【０１４４】
第１端子（Ｔ１）１６は、第１磁化固定領域５に接続された電流端子である。また、第２端子（Ｔ２）１７は、第２磁化固定領域６に接続された電流端子である。
【０１４５】
記録層１は、磁性膜として、強磁性体からなる強磁性層（先の図１（ｃ）の符号２１と同様）を有する。より詳細には、この強磁性層は、垂直磁気異方性を有する垂直磁化膜で形成される。
【０１４６】
記録層１の強磁性層の材料は、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉのうちから選択される少なくとも１つ以上を含むことが望ましく、Ｃｏ／Ｎｉ積層膜、Ｃｏ／Ｐｄ積層膜、Ｃｏ／Ｐｔ積層膜、Ｃｏ−Ｃｒ−Ｐｔ合金、Ｃｏ−Ｆｅ−Ｂ合金などが例示される垂直磁気異方性を有する薄膜を用いる。
【０１４７】
さらに、図７（Ａ）及び（Ｂ）には図示を省略されているが、先に説明した図１（Ｃ）と同様に、記録層１は、強磁性層２１の上下に層２２，２３を有する。上下の層２２，２３のうちの少なくとも一方の層はＰｔ、Ｐｄ、Ａｕ，Ａｇを含む第１グループか又はＴａ、Ｗ、Ｎｂ、Ｍｏを含む第２グループから選択された少なくとも一種の重金属が望ましい。
【０１４８】
また、記録層１の強磁性層２１の上下の層２２，２３の他方はＭｇ−Ｏ、Ａｌ−Ｏなどの酸化金属が望ましい。
【０１４９】
このような構成により、記録層１は、重金属層２２、強磁性層２１、酸化された金属層２３からなる非対称な三層構造によるラシュバ場、もしくは、重金属層のスピンホール効果によるスピン流注入のいずれかの現象を発現することができる。
【０１５０】
図７（Ｂ）に最もよく示されるように、第１固定層２および第２固定層３は、強磁性体で形成される。より詳細には、垂直磁気異方性を有する垂直磁化膜で形成される。第１固定層２及び第２固定層３の材料は、磁化の向きが反転可能な磁化自由層（フリー層）と同様である。尚、第１及び第２固定層２，３の磁化は固定されており、書き込み、及び、読み出し動作によって変化しない。
【０１５１】
次に、ＭＴＪ１５について説明する。
【０１５２】
まず、センス層１１は、強磁性体で形成される。より詳細には、面内磁気異方性を有する面内磁化膜で形成される。センス層１１の材料は、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉのうちから選択される少なくとも１つ以上を含むことが望ましい。より具体的には、センス層１１は、Ｎｉ−Ｆｅ合金、Ｃｏ−Ｆｅ−Ｂ合金、Ｃｏ−Ｆｅ合などが例示される面内磁気異方性を有する薄膜を用いる。また、センス層１１は、磁化方向が＋Ｙ方向及び−Ｙ方向のいずれか一方に変更可能である。
【０１５３】
また、リファレンス層１３は、強磁性体で形成される。より詳細には、面内磁気異方性を有する面内磁化膜で形成される。リファレンス層１３の材料は、センス層１１の場合と同様である。尚、リファレンス層１３の磁化は固定されており、書き込み、及び、読み出し動作によって変化しない。そのため、リファレンス層１３は、強磁性層、非磁性層、及び強磁性層からなる積層膜であってもよい。その積層膜の２つの強磁性層の磁化は、反強磁性結合によって互いに反平行に向くように設定してもよい。
【０１５４】
さらに、トンネルバリア層１２は、非磁性層である。好適には、トンネルバリア層は絶縁膜で形成され、その材料としてはＭｇ−Ｏ、Ａｌ−Ｏ、Ｎｉ−Ｏ、Ｈｆ−Ｏが例示される。このトンネルバリア層はセンス層とリファレンス層に挟まれており、これらセンス層１１、トンネルバリア層１２、リファレンス層１３によって磁気トンネル接合（ＭＴＪ）が形成されている。尚、トンネルバリア層１２の材料として、非磁性の半導体や金属材料が形成されている。
【０１５５】
第３端子（Ｔ３）１８は、センス層１１に接続された電流端子である。また、第４端子（Ｔ４）は、リファレンス層１９に接続された電流端子である。尚、磁壁移動素子本体１０の第１端子（Ｔ１）１６、及び第２端子（Ｔ２）１７の一方と、ＭＴＪ１５の第３端子（Ｔ３）１８、及び第４端子（Ｔ４）１９の一方は兼用してもよい。
【０１５６】
次に、磁場印加手段としての第２強磁性層２７について説明する。
【０１５７】
第２強磁性層２７は、記録層１の面内に磁場を印加する。第２強磁性層２７は、強磁性体で形成される。より詳細には、面内磁気異方性を有する面内磁化膜で形成される。第２強磁性層２７の材料は、センス層１１の場合と同様である。尚、第２強磁性層２７の磁化は固定されており、書き込み、及び、読み出し動作によって変化しない。そのために、例えば、第２強磁性層２７に反強磁性層（図示せず）が積層されてもよい。また、第２強磁性層２７は、強磁性層、非磁性層、強磁性層からなる積層膜であってもよい。その積層膜の２つの強磁性層の磁化は、反強磁性結合によって互いに反平行に向くように設定してもよい。
【０１５８】
第２強磁性層２７は記録層１の上に積層され、＋Ｘ方向に磁化している。反転領域４における第２強磁性層２７との交換結合による磁場方向は＋Ｘ方向であり、第１の実施の形態の外部磁場９の方向と一致し、第１実施の形態と同様の効果が得られる。
【０１５９】
次に、本発明の実施の形態による磁壁移動素子のデータ「０」と「１」の磁化状態について説明する。
【０１６０】
本発明の第４の実施の形態に係る磁壁移動素子２０は、２つの磁化状態を夫々取り得る。それぞれの磁化状態は、記憶データ「０」と「１」に対応付けられる。
【０１６１】
図７（Ｂ）の例においては、第１磁化固定領域５の磁化方向は＋Ｚ方向（第１の方向）に保持されている。また、第２磁化固定領域６の磁化方向は、−Ｚ方向（第２の方向）に保持されている。さらに、リファレンス層１３の磁化は＋Ｙ方向（第４の方向に固定されている。
【０１６２】
図７（Ｂ）に示されるように、反転領域４の磁化が＋Ｚ方向の場合、反転領域４と第２磁化固定領域６の境の近傍位置に磁壁７が形成される。反転領域４からの漏洩磁場（磁界）は、センス層１１位置において、＋Ｙ方向の成分を有し、センス層１１の磁化は、漏洩磁場（磁界、図示せず）の方向に従って、＋Ｙ方向に向く。この場合、センス層１１とリファレンス層１３の磁化は平行であり、ＭＴＪ１５の抵抗値は低くなる（低抵抗状態）。この低抵抗状態は、例えばデータ「０」に対応付けられる。
【０１６３】
一方、反転領域４の磁化が−Ｚ方向（第２の方向）の場合、反転領域４と第１固定領域５の境の近傍位置に磁壁７が形成される。反転領域４からの漏洩磁場（磁界、図示せず）は、センス層１１位置において、−Ｙ方向（第５の方向）の成分を有し、センス層１１の磁化は、漏洩磁場（磁界、図示せず）の方向に従って、−Ｙ方向に向く。この場合、センス層１１とリファレンス層１３の磁化は反平行であり、ＭＴＪ１５の抵抗値は高くなる（高抵抗状態）。この高抵抗状態は、例えばデータ「１」に対応付けられる。
【０１６４】
以上のように、本発明の第４の実施の形態によれば、垂直磁化膜を用いた磁壁移動型のＭＲＡＭにおいて、高い信頼性でデータを書き込むことが出来る。
【０１６５】
（第５の実施の形態）
本発明の第５の実施の形態では、磁性膜パッケージについて説明する。
【０１６６】
図８は本発明の第５の実施の形態の磁壁移動素子の断面図である。本第５の実施の形態に係る磁壁移動素子は第１の実施の形態と、磁場印加手段として外部磁場印加機構８の代わりに、第３強磁性層２８の漏洩磁場２５を利用している点が異なる。
【０１６７】
チップ３１は、第１乃至第４の実施の形態による磁壁移動素子本体と、ＭＴＪ１５を有するものと同様な構成である。
【０１６８】
即ち、図８を参照すると、本発明の第１の実施の形態に係る磁性膜パッケージは、チップ３１を収容したパッケージ３０と、パッケージ３０の上面に形成された磁場印加手段としての第３強磁性層２８とを有する。
【０１６９】
チップ３１の詳細な構成は、図８には示されないが、第１乃至第４の実施の形態と同様の磁壁移動素子本体１０とＭＴＪ１５とを有し、磁壁移動素子本体１０は、記録層１、記録層１の第１磁化固定領域５の磁化を固定する第１固定層２、及び記録層１の第２磁化固定領域６の磁化を固定する第２固定層３を備えた磁壁移動素子本体１０と、センス層１１、トンネルバリア層１２、及びリファレンス層１３をこの順で積層した磁気トンネル結合（ＭＴＪ）１５とを備える構成であるので、その詳細な説明は省略する。
【０１７０】
次に、磁場印加手段としての第３強磁性層２８について説明する。
【０１７１】
第３強磁性層２８は、記録層１の面内に磁場を印加する。また、第３強磁性層２８は、強磁性体で形成される。より詳細には、面内磁気異方性を有する面内磁化膜で形成される。強磁性層３の材料は、センス層１１の場合と同様である。尚、第３強磁性層２８の磁化は固定されており、書き込み、及び、読み出し動作によって変化しない。そのために、例えば、第３強磁性層２８に反強磁性層（図示せず）が積層されてもよい。また、第３強磁性層２８は、強磁性層、非磁性層、強磁性層からなる積層膜であってもよい。その積層膜の２つの強磁性層の磁化は、反強磁性結合によって互いに反平行に向くように設定してもよい。
【０１７２】
第３強磁性層２８は、チップのパッケージに位置し、矢印で示すように−Ｘ方向に磁化している。反転領域４における強磁性層２８からの漏洩磁場２５は＋Ｘ方向であり、第１の実施形態の外部磁場９の方向と一致し、第１の実施の形態と同様の効果が得られる。
【０１７３】
以上のように、本第５の実施の形態によれば、垂直磁化膜を用いた磁壁移動型のＭＲＡＭにおいて、高い信頼性でデータを書き込むことが出来る。
【０１７４】
（第６の実施の形態）
本発明の第６の実施の形態では、磁場印加手段として配線３２を用いた例について説明する。
【０１７５】
図９（Ａ）は本発明の第６の実施の形態の磁壁移動素子の概略平面図及び図９（Ｂ）は（Ａ）の磁壁移動素子の断面図である。
【０１７６】
本第６の実施の形態に係る磁壁移動素子は第１の実施の形態と、外部磁場印加機構８として第１の配線３２からの電流磁場３３を利用している点が異なる。
【０１７７】
即ち、図９（Ａ）及び図９（Ｂ）を参照すると、本発明の第６の実施の形態に係る磁壁移動素子２０は、記録層１、記録層１の第１磁化固定領域５の磁化を固定する第１固定層２、及び記録層１の第２磁化固定領域６の磁化を固定する第２固定層３を備えた磁壁移動素子本体１０と、センス層１１、トンネルバリア層１２、及びリファレンス層１３をこの順で積層した磁気トンネル結合（ＭＴＪ）１５と、磁場印加手段として配線３２とを備える。
【０１７８】
磁壁移動素子本体１０は、第１固定層２及び第２固定層３に夫々設けられた第１端子（Ｔ１）１６、第２端子（Ｔ２）１７を有する。
【０１７９】
また、ＭＴＪ１５は、センス層１１、トンネルバリア層１２、及びリファレンス層１３の積層方向両端には、第３端子（Ｔ）１８、第４端子（Ｔ４）１９を備える。
【０１８０】
尚、＋Ｚ方向（第１の方向）は、基板の裏面から表面への基板に垂直な方向であり、−Ｚ方向（第２の方向）はこれと反平行な方向である。Ｘ及びＹ方向は、Ｚ方向に垂直な水平方向として定義される。Ｘ方向は、互いに反平行な＋Ｘ方向（第３の方向）及び−Ｘ方向を有する。また、Ｙ方向は、互いに反平行な＋Ｙ方向（第４の方向）及び−Ｙ方向（第５の方向）を有する。さらに、Ｘ方向は素子の長手方向であり、Ｙ方向は、Ｘ方向及びＺ方向に垂直な方向として定義される。
【０１８１】
また、図中矢印１４は各磁性層の磁化方向を示している。また、磁化の状態としては、初期磁化状態を示している。
【０１８２】
磁壁移動素子本体１０の記録層１は、内部を磁壁７が移動可能である。記録層１は、第１磁化固定領域５、第２磁化固定領域６、及び反転領域４を備える。
【０１８３】
第１磁化固定領域５は、第１固定層２により＋Ｚ方向に磁化が保持され、書き込み、及び、読み出し動作によって変化しない。
【０１８４】
また、第２磁化固定領域６は、第２固定層３により―Ｚ方向に磁化が保持され、書き込み、及び、読み出し動作によって変化しない。
【０１８５】
また、反転領域４は、第１磁化固定領域５と第２磁化固定領域６との間に設けられ、磁化方向が＋Ｚ方向及び−Ｚ方向のいずれか一方に変更可能である。
【０１８６】
第１端子（Ｔ１）１６は、第１磁化固定領域５に接続された電流端子である。また、第２端子（Ｔ２）１７は、第２磁化固定領域６に接続された電流端子である。
【０１８７】
記録層１は、磁性膜として、強磁性体からなる強磁性層（図１（ｃ）の符号２１参照）を有する。より詳細には、この強磁性層は、垂直磁気異方性を有する垂直磁化膜で形成される。
【０１８８】
記録層１の強磁性層の材料は、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉのうちから選択される少なくとも１つ以上を含むことが望ましく、Ｃｏ／Ｎｉ積層膜、Ｃｏ／Ｐｄ積層膜、Ｃｏ／Ｐｔ積層膜、Ｃｏ−Ｃｒ−Ｐｔ合金、Ｃｏ−Ｆｅ−Ｂ合金などが例示される垂直磁気異方性を有する薄膜を用いる。
【０１８９】
さらに、図９（Ｂ）には図示を省略されているが、図１（Ｃ）に示したものと同様に、記録層１は、強磁性層２１の上下に層２２，２３を有する。上下の層２２，２３のうちの少なくとも一方の層はＰｔ、Ｐｄ、Ａｕ、Ａｇを含む第１グループか又はＴａ、Ｗ、Ｎｂ、Ｍｏを含む第２グループから選択された少なくとも一種の重金属が望ましい。
【０１９０】
また、記録層１の強磁性層２１の上下の層２２，２３の他方はＭｇ−Ｏ、Ａｌ−Ｏなどの酸化金属が望ましい。
【０１９１】
このような構成により、記録層１は、重金属層２２、強磁性層２１、酸化された金属層２３からなる非対称な三層構造によるラシュバ場、もしくは、重金属層のスピンホール効果によるスピン流注入のいずれかの現象を発現することができる。
【０１９２】
図９（Ｂ）に最もよく示されるように、第１固定層２および第２固定層３は、強磁性体で形成される。より詳細には、垂直磁気異方性を有する垂直磁化膜で形成される。第１固定層２及び第２固定層３の材料は、磁化の向きが反転可能な磁化自由層（フリー層）と同様である。尚、第１及び第２固定層２，３の磁化は固定されており、書き込み、及び、読み出し動作によって変化しない。
【０１９３】
次に、ＭＴＪ１５について説明する。
【０１９４】
まず、センス層１１は、強磁性体で形成される。より詳細には、面内磁気異方性を有する面内磁化膜で形成される。センス層１１の材料は、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉのうちから選択される少なくとも１つ以上を含むことが望ましい。より具体的には、センス層１１は、Ｎｉ−Ｆｅ合金、Ｃｏ−Ｆｅ−Ｂ合金、Ｃｏ−Ｆｅ合などが例示される面内磁気異方性を有する薄膜を用いる。また、センス層１１は、磁化方向が＋Ｙ方向及び−Ｙ方向のいずれか一方に変更可能である。
【０１９５】
また、リファレンス層１３は、強磁性体で形成される。より詳細には、面内磁気異方性を有する面内磁化膜で形成される。リファレンス層１３の材料は、センス層１１の場合と同様である。尚、リファレンス層１３の磁化は固定されており、書き込み、及び、読み出し動作によって変化しない。そのため、リファレンス層１３は、強磁性層、非磁性層、及び強磁性層からなる積層膜であってもよい。その積層膜の２つの強磁性層の磁化は、反強磁性結合によって互いに反平行に向くように設定してもよい。
【０１９６】
さらに、トンネルバリア層１２は、非磁性層である。好適には、トンネルバリア層は絶縁膜で形成され、その材料としてはＭｇ−Ｏ、Ａｌ−Ｏ、Ｎｉ−Ｏ、Ｈｆ−Ｏが例示される。このトンネルバリア層はセンス層とリファレンス層に挟まれており、これらセンス層１１、トンネルバリア層１２、リファレンス層１３によって磁気トンネル接合（ＭＴＪ）１５が形成されている。尚、トンネルバリア層１２の材料として、非磁性の半導体や金属材料が形成されている。
【０１９７】
第３端子（Ｔ３）１８は、センス層１１に接続された電流端子である。また、第４端子（Ｔ４）は、リファレンス層１９に接続された電流端子である。尚、磁壁移動素子本体１０の第１端子（Ｔ１）１６、及び第２端子（Ｔ２）１７の一方と、第３端子（Ｔ３）１８、及び第４端子（Ｔ４）１９の一方は兼用してもよい。
【０１９８】
次に、磁場印加手段としての配線３２について説明する。
【０１９９】
外部磁場印加機構８は、記録層１の面内に電流によって生じた磁場を印加する。
【０２００】
第１の配線３２は記録層１の近傍に位置し、Ｙ方向に延伸している。第１の配線に＋Ｙ方向に電流（第２の電流）を流すことにより、反転領域４における第１の配線３２からの漏洩磁場（電流磁場）３３は＋Ｘ方向であり、第１の実施形態の外部磁場の方向と一致し、第１実施の形態と同様の効果が得られる。
【０２０１】
次に、本発明の実施の形態による磁壁移動素子のデータ「０」と「１」の磁化状態について説明する。
【０２０２】
本発明の第６の実施の形態に係る磁壁移動素子２０は、２つの磁化状態を夫々取り得る。それぞれの磁化状態は、記憶データ「０」と「１」に対応付けられる。
【０２０３】
図９（Ｂ）の例においては、第１磁化固定領域５の磁化方向は＋Ｚ方向（第１の方向）に保持されている。また、第２磁化固定領域６の磁化方向は、−Ｚ方向（第２の方向）に保持されている。さらに、リファレンス層１３の磁化は＋Ｙ方向（第４の方向に固定されている。
【０２０４】
図９（Ｂ）に示されるように、反転領域４の磁化が＋Ｚ方向の場合、反転領域４と第２磁化固定領域６の境の近傍位置に磁壁７が形成される。反転領域４からの漏洩磁場（磁界）は、センス層１１位置において、＋Ｙ方向の成分を有し、センス層１１の磁化は、漏洩磁場（磁界、図示せず）の方向に従って、＋Ｙ方向に向く。この場合、センス層１１とリファレンス層１３の磁化は平行であり、ＭＴＪ１５の抵抗値は低くなる（低抵抗状態）。この低抵抗状態は、例えばデータ「０」に対応付けられる。
【０２０５】
一方、反転領域４の磁化が−Ｚ方向（第２の方向）の場合、反転領域４と第１固定領域５の境の近傍位置に磁壁７が形成される。反転領域４からの漏洩磁場（磁界、図示せず）は、センス層１１位置において、−Ｙ方向（第５の方向）の成分を有し、センス層１１の磁化は、漏洩磁場（磁界、図示せず）の方向に従って、−Ｙ方向に向く。この場合、センス層１１とリファレンス層１３の磁化は反平行であり、ＭＴＪ１５の抵抗値は高くなる（高抵抗状態）。この高抵抗状態は、例えばデータ「１」に対応付けられる。
【０２０６】
以上のように、本第６の実施の形態によれば、垂直磁化膜を用いた磁壁移動型のＭＲＡＭにおいて、高い信頼性でデータを書き込むことが出来る。
【０２０７】
本発明は上記各実施の形態に限定されず、本発明の技術思想の範囲内において、各実施の形態は適宜変形又は変更され得ることは明らかである。
【０２０８】
たとえば、本実施例では、ＭＴＪ１５は反転領域４と物理的に離れた位置に設けられたが、反転領域４に接してトンネルバリア膜を形成し、さらに垂直磁気異方性を有するリファレンス層をトンネルバリア膜の反転領域４の反対側に形成して、反転領域４の磁化を読み出ししてもよい。
【０２０９】
また、本実施の形態では、磁気ランダムアクセスメモリのメモリセルであるが、他の磁気メモリ、例えば、レーストラックメモリの書き込みに本技術を利用しても良い。
【産業上の利用可能性】
【０２１０】
以上の説明の通り、本発明に係る磁気メモリセル及びそれを用いた磁壁移動素子は、ＭＲＡＭとして、コンピュータ等の情報処理装置のメモリ等に適用される。
【符号の説明】
【０２１１】
１    記録層
２    第１固定層
３    第２固定層
４    反転領域
４Ａ    反転領域Ａ
４Ｂ    反転領域Ｂ
５    第１磁化固定領域
６    第２磁化固定領域
７    磁壁
８    外部磁場印加機構
９    外部磁場を示す矢印
１０    磁壁移動素子（本体）
１１    センス層
１２    トンネルバリア層
１３    リファレンス層
１４    磁化の方向を示す矢印
１５    磁気トンネル結合（ＭＴＪ）
１６    第１端子（Ｔ１）
１７    第２端子（Ｔ２）
１８    第３端子（Ｔ３）
１９    第４端子（Ｔ４）
２０    磁壁移動素子（磁気メモリセル）
２１    強磁性層
２２    重金属層
２３    酸化された金属層
２５    漏洩磁場を示す矢印
２６    第１強磁性層
２７    第２強磁性層
２８    第３強磁性層
３０    パッケージ
３１    チップ
３２    配線
３３    電流磁場
【図１】
2014143302.tif 000003
【図２】
2014143302.tif 000004
【図３】
2014143302.tif 000005
【図４】
2014143302.tif 000006
【図５】
2014143302.tif 000007
【図６】
2014143302.tif 000008
【図７】
2014143302.tif 000009
【図８】
2014143302.tif 000010
【図９】
2014143302.tif 000011
【図１０】
2014143302.tif 000012