(57)【要約】【課題】特別な参照要素を用いずに済む磁気抵抗要素の組を提供する。【解決手段】本素子は、２つの磁気抵抗要素１０，２０を備えており、これらの要素は、これらの要素１０，２０の間を通る磁束が当該要素１０，２０の軟強磁性層２６，２７を通って閉じるように、互いに静磁相互作用を及ぼし合う状態に置かれている。書き込み素子１５は、各軟強磁性層２６，２７の磁化を制御するために、要素１０，２０に組み合わされている。読み出し導体線１１，１２，１３，１４は、対応する磁気抵抗を測定することによって軟強磁性層２６，２７の磁気状態を検出するために、各磁気抵抗要素１０，２０に組み合わされている。要素１０，２０の軟強磁性層２６，２７は、互いに実質的に反平行に方向付けられたままである一方、当該要素１０，２０の硬強磁性層２４は、実質的に平行に方向付けられている。【選択図】図１
2009503833.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１および第２磁気抵抗要素（10, 20; 110, 120; 210, 220; 610, 620; 710, 720; 810, 820）を有する少なくとも１組の磁気抵抗要素を備え、前記第１および第２磁気抵抗要素の各々が、少なくとも、永久方向にトラップされるとともに参照層として機能する硬強磁性層（24; 252, 262; 653, 663; 853）と、分離層（25; 253, 263; 654, 664; 854）によって前記硬強磁性層から分離された軟強磁性層（26, 27; 254, 264; 655, 665; 855〜857）とを含み、２つの安定な磁気状態を示すように、前記軟強磁性層（26, 27; 254, 264; 655, 665; 855〜857）が前記第１および第２磁気抵抗要素の各々について作製されている磁気抵抗素子であって、
磁気抵抗要素の組をなす前記第１および第２磁気抵抗要素（10, 20; 110, 120; 210, 220; 610, 620; 710, 720; 810, 820）は、前記第１および第２要素の間を通過する磁束が前記第１および第２要素の前記軟強磁性層（26, 27; 254, 264; 655, 665; 855〜857）を通って閉じるように、互いに静磁相互作用を及ぼし合う状態に置かれており、
各軟強磁性層（26, 27; 254, 264; 655, 665; 855〜857）の磁化を制御するために、磁気抵抗要素の各組に書き込み素子（15; 115; 215; 615; 715; 811〜814）が組み合わされており、
対応する磁気抵抗の値を測定することによって前記軟強磁性層（26, 27; 254, 264; 655, 665; 855〜857）の磁気状態を検出するために、各第１および第２磁気抵抗要素（10, 20; 110, 120; 210, 220; 610, 620; 710, 720; 810, 820）に読み出し導体線（11, 12, 13, 14; 111, 112, 113, 114; 211, 212, 214; 611, 612; 711, 712, 713, 714; 811, 812, 813, 814）が組み合わされており、
前記第１および第２磁気抵抗要素（10, 20; 110, 120; 210, 220; 610, 620; 710, 720; 810, 820）の前記軟強磁性層（26, 27; 254, 264; 655, 665; 855〜857）は、それらの安定状態がいずれであろうと、互いに実質的に反平行となるように方向付けられたままである一方、前記第１および第２磁気抵抗要素（10, 20; 110, 120; 210, 220; 610, 620; 710, 720; 810, 820）の前記硬強磁性層（24; 252, 262; 653, 663; 853）は、実質的に平行に方向付けられている、磁気抵抗素子。
【請求項２】
磁気抵抗要素の組をなす前記第１および第２磁気抵抗要素（10, 20; 110, 120; 210, 220; 610, 620; 710, 720; 810, 820）は、本質的にリングを形成し尚且つそれらの間に２つの空隙（71, 72; 171, 172; 371, 372; 571, 572; 771, 772; 871, 872）を定めるように、共通の面に置かれたＣ字状の要素によって構成されている、請求項１に記載の磁気抵抗素子。
【請求項３】
前記第１および第２磁気抵抗要素（10, 20; 210, 220; 710, 720; 810, 820）は、各々、それを構成する面に垂直に電流を通過させるトンネル接合を定めており、
各読み出し導体線は、磁気抵抗要素の底部に接続された第１導体線セグメント（11, 13; 211; 711, 713; 811, 813）と、それと同じ磁気抵抗要素の頂部に接続された第２導体線セグメント（12, 14; 212, 214; 712, 714; 812, 814）とを含み、これら導体線セグメントが、前記第１および第２磁気抵抗要素（10, 20; 210, 220; 710, 720; 810, 820）を構成する層の面に本質的に垂直である、請求項１または請求項２に記載の磁気抵抗素子。
【請求項４】
前記第１および第２磁気抵抗要素（110, 120）は、各々、それを構成する面に平行に電流が伝わるスピンバルブを定めており、磁気抵抗要素に組み合わされた各読み出し導体線は、前記空隙（171, 172）の近傍に位置している前記磁気抵抗要素の端部の各々に接続された第１および第２導体線セグメント（111, 112, 113, 114）を含む、請求項１または請求項２に記載の磁気抵抗素子。
【請求項５】
磁気抵抗要素の組をなす前記第１および第２磁気抵抗要素（210, 220）は、円筒リングの軸上に中心がある環状のラインに沿って磁化が方向付けられた連続円筒リングの形をしている共通の付加ソフト層（290）と、径方向で向かい合う位置において前記付加ソフト層（290）の面に垂直に、前記付加ソフト層（290）の面の１つに配置された第１および第２トンネル接合（222, 242）とを有し、前記第１および第２トンネル接合（222, 224）は、各々、少なくとも、軟強磁性層（254, 264）と、絶縁性の分離層（253, 263）と、硬強磁性層（252, 262）とを含み、前記層の面に垂直に電流を運ぶ、請求項１に記載の磁気抵抗素子。
【請求項６】
前記第１および第２磁気抵抗要素（210, 220）の各々に組み合わされた前記読み出し導体線は、前記第１および第２トンネル接合（222, 242）の前記付加ソフト層（290）から遠い面の各々に接続された第１導体線セグメント（212, 214）と、前記付加ソフト層（290）の面であって前記第１および第２トンネル接合から最も遠い面に共通に接続された、第２導体線セグメント（211）とを含む、請求項５に記載の磁気抵抗素子。
【請求項７】
前記書き込み素子は、前記第１および第２磁気抵抗要素ならびに組み合わされた読み出し線から電気的に絶縁された書き込み線（15; 115; 215; 715B）を含み、前記書き込み線は、磁気抵抗要素の組をなす前記第１および第２磁気抵抗要素（10, 20; 110, 120; 210, 220; 710, 720）の間の中心に、当該磁気抵抗要素の面に垂直に配置されている、請求項１ないし請求項６のいずれか１項に記載の磁気抵抗素子。
【請求項８】
磁気抵抗要素の組をなす前記第１および第２磁気抵抗要素（610, 620）は、異なる面に配置され、前記第１および第２磁気抵抗要素（610, 620）の間にそれらに平行に配置された前記書き込み素子（615）に関して本質的に対称となるように重ねられている、請求項１に記載の磁気抵抗素子。
【請求項９】
前記第１および第２磁気抵抗要素（610, 620）は、各々、それを構成する面に垂直に電流を通過させるトンネル接合を定めている、請求項８に記載の磁気抵抗素子。
【請求項１０】
前記書き込み素子（715）は、第１に、前記第１および第２磁気抵抗要素ならびに組み合わされて読み出し線から電気的に絶縁された中心書き込み線セグメント（715B）を含み、前記書き込みセグメントは、磁気抵抗要素の組をなす前記第１および第２磁気抵抗要素（710, 720）の間の中心に、当該磁気抵抗要素の面に垂直に配置されており、前記書き込み素子（715）は、第２に、互いに平行であって前記中心書き込み線セグメント（715B）によって相互接続され、前記第１および第２磁気抵抗要素（710, 720）の各側でこれらに平行に配置された第１および第２付加書き込み線セグメント（715A, 715C）を含み、前記第１および第２磁気抵抗要素（710, 720）の双方に前記第１および第２付加書き込み線セグメント（715A, 715C）が各々重複している、請求項１ないし請求項４のいずれか１項に記載の磁気抵抗素子。
【請求項１１】
前記第１および第２磁気抵抗要素は、各々、それを構成する面に垂直に電流を通過させるトンネル接合を定めており、各読み出し導体線は、磁気抵抗要素（810, 820）の底部に接続された第１導体線セグメント（811, 813）と、それと同じ磁気抵抗要素の頂部に接続された第２導体線セグメント（812, 814）とを含み、これら導体線セグメントが、第１および第２磁気抵抗要素（810, 820）の構成層の面に本質的に垂直であり、前記書き込み素子は、前記軟強磁性層（855〜857）との界面を避けて、対応する磁気抵抗要素の近傍に位置している少なくとも１つの偏極層（859）を各々含む書き込み導体線（811, 812, 813 814）によって構成されている、請求項１または請求項２に記載の磁気抵抗素子。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、第１および第２磁気抵抗要素を有する少なくとも１組の磁気抵抗要素を備え、第１および第２磁気抵抗要素の各々が、少なくとも、永久方向にトラップ（捕捉）されるとともに参照層として機能する硬強磁性層と、分離層によって硬強磁性層から分離された軟強磁性層とを含み、２つの安定な磁気状態を示すように、ソフト層（軟強磁性層）が第１および第２磁気抵抗要素の各々について作製されている磁気抵抗素子に関する。
【背景技術】
【０００２】
多くのスピントロニックアプリケーション、特にメモリまたはロジック素子では、非磁性層によって分離された少なくとも２つの強磁性層を含む磁気抵抗層のスタックを利用する。一方の強磁性層が永久方向にトラップされるとともに参照層として機能し、他方の層の磁化が磁場を印加することによって比較的簡単に切り替えられる。
【０００３】
そのようなスタックは、分離層が絶縁性の場合には強磁性トンネル接合（magnetic tunnel junction）を、分離層が金属でできている場合にはいわゆるスピンバルブ構造を構成しうる。そのような構造では、２つの強磁性層の磁化の相対的な方向に応じて電気抵抗が変化する。たいていの場合、磁化が平行のとき抵抗が最小となり、磁化が反平行のとき最大となる。
【０００４】
スピンバルブ（Dienyらによって１９９９年に考案された）および強磁性トンネル接合（１９９５年にMooderaら並びにMiyazakiらによって３００Ｋで動作する最初のトンネル磁気抵抗が見出された）は、多くのスピントロニック素子のための基本的な要素となっている。
【０００５】
スピンバルブは、１９９８年からコンピュータのハードディスクに用いられている。トンネル接合は、磁気ランダムアクセスメモリ（ＭＲＡＭ）として知られている新型の不揮発性磁気メモリ用の記憶素子である。ＭＲＡＭは、１９９７年以降活発な研究開発（Ｒ＆Ｄ）の対象となっており、近い将来、市場に登場するものと思われる。
【０００６】
ＭＲＡＭに加えて、そのような素子を適用する主な分野は、ロジックの分野である。トンネル接合またはスピンバルブを用いることによって、ロジックゲートまたは他のロジック素子（変換またはルックアップテーブル（ＬＵＴｓ）、保持回路…）を設計することが可能である。そのような要素は、それによって処理された情報が不揮発性であるという性質において有用であるとともに、ゲートが再プログラムされうる、すなわち、その機能が変化しうる（例えば、制御信号を用いることによってＡＮＤゲートがＮＯＲゲートに変換されうる）という側面において有用である。ＭＲＡＭは、１９９７年以降膨大な研究の対象であったが、磁気ロジックに向けられた研究の量は非常に少なかった。
【０００７】
多くの記憶またはロジック素子において、素子の動作は、１またはそれ以上の参照磁気抵抗要素と、処理中に情報が通過する磁気抵抗要素との間の差動検出に依存する。例えば、ＭＲＡＭチップにおいて、トンネル接合（磁気構成が反平行ならば高抵抗、磁気構成が平行ならば低抵抗）の抵抗状態は、該接合の抵抗と、トラップ層（trapped layer）およびソフト層の磁化が互いに約９０°傾いて最小抵抗状態と最大抵抗状態との間の中間レベルを示すこと以外は同一である層のスタックによって構成された参照接合の抵抗とを比較することによって決まる。
【０００８】
多くの記憶またはロジック素子にとって、特別な参照要素に依存するのを省略することが有利でありうる。
【発明の開示】
【０００９】
本発明の目的は、先行技術の欠点を改善するとともに、特別な参照要素を用いずに済む磁気抵抗要素の組を提供することにある。
【００１０】
本目的は、
第１および第２磁気抵抗要素を有する少なくとも１組の磁気抵抗要素を備え、前記第１および第２磁気抵抗要素の各々が、少なくとも、永久方向にトラップ（捕捉）されるとともに参照層として機能する硬強磁性層と、分離層によって前記硬強磁性層から分離された軟強磁性層とを含み、２つの安定な磁気状態を示すように、前記ソフト層（前記軟強磁性層）が前記第１および第２磁気抵抗要素の各々について作製されている磁気抵抗素子であって、
磁気抵抗要素の組をなす前記第１および第２磁気抵抗要素は、前記第１および第２要素の間を通過する磁束が前記第１および第２要素の前記軟強磁性層を通って閉じるように、互いに静磁相互作用を及ぼし合う状態に置かれており、
各軟強磁性層の磁化を制御するために、磁気抵抗要素の各組に書き込み素子が組み合わされており、
対応する磁気抵抗の値を測定することによって前記軟強磁性層の磁気状態を検出するために、各第１および第２磁気抵抗要素に読み出し導体線が組み合わされており、
前記第１および第２磁気抵抗要素の前記軟強磁性層は、それらの安定状態がいずれであろうと、互いに実質的に反平行となるように方向付けられたままである一方、前記第１および第２磁気抵抗要素の前記硬強磁性層は、実質的に平行に方向付けられている、磁気抵抗素子によって達成される。
【００１１】
こうして、本発明においては、反対の抵抗状態（すなわち、最小／最大または最大／最小）に継続して維持される２つの磁気抵抗要素の間の抵抗が比較される。このことは、それらの要素が静磁相互作用を及ぼし合い、かつ常に反対の磁気構成（すなわち、要素の組に関して常に平行／反平行または反平行／平行の構成となる関連性をソフト層およびトラップ層に与えること）に維持されうるように、それらの要素を配列することによって達成される。
【００１２】
常に反対の抵抗状態、すなわち、一方が低抵抗状態であれば他方が高抵抗状態（逆もまた同様）となるように、互いに相互作用する２つの磁気抵抗要素を組み合わせることによって、相互作用する２つの要素の相対的抵抗に基づいて素子の差動動作を実現できるようになる。
【００１３】
本発明では、互いに実質的に反平行に方向付けられたままとなるように磁束が閉じた構成にあるソフト層を持つとともに、ソフト層の磁化の方向軸に実質的に平行な強い初期磁界を印加することによってトラップ層が平行に方向付けられている、２つの磁気抵抗要素（トンネル接合またはスピンバルブ）を用いることによってこれを実行する。
【００１４】
本発明の基本的な要素は、このように、２つの要素のソフト層が静磁相互作用を及ぼし合う状態にあるという磁気抵抗要素（スピンバルブまたは磁気トンネル接合）の組をなす。この相互作用は、２つの要素の各々のソフト層の磁化を略反平行配列に、トラップ層の磁化をソフト層の磁化の方向軸に沿って略平行に維持するものである。したがって、一方の要素が平行磁気構成にあるとき、他方が反平行磁気構成にある（逆もまた同様）。さらに、２つの磁気抵抗要素には、書き込み素子が組み合わされている。書き込み素子は、２つの磁気抵抗要素の間を通る書き込み電流線によって構成されうる。その線に電流が流れると、電流によって２つの磁気抵抗要素で反対向きの磁場が発生する。電流の方向を動かすことによって、磁気抵抗要素の組を平行／反平行の構成から反平行／平行の構成へと切り替えることができる。
【００１５】
ある実施態様において、磁気抵抗要素の組をなす第１および第２磁気抵抗要素は、本質的にリングを形成し尚且つそれらの間に２つの空隙を定めるように、共通の面に置かれたＣ字状の要素によって構成されている。
【００１６】
最初に考え得る適用例において、第１および第２磁気抵抗要素は、各々、それを構成する面に垂直に電流を通過させるトンネル接合を定めており、各読み出し導体線は、磁気抵抗要素の底部に接続された第１導体線セグメントと、それと同じ磁気抵抗要素の頂部に接続された第２導体線セグメントとを含み、これら導体線セグメントが、第１および第２磁気抵抗要素を構成する層の面に本質的に垂直である。
【００１７】
他の考え得る適用例において、第１および第２磁気抵抗要素は、各々、それを構成する面に平行に電流が伝わるスピンバルブを定めており、磁気抵抗要素に組み合わされた各読み出し導体線は、上記の空隙の近傍に位置している磁気抵抗要素の端部の各々に接続された、第１および第２導体線セグメントを含む。
【００１８】
ある実施態様において、磁気抵抗要素の組をなす第１および第２磁気抵抗要素は、円筒リングの軸上に中心がある環状のラインに沿って磁化が方向付けられた連続円筒リングの形をしている共通の付加ソフト層と、径方向で向かい合う位置において付加ソフト層の面に垂直に、付加ソフト層の面の１つに配置された第１および第２トンネル接合とを有し、第１および第２トンネル接合は、各々、少なくとも、軟強磁性層と、絶縁性の分離層と、硬強磁性層とを含み、層の面に垂直に電流を運ぶ。
【００１９】
その場合において、好適には、第１および第２磁気抵抗要素の各々に組み合わされた読み出し導体線は、第１および第２トンネル接合の付加ソフト層から遠い面の各々に接続された第１導体線セグメントと、付加ソフト層の面であって第１および第２トンネル接合から最も遠い面に共通に接続された、第２導体線セグメントとを含む。
【００２０】
有利な特徴によれば、書き込み素子は、第１および第２磁気抵抗要素ならびに組み合わされた読み出し線から電気的に絶縁された書き込み線を含み、書き込み線は、磁気抵抗要素の組をなす第１および第２磁気抵抗要素の間の中心に、磁気抵抗要素の面に垂直に配置されている。
【００２１】
ある実施態様において、磁気抵抗要素の組をなす第１および第２磁気抵抗要素は、異なる面に配置され、第１および第２磁気抵抗要素の間にそれらに平行に配置された書き込み素子に関して本質的に対称となるように重ねられている。
【００２２】
その場合において、より詳しくは、第１および第２磁気抵抗要素は、各々、それを構成する面に垂直に電流を通過させるトンネル接合を定めている。
【００２３】
他の実施態様において、書き込み素子は、第１に、第１および第２磁気抵抗要素ならびに組み合わされた読み出し線から電気的に絶縁された中心書き込み線セグメントを含み、書き込みセグメントは、磁気抵抗要素の組をなす第１および第２磁気抵抗要素の間の中心に、当該磁気抵抗要素の面に垂直に配置されており、書き込み素子は、第２に、互いに平行であって中心書き込み線セグメントによって相互接続され、第１および第２磁気抵抗要素の各側でこれらに平行に配置された第１および第２付加書き込み線セグメントを含み、第１および第２磁気抵抗要素の双方に第１および第２付加書き込み線セグメントが各々重複している。
【００２４】
さらに他の実施態様において、第１および第２磁気抵抗要素は、各々、それを構成する面に垂直に電流を通過させるトンネル接合を定めており、各読み出し導体線は、磁気抵抗要素の底部に接続された第１導体線セグメントと、それと同じ磁気抵抗要素の頂部に接続された第２導体線セグメントとを含み、これら導体線セグメントが、第１および第２磁気抵抗要素の構成層の面に本質的に垂直であり、書き込み素子は、軟強磁性層との界面を避けて、対応する磁気抵抗要素の近傍に位置している少なくとも１つの偏極層を各々含む書き込み導体線によって構成されている。
【００２５】
本発明の他の特徴と長所は、添付の図面を参照しつつ、例として与えられた詳細な実施形態についての以下の説明から明らかとなる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２６】
図１は、本発明の第１実施形態にかかる磁気抵抗素子の概略斜視図である。
【００２７】
この第１実施形態において、同一平面に位置するとともに、２つの空隙７１，７２によって分けられた２つの円筒ハーフリングを本質的に構成している２つのＣ字状の要素の形状を有するように、リソグラフィーおよびエッチングされた、１組の磁気抵抗要素１０，２０を見ることができる。
【００２８】
この例において、磁気抵抗要素１０，２０は、各々、トンネル接合を構成するとともに、永久方向にトラップされ参照層として機能する硬強磁性層と、この例では絶縁層である分離層によって硬強磁性層から分離された軟強磁性層とを少なくとも含む、層のスタックを有する。
【００２９】
２つの円筒ハーフリング１０，２０におけるソフト層の磁化は、ソフト層の磁化がリングに沿って時計回り方向または反対方向（図１Ａの矢印４１，６１）に回るように、磁束の閉じた構成にある。
【００３０】
その結果、２つの円筒ハーフリングにおいて、破線矢印４１，６１で表された２つの磁気抵抗要素１０，２０のソフト層の磁化は、平均して、実質的に反平行となるように方向付けられている。
【００３１】
２つの磁気抵抗要素１０，２０に関して、連続線矢印３１，５１で図１Ａに表されているように、トラップ層の磁化は、ＩｒＭｎによる反強磁性層のブロッキング温度（典型的には１テスラ（Ｔ）で２５０℃）を超える温度での飽和磁場において構造を熱処理することによって予め平行になるように方向付けられている。
【００３２】
このように、２つの磁気抵抗要素１０，２０の間においては、接合の１つが平行構成であるとき（図１Ａに示す例における磁気抵抗要素２０に当てはまるように）、他方が反平行構成（図１Ａにおける磁気抵抗要素１０）となる。逆もまた同様である。
【００３３】
各磁気抵抗要素１０，２０は、その底部において、符号１１，１３で各々参照付けられた導体線の垂直セグメントに接続されており（または通じている）、その頂部において、符号１２，１４で各々参照付けられた導体線の垂直セグメントに接続されている（または通じている）。導体線セグメント１１〜１４は、例えば、銅またはアルミニウムでできていてもよく、互いに向かい合って置かれた磁気抵抗要素１０，２０のトンネル接合の抵抗に比例した電圧を各読み出し線１１，１２または１３，１４のそれぞれについて得る役割を果たす各測定電流Ｉ1，Ｉ2を運ぶ。
【００３４】
書き込み線１５は、ハーフリングの形状をなす２つの磁気抵抗要素１０，２０によって定められた円筒の軸に沿って、磁気抵抗素子の構造を始端から終端まで垂直に通っている中心金属導体によって構成されている。書き込み線１５は、磁気抵抗要素１０，２０のトンネル接合および読み出し線１１，１２，１３，１４から、電気的に絶縁されている。
【００３５】
導体線１５は、磁気抵抗要素１０，２０のトンネル接合に情報を書き込む役割を果たす。
【００３６】
大きさＩEの電流が導体線１５を上方または下方に向かって流れると、その電流によって円筒対称を示す力線を有する磁場が発生する。２つのトンネル接合のソフト層に生じた磁場がそれらの保磁場を超えるように電流閾値を調節することによって、２つの接合の磁化を常に実質的に反平行に保持し、かつ両磁気抵抗要素１０，２０に関して切り替えを時計回り方向または反対方向に同時に起こしつつ、２つの接合の磁化を切り替えることが可能となる。
【００３７】
図１は、磁気抵抗要素２０に関して、層２１〜２７のスタックの１つの考えられる例を示している。層のスタックは、トンネル接合を定める役割を果たすものであり、磁気抵抗要素１０にも好適なものである。
【００３８】
各トンネル接合は、このように、厚さ５ナノメートル（ｎｍ）のＮｉＦｅ層２７、厚さ１ｎｍのＣｏＦｅ層２６、厚さ１．５ｎｍのアルミナ層２５、厚さ２．５ｎｍのＣｏＦｅ層２４、厚さ０．７ｎｍのＲｕ層２３、厚さ２ｎｍのＣｏＦｅ層２２および厚さ８ｎｍのＩｒＭｎ層２１を連続して含むスタックを有しうる。
【００３９】
層２６，２７のスタックが軟強磁性層を構成し、アルミナ層２５が絶縁性の分離層を構成し、層２４が参照層として機能する硬強磁性層を構成する。
【００４０】
上述したように、図１の実施形態は、トンネル接合によって構成された磁気抵抗要素１０，２０に適用される。トンネル接合の場合、磁気抵抗要素を通過する電流（読み出し電流Ｉ1，Ｉ2）は、層２１〜２７のようなスタックにおける層の面に垂直に進む。図１に示すように、トンネル接合に給電するための導体線１１，１２および１３，１４は、このように、スタックの頂部および底部に接続されている。
【００４１】
図２は、組になった磁気抵抗要素１１０，１２０が金属スピンバルブまたは平面的な電流ジオメトリーで機能する他の類似した要素によって構成されている、本発明の第２実施形態を示している。
【００４２】
これらの金属スピンバルブは、磁気トンネル接合と非常に緊密な構成を示すものであってもよい。したがって、一例として、磁気抵抗要素１１０，１２０のスピンバルブは、軟強磁性層２６，２７（本例では５ｎｍのＮｉＦｅおよび１ｎｍのＣｏＦｅを含む層の組）を分離する層２５を除いて、図１を参照して説明したものと同じである層２１〜２７のスタックによって構成されうる。したがって、図２の実施形態にかかる分離層２５は、厚さ１．５ｎｍのアルミニウムの絶縁層に代えて、厚さ０．２ｎｍの銅の導体層でありうる。
【００４３】
図２の磁気抵抗要素１１０，１２０は、これらの要素１１０，１２０の間を通る磁束がこれらの要素の軟強磁性層を通じて輪になる態様で互いに静磁的に影響し合うように置かれている。磁気抵抗要素１１０，１２０は、このように、図１の磁気抵抗要素１０，２０と同じような、空隙１７１，１７２を定める２つの円筒ハーフリングを含む構成を示すものでありうる。
【００４４】
書き込み導体線１１５は、図１Ａを参照して説明したのと同様の方法で磁場を生じさせる書き込み電流ＩEを運ぶために、図１の書き込み線と同様の方法で中心に配置されうる。
【００４５】
トンネル接合とは異なり、スピンバルブにおいては、対応する磁気抵抗要素を構成する層の面に電流が垂直に流れず、代わりに当該層に平行に流れる。そのため、図２に示すように、各磁気抵抗要素１１０，１２０に読み出し電流Ｉ1，Ｉ2を供給するための導体線は、空隙１７１，１７２の近傍における当該各要素の２つの端部に位置していなければならない。したがって、各磁気抵抗要素１１０または１２０に組み合わされた各導体線は、各空隙１７１，１７２の近傍において、対応する磁気抵抗要素の端部に接続された、符号１１１，１１２または１１３，１１４で各々参照付けられた第１および第２の線セグメントを含む。
【００４６】
スピンバルブは静電気的な故障に対して比較的鈍感なので、図２の実施形態は、高レベルの頑強性を必要とする場合やバイアス電圧に応じて変化しない振幅の磁気抵抗を得たい場合に優位性がある。
【００４７】
とはいっても、平面的な電流ジオメトリーを示すスピンバルブでは約１０％〜１５％の巨大磁気抵抗（ＧＭＲ）を示すのに対し、トンネル接合の磁気抵抗の振幅は大きいため（トンネル磁気抵抗（ＴＭＲ）では典型的には約４０％に達しうる）、トンネル接合自体に優位性がある。
【００４８】
図３は、トンネル接合２２２，２４２の組を導入している、本発明の他の実施形態を示している。
【００４９】
本実施形態では、磁気抵抗素子は、連続円筒リングの形をしている、すなわち、空隙がなく、当該円筒リングの軸上に中心がある環状のラインに沿って方向付けられた磁化を示す付加ソフト層２９０を備えている。
【００５０】
一例として、付加ソフト層２９０は、厚さ５ｎｍのタンタルのバッファ層２９２上に堆積した厚さ５ｎｍのＮｉＦｅ層２９１を含んでいてもよい。
【００５１】
ソフト層２９０の磁化は、円筒リングの周りで時計回り方向または反対方向に方向付けられる。
【００５２】
図３の磁気抵抗素子は、ソフト層２９０の面に垂直に延びており、径方向で向かい合う位置において、付加ソフト層２９０の同一面に置かれた第１および第２トンネル接合２２２，２４２を含む第１および第２磁気抵抗要素２１０，２２０を備えている。
【００５３】
図１および１Ａの実施形態のトンネル接合１０，２０と同様の層のスタックによって、トンネル接合２２２，２４２を作ることができる。したがって、各トンネル接合２２２，２４２は、少なくとも、軟強磁性層２５４，２６４と、絶縁性の分離層２５３，２６３と、硬強磁性層２５２，２６２とを含み、これらの層は当該層の面に垂直に電流を通過させる。
【００５４】
連続ソフト層２９０は、２つのトンネル接合２２２，２４２の各々の裏面に共通の電気的接続を提供する役割を果たす金属線２１１に接続された底部を有する。それらの頂部において、２つのトンネル接合２２２，２４２は、２つのトンネル接合２２２，２４２を通じて読み出し電流Ｉ1，Ｉ2を運ぶ役割を果たす２つの金属線２１２，２１４に電気的に接続されている。本素子は、書き込み電流ＩEを通過させる役割を果たす、軸に沿って垂直に通っている中心金属線２１５を備えている。書き込み電流は、円筒ソフト層２９０の磁化を円筒リングの周りの一方または他方の回転方向に切り替えることのできる、円筒対称を有する磁場を発生させる。２つのトンネル接合２２２，２４２の各々のソフト層２５４，２６４（例えば、厚さ３ｎｍのＮｉＦｅと厚さ１ｎｍのＣｏＦｅを含む）の磁化は、円筒リングをなすソフト層２９０の磁化との交換によって結合されるので、これらの磁化は常に互いに反平行配列となる。トンネル接合２２２，２４２の参照層２５１，２６１の磁化は、２つのトンネル接合２２２，２４２に相互接続しているリング２９０の直径に垂直な同一方向をとるように、予め方向付けられている（このことは、高い保磁場を有するトラップ層に対して、層の面内で飽和磁場を印加するか、交換異方性によってトラップされた層に対して、反強磁性層のブロッキング温度を超える温度とした磁場の下で熱処理することによって行うことができる）。参照磁化が平行であり、トンネル接合２２２，２４２のソフト層２５４，２６４の磁化が反平行であるから、２つのトンネル接合２２２，２４２が反対の抵抗状態にあることは確かである。
【００５５】
図１，２を参照して説明した磁気抵抗要素１０，２０および１１０，１２０は、２つの空隙を定める円筒ハーフリングを構成するＣ字状である。
【００５６】
図１の実施形態のように、Ｃ字状の磁気抵抗要素は、軟磁性層と、非磁性層によって分離されたトラップ参照層とを組み合わせており、層の面に垂直な電流フロージオメトリー（面に垂直な電流（ＣＰＰ））で電流を通過させる。もしくは、図２の実施形態のように、Ｃ字状の磁気抵抗要素は、軟磁性層と、面内方向に流れる電流（面内の電流（ＣＩＰ））によって分離されたトラップ参照層とを組み合わせている。Ｃ字状の磁気抵抗要素は、それらの軟磁性層の磁化が実質的に反平行となり、かつそれらのトラップ層の磁化が初期段階（強い保磁場を有するトラップ層に対する強磁場での飽和、または交換異方性によって機能するトラップ層に対する磁場の下での熱処理）で平行に方向付けられるように、磁束が閉じた構成となる、様々な方法で実施されうる。
【００５７】
いくつかの考え得る変形例を示す図４Ａ〜４Ｃにおいて、連続矢印は磁気抵抗要素におけるソフト層の磁化の方向を表している。＋印と−印は、磁気抵抗要素の端部で現れるとともに、磁束を閉じたものとするために向かい合う要素同士を結合させる、静磁場のチャージを表している。
【００５８】
図４Ａは、２つの空隙３７１，３７２を定めているとともに、円形断面の中心書き込み導体３１５を取り囲んでいる、円弧の形をした磁気抵抗要素３１０，３２０を示している。
【００５９】
図４Ｂは、断面で同様に楕円である中心書き込み導体４１５の両サイドに互いに平行に置かれた楕円の形をしている、２つの磁気抵抗要素４１０，４２０を示している。
【００６０】
図４Ｃは、各々、中心ブランチに垂直な２つの端ブランチを提供しているとともに、端ブランチの自由端の間に各空隙５７１，５７２を定めている、Ｃ字状の２つの磁気抵抗要素５１０，５２０を示している。２つのＣ字状の要素は、本質的に、外側の長方形と内側の長方形とを定めている。長方形または正方形の中心書き込み線５１５は、磁気抵抗要素５１０，５２０によって定められた内側の長方形スペースの中心に置かれている。
【００６１】
要素３１０，３２０、要素４１０，４２０、または要素５１０，５２０の組による２つの磁気抵抗要素を平行／反平行の磁気構成から反平行／平行の磁気構成へと切り替える、またはその逆に切り替える目的で、中心書き込み線３１５，４１５，５１５に沿って上方または下方に書き込み電流ＩEが流れる。ここで、平行および反平行という用語は、各磁気抵抗要素でのトラップ層に対するソフト層の方向を特定するために用いるものとする。
【００６２】
図４Ａ〜４Ｃにおいて、磁気抵抗要素に接続された読み出し電流引き込み線は示していない。
【００６３】
これらの電流引き込み線は、ＣＰＰ動作（図１にあるようなトンネル接合）を示す磁気抵抗要素の底部および頂部に接続されているか、要素がＣＩＰ動作を示す場合には図２のような磁気抵抗要素の２つの端部に接続されている。
【００６４】
図４Ａ〜４Ｃに示す要素の寸法は、希望する集積密度や導体線および磁気抵抗要素を作製するのに用いられる技術にもよるが、９０ｎｍ〜１マイクロメートル（μｍ）のオーダーでありうる。これらの寸法は、これよりも小さくてもよい。
【００６５】
このタイプの素子は、以下の技術的な工程を実施することによって製造できる。一例として、下記の説明は、磁気抵抗要素がＣＰＰ動作を示す素子に関するものである。
【００６６】
磁気抵抗要素の底面のレベルまで、使用される技術は、金属レベルｎ（素子が接続されるべき基礎制御電子回路に応じて、ｎ＝３または４またはそれ以上。例えば、ＳｉＯ2酸化物の表面に現れるＣｕまたはＡｌによる３つの導体線のレベル）までの“従来の”シリコン上金属酸化物（ＣＭＯＳ）技術でありうる。
【００６７】
そして、磁気マイクロエレクトロニクスの以下の工程が実行される。
・磁気抵抗スタックを堆積させる工程；
・当該磁気抵抗要素の底部における２つの導電性給電線の上に２つの磁気抵抗要素を作製するためのリソグラフィーおよびエッチング工程；および
・まず、２つの磁気抵抗要素の頂部に接続された３つの上部の導体線を設け、次に、磁場を発生させるための中心導体線を延ばす工程
【００６８】
図５および６を参照して、本発明の磁気抵抗素子の他の実施形態について以下に説明する。２つの磁気抵抗要素６１０，６２０は、Ｃ字状等をなす要素によって構成されておらず、共通の面を占有しておらず、２つの空隙を伴うリングを本質的に形成していないが、磁束の閉じた構成となっている。
【００６９】
図５および６の実施形態において、書き込み磁場を作り出すために、導体６１５のような水平導体が用いられる。
【００７０】
磁気抵抗要素６１０，６２０は、これら自身が導体６１５の向かい合う面に重ねられており、磁場発生導体６１５の上に要素６１０が置かれている一方、要素６２０が該導体６１５の下に置かれている。
【００７１】
水平導体６１５は、このように、導体６１５の上方および下方で磁場の方向が反対向きとなる形で、磁場を発生させるのに適した書き込み電流を運ぶ。
【００７２】
図５に示すように、トンネル接合のようなＣＰＰ要素を持った構成の場合に、磁気抵抗要素６１０，６２０は、水平導体６１５に関して略対称となるように、実質的に一方が他方の上に配置されている。要素６１０，６２０は磁束が閉じた構成であり、導体６１５によって運ばれる書き込み電流ＩEによって作り出される磁場は、書き込み電流ＩEによる信号に基づいて平行／反平行の構成から反平行／平行の構成へと２つの要素６１０，６２０を切り替える役割を果たす。
【００７３】
図６は、図５の磁気抵抗要素６１０，６２０を作るための層のスタックの例を示している。
【００７４】
各磁気抵抗要素６１０，６２０は、各導体線６１２，６１１との接続のための各導体層６５１，６６１と、例えばＩｒＭｎでできた各参照硬強磁性層６５２，６６２と、各ＣｏＦｅ層６５３，６６３と、各絶縁性アルミナ層６５４，６６４と、各ＮｉＦｅ／ＣｏＦｅソフト層６５５，６６５とを有する。
【００７５】
磁場を発生させるために水平導体と垂直導体とを組み合わせることによって、磁束が閉じている２つの磁気抵抗要素を備えた素子の磁気書き込み効率を最適化することができる。このことを図７に示す。
【００７６】
この素子は、金属線（７１１，７１２，７１３，７１４）に接続された底部および頂部を有する２つの磁気抵抗要素７１０，７２０（ここではＣＰＰで作動するとともに空隙７７１，７７２を定めているＣ字状の要素をなすものとして示されている）を備えている。さらに、磁化を切り替えるための磁場導体７１５が、両磁気抵抗要素７１０，７２０の上下の各々に位置している２つの水平部分７１５Ａ，７１５Ｃと、水平部分７１５Ａ，７１５Ｃを相互接続する中心部分７１５Ｂとの、３つの部分で作られている。したがって、磁気抵抗要素７１０に書き込み電流によって作られる磁場は、主に、導体７１５Ａに起因する磁場と導体７１５Ｂに起因する磁場との総和となる。磁気抵抗要素７２０に発生する磁場は、導体７１５Ｃによって作られる磁場と導体７１５Ｂによって作られる磁場との総和となる。
【００７７】
図７において、これらの要素７１０，７２０がＣＰＰで動作する場合には、図１の要素１０，２０と同様にして、磁気抵抗要素７１０，７２０自身を構成できる。
【００７８】
図７の磁気抵抗要素７１０，７２０はＣＩＰで動作してもよく、この場合には図２の要素１１０，１２０と同様にして、これらを構成できる。したがって、読み出し導体７１１，７１２および７１３，７１４は、図２の読み出し導体１１１，１１２および１１３，１１４と同様にして構成されうる。
【００７９】
トンネル接合を用いる場合には、トンネル接合のソフト層を加熱することによって、場合によってはスピン転移効果（トンネル接合を通る偏極電子によって発揮されるトルク）を利用することによって書き込みを補助するために、書き込み導体１５，２１５，３１５，４１５，５１５，７１５を通じて書き込み電流ＩEを送ることと、磁気抵抗要素に電流を流すこととを組み合わせることも可能である。このトルク自身がトンネル接合を切り替えるのに十分であれば、磁場を発生させるための導体（１５，２１５，３１５，４１５，７１５）でさえ不要となる。
【００８０】
図８は、各々が少なくとも１つの偏極層８５９（図９）を含む読み出し導体線８１１，８１２，８１３，８１４によって書き込み素子が構成されている、本発明の磁気抵抗素子の他の実施形態を示している。偏極層８５９は、互いに結合した磁気抵抗要素８１０，８２０をスピン転移によって切り替えることが可能となるように、軟強磁性層８５５〜８５７との界面を避けて、対応する磁気抵抗要素の近傍に位置している。
【００８１】
２０００年から、スピン偏極電流をナノ構造に流すことによって磁気ナノ構造の磁化を切り替えることが可能であることが知られている（A. KatineらによるPhs. Rev. Lett, 84 (2000) 3149を参照）。本発明の素子において、界面（主に磁気トンネル接合）に垂直に電流が流れる構成で動作するのに用いられる磁気抵抗要素８１０，８２０を設ければ、静磁相互作用を及ぼし合う状態にある２つの磁気抵抗要素のソフト層の磁化を切り替えるのに、この効果を利用できる。
【００８２】
この原理で動作する図８に示す素子の例では、２つの磁気抵抗要素８１０，８２０は、図１において見られるような静磁相互作用を及ぼし合う状態にあり、それらは空隙８７１，８７２を定めている。
【００８３】
この場合、磁気抵抗スタックは、好適には、以下の各組成を有する層のスタック８６４／８６３／８６２／８６１／８６０／８５９／８５８／８５７／８５６／８５５／８５４／８５３／８５２／８５１を有する、図９に示すような種類の構成を持っていてもよい。
【００８４】
５ｎｍのＴａ／３ｎｍのＮｉＦｅ／８ｎｍのＩｒＭｎ／３ｎｍのＣｏＦｅ／０．７ｎｍのＲｕ／（０．８ｎｍのＣｏＦｅ／０．３ｎｍのＣｕ）2／０．８ｎｍのＣｏＦｅ／５ｎｍのＣｕ／１ｎｍのＣｏＦｅ／２ｎｍのＮｉＦｅ／１ｎｍのＣｏＦｅ／１ｎｍのＡｌ2Ｏ3／２．５ｎｍのＣｏＦｅ／８ｎｍのＩｒＭｎ／１０ｎｍのＣｕ
【００８５】
スタックは、このように、参照層８５３と軟磁性層８５５〜８５７とを分離しているアルミナトンネル障壁８５４によって構成されたトンネル接合を含む。参照層８５３は、交換異方性（８ｎｍのＩｒＭｎのような反強磁性材料を含む層８５２との相互作用）によってトラップされた磁化を示すものである。軟磁性層８５５〜８５７は、トンネル障壁の近傍において偏極電子を増やすため、および、障壁から離れた界面での銅層８５８との内部拡散を避けるために、ＣｏＦｅ８５５，８５７の間に、ドープされたＮｉＦｅ層８５６を有している。このトンネル接合は、界面に垂直にこのスタックを流れる電流をスピン偏極させるための層８５９と組み合わされている。この偏極層８５９は、超微細Ｃｕ層によって挟まれたＣｏＦｅ微細層によって構成されていてもよい（典型的組成は（０．８ｎｍのＣｏＦｅ／０．３ｎｍのＣｕ）2／０．８ｎｍのＣｏＦｅ）。ラミネーションの目的は、最大可能偏極が得られるように、ＣｏＦｅ／Ｃｕ界面での高い非対称拡散を利用することにある。この偏極層は、３ｎｍのＣｏＦｅ層８６１に対して反平行に結合されている。この反平行結合は、典型的には０．５ｎｍ〜０．９ｎｍの厚さ範囲のＲｕ層８６０を介して存在する反強磁性の相互作用によって与えられる。ＣｏＦｅ層８６１自身は、交換異方性（厚さ８ｎｍの反強磁性ＩｒＭｎ層との結合）によってトラップされている。反強磁性層のブロッキング温度を超える温度で熱処理を行い、飽和磁場で冷却することによって、交換異方性によってトラップされた２つの層の磁化を確実に平行とすることが可能になる。このような状況下で、参照層８５３および偏極層８５９は、反平行磁化で弱磁場の状態にある。
【００８６】
書き込みにおいて、そのような構造の利点は、導体８１１，８１２および８１３，８１４に印加された書き込み電流ＩEが構造を上方または下方に向かって流れたとき、参照層８５３および偏極層８５９によって生成されたスピン転移効果がトンネル接合のソフト層８５５〜８５７に同時に加わることである（例えば、L. BergerによるJourn. Appl. Phys., 93(2003) 7693を参照）。この種の構造の切り替えを行うための典型的な電流密度は、１０6アンペア毎平方センチメートル（Ａ／ｃｍ2）〜１０7Ａ／ｃｍ2のオーダーであり、１００ｎｍ×１００ｎｍの寸法を示す構造に対して０．１ミリアンペア（ｍＡ）から１ｍＡの電流が与えられる。
【００８７】
読み込みにおいて、磁気抵抗要素８１０，８２０の構造の抵抗レベルには感度を示すが切り替えは起こらないように、書き込みのときと同じ導体８１１，８１２または８１３，８１４の各々によって、構造を通る弱い電流が運ばれる。そうした構造の抵抗がトンネル障壁に完全に左右されることに注意することが重要である。したがって、支持体の磁気抵抗は、単に、ソフト層の磁化とトンネル障壁の一方の側におけるトラップ層の磁化との相対方向によってもたらされる。
【００８８】
このスタックにおいて、偏極層ならびに、偏極層８５９をトラップするために組み合わされているＲｕ、ＣｏＦｅおよびＩｒＭｎ層８６１〜８６３を省略してもよい。ただし、ソフト層８５５〜８５７におけるスピン転移効果は、参照層８５３によってのみもたらされ、より小さいものとなる可能性がある。また、読み込み時により高い電流密度を使用する必要が生じ、そのことで、より低抵抗の接合を取り扱うことが必要になる可能性がある。接合には、ブレークダウンによって制限される電圧があるからである。
【００８９】
図８の素子において、２つの磁気抵抗要素８１０，８２０は、図９に示したスタックによって構成されうる。また、ソフト層８５５〜８５７の切り替えが２方向で起こるように、２つの要素を通じて反対方向に電流パルスＩEを送ることによって、書き込みが行われる。２つの要素８１０，８２０の各々を通る電流パルスＩEの方向を動かすことによって、要素８１０，８２０の組を平行／反平行から反平行／平行へと切り替えることができる。平行および反平行の概念は、参照層８５３のおよびトップ層８５５〜８５７の磁化の方向に関連するものである。
【００９０】
本発明の磁気抵抗素子において、磁気抵抗要素の組をなす２つの磁気抵抗要素に作用する磁場もまた、垂直導体、水平導体または垂直導体と水平導体との組み合わせから発生させてもよい。
【００９１】
図８および図９を参照して説明したように、磁気抵抗要素を構成する層の面に垂直に流れる電流を用いる磁気抵抗要素に基づく磁気抵抗素子は、磁場を発生させる導体がなくても、完全にスピン転移効果に依存する磁気切り替えで動作できる。
【図面の簡単な説明】
【００９２】
【図１】本発明の第１実施形態にかかる磁気抵抗素子の概略斜視図
【図１Ａ】図１の素子に用いられた磁気抵抗要素の組の概略平面図
【図２】スピンバルブまたは平面的な電流ジオメトリーで機能する他の磁気抵抗要素を利用している、本発明の第２実施形態にかかる磁気抵抗素子の概略斜視図
【図３】トンネル接合を利用している、本発明の第３実施形態にかかる磁気抵抗素子の概略斜視図
【図４Ａ】図１および図２の実施形態において使用しうる磁気抵抗要素の構成の３つの詳細な例の平面図
【図４Ｂ】同平面図
【図４Ｃ】同平面図
【図５】トンネル接合を利用している、本発明の第４実施形態をなす磁気抵抗素子の概略斜視図
【図６】図５のVI-VI断面図
【図７】本発明の第５実施形態にかかる磁気抵抗素子の概略斜視図
【図８】本発明の第６実施形態にかかる磁気抵抗素子の概略斜視図
【図９】図８の実施形態に用いるのに適した偏極体と組み合わされた磁気抵抗素子の例を示す断面図
【図１】
2009503833.tif 000003
【図１Ａ】
2009503833.tif 000004
【図２】
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【図３】
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【図４Ａ】
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【図４Ｂ】
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【図４Ｃ】
2009503833.tif 000009
【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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【手続補正書】
【提出日】平成19年5月11日(2007.5.11)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１および第２磁気抵抗要素（10, 20; 110, 120; 210, 220; 610, 620; 710, 720; 810, 820）を有する少なくとも１組の磁気抵抗要素を備え、前記第１および第２磁気抵抗要素の各々が、少なくとも、永久方向にトラップされるとともに参照層として機能する硬強磁性層（24; 252, 262; 653, 663; 853）と、分離層（25; 253, 263; 654, 664; 854）によって前記硬強磁性層から分離された軟強磁性層（26, 27; 254, 264; 655, 665; 855〜857）とを含み、２つの安定な磁気状態を示すように、前記軟強磁性層（26, 27; 254, 264; 655, 665; 855〜857）が前記第１および第２磁気抵抗要素の各々について作製されている磁気抵抗素子であって、
磁気抵抗要素の組をなす前記第１および第２磁気抵抗要素（10, 20; 110, 120; 210, 220; 610, 620; 710, 720; 810, 820）は、前記第１および第２要素の間を通過する磁束が前記第１および第２要素の前記軟強磁性層（26, 27; 254, 264; 655, 665; 855〜857）を通って閉じるように、互いに静磁相互作用を及ぼし合う状態に置かれており、
各軟強磁性層（26, 27; 254, 264; 655, 665; 855〜857）の磁化を制御するために、磁気抵抗要素の各組に書き込み素子（15; 115; 215; 615; 715; 811〜814）が組み合わされており、
対応する磁気抵抗の値を測定することによって前記軟強磁性層（26, 27; 254, 264; 655, 665; 855〜857）の磁気状態を検出するために、各第１および第２磁気抵抗要素（10, 20; 110, 120; 210, 220; 610, 620; 710, 720; 810, 820）に読み出し導体線（11, 12, 13, 14; 111, 112, 113, 114; 211, 212, 214; 611, 612; 711, 712, 713, 714; 811, 812, 813, 814）が組み合わされており、
前記第１および第２磁気抵抗要素（10, 20; 110, 120; 210, 220; 610, 620; 710, 720; 810, 820）の前記軟強磁性層（26, 27; 254, 264; 655, 665; 855〜857）は、それらの安定状態がいずれであろうと、互いに実質的に反平行となるように方向付けられたままである一方、前記第１および第２磁気抵抗要素（10, 20; 110, 120; 210, 220; 610, 620; 710, 720; 810, 820）の前記硬強磁性層（24; 252, 262; 653, 663; 853）は、実質的に平行に方向付けられ、
前記第１および第２磁気抵抗要素（10, 20; 210, 220; 710, 720; 810, 820）は、各々、それを構成する面に垂直に電流を通過させるトンネル接合を定めており、
各読み出し導体線は、磁気抵抗要素の底部に接続された第１導体線セグメント（11, 13; 211; 711, 713; 811, 813）と、それと同じ磁気抵抗要素の頂部に接続された第２導体線セグメント（12, 14; 212, 214; 712, 714; 812, 814）とを含み、これら導体線セグメントが、前記第１および第２磁気抵抗要素（10, 20; 210, 220; 710, 720; 810, 820）を構成する層の面に本質的に垂直である、磁気抵抗素子。
【請求項２】
磁気抵抗要素の組をなす前記第１および第２磁気抵抗要素（10, 20; 110, 120; 210, 220; 610, 620; 710, 720; 810, 820）は、本質的にリングを形成し尚且つそれらの間に２つの空隙（71, 72; 171, 172; 371, 372; 571, 572; 771, 772; 871, 872）を定めるように、共通の面に置かれたＣ字状の要素によって構成されている、請求項１に記載の磁気抵抗素子。
【請求項３】
磁気抵抗要素の組をなす前記第１および第２磁気抵抗要素（210, 220）は、円筒リングの軸上に中心がある環状のラインに沿って磁化が方向付けられた連続円筒リングの形をしている共通の付加ソフト層（290）と、径方向で向かい合う位置において前記付加ソフト層（290）の面に垂直に、前記付加ソフト層（290）の面の１つに配置された第１および第２トンネル接合（222, 242）とを有し、前記第１および第２トンネル接合（222, 224）は、各々、少なくとも、軟強磁性層（254, 264）と、絶縁性の分離層（253, 263）と、硬強磁性層（252, 262）とを含み、前記層の面に垂直に電流を運ぶ、請求項１に記載の磁気抵抗素子。
【請求項４】
前記第１および第２磁気抵抗要素（210, 220）の各々に組み合わされた前記読み出し導体線は、前記第１および第２トンネル接合（222, 242）の前記付加ソフト層（290）から遠い面の各々に接続された第１導体線セグメント（212, 214）と、前記付加ソフト層（290）の面であって前記第１および第２トンネル接合から最も遠い面に共通に接続された、第２導体線セグメント（211）とを含む、請求項３に記載の磁気抵抗素子。
【請求項５】
前記書き込み素子は、前記第１および第２磁気抵抗要素ならびに組み合わされた読み出し線から電気的に絶縁された書き込み線（15; 115; 215; 715B）を含み、前記書き込み線は、磁気抵抗要素の組をなす前記第１および第２磁気抵抗要素（10, 20; 110, 120; 210, 220; 710, 720）の間の中心に、当該磁気抵抗要素の面に垂直に配置されている、請求項１ないし請求項４のいずれか１項に記載の磁気抵抗素子。
【請求項６】
磁気抵抗要素の組をなす前記第１および第２磁気抵抗要素（610, 620）は、異なる面に配置され、前記第１および第２磁気抵抗要素（610, 620）の間にそれらに平行に配置された前記書き込み素子（615）に関して本質的に対称となるように重ねられている、請求項１に記載の磁気抵抗素子。
【請求項７】
前記書き込み素子（715）は、第１に、前記第１および第２磁気抵抗要素ならびに組み合わされて読み出し線から電気的に絶縁された中心書き込み線セグメント（715B）を含み、前記書き込みセグメントは、磁気抵抗要素の組をなす前記第１および第２磁気抵抗要素（710, 720）の間の中心に、当該磁気抵抗要素の面に垂直に配置されており、前記書き込み素子（715）は、第２に、互いに平行であって前記中心書き込み線セグメント（715B）によって相互接続され、前記第１および第２磁気抵抗要素（710, 720）の各側でこれらに平行に配置された第１および第２付加書き込み線セグメント（715A, 715C）を含み、前記第１および第２磁気抵抗要素（710, 720）の双方に前記第１および第２付加書き込み線セグメント（715A, 715C）が各々重複している、請求項１ないし請求項４のいずれか１項に記載の磁気抵抗素子。
【請求項８】
前記書き込み素子は、書き込み導体線（811, 812, 813, 814）によって構成されており、前記書き込み導体線（811, 812, 813, 814）に印加された電流（IE）と前記トンネル接合の前記軟強磁性層（855〜857）の磁化との間のスピン転移によって、トンネル接合での書き込みが行われる、請求項１または請求項２に記載の磁気抵抗素子。
【請求項９】
各書き込み導体線（811, 812, 813, 814）は、トンネル障壁（854）と向かい合う前記軟強磁性層（855〜857）との界面を避けて、対応する磁気抵抗要素の近傍に位置している少なくとも１つの偏極層（859）を含み、
この偏極層の磁化が、前記トンネル接合の前記参照層（853）の磁化に対して本質的に反対向きであり、
前記偏極層（859）は、非磁性金属分離層（858）によって前記軟強磁性層（855〜857）から分離されている、請求項８に記載の磁気抵抗素子。
【請求項１０】
前記非磁性金属分離層（858）が銅層である、請求項９に記載の磁気抵抗素子。
【国際調査報告】
2009503833.tif 000015
2009503833.tif 000016