(57)【要約】【課題】  電流直接駆動による磁化反転により、一つの素子に複数ビットの情報を記録することを可能にする磁気記録素子の提供。【解決手段】  磁化方向が可変な磁性層（記録層）を有し、スピン偏極した電子を注入され、スピン偏極した電流の流れの向きに応じて磁化方向が変化し、磁化方向に応じた情報を記録可能な磁気記録素子であって、記録層をn層有し（nは２以上）、記録層の磁化方向を反転するのに必要な電流の臨界値が互いに異なり、第i記録層の正負の反転電流臨界値をIc(i;+),Ic(i;-)とすると、任意のi,jに対して、Ic(i;+)>Ic(j;+)ならば|Ic(i;-)|>|Ic(j;-)|を満たすことを特徴とする磁気記録素子。【選択図】  図１
2006156840.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
磁化方向が可変な磁性層（記録層）を有し、スピン偏極した電子を注入され、スピン偏極した電流の流れの向きに応じて前記磁化方向が変化し、前記磁化方向に応じた情報を記録可能な磁気記録素子であって、前記記録層をn層有し（nは２以上）、前記記録層の磁化方向を反転するのに必要な電流の臨界値が互いに異なり、第i記録層の正負の反転電流臨界値をIc(i;+),Ic(i;-)とすると、任意のi,jに対して、Ic(i;+)>Ic(j;+)ならば|Ic(i;-)|>|Ic(j;-)|を満たすことを特徴とする磁気記録素子。
【請求項２】
請求項１記載の磁気記録素子において、n個の記録層のうち２個の記録層は、その記録層と共有点を持つある平面によって空間を２分したとき片側の部分空間にのみ他の記録層が存在するという条件を満たし、その２個の記録層のうち一方は、「前記平面によって２分された部分空間のうち他の記録層が無い方の部分空間に磁化が固着された磁性層が１層以上存在する」という条件を満たし、もう一方の記録層はこの条件を満たさない、ことを特徴とする磁気記録素子。
【請求項３】
請求項１記載の磁気記録素子において、ｎ層ある記録層の厚みが互いに異なることを特徴とする磁気記録素子。
【請求項４】
請求項１記載の磁気記録素子において、記録層のうち少なくとも２層の磁化容易軸が互いにほぼ直交することを特徴とする磁気記録素子。
【請求項５】
請求項１乃至４のいずれかに記載の磁気記録素子を備えることを特徴とする磁気記録装置。
【請求項６】
磁化方向が可変な磁性層（記録層）を有し、スピン偏極した電子を注入され、スピン偏極した電流の流れの向きに応じて前記磁化方向が変化し、前記磁化方向に応じた情報を記録可能な磁気記録素子であって、前記記録層をn 層有し（nは２以上）、かつ、それらの磁化方向を反転するのに必要な電流の臨界値が互いに異なり、さらに、第i記録層の正負の反転電流臨界値をIc(i;+), Ic(i;-)とすると、任意のi,jに対して、Ic(i;+)>Ic(j; +)ならば|Ic(i;-)|>|Ic(j;-)|を満たす磁気記録素子について、
記録層（1,2,…,n）を反転電流の大きいものから小さいものに並び替えたものをσ1,σ2,…,σnとし、Ic(σ1;+)>Ic(σ2;+)>…>Ic(σn;+)および|Ic(σ1;-)|>|Ic(σ2;-)|>…> |Ic(σn;-)|の関係を満たすIcについて、正の書き込み電流Iw(1; +),Iw(2; +),…,Iw(n; +) をIw(1; +) > Ic(σ1; +) > Iw(2; +) > Ic(σ2; +) > … > Iw(n; +) > Ic(σn; +)を満たす任意の値にとり、負の書き込み電流Iw(1;-)<…<Iw(2;-)<…< Iw(n;-) を、
Iw(1;-) < Ic(σ1;-) < Iw(2;-) < Ic(σ2;-) < … < Iw(n;-) < Ic(σn;-)
を満たす任意の値にとり、
反転電流の大きい自由層から順にデータ列b[1](=0 or 1), b[2](=0 or 1), ..., b[n]=(0 or 1) を書きこむ際に、
ビット情報b[1], b[2],...b[n] を順に書き並べて、値0または値１がn個並んだデータ列b = b[1]b[2]…b[n]を得た後に、データ列ｂを同じ値が連続する部分列に分割し、第a番目の部分列（a=1,2,…）の先頭位置を、データ列ｂ全体の先頭から数えたもので指定し、これをm(a)と表記すると、
データ列ｂの先頭が１（b[1]=1）ならば、書き込み電流Iw(m(1) = 1; +)を流し、その後に、番号の小さい部分列から大きい部分列の順に、部分列の先頭位置にある自由層の書き込み電流Iw(m(a))を流すことによりデータ列ｂを書き込み（但し、データ列の先頭から数えて偶数番目の部分列の場合は、Iw(m(a))は負の電流であり、データ列の先頭から数えて奇数番目の部分列の場合は、Iw(m(a))は正の電流である）、
データ列ｂの先頭が0（b[1]=0）ならば、書き込み電流Iw(m(1) = 1;-)を流し、続けて、番号の小さい部分列から大きい部分列の順に、部分列の先頭位置に対応する自由層の書き込み電流Iw(m(a))を流すことによりデータ列ｂを書き込む（但し、データ列の先頭から数えて偶数番目の部分列の場合は、Iw(m(a))は正の電流であり、データ列の先頭から数えて奇数番目の部分列の場合は、Iw(m(a))は負の電流である）ことを特徴とする磁気記録方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、スピン偏極した電子を流すことにより、磁性体の磁化方向を制御し、情報の記録を行うことが可能な磁気記録素子、それを用いた磁気記録装置、およびそれを用いた磁気記録方法に係わり、特に、１つのメモリセルに１ビットより多い情報を記録する多値記録を行うことを特徴とする磁気記録素子等に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、広範囲かつ高度に情報化された社会を支え、また、牽引していく存在として、様々な要求を満たす情報記録技術が求められている。強磁性体の磁気モーメントを利用した磁気記録装置は、例えば、ハードディスクドライブとして広く使われている他、高速性と不揮発性を合わせ持つ磁気ランダムアクセスメモリ（ＭＲＡＭ）としての利用が提案されている。
【０００３】
最近の高密度化の要求は、１ビットの情報を格納する単位セルとして１００ナノメートルから数１０ナノメートル、あるいはそれ以下の長さスケールに至り、情報の書き込み方式における技術的な壁がある。ハードディスクドライブやＭＲＡＭで用いられている電流磁界書き込み方式では、メモリセルのサイズを小さくするに従って、書き込みに必要な磁界を発生させるための電流量が増大する他、隣接セルへの誤作用（クロストーク）が避けられない。
【０００４】
非特許文献１に記載の電流直接駆動磁化反転現象は、電流磁界書き込み方式の問題を解決できる新しい磁気記録技術を提供するものとして期待されている。この現象は、磁性体の磁化方向と反平行方向にスピン偏極した電子の流れが磁性体を通過する際に、伝導電子のスピン角運動量を、磁性体の磁化に作用・伝達することで生じるトルクを使って磁化反転を起こすというものである。この現象を用いることにより、電流磁界による磁化反転と比べて、ナノスケールの磁性体に対して、より直接的な作用を及ぼすことが可能である。そのため、クロストークが生じないとともに、高速な磁化反転が期待できる。また、セル
サイズが小さくなるに従って書き込みに必要な電流量が減少するという利点もある。
【非特許文献１】F. J. Albert et al., Appl. Phys. Lett., 77, 3809 (2000)
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
以上述べたように、電流直接駆動方式を用いることで、ナノスケールのメモリセルに対する書き込みが可能になるが、さらなる高記録密度化への潜在的な要求は、常に存在する。また、メモリセルをアレイ状に配置し配線を接続することで高記録密度ＭＲＡＭとして用いることを想定すると、記録素子部だけでなく、回路選択のためのトランジスタなど記録素子の周辺部の微小化が必要になる。しかしながら、トランジスタのサイズの微小化には限界があるため、同一記録容量に対してより少ない数のトランジスタで済むような記録装置を作ることができれば多大な効果が期待できる。
【０００６】
本発明は、かかる課題の認識に基づいてなされたものであり、その目的は、電流直接駆動による磁化反転を書き込み方式として用い、一つの素子に複数ビットの情報を記録することを可能にする磁気記録素子、およびそれを用いて高記録密度化を実現する磁気記録装置、また磁気記録方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記事情に鑑みて、本発明の第一は、磁化方向が可変な磁性層（記録層）を有し、スピン偏極した電子を注入され、スピン偏極した電流の流れの向きに応じて磁化方向が変化し、磁化方向に応じた情報を記録可能な磁気記録素子であって、記録層をn層有し（nは２以上）、記録層の磁化方向を反転するのに必要な電流の臨界値が互いに異なり、第i記録層の正負の反転電流臨界値をIc(i;+),Ic(i;-)とすると、任意のi,jに対して、Ic(i;+)>Ic(j;+)ならば|Ic(i;-)|>|Ic(j;-)|を満たすことを特徴とする磁気記録素子を提供する。
【０００８】
このような本発明の磁気記録素子は磁気記録装置などに適用することができる。
【０００９】
また、本発明の第二は、磁化方向が可変な磁性層（記録層）を有し、スピン偏極した電子を注入され、スピン偏極した電流の流れの向きに応じて前記磁化方向が変化し、前記磁化方向に応じた情報を記録可能な磁気記録素子であって、前記記録層をn 層有し（nは２以上）、かつ、それらの磁化方向を反転するのに必要な電流の臨界値が互いに異なり、さらに、第i記録層の正負の反転電流臨界値をIc(i;+), Ic(i;-)とすると、任意のi,jに対して、Ic(i;+)>Ic(j; +)ならば|Ic(i;-)|>|Ic(j;-)|を満たす磁気記録素子について、記録層（1,2,…,n）を反転電流の大きいものから小さいものに並び替えたものをσ1,σ2,…,σnとし、Ic(σ1;+)>Ic(σ2;+)>…>Ic(σn;+)および|Ic(σ1;-)|>|Ic(σ2;-)|>…> |Ic(σn;-)|の関係を満たすIcについて、正の書き込み電流Iw(1; +),Iw(2; +),…,Iw(n; +) をIw(1; +) > Ic(σ1; +) > Iw(2; +) > Ic(σ2; +) > … > Iw(n; +) > Ic(σn; +)を満たす任意の値にとり、負の書き込み電流Iw(1;-)<…<Iw(2;-)<…< Iw(n;-) を、Iw(1;-) < Ic(σ1;-) < Iw(2;-) < Ic(σ2;-) < … < Iw(n;-) < Ic(σn;-)を満たす任意の値にとり、反転電流の大きい自由層から順にデータ列b[1](=0 or 1), b[2](=0 or 1), ..., b[n]=(0 or 1) を書きこむ際に、ビット情報b[1], b[2],...b[n] を順に書き並べて、値0または値１がn個並んだデータ列b = b[1]b[2]…b[n]を得た後に、データ列ｂを同じ値が連続する部分列に分割し、第a番目の部分列（a=1,2,…）の先頭位置を、データ列ｂ全体の先頭から数えたもので指定し、これをm(a)と表記すると、データ列ｂの先頭が１（b[1]=1）ならば、書き込み電流Iw(m(1) = 1; +)を流し、続けて、番号の小さい部分列から大きい部分列の順に、部分列の先頭位置にある自由層の書き込み電流Iw(m(a))を流すことによりデータ列ｂを書き込み（但し、データ列の先頭から数えて偶数番目の部分列の場合は、Iw(m(a))は負の電流であり、データ列の先頭から数えて奇数番目の部分列の場合は、Iw(m(a))は正の電流である）、データ列ｂの先頭が0（b[1]=0）ならば、書き込み電流Iw(m(1) = 1;-)を流し、続けて、番号の小さい部分列から大きい部分列の順に、部分列の先頭位置に対応する自由層の書き込み電流Iw(m(a))を流すことによりデータ列ｂを書き込む（但し、データ列の先頭から数えて偶数番目の部分列の場合は、Iw(m(a))は正の電流であり、データ列の先頭から数えて奇数番目の部分列の場合は、Iw(m(a))は負の電流である）ことを特徴とする磁気記録方法を提供する。
【発明の効果】
【００１０】
本発明の第一及び第二によれば、スピン偏極電流の注入による磁化反転を書き込み方式とする磁気記録素子において、１つの記録素子に複数ビットのデータを記録することが可能となる。また、この磁気記録素子を用いることにより高密度記録を実現する磁気記録装置を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
以下、図面を参照しながら本発明を実施するための形態について詳しく説明する。尚、実施の形態や実施例を通して共通する構成には同一の符号を付すものとし、重複する説明は省略する。また、参照する各図は発明の説明とその理解を促すための模式図であり、図面表示の便宜上、形状や寸法、比等は実際の装置と異なる個所があるが、これらは以下の説明と公知の技術を参酌して適宜、設計変更することができる。
【００１２】
（第１の実施の形態）
本発明の第１の実施の形態に係る磁気記録素子について説明する。第１の実施の形態に係る磁気記録素子は、２ビットのデータを格納することのできる磁気記録素子である。
【００１３】
＜素子構造＞
図１は、第１の実施の形態に係る磁気記録素子10の断面構造を模式的に表した図である。この磁気記録素子は、基板上に非磁性層などを介してあるいは介さずに、強磁性層FF1、非磁性層SL1、強磁性層FP1、非磁性層SU2、強磁性層FF2の順に積層されたものである。磁気記録素子10の平面形状は例えば四角であり、この場合の素子10の立体形状は四角柱もしくは四角錐台にすることができる。尚、図１に明示していないが、FF1の上部、FF2の下部に電極層を設けることができる。なお、強磁性層FP1、強磁性層FF1,FF2は、後述するように、複数のサブレイヤーからなる積層構造とすることもできる。
【００１４】
まず、強磁性層FP1，FF1，FF2が単層である場合を説明する。
【００１５】
強磁性層FP1は、強磁性材料からなる。 強磁性層FP1の磁化方向は膜面内に固着されており、電子電流の影響下においても変化しない。この磁化固着は、強磁性層FP1 に、一軸異方性定数Ｋｕが非常に大きい磁性材料を用いることにより行うことができる。あるいは、ＦＰ１に、ＦＦ１、ＦＦ２に比べて厚さが十分に厚い膜を用いることにより行うことができる。この他、強磁性層ＦＰ１が積層構造を有する場合には、別の方法で磁化固着することができるが、これについては固着層の変形例として後述する。このように磁化が固着されていることで、強磁性層FP1の磁化は、外部磁場下においても実質的に回転しないようになる。以下、強磁性層FP1 を固着層と称する。
【００１６】
強磁性層FF1とFF2は、強磁性材料からなる。強磁性層FF1とFF2には、固着化機構を設けない。よって、強磁性層FF1, FF2 の磁化方向は電子電流の影響を受けることで変化可能である。以下、強磁性層FF1, FF2 を自由層と称する。
【００１７】
中間層SL1(SU2)は、Siなどの非磁性半導体、Cuなどの非磁性金属、SiO2の非磁性絶縁膜などからなる。中間層SL1(SU2)は、固着層FP1 と自由層FF1(FF2) との間に働く直接的な磁気相互作用が無視できる程度に固着層FP1 と自由層FF1(FF2) とを隔離するだけの膜厚が必要である。同時に、素子に電流を流した場合に、固着層FP1 を透過した伝導電子が自由層FF1(FF2) に至るまでに電子のスピンの方向が反転しないことが要求されるため、中間層SL1（SU2）の膜厚はスピン拡散長よりも薄いことが必要である。
【００１８】
この磁気記録素子1において、電流を流さない状態で、自由層FF1 の磁化方向は膜面内にある容易軸方向の２つの方向のいずれかを向く。これらを、それぞれ「０」「１」のいずれかに割り当てることにより、自由層FF1 は１ビットのデータを格納することができる。自由層FF2 についても同様に１ビットのデータを格納することができるため、1個の磁気記録素子につき2ビットのデータを格納することができる。
【００１９】
自由層の磁化のとりうる方向のうち、どちらを「０」あるいは「１」とするかは任意であり、自由層FF1 と自由層FF2 に格納するデータの定義は独立である。したがって、一般性を失わずに、自由層FF1 の磁化が固着層FP1 の磁化に対して平行（反平行）な方向を向く状態を「０」（「１」）と定義することができる。また、自由層FF2 の磁化が固着層FP1 の磁化に対して反平行（平行）な方向を向く状態を「０」（「１」）と定義することができる（図２参照）。図２では、各断面模式図の下に記載された符号が4つのデータのいずれかに対応している。また、図２に示したように、電流の正方向とはＦＦ２からＦＦ１に向かう方向であると定義する。このときの電子の流れは、図２に示したようにＦＦ１からＦＦ２に向かう方向である。以下、この定義を用いて説明する。
【００２０】
＜書き込み方法＞
磁気記録素子10におけるデータの書き込みの方法について説明する。情報の書き込みは、自由層FF1 とFF2 の間に電子流を流すことによって行われる。
【００２１】
まず、正方向に電流を流す場合について説明する。このとき、電子流は、自由層FF1 から自由層FF2 に向けて流れる。自由層FF1 から固着層FP1 に流入した電子流のうち、一部は、固着層FP1 を通過して自由層FF2 に流入し、残りは、反射して自由層FF1 に戻る。
【００２２】
この際、固着層FP1 を通過して自由層FF2 に流入する電子流は、固着層FP1 の磁化方向に平行な方向にスピン偏極しており、自由層FF2 の磁化は、このスピン偏極した電子流から電流強度に比例したトルクを受ける。電流を流す前の自由層FF2 の磁化方向が固着層FP1 の磁化方向に対して反平行な場合（「０」の場合）、電流の強度がある臨界値Ic(2,＋) 以上であれば、自由層FF2 の磁化は反転して、固着層FP1 の磁化方向に平行な方向を向く。すなわち「１」が書き込まれる。つまり、臨界値Ic（2;＋）は、正方向（＋方向）の電流によって、自由層FF2の磁化が固着層FP1の磁化方向に平行な方向に向くために必要な値である。電流を流す前に、自由層FF2 に格納されたデータが「１」の場合は、正方向に電流を流しても、データは維持される。
【００２３】
一方、固着層FP1 で反射して自由層FF1 に戻る電子流は、固着層FP1 の磁化方向に反平行な方向にスピン偏極しており、自由層FF1 の磁化は、このスピン偏極した電子流から電流強度に比例したトルクを受ける。電流を流す前の自由層FF1 の磁化方向が固着層FP1 の磁化方向に対して平行な場合（「０」の場合）、電流の強度がある臨界値Ic(1;＋) 以上であれば、自由層FF1 の磁化は反転して、固着層FP1 の磁化方向に反平行な方向を向く。すなわち「１」が書き込まれる。電流を流す前に、自由層FF1 に格納されていたデータが「１」である場合は、正方向に電流を流しても、このデータは維持される。
【００２４】
素子を構成する各層の膜厚及び材料を選ぶことで、臨界値Ic(2;＋) と臨界値Ic(1;＋) の値が異なるようにすることができる。このような膜厚及び材料の選択については、後述する。このとき、これら２つの臨界値の中間の値をもつ大きさの電流を正方向に流すことにより、自由層FF1 と自由層FF2 のうち一方の磁化方向のみを反転させることが可能である。Ic(2; ＋) ＜ Ic(1; ＋) の関係が成り立つ場合とIc(2; ＋) ＞ Ic(1; ＋) の関係が成り立つ場合がありえるが、ここでは前者を例にとり、正方向に電流Ｉ（＞０）を流す場合を考える。
【００２５】
図３乃至１０は、電流書き込み工程を説明するための図である。各図の左列（“前”と表記した）に表した符号が電流書き込み前の磁気記録素子10が持つ符号であり、右列（“後”と表記した）に表した符号が電流書き込み後の磁気記録素子10の持つ符号である。
【００２６】
ＩがI ＜ Ic(2; ＋) を満たす場合、電流を流す前後で、図３に示したような状態変化が起こる。すなわち電流Ｉを流す前後において磁化方向は変化しない。ＩがIc(2; ＋) ＜ I＜ Ic(1; ＋) を満たす場合、図４に示したような状態変化が起こる（図２（ａ）に示す磁化状態は図２（ｂ）の磁化状態へ変化する）。ＩがI ＞ Ic(1; ＋)を満たす場合、図５に示したような状態変化が起こる（図２（ａ）に示す磁化状態は、図２（ｄ）に示す磁化状態に変化する）。
【００２７】
次に、負方向の電流（Ｉ＜０）を流す場合について説明する。この場合も同様の原理により、２つの臨界値Ic(1; −) ＜０、臨界値Ic(2; −) ＜０が定義でき、臨界値を越える大きさの電流を流す（｜Ｉ｜＞｜Ic（1; −）｜あるいは｜Ｉ｜＞｜Ic（2; −）｜）ことにより自由層FF1 あるいは自由層FF2 の磁化方向を反転させることができる。
【００２８】
｜Ic(1; −)｜＜｜Ic(2; −)｜の関係が成り立つ場合に、電流を負方向に流した場合の状態変化図は｜I｜＜｜Ｉｃ(1; −)｜のとき図３のようになり、｜Ic(1; −)｜＜｜I｜＜｜Ic(2; −)｜のとき図６のようになる。I ＞ Ic(2; −) のときは、図７のようになる。  従って、Ic(2; ＋) ＜ Ic(1; ＋) かつ｜Ic(1; −)｜＜｜Ic(2; −)｜が成り立つ場合には、図３乃至７の５通りの状態変化が可能であり、３値の磁気記録素子として利用できることがわかる。しかし、これらの状態変化のうちで”１０ ”以外の状態から”１０ ”への変化が存在しないため、この場合、４値の値をとる記録素子としては利用できないことになる。
【００２９】
｜Ic(1; −)｜＞｜Ic(2; −)｜の関係が成り立つ場合に、電流を負方向に流した場合の状態変化は、｜I｜＜｜Ic(2; −)｜のとき、図３のようになり、｜Ic(２; −)｜＜｜Ｉ｜＜｜Ic(１; −)｜のとき図４のようになる。｜Ｉ｜＞｜Ic(１; −)｜のときは、図７のようになる。
【００３０】
従って、Ic(１; ＋) ＞ Ic(２; ＋) かつ｜Ic(1; −)｜＞｜Ic(2; −)｜が成り立つ場合には、図３乃至６、７，８の５通りの状態変化が可能である。この場合は、２回の状態変化を経て”００”，”０１”，”１０”，”１１”の４状態のうちの任意の状態から他の任意の状態へと変化させることが可能である。書き込みに先立ち状態を読み出す必要がないため、高速かつ簡便な書き込みが可能である。
【００３１】
具体的には、例えば、図９に示したような手順で所望の状態を書き込むことができる。つまり、関係Iw(1; +) > Ic(1; +) > Iw(2; +) ＞ Ic(2; +) > 0 > Ic(2;-) >Iw(2;-) > Ic(1;-) > Iw(1;-) を満たす電流値Iw(1; +); Iw(2; +); Iw(1;-); Iw(2;-) を選ぶ。”００ ”を書き込むには、電流Iw(1;-) を流す。”０１ ”を書き込むには、まず電流Iw(1;-) を流し、続いて電流Iw(2; +) を流す。”１０ ”を書き込むには、まず電流Iw(1; +) を流し、続いて電流Iw(2;-) を流す。”１１ ”を書き込むには、電流Iw(1; +) を流す。
【００３２】
＜読み出し方法＞
次に、第１の実施の形態による磁気記録素子における情報の読み出し方法について説明する。
【００３３】
自由層FF1 およびFF2 の磁化方向として格納された情報は、磁気抵抗効果を利用して読み出すことができる。固着層FP1と自由層FF1 の間に電流を流したときの電気抵抗は、磁化方向が互いに平行のときの値Ｒ１に比べて、互いに反平行のときに高くなり、Ｒ１＋ΔＲ１と書ける。同様に、固着層FP1 と自由層FF2 の間に電流を流したときの電気抵抗は、磁化方向が互いに平行のときの値Ｒ２に比べて、互いに反平行のときに高くなり、Ｒ２＋ΔＲ２と書ける。
【００３４】
書き込みの項で述べた例、すなわち、Ic(１; ＋) ＞ Ic(２; ＋) かつ｜Ic(1; −)｜＞｜Ic(2; −)｜が成り立つ場合を例にとって説明する。Ｉｃ（２;−）＜Ｉ＜Ｉｃ（２;＋）を満たし、かつ、出力電圧が十分に確保できる程度の大きさを持つセンス電流を流したとき、ΔＲ１≠ΔＲ２ならば、自由層FF1 および自由層FF2 の磁化方向に応じて図１１の断面模式図に示したように、電気抵抗が記録状態に応じた４つの異なる値をとる。したがって、この電気抵抗の違いにより、読み出しを行うことが可能である。
【００３５】
＜固着層及び自由層の変形例＞
図１２乃至２６は、夫々、固着層FP1 および自由層FF1,FF2の断面を示す模式図である。
【００３６】
図１２乃至２６において、FMは強磁性サブレイヤー、FCは非磁性層であって、これを挟む２つの強磁性サブレイヤーFM間に強磁性的な結合をもたらす結合層である。ACは非磁性層であって、これを挟む２つの強磁性サブレイヤーFM間に反強磁性的な結合をもたらす結合層である。図１２乃至２６における矢印は、容易磁化方向を示している。
【００３７】
固着層FP1 および自由層FF1,FF2 は、それぞれ、図１２から図２６に示した断面模式図のうちのいずれかの内部構造をしている。また、固着層FP1 および自由層FF1,FF2 を構成する強磁性サブレイヤーFMは、複数の強磁性膜が積層された構造を有していても良い。つまり、固着層FP1 および自由層FF1,FF2 は、それぞれ、強磁性体の単層膜であるか、２層以上の強磁性膜が積層された多層膜、あるいは、強磁性のサブレイヤーFMおよび非磁性のサブレイヤーFC,ACが積層された多層膜である。固着層FP1は、その他の例として、図１２から図２６に示した断面模式図のうちのいずれかの内部構造を有し、かつ、固着層FP1を構成するサブレイヤーＦＭが、さらに内部構造を有し、強磁性膜が２層以上、反強磁性膜が１層以上積層された構造とすることもできる。ただし、この場合、固着層ＦＰ１を構成する膜のうち、中間層ＳＵ１と接する膜、および、中間層ＳＬ１と接する膜については、強磁性膜であることが必要である。このような積層構造は、強磁性膜と反強磁性膜の間に交換結合が存在するため、強磁性層の磁化を固着させる手段として用いることができる。
【００３８】
固着層FP1 および（あるいは）自由層FF1, FF2 が複数の強磁性サブレイヤーFMからなる場合、自由層FF1, FF2 に格納されるデータを以下のように定めることにより、それぞれが単層の場合と同様の方法で、書き込みおよび読み出しを行うことができる。自由層FF1 に格納されるデータは、固着層FP1 を構成するサブレイヤーのうち、中間層SL1 に接する強磁性サブレイヤーの磁化方向と、自由層FF1 層を構成するサブレイヤーのうち、中間層SL1 に接する強磁性サブレイヤーの磁化方向が互いに平行である場合に「０」、反平行である場合に「１」と定義する。自由層FF2 に格納されるデータは、固着層FP1 を構成するサブレイヤーのうち、中間層SU2 に接する強磁性サブレイヤーの磁化方向と、自由層FF2 層を構成するサブレイヤーのうち、中間層SU2 に接する強磁性サブレイヤーの磁化方向が互いに反平行である場合に「０」、平行である場合に「１」と定義する。
【００３９】
固着層FP1、および自由層FF1,FF2 を構成する非磁性サブレイヤーFC,ACは、それに隣接する両側の強磁性サブレイヤーの間に層間交換結合を生じさせる役割を担う。
【００４０】
一般に、非磁性層を介した層間交換結合は、図２７に模式的に表したように非磁性層の膜厚に対して正負に振動する。従って、図２７において正または負のピーク位置のいずれかに対応するように非磁性サブレイヤーの膜厚を設定すれば、その両側に隣接する強磁性サブレイヤーの間に強磁性的または反強磁性的な交換結合が生じる。強磁性層間交換結合を生じさせる非磁性サブレイヤーＦＣの膜厚は、例えば、図２７におけるt1に調節すれば良い。また、反強磁性層間交換結合を生じさせる非磁性サブレイヤーＡＣの膜厚は、例えば、図２７におけるt2 に調節すれば良い。
【００４１】
＜磁気記録素子の構造の変形例＞
本実施形態の磁気記録素子には、図２８乃至図３２の模式断面図を示したような変形構造を用いることができる。これらは、いずれも２ビットのデータを格納、記録、再生が可能な磁気記録素子である。
【００４２】
図２８乃至図３２における強磁性層のそれぞれは、図１２乃至図２６に示したような内部構造を持ち、複数の磁性層や、強磁性サブレイヤーFMと非磁性サブレイヤーFC,ACからなる積層構造とすることもできる。さらに、各強磁性サブレイヤーFMは複数の磁性層が積層されたものでもよい。また、さらに、図２８乃至図３２における強磁性層ＦＰ０，ＦＰ１、ＦＰ２は、それぞれ、各強磁性サブレイヤーFMを、強磁性膜が１層以上、反強磁性膜が１層以上積層された構造とすることもできる。ただし、この場合、固着層ＦＰ０，ＦＰ１、ＦＰ２を構成する膜のうち、中間層ＳＵ１，ＳＬ１、ＳＵ２，ＳＬ２と接する膜については、強磁性膜であることが必要である。このような積層構造は、図１に示した素子における強磁性層ＦＰ１の場合と同様に、強磁性層の磁化を固着させる手段として用いることができる。
【００４３】
図２８に示す素子は、図１に示す素子とほぼ同じ構造を有しているが、強磁性層Ｆが所定の方向の磁化を有するが、その磁化が固着されていない点が図１と異なる。しかしながら、この素子においても、記録後、次に再生されるまでの時間に強磁性層Ｆの磁化が反転してはならないという制約条件が課される。
【００４４】
図２９は、図１の積層構造に加えて、強磁性層ＦＦ１の上部に非磁性層ＳＵ１と強磁性層ＦＰ０が置かれた構造を示している。強磁性層ＦＰ０，ＦＰ１の磁化は固着されている。強磁性層ＦＰ０，ＦＰ１、ＦＦ１が単層である場合、ＦＰ０とＦＰ１の磁化方向は互いに反平行であることが望ましい。このような磁化方向を選ぶことにより、自由層ＦＦ１に働くトルクが図１の場合に比べて、少なくとも２倍になり、反転電流を下げることができる（特開２００４−１９３５９５参照）。強磁性層ＦＰ０、ＦＰ１，ＦＦ１のすべてまたはいずれかが図１２乃至２８に示したような積層構造を有している場合も次の２つの条件のうちいずれかを満たしていれば、同様の反転電流低減化の効果がある。また、この２つの条件は反転電流値の制御方法として利用できる。
【００４５】
第１の条件は、自由層ＦＦ１が図１２乃至１９のいずれかの積層構造を有し、かつ、固着層ＦＰ０を構成するサブレイヤーのうち、中間層ＳＵ１に最も近い位置にある強磁性サブレイヤーの磁化方向と、固着層ＦＰ１を構成するサブレイヤーのうち、中間層ＳＬ１に最も近い位置にある強磁性サブレイヤーの磁化方向とが互いに反平行になることである。
【００４６】
第２の条件は、自由層ＦＦ１が図２０乃至２８のいずれかの積層構造を有し、かつ、固着層ＦＰ０を構成するサブレイヤーのうち、中間層ＳＵ１に最も近い位置にある強磁性サブレイヤーの磁化方向と、固着層ＦＰ１を構成するサブレイヤーのうち、中間層ＳＬ１に最も近い位置にある強磁性サブレイヤーの磁化方向とが互いに平行になることである。
【００４７】
図３０は、図１の積層構造に加えて、強磁性層ＦＦ２の下部に非磁性層ＳＬ２と強磁性層ＦＰ２を積層した構造の断面模式図である。強磁性層ＦＰ１，ＦＰ２の磁化は固着されている。上と同様の理由で、強磁性層ＦＰ１，ＦＰ２、ＦＦ２が単層である場合、ＦＰ１，ＦＰ２の磁化方向は互いに反平行であれば反転電流低減化が期待できるため望ましい。また、強磁性層ＦＰ１、ＦＰ２，ＦＦ２のすべてまたはいずれかが図１２乃至２６に示したような積層構造を有している場合も、ＦＰ１、ＦＰ２，ＦＦ２が、図２９の構造を持つ素子における、ＦＰ０、ＦＰ１，ＦＦ１が満たすべき関係を満たすことで反転電流低減化の効果が得られる。
【００４８】
図３１は、図１の積層構造に加えて、強磁性層ＦＦ１の上部に非磁性層ＳＵ１と強磁性層ＦＰ０が置かれ、さらに、強磁性層ＦＦ２に非磁性層ＳＬ２と強磁性層ＦＰ２が積層された構造の断面模式図である。強磁性層ＦＰ０，ＦＰ１，ＦＰ２の磁化は所定方向に固着されている。
【００４９】
上記の図２９におけるＦＰ０とＦＰ１が満たすべき関係を図３１におけるＦＰ０とＦＰ１が満たせば、同様の反転電流低減効果がある。また、上記の図３０におけるＦＰ１とＦＰ２が満たすべき関係を図３１におけるＦＰ１とＦＰ２が満たせば、同様の反転電流低減効果がある。
【００５０】
図３２は、図３１の積層構造から強磁性層ＦＰ１を除いた構造を有している。この場合、自由層ＦＦ１，ＦＦ２に格納されるデータの定義を以下のように定めることにより、図１の構造を持つ素子の書き込みの項で説明した方法により書き込みを行うことができる。自由層ＦＦ１に格納されるデータは、自由層ＦＦ１を構成する強磁性サブレイヤーのうち最上部に位置するものの磁化方向が、固着層ＦＰ０を構成する強磁性サブレイヤーのうち最下部に位置するものの磁化方向に対して平行であるとき「１」、反平行であるとき「０」であると定義する。
【００５１】
図２８から図３２に示した各素子における読み出し方法は、図１に示した素子の場合と同様に磁気抵抗効果を用いて読み出すことができる。すなわち、非磁性層を介して接する2 つの強磁性層の磁化方向が互いに平行な場合と反平行な場合で各層の接合面に垂直に電流を流したときの電気抵抗が異なることを用いる。
【００５２】
図１、図２８乃至図３２に示した各素子において、強磁性層のすべてまたは一部に垂直磁気異方性を持つ材料を用いることもできる。自由層に垂直磁気異方性を持つ材料を用いる場合、それに非磁性層を介して接する固着層、あるいは、図２８の素子における強磁性層Ｆも垂直磁気異方性を有する。
【００５３】
＜各層の材料および膜厚＞
次に、上記磁気記録素子の各層の構成材料について説明する。
【００５４】
自由層FF1,FF2 には、Co,Fe,Ni またはこれらを含む合金を用いることができる。また、自由層の厚さは、0.6nm-100nm の範囲内とすることが望ましい。
【００５５】
固着層FP0,FP1,FP2 の磁化を固着させるための反強磁性層の材料としては、Fe-Mn, Pt-Mn, Pt-Cr-Mn, Ni-Mn, Pd-Mn, Pd-Pt-Mn, Ir-Mn, Pt-Ir-Mn, NiO, Fe2O3、磁性半導体などを用いることが望ましい。
【００５６】
固着層FP0,FP1,FP2には、Co,Fe,Niまたはこれらを含む合金を用いることができる。また、固着層FP0,FP1,FP2の材料のスピン分極率が高い方が固着層FP1 と自由層の間に垂直に電流を流したときの磁化反転効率が高くなるので望ましい。また、このとき、ＭＲ比が大きくなり、読み出しが容易になるという利点もある。従って、ハーフメタルと呼ばれる高スピン分極率材料は、固着層の材料として理想的である。ハーフメタルの例として、ホイスラー系合金、ルチル型酸化物、スピネル型酸化物、ペロブスカイト型酸化物、二重ペロブスカイト型酸化物、閃亜鉛鉱型クロム化合物、パイライト型マンガン化合物、センダスト合金が含まれる。固着層FP1 の厚さは、0.2nm-50nm の範囲内とすることが望ましい。
【００５７】
また、これらの磁性体には、Ａｇ、Ｃｕ、Ａｕ、Ａｌ、Ｍｇ、Ｓｉ、Ｂｉ、Ｔａ、Ｂ、Ｃ、Ｏ、Ｎ、Ｐｄ、Ｐｔ、Ｚｒ、Ｉｒ、Ｗ、Ｍｏ、Ｎｂ、Ｈなどの非磁性元素を添加して、磁気特性を調節したり、その他、結晶性、機械的特性、化学的特性などの各種物性を調節することができる。
【００５８】
固着層FP1 および（あるいは）自由層ＦＦが多層膜構造を有する場合、それを構成する非磁性サブレイヤーの材料として、Cu,Au,Ag,Ru,Ir,Os あるいは、これらのいずれか一種以上を含む合金を用いることができる。
【００５９】
強磁性層の磁化が反転するための電流（反転電流）は、非特許文献１によると効率因子g、自由層の膜厚t として、t/g に比例する。効率因子ｇは、固着層および自由層に用いる材料のスピン偏極度に依存する他、素子構造にも依存する。素子構造とは、例えば、自由層に非磁性層を介して積層された固着層の数等であり、自由層に働くトルクの大きさを変化させる構造である。強磁性層また、電流を正方向に流す場合と負方向に流す場合とで異なる。したがって、自由層FF1 の反転電流値と自由層FF2 の反転電流値の大小関係が正負で逆転しないように材料や膜厚を適宜調整することが必要である。
【００６０】
強磁性層FP0,FP1,FP2,FF1,FF2 の磁化方向を膜面に垂直方向に向ける場合は、磁気異方性エネルギー密度Ｋｕが大きく、垂直磁気異方性を示すFePt,CoPt,FePd,CoPd などを用いることで、これを行うことができる。また、ｈｃｐ構造（最密六方構造）の結晶構造を持ち、垂直磁気異方性を示す磁性材料を用いることもできる。このような磁性材料としては、Ｃｏを主成分とする金属を含むものが代表的であるが、他のｈｃｐ構造を有する金属を用いることもできる。その他、希土類元素と鉄族遷移元素との合金で、垂直磁気異方性を示す材料を用いることもできる。具体的には、GdFe、GdFeCo、TbFe、TbFeCo、DyFe、DyFeCoなどが挙げられる。また、積層構造を有する場合、それを構成する強磁性サブレイヤーとしてＣｏを、非磁性サブレイヤーとしてＰｔまたはＰｄを用いることができる。
【００６１】
中間層として非磁性金属を用いる場合には、Au, Cu, Cr, Zn, Ga, Nb, Mo, Ru, Pd, Ag, Hf, Ta, W, Pt, Bi のうちのいずれか、あるいは、これらのいずれか一種以上を含む合金を用いることができる。また、この非磁性金属中間層の厚さは、0.2nm-20nm の範囲内とすることが望ましい。
【００６２】
また、中間層をトンネルバリア層として機能させる場合には、Al2O3（酸化アルミニウム）、SiO2（酸化シリコン）、ＭｇＯ（酸化マグネシウム）、ＡｌＮ（窒化アルミニウム）、Bi2O3（酸化ビスマス）、MgF2（フッ化マグネシウム）、ＣａＦ２（フッ化カルシウム）、SrTiO2（酸化チタン・ストロンチウム）、AlLaO3（酸化ランタン・アルミニウム）、Ａｌ−Ｎ−Ｏ（酸化窒化アルニウム）、Ｓｉ−Ｎ−Ｏ（酸化窒化シリコン）、非磁性半導体（ＺｎＯ、ＩｎＭｎ、ＧａＮ、ＧａＡｓ、TiO2, Ｚｎ、Ｔｅ、またはそれらに遷移金属がドープされたもの）などを用いることができる。これらの化合物は、化学量論的にみて完全に正確な組成である必要はなく、酸素、窒素、フッ素などの欠損、あるいは過不足が存在していてもよい。また、この絶縁中間層の厚さは、0.2nm-50nm の範囲内とすることが望ましい。中間層に絶縁体を用いることで、磁気抵抗比を高め、読み出しの効率を高めることができる。本素子においては、４つの抵抗値を区別することによって、データの読み出しを行うため、十分な読み出し出力を確保するために絶縁体中間層を用いることが好ましい。
【００６３】
（実施例１）
本実施形態の実施例の１つとして図１の断面構造を持つ磁気記録素子の実施例１−１、１−２、を作製した。なお、図１には示されていないが、図に示された積層膜の上方に電極（配線）ＥＬ１が設けられ、下方に電極（配線）ＥＬ２が設けられている例を以下に示す。以下の記載において、（）内の単位nm が付加された値は膜厚を示す。
【００６４】
実施例１−１：
電極ＥＬ１（Ｃｕ）／自由層ＦＦ１（Ｃｏ：３ｎｍ）／中間層ＳＬ１（ＭｇＯ：０．９ｎｍ）／固着層ＦＰ１（Ｃｏ：５ｎｍ／ＰｔＭｎ：１２ｎｍ／Ｃｏ：５ｎｍ）／中間層ＳＵ２（Ａｌ2Ｏ3：０．８ｎｍ）／自由層ＦＦ２（Ｃｏ：t2ｎｍ）／電極ＥＬ２（Ｃｕ）。
【００６５】
実施例１−２：
電極ＥＬ１（Ｃｕ）／自由層ＦＦ１（Ｃｏ：３ｎｍ）／中間層ＳＬ１（ＭｇＯ：０．９ｎｍ）／固着層ＦＰ１（Ｃｏ：５ｎｍ／ＰｔＭｎ：１２ｎｍ／Ｃｏ：５ｎｍ）／中間層ＳＵ２（Ａｌ2Ｏ3：０．８ｎｍ）／自由層ＦＦ２（Ｎｉ：３ｎｍ）／電極ＥＬ２（Ｃｕ）
これらの磁気記録素子は、以下の工程により作製した。
【００６６】
まず、ウェーハの上方に下側電極ＥＬ２が形成される。次に、超高真空スパッタ装置を使って、自由層ＦＦ２ 、中間層ＳＵ２ 、固着層ＦＰ１ 、反強磁性層ＡＦ１、中間層ＳＬ１、自由層ＦＦ１からなる積層構造が下側電極ＥＬ２の上に形成され、さらにその上にが形成される。各層の成膜時には、その層を構成する材料からなるターゲットを用いた。
【００６７】
このウェーハを磁場中真空炉にて、２７０℃で約１０時間、磁場中アニールして、強磁性層に一方向異方性が付与される。この膜に対し、ＥＢ（Electron Beam）レジストを塗布してＥＢ露光した後、磁気記録素子の形状に応じたマスクが形成される。次にイオンミリング装置によりマスクに被覆されない領域がエッチングされる。セルの加工サイズは、１００ｎｍ×５０ｎｍである。エッチング後、マスクが剥離され、さらにセルの相互間にＳｉＯ2 が超高真空スパッタ装置を使って成膜される。その後、表面はイオンミリングにより平滑化され、保護膜の表面を露出させる「頭出し」を行った。この保護膜の表面の上に上側電極ＥＬ１が形成される。この結果、図１の磁気記録素子を形成した。
【００６８】
得られた実施例が意図した動作を行うかどうかは、各層の接合面に対して垂直方向に流す電流量に対する抵抗を測定することにより確認することができる。詳しくは、以下に述べる現象が確認できれば良い。
【００６９】
まず、電流をImax>0 からImin<0 まで掃引し、各電流値での抵抗を測定する。ここで、電流の上限IMAX と下限IMIN の絶対値は十分大きな値（例えば10MA）にとる。この測定結果は、典型的には、図３３のような電流依存性を示す。つまり、電流が負の範囲において、２回の不連続な抵抗変化が起こる。その閾値をIC(<;-), IC(>;-) とし、I>Ic(<;-),IC(>;-) <I<IC(<;-),IC(>;-)>I のときの抵抗値をそれぞれRa,Rb,Rc とする。
【００７０】
次に、電流をImin<0 からIMAX>0まで掃引し、各電流値での抵抗を測定する。この測定結果は、典型的には、図３４のような電流依存性を示す。つまり、電流が正の範囲において、２回の不連続な抵抗変化が起こる。その閾値をIc(<;+), IC(>;+) とする。I<IC(<; +),IC(>; +)<Iのときの抵抗値は、それぞれRA,RCである。また、IC(<;+) <I<IC(>;+) のときの抵抗値をRdとすると、RbとRd は異なり（大小関係は不問）、RaおよびRcは、その間の値を示す。
【００７１】
以上の現象が確認できれば、”１１ ”→ ”０１ ”→ ”００ ”→ ”１０ ”→ ”１１ ”または”１１ ”→ ”１０ ”→ ”００ ”→ ”０１ ”→ ”１１ ”の書き込みが行われたことになる。
【００７２】
実施例１−１の構造において自由層FF2 の厚みt2 が異なる実施例をいくつか作製し、それぞれのサンプルについて、上記の動作確認を行ったところ、t2＝1nm または、t2＝9nm のときに、書き込み、読み出しの動作確認ができた。これは、２つの自由層の膜厚における非対称性が反転電流に差異を与えたことを意味している。つまり、一方の自由層の厚みが他方の自由層の厚みに比べて小さいとき、厚みの小さい方の反転電流が小さくなる。厚みの比を１を超える値にとらなければならなかったのは、正負の反転電流に非対称性を超える非対称性を膜厚に課さなければ正負の反転電流における大小関係の逆転が起こってしまうためである。
【００７３】
また、実施例１−２の構造では、２つの自由層の膜厚は等しいが、書き込み、読み出しの動作確認ができた。これは、２つの自由層に用いる磁性材料の違いが反転効率に差異を与えたことを意味している。つまり、自由層ＦＦ２に、自由層ＦＦ１よりも低いスピン偏極率を持つ材料を用いているために自由層ＦＦ２の反転電流が小さくなっている。
【００７４】
（実施例２）
第２の実施形態の実施例として、図３０の構造および以下の材料を持つ磁気記録素子の実施例２−１と、図３１の構造および以下の材料を持つ磁気記録素子の実施例２−２、２−３を作製した。
【００７５】
実施例２−１：電極ＥＬ１（Ｃｕ）／自由層ＦＦ１（Ｃｏ：３ｎｍ）／中間層ＳＬ１（Al2O3：０．７ｎｍ）／固着層ＦＰ１（Ｃｏ：１０ｎｍ／ＰｔＭｎ：１０ｎｍ／Ｃｏ：５ｎｍ／Ｒｕ：１ｎｍ／Ｃｏ：４ｎｍ）／中間層ＳＵ２（Ｃｕ：４ｎｍ）／自由層ＦＦ２（Ｃｏ：2.4 ｎｍ）／中間層SL2(ＭｇＯ：０．８ｎｍ) ／固着層FP2（Co：１０ｎｍ／ＰｔＩｒＭｎ：２０ｎｍ）／電極ＥＬ２（Ｃｕ）。
【００７６】
実施例２−２：電極ＥＬ１（Ｃｕ）／固着層ＦＰ０（ＩｒＭｎ：１８ｎｍ／Ｃｏ：１０ｎｍ）／中間層ＳＵ１（ＭｇＯ：０．９ ｎｍ）／自由層ＦＦ１（Ｃｏ：３ｎｍ）／中間層ＳＬ１（Ｃｕ：６ｎｍ）／固着層ＦＰ１（Ｃｏ：５ｎｍ／Ｒｕ：１ｎｍ／Ｃｏ：５ｎｍ／ＰｔＩｒＭｎ：１３ｎｍ／Ｃｏ：１２ｎｍ）／中間層ＳＵ２（Al2O3：０．７ｎｍ）／自由層ＦＦ２（Ｃｏ：１ｎｍ）／中間層ＳＬ２ (Ｃｕ：４ｎｍ) ／固着層ＦＰ２（Co：１２ｎｍ／ＦｅＭｎ：１５ｎｍ）／電極ＥＬ２（Ｃｕ）
実施例２−３：電極ＥＬ１（Ｃｕ）／固着層ＦＰ０（ＩｒＭｎ：１８ｎｍ／Ｃｏ：１０ｎｍ）／中間層ＳＵ１（ＭｇＯ：0.８ ｎｍ）／自由層ＦＦ１（Ｃｏ：３ｎｍ）／中間層ＳＬ１（Ｃｕ：６ｎｍ）／固着層ＦＰ１（Ｃｏ：５ｎｍ／Ｒｕ：１ｎｍ／Ｃｏ：５ｎｍ／ＰｔＩｒＭｎ：１３ｎｍ／Ｃｏ：１２ｎｍ）／中間層ＳＵ２（Al2O3：０．７ｎｍ）／自由層ＦＦ２（Ｃｏ：２ｎｍ／ＦｅＮｉ：１ｎｍ）／中間層ＳＬ２ (Ｃｕ：４ｎｍ) ／固着層ＦＰ２（Fe3O4：１２ｎｍ／ＦｅＭｎ：１５ｎｍ）／電極ＥＬ２（Ｃｕ）
得られたサンプルについて、実施例１で述べた判定法により書き込み、読み出しの動作確認ができた。
【００７７】
実施例２−１では、自由層の膜厚にも差があるが、実施例１−１で見られたほどの膜厚の差がなくても、正負の反転電流の大小関係が維持された。これは、以下のように説明される。実施例２−１では、自由層ＦＦ１と非磁性層を介して接する強磁性層はＦＰ１の１層のみであるのに対し、自由層ＦＦ２と非磁性層を介して接する強磁性層はＦＰ１とＦＰ２の２層存在する。そのため、電流を正方向に流す場合、負方向に流す場合のそれぞれにおいて、自由層ＦＦ２の方が自由層ＦＦ１に比べて、高効率のスピントランスファトルクを受け、反転電流が小さくなる。
【００７８】
つまり、図３０に示したような、２つの自由層の間に非対称性が存在するような構造は、本発明を実施する上で有利な構造といえる。ここで言う２つの自由層の間の非対称性とは、詳しく述べると次のようになる。図３０に示したように、自由層ＦＦ１と共有点を持つ平面Ｌ１によって、全空間は、２つの部分空間に分割される。２つの部分空間のうち、もう一方の自由層ＦＦ２を含まない方をΣ(1,A)とし、含む方をΣ(1,B)とする。同様に、自由層ＦＦ２と共有点を持つ平面Ｌ２によって、全空間は、２つの部分空間に分割される。２つの部分空間のうち、もう一方の自由層ＦＦ１を含まない方をΣ(2,A)とし、含む方をΣ(2,B)とする。このとき、Σ(1,A)には、固着層が存在しないが、Σ(2,A)には、固着層FP1が存在する。
【００７９】
実施例２−２では、自由層ＦＦ１と自由層ＦＦ２の膜厚が異なるため、異なる反転電流が得られた。実施例２−２では、自由層ＦＦ２の方が膜厚が小さいため反転電流が小さくなる。
【００８０】
実施例２−３では、材料に由来する素子の上半部と下半部における非対称性のために、異なる反転電流が得られた。実施例２−３では、自由層ＦＦ２の方が、高いスピン偏極率を持つ強磁性層（固着層ＦＰ２）に非磁性層を介して接しているため、高効率のスピントランスファトルクを受け、そのため、反転電流が小さくなる。
【００８１】
（第２の実施の形態）
本発明の第２の実施形態に係る磁気記録素子は、１個の素子につき、ｎ（＞２）個の自由層を有し、ｎビットのデータを記録することが可能である。以下、このような磁気記録素子について図面を参照しつつ説明する。
【００８２】
＜素子構造＞
図３５は、第２の実施形態に関わる磁気記録素子の断面模式図（一部省略）である。この磁気記録素子２０は、強磁性層FP, FFと非磁性層SU, SLが交互に積層された構造を有し、そのうち、強磁性層は、磁化が固着された層（固着層FP）と磁化が可変な層（自由層FF）が交互に配置されている。図３５では省略されているが、固着層の磁化方向を固着するための手段として、固着層と非磁性層の間に反強磁性層を配置することもできる。あるいは、固着層の磁化方向を固着する別の手段として、電子電流によって磁化が反転しない程度に強い保磁力を有する材料を固着層に用いることもできる。
【００８３】
強磁性層のそれぞれは、図１２乃至１９、図２０乃至図２６に示したような内部構造を有していてもよい。さらに、強磁性層を構成するサブレイヤーが、複数の強磁性層が積層された構造を有する場合もある。
【００８４】
自由層FFがｎ層あるとき、本磁気記録素子１つにつき、ｎビットのデータを格納することが可能である。i=1,2,...,n のそれぞれについて、上から第i 番目に位置する自由層をＦＦ (i) と呼び、ＦＦ（i）に接する上下の非磁性層のうち上に位置する非磁性層をＳＵ（i）、下に位置する非磁性層をＳＬ（i）と呼ぶ。また、非磁性層ＳＵ（i）に接する固着層をＦＰ（i-1）、非磁性層ＳＬ（i）に接する固着層をＦＰ (i) と呼ぶ。ＳＵ（１）およびＦＰ（0）は存在しない場合もありうる。ＳＬ（ｎ）およびＦＰ（ｎ）は存在しない場合もありうる。
【００８５】
自由層ＦＦ（i）が図１２乃至１９に示すような積層構造を有する場合、図３５の構造において、固着層ＦＰ（i-1）を構成する強磁性サブレイヤーのうち最下部のものの磁化方向と、固着層ＦＰ（i）を構成する強磁性サブレイヤーのうち最上部のものの磁化方向は反平行になるように固着されていることが望ましい。このように磁化方向を配置することで自由層ＦＦ（i）の反転電流を低減化することができる。
【００８６】
自由層ＦＦ（i）が図２０乃至２６に示すような積層構造を有する場合、図３５の構造において固着層ＦＰ（i-1）を構成する強磁性サブレイヤーのうち最下部のものの磁化方向と、固着層ＦＰ（i）を構成する強磁性サブレイヤーのうち最上部のものの磁化方向は平行になるように固着されていることが望ましい。このように磁化方向を配置することで自由層ＦＦ（i）の反転電流を低減化することができる。尚、積層順については図３５の上下を反転させてもよい。
【００８７】
＜書き込み＞
本実施形態に係る磁気記録素子のデータの書き込み方法は、第１の実施形態の場合と同様に、膜面に垂直方向に電流を流すことで行われる。
【００８８】
i=1,2,...,n のそれぞれについて、正方向（図３５の下から上に向かう方向）に十分大きな電流を流したとき、自由層ＦＦ（i）の磁化方向は、ある方向（第１の方向と呼ぶ）を向き、逆に負方向（図３５の上から下に向かう方向）に十分大きな電流を流したとき第１の方向と逆方向を向く。自由層ＦＦ（i） に格納されるデータは、ＦＦ（i）の磁化方向が第１の方向を向いているとき「１」と定義し、第１の方向と逆方向を向いているとき「０」と定義する場合の書き込みの詳細について以下で説明する。
【００８９】
電流I（>Ic(i; +)> 0）を流すことにより、自由層ＦＦ（i）に格納されたデータが「０」から「１」に反転する。また、電流I（<IC(I;-)< 0）を流すことにより、自由層ＦＦ（I）に格納されたデータが「１」から「０」に反転する。本磁気記録素子によって、2<SUP>n個の値を任意に書き込むことを可能にするためには、『任意のi,j（ただしi ≠ j）に対して、Ic(i;＋) > Ic(j;+) ならば|Ic(i;-)| > |Ic(j;-)| である』ことが必要十分条件である。
【００９０】
なぜなら、仮に、あるI,j（ただしi ≠ j）に対してIc(i; ＋) > Ic(j; +) かつ|Ic(i;-)| < |IC(J;-)| であるか、または、IC(I; ＋) < IC(J; +) かつ|IC(I;-)| < |IC(J;-)| であるならば、第１の実施形態の書き込みの項で述べたように、2<SUP>n 個の値の中で、書き込めない値が発生するからである。
【００９１】
『任意のI, j（ただしi ≠ j）に対してIc(i; +) ＞ Ic(j; +) ならば|Ic(i;-)| > |Ic(j;-)| である』という条件が成り立つ場合、例えば、次の手順により2n個の値を任意に書き込むことが可能である。
【００９２】
まず、σ1,σ2,…,σn は、1,2,…,n を反転電流の大きいものから小さいものに並び替えたものとする（Ic(σ1; +) > Ic(σ2; +) > … > Ic(σn; +)および|Ic(σ1;-)| > |Ic(σ2;-)| > …> |Ic(σn;-)|が成り立つものとする）。
【００９３】
電流値Iw(1; +),Iw(2; +),…,Iw(n; +) をIw(1; +) > Ic(σ1; +) > Iw(2; +) > Ic(σ2; +) > … > Iw(n; +) > Ic(σn; +)を満たす任意の値にとる。電流値Iw(1;-); Iw(2;-)>…> Iw(n;-) を、Iw(1;-) < Ic(σ1;-) < Iw(2;-) < Ic(σ2;-) < … < Iw(n;-) < Ic(σn;-)を満たす任意の値にとる。
【００９４】
反転電流の大きい自由層から順に（自由層FF(σ1), FF(σ2), ..., FF(σn)の順に）、データb[1](=0 or 1), b[2](=0 or 1), ..., b[n]=(0 or 1) を書きこむ場合を考える。
【００９５】
まず、b[1], b[2],... を順に書き並べると0 または１がn 個並んだビット列b = b[1]b[2]…b[n] が得られる。（以下、説明を具体的にするために、n=6、b=110001を書き込む例を併記する。）
次に、ビット列ｂを同じ値が連続する部分列（この部分列をブロックと呼ぶ）ごとに分割する。ブロックの数をＡとすると１≦Ａ≦nである。（例えば、b=110001 は、11/000/1 と３つのブロックに分割できる。つまりA=3である。）
第aブロック（a=1,2,…,A）の先頭位置を、ビット列ｂ全体の先頭から数えたもので指定することができ、これをm(a)と表記する。（上の例では、m(1)=1,m(2)=3,m(3)=6である。）
このとき、ビット列の先頭が１（つまり、b[1]= 1）ならば、Iw(m(1) = 1; +), Iw(m(2);-), Iw(m(3); +),...の順に電流をA回流すことによりビット列ｂに対応するデータを書き込むことができる。（例：Iw(1; +); Iw(3;-); Iw(6; +) の順で流す。）
また、ビット列の先頭が0（つまり、b[1]=0）ならば、Iw(m(1) = 1;-), Iw(m(2); +), Iw(m(3);-),... の順に電流をA回流すことにより本素子にビット列b に対応するデータを書き込むことができる。
【００９６】
＜読み出し＞
本素子におけるデータの読み出し方法は、第１の実施形態の場合と同様に、膜面に垂直方向に電流を流し、磁気抵抗効果を用いることで行われる。自由層ＦＦ（i）の磁化方向に応じて固着層FP1(i-1) と固着層FP1(i)の間の電気抵抗はＲ (i) あるいはＲ (i) ＋ΔＲ（i）である。ここで、0≦x≦2n -1を満たす任意の整数xに対して、xを２進数表示したときの第i桁の数字をb(x,i) と定義する(b(x,i)=0 or 1 である)。さらに、函数b(x,i) を用いて、素子の電気抵抗を示す式（１）の函数r(x)を定義する。
【数１】
2006156840.tif 000003
【００９７】
素子が互いに異なる2n個の抵抗値を持つ、つまりr(0),r(1),…,r(2n -1)が互いに異なるように材料や膜厚、構造等を選ぶ必要がある。なお、読み出しの際のセンス電流の強度Isは、maxIc(1;-),…,Ic(n;-)<Is<minIc(1;+),…,Ic(n;+)を満たすようにとる。
【００９８】
（実施例３）
本実施形態の実施例３として、３ビット記録が可能な記録素子（サンプル１）を作製した。実施例１：電極ＥＬ１（Ｃｕ）／自由層ＦＦ１（Ｃｏ：２．５ｎｍ）／中間層ＳＬ１（Al2O3：０．７ｎｍ）／固着層ＦＰ１（Ｃｏ：４ｎｍ／Ｒｕ：１ｎｍ／Ｃｏ：４ｎｍ／ＩｒＭｎ：１５ｎｍ／Ｃｏ：９ｎｍ）／中間層ＳＵ２（Ｃｕ：４ｎｍ）／自由層ＦＦ２（ＦｅＮｉ：２ｎｍ）／中間層ＳＬ２ (ＭｇＯ：０．６ｎｍ) ／固着層ＦＰ２（Ｃｏ２ＣｒＡｌ：１０ｎｍ／ＰｔＭｎ：１４ｎｍ／Ｃｏ２ＭｎＳｉ：１２ｎｍ）／中間層ＳＵ３（ＭｇＯ：０．８ｎｍ）／自由層ＦＦ３（Ｃｏ：２ｎｍ／ＣｏＦｅＮｉ：１ｎｍ）／中間層ＳＬ３ (Ｃｕ：５ｎｍ) ／固着層ＦＰ３（ＣｏＦｅ：１０ｎｍ／ＰｔＩｒＭｎ：１８ｎｍ）／電極ＥＬ２（Ｃｕ）
得られたサンプルについて、各層の接合面に対して垂直方向に電流を流し、電流値を変化させたときの抵抗の変化を調べた結果が図３７、図３８である。
【００９９】
(１) 電流を+10mAから-10mA まで掃引したところ、電流値が負の範囲で３度の不連続な変化が見られた。（図３７）この閾値を絶対値の大きな方から順にIc(σ1; -),Ic(σ2; -),Ic(σ3;-)とする。
【０１００】
（２）電流を-10mA から+10mA まで掃引したところ、電流値が正の範囲で３度の不連続な変化が見られた。（図３８）この閾値を絶対値の大きな方から順にIc(σ1; +),Ic(σ2; +),Ic(σ3; +)とする。
【０１０１】
（３）Ic(σ1;-) < I1 < IC(Σ2;-) を満たす電流値I1 を選ぶ。電流を+10MA からI1 まで掃引し、その後、電流を正の方向に増加させると、I=I1からI=IC(Σ3; +)までは一定値をとり、I = IC(Σ3; +) において、不連続な変化が見られた。このとき、I > Ic(σ3; +) での抵抗値は、（１）（２）のときと異なる値だった（図３７の（３）以降の抵抗値）。
【０１０２】
（４）Ic(σ1; +) < I1 < Ic(σ2; +) を満たす電流値I2 を選ぶ。電流を-10mA からI2 まで掃引し、その後、電流を減少（負方向に増加）させると、I=I2からI=Ic(σ3; -)までは一定値をとり、I = Ic(σ3;-) において、不連続な変化が見られた。このとき、I < Ic(σ3;-) での抵抗値は、（１）（２）のときと異なる値だった（図３８の（４）以降の抵抗値）。
【０１０３】
σ1; σ2; σ3 が1,2,3 のいずれであるかは不明であっても記録、再生に問題ない。ただし、本サンプルにおいてσ2 = 3 であることが以下により分かる。図３７，３８で計8個の異なる抵抗値が得られたが、このうち最大の値を示したのは、（３）の掃引におけるI > Ic(σ3; +) のときだった。このとき、格納されているデータb はb[σ1 ]= 1,b[σ2] = 0, b[σ3] = 1 のはずである。図３６から最も抵抗が高い状態は”１１０ ”であるから、σ2 = 3 であることがわかる。
【０１０４】
また、固着層FP2 は固着層ＦＰ１よりもスピン分極率が高い材料をもちいていることから自由層ＦＦ２の方が自由層ＦＦ１よりも反転電流が低いと考えられる。つまり、本実施例において、σ1 = 1, σ3 = 2 であると考えられる。
【０１０５】
（第３の実施の形態）
第１及び第２の実施形態に係る磁気記録素子は、微小かつ磁化反転機構を有することから、各種用途に適用できる。より詳しくは、これらの磁気記録素子を、多数並べることにより、ＭＲＡＭ等の記録再生装置に適用することができる。以下、これに関する実施形態について説明する。
【０１０６】
図３９は、本実施形態に係る磁気記録装置の断面構造（一部）を模式的に示す図である。すなわち、本実施形態の磁気記録装置は、一般にワード線と呼ばれる電極層（下層配線）WL の上に複数の磁気記録素子Ｒが互いに並列に配置された構造を有する。磁気記録素子Ｒは、第１及び第２の実施形態のあらゆる構成の磁気記録素子のうちの任意のものにより実現される。各磁気記録素子Ｒは、絶縁膜Ｉによって、相互に電気的に絶縁されている。それぞれの磁気記録素子Ｒは、上部において、一般にビット線と呼ばれる電極層（上層配線）ＢＬが接続されている。
【０１０７】
ビット線とワード線を指定することにより、特定の磁気記録素子Ｒを選択できる。
【０１０８】
磁気記録素子Ｒへの記録は、電極層ＷＬから磁気記録素子Ｒを通過し、電極層ＢＬへと流れる電流、あるいは電極層ＢＬから磁気記録素子Ｒを通過し、電極層ＷＬへと流れる電流によりなされる。磁気記録素子のサイズ、構造、組成等により、各自由層について、正負の磁化反転電流値I(i; +) とI(i;-) が決定される。第１及び第２の実施形態の書き込みの項で述べたように、書き込み電流を１回からn回、メモリセルに流すことで記録が可能となる。
【０１０９】
再生は、記録と同じく再生対象の記録素子と接続された電極層WL、BL 間に電流を流すことにより行われる。詳細は、第１及び第２の実施形態の読み出しの項で述べた通りである。
【０１１０】
その際の電流の方向はどちらを向いていても構わない。再生の際は、記録されている情報が書き換えられないように、磁化反転電流の下限Imin=minIc(1;+),…,Ic(n;+),|Ic(1,-)|,…,|Ic(n,-)|よりも小さな再生電流Isを流す。そして電圧あるいは抵抗の値を検出することにより、記録されている情報が判定される。または、再生対象の記録素子の両端に電圧を印加し、記録素子を流れる電流の変化から記録状態を判定することもできる。
【０１１１】
本実施形態の実施例の１つ（実施例４）として、実施例２−１と同様の構造を持つ磁気記録素子を用いた磁気記録装置について説明する。
【０１１２】
図４０は、１つのメモリセルが、磁気記録素子Ｒと選択トランジスタＴとを有する例である。磁気記録素子Ｒは、ビット線ＢＬと選択トランジスタＴの一端との間に接続される。選択トランジスタＴの他端は、典型的には接地電位とされ、ゲートはワード線と接続される。メモリセルは、例えば以下の工程により作製される。すなわち、まず、半導体基板上に、リソグラフィー工程、ＲＩＥ（Reactive Ion Etching）等の異方性エッチング、イオン注入等の工程により、選択トランジスタＴ、および選択トランジスタＴと電気的に接続された下層配線１が設けられる。次に、この下層配線上に実施例１に記載したのと同様の方法により、磁気記録素子Ｒが形成され、さらに磁気記録素子Ｒ上に上層配線ＢＬが形成される。
【０１１３】
このようなメモリセルが、メモリセルアレイＭＣＡにおいて行列状に配置され、同じ行に属するメモリセルの各選択トランジスタのゲートは、同じワード線ＷＬと接続されている。同様に、同じ列に属するメモリセルの各記録素子は同じビット線ＢＬと接続されている。そして、メモリセルアレイＭＣＡの周囲にデコーダ、読み出し回路等が設けられる。ビット線ＢＬ、ワード線ＷＬはデコーダ、読み出し回路等の周辺回路Ｓに接続される。
【０１１４】
デコーダにより、外部からのアドレス信号に応じたアドレスを有する磁気記録素子Ｒを通るビット線ＢＬ、ワード線ＷＬに、書き込み電流、再生電流等が供給される。すなわち、再生または記録の際、対象の磁気記録素子Ｒと接続されたトランジスタＴのワード線を選択することにより選択トランジスタＴがオンとされる。次いで、この磁気記録素子Ｒと接続されたビット線に電流を流すことにより、記録、再生が行われる。
【０１１５】
本実施例では、磁気記録素子Ｒの選択に選択トランジスタＴを用いたが、他のスイッチング素子を用いてもよい。できれば、オン時の抵抗が低抵抗のものが好ましい。例えば、図４１に示すように、ダイオードＤを用いてもよい。この場合、各メモリセルにおいて、直列接続された磁気記録素子ＲとダイオードＤが、ワード線ＷＬとビット線ＢＬとの間に接続される。
【０１１６】
以上、具体例を参照しつつ、本発明の実施の形態について説明した。しかし、本発明は、これらの具体例に限定されるものではない。例えば、磁気記録素子を構成する各要素の具体的な寸法関係や材料、その他、電極、パッシベーション、絶縁構造などの形状や材質に関しては、当業者が公知の範囲から適宜選択することにより本発明を同様に実施し、同様の効果を得ることができる限り、本発明の範囲に包含される。
【０１１７】
また、磁気記録素子における反強磁性層、中間層、絶縁層などの構成要素は、それぞれ、単層として形成しても良く、あるいは、２以上の層を積層した構造としても良い。
【０１１８】
その他、本発明の実施の形態として上述した磁気記録素子や磁気記録装置を基にして、当業者が適宜設計変更して実施しうる全ての磁気記録素子、磁気記録装置も、本発明の要旨を包含する限り、本発明の範囲に属する。
【０１１９】
その他、本発明の思想の範疇において、当業者であれば、各種の変更例及び修正例に想到し得るものであり、それら変更例及び修正例についても本発明の範囲に属するものと了解される。
【図面の簡単な説明】
【０１２０】
【図１】本発明の第１の実施の形態に関わる磁気記録素子の断面模式図。
【図２】第１の実施の形態の磁気記録素子に、２ビット情報を書き込む方法を説明するための断面模式図。
【図３】電流書き込み工程を説明するための図であり、左列は電流書き込み前の磁気記録素子が持つ符号を、右列は表した符号が電流書き込み後の磁気記録素子10の持つ符号を示す図。
【図４】電流書き込み工程を説明するための図であり、左列は電流書き込み前の磁気記録素子が持つ符号を、右列は表した符号が電流書き込み後の磁気記録素子10の持つ符号を示す図。
【図５】電流書き込み工程を説明するための図であり、左列は電流書き込み前の磁気記録素子が持つ符号を、右列は表した符号が電流書き込み後の磁気記録素子10の持つ符号を示す図。
【図６】電流書き込み工程を説明するための図であり、左列は電流書き込み前の磁気記録素子が持つ符号を、右列は表した符号が電流書き込み後の磁気記録素子10の持つ符号を示す図。
【図７】電流書き込み工程を説明するための図であり、左列は電流書き込み前の磁気記録素子が持つ符号を、右列は表した符号が電流書き込み後の磁気記録素子10の持つ符号を示す図。
【図８】電流書き込み工程を説明するための図であり、左列は電流書き込み前の磁気記録素子が持つ符号を、右列は表した符号が電流書き込み後の磁気記録素子の持つ符号を示す図。
【図９】電流書き込みのための電流供給タイミングチャート。
【図１０】書き込み電流値の選択方法を説明する図。
【図１１】各記録状態と素子の電気抵抗を説明するための断面模式図。
【図１２】固着層FP1または自由層FF1,FF2の変形例を説明するための断面模式図。
【図１３】固着層FP1または自由層FF1,FF2の別の変形例を説明するための断面模式図。
【図１４】固着層FP1または自由層FF1,FF2の別の変形例を説明するための断面模式図。
【図１５】固着層FP1または自由層FF1,FF2の別の変形例を説明するための断面模式図。
【図１６】固着層FP1または自由層FF1,FF2の別の変形例を説明するための断面模式図。
【図１７】固着層FP1または自由層FF1,FF2の別の変形例を説明するための断面模式図。
【図１８】固着層FP1または自由層FF1,FF2の別の変形例を説明するための断面模式図。
【図１９】固着層FP1または自由層FF1,FF2の別の変形例を説明するための断面模式図。
【図２０】固着層FP1または自由層FF1,FF2の別の変形例を説明するための断面模式図。
【図２１】固着層FP1または自由層FF1,FF2の別の変形例を説明するための断面模式図。
【図２２】固着層FP1または自由層FF1,FF2の別の変形例を説明するための断面模式図。
【図２３】固着層FP1または自由層FF1,FF2の別の変形例を説明するための断面模式図。
【図２４】固着層FP1または自由層FF1,FF2の別の変形例を説明するための断面模式図。
【図２５】固着層FP1または自由層FF1,FF2の別の変形例を説明するための断面模式図。
【図２６】固着層FP1または自由層FF1,FF2の別の変形例を説明するための断面模式図。
【図２７】非磁性層の厚さと、非磁性層を介して積層された２つの強磁性層間の交換結合強度との関係を示す図。
【図２８】第１の実施形態の磁気記録素子の変形例を示す断面模式図。
【図２９】第１の実施形態の磁気記録素子の別の変形例を示す断面模式図。
【図３０】第１の実施形態の磁気記録素子の別の変形例を示す断面模式図。
【図３１】第１の実施形態の磁気記録素子の別の変形例を示す断面模式図。
【図３２】第１の実施形態の磁気記録素子の別の変形例を示す断面模式図。
【図３３】第１の実施例について、電流をImax>0からImin<0まで掃引する際の磁気記録素子の各電流値での抵抗値を示す図。
【図３４】第１の実施例について、電流をImin<0からIMAX>0まで掃引する際の磁気記録素子の各電流値での抵抗値を示す図。
【図３５】本発明の第２の実施形態に係る磁気記録素子を説明するための断面模式図。
【図３６】第２の実施形態に係る磁気記録素子における、記録磁化、抵抗値、及び記録された情報の符号の関係を示す断面模式図。
【図３７】本発明の実施例３に係る磁気記録素子について、接合面に対して垂直方向に正から負へ電流を掃引し、電流値を変化させたときの抵抗の変化を示す図。
【図３８】本発明の実施例３に係る磁気記録素子について、接合面に対して垂直方向に負から正へ電流を掃引し、電流値を変化させたときの抵抗の変化を示す図。
【図３９】本発明の実施例４に係る磁気記録装置の磁気記録素子周辺部を示す断面模式図。
【図４０】本発明の実施例４に係る磁気記録装置の回路構成を示す模式図。
【図４１】本発明の実施例４に係る磁気記録装置の回路構成を示す模式図。
【符号の説明】
【０１２１】
FF1, FF2・・・自由層
FP1・・・固着層
SL1, SU2・・・非磁性層
【図１】
2006156840.tif 000004
【図２】
2006156840.tif 000005
【図３】
2006156840.tif 000006
【図４】
2006156840.tif 000007
【図５】
2006156840.tif 000008
【図６】
2006156840.tif 000009
【図７】
2006156840.tif 000010
【図８】
2006156840.tif 000011
【図９】
2006156840.tif 000012
【図１０】
2006156840.tif 000013
【図１１】
2006156840.tif 000014
【図１２】
2006156840.tif 000015
【図１３】
2006156840.tif 000016
【図１４】
2006156840.tif 000017
【図１５】
2006156840.tif 000018
【図１６】
2006156840.tif 000019
【図１７】
2006156840.tif 000020
【図１８】
2006156840.tif 000021
【図１９】
2006156840.tif 000022
【図２０】
2006156840.tif 000023
【図２１】
2006156840.tif 000024
【図２２】
2006156840.tif 000025
【図２３】
2006156840.tif 000026
【図２４】
2006156840.tif 000027
【図２５】
2006156840.tif 000028
【図２６】
2006156840.tif 000029
【図２７】
2006156840.tif 000030
【図２８】
2006156840.tif 000031
【図２９】
2006156840.tif 000032
【図３０】
2006156840.tif 000033
【図３１】
2006156840.tif 000034
【図３２】
2006156840.tif 000035
【図３３】
2006156840.tif 000036
【図３４】
2006156840.tif 000037
【図３５】
2006156840.tif 000038
【図３６】
2006156840.tif 000039
【図３７】
2006156840.tif 000040
【図３８】
2006156840.tif 000041
【図３９】
2006156840.tif 000042
【図４０】
2006156840.tif 000043
【図４１】
2006156840.tif 000044