(57)【要約】【課題】電圧誘起磁化反転現象の発生安定性を飛躍的に向上させる薄膜構造体を提供する。【解決手段】基板（１０）上に、下部電極層（２０）、電圧印加により磁場が生じる電気磁気効果を有する反強磁性層（３１）、及び反強磁性層（３１）の反強磁性スピンと界面結合された強磁性スピンを有する強磁性層（３５）が、この順で、積層された薄膜構造体（３０）である。【選択図】図１
2018018904.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板上に、下部電極層、電圧印加により磁場が生じる電気磁気効果を有する反強磁性層、及び当該反強磁性層の反強磁性スピンと界面結合された強磁性スピンを有する強磁性層が、この順で、積層された薄膜構造体であって、
上記下部電極層は、ｆｃｃ（１１１）またはｈｃｐ（０００１）配向するものであり、且つ、上記反強磁性層への拡散が抑制される金属層であり、
上記反強磁性層は、Ｃｒ２Ｏ３層であり、
上記強磁性層は、Ｃｏ層を含む、積層された層であることを特徴とする薄膜構造体。
【請求項２】
上記下部電極層は、Ｐｔ、Ｐｄ、Ｃｒ、Ｔｉ及びＴａのうちの１つの金属を主成分とする金属層であり、
上記強磁性層は、Ａｕ、Ｎｉ、Ｐｄ及びＩｒのうちの１つの金属を主成分とする層、上記Ｃｏ層、並びに、Ｐｔ、Ｐｄ、Ａｕ及びＮｉのうちの１つの金属を主成分とする層が、この順で、積層された層であることを特徴とする請求項１に記載の薄膜構造体。
【請求項３】
上記下部電極層、上記反強磁性層及び上記強磁性層は、スパッタリング膜であることを特徴とする請求項１または２に記載の薄膜構造体。
【請求項４】
基板上に、下部電極層を成膜する第１ステップと、
上記下部電極層上に、電圧印加により磁場が生じる電気磁気効果を有する反強磁性層を成膜する第２ステップと、
上記反強磁性層上に、上記反強磁性層の反強磁性スピンと界面結合された強磁性スピンを有する強磁性層を成膜する第３ステップと
を含み、
上記下部電極層は、ｆｃｃ（１１１）またはｈｃｐ（０００１）配向するものであり、且つ、上記反強磁性層への拡散が抑制される金属層であり、
上記反強磁性層は、Ｃｒ２Ｏ３層であり、
上記強磁性層は、Ｃｏ層を含む、積層された層であることを特徴とする薄膜構造体の製造方法。
【請求項５】
上記下部電極層、上記反強磁性層及び上記強磁性層は、スパッタリング膜であることを特徴とする請求項４に記載の薄膜構造体の製造方法。
【請求項６】
基板と、
上記基板上に配置された請求項１から３のいずれか１項に記載の薄膜構造体と
を備えることを特徴とする磁気記憶素子。
【請求項７】
請求項６に記載の磁気記憶素子を備える磁気記憶装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、薄膜構造体、磁気記憶素子、磁気記憶装置及び薄膜構造体の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来の磁気メモリでは、ワード線及びビット線と呼ばれるラインに電流を流し、電流によって発生する磁場により情報の書き込みが行われる。このため、磁気メモリの記録容量の増大と共にメモリセルのサイズが小さくなると、反磁界のために書き込み磁場が大きくなる。その結果、ワード線及びビット線に流す電流を増加させる必要がある。
【０００３】
将来のＭｂｉｔ級以上の記録容量を実現するための素子では、誘導磁場による書き込みで必要とされる電流密度は１０８Ａ／ｃｍ２以上となり、ワード線及びビット線の許容電流を越えるため、書き込みが不可能となる。
【０００４】
また、磁気メモリの利点の一つであるナノ秒レベルでの高速動作には未だ至っておらず、現在の磁気メモリの動作速度（約３５ナノ秒）を半導体メモリであるＳＲＡＭ（Static Random Access Memory）級に高速化することも課題とされている。
【０００５】
これらの課題を解決する技術として、スピン注入磁化反転及びマイクロ波誘起磁化反転が提案されているが、スピン注入磁化反転では、スピン偏極電流による磁化反転のための１０６Ａ／ｃｍ２以上の大きな電流密度が必要であり（非特許文献１）、高い記録密度を得ることは難しい。また、マイクロ波誘起磁化反転では、交流磁場発生のために従来同様の誘導電流が必要であり（非特許文献２）、スピン注入磁化反転と同様、高い記録密度を得ることは困難である。
【０００６】
このため、電流を本質的に用いない新たな手法での磁化反転手法の確立が急務となっている。電流を用いない磁化反転手法として、電圧トルクを用いた手法が提案されている（非特許文献３）。この手法では、ナノ秒動作は可能であるものの、デジタル情報に対応する磁化の上向き及び下向きを定義することができない（双方向選択性が無い）。低消費電力、高速及び双方向選択を同時に実現できる、電流を用いない磁化反転手法の開発が急務とされている。
【０００７】
このような状況の下、本発明者らにより、磁性素子の可動層が強磁性体層と電気磁気効果を有する酸化物反強磁性体層の２層構造であり、酸化物反強磁性体層の電圧誘起磁化反転を利用して入力を行ない、またナノ磁性体であるのにもかかわらず磁化の方向の熱安定性が優れた磁気メモリ及びその製造方法が提案されている（特許文献１）。
【０００８】
特許文献１の磁気メモリは、磁性素子の可動層が強磁性体層と電気磁気効果を有する酸化物反強磁性体層の２層構造であり、情報入力方式として電圧誘起磁化反転を用いたものである。従来技術である電流を用いた情報入力方式とは異なり、可動層が強磁性体層と電気磁気効果を有する酸化物反強磁性体層との２層構造である磁性素子を用い、電圧をかけて酸化物反強磁性体層にスピンの反転を生じさせ（電圧誘起磁化反転）、さらに、酸化物反強磁性体層と強磁性体層との界面の磁気結合（交換磁気異方性）により、強磁性体層の磁界をも反転させて可動層の磁界の反転、すなわち情報の入力を行なう。
【０００９】
従来のスピン注入磁化反転及びマイクロ波誘起磁化反転のように、ビット線及びワード線に大きな電流密度の電気を流す必要がないため、消費電力を大幅に低減することが可能となると共に高い記録密度の磁気メモリを提供することができる。
【００１０】
また、酸化物反強磁性体層と強磁性体層との界面での磁気結合を用いることにより、熱安定性の低下を抑制することができ、ナノサイズの磁性体であっても記録の保持性が優れた磁気メモリを提供することができる。また、高速応答性に優れた磁気メモリを提供することができる。
【００１１】
さらに、磁化反転に必要な電圧は電界強度で決まるため、素子サイズの低下に伴い必要電圧も小さくなるため、より省エネルギーが可能となる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１２】
【特許文献１】特開２０１０−２１２３４２号公報（２０１０年９月２４日公開）
【非特許文献】
【００１３】
【非特許文献１】Jun Hayakawa et al, “Current-Induced Magnetization Switching in MgO Barrier Magnetic Tunnel Junctions With CoFeB-Based Synthetic Ferrimagnetic Free Layers” IEEE TRANSACTIONS ON MAGNETICS, VOL. 44, NO. 7, JULY 2008
【非特許文献２】S. Okamoto et al, “Magnetization switching behavior with microwave assistance” APPLIED PHYSICS LETTERS 93, 102506 (2008)
【非特許文献３】Yoichi Shiota et al, “Induction of coherent magnetization switching in a few atomic layers of FeCo using voltage pulses” NATURE MATERIALS VOL 11 JANUARY 2012
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１４】
特許文献１の磁気メモリでは、酸化物反強磁性体層としてＣｒ２Ｏ３層が用いられる。Ｃｒ２Ｏ３層の下部電極層はＡｕ層である。Ａｕ層はＡｇ層上に形成され、Ａｇ層はシリコン基板上に形成される。
【００１５】
Ｃｒ２Ｏ３層は、分子線エピタキシー法等の物理蒸着により、Ａｕ層上にＣｒ層をエピタキシャル成長させた後、Ｃｒ層を酸素雰囲気に晒して酸化させることにより、形成される。
【００１６】
ここで、Ｃｒ層の酸化温度は８００℃である。この高温下では、Ｃｒ層の酸化時、Ｃｒ層の下部電極層であるＡｕ層及びその下層であるＡｇ層から、Ｃｒ層に向かう、Ａｕ原子及びＡｇ原子の拡散現象が生じてしまう。
【００１７】
このため、Ｃｒ層の酸化により形成されたＣｒ２Ｏ３層に、上述の拡散現象に起因するＡｕ原子及びＡｇ原子が混入してしまい、Ｃｒ２Ｏ３層の特性劣化を招くことになる。
【００１８】
また、Ｃｒ２Ｏ３層等の表面平坦性を確保することができない、具体的には、表面平坦性をｎｍ以下に低減することができないといった課題もある。
【００１９】
このようなＣｒ２Ｏ３層の特性劣化は、電圧誘起磁化反転現象の安定的な発生を妨げる要因となる。このことは、磁気メモリの微細化が進むにつれて顕著となる。
【００２０】
本発明は、上記課題に鑑み、電圧誘起磁化反転現象の発生安定性を飛躍的に向上させる薄膜構造体、磁気記憶素子、磁気記憶装置及び薄膜構造体の製造方法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】
【００２１】
本発明者らは、これまで材料の改良や新規材料の開発により電圧誘起磁化反転現象の発生安定化が図られてきた一方で、それだけでは安定性に限界があると考えた。そこで、別の視点から、発生の安定性を得ることができないか多くの検討を行った。その結果、酸化物反強磁性体層であるＣｒ２Ｏ３層、上部電極層及び下部電極層からなる薄膜構造を最適化するとともに、それら薄膜構造の成膜方法に反応性スパッタリング技術を用いることによって、これまで到底達し得なかった、電圧誘起磁化反転現象の発生の高安定性が得られることを見出し、発明を完成させるに至った。
【００２２】
すなわち、本発明の一態様に係る薄膜構造体は、基板上に、下部電極層、電圧印加により磁場が生じる電気磁気効果を有する反強磁性層、及び当該反強磁性層の反強磁性スピンと界面結合された強磁性スピンを有する強磁性層が、この順で、積層された薄膜構造体であって、上記下部電極層は、ｆｃｃ（１１１）またはｈｃｐ（０００１）配向するものであり、且つ、上記反強磁性層への拡散が抑制される金属層であり、上記反強磁性層は、Ｃｒ２Ｏ３層であり、上記強磁性層は、Ｃｏ層を含む、積層された層である。
【００２３】
本発明の一態様に係る薄膜構造体の製造方法は、基板上に、下部電極層を成膜する第１ステップと、上記下部電極層上に、電圧印加により磁場が生じる電気磁気効果を有する反強磁性層を成膜する第２ステップと、上記反強磁性層上に、上記反強磁性層の反強磁性スピンと界面結合された強磁性スピンを有する強磁性層を成膜する第３ステップとを含み、上記下部電極層は、ｆｃｃ（１１１）またはｈｃｐ（０００１）配向するものであり、且つ、上記反強磁性層への拡散が抑制される金属層であり、上記反強磁性層は、Ｃｒ２Ｏ３層であり、上記強磁性層は、Ｃｏ層を含む、積層された層である。
【００２４】
上記下部電極層は、Ｐｔ、Ｐｄ、Ｃｒ、Ｔｉ及びＴａのうちの１つの金属を主成分とする金属層であり、上記強磁性層は、Ａｕ、Ｎｉ、Ｐｄ及びＩｒのうちの１つの金属を主成分とする層、上記Ｃｏ層、並びに、Ｐｔ、Ｐｄ、Ａｕ及びＮｉのうちの１つの金属を主成分とする層が、この順で、積層された層であることが好ましい。
【００２５】
上記下部電極層、上記反強磁性層及び上記強磁性層は、スパッタリング膜であることが好ましい。
【００２６】
本発明の一態様に係る磁気記憶素子は、基板と、上記基板上に配置された上記薄膜構造体とを備える。
【００２７】
本発明の一態様に係る磁気記憶装置は、上記磁気記憶素子を備える。
【発明の効果】
【００２８】
本発明の一態様によれば、電圧誘起磁化反転現象の発生安定性を飛躍的に向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２９】
【図１】本発明の一実施形態に係る薄膜構造体を用いた磁気記憶素子の一例における模式図であり、（ａ）は、模式平面図を示し、（ｂ）は、（ａ）のＡＡ’線模式断面図を示す。
【図２】上記薄膜構造体のＣｒ２Ｏ３層の電気磁気効果の概念図である。
【図３】上記薄膜構造体のＣｒ２Ｏ３層とＣｏ層との間における界面交換結合の概念図である。
【図４】Ｃｒ２Ｏ３層内における上向き磁化と下向き磁化の割合を示す図である。
【図５】上記磁気記憶素子をハードディスク装置に搭載した一例を示す模式図である。
【図６】上記磁気記憶素子を磁気ランダムアクセスメモリに搭載した一例を示す模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００３０】
以下、本発明の実施の形態について、詳細に説明する。
【００３１】
（本発明の概要）
本発明は、電圧により誘起される磁化反転を利用した磁性メモリセルへの情報入力技術である電圧誘起磁化反転に関するものである。電流および電流によって発生する磁場を利用したスピン注入磁化反転及びマイクロ波誘起磁化反転とは本質的に異なる。
【００３２】
本発明は、情報書き込みとなるナノサイズの磁性体の磁化反転に対して、（１）素子構造を最適化することによって、磁化反転の妨げとなる保磁力を約ゼロとする、（２）磁性メモリセルの上下にパルス電圧を与えることによって、１０ナノ秒以下の高速で磁性メモリセル内の磁性体を磁化反転させる技術である。
【００３３】
本発明では、反強磁性スピン反転を利用しているため、投入電圧の極性によってメモリセルの磁化の向きを完全に選択できる（双方向安定性）ことから、上述の電圧トルクを用いた手法に対しても高い有意性がある。
【００３４】
（本発明の原理）
本発明に係る磁気記憶素子は、電圧誘起磁化反転機構を有し、高速応答性及び双方向安定性に優れた素子である。本発明に係る磁気記憶素子は、垂直磁化強磁性金属層（上部電極層）／電気磁気反強磁性層／下部電極層の３層構造である基本構造（以下、この基本構造を「薄膜構造体」と称す。）を備えている。
【００３５】
本発明に係る磁気記憶素子では、電気磁気反強磁性層の上下方向に磁場と電場を同時に印加することによって、電気磁気反強磁性層内の反強磁性スピンを反転させる。磁場及び電場の印加時、入力電場をパルス電場とすることによって、高速に反転させることが可能となる。
【００３６】
電圧反転させた反強磁性スピンを、情報層である垂直磁化強磁性金属層に界面交換結合を介して、転送する。反強磁性スピン情報を転送可能な高い界面交換結合かつ、強磁性層単独での磁化反転障壁となる保磁力をゼロとすることによって、高速スピン反転が実現される。
【実施例】
【００３７】
以下、実施例によって本発明をより詳細に説明するが、本発明は実施例に限定されるものではない。
【００３８】
図１は、本発明の一実施形態に係る薄膜構造体３０を用いた磁気記憶素子１の一例における模式図であり、（ａ）は、模式平面図を示し、（ｂ）は、（ａ）のＡＡ’線模式断面図を示す。
【００３９】
図１の（ｂ）に示すように、薄膜構造体３０は、下部電極層２０と、電気磁気反強磁性層３１と、第１層３２、第２層３３及び第３層３４から構成された上部電極層３５と、を含む積層構造を有する。薄膜構造体３０は基板１０上に形成される。磁気記憶素子１は、基板１０及び薄膜構造体３０から構成される。
【００４０】
上部電極層３５には、電源装置４０の正電極４１が接続され、下部電極層２０には、電源装置４０の負電極４２が、それぞれ接続されており、上部電極層３５及び下部電極層２０を介して、電源装置４０から薄膜構造体３０に電圧が印加される。また、図１の（ａ）に示すように、薄膜構造体３０は、平面視において、十字形状を有する。また、下部電極層２０については、平面視において、その一部が上述の十字形状から突出しており、その突出箇所に対し、電源装置４０の負電極４２が接続される。
【００４１】
基板１０は、薄膜構造体３０の土台となるものである。基板１０は、薄膜構造体３０を形成（成膜）する際の成膜環境に耐えられるものであればよい。下部電極層２０は、電気磁気反強磁性層３１に電圧を印加するための一対の電極のうち、片方の電極である。上部電極層３５は、下部電極層２０と一対となって、電気磁気反強磁性層３１に電圧を印加するための一対の電極のうち、片方の電極である。また、上部電極層３５は、電気磁気反強磁性層３１と界面交換結合する垂直磁化強磁性金属層である。
【００４２】
薄膜構造体３０は、基板１０／Ｐｔ層（２０ｎｍ）（下部電極層２０）／Ｃｒ２Ｏ３層（１５０−２００ｎｍ）（電気磁気反強磁性層３１）／Ａｕ層（０．５ｎｍ）（第１層３２）／Ｃｏ層（０．４ｎｍ）（第２層３３）／Ｐｔ層（１．２−５．０ｎｍ）（第３層３４）（左側に記載の材料から順に積層）（以下、「素子構造Ａ」と称す。）をＤＣマグネトロンスパッタ装置により成膜することにより実現される。表１に、ＤＣマグネトロンスパッタ装置により各層を成膜する際における各成膜条件を示す。
【００４３】
ここで、基板１０側のＰｔ層の膜厚（２０ｎｍ）は例示である。下部電極層２０であるＰｔ層としては、（１１１）配向する、及び電気伝導性がある、ことが重要である。例えば、Ｐｔ層は５ｎｍ程度まで薄くしてもよく、また、（１１１）配向する、及び電気伝導性があるという観点からは、Ｐｔ層に代えて、Ｔａ層（５ｎｍ）／Ｐｔ層（５ｎｍ）といった積層構造を下部電極層２０に用いてもよい。
【００４４】
また、Ｃｒ２Ｏ３層の成膜は、金属Ｃｒターゲットを用いて、Ａｒ及びＯ２からなる混合ガス雰囲気中での反応性スパッタリング法によるものである点も注目すべき事項である。
【００４５】
さらに、Ｃｏ層の膜厚（０．４ｎｍ）及びＡｕ層の膜厚（０．５ｎｍ）についても例示である。Ｃｏ層の膜厚は０．６ｎｍ未満であればよい。本発明者らの現段階における知見に基づけば、Ｃｏ層の膜厚を０．６ｎｍまで増加させた場合、上述した約ゼロの保磁力の実現が困難であった。また、Ａｕ層の膜厚についても、好ましくは、０．２−１．０ｎｍ程度である。
【００４６】
さらに、上部電極層３５のＰｔ層の膜厚（１．２−５．０ｎｍ）についても例示であり、本発明者らの現段階における知見に基づけば、Ｐｔ層は１ｎｍ程度まで薄くしてもよい。この場合、Ｐｔ層上に金属層をさらに積層させてもよい。また、Ｃｏ層に垂直磁気異方性を誘起可能な材料（Ｐｄ，Ａｕ、Ｎｉ等）を、Ｐｔ層に代えて、用いてもよい。
【００４７】
【表１】
2018018904.tif 000003
【００４８】
また、表２に、上述の素子構造Ａと同様の効果が生じる、基板１０、下部電極層２０及び電気磁気反強磁性層３１の組合せ例を示す。
【００４９】
【表２】
2018018904.tif 000004
【００５０】
上記の組合せ例の選定のポイントは、次のとおりである。
（１）ｈｃｐ（０００１）またはｆｃｃ（１１１）、あるいはその類似構造になること
（２）Ｃｒ２Ｏ３層に拡散しないこと
なお、上記の組合せ例は、本発明者らによる研究評価により得られた現段階における知見に基づく点に留意すべきである。
【００５１】
図２及び図３は、電気磁気反強磁性層３１及び垂直磁化強磁性金属層である上部電極層３５を用いた電圧誘起磁化反転機構を説明するための概念図であり、図２は、電気磁気反強磁性層３１であるＣｒ２Ｏ３層の電気磁気効果の概念図であり、図３は、Ｃｒ２Ｏ３層と、上部電極層３５（垂直磁化強磁性金属層）の第２層３３であるＣｏ層との間における界面交換結合の概念図である。
【００５２】
まず、図２を用いて、Ｃｒ２Ｏ３層の電気磁気効果を説明する。図２の（ａ）は電圧無印加状態を示し、図２の（ｂ）は電圧印加状態を示す。
（１）電圧印加によりＣｒ２Ｏ３層に生じた電界によって、Ｃｒ３＋とＯ２−が逆方向に移動する。
（２）Ｃｒ３＋（↑、上向きスピン）は、小さい三角形にＣｒ３＋（↓、下向きスピン）は大きい三角形に近づく。
（３）Ｃｒ３＋（↑、上向きスピン）とＣｒ３＋（↓、下向きスピン）の部分格子で交換相互作用、磁気異方性及びg因子が異なる。
（４）Ｃｒ３＋（↑、上向きスピン）とＣｒ３＋（↓、下向きスピン）の部分格子で磁化の温度依存性が異なる。
（５）電界によってＣｒ２Ｏ３層に磁化が生じる。
【００５３】
このようにして、電圧印加により、Ｃｒ２Ｏ３層に磁場が生じることになる。
【００５４】
次に、図３を用いて、Ｃｒ２Ｏ３層とＣｏ層との間における界面交換結合を説明する。
【００５５】
図２に示した電気磁気効果によってＣｒ２Ｏ３層内の反強磁性スピン（AFM spin）を反転させる。反強磁性スピンと強固に結合したＣｏ層内の強磁性スピン（FM spin）を反転させる。入力電場をパルス電場とすることによって、高速に反転させることが可能となる（図３の（ａ）及び（ｂ））。
【００５６】
なお、本発明者らの現段階における知見に基づけば、Ｃｒ２Ｏ３層と直接接触するＡｕ層は、Ｃｒ２Ｏ３層表面のＣｒスピンとＣｏ層表面のＣｏスピンとの間の交換結合の強度を調整するためのものである。この強度は、Ａｕ層の膜厚（１原子層レベル）で敏感に変化する。
【００５７】
交換結合強度の調整には、（１）Ｃｏ層と交換結合してスピン偏極可能な材料であること（例えば、Ｐｔ、Ａｕ、Ｐｄなど）、（２）Ｃｒ２Ｏ３層との界面で垂直磁気異方性を阻害しないこと、が重要となる。このような観点からすれば、Ａｕ層の他、Ｎｉ層、Ｐｄ層、Ｉｒ層も第１層３２の候補として挙げることができる。
【００５８】
図４は、Ｃｒ２Ｏ３層内における上向き磁化（Ｃｒ３＋（↑、上向きスピン））と下向き磁化（Ｃｒ３＋（↓、下向きスピン））の割合を示す図である。図４に示すように、投入する電場と磁場との積が大きくなると、反転速度が指数関数的に増加する。逆にいえば、電場と磁場との積が小さくなると、反転速度が指数関数的に減少する。デバイスの観点からは、投入する電場は小さいことが望ましいため、デバイスの必要動作速度とマージンに合わせて、投入する電界を調整することが可能となる。また、図４に示した現象から、反強磁性スピンの反転が磁壁の移動によって進行していることも示唆される。
【００５９】
磁気記憶素子１は、例えば、ハードディスク装置（ＨＤＤ）及び磁気ランダムアクセスメモリ（ＭＲＡＭ）に搭載することができる。図５は、磁気記憶素子１をハードディスク装置１００に搭載した一例を示す模式図であり、図６は、磁気記憶素子１を磁気ランダムアクセスメモリに搭載した一例を示す模式図である。
【００６０】
図５に示したハードディスク装置１００では、磁場は永久磁石７２によって発生させるため、電流は不要となる。従来のハードディスク装置では、書き込み用の磁気ヘッドに高周波の磁場を発生させることで、磁場誘起の書き込み（磁化反転）を実行する。この時、発生させる高周波磁場は、磁気ヘッドでの電流誘導磁場によるものであり、電流が必須であった。
【００６１】
ハードディスク装置１００では、書き込みは，電流では無く，高周波６２に発生させた電界（電圧）によって実行される。従来の電流誘起と比較して低消費電力化が可能となる。
【００６２】
また、媒体に印加される実効的な磁場を増加させるために、面内磁化膜軟磁性帯（ＳＵＬ層）５２を適用することで、永久磁石７２との間で磁気回路を形成する。永久磁石７２によって磁場を発生させるため、面内磁化膜軟磁性帯５２の磁化に高速応答性が不要となる。
【００６３】
図６に示した磁気ランダムアクセスメモリ２００では、従来技術と異なり情報書き込みに電流を用いないため、電力消費が格段に抑制され、消費電力の大幅な低減が期待される。従来技術では、記憶容量の高密度化にともない、書き込みのための磁場を発生させるための電流密度が極めて大きくなる（例えば，１００Ｏｅの書き込み磁場を発生させるために１．６×１０８Ａ／ｃｍ２の電流密度が必要となる）ことに対して，本手法では電流を必要とせず、磁化反転に必要な電圧は電界強度で決まる。
【００６４】
このため、メモリセルサイズの低下により必要電圧が低下する、また、現在のＭＲＡＭでは、動作速度が数十ナノ秒（３５ナノ秒）であることに対して、本発明では、１０ナノ秒以下での高速反転が可能であるため、埋め込み型メモリへの搭載が可能になり、その結果、ロジックインメモリ型のマイコンの実現が可能になる。
【００６５】
本発明技術を用いた素子は、従来デバイスと異なり入力経路と出力経路が完全に独立にできること、磁気記録層の磁化の向きを完全に制御できる（双方向安定性）ことから、素子動作安定性が格段に向上することが期待される。このデバイスの波及効果は、現在のＭＲＡＭでも搭載が期待されている、スペースシャトル・航空機のフライトコントロール、携帯電話の混載メモリ、超高速イメージング、ＩｏＴ、車載による衝突安全向上等への搭載に適していることから、市場への波及効果は莫大である。
【００６６】
磁気ランダムアクセスメモリ２００は、ＳｏＣ（System on Chip）に向けたＲＡＭ構造である。磁気トンネル接合８５はハードディスク装置の永久磁石に対応するものである。電源９１に、トランジスタからパルス電圧が供給され、供給される電圧の正負によって、反強磁性層８２のスピンと強磁性層８３のスピンが反転する。
【００６７】
通常のＭＲＡＭと異なる点は、書き込みは電源９１のパルス電圧、読出しは電極層８６〜電極層８４に至る電流経路Ｒで行うため、電流経路と電圧経路が完全に独立する。このため、誤動作の可能性は格段に低減され、また、電極層８６〜電極層８４に至る読み出し経路Ｒは、現状の磁気トンネル接合技術をそのまま転用できるので、現行技術との整合性も高いといえる。
【００６８】
本発明は上述した実施形態に限定されるものではなく、請求項に示した範囲で種々の変更が可能であり、実施形態に開示された技術的手段を適宜組み合わせて得られる実施形態についても本発明の技術的範囲に含まれる。
【符号の説明】
【００６９】
１  磁気記憶素子、１０  基板、２０  下部電極層、３０  薄膜構造体、３１  電気磁気反強磁性層、３２  第１層、３３  第２層、３４  第３層、３５  上部電極層、４０  電源装置、４１  正電極、４２  負電極、５１  電極層、５２  面内磁化膜軟磁性帯、５３  反強磁性層、５４  強磁性層、７１  再生ヘッド、７２  永久磁石、６１  電源、６２  パルス電圧、８１  電極層、８２  反強磁性層、８３  強磁性層、８４  電極層、８５  磁気トンネル接合、８６  電極層、９１  電源、１００  ハードディスク装置、２００  磁気ランダムアクセスメモリ
【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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