(57)【要約】【課題】反転エラーの発生を抑え、安定した記録を行うことが可能な磁気メモリを提供する。【解決手段】電流によりスピン偏極電子が生じるスピン軌道層と、記録する情報に応じて磁化方向が変化する磁性層及び絶縁層からなる積層構造を持ち、前記スピン軌道層上に設けられた磁気メモリ素子と、前記絶縁層を介して前記磁性層に電圧を印加する電圧印加層と、を備え、前記電圧印加層は、前記スピン軌道層に前記電流が流れると同時に、前記磁性層に対して電圧を印加することにより、当該磁性層の磁気異方性もしくは磁気制動定数を変化させる、磁気メモリを提供する。【選択図】図６
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
電流によりスピン偏極電子が生じるスピン軌道層と、
記録する情報に応じて磁化方向が変化する磁性層及び絶縁層からなる積層構造を持ち、前記スピン軌道層上に設けられた磁気メモリ素子と、
前記絶縁層を介して前記磁性層に電圧を印加する電圧印加層と、
を備え、
前記電圧印加層は、前記スピン軌道層に前記電流が流れると同時に、前記磁性層に対して電圧を印加することにより、当該磁性層の磁気異方性もしくは磁気制動定数を変化させる、
磁気メモリ。
【請求項２】
前記電圧印加層は、前記磁性層とは異なる他の磁性層をさらに含む、請求項１に記載の磁気メモリ。
【請求項３】
前記スピン軌道層は、第１の方向に沿って延伸するように設けられ、
前記スピン軌道層上に、前記第１の方向に沿って複数の前記磁気メモリ素子が設けられ、
前記複数の磁気メモリ素子の前記磁性層のそれぞれに電圧を印加する、複数の前記電圧印加層が設けられる、
請求項１に記載の磁気メモリ。
【請求項４】
記録する情報に応じて磁化方向が変化する磁性層及び絶縁層からなる積層構造をそれぞれ持ち、マトリックス状に配置された複数の磁気メモリ素子と、
第１の方向に沿って並ぶ前記複数の磁気メモリ素子からなる磁気メモリ素子列のそれぞれに対応するように設けられ、電流によりスピン偏極電子が生じる複数のスピン軌道層と、
前記第１の方向と直交する第２の方向に沿って並ぶ前記複数の磁気メモリ素子からなる磁気メモリ素子行のそれぞれに対応するように設けられ、前記各磁気メモリ素子行に含まれる前記複数の磁気メモリ素子の前記磁性層のそれぞれに前記絶縁層を介して電圧を印加する複数の電圧印加層と、
を備え、
前記電圧印加層は、前記スピン軌道層に前記電流が流れると同時に、対応する前記磁気メモリ素子の前記磁性層に対して電圧を印加することにより、当該磁性層の磁気異方性もしくは磁気制動定数を変化させる、
磁気メモリ。
【請求項５】
磁気メモリの記録方法であって、
前記磁気メモリは、
電流によりスピン偏極電子が生じるスピン軌道層と、
記録する情報に応じて磁化方向が変化する磁性層及び絶縁層からなる積層構造を持ち、前記スピン軌道層上に設けられた磁気メモリ素子と、
前記絶縁層を介して前記磁性層に電圧を印加する電圧印加層と、
を有し、
前記電圧印加層により、前記磁性層の磁気異方性を低下させる、もしくは、磁気制動定数を低下させるように第１の電圧を前記磁性層に印加し、同時に、前記スピン軌道層に電流を流す、
ことを含む、
磁気メモリの記録方法。
【請求項６】
前記電流に遅れて、もしくは、前記電流が減じた後に、前記電圧印加層により、前記第１の電圧の極性と逆の極性を有する第２の電圧を前記磁性層に印加する、
ことをさらに含む、請求項５に記載の磁気メモリの記録方法。
【請求項７】
磁気メモリの記録方法であって、
前記磁気メモリは、
電流によりスピン偏極電子が生じるスピン軌道層と、
記録する情報に応じて磁化方向が変化する磁性層及び絶縁層からなる積層構造を持ち、前記スピン軌道層上に設けられた磁気メモリ素子と、
前記絶縁層を介して前記磁性層に電圧を印加する電圧印加層と、
を有し、
前記スピン軌道層に電流を流し、
前記電流に遅れて、もしくは、前記電流が減じた後に、前記電圧印加層により、前記磁性層の磁気異方性を向上させる、もしくは、磁気制動定数を向上させるように第３の電圧を前記磁性層に印加する、
ことを含む、
磁気メモリの記録方法。
【請求項８】
磁気メモリの記録方法であって、
前記磁気メモリは、
記録する情報に応じて磁化方向が変化する磁性層及び絶縁層からなる積層構造をそれぞれ持ち、マトリックス状に配置された複数の磁気メモリ素子と、
第１の方向に沿って並ぶ前記複数の磁気メモリ素子からなる磁気メモリ素子列のそれぞれに対応するように設けられ、電流によりスピン偏極電子が生じる複数のスピン軌道層と、
前記第１の方向と直交する第２の方向に沿って並ぶ前記複数の磁気メモリ素子からなる磁気メモリ素子行のそれぞれに対応するように設けられ、前記各磁気メモリ素子行に含まれる前記複数の磁気メモリ素子の前記磁性層のそれぞれに前記絶縁層を介して電圧を印加する複数の電圧印加層と、
を有し、
前記電圧印加層により前記磁性層に印加する電圧を制御することにより、情報を記録する前記磁気メモリ素子を選択することを含む、
磁気メモリの記録方法。
【請求項９】
前記情報を記録する磁気メモリ素子の選択は、
前記情報を記録する磁気メモリ素子に対応する前記電圧印加層により、前記磁性層の磁気異方性を低下させる、もしくは、磁気制動定数を低下させるように第４の電圧を印加し、同時に、前記情報を記録する磁気メモリ素子に対応する前記スピン軌道層に電流を流すことにより行われる、
請求項８に記載の磁気メモリの記録方法。
【請求項１０】
前記情報を記録する磁気メモリ素子の選択の際に、前記情報を記録する磁気メモリ素子以外の前記磁気メモリ素子に対応する前記電圧印加層により、前記第４の電圧の極性と反対の極性を有する第５の電圧を前記磁性層に印加する、
ことをさらに含む、請求項９に記載の磁気メモリの記録方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、磁気メモリ及び磁気メモリの記録方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
大容量サーバからモバイル端末に至るまで、各種情報機器の飛躍的な発展に伴い、これを構成するメモリやロジックなどの素子においても高集積化、高速化、低消費電力化等、さらなる高性能化が追求されている。特に不揮発性半導体メモリの進歩は著しく、例えば、大容量ファイルメモリとしてのフラッシュメモリは、ハードディスクドライブを駆逐する勢いで普及が進んでいる。一方、コードストレージ用途さらにはワーキングメモリへの適用を睨み、現在一般に用いられているＮＯＲフラッシュメモリ、ＤＲＡＭ（Ｄｙｎａｍｉｃ  Ｒａｎｄｏｍ  Ａｃｃｅｓｓ  Ｍｅｍｏｒｙ）等を置き換えるべくＦｅＲＡＭ（Ｆｅｒｒｏｅｌｅｃｔｒｉｃ  ｒａｎｄｏｍ  ａｃｃｅｓｓ  Ｍｅｍｏｒｙ）、ＭＲＡＭ（Ｍａｇｎｅｔｉｃ  Ｒａｎｄｏｍ  Ａｃｃｅｓｓ  Ｍｅｍｏｒｙ）、ＰＣＲＡＭ（Ｐｈａｓｅ−Ｃｈａｎｇｅ  Ｒａｎｄｏｍ  Ａｃｃｅｓｓ  Ｍｅｍｏｒｙ）などの様々なタイプの半導体メモリの開発が進められている。なお、これらのうちの一部は既に実用化されている。
【０００３】
上述したうちの１つであるＭＲＡＭは、ＭＲＡＭの有する磁気メモリ素子の磁性体の磁化状態を変化させることにより、電気抵抗が変化することを利用して、情報の記録を行う。このようなＭＲＡＭは、高速動作が可能でありつつ、ほぼ無限（１０１５回以上）の書き換えが可能であり、さらには信頼性も高いことから、すでに産業オートメーションや航空機などの分野で使用されている。さらに、ＭＲＡＭは、その高速動作と高い信頼性とから、今後コードストレージやワーキングメモリへの展開が期待されている。
【０００４】
上述のようなＭＲＡＭのうち、スピントルク磁化反転を用いて磁性体の磁化を反転させるＭＲＡＭについては、高速動作等の上述の利点を有しつつ、低消費電力化、大容量化が可能であることから、更なる大きな期待が寄せられている。なお、このようなスピントルク磁化反転を利用したＭＲＡＭは、ＳＴＴ−ＭＲＡＭ（Ｓｐｉｎ  Ｔｒａｎｓｆｅｒ  Ｔｏｒｑｕｅ−Ｍａｇｎｅｔｉｃ  Ｒａｎｄｏｍ  Ａｃｃｅｓｓ  Ｍｅｍｏｒｙ)（スピン注入型ＭＲＡＭ）と呼ばれている。
【０００５】
また、ＭＲＡＭにおいて大容量化をさらに進めるためには、磁化を反転させる反転電流をさらに低下させることが求められる。その方法の一つとしては、非磁性金属に電流を流したときに誘起されるスピン分極により生じるスピン軌道トルク（Ｓｐｉｎ  Ｏｒｂｉｔ  Ｔｏｒｑｕｅ）を利用して情報を記録するＳＯＴ−ＭＲＡＭ（Ｓｐｉｎ  Ｏｒｂｉｔ  Ｔｏｒｑｕｅ−Ｍａｇｎｅｔｉｃ  ｒａｎｄｏｍ  ａｃｃｅｓｓ  Ｍｅｍｏｒｙ）が検討されている。
【０００６】
ＳＯＴ−ＭＲＡＭの有する磁気メモリ素子の基本構成は、磁化方向が変化して情報の記録を行う磁性層と、スピン軌道トルクを磁性層に与えるスピン軌道層と、磁性層に記録された情報を読み出す機構とを持つ。例えば、下記の特許文献１及び非特許文献１には、スピン軌道トルクを用いて、磁化方向を反転させるＳＯＴ-ＭＲＡＭが開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２０１４−４５１９６号公報
【非特許文献】
【０００８】
【非特許文献１】Ａｐｐｌｉｅｄ  Ｐｈｙｓｉｃｓ  Ｌｅｔｔｅｒｓ  １０４,０４２４０６（２０１４）
【非特許文献２】Ｎａｔｕｒｅ  Ｍａｔｅｒｉａｌｓ  ３１７２  （２０１２）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
ところで、ＳＯＴ−ＭＲＡＭの有する磁気メモリ素子の磁性層については、面内磁化膜及び垂直磁化膜のどちらによっても形成することができるが、ＳＯＴ-ＭＲＡＭの大容量化のためには、垂直磁化膜を用いることが好ましい。磁性層として垂直磁化膜を用いた場合には、スピン軌道層に電流を流している間、当該磁性層には、磁化方向を回転させる力が働き続ける。従って、磁性層の磁化方向を所望の方向に安定的に反転させるためには、スピン軌道層に流すパルス電流の電流値と時間幅（パルス幅）とを厳密に制御することが求められる。
【００１０】
しかしながら、複数の磁気メモリ素子を集積した磁気メモリにおいては、各磁気メモリ素子の特性はばらつき、磁性層の磁化方向を所望の方向に安定的に反転させるための電流値及びパルス幅の最適値は、磁気メモリ素子ごとに異なる。さらに、磁気メモリが使用される環境の温度等に応じて、上記最適値が変化するため、スピン軌道層に流す電流の電流値とパルス幅とを好適に制御することは難しい。従って、磁気メモリ素子の磁性層が所望のように反転しない、もしくは、意図せず反転してしまうような、反転エラーの発生を抑えることが難しい。
【００１１】
そこで、本開示では、反転エラーの発生を抑え、安定した記録を行うことが可能な磁気メモリ及び磁気メモリの記録方法を提案する。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本開示によれば、電流によりスピン偏極電子が生じるスピン軌道層と、記録する情報に応じて磁化方向が変化する磁性層及び絶縁層からなる積層構造を持ち、前記スピン軌道層上に設けられた磁気メモリ素子と、前記絶縁層を介して前記磁性層に電圧を印加する電圧印加層と、を備え、前記電圧印加層は、前記スピン軌道層に前記電流が流れると同時に、前記磁性層に対して電圧を印加することにより、当該磁性層の磁気異方性もしくは磁気制動定数を変化させる、磁気メモリが提供される。
【００１３】
本開示によれば、記録する情報に応じて磁化方向が変化する磁性層及び絶縁層からなる積層構造をそれぞれ持ち、マトリックス状に配置された複数の磁気メモリ素子と、第１の方向に沿って並ぶ前記複数の磁気メモリ素子からなる磁気メモリ素子列のそれぞれに対応するように設けられ、電流によりスピン偏極電子が生じる複数のスピン軌道層と、前記第１の方向と直交する第２の方向に沿って並ぶ前記複数の磁気メモリ素子からなる磁気メモリ素子行のそれぞれに対応するように設けられ、前記各磁気メモリ素子行に含まれる前記複数の磁気メモリ素子の前記磁性層のそれぞれに前記絶縁層を介して電圧を印加する複数の電圧印加層と、を備え、前記電圧印加層は、前記スピン軌道層に前記電流が流れると同時に、対応する前記磁気メモリ素子の前記磁性層に対して電圧を印加することにより、当該磁性層の磁気異方性もしくは磁気制動定数を変化させる、磁気メモリが提供される。
【００１４】
本開示によれば、磁気メモリの記録方法であって、前記磁気メモリは、電流によりスピン偏極電子が生じるスピン軌道層と、記録する情報に応じて磁化方向が変化する磁性層及び絶縁層からなる積層構造を持ち、前記スピン軌道層上に設けられた磁気メモリ素子と、前記絶縁層を介して前記磁性層に電圧を印加する電圧印加層と、を有し、前記電圧印加層により、前記磁性層の磁気異方性を低下させる、もしくは、磁気制動定数を低下させるように第１の電圧を前記磁性層に印加し、同時に、前記スピン軌道層に電流を流す、ことを含む、磁気メモリの記録方法が提供される。
【００１５】
本開示によれば、磁気メモリの記録方法であって、前記磁気メモリは、電流によりスピン偏極電子が生じるスピン軌道層と、記録する情報に応じて磁化方向が変化する磁性層及び絶縁層からなる積層構造を持ち、前記スピン軌道層上に設けられた磁気メモリ素子と、前記絶縁層を介して前記磁性層に電圧を印加する電圧印加層と、を有し、前記スピン軌道層に電流を流し、前記電流に遅れて、もしくは、前記電流が減じた後に、前記電圧印加層により、前記磁性層の磁気異方性を向上させる、もしくは、磁気制動定数を向上させるように第３の電圧を前記磁性層に印加する、ことを含む、磁気メモリの記録方法が提供される。
【００１６】
本開示によれば、磁気メモリの記録方法であって、前記磁気メモリは、記録する情報に応じて磁化方向が変化する磁性層及び絶縁層からなる積層構造をそれぞれ持ち、マトリックス状に配置された複数の磁気メモリ素子と、第１の方向に沿って並ぶ前記複数の磁気メモリ素子からなる磁気メモリ素子列のそれぞれに対応するように設けられ、電流によりスピン偏極電子が生じる複数のスピン軌道層と、前記第１の方向と直交する第２の方向に沿って並ぶ前記複数の磁気メモリ素子からなる磁気メモリ素子行のそれぞれに対応するように設けられ、前記各磁気メモリ素子行に含まれる前記複数の磁気メモリ素子の前記磁性層のそれぞれに前記絶縁層を介して電圧を印加する複数の電圧印加層と、を有し、前記電圧印加層により前記磁性層に印加する電圧を制御することにより、情報を記録する前記磁気メモリ素子を選択することを含む、磁気メモリの記録方法が提供される。
【発明の効果】
【００１７】
以上説明したように本開示によれば、反転エラーの発生を抑え、安定した記録を行うことが可能である。
【００１８】
なお、上記の効果は必ずしも限定的なものではなく、上記の効果とともに、または上記の効果に代えて、本明細書に示されたいずれかの効果、または本明細書から把握され得る他の効果が奏されてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】ＳＯＴ-ＭＲＡＭの構造及び動作を説明するための説明図である。
【図２】スピン軌道層にパルス電流を与えた後の磁性層１００の磁化方向の時間変化の一例を示す。
【図３】磁性層の垂直磁気異方性（Ｈｋ）及び磁気制動定数（α）の電圧による変化の一例を示す。
【図４】本開示の一実施形態に係る磁気メモリ１の構造を模式的に示した斜視図である。
【図５】本開示の一実施形態に係る磁気メモリ素子１０の構造を模式的に示した断面図である。
【図６】図４に示す磁気メモリ１の記録方法を説明するための説明図である。
【図７】図４に示す磁気メモリ１の記録方法の変形例を説明するための説明図である。
【図８】本開示の一実施形態に係る磁気メモリ素子１０を有する磁気メモリ１の構造を模式的に示した斜視図（その１）である。
【図９】図８に示す磁気メモリ１の記録方法を説明するための説明図である。
【図１０】本開示の一実施形態に係る磁気メモリ素子１０を有する磁気メモリ１の構造を模式的に示した斜視図（その２）である。
【図１１】図１０に示す磁気メモリ１の記録方法を説明するための説明図である。
【図１２Ａ】本開示の一実施形態に係る磁気メモリ１の製造方法における各工程を説明する平面図（その１）である。
【図１２Ｂ】図１２ＡのＢ−Ｂ´に沿って切断した場合の断面図である。
【図１３Ａ】本開示の一実施形態に係る磁気メモリ１の製造方法における各工程を説明する平面図（その２）である。
【図１３Ｂ】図１３ＡのＢ−Ｂ´に沿って切断した場合の断面図である。
【図１４Ａ】本開示の一実施形態に係る磁気メモリ１の製造方法における各工程を説明する平面図（その３）である。
【図１４Ｂ】図１４ＡのＢ−Ｂ´に沿って切断した場合の断面図である。
【図１５Ａ】本開示の一実施形態に係る磁気メモリ１の製造方法における各工程を説明する平面図（その４）である。
【図１５Ｂ】図１５ＡのＢ−Ｂ´に沿って切断した場合の断面図である。
【図１６Ａ】本開示の一実施形態に係る磁気メモリ１の製造方法における各工程を説明する平面図（その５）である。
【図１６Ｂ】図１６ＡのＢ−Ｂ´に沿って切断した場合の断面図である。
【図１７Ａ】本開示の一実施形態に係る磁気メモリ１の製造方法における各工程を説明する平面図（その６）である。
【図１７Ｂ】図１７ＡのＢ−Ｂ´に沿って切断した場合の断面図である。
【図１８Ａ】本開示の一実施形態に係る磁気メモリ１の製造方法における各工程を説明する平面図（その７）である。
【図１８Ｂ】図１８ＡのＢ−Ｂ´に沿って切断した場合の断面図である。
【図１８Ｃ】図１８ＡのＣ−Ｃ´に沿って切断した場合の断面図である。
【図１９】実施例１に係る磁気メモリ１における、スピン軌道層２０に流すパルス電流を２０μＡとした場合の、パルス幅に対する反転エラーの割合（Ｐ）を示すグラフである。
【図２０】実施例１に係る磁気メモリ１における、印加電圧に対する垂直磁気異方性（Ｈｋ）及び磁気制動定数（α）の変化を示すグラフである。
【図２１Ａ】実施例１に係る磁気メモリ１における、印加電圧を−１Ｖとし、スピン軌道層２０に流すパルス電流を２０μＡとした場合の、パルス幅に対する反転エラーの割合（Ｐ）を示すグラフである。
【図２１Ｂ】実施例１に係る磁気メモリにおける、印加電圧を＋１Ｖとし、スピン軌道層２０に流すパルス電流を２０μＡとした場合の、パルス幅に対する反転エラーの割合（Ｐ）を示すグラフである。
【図２２】実施例１に係る磁気メモリにおける、スピン軌道層２０に２０μＡのパルス電流を流した後に、＋１Ｖの印加電圧を印加した場合の、パルス幅に対する反転エラーの割合（Ｐ）を示すグラフである。
【図２３】実施例１に係る磁気メモリにおける、スピン軌道層２０に２０μＡのパルス電流を流したと同時に−１Ｖの印加電圧を印加し、上記パルス電流を流した後に＋１Ｖの印加電圧を印加した場合の、パルス幅に対する反転エラーの割合（Ｐ）を示すグラフである。
【図２４】実施例２に係る磁気メモリにおける、パルス電流値（Ｉｓｏ）に対する反転エラーの割合（Ｐ）を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
以下に添付図面を参照しながら、本開示の好適な実施の形態について詳細に説明する。なお、本明細書及び図面において、実質的に同一の機能構成を有する構成要素については、同一の符号を付することにより重複説明を省略する。
【００２１】
また、本明細書および図面において、実質的に同一または類似の機能構成を有する複数の構成要素を、同一の符号の後に異なる数字を付して区別する場合がある。ただし、実質的に同一または類似の機能構成を有する複数の構成要素の各々を特に区別する必要がない場合、同一符号のみを付する。また、異なる実施形態の類似する構成要素については、同一の符号の後に異なるアルファベットを付して区別する場合がある。ただし、類似する構成要素の各々を特に区別する必要がない場合、同一符号のみを付する。
【００２２】
そして、以下の説明で参照される図面は、本開示の一実施形態の説明とその理解を促すための図面であり、わかりやすくするために、図中に示される形状や寸法、比などは実際と異なる場合がある。さらに、図中に示される磁気メモリ等は、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。また、以下の説明においては、磁気メモリ素子等の積層構造の上下方向は、磁気メモリ素子が設けられた基板上の面を上とした場合の相対方向に対応し、実際の重力加速度に従った上下方向とは異なる場合がある。
【００２３】
さらに、以下の説明においては、磁化方向（磁気モーメント）や磁気異方性について説明する際に、便宜的に「垂直方向」（膜面に対して垂直な方向）及び「面内方向」（膜面に対して平行な方向）等の用語を用いる。ただし、これらの用語は、必ずしも磁化の厳密な方向を意味するものではない。例えば、「磁化方向が垂直方向である」や「垂直磁気異方性を有する」等の文言は、面内方向の磁化に比べて垂直方向の磁化が優位な状態であることを意味している。同様に、例えば、「磁化方向が面内方向である」や「面内磁気異方性を有する」等の文言は、垂直方向の磁化に比べて面内方向の磁化が優位な状態であることを意味している。
【００２４】
なお、説明は以下の順序で行うものとする。
１．ＳＯＴ−ＭＲＡＭの概略
１．１．ＳＯＴ−ＭＲＡＭの概略
１．２．ＳＯＴ−ＭＲＡＭの構造
１．３．ＳＯＴ−ＭＲＡＭの動作
２．本開示の技術の背景
２．１．本開示の技術の背景
２．２．電圧によって磁性層１００の磁気異方性、磁気制動定数が変化する現象について
３．本開示の一実施形態について
３．１．磁気メモリ１の基本構造
３．２．磁気メモリ１の記録方法
３．３．複数の磁気メモリ素子１０を有する磁気メモリ１の記録方法
３．４．磁気メモリ１の製造方法
４．実施例
５．まとめ
６．補足
【００２５】
＜＜１．ＳＯＴ−ＭＲＡＭの概略＞＞
＜１．１．ＳＯＴ−ＭＲＡＭの概略＞
ＳＴＴ−ＭＲＡＭは、高速動作等の利点を有しつつ、低消費電力化、大容量化が可能であることから、更なる大きな期待が寄せられている。例えば、このようなＳＴＴ−ＭＲＡＭにおいて、スピントルク磁化反転を生じさせるために必要な電流の絶対値は、５０ｎｍ程度のスケールの磁気メモリ素子で１００μＡ以下となる。しかしながら、ＭＲＡＭにおいて大容量化をさらに進めるためには、反転電流をさらに低下させることが求められる。そこで、その方法の一つとして、ＳＯＴ−ＭＲＡＭが検討されている。
【００２６】
ＳＯＴ−ＭＲＡＭの有する磁気メモリ素子の基本構成は、先に説明したように、スピン軌道トルクを磁性層に与えるスピン軌道層と、スピン軌道層から与えられたスピン軌道トルクにより磁化方向が変化して情報の記録を行う磁性層と、磁性層に記録された情報を読み出す機構とを持つ。詳細には、情報の記録は、スピン軌道層に電流を流すことで誘起されたスピン偏極電子が、磁化方向が固定されていない磁性層に注入されることにより（これをスピン注入トルクとも呼ぶ）、磁性層の磁気モーメントにスピントルク与え、磁性層の磁化方向を反転することにより行われる。従って、スピン軌道層に所定の閾値以上の電流を流すことにより、上記磁性層の磁化方向を反転させることができる。なお、磁気メモリ素子の１／０の記録は、電流の極性を変えることで行うことができる。
【００２７】
まずは、ＳＯＴ-ＭＲＡＭの構造と、ＳＯＴ-ＭＲＡＭの動作の詳細について、図１を参照して説明する。図１は、ＳＯＴ-ＭＲＡＭの構造及び動作を説明するための説明図であって、詳細には、図１の左側は、ＳＯＴ-ＭＲＡＭの１つの磁気メモリ素子の基本的構造を示し、図１の右側は、電子スピンの状態やスピントルクの働き方を示している。なお、図１の右側に示される破線の円柱は磁気メモリ素子１０の磁性層１００を示している。
【００２８】
＜１．２．ＳＯＴ−ＭＲＡＭの構造＞
まず、図１を参照して、ＳＯＴ−ＭＲＡＭの構造について説明する。図１の左側に示すように、ＳＯＴ−ＭＲＡＭは、一方向に延伸されたスピン軌道層２０と、スピン軌道層２０の上に設けられた磁気メモリ素子１０とを有する。また、磁気メモリ素子１０には、スピン軌道層２０と接する面と対向する面に電極５０が接続されている。
【００２９】
一方向に延伸して設けられたスピン軌道層２０は、薄い金属材料によって形成される。スピン軌道層２０は、スピン軌道層２０を通過する電子をスピン分極させることで、スピン偏極電子を生成する。スピン軌道層２０は、生成したスピン偏極電子を磁気メモリ素子１０の後述する磁性層１００に注入することにより、磁性層１００の磁気モーメントにスピントルクを与え、磁性層１００の磁化方向を反転させることができる。
【００３０】
磁気メモリ素子１０は、図１に示すように、絶縁層１０２を２つの磁性層１００、１０４で挟持した構造を有し、スピン軌道層２０の上に設けられる。具体的には、磁気メモリ素子１０は、スピン軌道層２０に接する側から、磁化方向が変化して情報を記録する記録層としての磁性層１００と、絶縁層１０２と、磁化方向が固定された参照層としての磁性層１０４とが順次積層してなる積層構造を有する。なお、参照層としての磁性層１０４は、記録層としての磁性層１００から情報を読み出す機構の一部として機能する。
【００３１】
すなわち、磁気メモリ素子１０は、いわゆるトンネル接合素子であってもよい。詳細には、磁気メモリ素子１０は、磁性層１００、１０４の間に電圧が印加された場合、トンネル磁気抵抗効果によって絶縁層１０２にトンネル電流を流すことができる。このとき、磁性層１００及び磁性層１０４の各々の磁化方向が平行であるのか、または反平行であるのかによって絶縁層１０２の電気抵抗が変化する。また、スピン軌道層２０と接する磁性層１００の磁化方向は、スピン軌道層２０から注入されるスピン偏極電子によって制御可能であるため、磁気メモリ素子１０は、磁性層１００の磁化方向及び磁性層１０４との相対的な角度によって、情報を記録することができる。
【００３２】
電極５０は、磁気メモリ素子１０と電気的に接続して設けられ、磁気メモリ素子１０から情報を読み出す際に、磁気メモリ素子１０に電流を流す。
【００３３】
すなわち、ＳＯＴ−ＭＲＡＭの磁気メモリ素子１０においては、磁性層１００が情報を記録するために機能する領域であり、絶縁層１０２及び磁性層１０４が磁性層１００に記録された情報を読み出すための機構として機能する領域であると言える。
【００３４】
＜１．３．ＳＯＴ−ＭＲＡＭの動作＞
続いて、上述したＳＯＴ−ＭＲＡＭへの情報の記録動作、及び情報の読み出し動作について説明する。
【００３５】
（記録動作）
図１の左側に示すように、ＳＯＴ−ＭＲＡＭの磁気メモリ素子１０に情報を記録する場合、スピン軌道層２０の延伸する方向を示す矢印９００に沿ってスピン軌道層２０に電流が流れる。なお、当該電流の方向は一方向でも良いし、逆方向であってもよい。
【００３６】
スピン軌道層２０を通過した電子は、図１の右側に示すように、スピン軌道層２０の上下で異なるスピン方向に分極する。そして、スピン軌道層２０の上で分極したスピン偏極電子８００が磁気メモリ素子１０の磁性層１００に注入される。従って、磁性層１００では、注入されたスピン偏極電子８００によって、磁性層１００の磁気モーメント（磁化方向）６００がスピントルク７００を受けることとなる。そのため、スピン偏極電子８００から受けるスピントルク７００が閾値を超えた場合、磁性層１００の磁気モーメント６００は、歳差運動を開始し、反転する。このように、ＳＯＴ−ＭＲＡＭでは、スピン軌道層２０と、磁気メモリ素子１０の磁性層１００とのスピン軌道相互作用によって、磁性層１００の磁化方向を反転させ、当該磁性層１００に情報を記録することができる。
【００３７】
（読み出し動作）
また、図１の左側に示すように、ＳＯＴ−ＭＲＡＭの磁気メモリ素子１０から情報を読み出す場合には、磁気メモリ素子１０の積層方向に沿って電流が流れる。具体的には、矢印９０２で示す方向に電極５０から磁気メモリ素子１０を通過してスピン軌道層２０に電流が流れる。なお、当該電流の方向は一方向でも良いし、逆方向でも良い。
【００３８】
磁気メモリ素子１０では、絶縁層１０２を挟持する磁性層１００、１０４の磁化方向が平行であるのか、反平行であるのかに基づいて、トンネル磁気抵抗効果によって絶縁層１０２の電気抵抗が変化する。したがって、ＳＯＴ−ＭＲＡＭでは、磁気メモリ素子１０の電気抵抗を測定することで、磁性層１００の磁化方向を検出することができる。従って、ＳＯＴ−ＭＲＡＭでは、磁気メモリ素子１０の電気抵抗を検出することで、磁性層１００の磁化方向を検出し、その結果に基づいて、磁性層１００から情報を読み出すことができる。
【００３９】
さらに、磁性層１００として垂直磁化膜を用いた場合には、図１の右側に示すように、磁性層１００の磁化方向と上記スピン偏極電子８００のスピンの向きが直交していることから、スピントルク７００が無駄なく磁性層１００の磁気モーメントに与えられる。従って、ＳＯＴ−ＭＲＡＭにおいては、例えば１ｎｓｅｃ以下と反転速度が速く、反転電流が少ないという特徴を有する。また、上述の説明からわかるように、ＳＯＴ−ＭＲＡＭにおいては、情報の記録時と読み出し時の電流の経路が互いに異なる。
【００４０】
＜＜２．本開示の技術の背景＞＞
＜２．１．本開示の技術の背景＞
ところで、先に説明したように、ＳＯＴ−ＭＲＡＭの有する磁気メモリ素子１０の磁性層１００については、面内磁化膜及び垂直磁化膜のどちらによっても形成することができる。しかしながら、より記録密度を高くするには、磁気メモリ素子１０の形状を基板の上方から見た場合には円形に見える形状とし、さらに、このような形状の磁気メモリ素子１０において強い異方性が得られる垂直磁化膜を磁性層１００として用いることが好ましい。
【００４１】
しかしながら、磁性層１００として垂直磁化膜を用いた場合には、スピン軌道層２０に電流を流している間には、磁性層１００の磁化方向を回転させる力が磁性層１００に働き続ける。従って、磁性層１００の磁化方向を所望の方向に安定的に反転させるためには、スピン軌道層２０に流す電流の電流値と電流を流す時間幅（パルス幅）を厳密に制御することが求められる。
【００４２】
さらには、複数の磁気メモリ素子１０を集積した磁気メモリにおいては、製造バラツキに起因して、各磁気メモリ素子１０の特性がばらつく。従って、各磁気メモリ素子１０の有する磁性層１００の磁化方向を所望の方向に安定的に反転させるための電流の電流値及びパルス幅の最適値は、磁気メモリ素子１０ごとに異なることとなる。このようなことから、１つの磁気メモリに含まれる複数の磁気メモリ素子１０の磁性層１００の磁化方向を一様に反転させることが難しく、その結果、磁気メモリの大容量化には限界があった。また、磁気メモリが使用される環境の温度等に応じて、上記最適値が変化することから、磁気メモリを実際に使用する際に、上述の電流値及びパルス幅を好適に制御することは難しい。従って、磁気メモリ素子１０の磁性層１００が所望のように反転しない、もしくは、意図せず反転してしまうような、反転エラーの発生を抑えることが難しい。
【００４３】
さらには、磁気メモリ素子１０に最適な電流値及びパルス幅で電流を与えることができ、磁性層１００の磁化方向を反転することができた場合であっても、磁性層１００の磁化方向はすぐには安定しない。そして、熱ゆらぎなどによって、磁性層１００の反転方向が戻るような、反転エラーが生じることもある。
【００４４】
さらに、図２を参照して、磁性層１００の磁化方向の反転について説明する。図２は、スピン軌道層にパルス電流を与えた後の磁性層１００の磁化方向の時間変化の一例を示す。詳細には、図２は、スピン軌道層２０上に磁性層１００を積層した試料における、磁性層１００の磁化方向の面内Ｘ軸方向における磁化座標（ｍｘ）と垂直Ｚ軸方向における磁化座標（ｍｚ）の時間変化を示し、下方に、スピン軌道層２０に与えられる電流パルスの印加パターンを示している。
【００４５】
図２に示すように、パルス電流が与えられたスピン軌道層２０から与えられたスピントルクにより磁性層１００の磁化方向は非常に短い時間（１ナノ秒以下）で磁化反転する（図２中のｍｚ）。しかしながら、磁性層１００の磁化方向は、磁化反転後、反転の反動によりしばらくの間（数ナノ秒から数十ナノ秒）歳差運動を続けている（図２中のｍｘ）。さらに、歳差運動中は、安定状態よりもエネルギーが高いため、磁性層１００の磁化方向は、熱揺らぎ等の影響で反転状態から反転前の状態に戻る可能性がある。
【００４６】
そこで、上述のような磁化方向の戻りを避け、磁性層１００の磁化方向を安定的に反転させるために、外部磁場やスピントランスファートルクを併せて用いることが考えられる。しかしながら、これらの方法によれば、磁気メモリの消費電力の増加を招き、さらには磁気メモリ素子１０の保磁力特性の劣化を招くこともある。
【００４７】
本発明者らは、このような状況を踏まえて、反転エラーの発生を抑え、安定した磁化反転を実現できるＳＯＴ−ＭＲＡＭについて鋭意検討を重ねた。当該検討を行う中で、本発明者らは、以下に説明する電圧によって磁性層１００の磁気異方性、磁気制動定数が変化する現象に着眼し、本開示の一実施形態を創作するに至った。以下に、本発明者らが着眼した現象について説明する。
【００４８】
＜２．２．電圧によって磁性層１００の磁気異方性、磁気制動定数が変化する現象について＞
ところで、強磁性体に絶縁体を介して電圧を印加すると、印加する電圧によって、強磁性体の磁気異方性が変化することが知られている（非特許文献２  参照）。
【００４９】
さらに、本発明者らが検討を進めたところ、上述のように強磁性体へ電圧を印加することにより、磁気異方性が変化することに加えて、強磁性体の磁気制動定数が変化することがわかった。そこで、本発明者らは、スピントルクによる磁化方向の反転に関わる磁気異方性及び磁気制動定数を電圧印加によって変化させることにより、安定的な磁化反転を得ることができるのではないかと考えた。なお、ここで磁気制動定数とは、磁化運動の摩擦を示すダンピング定数等のことであり、磁気制動定数が小さいほど、磁化方向の反転が容易であることを示す。
【００５０】
そこで、本発明者らは、磁気メモリ素子における電圧印加による垂直磁気異方性（Ｈｋ）及び磁気制動定数（α）の変化を検討した。ここで、試料となる磁気メモリ素子は、Ｔａからなる下地膜上に、膜厚１．２ｎｍのＣｏＦｅＢ膜（磁性層１００に対応する）、膜厚２ｎｍのＭｇＯ膜、膜厚３ｎｍのＣｏＦｅ膜、膜厚０．８ｎｍのＲｕ膜、膜厚３ｎｍのＣｏＦｅ膜、及びＲｕからなる保護膜が順次積層された積層構造を持つ。なお、ＣｏＦｅＢ膜はＭｇＯとの界面異方性によって垂直磁化膜となり、ＣｏＦｅ膜は面内磁化膜である。また、ＣｏＦｅＢ膜の垂直磁気異方性（Ｈｋ）及び磁気制動定数（α）は強磁性共鳴信号から求めた。図３に、ＣｏＦｅＢ膜（磁性層１００）の垂直磁気異方性（Ｈｋ）及び磁気制動定数（α）の電圧印加による変化の一例を示す。図３においては、横軸が印加される電圧Ｖａを示し、左側の縦軸が垂直磁気異方性（Ｈｋ）を示し、右側の縦軸が磁気制動定数（α）を示している。なお、印加される電圧については、上記磁気メモリセルの上に設けられた電極の電圧が下に設けられた電極の電圧よりも高い場合が正方向となるように示している。
【００５１】
図３に示されているように、磁気メモリ素子のＣｏＦｅＢ膜（磁性層１００）の垂直磁気異方性（Ｈｋ）及び磁気制動定数（α）は、印加する電圧によって変化することがわかった。詳細には、電圧を正方向に印加した場合には、垂直磁気異方性（Ｈｋ）及び磁気制御定数（α）は低下した。また、電圧を負方向に印加した場合には、垂直磁気異方性（Ｈｋ）及び磁気制御定数（α）は上昇した。
【００５２】
従って、このような検討結果から、本発明者らは、電圧を正方向に印加することにより、垂直磁気異方性及び磁気制御定数が低下することから、磁化方向の反転を容易に行うことができると考えた。また、本発明者らは、反対に電圧を負方向に印加することにより、垂直磁気異方性及び磁気制御定数が上昇することから、磁化方向の揺らぎ（歳差運動）を小さくし、熱揺らぎ等の影響で反転状態から反転前の状態に戻る可能性を低く抑えることができると考えた。
【００５３】
そこで、本発明者らは、このような電圧印加による磁気異方性及び磁気制動定数の制御を利用することにより、反転エラーの発生を抑え、安定した磁化反転を実現できる本開示の一実施形態を創作するに至った。以下に、このような本開示の一実施形態について詳細に説明する。
【００５４】
＜＜３．本開示の一実施形態について＞＞
＜３．１．磁気メモリ１の基本構造＞
まず、図４及び図５を参照して、本実施形態に係る磁気メモリ１の基本構造について説明する。図４は、本実施形態に係る磁気メモリ１の構造を模式的に示した斜視図であり、図５は、本実施形態に係る磁気メモリ素子１０の構造を模式的に示した断面図である。
【００５５】
図４に示すように、本実施形態に係る磁気メモリ１の基本構造は、スピン軌道層２０と、スピン軌道層２０の上に設けられた磁気メモリ素子１０と、磁気メモリ素子１０の上に設けられた電極層（電圧印加層）４０とを有する。また、図５に示すように、磁気メモリ素子１０は、スピン軌道層２０の上に設けられた磁性層１００と、磁性層１００の上に設けられた絶縁層１０２とを有する。また、磁気メモリ素子１０の情報の読み出し機構の一部として、電極層４０の下には磁性層（他の磁性層）１０４が設けられている。
【００５６】
スピン軌道層２０は、先に説明したように、スピン軌道層２０を通過する電子をスピン分極させることで、スピン偏極電子を生成し、生成したスピン偏極電子を磁性層１００に注入する。
【００５７】
スピン軌道層２０は、通過する電子がスピン分極を生じる程度に十分薄い導電材料により形成される。従って、スピン軌道層２０は、スピン分極効率が高い導電材料で形成されることが好ましく、例えば、Ａｌ、Ｔｉ、Ｖ、Ｃｒ、Ｍｎ、Ｃｕ、Ｚｎ、Ａｇ、Ｈｆ、Ｔａ、Ｗ、Ｒｅ、Ｐｔ、Ａｕ、Ｈｇ、Ｐｂ、Ｓｉ、Ｇａ、ＧａＭｎ、およびＧａＡｓからなる群より選択された少なくとも１種以上の導電材料で形成されることが好ましい。また、スピン軌道層２０には、さらに、Ｙ、Ｚｒ、Ｎｂ、Ｍｏ、Ｔｃ、Ｒｕ、Ｒｈ、Ｐｄ、Ｃｄ、Ｉｎ、Ｓｂ、Ｔｅ、Ｈｆ、Ｔａ、Ｗ、Ｒｅ、Ｏｓ、Ｉｒ、Ｐｔ、Ａｇ、Ａｕ、Ｈｇ、Ｔｌ、Ｐｂ、Ｂｉ、Ｐｏ、Ａｔ、Ｖ、Ｃｒ、Ｍｎ、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｐ、Ｓ、Ｚｎ、Ｇａ、Ｇｅ、Ａｓ、Ｓｅ、Ｉ、Ｌｕ、Ｌａ、Ｃｅ、Ｐｒ、Ｎｄ、Ｐｍ、Ｓｍ、Ｅｕ、Ｇｄ、Ｔｂ、Ｄｙ、Ｈｏ、Ｅｒ、Ｔｍ、およびＹｂからなる群より選択された少なくとも１種以上の元素が添加されていてもよい。さらに、スピン軌道層２０の下方に下地層（図示省略）を設け、スピン軌道層２０の配向を制御してもよい。
【００５８】
磁性層１００は、強磁性体材料にて形成され、スピン軌道層２０の上に設けられる。当該磁性層１００の磁化方向は、固定されておらず、記録する情報に応じて変化する。詳細には、磁性層１００は、その磁化方向が後述する磁性層１０４の磁化方向と平行または反平行のいずれかとなるように反転可能に設けられる。また、磁性層１００とスピン軌道層２０との間には、金属層（図示省略）や薄い絶縁層（図示省略）が設けられてもよい。
【００５９】
磁性層１００は、例えば、Ｃｏ、Ｆｅ、Ｂ、Ａｌ、Ｓｉ、Ｍｎ、Ｇａ、Ｇｅ、Ｎｉ、ＣｒおよびＶからなる群より選択された複数の元素を組み合わせた組成の強磁性体材料にて形成されることが好ましい。また、磁性層１００は、単層で構成されてもよく、絶縁層と磁性層との積層体として構成されてもよい。
【００６０】
絶縁層１０２は、絶縁体材料にて形成され、磁性層１００の上に設けられる。なお、絶縁層１０２は、磁性層１００と、後述する磁性層１０４との間に挟持されることで、磁気メモリ素子１０は、トンネル磁気抵抗効果を奏するトンネル接合素子として機能することができる。
【００６１】
絶縁層１０２は、例えば、ＭｇＯ、Ａｌ２Ｏ３、ＳｉＯ２、ＳｒＴｉＯ２、ＡｌＬａＯ３等の各種絶縁体により形成することができる。また、絶縁層１０２をＭｇＯで形成した場合、トンネル接合素子としての磁気メモリ素子１０の磁気抵抗変化率（すなわち、ＭＲ比）をより高くすることができるため、ＭｇＯで形成することが好ましい。
【００６２】
磁性層１０４は、強磁性体材料にて形成され、絶縁層１０２の上に設けられる。磁性層１０４の磁化方向は、磁性層１００の磁化方向に対する基準として、所定方向に固定される。磁性層１０４は、磁気メモリ素子１０に記録される情報の基準となるため、磁化方向が変化しにくい強磁性体材料で形成されることが好ましい。例えば、磁性層１０４は、保磁力または磁気ダンピング定数が大きい強磁性材料で形成されてもよい。また、磁性層１０４は、厚い膜厚で形成されることで、磁化方向を変化しにくくしてもよい。
【００６３】
例えば、磁性層１０４は、Ｃｏ、Ｆｅ、Ｂ、Ａｌ、Ｓｉ、Ｍｎ、Ｇａ、Ｇｅ、Ｎｉ、ＣｒおよびＶからなる群より選択された複数の元素を組み合わせた組成の強磁性体材料にて形成されることが好ましい。なお、磁性層１０４は、単層で構成されてもよく、絶縁層と磁性層との積層体として構成されてもよい。
【００６４】
電極層４０は、磁性層１００に絶縁層１０２を介して電圧を印加する電極であり、絶縁層１０２の上方、すなわち、磁性層１０４の上に設けられる。また、電極層４０は、非磁性金属材料又は磁性金属材料から形成される。なお、電極層４０を磁性金属から形成することにより、上述の磁性層１０４の形成を省略することもできる。このようにすることで、電極層４０と磁性層１００との間に強磁性トンネル接合を形成することができることから、磁気メモリ素子１０を、トンネル磁気抵抗効果を奏するトンネル接合素子として機能させることができる。従って、電極層４０を用いることにより、磁性層１００に電圧を印加するだけでなく、磁気メモリ素子１０から情報を読み出すこともできる。
【００６５】
また、磁性層１００の垂直磁気異方性及び磁気制動定数の電圧による変化率の大きさは、その極性も含めて、磁気メモリ素子１０の構成によって変化するため、変化率が大きくなるように、磁気メモリ素子１０の各層の材料、膜厚を選択することが好ましい。また、同様に、変化率が大きくなるように、磁気メモリ素子１０の大きさ、形状等を選択することが好ましい。さらに、電圧による磁性層１００の垂直磁気異方性の変化率の大きさは、磁性層１００と絶縁層１０２との界面状態によっても変化することから、変化率が大きくなるように、磁性層１００及び絶縁層１０２の材料、加工等を選択することが好ましい。同様に、変化率が大きくなるように、磁性層１００の下に設ける下地膜を選択することが好ましい。
【００６６】
なお、磁気メモリ１においては、上述の図４の基本構造を複数有していてもよい。この場合、１つのスピン軌道層２０の上に、スピン軌道層２０の延伸する方向（第１の方向）に沿って、複数の磁気メモリ素子１０が設けられる。また、各磁気メモリ素子１０上には、各磁気メモリ素子１０の磁性層１００の電圧を印加するために、それぞれに対応する電極層４０が設けられている。例えば、複数の電極層４０は、スピン軌道層２０の延伸する方向と直交する方向（第２の方向）に沿って延伸している（図８  参照）。
【００６７】
また、磁気メモリ１は以下のような構造を持っていてもよい。例えば、磁気メモリ１は、基板上にマトリックス状に配置された複数の磁気メモリ素子１０を有する。さらに、当該磁気メモリ１においては、複数のスピン軌道層２０は、第１の方向に沿って並ぶ複数の磁気メモリ素子１０からなる磁気メモリ素子列のそれぞれに共通するスピン軌道層として、第１の方向に沿って延伸するように設けられる。また、複数の電極層４０は、第２の方向に沿って並ぶ複数の磁気メモリ素子１０からなる磁気メモリ素子行のそれぞれに共通する金属層として、第２の方向に沿って延伸するように設けられる（図１０  参照）。
【００６８】
このように、１つのスピン軌道層２０上に、複数の磁気メモリ素子１０を設けることにより、高密度の磁気メモリ素子１０が設けられた磁気メモリ１を実現することができる。
【００６９】
なお、本実施形態においては、磁気メモリ１は、図８及び図１０に示される構造に限定されるものではなく、本実施形態に係る磁気メモリ１は、より多くの磁気メモリ素子１０を有していてもよい。
【００７０】
＜３．２．磁気メモリ１の記録方法＞
次に、図４に示される本実施形態に係る磁気メモリ１における記録方法について、図６を参照して、説明する。図６は、図４に示す磁気メモリ１の記録方法を説明するための説明図である。詳細には、図６の下側には、磁気メモリ素子１０のスピン軌道層２０に与えられるパルス電流及び電極層４０に与えられるパルス電圧の印加パターンが示されている。さらに、図６の上側には、このような印加パターンを持つ電流及び電圧が印加された場合の、磁気メモリ素子１０の磁性層１００の面内Ｘ軸方向における磁化座標（ｍｘ）と垂直方向（Ｚ軸方向）における磁化座標（ｍｚ）の時間変化が示されている。
【００７１】
本実施形態においては、記録の際には、図６の下側に示されているように、電極層４０を用いて、磁性層１００の磁気異方性及び磁気制動定数を低下させるように、電極層４０側が磁気メモリ素子１０の下側の電極よりも高くなる正方向の電圧（第１の電圧）を磁性層１００に印加する。なお、以下の説明においては、磁性層１００の磁気異方性及び磁気制動定数を低下させるような電圧の方向を、反転促進方向と呼ぶ。また、同時に、スピン軌道層２０には、パルス状のパルス電流を流す。さらに、電極層４０を用いて、上記パルス電流に遅れて、もしくは、上記パルス電流が減じた後に、磁性層１００の磁気異方性及び磁気制動定数を上昇させるように、電極層４０側が磁気メモリ素子１０の下側の電極よりも低くなる負方向の電圧（第２の電圧）を磁性層１００に印加する。なお、以下の説明においては、磁性層１００の磁気異方性及び磁気制動定数を上昇させるような電圧の方向を、反転抑制方向と呼ぶ。
【００７２】
図６の上側に示すように、電極層４０により反転促進方向の電圧を磁性層１００に印加することにより、図２の場合と比べて、磁性層１００の磁化方向が速やかに反転されていることがわかる（図６中のｍｚ）。さらに、図６の上側に示すように、磁化方向が反転した後に、電極層４０により反転抑制方向の電圧を磁性層１００に印加することにより、磁化反転後の歳差運動が速やかに収束していることがわかる（図６中のｍｘ）。従って、本実施形態によれば、速やかに磁化方向を反転させることができ、さらには、磁化方向の揺らぎ（歳差運動）を小さくし、熱揺らぎ等の影響で反転状態から反転前の状態に戻る可能性を低く抑えることができる。その結果、本実施形態によれば、反転エラーの発生を抑え、磁気メモリ素子１０の磁性層１００の磁化方向を安定的に反転させることができる。
【００７３】
また、図６に示す例は、本実施形態に係る記録方法の一例であり、本実施形態は、他の変形例を含み得る。以下に、本実施形態に係る記録方法の変形例１〜３について、図７を参照して説明する。図７は、本開示の一実施形態に係る磁気メモリ１の記録方法の変形例を説明するための説明図である。
【００７４】
（変形例１）
変形例１は、図７の左側に示すように、記録の際には、スピン軌道層２０にパルス電流を流す。さらに、電極層４０を用いて、上記パルス電流に遅れて、もしくは、上記パルス電流が減じた後に、反転抑制方向の電圧を磁性層１００に印加する。このように、電極層４０により反転抑制方向の電圧（第３の電圧）を磁性層１００に印加することにより、磁化反転後の歳差運動を速やかに収束させることができる。
【００７５】
（変形例２）
変形例２は、図７の中央に示すように、記録の際には、スピン軌道層２０にパルス電流を印加すると同時に、電極層４０を用いて、反転促進方向の電圧を磁性層１００に印加する。このように、電極層４０により反転促進方向の電圧を磁性層１００に印加することにより、磁性層１００の磁化方向を速やかに反転させることができる。
【００７６】
（変形例３）
変形例３は、図７の右側に示すように、記録の際には、スピン軌道層２０にパルス電流を印加すると同時に、電極層４０を用いて反転促進方向の電圧を磁性層１００に印加する。次に、スピン軌道層２０に、上記パルス電流とは逆の極性を持つ負方向のパルス電流を流すと同時に、電極層４０を用いて反転抑制方向の電圧を磁性層１００に印加する。このように、スピン軌道層２０にパルス電流を印加するとともに、電極層４０により磁性層１００に電圧を印加することによっても、磁化反転後の歳差運動を速やかに収束させることができる。
【００７７】
なお、印加される電流及び電圧の極性は、磁気メモリ素子１０の構造、材料等に応じて、逆にすることができる。また、印加される電流及び電圧のパルス形状は、方形波でも良いし、台形でも良いし、ある程度のオーバーシュートを持っていてもよい。
【００７８】
＜３．３．複数の磁気メモリ素子１０を有する磁気メモリ１の記録方法＞
これまで説明した記録方法は、１つの磁気メモリ素子１０を有する磁気メモリ１における記録方法であった。しかしながら、本実施形態に係る磁気メモリ１は、複数の磁気メモリ素子１０を有していてもよい。このような磁気メモリ１に対しても、各磁気メモリ素子１０に印加する電圧を制御することにより、所望する磁気メモリ素子１０に対して選択的に情報を記録することができる。そこで、このような磁気メモリ１の記録方法について、以下に説明する。
【００７９】
（記録方法１）
複数の磁気メモリ素子１０を有する磁気メモリ１の記録方法を、図８及び図９を参照して説明する。図８は、本実施形態に係る磁気メモリ素子１０を有する磁気メモリ１の構造を模式的に示した斜視図であり、図９は、図８に示す磁気メモリ１の記録方法を説明するための説明図である。詳細には、図９の上側には、記録が行われる磁気メモリ素子１０が示されており、中段には、スピン軌道層２０のパルス電流の印加パターンが示され、下段には、複数の電極層４０ａ、４０ｂ、４０ｃ（図８参照）に印加される電圧Ｖａ、Ｖｂ、Ｖｃの印加パターンが示されている。
【００８０】
まず、図８に示されているように、１つのスピン軌道層２０の上に、スピン軌道層２０の延伸する方向に沿って、３つの磁気メモリ素子１０ａ、１０ｂ、１０ｃが設けられている。また、各磁気メモリ素子１０ａ、１０ｂ、１０ｃ上には、それぞれ電極層４０ａ、４０ｂ、４０ｃが設けられている。
【００８１】
図８に示された磁気メモリ１において、磁気メモリ素子１０ａのみに記録を行う場合には、図９の左側に示すように、スピン軌道層２０にパルス電流を印加すると同時に、磁気メモリ素子１０ａに対応する電極層４０ａによって、反転促進方向の電圧（第４の電圧）を磁気メモリ素子１０ａの磁性層１００に印加する。さらに、上記パルス電流に遅れて、もしくは、上記パルス電流が減じた後に、電極層４０ａによって、反転抑制方向の電圧を磁気メモリ素子１０ａの磁性層１００に印加する。このようにすることで、磁気メモリ素子１０ａの磁性層１００の磁化方向を速やかに反転させることができ、さらには、磁化方向の歳差運動を小さくし、熱揺らぎ等の影響で反転状態から反転前の状態に戻る可能性を低く抑えることができる。その結果、磁気メモリ素子１０ａの磁性層１００の磁化方向を安定的に反転させることができる。
【００８２】
また、記録を行わない磁気メモリ素子１０ｂ、１０ｃについては、電極層４０ａに電圧が印加されている間、対応する電極層４０ｂ、４０ｃを用いて、反転抑制方向の電圧（第５の電圧）を磁気メモリ素子１０ｂ、１０ｃの磁性層１００に印加する。このようにすることで、磁気メモリ素子１０ｂ、１０ｃの強磁性層１００にスピントルクが与えられても、反転抑制方向の電圧により磁性層１００の磁化方向が反転しにくくなることから、意図せず、磁気メモリ素子１０ｂ、１０ｃに情報が記録されることを防ぐことができる。すなわち、本実施形態によれば、選択的に所望した磁気メモリ素子１０ａのみに情報を記録することができる。
【００８３】
なお、図８中の磁気メモリ素子１０ｂのみ、磁気メモリ素子１０ｃのみ、磁気メモリ素子１０ａ、１０ｂのみ、及び磁気メモリ素子１０ａ〜１０ｃに記録を行う場合には、図９に示すように、上述と同様に対応する電極層４０ａ〜４０ｃを用いて、反転促進方向の電圧又は反転抑制方向の電圧を各磁気メモリ素子１０ａ〜１０ｃの磁性層１００に印加すればよい。なお、本実施形態における電圧の印加パターンは、図９に示される例に限定されるものではなく、他の例であってもよい。
【００８４】
（記録方法２）
先に説明した磁気メモリ１は、１つのスピン軌道層２０を有するものであったが、本実施形態に係る磁気メモリ１は、複数のスピン軌道層２０を有していてもよい。このような磁気メモリ１に対しても、磁気メモリ素子１０に印加する電圧を制御することにより、所望する磁気メモリ素子１０に対して選択的に情報を記録することができる。そこで、このような磁気メモリ１の記録方法について、図１０及び図１１を参照して説明する。図１０は、本実施形態に係る磁気メモリ素子１０を有する磁気メモリ１の構造を模式的に示した斜視図であり、図１１は、図１０に示す磁気メモリ１の記録方法を説明するための説明図である。詳細には、図１１の上側には、記録が行われる磁気メモリ素子１０が示されており、中段には、スピン軌道層２０ａ、２０ｂ、２０ｃのパルス電流ｉａ、ｉｂ、ｉｃの印加パターンが示され、下段には、複数の電極層４０ａ、４０ｂ、４０ｃ（図１０参照）に印加される電圧Ｖａ、Ｖｂ、Ｖｃの印加パターンが示されている。
【００８５】
まず、図１０に示されているように、磁気メモリ１は、基板上にマトリックス状に設けられた９つの磁気メモリ素子１０ａ〜１０ｉを有する。また、磁気メモリ１は、複数の磁気メモリ素子１０ａ〜１０ｃからなる磁気メモリ素子列に共通するスピン軌道層２０ａと、複数の磁気メモリ素子１０ｄ〜１０ｆからなる磁気メモリ素子列に共通するスピン軌道層２０ｂと、複数の磁気メモリ素子１０ｇ〜１０ｉからなる磁気メモリ素子列に共通するスピン軌道層２０ｃとを有する。さらに、磁気メモリ１は、複数の磁気メモリ素子１０ａ、１０ｄ、１０ｇからなる磁気メモリ素子行に共通する電極層４０ａと、複数の磁気メモリ素子１０ｂ、１０ｅ、１０ｈからなる磁気メモリ素子行に共通する電極層４０ｂと、複数の磁気メモリ素子１０ｃ、１０ｆ、１０ｉからなる磁気メモリ素子行に共通する電極層４０ｃとを有する。
【００８６】
図１０に示された磁気メモリ１において、磁気メモリ素子１０ｅのみに記録を行う場合には、磁気メモリ素子１０ｅに対応するスピン軌道層２０ｂにパルス電流を印加し、同時に、磁気メモリ素子１０ｅに対応する電極層４０ｂを用いて、反転促進方向の電圧を磁気メモリ素子１０ｅの磁性層１００に印加する。さらに、上記パルス電流に遅れて、もしくは、上記パルス電流が減じた後に、電極層４０ｂを用いて、反転抑制方向の電圧を磁気メモリ素子１０ｅの磁性層１００に印加する。このようにすることで、磁気メモリ素子１０ｅの強磁性層１００の磁化方向を速やかに反転させることができ、さらには、磁化方向の歳差運動を小さくし、熱揺らぎ等の影響で反転状態から反転前の状態に戻る可能性を低く抑えることができる。その結果、磁気メモリ素子１０ｅの磁性層１００の磁化方向を安定的に反転させることができる。
【００８７】
また、記録を行わない他の磁気メモリ素子１０ａ〜１０ｄ、１０ｆ〜１０ｉについては、スピン軌道層２０ｂ及び電極層４０ａに電流及び電圧が印加されている間、スピン軌道層２０ａ、２０ｃにはパルス電流を印加せず、さらには、電極層４０ａ、４０ｃを用いて、反転抑制方向の電圧を磁気メモリ素子１０ｄ、１０ｇの磁性層１００に印加する。このようにすることで、電流が印加されないスピン軌道層２０ａ、２０ｂ上の磁気メモリ素子１０ａ〜ｃ、１０ｇ〜１０ｉの磁性層１００にはスピントルクが与えられることはないことから、これら磁性層１００の磁化方向は反転しない。さらに、スピン軌道層２０ｂによりスピントルクが与えられる磁気メモリ素子１０ｄ、１０ｇの磁性層１００については、反転抑制方向の電圧が印加されることから、その磁化方向も反転しない。すなわち、本実施形態によれば、選択的に所望した磁気メモリ素子１０ｅのみに情報を記録することができる。
【００８８】
また、図１０の磁気メモリ素子１０ｇ、１０ｈのみに記録を行う場合には、図１１の右側に示すように、スピン軌道層２０ｃ、電極層４０ａ〜ｃに電流及び電圧を印加すればよい。
【００８９】
すなわち、本実施形態によれば、対応するスピン軌道層２０にパルス電流を印加し、同時に、対応する電極層４０によって反転促進方向の電圧を印加することにより、所望の磁気メモリ素子１０に記録を行うことができる。また、記録しない磁気メモリ素子１０については、対応する電極層４０によって反転抑制方向の電圧を印加することにより、誤って情報が記録されることを防ぐことができる。
【００９０】
なお、図１０の磁気メモリ１から情報を読み出す際には、磁気メモリ１内の読み出したい磁気メモリ素子１０に対応するスピン軌道層２０上の全ての磁気メモリ素子１０の磁性層１００の磁化方向を反転させるような動作を行い、反転の前後で、各磁気メモリ素子１０の抵抗変化を検出すればよい。この場合、もう一度、反転動作を行うことにより、各磁気メモリ素子１０を元の記録状態（元の磁化方向）に戻すことができる。
【００９１】
＜３．４．磁気メモリ１の製造方法＞
次に、本開示の実施形態に係る磁気メモリ１の製造方法について、図１２Ａ〜図１８Ｃを参照して説明する。詳細には、図１２Ａ〜図１８Ａは、本開示の一実施形態に係る磁気メモリ１の製造方法における各工程を説明する平面図であり、図１２Ｂ〜図１８Ｂは、対応する平面図におけるＢ−Ｂ´断面の断面図である。また、図１８Ｃは、図１８Ａの平面図におけるＣ−Ｃ´断面の断面図である。
【００９２】
図１２Ａ及び図１２Ｂに示すように、電極（図示省略）や選択トランジスタ（図示省略）等が形成された基板２００上に、導電材料からなるスピン軌道層３００を形成する。詳細には、例えば、スピン軌道層３００として、膜厚５ｎｍのＷ膜を形成する。
【００９３】
次に、図１３Ａ及び図１３Ｂに示すように、上述の基板２００上に、磁性層４００、絶縁層４０２及び磁性層４０４を積層する。詳細には、例えば、磁性層４００として、膜厚１．２ｎｍのＦｅＣｏＢ膜、膜厚０．２ｎｍのＴａ膜、膜厚０．８ｎｍのＦｅＣｏＢ膜、膜厚０．５ｎｍのＭｇＯ膜からなる積層膜を形成する。なお、膜厚０．５ｎｍのＭｇＯ膜は、磁性層４００に垂直磁化を付与するための膜である。また、絶縁層４０２として、例えば、膜厚２ｎｍのＭｇＯ膜を形成する。また、磁性層４０４として、例えば、膜厚２ｎｍのＴａ膜、膜厚５ｎｍのＲｕ膜、膜厚２ｎｍのＣｏＰｔ膜、膜厚０．８ｎｍのＲｕ膜、膜厚０．２ｎｍのＷ膜、膜厚１ｎｍのＦｅＣｏＢ膜からなる積層膜を形成する。
【００９４】
そして、図１４Ａ及び図１４Ｂに示すように、レジストパターン（図示省略）をマスクとして用いて、ストライプ状になるように、磁性層４０４、絶縁層４０２、磁性層４００及びスピン軌道層３００をＲＩＥ（Ｒｅａｃｔｉｖｅ  Ｉｏｎ  Ｅｔｃｈｉｎｇ）等を用いてエッチング加工する。
【００９５】
さらに、図１５Ａ及び図１５Ｂに示すように、各ストライプ状の積層構造の間に絶縁膜２０２を埋め込む。この際、図１５Ｂに示すように、上記積層構造を覆うように絶縁膜２０２が形成される。
【００９６】
次に、図１６Ａ及び図１６Ｂに示すように、さらに、磁性層４０４の上面が現れるまで、ＣＭＰ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ−Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ  Ｐｏｌｉｓｈｉｎｇ）により平坦化を行う。
【００９７】
そして、図１７Ａ及び図１７Ｂに示すように、磁性層４０４及び絶縁膜２０２を覆うように電極層５００を形成する。
【００９８】
さらに、図１８Ａ〜図１８Ｃに示すように、スピン軌道層３００の延伸する方向と直交する方向に沿って延伸するストライプ状になるように、レジストパターン（図示省略）をマスクとして用いて、電極層５００をＲＩＥ等によりエッチングする。この際、スピン軌道層３００までエッチングする。その後、配線等を形成することにより、本実施形態に係る磁気メモリ１を形成することができる。
【００９９】
なお、本実施形態に係る磁気メモリ１は、一般的な半導体装置の製造に用いられる装置、および条件を用いることで製造することが可能である。例えば、本実施形態に係る磁気メモリ１は、スパッタ法、ＣＶＤ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ  Ｖａｐｏｒ  Ｄｅｐｏｓｉｏｎ）法、フォトリソグラフィ法、エッチング法、およびＣＭＰ法などを適宜用いることで製造することが可能である。
【０１００】
＜＜４．実施例＞＞
以上、本開示の一実施形態の詳細について説明した。次に、具体的な実施例を示しながら、本開示の一実施形態の例についてより具体的に説明する。なお、以下に示す実施例は、本開示の一実施形態のあくまでも一例であって、本開示の一実施形態が下記の例に限定されるものではない。
【０１０１】
（実施例１）
まず、実施例１に係る磁気メモリについて説明する。実施例１に係る磁気メモリは、スピン軌道層２０として膜厚５ｎｍのＷ膜と、磁性層１００として膜厚１．５ｎｍのＦｅＣｏＢ膜と、絶縁層１０２として膜厚２ｎｍのＭｇＯ膜と、磁性層１０４及び電極層４０として膜厚１ｎｍのＦｅＣｏＢ膜と膜厚５ｎｍのＴｂＦｅＣｏ膜とからなる積層膜とを有する。さらに、当該磁気メモリは、当該積層膜の上に、保護膜として膜厚５ｎｍのＷ膜を有する。また、当該磁気メモリの有する磁気メモリ素子の大きさは、１μｍ角とした。そして、当該磁気メモリ１においては、ＳｉＯ２からなる絶縁膜を磁気メモリ素子の間に埋込み、磁気メモリ素子上に配線等を形成した。なお、上記積層膜は、磁性層１００との間で強磁性トンネル接合を形成することから、磁気メモリ素子１０の抵抗値から磁気メモリ素子１０に記録された情報を読み出すことができる。詳細には、実施例１に係る磁気メモリの磁気メモリ素子の抵抗は、低抵抗状態で６０ｋΩであり、高抵抗状態で１．１ＭΩである。
【０１０２】
図１９に、上述の実施例１に係る磁気メモリにおける、スピン軌道層２０に流すパルス電流を２０μＡとした場合の、パルス幅に対する反転エラーの割合（Ｐ）を示す。なお、図１９に示すグラフは、磁気メモリの電極層４０によって磁性層１００に電圧は印加されていない状態での結果である。詳細には、図１９の横軸がパルス幅（ＰＷ）を示し、縦軸が反転エラーの割合（Ｐ）を示す。なお、以下の説明においては、磁気メモリ素子を高抵抗状態から低抵抗状態へ変化させた場合に反転エラーの割合をＰＨＬとし、低抵抗状態から高抵抗状態へ変化させた場合の反転エラーの割合をＰＬＨとする。また、反転エラーの割合が１の場合は、磁気メモリ素子が全く反転していないことを示し、反転エラーの割合が０の場合には、磁気メモリ素子が意図したように反転していることを示す。
【０１０３】
図１９に示されているように、パルス幅（ＰＷ）を変化させることにより、反転エラーの割合が変化することが確認されたが、磁気メモリ素子を高抵抗状態から低抵抗状態へ変化させた場合であっても、磁気メモリ素子を低抵抗状態から高抵抗状態へ変化させた場合であっても、反転エラーの割合を０にすることはできなかった。すなわち、パルス幅（ＰＷ）を制御するだけでは、反転エラーをなくすことは難しいことがわかった。
【０１０４】
次に、実施例１に係る磁気メモリにおける、電圧印加の効果を確認した。電圧印加の効果は、実施例１に係る磁気メモリの各磁気メモリ素子に電極層４０を用いて電圧を印加し、強磁性共鳴を用いて磁気メモリ素子の磁性層１００の磁気異方性（Ｈｋ）と磁気制動定数（α）の電圧に対する変化を測定することにより評価した。この結果を図２０に示す。なお、図２０においては、横軸が印加される電圧（Ｖａ）を示し、左側の縦軸が垂直磁気異方性（Ｈｋ）を示し、右側の縦軸が磁気制動定数（α）を示している。なお、印加される電圧については、上記磁気メモリセルの上に設けられた電極の電圧が下に設けられた電極の電圧よりも高い場合が正方向となるように示している。
【０１０５】
図２０からわかるように、垂直磁気異方性（Ｈｋ）及び磁気制動定数（α）は、印加する電圧により変化していることが分かった。詳細には、電圧を正方向に印加した場合には、垂直磁気異方性（Ｈｋ）及び磁気制御定数（α）は低下した（反転促進方向）。また、電圧を負方向に印加した場合には、垂直磁気異方性（Ｈｋ）及び磁気制御定数（α）は上昇した（反転抑制方向）。
【０１０６】
次に、電圧印加による反転特性の変化について検討を行った。図２１Ａ及び図２１Ｂには、実施例１に係る磁気メモリ１における、印加電圧を−１Ｖ又は＋１Ｖとし、スピン軌道層２０に流すパルス電流を２０μＡとした場合の、パルス幅に対する反転エラーの割合（Ｐ）を示す。詳細には、図２１Ａは、印加電圧を−１Ｖとした場合（反転抑制方向）であり、図２１Ｂは印加電圧を＋１Ｖとした場合（反転促進方向）の結果である。
【０１０７】
図２１Ａに示すように、印加電圧が−１Ｖの状態では、磁気メモリ素子において反転が全く起きていない。一方、図２１Ｂに示すように、印加電圧＋１Ｖでは、反転が生じ、反転エラーの割合（Ｐ）は、０．５近傍で変動した。これは、印加電圧を正方向に印加することにより、磁気メモリ素子の磁性層１００の磁化方向が反転しやすくなっているためであると考えられる。
【０１０８】
次に、上述の実施例１に係る磁気メモリにおいて、電極層４０に電圧を印加しない状態でスピン軌道層２０にパルス電流を流し、当該パルス電流が減じた後に電極層４０に＋１Ｖの電圧を印加した場合の、反転エラーの割合（Ｐ）を検討した。この際、パルス電流は２０μＡであり、パルス幅を変化させた。このとき得られた結果を図２２に示す。
【０１０９】
図２２に示されるように、パルス幅（ＰＷ）が０．４ｎｓから０．５ｎｓの範囲で反転エラーの割合（Ｐ）が０、すなわち、反転エラーがなくなっている。従って、電極層４０を用いて電圧を印加することによる効果が認められる。
【０１１０】
次に、上述の実施例１に係る磁気メモリにおいて、電極層４０に−１Ｖの電圧を印加した状態でスピン軌道層２０にパルス電流を流し、当該パルス電流が減じた後に電極層４０に＋１Ｖの電圧を印加した場合の、反転エラーの割合（Ｐ）を検討した。なお、この際、パルス電流は２０μＡであり、パルス幅を変化させた。このとき得られた結果を図２３に示す。
【０１１１】
図２３に示されるように、パルス電流と同時に、且つ、パルス電流が減じた後に、極性の異なる電圧を電極層４０によって印加することにより、図２２に比べて、広いパルス幅範囲で反転エラーの割合（Ｐ）が０、すなわち、反転エラーがなくなることが分かった。従って、電極層４０の電圧を制御することにより、反転エラーを減らす効果が認められる。
【０１１２】
（実施例２）
次に、共通のスピン軌道層２０に２つの磁気メモリ素子を設けた場合の実施例２を検討した。実施例２では、上述の実施例１と同様の磁気メモリ素子を設け、隣り合う磁気メモリの間隔を２μｍとした。
【０１１３】
そして、共通するスピン軌道層２０に、パルス幅０．５ｎｓｅｃを持つパルス電流（Ｉｓｏ）を、電流値を変化させて印加した。また、一方の磁気メモリ素子（素子１）の電極層４０に−１Ｖの電圧を印加し、もう一方の磁気メモリ素子（素子２）の電極層４０には、パルス電流の印加時には＋１Ｖの電圧を印加し、当該パルス電流が減じた後には−１Ｖの電圧を印加した。このようにして得られた結果を図２４に示す。なお、図２４においては、横軸がパルス電流（Ｉｓｏ）を示し、縦軸が反転エラーの割合（Ｐ）を示す。
【０１１４】
図２４に示されるように、素子１では反転せず、素子２では反転エラーを生じることなく反転する範囲（選択動作範囲）が存在することがわかった。従って、本実施形態によれば、共通のスピン軌道層２０上に設けられた複数の磁気メモリ素子であっても、所望した磁気メモリ素子を安定的に、且つ、選択的に反転させることができることが確認できた。
【０１１５】
＜＜５．まとめ＞＞
本開示の実施形態によれば、反転エラーを抑え、安定した記録を行うことが可能な磁気メモリを提供することができる。
【０１１６】
なお、本実施形態に係る磁気メモリ１は、演算装置等を成す半導体回路とともに同一の半導体チップに搭載されて半導体装置（Ｓｙｓｔｅｍ−ｏｎ−ａ−Ｃｈｉｐ:ＳｏＣ）をなしてもよい。また、本実施形態に係る磁気メモリ１は、記憶装置が搭載され得る各種の電気機器に実装されてよい。例えば、磁気メモリ１は、各種のモバイル機器（スマートフォン、タブレットＰＣ（Ｐｅｒｓｏｎａｌ  Ｃｏｍｐｕｔｅｒ）等）、ノートＰＣ、ウェアラブルデバイス、ゲーム機器、音楽機器、ビデオ機器、又はデジタルカメラ等の、各種の電子機器に、一時記憶のためのメモリとして、あるいはストレージとして搭載されてよい。
【０１１７】
＜＜６．補足＞＞
以上、添付図面を参照しながら本開示の好適な実施形態について詳細に説明したが、本開示の技術的範囲はかかる例に限定されない。本開示の技術分野における通常の知識を有する者であれば、特許請求の範囲に記載された技術的思想の範疇内において、各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり、これらについても、当然に本開示の技術的範囲に属するものと了解される。
【０１１８】
また、本明細書に記載された効果は、あくまで説明的または例示的なものであって限定的ではない。つまり、本開示に係る技術は、上記の効果とともに、または上記の効果に代えて、本明細書の記載から当業者には明らかな他の効果を奏しうる。
【０１１９】
なお、以下のような構成も本開示の技術的範囲に属する。
（１）
電流によりスピン偏極電子が生じるスピン軌道層と、
記録する情報に応じて磁化方向が変化する磁性層及び絶縁層からなる積層構造を持ち、前記スピン軌道層上に設けられた磁気メモリ素子と、
前記絶縁層を介して前記磁性層に電圧を印加する電圧印加層と、
を備え、
前記電圧印加層は、前記スピン軌道層に前記電流が流れると同時に、前記磁性層に対して電圧を印加することにより、当該磁性層の磁気異方性もしくは磁気制動定数を変化させる、
磁気メモリ。
（２）
前記電圧印加層は、前記磁性層とは異なる他の磁性層をさらに含む、上記（１）に記載の磁気メモリ。
（３）
前記スピン軌道層は、第１の方向に沿って延伸するように設けられ、
前記スピン軌道層上に、前記第１の方向に沿って複数の前記磁気メモリ素子が設けられ、
前記複数の磁気メモリ素子の前記磁性層のそれぞれに電圧を印加する、複数の前記電圧印加層が設けられる、
上記（１）又は（２）に記載の磁気メモリ。
（４）
記録する情報に応じて磁化方向が変化する磁性層及び絶縁層からなる積層構造をそれぞれ持ち、マトリックス状に配置された複数の磁気メモリ素子と、
第１の方向に沿って並ぶ前記複数の磁気メモリ素子からなる磁気メモリ素子列のそれぞれに対応するように設けられ、電流によりスピン偏極電子が生じる複数のスピン軌道層と、
前記第１の方向と直交する第２の方向に沿って並ぶ前記複数の磁気メモリ素子からなる磁気メモリ素子行のそれぞれに対応するように設けられ、前記各磁気メモリ素子行に含まれる前記複数の磁気メモリ素子の前記磁性層のそれぞれに前記絶縁層を介して電圧を印加する複数の電圧印加層と、
を備え、
前記電圧印加層は、前記スピン軌道層に前記電流が流れると同時に、対応する前記磁気メモリ素子の前記磁性層に対して電圧を印加することにより、当該磁性層の磁気異方性もしくは磁気制動定数を変化させる、
磁気メモリ。
（５）
磁気メモリの記録方法であって、
前記磁気メモリは、
電流によりスピン偏極電子が生じるスピン軌道層と、
記録する情報に応じて磁化方向が変化する磁性層及び絶縁層からなる積層構造を持ち、前記スピン軌道層上に設けられた磁気メモリ素子と、
前記絶縁層を介して前記磁性層に電圧を印加する電圧印加層と、
を有し、
前記電圧印加層により、前記磁性層の磁気異方性を低下させる、もしくは、磁気制動定数を低下させるように第１の電圧を前記磁性層に印加し、同時に、前記スピン軌道層に電流を流す、
ことを含む、
磁気メモリの記録方法。
（６）
前記電流に遅れて、もしくは、前記電流が減じた後に、前記電圧印加層により、前記第１の電圧の極性と逆の極性を有する第２の電圧を前記磁性層に印加する、
ことをさらに含む、上記（５）に記載の磁気メモリの記録方法。
（７）
磁気メモリの記録方法であって、
前記磁気メモリは、
電流によりスピン偏極電子が生じるスピン軌道層と、
記録する情報に応じて磁化方向が変化する磁性層及び絶縁層からなる積層構造を持ち、前記スピン軌道層上に設けられた磁気メモリ素子と、
前記絶縁層を介して前記磁性層に電圧を印加する電圧印加層と、
を有し、
前記スピン軌道層に電流を流し、
前記電流に遅れて、もしくは、前記電流が減じた後に、前記電圧印加層により、前記磁性層の磁気異方性を向上させる、もしくは、磁気制動定数を向上させるように第３の電圧を前記磁性層に印加する、
ことを含む、
磁気メモリの記録方法。
（８）
磁気メモリの記録方法であって、
前記磁気メモリは、
記録する情報に応じて磁化方向が変化する磁性層及び絶縁層からなる積層構造をそれぞれ持ち、マトリックス状に配置された複数の磁気メモリ素子と、
第１の方向に沿って並ぶ前記複数の磁気メモリ素子からなる磁気メモリ素子列のそれぞれに対応するように設けられ、電流によりスピン偏極電子が生じる複数のスピン軌道層と、
前記第１の方向と直交する第２の方向に沿って並ぶ前記複数の磁気メモリ素子からなる磁気メモリ素子行のそれぞれに対応するように設けられ、前記各磁気メモリ素子行に含まれる前記複数の磁気メモリ素子の前記磁性層のそれぞれに前記絶縁層を介して電圧を印加する複数の電圧印加層と、
を有し、
前記電圧印加層により前記磁性層に印加する電圧を制御することにより、情報を記録する前記磁気メモリ素子を選択することを含む、
磁気メモリの記録方法。
（９）
前記情報を記録する磁気メモリ素子の選択は、
前記情報を記録する磁気メモリ素子に対応する前記電圧印加層により、前記磁性層の磁気異方性を低下させる、もしくは、磁気制動定数を低下させるように第４の電圧を印加し、同時に、前記情報を記録する磁気メモリ素子に対応する前記スピン軌道層に電流を流すことにより行われる、
上記（８）に記載の磁気メモリの記録方法。
（１０）
前記情報を記録する磁気メモリ素子の選択の際に、前記情報を記録する磁気メモリ素子以外の前記磁気メモリ素子に対応する前記電圧印加層により、前記第４の電圧の極性と反対の極性を有する第５の電圧を前記磁性層に印加する、
ことをさらに含む、上記（９）に記載の磁気メモリの記録方法。
【符号の説明】
【０１２０】
１    磁気メモリ
１０    磁気メモリ素子
２０、３００    スピン軌道層
４０    電極層
５０    電極
１００、１０４、４００、４０４    磁性層
１０２、４０２    絶縁層
２００    基板
２０２    絶縁膜
５００    電極層
６００    磁化モーメント
７００    スピントルク
８００    スピン偏極電子
９００、９０２    矢印
【図１】
2018148157.tif 000003
【図２】
2018148157.tif 000004
【図３】
2018148157.tif 000005
【図４】
2018148157.tif 000006
【図５】
2018148157.tif 000007
【図６】
2018148157.tif 000008
【図７】
2018148157.tif 000009
【図８】
2018148157.tif 000010
【図９】
2018148157.tif 000011
【図１０】
2018148157.tif 000012
【図１１】
2018148157.tif 000013
【図１２Ａ】
2018148157.tif 000014
【図１２Ｂ】
2018148157.tif 000015
【図１３Ａ】
2018148157.tif 000016
【図１３Ｂ】
2018148157.tif 000017
【図１４Ａ】
2018148157.tif 000018
【図１４Ｂ】
2018148157.tif 000019
【図１５Ａ】
2018148157.tif 000020
【図１５Ｂ】
2018148157.tif 000021
【図１６Ａ】
2018148157.tif 000022
【図１６Ｂ】
2018148157.tif 000023
【図１７Ａ】
2018148157.tif 000024
【図１７Ｂ】
2018148157.tif 000025
【図１８Ａ】
2018148157.tif 000026
【図１８Ｂ】
2018148157.tif 000027
【図１８Ｃ】
2018148157.tif 000028
【図１９】
2018148157.tif 000029
【図２０】
2018148157.tif 000030
【図２１Ａ】
2018148157.tif 000031
【図２１Ｂ】
2018148157.tif 000032
【図２２】
2018148157.tif 000033
【図２３】
2018148157.tif 000034
【図２４】
2018148157.tif 000035