(57)【要約】【課題】安定した動作が可能な磁気記憶装置を提供する。【解決手段】実施形態によれば、磁気記憶装置は、金属含有層と、第１磁性層と、第２磁性層と、第１非磁性層と、制御部と、を含む。金属含有層は、第１、第２部分と、第１、第２部分の間の第３部分と、を含み第１金属を含む。第１磁性層は、第１部分から第２部分に向かう第２方向と交差する第１方向において第３部分から離れる。第２磁性層は、第３部分と第１磁性層との間に設けられる。第１非磁性層は、第１、第２磁性層の間に設けられる。制御部は、第１、第２部分と電気的に接続される。第２磁性層は、第１方向に沿う第１格子長と、第１方向に対して垂直な方向に沿う第２格子長と、を有し、第１格子長は第２格子長よりも長い。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１部分と、第２部分と、前記第１部分と前記第２部分との間の第３部分と、を含み第１金属を含む金属含有層と、
前記第１部分から前記第２部分に向かう第２方向と交差する第１方向において前記第３部分から離れた第１磁性層と、
前記第３部分と前記第１磁性層との間に設けられた第２磁性層と、
前記第１磁性層と前記第２磁性層との間に設けられた第１非磁性層と、
前記第１部分及び第２部分と電気的に接続された制御部と、
を備え、
前記第２磁性層は、前記第１方向に沿う第１格子長と、前記第１方向に対して垂直な方向に沿う第２格子長と、を有し、前記第１格子長は前記第２格子長よりも長く、
前記制御部は、
前記第１部分から前記第２部分に向かう第１電流を前記金属含有層に供給する第１動作と、
前記第２部分から前記第１部分に向かう第２電流を前記金属含有層に供給する第２動作と、
を実施する、磁気記憶装置。
【請求項２】
前記第２磁性層の磁化容易軸は、前記第１方向と交差した、請求項１記載の磁気記憶装置。
【請求項３】
前記第３部分は、前記第１金属を含む第１領域と、前記第１領域と前記第２磁性層との間に設けられ前記第１金属及びホウ素を含む第２領域と、を含み、
前記第１領域はホウ素を含まない、または、前記第１領域におけるホウ素の第１濃度は、前記第２領域におけるホウ素の第２濃度よりも低い、請求項１または２に記載の磁気記憶装置。
【請求項４】
第１部分と、第２部分と、前記第１部分と前記第２部分との間の第３部分と、を含む金属含有層と、
前記第１部分から前記第２部分に向かう第２方向と交差する第１方向において前記第３部分から離れた第１磁性層と、
前記第３部分と前記第１磁性層との間に設けられた第２磁性層と、
前記第１磁性層と前記第２磁性層との間に設けられた第１非磁性層と、
前記第１部分及び第２部分と電気的に接続された制御部と、
を備え、
前記第３部分は、第１金属を含む第１領域と、前記第１領域と前記第２磁性層との間に設けられ前記第１金属及びホウ素を含む第２領域と、を含み、
前記第１領域はホウ素を含まない、または、前記第１領域におけるホウ素の第１濃度は、前記第２領域におけるホウ素の第２濃度よりも低く、
前記第２磁性層は、前記第１方向に沿う第１格子長と、前記第１方向に対して垂直な方向に沿う第２格子長と、を有し、前記第１格子長は前記第２格子長よりも長く、
前記制御部は、
前記第１部分から前記第２部分に向かう第１電流を前記金属含有層に供給する第１動作と、
前記第２部分から前記第１部分に向かう第２電流を前記金属含有層に供給する第２動作と、
を実施する、磁気記憶装置。
【請求項５】
前記金属含有層は、第３領域及び第４領域をさらに含み、
前記第２領域は、前記第２方向において前記第３領域及び前記第４領域の間にあり、
前記第３領域及び前記第４領域はホウ素を含まない、または、前記第３領域におけるホウ素の濃度及び前記第４領域におけるホウ素の濃度のそれぞれは前記第２濃度よりも低い、請求項３または４に記載の磁気記憶装置。
【請求項６】
前記金属含有層は、第３領域及び第４領域をさらに含み、
前記第２領域は、前記第２方向において前記第３領域及び前記第４領域の間にあり、
前記第３領域におけるホウ素の濃度及び前記第４領域におけるホウ素の濃度のそれぞれは、前記第１濃度よりも高い、請求項３〜５のいずれか１つに記載の磁気記憶装置。
【請求項７】
前記第１方向に沿う前記第２領域の厚さは、前記第１方向に沿う前記第３領域の厚さよりも厚く、前記第１方向に沿う前記第４領域の厚さよりも厚い、請求項６記載の磁気記憶装置。
【請求項８】
前記第２磁性層は、ホウ素を含み、
前記第２磁性層におけるホウ素の濃度は、前記第２濃度よりも低い、請求項３〜７のいずれか１つに記載の磁気記憶装置。
【請求項９】
前記第１金属は、Ｒｈ、Ｐｄ及びＩｒからなる群から選択された少なくとも１つを含む、請求項１〜８のいずれか１つに記載の磁気記憶装置。
【請求項１０】
前記第２磁性層は、ＢＣＴ（body-centered tetragonal）構造を有した、請求項１〜９のいずれか１つに記載の磁気記憶装置。
【請求項１１】
前記金属含有層の＜００１＞方向は、前記第１方向に沿う、請求項１〜１０のいずれか１つに記載の磁気記憶装置。
【請求項１２】
前記制御部は、
前記第１磁性層とさらに電気的に接続され、
前記制御部は、第３動作及び第４動作をさらに実施し、
前記制御部は、
前記第１動作において、前記第１部分と前記第１磁性層との間の電位差を第１電圧とし、
前記第２動作において、前記第１部分と前記第１磁性層との間の電位差を前記第１電圧とし、
前記第３動作において、前記第１部分と前記第１磁性層との間の電位差を第２電圧とし、前記第１電流を前記金属含有層に供給し、
前記第４動作において、前記第１部分と前記第１磁性層との間の電位差を前記第２電圧とし、前記第２電流を前記金属含有層に供給し、
前記第１電圧は、前記第２電圧とは異なり、
前記第１動作後における前記第１磁性層と前記第１部分との間の第１電気抵抗は、前記第２動作後における前記第１磁性層と前記第１部分との間の第２電気抵抗とは異なり、
前記第１電気抵抗と前記第２電気抵抗との差の絶対値は、前記第３動作後における前記第１磁性層と前記第１部分との間の第３電気抵抗と、前記第４動作後における前記第１磁性層と前記第１部分との間の第４電気抵抗と、の差の絶対値よりも大きい、請求項１〜１１のいずれか１つに記載の磁気記憶装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明の実施形態は、磁気記憶装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
磁性層を用いた磁気記憶装置がある。磁気記憶装置において、安定した動作が望まれる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１０−２３８７６９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
本発明の実施形態は、安定した動作が可能な磁気記憶装置を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明の実施形態によれば、磁気記憶装置は、金属含有層と、第１磁性層と、第２磁性層と、第１非磁性層と、制御部と、を含む。前記金属含有層は、第１部分と、第２部分と、前記第１部分と前記第２部分との間の第３部分と、を含み第１金属を含む。前記第１磁性層は、前記第１部分から前記第２部分に向かう第２方向と交差する第１方向において前記第３部分から離れる。前記第２磁性層は、前記第３部分と前記第１磁性層との間に設けられる。前記第１非磁性層は、前記第１磁性層と前記第２磁性層との間に設けられる。前記制御部は、前記第１部分及び第２部分と電気的に接続される。前記第２磁性層は、前記第１方向に沿う第１格子長と、前記第１方向に対して垂直な方向に沿う第２格子長と、を有し、前記第１格子長は前記第２格子長よりも長い。前記制御部は、前記第１部分から前記第２部分に向かう第１電流を前記金属含有層に供給する第１動作と、前記第２部分から前記第１部分に向かう第２電流を前記金属含有層に供給する第２動作と、を実施する。
【図面の簡単な説明】
【０００６】
【図１】図１（ａ）及び図１（ｂ）は、第１実施形態に係る磁気記憶装置を例示する模式的斜視図である。
【図２】図２（ａ）〜図２（ｃ）は、第１実施形態に係る磁気記憶装置を例示する模式図である。
【図３】実験試料を示す模式的断面図である。
【図４】図４（ａ）及び図４（ｂ）は、実験結果を示すグラフ図である。
【図５】磁気記憶装置における特性を例示するグラフ図である。
【図６】磁気記憶装置における特性を例示するグラフ図である。
【図７】図７（ａ）及び図７（ｂ）は、磁気記憶装置における特性を例示するグラフ図である。
【図８】図８（ａ）及び図８（ｂ）は、磁気記憶装置における特性を例示するグラフ図である。
【図９】磁気記憶装置における特性を例示するグラフ図である。
【図１０】図１０（ａ）及び図１０（ｂ）は、磁気記憶装置における特性を例示するグラフ図である。
【図１１】図１１（ａ）〜図１１（ｄ）は、磁気記憶装置における特性を例示するグラフ図である。
【図１２】図１２（ａ）〜図１２（ｈ）は、磁気記憶装置を例示する顕微鏡写真像である。
【図１３】第１実施形態に係る別の磁気記憶装置を例示する模式的斜視図である。
【図１４】第１実施形態に係る別の磁気記憶装置を例示する模式的斜視図である。
【図１５】第１実施形態に係る別の磁気記憶装置を例示する模式的斜視図である。
【図１６】第１実施形態に係る別の磁気記憶装置を例示する模式的斜視図である。
【図１７】第２実施形態に係る磁気記憶装置を例示する模式的斜視図である。
【図１８】第２実施形態に係る別の磁気記憶装置を例示する模式的斜視図である。
【図１９】第３実施形態に係る磁気記憶装置を例示する模式的断面である。
【図２０】第３実施形態に係る別の磁気記憶装置を例示する模式的断面である。
【図２１】第３実施形態に係る別の磁気記憶装置を例示する模式的断面である。
【図２２】第４実施形態に係る磁気記憶装置を例示する模式的斜視図である。
【図２３】第４実施形態に係る別の磁気記憶装置を例示する模式的斜視図である。
【図２４】図２４（ａ）〜図２４（ｃ）は、第５実施形態に係る磁気記憶装置を例示する模式的斜視図である。
【図２５】第６実施形態に係る磁気記憶装置を示す模式図である。
【発明を実施するための形態】
【０００７】
以下に、本発明の各実施の形態について図面を参照しつつ説明する。  
図面は模式的または概念的なものであり、各部分の厚さと幅との関係、部分間の大きさの比率などは、必ずしも現実のものと同一とは限らない。同じ部分を表す場合であっても、図面により互いの寸法や比率が異なって表される場合もある。  
本願明細書と各図において、既出の図に関して前述したものと同様の要素には同一の符号を付して詳細な説明は適宜省略する。
【０００８】
（第１実施形態）  
図１（ａ）及び図１（ｂ）は、第１実施形態に係る磁気記憶装置を例示する模式的斜視図である。  
図１（ａ）に示すように、本実施形態に係る磁気記憶装置１１０は、金属含有層２０、第１磁性層１１、第２磁性層１２、第１非磁性層１１ｎ及び制御部７０を含む。
【０００９】
金属含有層２０は、第１部分２０ａ、第２部分２０ｂ及び第３部分２０ｃを含む。第３部分２０ｃは、第１部分２０ａと第２部分２０ｂとの間に位置する。
【００１０】
金属含有層２０は、第１金属を含む。第１金属は、Ｒｈ、Ｐｄ及びＩｒからなる群から選択された少なくとも１つを含む。第１金属は、Ｒｈ、Ｐｄ及びＩｒからなる群から選択された少なくとも１つに加えて、Ｒｕをさらに含んでも良い。
【００１１】
第１磁性層１１は、第１方向において第３部分２０ｃから離れる。第１方向は、第１部分２０ａから第２部分２０ｂに向かう方向（第２方向）と交差する。
【００１２】
第１方向をＺ軸方向とする。Ｚ軸方向に対して垂直な１つの方向をＸ軸方向とする。Ｚ軸方向及びＸ軸方向に対して垂直な方向をＹ軸方向とする。この例では、第２方向は、Ｘ軸方向である。
【００１３】
第２磁性層１２は、第３部分２０ｃと第１磁性層１１との間に設けられる。第１非磁性層１１ｎは、第１磁性層１１と第２磁性層１２との間に設けられる。第１非磁性層１１ｎと第１磁性層１１との間に、別の層が設けられても良い。第１非磁性層１１ｎと第２磁性層１２との間に、別の層が設けられても良い。
【００１４】
第１磁性層１１は、例えば、参照層として機能する。第２磁性層１２は、例えば、記憶層（例えば自由層）として機能する。第２磁性層１２の第２磁化１２Ｍは、第１磁性層１１の第１磁化１１Ｍよりも変化し易い。第２磁性層１２の第２磁化１２Ｍの向きが、記憶される情報に対応する。磁化の向きは、例えば、磁化容易軸の向きに対応する。
【００１５】
第１磁性層１１、第１非磁性層１１ｎ及び第２磁性層１２は、第１積層体ＳＢ１に含まれる。第１積層体ＳＢ１は、例えば、１つのメモリセルＭＣの少なくとも一部として機能する。第１積層体ＳＢ１は、磁気トンネル接合（Magnetic Tunnel Junction：ＭＴＪ）を有する。第１積層体ＳＢ１は、ＭＴＪ素子に対応する。
【００１６】
この例では、第２磁性層１２の磁化容易軸は、第１方向（例えば、Ｚ軸方向）と交差する。第２磁性層１２は、面内磁化膜である。
【００１７】
この例では、第１磁性層１１の第３方向に沿う長さＬｙは、第１磁性層１１の第２方向に沿う長さＬｘよりも長い。第３方向は、第１方向及び第２方向を含む平面と交差する。第３方向は、例えば、Ｙ軸方向である。第１磁性層１１及び第２磁性層１２において、形状異方性が生じる。例えば、第１磁性層１１の第１磁化１１Ｍは、Ｙ軸方向に沿う。例えば、第２磁性層１２の第２磁化１２Ｍは、＋Ｙ方向または−Ｙ方向に向く。後述するように、実施形態の別の例において、長さＬｙと長さＬｘの関係は任意である。実施形態において、磁化の向きは、任意である。
【００１８】
制御部７０は、第１部分２０ａ及び第２部分２０ｂと電気的に接続される。この例では、制御部７０は、制御回路７５を含む。制御回路７５（制御部７０）と、第１部分２０ａと、は、配線７０ｂにより電気的に接続される。制御回路７５（制御部７０）と、第２部分２０ｂと、は、配線７０ｃにより電気的に接続される。この例では、制御回路７５と第１部分２０ａとの間の電流経路（配線７０ｂ）において、スイッチＳｗＳ１が設けられている。スイッチＳｗＳ１のゲート（制御端子）は、制御回路７５に電気的に接続される。
【００１９】
この例では、制御回路７５（制御部７０）は、第１磁性層１１と電気的に接続されている。制御回路７５（制御部７０）と、第１磁性層１１と、は、配線７０ａにより電気的に接続される。この例では、制御回路７５と第１磁性層１１との間の電流経路（配線７０ａ）にスイッチＳｗ１が設けられている。スイッチＳｗ１のゲート（制御端子）は、制御回路７５に電気的に接続される。
【００２０】
これらのスイッチは、制御部７０に含められても良い。制御部７０により、金属含有層２０及び第１積層体ＳＢ１の電位が制御される。
【００２１】
例えば、第１部分２０ａが基準電位Ｖ０に設定され、第１磁性層１１に第１電圧Ｖ１（例えば選択電圧）が印加される。このとき、例えば、金属含有層２０に流れる電流の向きに応じて、第１積層体ＳＢ１の電気抵抗が変化する。一方、第１部分２０ａが基準電位Ｖ０に設定され、第１磁性層１１に第２電圧Ｖ２（例えば非選択電圧）が印加される。第２電圧Ｖ２は、第１電圧Ｖ１とは異なる。第２電圧Ｖ２が印加されたときは、例えば、金属含有層２０に電流が流れても、第１積層体ＳＢ１の電気抵抗は、実質的に変化しない。電気抵抗の変化は、第１積層体ＳＢ１の状態の変化に対応する。電気抵抗の変化は、例えば、第２磁性層１２の第２磁化１２Ｍの向きの変化に対応する。例えば、第２電圧Ｖ２は、第１電圧Ｖ１とは異なる。例えば、基準電位Ｖ０と第１電圧Ｖ１との間の電位差の絶対値は、基準電位Ｖ０と第２電圧Ｖ２との間の電位差の絶対値よりも大きい。例えば、第１電圧Ｖ１の極性は、第２電圧Ｖ２の極性と異なっても良い。このような電気抵抗の差は、制御部７０の制御により得られる。
【００２２】
例えば、制御部７０は、第１動作及び第２動作を行う。これらの動作は、積層体ＳＢ１に選択電圧が印加されているときの動作である。第１動作においては、制御部７０は、第１部分２０ａから第２部分２０ｂに向かう第１電流Ｉｗ１を金属含有層２０に供給する（図１（ａ）参照）。制御部７０は、第２動作において、第２部分２０ｂから第１部分２０ａに向かう第２電流Ｉｗ２を金属含有層２０に供給する（図１（ａ）参照）。
【００２３】
第１動作後における第１磁性層１１と第１部分２０ａとの間の第１電気抵抗は、第２動作後における第１磁性層１１と第１部分２０ａとの間の第２電気抵抗とは異なる。このような電気抵抗の差は、例えば、第２磁性層１２の第２磁化１２Ｍの向きの変化に対応する。例えば、金属含有層２０を流れる電流（書き込み電流）により、第２磁化１２Ｍの向きが変化する。これは、例えば、スピンホール効果に基づいていると考えられる。第２磁化１２Ｍの向きの変化は、例えば、スピン軌道相互作用に基づいていると考えられる。
【００２４】
例えば、第１動作により、第２磁化１２Ｍは、第１磁化１１Ｍの向きと同じ成分を有する。「平行」の磁化が得られる。一方、第２動作により、第２磁化１２Ｍは、第１磁化１１Ｍの向きに対して逆の成分を有する。「反平行」の磁化が得られる。このような場合、第１動作後の第１電気抵抗は、第２動作後の第２電気抵抗よりも低くなる。このような電気抵抗の差が、記憶される情報に対応する。例えば、異なる複数の磁化が、記憶される情報に対応する。
【００２５】
制御部７０は、第３動作及び第４動作をさらに実施しても良い。第３動作において、第１部分２０ａと第１磁性層１１との間の電位差を第２電圧Ｖ２とし、第１電流Ｉｗ１を金属含有層２０に供給する。第４動作において、第１部分２０ａと第１磁性層１１との間の電位差を第２電圧Ｖ２とし、第２電流Ｉｗ２を金属含有層２０に供給する。第３動作及び第４動作においては、例えば、金属含有層２０に電流が流れても、第１積層体ＳＢ１の電気抵抗は、実質的に変化しない。第１動作後における第１磁性層１１と第１部分２０ａとの間の第１電気抵抗は、第２動作後における第１磁性層１１と第１部分２０ａとの間の第２電気抵抗とは異なる。第１電気抵抗と第２電気抵抗との差の絶対値は、第３動作後における第１磁性層１１と第１部分２０ａとの間の第３電気抵抗と、第４動作後における第１磁性層１１と第１部分２０ａとの間の第４電気抵抗と、の差の絶対値よりも大きい。
【００２６】
第２磁性層１２は、Ｃｏ及びＦｅからなる群から選択された少なくとも１つを含む。例えば、第２磁性層１２は、例えば、Ｃｏｘ１Ｆｅ１−ｘ１（０≦ｘ１≦０．６）を含む。第２磁性層１２は、ホウ素（Ｂ）をさらに含んでも良い。
【００２７】
既に説明したように、金属含有層２０は、第１金属（Ｒｈ、Ｐｄ及びＩｒからなる群から選択された少なくとも１つ）を含む。第１金属の格子定数は、第２磁性層１２に含まれるＣｏＦｅなどの格子定数よりも小さい。格子定数の差（格子ミスマッチ）により、例えば、第２磁性層１２の格子に歪（結晶歪）が生じる。格子の歪（結晶歪）については後述する。
【００２８】
実施形態において、金属含有層２０の厚さｔ０（第１方向（Ｚ軸方向）に沿った長さ）は、例えば、２ナノメートル（ｎｍ）以上１１ｎｍ以下である。一方、第２磁性層１２の厚さｔｍ２（第１方向（Ｚ軸方向）に沿った長さ）は、０．５ナノメートル以上３ナノメートル以下である。これらの層が適切な範囲であるときに、格子ミスマッチが有効に生じる。厚さが過度に厚いと、格子が緩和し易くなる。
【００２９】
実施形態においては、金属含有層２０の少なくとも一部は、ホウ素を含んでも良い。
【００３０】
図１（ｂ）に示すように、磁気記憶装置１１０ａにおいては、金属含有層２０は、第１領域２１及び第２領域２２を含む。第２領域２２は、第１領域２１と第２磁性層１２との間に設けられる。第２領域２２は、例えば、第２磁性層１２と物理的に接する。第２領域２２は、第１金属及びホウ素を含む。
【００３１】
後述するように、このような第２領域２２は、金属含有層２０の一部（第３部分２０ｃ）に設けられても良い。例えば、第２領域２２は、Ｚ軸方向において第１積層体ＳＢ１と重なる領域を含む部分（第３部分２０ｃ）において、局所的に設けられても良い。
【００３２】
この例では、第１領域２１は、第１部分２０ａと第２部分２０ｂとの間において、第２方向（例えばＸ軸方向）に沿って延びている。第２領域２２は、第１部分２０ａと第２部分２０ｂとの間において、第２方向に沿って延びている。
【００３３】
第２領域２２は、Ｒｈ、Ｐｄ及びＩｒからなる群から選択された少なくとも１つと、ホウ素と、を含む。第２領域２２は、例えば、ＲｈＢ、ＰｄＢ及びＩｒＢからなる群から選択された少なくとも１つを含む。第２領域２２は、例えば、ＲｕＩｒＢ及びＲｕＲｈＢからなる群から選択された少なくとも１つを含んでも良い。
【００３４】
一方、第１領域２１は、ホウ素を含まない。または、第１領域２１はホウ素を含み、第１領域におけるホウ素の第１濃度は、第２領域２２におけるホウ素の第２濃度よりも低い。第１領域２１は、例えば、Ｒｈ、Ｐｄ及びＩｒからなる群から選択された少なくとも１つを含む。第１領域２１は、例えば、Ｒｈ、Ｐｄ及びＩｒからなる群から選択された少なくとも１つと、Ｒｕと、を含んでも良い。
【００３５】
このような第１領域２１及び第２領域２２を金属含有層２０に設けることで、後述するように、大きなスピンホール効果が得られる。
【００３６】
実施形態において、第１領域２１の第１方向に沿った第１厚さｔ１は、例えば、１ナノメートル以上１０ナノメートル以下である。第２領域２２の第１方向に沿った第２厚さｔ２は、例えば、１ナノメートル以上１０ナノメートル以下である。第１厚さｔ１及び第２厚さｔ２の和は、厚さｔ０（図１（ａ）参照）に対応する。
【００３７】
実施形態において、第２磁性層１２における格子に歪（結晶歪）が生じている。以下、歪の例について説明する。
【００３８】
図２（ａ）〜図２（ｃ）は、第１実施形態に係る磁気記憶装置を例示する模式図である。  
これらの図は、第２磁性層１２及び金属含有層２０における格子の状態を模式的に示している。
【００３９】
図２（ａ）に示すように、第２磁性層１２及び金属含有層２０の格子が、第１方向（Ｚ軸方向）に沿っている。例えば、金属含有層２０の＜００１＞方向は、第１方向に沿う。例えば、第２磁性層１２の＜００１＞方向は、第１方向に沿う。例えば、金属含有層２０の（００１）面は、第１方向に対して垂直な平面に沿う。例えば、第２磁性層１２の（００１）面は、第１方向に対して垂直な平面に沿う。
【００４０】
第２磁性層１２は、第１格子長Ｌｚ１２と、第２格子長Ｌｘ１２と、を有する。第１格子長Ｌｚ１２は、第１方向（Ｚ軸方向）に沿う格子長である。第２格子長Ｌｘ１２は、第１方向に対して垂直な方向Ｄｘに沿う格子長である。このように、格子長に差が生じている。すなわち、第２磁性層１２の格子において、歪（結晶歪）が生じている。
【００４１】
この格子の歪は、第２磁性層１２と金属含有層２０との間における格子定数の差に起因する。そして、異なる格子定数を有する２つの層において、格子が連続している（図２（ａ）参照）。格子が連続していることで、格子の歪が生じる。第２磁性層１２と金属含有層２０とにおいて、例えば、疑似格子整合（pseudomorphic)が生じる。
【００４２】
図２（ｂ）は、第２磁性層１２における無歪の格子の状態を例示している。第１方向（Ｚ軸方向）に沿う格子長Ｌｚｏ１２は、方向Ｄｘに沿う格子長Ｌｘｏ１２と実質的に同じである。
【００４３】
図２（ｃ）は、金属含有層２０における無歪の格子の状態を例示している。第１方向（Ｚ軸方向）に沿う格子長Ｌｚｏ２０は、方向Ｄｘに沿う格子長Ｌｘｏ２０と実質的に同じである。
【００４４】
そして、格子長Ｌｘｏ１２は、格子長Ｌｘｏ２０よりも長い。すなわち、第１方向（Ｚ軸方向）に対して垂直な方向Ｄｘに沿う第２磁性層１２の格子定数は、方向Ｄｘに沿う金属含有層２０の格子定数よりも大きい。このような２つの層の格子が連続すると、格子長（格子定数）の差に基づいて、格子の歪（図２（ａ）参照）が生じる。
【００４５】
第２磁性層１２の少なくとも一部は、例えば、ＢＣＴ（body-centered tetragonal）構造を有している場合がある。第２磁性層１２の少なくとも一部は、例えば、ＦＣＴ（face-centered tetragonal）構造を有している場合がある。第２磁性層１２は、例えば、ＢＣＴ構造を有する領域と、ＦＣＴ構造を有する領域と、を含んでも良い。
【００４６】
このような構成において、大きな電圧効果（または電界効果）が得られることが分かった。例えば、磁性層に加わる電圧（または電界）に応じて、その磁性層の磁気特性が変化する場合がある。加わる電圧（または電界）の変化に対する磁気特性の変化の比が、電圧効果に対応する。
【００４７】
以下、電圧効果についての実験結果について、説明する。  
図３は、実験試料を示す模式的断面図である。  
図３に示すように、試料ＳＰ０において、基板２５ａの上に、Ｔａ膜２５ｂ（厚さは３ｎｍ）が設けられる。その上に、ＣｏＦｅＢ膜２５ｃ（厚さは２ｎｍ）が設けられる。その上に、ＭｇＯ膜２５ｄ（厚さは３ｎｍ）が設けられる。その上に、Ｃｒ膜２５ｅ（厚さは１０ｎｍ）が設けられる。Ｃｒ膜２５ｅの上に、金属含有膜２０ｆが設けられる。この試料においては、金属含有膜２０ｆは、厚さが１０ｎｍのＩｒ膜である。金属含有膜２０ｆの上に、第２磁性膜１２ｆが設けられる。この試料においては、第２磁性膜１２ｆは、厚さが２ｎｍのＣｏ５０Ｆｅ５０膜である。第２磁性膜１２ｆの上に、第１非磁性膜１１ｎｆが設けられる。この試料においては、第１非磁性膜１１ｎｆは、厚さが３ｎｍのＭｇＯ膜である。第１非磁性膜１１ｎｆの上に、Ｔａ膜４２ｆ（厚さが３ｎｍ）が設けられる。基板２５ａは、熱酸化膜付きシリコン基板である。シリコン基板は、シリコン基体と、シリコン基体の上に設けられた酸化シリコン領域（熱酸化膜）と、を含む。ＭｇＯ膜２５ｄの上面の方位は（００１）である。基板２５ａ、Ｔａ膜２５ｂ、ＣｏＦｅＢ膜２５ｃ、ＭｇＯ膜２５ｄ及びＣｒ膜２５ｅは、下層２５Ｌに含まれる。
【００４８】
成膜は、室温（約２５℃）において、スパッタリングにより行われる。成膜後に、３００℃で１時間の熱処理が行われる。熱処理後に、上記の各膜を含む積層膜が加工される。加工後において、積層膜の１つの方向（例えばＸ軸方向）の長さは、約１０μｍであり、別の方向（例えば、Ｙ軸方向）の長さは、約１０μｍである。
【００４９】
試料ＳＰ０において、Ｔａ膜２５ｂとＴａ膜４２ｆとの間に電圧を印加した状態で
試料ＳＰ０の磁気特性が測定される。磁気特性から、実効的な垂直異方性磁界Ｈｋ＿ｅｆｆ、及び、単位面積当たりの界面磁気異方性エネルギーＥｓが導出される。
【００５０】
図４（ａ）及び図４（ｂ）は、実験結果を示すグラフ図である。  
図４（ａ）の横軸は、印加電圧Ｖａ（Ｖ）である。縦軸は、実効的な垂直異方性磁界Ｈｋ＿ｅｆｆである。図４（ｂ）の横軸は、印加電圧Ｖａに対応する印加電界Ｅａ（ＭＶ／ｍ）である。縦軸は、単位面積当たりの界面磁気異方性エネルギーＥｓ（μＪ／ｍ２）である。単位面積当たりの界面磁気異方性エネルギーＥｓは、磁性層の実効的な厚さと、実効的な垂直磁気異方性エネルギーと、の積に対応する。
【００５１】
図４（ａ）に示すように、印加電圧Ｖａの変化に対する、実効的な垂直異方性磁界Ｈｋ＿ｅｆｆの変化の挙動は、印加電圧Ｖａにより異なる。例えば、印加電圧Ｖａが０．４Ｖ未満の領域においては、印加電圧Ｖａの変化に対する実効的な垂直異方性磁界Ｈｋ＿ｅｆｆの変化の傾きは、負である。印加電圧Ｖａが０．４Ｖ以上の領域においては、印加電圧Ｖａの変化に対する実効的な垂直異方性磁界Ｈｋ＿ｅｆｆの変化の傾きは、正である。
【００５２】
図４（ｂ）に示すように、印加電界Ｅａの変化に対する、単位面積当たりの界面磁気異方性エネルギーＥｓの変化の挙動は、印加電界Ｅａにより異なる。例えば、印加電界Ｅａが１５０ＭＶ／ｍ未満の領域においては、印加電界Ｅａの変化に対する単位面積当たりの界面磁気異方性エネルギーＥｓの変化の傾きは、負である。印加電界Ｅａが１５０ＭＶ／ｍ以上の領域においては、印加電界Ｅａの変化に対する単位面積当たりの界面磁気異方性エネルギーＥｓの変化の傾きは、正である。
【００５３】
印加電圧Ｖａの変化に対する実効的な垂直異方性磁界Ｈｋ＿ｅｆｆの変化、及び、印加電界Ｅａに対する単位面積当たりの界面磁気異方性エネルギーＥｓの変化において、変化の程度（変化率）が異なる。この例では、変化率が正の領域（変化の傾きが正の領域）と、変化率が負の領域（変化の傾きが負の領域）と、が存在する。電圧効果が観測される。
【００５４】
これらの図に例示した電圧効果の大きさは、約１０００ｆＪ／Ｖｍである。この値は、これまでに報告されている電圧効果の値に比べて非常に大きい。図４（ａ）及び図４（ｂ）に示す例では、変化率の正負が変化する印加電圧Ｖａは、約０．４Ｖである。この値は、例えば、第２磁性層１２における歪に応じて、変化する。
【００５５】
試料ＳＰ０において観測された電圧効果は、第２磁性膜１２ｆ（ＣｏＦｅ膜）の結晶において、歪（結晶歪）が導入されたことによると考えられる。
【００５６】
この例では、電圧効果が正の領域における変化の程度は、電圧効果が負の領域における変化の程度よりも大きい。電圧効果（傾き）の正負が逆転する挙動は、印加電圧Ｖａ（印加電界Ｅａ）により、第２磁性層１２（ＣｏＦｅ膜）のエネルギーのバンド構造が変化するからであると、考えられる。
【００５７】
金属含有層２０（Ｉｒ膜）の上に、金属含有層２０と格子が連続した第２磁性層１２（ＣｏＦｅ膜）が設けられ、第２磁性層１２において、結晶格子の歪が生じると考えられる。歪を有する結晶において、印加電圧Ｖａ（または印加電界Ｅａ）により、エネルギーのバンド構造が変化すると考えられる。これにより、大きな電圧効果が得られると考えられる。
【００５８】
試料ＳＰ０においては、第２磁性膜１２ｆ（すなわち、第２磁性層１２）は、ＣｏＦｅ膜（Ｃｏ５０Ｆｅ５０膜）である。第２磁性膜１２ｆ（第２磁性層１２）が、ＣｏＦｅに加えてボロンを含む場合がある。これにより、例えば第１積層体ＳＢ１において、より良好な結晶状態が得られる場合がある。例えば、より良好な磁気特性が得られる場合がある。例えば、より良好な界面平坦性が得られる場合がある。
【００５９】
第２磁性膜１２ｆ（第２磁性層１２）がボロンを含む場合においても、大きな電圧効果が得られる。
【００６０】
第２磁性膜１２ｆ（第２磁性層１２）がボロンを含む場合、第２磁性膜１２ｆに含まれるボロンが金属含有層２０の一部に移動（拡散）する場合がある。金属含有層２０中において、ボロンが含まれる領域は、例えば、第２磁性層１２の側である。金属含有層２０の全体にボロンが含まれると、例えば、金属含有層２０における格子が不安定になる場合がある。
【００６１】
例えば、金属含有層２０における第２磁性層１２の側の部分（第２領域２２）がボロンを含み、第２磁性層１２から遠い部分（第２領域２１）がボロンを含まないまたはボロンの濃度が低い。ボロン濃度が低い第１領域２１において、安定した格子が得られる。ボロンを含む第２領域２２の厚さは薄く設定される。これにより、第１領域２１の安定した格子が第２磁性層１２に効率的に伝わる。これにより、第１領域２１と第２磁性層１２との間における格子定数の差異に基づいて、第２磁性層１２において格子の歪（結晶歪）が生じる。この格子の差に基づいて、バンド構造の変化が誘起され易くなり、上記のような大きな電圧効果が生じる。
【００６２】
このように、実施形態においては、大きな電圧効果が得られる。これにより、磁化を安定して制御することができる。これにより、安定した動作が可能になる。
【００６３】
さらに、後述するように、金属含有層２０の第２領域２２（第２磁性層１２の側の部分）がボロンを含むことにより、大きなスピンホール効果（または大きなスピン軌道相互作用）が得られる。これは、第２領域２２がボロンを含むことにより、電子の散乱効率が向上し、その結果、スピンホール効果が大きくなるためであると考えられる。
【００６４】
１つの例において、第２磁性層１２からの移動（拡散）により、ボロンが第２領域２２に含まれる。別の例において、ボロンを含む膜（第２領域２２となる膜）が、ボロンを含まない膜（第１領域２１となる膜）の上に形成される。この別の例においても、大きな電界効果、及び、大きなスピンホール効果が得られる。
【００６５】
このように、実施形態においては、大きなスピンホール効果が得られる。これにより、磁化を安定して制御することができる。これにより、さらに安定した動作が可能になる。
【００６６】
実施形態において、電圧効果が正の領域における変化の程度は、電圧効果が負の領域における変化の程度よりも小さくても良い。上記の例では、電圧効果特性は、Ｖ字型である。実施形態において、電圧効果特性は、例えば、第２磁性層１２における歪に応じて変化する。例えば、電圧効果特性は、例えば「Ｖ字の上下逆の形状」でも良い。
【００６７】
以下、金属含有層２０と第２磁性層１２との間における格子長の差の例について説明する。  
図５は、磁気記憶装置における特性を例示するグラフ図である。  
図５は、金属材料の種類と、第２磁性層１２における臨界厚ｔｃと、の関係を例示している。この例では、第２磁性層１２は、Ｃｏ５０Ｆｅ５０膜である。種類の異なる金属材料の層（金属含有層２０に対応する）の上に、Ｃｏ５０Ｆｅ５０膜が設けられる。この場合において、これらの２つの層の間において、格子定数の差がある。格子定数は、例えば、無歪における、Ｚ軸方向（第１方向）に対して垂直な方向Ｄｘに沿う格子長である。Ｃｏ５０Ｆｅ５０膜の厚さ（厚さｔｍ２）が臨界厚ｔｃを超えると、転位が生じ、格子が緩和する。このとき、格子は、不連続になる。または、Ｃｏ５０Ｆｅ５０膜の格子長は、Ｃｏ５０Ｆｅ５０膜の格子定数（無歪における方向Ｄｘに沿う格子長）に向けて連続的に変化する。厚さｔｍ２が臨界厚ｔｃ以下の場合に、歪が緩和せずに、格子定数の差に応じた歪が第２磁性層１２（Ｃｏ５０Ｆｅ５０膜）に加わる。
【００６８】
金属材料（金属含有層２０に対応）の格子定数（方向Ｄｘに沿う方向の格子長）が、格子長Ｌｘｏ２０（図２（ｃ）参照）に対応する。Ｃｏ５０Ｆｅ５０膜（第２磁性層１２に対応）の格子定数（方向Ｄｘに沿う方向の格子長）が、格子長Ｌｘｏ１２（図２（ｂ）参照）に対応する。格子長Ｌｘｏ２０と格子長Ｌｘｏ１２との差が格子定数の差に対応する。この例では、格子長Ｌｘｏ１２は、格子長Ｌｘｏ２０よりも大きい。
【００６９】
図５の横軸は、格子ミスマッチＬｍ（％）である。格子ミスマッチＬｍは、格子長Ｌｘｏ１２と格子長Ｌｘｏ２０との差の、格子長Ｌｘｏ１２に対する比である。図５の縦軸は、臨界厚ｔｃ（×１０−１ｎｍ）である。この特性は、People-Bean式に基づいて導出される。導出で用いられたモデルにおいて、ポアソン比は０．３とされ、スリップ長は０．４ｎｍとされる。
【００７０】
図５に示すように、Ｃｒにおいては、臨界厚ｔｃは、非常に大きい。Ｐｄにおいては、臨界厚ｔｃは、約１２ｎｍである。Ｉｒにおいては、臨界厚ｔｃは、約５ｎｍである。Ｒｈにおいては、臨界厚ｔｃは、約０．６ｎｍである。
【００７１】
例えば、第２磁性層１２の厚さｔｍ２が約１ｎｍ〜３ｎｍである場合において、金属含有層２０としてＰｄまたはＩｒを用いることで、歪が緩和せずに、格子が連続した第２磁性層１２が安定して得られる。例えば、第２磁性層１２の厚さｔｍ２が約０．２ｎｍ〜０．６ｎｍである場合において、金属含有層２０としてＲｈを用いることで、歪が緩和せずに、格子が連続した第２磁性層１２が安定して得られる。
【００７２】
例えば、金属含有層２０としてＲｈを用いる場合には、第２磁性層１２の厚さｔｍ２が約０．６ｎｍを大きく超えると、歪が緩和し、格子が不連続となり、第２磁性層１２において安定した歪を得ることが困難になると考えられる。
【００７３】
以下、第２磁性層１２の厚さｔｍ２を変えたときの磁気特性についての実験結果について説明する。
【００７４】
図６は、磁気記憶装置における特性を例示するグラフ図である。  
図６は、試料ＳＰｎについての、垂直異方性磁界Ｈｋ＿ｅｆｆの評価結果を示す。試料ＳＰｎにおいて、下層２５Ｌ及びＴａ膜４２ｆは、図３に例示した下層２５Ｌ（Ｃｒ膜２５ｅ（１０ｎｍ）／ＭｇＯ膜２５ｄ（３ｎｍ）／ＣｏＦｅＢ膜２５ｃ（２ｎｍ）／Ｔａ膜２５ｂ（３ｎｍ）／基板２５ａ）及びＴａ膜４２ｆと同様である。
【００７５】
試料ＳＰｎにおいて、金属含有膜２０ｆは、Ｉｒ膜である。Ｉｒ膜の厚さ（厚さｔ０）は、５ｎｍまたは１０ｎｍである。第２磁性膜１２ｆは、Ｃｏ５０Ｆｅ５０膜である。第２磁性膜１２ｆの厚さは、第２磁性層１２の厚さｔｍ２に対応する。厚さｔｍ２は、１．２ｎｍ〜３．０ｎｍの範囲で変更される。第１非磁性膜１１ｎｆは、厚さが１．５ｎｍのＭｇＯ膜である。これ以外は、試料ＳＰ０と同様である。
【００７６】
図６の横軸は、第２磁性層１２の厚さｔｍ２（ｎｍ）である。縦軸は、垂直異方性磁界Ｈｋ＿ｅｆｆ（ｋＯｅ）である。図６に示すように、Ｉｒ膜（金属含有膜２０ｆ、すなわち、金属含有層２０）の厚さｔ０により、ＣｏＦｅ膜（第２磁性膜１２ｆ、すなわち、第２磁性層１２）における垂直異方性磁界Ｈｋ＿ｅｆｆが変化する。
【００７７】
金属含有層２０の厚さｔ０が１０ｎｍで、第２磁性層１２の厚さｔｍ２が１．６ｎｍ以下のときに、垂直異方性磁界Ｈｋ＿ｅｆｆは、正である。このとき、第２磁性層１２は、垂直磁化膜となる。金属含有層２０の厚さｔ０が１０ｎｍで、第２磁性層１２の厚さｔｍ２が１．６ｎｍを超えると、垂直異方性磁界Ｈｋ＿ｅｆｆは、負である。このとき、第２磁性層１２は、面内磁化膜となる。一方、金属含有層２０の厚さｔ０が５ｎｍのときは、第２磁性層１２の厚さｔｍ２に関係なく、垂直異方性磁界Ｈｋ＿ｅｆｆは、負である。
【００７８】
厚さｔｍ２が２．０ｎｍ以下の範囲において、金属含有層２０の厚さｔ０が１０ｎｍのときと、５ｎｍのときと、の間における垂直異方性磁界Ｈｋ＿ｅｆｆの差が大きい。
【００７９】
金属含有層２０の厚さｔ０が５ｎｍのときは、下層２５Ｌが、Ｉｒ膜（金属含有層２０）の特性に影響を与えると考えられる。さらに、下層２５Ｌから影響を受けたＩｒ膜（金属含有層２０）が、Ｃｏ５０Ｆｅ５０膜（第２磁性層１２）の特性に影響を与えると考えられる。金属含有層２０の厚さｔ０が１０ｎｍのときは、下層２５ＬがＩｒ膜（金属含有層２０）に与える影響が小さくなり、金属含有層２０（Ｉｒ膜）がＣｏ５０Ｆｅ５０膜（第２磁性層１２）の特性に与える影響が大きくなると、考えられる。
【００８０】
例えば、金属含有層２０において、適切な厚さｔ０により、Ｃｏ５０Ｆｅ５０膜（第２磁性層１２）の結晶歪を適切に調整することができる。
【００８１】
図７（ａ）及び図７（ｂ）は、磁気記憶装置における特性を例示するグラフ図である。  これらの図には、第１試料ＳＰ１〜第４試料ＳＰ４の評価結果が示されている。これらの試料において、下層２５Ｌ及びＴａ膜４２ｆは、図３に例示した下層２５Ｌ及びＴａ膜４２ｆと同様である。
【００８２】
第１試料ＳＰ１において、金属含有膜２０ｆはＩｒ膜である。第２試料ＳＰ２において、金属含有膜２０ｆはＲｈ膜である。第３試料ＳＰ３において、金属含有膜２０ｆはＰｄ膜である。第４試料ＳＰ４において、金属含有膜２０ｆは設けられない。すなわち、第４試料ＳＰ４においては、下層２５ＬのＣｒ膜２５ｅ（厚さは１０ｎｍ）が、第２磁性膜１２ｆと接する。第１試料ＳＰ１〜第３試料ＳＰ３において、金属含有膜２０ｆの厚さ（厚さｔ０）は、１０ｎｍである。
【００８３】
第１試料ＳＰ１〜第４試料ＳＰ４において、第２磁性膜１２ｆは、Ｃｏ５０Ｆｅ５０膜である。第２磁性膜１２ｆの厚さ（厚さｔｍ２）は、１．０ｎｍ〜３．０ｎｍの範囲で変更される。第１試料ＳＰ１〜第４試料ＳＰ４において、第１非磁性膜１１ｎｆは、厚さが１．５ｎｍのＭｇＯ膜である。これ以外は、試料ＳＰ０と同様である。成膜は、室温においてスパッタリングにより行われる。成膜後に、３００℃で１時間の熱処理が行われる。
【００８４】
図７（ａ）及び図７（ｂ）の横軸は、厚さｔｍ２（ｎｍ）である。図７（ａ）の縦軸は、垂直異方性磁界Ｈｋ＿ｅｆｆ（ｋＯｅ）である。図７（ｂ）の縦軸は、垂直磁気異方性エネルギーＫｕ＿ｉｎｔ（Ｍｅｒｇ／ｃｍ３）である。
【００８５】
図７（ａ）から分かるように、第２磁性膜１２ｆ（Ｃｏ５０Ｆｅ５０膜）の厚さｔｍ２が厚くなると、第２磁性膜１２ｆ（Ｃｏ５０Ｆｅ５０膜）の実効的な垂直異方性磁界Ｈｋ＿ｅｆｆが減少する。厚さｔｍ２が厚いと、Ｃｏ５０Ｆｅ５０膜は、面内磁化膜になる。膜厚ｔｍ２に対する実効的な垂直異方性磁界Ｈｋ＿ｅｆｆの変化は、金属含有膜２０ｆの材料の種類によって異なる。例えば、Ｉｒにおける実効的な垂直異方性磁界Ｈｋ＿ｅｆｆは、Ｒｈにおける実効的な垂直異方性磁界Ｈｋ＿ｅｆｆよりも大きい傾向がある。Ｒｈにおける実効的な垂直異方性磁界Ｈｋ＿ｅｆｆは、Ｐｄにおける実効的な垂直異方性磁界Ｈｋ＿ｅｆｆよりも大きい傾向がある。Ｐｄにおける実効的な垂直異方性磁界Ｈｋ＿ｅｆｆは、Ｃｒにおける垂直異方性磁界Ｈｋ＿ｅｆｆよりも大きい傾向がある。
【００８６】
図７（ａ）から分かるように、第１試料ＳＰ１（Ｉｒの場合）、厚さｔｍ２が１．２ｎｍ以下において、Ｃｏ５０Ｆｅ５０膜に大きな歪みが印加される。これにより、垂直磁化膜が得られると考えられる。
【００８７】
図７（ｂ）から分かるように、厚さｔｍ２が厚くなると、垂直磁気異方性エネルギーＫｕ＿ｉｎｔが減少する。これは、厚さｔｍ２が厚くなると、格子歪が徐々に緩和されことによると考えられる。図７（ａ）から分かるように、垂直磁化膜から面内磁化膜へ変化する厚さｔｍ２は、約１．５ｎｍである。
【００８８】
Ｃｏ５０Ｆｅ５０膜において、大きな結晶歪が印加されて垂直磁気異方性が得られる厚さｔｍ２の範囲は、Ｃｏ５０Ｆｅ５０膜と金属含有膜２０ｆとの間の格子不整合の大きさと関係がある。図５に関して説明したように、Ｃｏ５０Ｆｅ５０に対する格子不整合の大きさは、以下である。Ｒｈの格子不整合は、Ｉｒの格子不整合よりも大きい。Ｉｒの格子不整合は、Ｐｄの格子不整合よりも大きい。Ｐｄの格子不整合は、Ｃｒの格子不整合よりも大きい。一定の格子歪が印加される臨界厚ｔｃは、以下となる。Ｒｈの臨界厚ｔｃは、Ｉｒの臨界厚ｔｃよりも薄い。Ｉｒの臨界厚ｔｃは、Ｐｄの臨界厚ｔｃよりも薄い。Ｐｄの臨界厚ｔｃは、Ｃｒの臨界厚ｔｃよりも薄い。この臨界厚ｔｃの関係は、図７（ｂ）に例示する特性と符合する。
【００８９】
金属含有膜２０ｆがＲｈの場合、Ｃｏ５０Ｆｅ５０膜の厚さｔｍ２が１ｎｍのときに、結晶歪の緩和が生じていると考えられる。厚さｔｍ２が１ｎｍ以上３ｎｍ以下の範囲の実験結果において、格子不整合の値が大きいと、大きな結晶磁気異方性エネルギーが得られる。
【００９０】
図８（ａ）及び図８（ｂ）は、磁気記憶装置における特性を例示するグラフ図である。  これらの図には、第５試料ＳＰ５〜第８試料ＳＰ８の評価結果が示されている。これらの試料において、下層２５Ｌ及びＴａ膜４２ｆは、図３に例示した下層２５Ｌ及びＴａ膜４２ｆと同様である。
【００９１】
第５試料ＳＰ５において、金属含有膜２０ｆはＩｒ膜である。第６試料ＳＰ６において、金属含有膜２０ｆはＲｈ膜である。第７試料ＳＰ７において、金属含有膜２０ｆはＰｄ膜である。第８試料ＳＰ８において、金属含有膜２０ｆは設けられない。すなわち、第８試料ＳＰ８においては、下層２５ＬのＣｒ膜２５ｅ（厚さは１０ｎｍ）が、第２磁性膜１２ｆと接する。第５試料ＳＰ５〜第７試料ＳＰ７において、金属含有膜２０ｆの厚さ（厚さｔ０）は、１０ｎｍである。
【００９２】
第５試料ＳＰ５〜第８試料ＳＰ８において、第２磁性膜１２ｆは、ＣｏＦｅＢ膜である。このＣｏＦｅＢ膜において、Ｃｏの組成比は４０ａｔｍ％（原子パーセント）であり、Ｆｅの組成比は４０ａｔｍ％であり、Ｂの組成比は２０ａｔｍ％である。第２磁性膜１２ｆは、Ｃｏ４０Ｆｅ４０Ｂ２０膜である。第２磁性膜１２ｆの厚さ（厚さｔｍ２）は、１．０ｎｍから３．０ｎｍの範囲で変更される。第５試料ＳＰ５〜第８試料ＳＰ８において、第１非磁性膜１１ｎｆは、厚さが１．５ｎｍのＭｇＯ膜である。これ以外は、試料ＳＰ０と同様である。成膜は、室温においてスパッタリングにより行われる。成膜後に、３００℃で１時間の熱処理が行われる。
【００９３】
図８（ａ）及び図８（ｂ）の横軸は、厚さｔｍ２（ｎｍ）である。図８（ａ）の縦軸は、垂直異方性磁界Ｈｋ＿ｅｆｆ（ｋＯｅ）である。図８（ｂ）の縦軸は、垂直磁気異方性エネルギーＫｕ＿ｉｎｔ（Ｍｅｒｇ／ｃｍ３）である。
【００９４】
図８（ａ）から分かるように、第２磁性膜１２ｆ（Ｃｏ４０Ｆｅ４０Ｂ２０膜）の厚さｔｍ２が厚くなると、実効的な垂直異方性磁界Ｈｋ＿ｅｆｆが減少する。図８（ｂ）から分かるように、厚さｔｍ２が厚くなると、垂直磁気異方性エネルギーＫｕ＿ｉｎｔが減少する。
【００９５】
例えば、図８（ａ）に示すように、例えば、第５試料ＳＰ５（Ｉｒの場合）において、第２磁性膜１２ｆ（Ｃｏ４０Ｆｅ４０Ｂ２０膜）の厚さｔｍ２が厚くなると、Ｃｏ４０Ｆｅ４０Ｂ２０膜の磁化特性が、垂直磁化膜から面内磁化膜へ、変化する。図８（ａ）から分かるように、垂直磁化膜から面内磁化膜へ変化する厚さｔｍ２は、約１．２ｎｍである。
【００９６】
以下、第５試料ＳＰ５〜第８試料ＳＰ８におけるスピンホール角の評価結果の例について説明する。
【００９７】
図９は、磁気記憶装置における特性を例示するグラフ図である。  
図９には、第９試料ＳＰ９〜第１２試料ＳＰ１２におけるスピンホール角の評価結果が示されている。これらの試料において、基板２５ａの上に、金属含有膜２０ｆが設けられる。金属含有膜２０ｆの上に、第２磁性膜１２ｆが設けられる。第２磁性膜１２ｆの上に、第１非磁性膜１１ｎｆが設けられる。この試料においては、第１非磁性膜１１ｎｆは、厚さが１．５ｎｍのＭｇＯ膜である。第１非磁性膜１１ｎｆの上に、Ｔａ膜４２ｆ（厚さが１ｎｍ）が設けられる。第９試料ＳＰ９〜第１２試料ＳＰ１２において、下層２５Ｌが設けられていない。
【００９８】
第９試料ＳＰ９において、金属含有膜２０ｆはＩｒ膜である。第１０試料ＳＰ１０において、金属含有膜２０ｆはＲｈ膜である。第１１試料ＳＰ１１において、金属含有膜２０ｆはＰｄ膜である。第１２試料ＳＰ１２において、金属含有膜２０ｆはＴａ膜である。第９試料ＳＰ９〜第１２試料ＳＰ１２において、金属含有膜２０ｆの厚さ（厚さｔ０）は、３ｎｍである。
【００９９】
第９試料ＳＰ９〜第１２試料ＳＰ１２において、第２磁性膜１２ｆは、ＣｏＦｅＢ膜である。このＣｏＦｅＢ膜において、Ｃｏの組成比は４０ａｔｍ％であり、Ｆｅの組成比は４０ａｔｍ％であり、Ｂの組成比は２０ａｔｍ％である。第２磁性膜１２ｆは、Ｃｏ４０Ｆｅ４０Ｂ２０膜である。第２磁性膜１２ｆの厚さ（厚さｔｍ２）は、１．８ｎｍである。これらの試料のそれぞれにおいて、成膜は、室温でスパッタリングにより行われる。成膜後の熱処理の温度が変更される。
【０１００】
図９の横軸は、熱処理の温度Ｔｍ（℃）である。縦軸は、スピンホール角の絶対値｜θＳＨ｜である。図９において、熱処理の温度Ｔｍが「０」のときの値は、「熱処理無し」の値に対応する。
【０１０１】
図９に示すように、第１２試料ＳＰ１２（Ｔａ）においては、スピンホール角の絶対値｜θＳＨ｜は、熱処理の有無で大きくは変化しない。第１２試料ＳＰ１２（Ｔａ）においては、スピンホール角の絶対値｜θＳＨ｜は、約０．０７〜０．１０と、小さい。
【０１０２】
これに対して、第９試料ＳＰ９〜第１１試料ＳＰ１１においては、熱処理を行わない場合には、スピンホール角の絶対値｜θＳＨ｜は、実質的に零である。そして、スピンホール角の絶対値｜θＳＨ｜は、熱処理により大きくなる。例えば、熱処理の温度Ｔｍが１００℃以上において、第９試料ＳＰ９（Ｉｒ）においては、スピンホール角の絶対値｜θＳＨ｜は、約０．２０である。第１０試料ＳＰ１０（Ｒｈ）において、スピンホール角の絶対値｜θＳＨ｜は、約０．１５である。第１１試料ＳＰ１１（Ｐｄ）において、スピンホール角の絶対値｜θＳＨ｜は、約０．２２である。
【０１０３】
このように、金属含有層２０として、Ｒｈ、ＰｄまたはＩｒを用い、熱処理を行うことで、大きな絶対値のスピンホール角が得られる。
【０１０４】
後述するように、熱処理により第２磁性層１２（ＣｏＦｅＢ）に含まれるＢが、金属含有層２０に移動（拡散）したと考えられる。すなわち、金属含有層２０に、Ｂを含む第２領域２２と、Ｂの濃度が低い第１領域２１と、が形成されたと考えられる。上記のように、熱処理によりスピンホール角の絶対値｜θＳＨ｜が大きくなることから、Ｂを含む第２領域２２により、スピンホール角の絶対値｜θＳＨ｜が大きくなると考えられる。第２領域２２に含まれるＢは、電子を散乱させると考えられる。Ｂ元素による電子の散乱により、スピン分裂が促進されると考えられる。その結果、スピンホール角の絶対値｜θＳＨ｜が大きくなると考えられる。Ｂを含む第２領域２２により、大きなスピンホール効果（または、スピン軌道相互作用）が得られると考えられる。
【０１０５】
ＴａまたはＷなどの金属において、スピンホール効果が得られることが知られている。図９に示す実験結果によれば、Ｒｈ、ＰｄまたはＩｒなどの金属がＢを含むという特別な構成において、大きなスピンホール効果が得られることが分かった。この現象は、Ｂを含む場合における特別な現象であると考えられる。
【０１０６】
既に説明したように、Ｒｈ、ＰｄまたはＩｒなどの金属を金属含有層２０として用いることにより、第２磁性層１２において結晶の歪を生じさせ、大きな電圧効果が得られる。そして、このような金属含有層２０の一部にＢが含まれる場合にも大きな電圧効果が得られる。このとき、金属含有層２０の全体においてＢの濃度が高い場合は、金属含有層２０の結晶が不安定になり易く、第２磁性層１２において、結晶の歪が十分に導入できない場合がある。一方、Ｒｈ、ＰｄまたはＩｒなどの金属がＢを含むことにより、スピンホール角の絶対値｜θＳＨ｜が大きくなる。すなわち、大きなスピンホール効果が得られる。Ｂを含む第２領域２２は、第２磁性層１２に近い部分（例えば、第２磁性層１２と接する部分）に設けられれば良い。
【０１０７】
第２磁性層１２に近い部分（第２領域２２）がＢを含むことにより、大きなスピンホール効果が得られる。そして、第２領域２２の下に、Ｂの濃度が低い第１領域２１が設けられる。これにより、金属含有層２０における格子が安定化する。このような構成により、金属含有層２０と第２磁性層１２との間における格子定数差により、第２磁性層１２に結晶の歪を効果的に導入できる。これにより、大きな電圧効果が得られる。
【０１０８】
Ｔａの抵抗率は、１６０μΩｃｍである。これに対して、Ｒｈ、ＰｄまたはＩｒなどの金属における抵抗率は、約３０μΩｃｍである。Ｒｈ、ＰｄまたはＩｒなどの金属を金属含有層２０として用いることで、金属含有層２０を薄くできる。小さい電流（第１電流Ｉｗ１または第２電流Ｉｗ２など）により、第２磁性層１２の第２磁化１２Ｍを反転できる。例えば、発熱による特性劣化を抑制できる。
【０１０９】
Ｒｈ、ＰｄまたはＩｒなどの第１金属を含む第１領域２１と、第１金属及びＢを含む第２領域２２と、を含む金属含有層２０を用いることで、例えば、大きな電圧効果と、大きなスピンホール効果と、が得られる。そして、小さな電流での磁化反転が可能になる。安定した動作が可能になる。
【０１１０】
第２領域２２におけるホウ素（Ｂ）の濃度（第２濃度）は、例えば、３０原子パーセント以下である。第２濃度が３０原子パーセント以下のときに、例えば、大きな電圧効果が得られる。第２濃度が、３０原子パーセントを超えると、例えば、第２領域２２において非晶質化が生じる（結晶格子が形成されない）場合がある。第２濃度は、例えば、１原子パーセント以上である。第２濃度が１原子パーセント以上のときに、例えば、大きなスピンホール効果が得られる。第２濃度が１０原子パーセント以上のときに、例えば、大きなスピンホール効果が安定して得られる。
【０１１１】
第２磁性層１２は、Ｂを含まなくても良い。例えば、金属含有層２０として、ホウ素の濃度が低い第１領域２１の上に、ホウ素を含む第２領域２２を形成し、ホウ素を含まない第２磁性層１２を形成しても良い。この場合も、大きな電圧効果と、大きなスピンホール効果と、が得られる。この場合、第２磁性層１２におけるＢの濃度は、第２領域２２におけるホウ素の濃度（第２濃度）よりも低くても良い。第２領域２２がホウ素を含む場合において、第２領域２２の少なくとも一部は結晶化しても良い 。
【０１１２】
一方、既に説明したように、ホウ素を含まない金属含有膜２０ｆの上に、ホウ素を含む第２磁性膜１２ｆを形成し、熱処理により、ホウ素が金属含有膜２０ｆに導入されても良い。これにより、第２領域２２が形成されても良い。
【０１１３】
図１０（ａ）及び図１０（ｂ）は、磁気記憶装置における特性を例示するグラフ図である。  
これらの図は、既に説明した第１試料ＳＰ１〜第８試料ＳＰ８における、飽和磁化Ｍｓ、及び、磁気的Dead Layerの厚さＤＬの評価結果を示す。既に説明したように、第１試料ＳＰ１〜第８試料ＳＰ８においては、第２磁性膜１２ｆ（すなわち、第２磁性層１２）の材料は、ＣｏＦｅまたはＣｏＦｅＢである。第１試料ＳＰ１〜第８試料ＳＰ８においては、第２磁性膜１２ｆ（すなわち、第２磁性層１２）の厚さｔｍ２が、１ｎｍ〜３ｎｍの範囲で変更される。厚さｔｍ２が異なる試料の磁気特性の測定結果から、飽和磁化Ｍｓ、及び、磁気的Dead Layerの厚さＤＬが導出される。異なる厚さを有する磁性層を含む試料の磁化が測定される。磁化の量と、磁性層の厚さと、の間の線形関係を調べることで、飽和磁化Ｍｓ及び磁気的Dead Layerの厚さＤＬが導出できる。磁気的Dead Layerにおいては、磁化が生じない。既に説明したように、第１試料ＳＰ１〜第８試料ＳＰ８において、金属含有膜２０ｆの厚さ（厚さｔ０）は、１０ｎｍである。
【０１１４】
図１０（ａ）及び図１０（ｂ）には、第１３試料ＳＰ１３及び第１４試料ＳＰ１４の評価結果も示されている。第１３試料ＳＰ１３及び第１４試料ＳＰ１４においては、基板２５ａの上に、厚さが１０ｎｍのＴａ膜が設けられる。このＴａ膜が、金属含有膜２０ｆに対応する。第１３試料ＳＰ１３においては、このＴａ膜の上に、ＣｏＦｅ膜（Ｃｏ５０Ｆｅ５０膜）が設けられる。一方、第１４試料ＳＰ１４においては、このＴａ膜の上に、ＣｏＦｅＢ膜（Ｃｏ４０Ｆｅ４０Ｂ２０膜）が設けられる。ＣｏＦｅ膜またはＣｏＦｅＢ膜が、第２磁性層１２に対応する。第１３試料ＳＰ１３及び第１４試料ＳＰ１４において、ＣｏＦｅ膜またはＣｏＦｅＢ膜の上に、第１非磁性膜１１ｎｆ（厚さが１．５ｎｍのＭｇＯ膜）が設けられ、その上に、Ｔａ膜４２ｆ（厚さが３ｎｍ）が設けられる。第１３試料ＳＰ１３及び第１４試料ＳＰ１４においても、飽和磁化Ｍｓ、及び、磁気的Dead Layerの厚さＤＬが導出される。
【０１１５】
図１０（ａ）の縦軸は、飽和磁化Ｍｓ（ｅｍｕ／ｃｍ３）である。図１０（ｂ）の縦軸は、磁気的Dead Layerの厚さＤＬ（ｎｍ）である。
【０１１６】
図１０（ａ）に示すように、第２磁性膜１２ｆがＣｏＦｅ膜である場合には、飽和磁化Ｍｓは大きい。そして、飽和磁化Ｍｓは、金属含有膜２０ｆの材料の種類の差の影響を実質的に受けない。
【０１１７】
一方、第２磁性膜１２ｆがＣｏＦｅＢ膜である場合における飽和磁化Ｍｓは、ＣｏＦｅ膜の場合における飽和磁化Ｍｓに比べて、小さい。そして、ＣｏＦｅＢ膜における飽和磁化Ｍｓは、金属含有膜２０ｆの材料の種類に大きく依存する。例えば、金属含有膜２０ｆの材料がＣｒである第８試料ＳＰ８における飽和磁化Ｍｓは、金属含有膜２０ｆの材料がＴａである第１４試料ＳＰ１４における飽和磁化Ｍｓよりも著しく小さい。
【０１１８】
一般に、ＣｏＦｅＢ膜における飽和磁化Ｍｓは、ＣｏＦｅ膜における飽和磁化Ｍｓよりも小さい。Ｃｒは、Ｔａに比べて、Ｂを吸収し難い。このため、金属含有膜２０ｆとしてＣｒを用いた場合には、ＣｏＦｅＢ膜におけるＢの濃度は実質的に変化しない。このため、第８試料ＳＰ８（ＣｏＦｅＢ膜）における飽和磁化Ｍｓは、第４試料ＳＰ４（ＣｏＦｅ膜）における飽和磁化Ｍｓに比べて小さくなったと考えられる。
【０１１９】
これに対して、Ｔａは、Ｂを吸収し易い。このため、金属含有膜２０ｆとしてＴａを用いた場合には、ＣｏＦｅＢ膜におけるＢの濃度は減少すると考えられる。このため、第１４試料ＳＰ１４（ＣｏＦｅＢ膜）における飽和磁化Ｍｓは、第１３試料ＳＰ１３（ＣｏＦｅ膜）における飽和磁化Ｍｓに近く、比較的大きいと考えられる。
【０１２０】
金属含有膜２０ｆとして、他の材料（Ｉｒ、Ｒｈ及びＰｄ）を用いた場合も、ＣｏＦｅＢ膜における飽和磁化Ｍｓは、ＣｏＦｅ膜における飽和磁化Ｍｓに近く、比較的大きい。このことから、これらの他の材料（Ｉｒ、Ｒｈ及びＰｄ）も、Ｂを吸収し易いと考えられる。
【０１２１】
図１０（ｂ）に示すように、第２磁性膜１２ｆがＣｏＦｅ膜である場合には、磁気的Dead Layerの厚さＤＬは大きい。そして、磁気的Dead Layerの厚さＤＬは、金属含有膜２０ｆの材料の種類の差の影響を実質的に受けない。
【０１２２】
一方、第２磁性膜１２ｆがＣｏＦｅＢ膜である場合における磁気的Dead Layerの厚さＤＬは、金属含有膜２０ｆの材料の種類に大きく依存する。例えば、金属含有膜２０ｆの材料がＩｒまたはＣｒの場合（第５試料ＳＰ５及び第８試料ＳＰ８）における磁気的Dead Layerの厚さＤＬは、著しく小さい。
【０１２３】
Ｉｒ膜の平坦性は極めて良好である。このことが、著しく小さい、磁気的Dead Layerの厚さＤＬに関係していると考えられる。例えば、Ｉｒ膜においては、Ｂ拡散による影響が軽微であることが考えられる。このことが、著しく小さい、磁気的Dead Layerの厚さＤＬに関係している可能性がある。
【０１２４】
金属含有層２０としてＩｒを用いると、磁気的Dead Layerの厚さＤＬが実質的に零になる。金属含有層２０がＩｒを含むことが特に好ましいと考えられる。Ｉｒ膜は、ＣｏＦｅＢ膜中のＢを効果的に吸収し、そして、Ｉｒ膜に吸収されたＢにより、磁気的Dead Layerの厚さＤＬが小さくなるという特別の現象が生じると考えられる。
【０１２５】
磁性層の磁化は、例えば、振動試料型磁力計（ＶＳＭ）などにより求められても良い。磁気的Dead Layerの厚さＤＬは、例えば、磁気光学（Ｋｅｒｒ）効果の測定によって求められても良い。
【０１２６】
以下、第２磁性層１２がＣｏＦｅを含む場合について、組成比に関する実験結果の例について説明する。
【０１２７】
図１１（ａ）〜図１１（ｄ）は、磁気記憶装置における特性を例示するグラフ図である。  
図１１（ａ）及び図１１（ｂ）において、第２磁性層１２（第２磁性膜１２ｆ）は、ＣｏＦｅ膜である。図１１（ｃ）及び図１１（ｄ）において、第２磁性層１２（第２磁性膜１２ｆ）は、ＣｏＦｅＢ膜である。
【０１２８】
これらの図における試料において、下層２５Ｌ及びＴａ膜４２ｆは、図３に例示した下層２５Ｌ及びＴａ膜４２ｆと同様である。これらの試料において、下層２５ＬのＣｒ膜２５ｅの上に、厚さが１０ｎｍのＩｒ膜（金属含有膜２０ｆ）が設けられる。この上に、第２磁性膜１２ｆとして、ＣｏＦｅ膜またはＣｏＦｅＢ膜が設けられる。ＣｏＦｅ膜及びＣｏＦｅＢ膜において、Ｃｏ及びＦｅの組成比が変更される。ＣｏＦｅＢ膜において、Ｂの濃度は２０ａｔｍ％である。さらに、ＣｏＦｅ膜またはＣｏＦｅＢ膜の厚さ（厚さｔｍ２）が１ｎｍ〜３ｎｍの範囲で変更される。ＣｏＦｅ膜またはＣｏＦｅＢ膜の上に、ＭｇＯ膜（第１非磁性膜１１ｎｆ）が設けられる。ＭｇＯ膜の厚さは、１．５ｎｍである。ＭｇＯ膜の上に、Ｔａ膜４２ｆが設けられる。
【０１２９】
図１１（ａ）〜図１１（ｄ）において、横軸は、厚さｔｍ２（ｎｍ）である。図１１（ａ）及び図１１（ｃ）において、縦軸は、垂直異方性磁界Ｈｋ＿ｅｆｆ（ｋＯｅ）である。図１１（ｂ）及び図１１（ｄ）において、縦軸は、垂直磁気異方性エネルギーＫｕ＿ｉｎｔ（Ｍｅｒｇ／ｃｍ３）である。
【０１３０】
図１１（ａ）〜図１１（ｄ）から分かるように、ＣｏＦｅ膜及びＣｏＦｅＢ膜のいずれの場合も、Ｃｏ４０Ｆｅ６０〜Ｃｏ５０Ｆｅ５０の組成において、大きな垂直磁気異方性が得られる。Ｃｏ４０Ｆｅ６０の組成において、特に大きな垂直磁気異方性が得られる。例えば、Ｆｅリッチの組成において、結晶磁気異方性または界面磁気異方性が大きく働くと考えられる。
【０１３１】
実施形態において、ＣｏＦｅ膜及びＣｏＦｅＢ膜のいずれの場合も、Ｃｏ４０Ｆｅ６０〜Ｃｏ６０Ｆｅ４０の組成でも良い。例えば、第２磁性層１２は、Ｃｏｘ１Ｆｅ１−ｘ１（０≦ｘ１≦０．６）を含んでも良い。第２磁性層１２は、Ｃｏｘ１Ｆｅ１−ｘ１（０．４≦ｘ１≦０．６）を含んでも良い。第２磁性層１２は、Ｃｏｘ１Ｆｅ１−ｘ１（０．４≦ｘ１≦０．５）を含んでも良い。第２磁性層１２は、Ｃｏｘ１Ｆｅ１−ｘ１（０．４≦ｘ１≦０．４５）を含んでも良い。この場合に、安定した垂直磁気異方性が得られる。
【０１３２】
図１２（ａ）〜図１２（ｈ）は、磁気記憶装置を例示する顕微鏡写真像である。  
これらの図に示されている試料においては、下層２５Ｌ（図３参照）の上に、厚さが１０ｎｍのＩｒ膜（金属含有膜２０ｆ）が設けられ、その上に、厚さが２ｎｍのＣｏＦｅ膜（第２磁性膜１２ｆ）が設けられ、その上に、厚さが３ｎｍのＭｇＯ膜（第１非磁性膜１１ｎｆ）が設けられ、その上に、Ｔａ膜４２ｆ（図３参照）が設けられる。
【０１３３】
図１２（ａ）は、試料の断面ＨＡＡＤＦ−ＳＴＥＭ（high-angle annular dark-field scanning transmission electron microscopy）像である。図１２（ｂ）〜図１２（ｈ）は、試料のエネルギー分散型Ｘ線分光法（ＥＤＳ：Energy Dispersive X-ray Spectroscopy）像である。図１２（ｂ）は、Ｏ（酸素）のＫ線に対応する。図１２（ｃ）は、ＭｇのＫ線に対応する。図１２（ｄ）は、ＣｒのＫ線に対応する。図１２（ｅ）は、ＦｅのＫ線に対応する。図１２（ｆ）は、ＣｏのＫ線に対応する。図１２（ｇ）は、ＩｒのＬ線に対応する。図１２（ｈ）は、ＴａのＬ線に対応する。
【０１３４】
これらの図から分かるように、試料に含まれる複数の膜のそれぞれにおいて、良好な結晶平坦性が得られていることが分かる。高い均一性が得られていることが分かる。ＣｏＦｅ膜（第２磁性膜１２ｆ）への、他の膜に含まれる元素の拡散は実質的に生じていない。Ｉｒ膜（金属含有膜２０ｆ）へ、微量のＣｏ及び微量のＦｅが拡散している。このように、金属含有層２０に、第２磁性層１２に含まれる第１元素が含まれても良い。
【０１３５】
図１３は、第１実施形態に係る別の磁気記憶装置を例示する模式的斜視図である。  
図１３に示すように、本実施形態に係る別の磁気記憶装置１１０ｂにおいては、金属含有層２０の一部の厚さが他の部分よりも薄くなっている。磁気記憶装置１１０ｂにおけるこれらの構成は、磁気記憶装置１１０ａの構成と同様である。
【０１３６】
この例では、金属含有層２０は、第１領域２１及び第２領域２２に加えて、第３領域２３及び第４領域２４をさらに含む。第２領域２２は、第２方向（Ｘ軸方向）において、第３領域２３及び第４領域２４の間にある。この例において、第３領域２３におけるホウ素の濃度、及び、第４領域２４におけるホウ素の濃度のそれぞれは、第１領域２１におけるホウ素の濃度（第１濃度）よりも高い。そして、第２領域２２の第１方向（Ｚ軸方向）に沿った厚さは、第３領域２３の第１方向に沿った厚さよりも厚い。第２領域２２の第１方向（Ｚ軸方向）に沿った厚さは、第４領域２４の第１方向に沿った厚さよりも厚い。
【０１３７】
このような磁気記憶装置１１０ｂにおいても、大きな電圧効果と、大きなスピンホール効果と、が得られる。安定した動作が可能になる。
【０１３８】
磁気記憶装置１１０ｂは、例えば、第１領域２１〜第４領域２４を有する金属含有膜２０ｆの上に第２磁性膜１２ｆを含む積層膜を形成した後に、この積層膜を加工することで形成される。このとき、加工の条件により、磁気記憶装置１１０ａまたは１１０ｂが形成される。すなわち、加工処理において金属含有膜２０ｆの一部が除去される場合に、磁気記憶装置１１０ｂが形成される。
【０１３９】
図１４は、第１実施形態に係る別の磁気記憶装置を例示する模式的斜視図である。  
図１４に示すように、本実施形態に係る別の磁気記憶装置１１１も、金属含有層２０、第１磁性層１１、第２磁性層１２、第１非磁性層１１ｎ及び制御部７０を含む。磁気記憶装置１１１においては、金属含有層２０の構成が、磁気記憶装置１１０におけるそれとは異なる。これ以外の磁気記憶装置１１１における構成は、磁気記憶装置１１０の構成と同様である。
【０１４０】
磁気記憶装置１１１においては、金属含有層２０は、第１領域２１及び第２領域２２に加えて、第３領域２３及び第４領域２４をさらに含む。第２領域２２は、第２方向（Ｘ軸方向）において、第３領域２３及び第４領域２４の間にある。第３領域２３及び第４領域２４は、例えば、ホウ素を含まない。または、第３領域２３におけるホウ素の濃度及び第４領域２４におけるホウ素の濃度のそれぞれは、第２領域２２におけるホウ素の濃度（第２濃度）よりも低い。
【０１４１】
磁気記憶装置１１１においては、金属含有層２０のうちの第２磁性層１２と重なる部分が、局所的にホウ素を含む。磁気記憶装置１１１においては、金属含有層２０のうちの第２磁性層１２と重ならない部分（例えば第３領域２３及び第４領域２４）は、第１領域２１と同様の組成を含む。例えば、金属含有層２０における抵抗を低くできる。例えば、第２領域２２における抵抗率は、第１領域２１、第３領域２３及び第４領域２４のそれぞれにおける抵抗率よりも高くなる傾向がある。ホウ素を含む部分を局所的に設けることで、金属含有層２０の抵抗を低くできる。
【０１４２】
図１５は、第１実施形態に係る別の磁気記憶装置を例示する模式的斜視図である。  
図１５に示すように、本実施形態に係る別の磁気記憶装置１２０も、金属含有層２０、第１磁性層１１、第２磁性層１２、第１非磁性層１１ｎ及び制御部７０を含む。磁気記憶装置１２０においては、第１磁性層１１の第１磁化１１Ｍの方向が、磁気記憶装置１１０におけるそれとは異なる。これ以外の磁気記憶装置１２０における構成は、磁気記憶装置１１０の構成と同様である。
【０１４３】
磁気記憶装置１２０においては、第１磁性層１１の第１磁化１１Ｍは、第２方向（例えばＸ軸方向）に沿う。例えば、第２磁性層１２の第２磁化１２Ｍは、第２方向に実質的に沿う。
【０１４４】
磁気記憶装置１２０においては、例えば、Direct switchingモードの動作が行われる。Direct switchingモードにおける磁化反転の速度は、Precessional Switchingモードにおける磁化反転の速度よりも高い。Direct Switchingモードにおいては、磁化反転は、歳差運動を伴わない。このため、磁化反転速度は、ダンピング定数αに依存しない。磁気記憶装置１２０においては、高速の磁化反転が得られる。
【０１４５】
磁気記憶装置１２０において、例えば、第１磁性層１１の１つの方向の長さ（長軸方向の長さ）は、第１磁性層１１の別の１つの方向の長さ（短軸方向の長さ）よりも長い。例えば、第１磁性層１１の第２方向（例えば、Ｘ軸方向）に沿う長さ（長軸方向の長さ）は、第１磁性層１１の第３方向（例えば、Ｙ軸方向）に沿う長さ（短軸方向の長さ）よりも長い。例えば、形状異方性により、第１磁性層１１の第１磁化１１Ｍが第２方向に沿い易くなる。
【０１４６】
磁気記憶装置１２０において、例えば、第１磁性層１１の長軸方向は、第２方向に沿う。第１磁性層１１の長軸方向は、第２方向に対して傾斜しても良い。例えば、第１磁性層１１の長軸方向と、第２方向（金属含有層２０を流れる電流の方向に対応する方向）と、の間の角度（絶対値）は、例えば、０度以上３０度未満である。このような構成においては、例えば、高い書き込み速度が得られる。
【０１４７】
図１６は、第１実施形態に係る別の磁気記憶装置を例示する模式的斜視図である。  
図１６に示すように、本実施形態に係る別の磁気記憶装置１２１も、金属含有層２０、第１磁性層１１、第２磁性層１２、第１非磁性層１１ｎ及び制御部７０を含む。磁気記憶装置１２１においては、金属含有層２０は、既に説明した、第１領域２１、第２領域２２、第３領域２３及び第４領域２４を含む。第３領域２３及び第４領域２４は、例えば、ホウ素を含まない。または、第３領域２３におけるホウ素の濃度及び第４領域２４におけるホウ素の濃度のそれぞれは、第２領域２２におけるホウ素の濃度（第２濃度）よりも低い。これ以外の磁気記憶装置１２１における構成は、磁気記憶装置１２０の構成と同様である。
【０１４８】
以下、本実施形態において各種の層に用いられる材料の例について説明する。
【０１４９】
第１実施形態において、第２磁性層１２は、例えば、Ｃｏ、Ｆｅ及びＮｉからなる群から選択された少なくとも１つの第１元素を含む。第２磁性層１２は、さらにホウ素を含んでも良い。第２磁性層１２は、Ｃ、Ｎ、Ｏ、Ｓｉ及びＰからなる群から選択された少なくとも１つの第２元素をさらに含んでも良い。第２磁性層１２において、ホウ素及び第２元素の濃度は、例えば、３０ａｔｍ％以下である。これにより、例えば、格子定数、結晶性、磁気特性、機械的特性及び化学的特性の少なくともいずれかが制御できる。このような材料を用いることで、例えば、高いスピン分極率が得られる。例えば、第２磁性層１２は、Ｃｏ、Ｆｅ、ＣｏＦｅ、ＣｏＦｅＢ、ＦｅＢ、ＣｏＢ、ＣｏＦｅＳｉ、ＣｏＦｅＰ、ＦｅＮｉ、ＦｅＮｉＢ、ＦｅＮｉＳｉ及びＦｅＮｉＰからなる群から選択された少なくとも１つを含む。第２磁性層１２は、組成が異なる複数の膜を含む積層膜を含んでも良い。第２磁性層１２は、例えば、ＣｏＦｅＢ／ＣｏＦｅまたはＣｏＦｅＢ／ＦｅＮｉＢを含む。第２磁性層１２は、例えば、組成が互いに異なる複数のＣｏＦｅＢ膜を含む積層膜を含んでも良い。第２磁性層１２は、例えば、組成が互いに異なる複数のＣｏＦｅ膜を含む積層膜を含んでも良い。
【０１５０】
第２磁性層１２は、例えば、Ｃｏ基ホイスラー合金を含む磁性層を含んでも良い。Ｃｏ基ホイスラー合金は、Ｃｏ２ＹＺと表記される。第２磁性層１２は、Ｃｏ２ＦｅＡｌ、Ｃｏ２ＭｎＳｉ、Ｃｏ２ＭｎＧｅ、Ｃｏ２Ｍｎ（Ｓｉ、Ｇｅ）及びＣｏ２Ｍｎ（Ｇａ、Ｇｅ）からなる群から選択された少なくとも１つを含む。
【０１５１】
第２磁性層１２は、例えば、積層構造を有しても良い。積層構造は、例えば、ＳＡＦ構造である。ＳＡＦ構造においては、例えば、隣接ビットへの漏れ磁界の影響を低減できる。
【０１５２】
積層構造は、例えば、ＣｏＦｅ（Ｂ）／（Ｔａ、Ｗ、Ｍｏ、Ｃｕ、Ｃｒ）／ＣｏＦｅ（Ｂ）、及び、Ｃｏ基ホイスラー合金／（Ｔａ、Ｗ、Ｍｏ、Ｃｕ、Ｃｒ）／ＣｏＦｅ（Ｂ）などを含む。「（Ｔａ、Ｗ、Ｍｏ、Ｃｕ、Ｃｒ）」の表記は、Ｔａ、Ｗ、Ｍｏ、Ｃｕ及びＣｒからなる群から選択された少なくとも１つを含むことを意味する。ＳＡＦ構造は、例えば、ＣｏＦｅ（Ｂ）／（Ｒｕ、Ｒｈ、Ｉｒ）／ＣｏＦｅ（Ｂ）、及び、Ｃｏ基ホイスラー合金／（Ｒｕ、Ｒｈ、Ｉｒ）／ＣｏＦｅ（Ｂ）からなる群から選択された少なくとも１つを含む。「（Ｒｕ、Ｒｈ、Ｉｒ）」の記載は、Ｒｕ、Ｒｈ及びＩｒからなる群から選択された少なくとも１つを含むことを意味する。「（Ｂ）」の記載は、Ｂを含む、または、Ｂを実質的に含まないことを意味する。
【０１５３】
第２磁性層１２は、積層体を含んでも良い。積層体は、例えば、Ｃｏ／Ｐｔ人工格子、Ｃｏ／Ｐｄ人工格子、Ｃｏ／Ｒｕ人工格子、Ｃｏ／Ｉｒ人工格子、及び、Ｃｏ／Ａｕ人工格子よりなる群から選択された少なくとも１つを含む。これらの人工格子において、元素の添加、及び、磁性膜と非磁性膜とにおける厚さの比が調整される。これにより、例えば、垂直磁気異方性及び飽和磁化が調整される。
【０１５４】
第１磁性層１１は、第２磁性層１２の保磁力よりも大きい保磁力、第２磁性層１２の磁気異方性エネルギーよりも大きい磁気異方性エネルギー、及び、第２磁性層１２のダンピング定数よりも大きいダンピング定数の少なくともいずれかを有する。これにより、磁気記憶装置における電気抵抗の変化が安定して得られる。第１磁性層１１は、第１層及び第２層を含む積層膜を含んでも良い。第１層は、例えば、Ｉｒ、Ｐｔ、Ｆｅ及びＲｈからなる群から選択された少なくとも１つの元素と、Ｍｎと、を含む。第２層は、Ｃｏ、Ｆｅ及びＮｉからなる群から選択された少なくとも１つの元素を含む。第１磁性層１１は、例えば、ＩｒＭｎ／ＣｏＦｅ、ＰｔＭｎ／ＣｏＦｅ、ＦｅＭｎ／ＣｏＦｅ、及び、ＲｈＭｎ／ＣｏＦｅからなる群から選択された少なくとも１つを含む。例えば、安定した磁化方向が得られる。第１磁性層１１は、第１層、第２層、第３層及び第４層を含んでも良い。第４層は、第３層と第２層との間に設けられる。第３層は、例えば、第１非磁性層１１ｎと接し、例えば高いスピン分極率を有する。第１磁性層１１は例えば、ＩｒＭｎ／ＣｏＦｅ／Ｒｕ／ＣｏＦｅＢ、ＰｔＭｎ／ＣｏＦｅ／Ｒｕ／ＣｏＦｅＢ、ＦｅＭｎ／ＣｏＦｅ／Ｒｕ／ＣｏＦｅＢ、及び、ＲｈＭｎ／ＣｏＦｅ／Ｒｕ／ＣｏＦｅＢからなる群から選択された少なくとも１つを含む。これにより、例えば、安定した磁化方向が得られる。例えば、磁気記憶装置素子における電気抵抗の変化が安定して得られる。
【０１５５】
第１非磁性層１１ｎは、例えば、ＭｇＯ、ＭｇＡｌＯ及びＡｌＯからなる群から選択された少なくとも１つを含む。第１非磁性層１１ｎは、これらの材料を含む複数の膜を含む積層膜を含んでも良い。第１非磁性層１１ｎは、他の非磁性金属を更に含んでも良い。
【０１５６】
（第２実施形態）  
図１７は、第２実施形態に係る別の磁気記憶装置を例示する模式的斜視図である。  
図１７に示すように、第２実施形態に係る磁気記憶装置１３０も、金属含有層２０、第１磁性層１１、第２磁性層１２、第１非磁性層１１ｎ及び制御部７０を含む。磁気記憶装置１３０においては、第１磁性層１１の第１磁化１１Ｍの方向が、磁気記憶装置１１０におけるそれとは異なる。これ以外の磁気記憶装置１３０における構成は、磁気記憶装置１１０の構成と同様である。
【０１５７】
磁気記憶装置１３０においては、第１磁性層１１の第１磁化１１Ｍは、第１方向（例えばＺ軸方向）に沿う。例えば、第２磁性層１２の第２磁化１２Ｍは、第１方向に実質的に沿う。
【０１５８】
例えば、第２磁性層１２の磁化容易軸は、第１方向（Ｚ軸方向）に沿う。例えば、第２磁性層１２の磁化容易軸と、Ｚ軸方向と、の間の角度の絶対値は、４５度以下である。
【０１５９】
この場合も、金属含有層２０の第３部分２０ｃは、第１領域２１及び第２領域２２を含む。第１領域２１は、第１金属（Ｒｈ、Ｐｄ及びＩｒからなる群から選択された少なくとも１つ）を含む。第２領域２２は、第１領域２１と第２磁性層１２との間に設けられる。第２領域２２は、第１金属及びホウ素を含む。第１領域２１はホウ素を含まない。または、第１領域２１がホウ素を含む場合、第１領域２１におけるホウ素の第１濃度は、第２領域２２におけるホウ素の第２濃度よりも低い。第２磁性層１２は、第１方向（Ｚ軸方向）に沿う第１格子長Ｌｚ１２と、第１方向に対して垂直な方向Ｄｘに沿う第２格子長Ｌｘ１２と、を有する（図２（ａ）参照）。第１格子長Ｌｚ１２は、第２格子長Ｌｘ１２よりも長い。すなわち、第２磁性層１２において、結晶格子の歪が生じている。
【０１６０】
磁気記憶装置１３０においては、上記の第１領域２１及び第２領域２２が設けられているため、金属含有層２０（第１領域２１）において、格子が安定する。これにより、第２磁性層１２に、格子の歪を効果的に形成できる。Ｂを含む第２領域２２を局所的に設けることで、金属含有層２０の全体においては、安定した格子が維持できる。そして、局所的な第２領域２２がＢを含むことで、電子の散乱効率が向上する。これにより、大きなスピンホール効果が得られる。
【０１６１】
磁気記憶装置１３０においても、大きな電圧効果と、大きなスピンホール効果と、が得られる。安定した動作が可能になる。
【０１６２】
磁気記憶装置１３０において、例えば、Direct switchingモードの動作が行われる。磁気記憶装置１３０においては、高速の磁化反転が得られる。
【０１６３】
磁気記憶装置１３０においては、例えば、第１磁性層１１の第２方向に沿う長さは、第１磁性層１１の第３方向に沿う長さと実質的に同じでも良い。磁気記憶装置１３０においては、微細な第１積層体ＳＢ１（例えばＭＴＪ素子）を得やすい。例えば、高い記憶密度が得られる。
【０１６４】
図１８は、第２実施形態に係る別の磁気記憶装置を例示する模式的斜視図である。  
図１８に示すように、本実施形態に係る別の磁気記憶装置１３１も、金属含有層２０、第１磁性層１１、第２磁性層１２、第１非磁性層１１ｎ及び制御部７０を含む。磁気記憶装置１３１においては、金属含有層２０は、既に説明した、第１領域２１、第２領域２２、第３領域２３及び第４領域２４を含む。第３領域２３及び第４領域２４は、例えば、ホウ素を含まない。または、第３領域２３におけるホウ素の濃度及び第４領域２４におけるホウ素の濃度のそれぞれは、第２領域２２におけるホウ素の濃度（第２濃度）よりも低い。これ以外の磁気記憶装置１３１における構成は、磁気記憶装置１３０の構成と同様である。磁気記憶装置１３１においても、大きな電圧効果と、大きなスピンホール効果と、が得られる。安定した動作が可能になる。
【０１６５】
第２実施形態における材料の例について説明する。
【０１６６】
第２磁性層１２は、垂直磁性膜を含んでも良い。第２磁性層１２が、垂直磁性膜である場合の例は、以下である。第２磁性層１２は、Ｍｎと、少なくとも１つの元素と、を含む。この少なくとも１つの元素は、Ａｌ、Ｇｅ及びＧａからなる群から選択された少なくとも１つを含む。第２磁性層１２は、例えば、ＭｎＧａ、ＭｎＡｌ、ＭｎＧｅ及びＭｎＡｌＧｅからなる群から選択された少なくとも１つを含む。例えば、第２磁性層１２は、Ｍｎ、Ｇａ、及び、少なくとも１つの元素を含む。この少なくとも１つの元素は、Ａｌ、Ｇｅ、Ｉｒ、Ｃｒ、Ｃｏ、Ｐｔ、Ｒｕ、Ｐｄ、Ｒｈ、Ｎｉ、Ｆｅ、Ｒｅ、Ａｕ、Ｃｕ、Ｂ、Ｃ、Ｐ、Ｇｄ、Ｔｂ及びＤｙよりなる群から選択された少なくとも１つを含む。第２磁性層１２は、例えば、ＭｎＧａＡｌ、ＭｎＧａＧｅ、ＭｎＧａＩｒ、ＭｎＧａＣｒ、ＭｎＧａＣｏ、ＭｎＧａＰｔ、ＭｎＧａＲｕ、ＭｎＧａＰｄ、ＭｎＧａＲｈ、ＭｎＧａＮｉ、ＭｎＧａＦｅ、ＭｎＧａＲｅ、ＭｎＧａＡｕ、ＭｎＧａＣｕ、ＭｎＧａＢ、ＭｎＧａＣ、ＭｎＧａＰ、ＭｎＧａＧｄ、ＭｎＧａＴｂ及びＭｎＧａＤｙよりなる群から選択された少なくとも１つを含む。
【０１６７】
第２磁性層１２は、垂直磁性膜を含む場合、第２磁性層１２は、例えば、合金を含んでも良い。この合金は、１つの元素と、別の１つの元素と、を含む。この１つの元素は、例えば、Ｆｅ、Ｃｏ及びＮｉからなる群から選択された少なくとも１つを含む。この別の１つの元素は、例えば、Ｒｕ、Ｒｈ、Ｐｄ、Ａｇ、Ｉｒ、Ｐｔ及びＡｕからなる群から選択された少なくとも１つを含む。上記の合金は、例えば、ＦｅＲｈ、ＦｅＰｔ、ＦｅＰｄ、ＣｏＰｔ及びＣｏＰｄよりなる群から選択された少なくとも１つを含んでも良い。これらの合金は、例えば、強磁性合金である。
【０１６８】
第１磁性層１１は、例えば、垂直磁性膜を含んでも良い。第１磁性層１１が、垂直磁性膜を含む場合、例えば、第１磁性層１１は、Ｍｎ、及び、少なくとも１つの元素を含む。この少なくとも１つの元素は、Ａｌ、Ｇｅ及びＧａから選択された少なくとも１つを含む。第１磁性層１１は、例えば、ＭｎＧａ、ＭｎＡｌ、ＭｎＧｅ及びＭｎＡｌＧｅからなる群から選択された少なくとも１つを含む。例えば、第１磁性層１１は、Ｍｎ、Ｇａ、及び、少なくとも１つの元素を含む。この少なくとも１つの元素は、Ａｌ、Ｇｅ、Ｉｒ、Ｃｒ、Ｃｏ、Ｐｔ、Ｒｕ、Ｐｄ、Ｒｈ、Ｎｉ、Ｆｅ、Ｒｅ、Ａｕ、Ｃｕ、Ｂ、Ｃ、Ｐ、Ｇｄ、Ｔｂ及びＤｙからなる群から選択された少なくとも１つを含む。第１磁性層１１は、例えば、ＭｎＧａＡｌ、ＭｎＧａＧｅ、ＭｎＧａＩｒ、ＭｎＧａＣｒ、ＭｎＧａＣｏ、ＭｎＧａＰｔ、ＭｎＧａＲｕ、ＭｎＧａＰｄ、ＭｎＧａＲｈ、ＭｎＧａＮｉ、ＭｎＧａＦｅ、ＭｎＧａＲｅ、ＭｎＧａＡｕ、ＭｎＧａＣｕ、ＭｎＧａＢ、ＭｎＧａＣ、ＭｎＧａＰ、ＭｎＧａＧｄ、ＭｎＧａＴｂ及びＭｎＧａＤｙからなる群から選択された少なくとも１つを含む。
【０１６９】
第１磁性層１１が垂直磁性膜を含む場合、第１磁性層１１は、例えば、合金を含んでも良い。この合金の少なくとも一部の結晶は、例えば、面心立方構造（ＦＣＣ）の（１１１）に配向する。または、この合金の少なくとも一部の結晶は、六方最密充填構造（ＨＣＰ）の（０００１）に配向する。第１磁性層１１に含まれる合金は、例えば、人工格子を形成し得る。例えば、ＦＣＣの（１１１）またはＨＣＰの（０００１）に結晶配向する上記の合金は、例えば、１つの元素と、別の１つの元素と、を含む。この１つの元素は、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉ及びＣｕからなる群から選択された少なくとも１つを含む。この別の１つの元素は、Ｐｔ、Ｐｄ、Ｒｈ及びＡｕからなる群から選択された少なくとも１つを含む。第１磁性層１１に含まれる合金は、例えば、強磁性合金である。この強磁性合金は、例えば、ＣｏＰｄ、ＣｏＰｔ、ＮｉＣｏ及びＮｉＰｔからなる群から選択された少なくとも１つを含む。
【０１７０】
第１磁性層１１に含まれ人工格子を形成し得る上記の合金は、例えば、交互に積層された第１層及び第２層を含む。第１層は、例えば、Ｆｅ、Ｃｏ及びＮｉからなる群から選択された１つの元素を含む合金（強磁性膜）を含む。第２層は、例えば、Ｃｒ、Ｐｔ、Ｐｄ、Ｉｒ、Ｒｈ、Ｒｕ、Ｏｓ、Ｒｅ、Ａｕ及びＣｕからなる群から選択された１つの元素を含む合金（非磁性膜）を含む。第１磁性層１１は、例えば、Ｃｏ／Ｐｔ人工格子、Ｃｏ／Ｐｄ人工格子、ＣｏＣｒ／Ｐｔ人工格子、Ｃｏ／Ｒｕ人工格子、Ｃｏ／Ｉｒ人工格子、Ｃｏ／Ｏｓ人工格子、Ｃｏ／Ａｕ人工格子、及び、Ｎｉ／Ｃｕ人工格子からなる群から選択された少なくとも１つを含む。これらの人工格子において、強磁性膜への元素の添加、及び、強磁性膜と非磁性膜との厚さの比の少なくともいずれかが、調整される。垂直磁気異方性及び飽和磁化の少なくともいずれかが調整できる。
【０１７１】
第１磁性層１１は、合金を含んでも良い。この合金は、１つの元素と、別の１つの元素と、を含む。この１つの元素は、Ｆｅ、Ｃｏ及びＮｉからなる群から選択された少なくとも１つを含む。この１つの元素は、例えば、遷移金属である。この別の１つの元素は、例えば、Ｔｂ、Ｄｙ及びＧｄからなる群から選択された少なくとも１つを含む。この別の１つの元素は、例えば、希土類金属である。第１磁性層１１は、例えば、ＴｂＦｅ、ＴｂＣｏ、ＴｂＦｅＣｏ、ＤｙＦｅＣｏ、ＧｄＦｅＣｏ、ＤｙＴｂＦｅＣｏ及びＧｄＴｂＣｏからなる群から選択された少なくとも１つを含む。第１磁性層１１は、積層体を含んでも良い。この積層体は、複数の層を含む。この複数の層のそれぞれは、上記の合金を含む。積層体において、複数の種類の層が、交互に積層されても良い。第１磁性層１１は、例えば、ＴｂＦｅ／Ｃｏ、ＴｂＣｏ／Ｆｅ、ＴｂＦｅＣｏ／ＣｏＦｅ、ＤｙＦｅ／Ｃｏ、ＤｙＣｏ／Ｆｅ及びＤｙＦｅＣｏ／ＣｏＦｅからなる群から選択された少なくとも１つの積層体を含んでも良い。これらの合金において、例えば、厚さ及び組成の少なくともいずれかが調整される。例えば、垂直磁気異方性及び飽和磁化の少なくともいずれかが調整される。
【０１７２】
第１磁性層１１は、合金を含んでも良い。この合金は、１つの元素と、別の１つの元素と、を含む。この１つの元素は、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉ及びＣｕからなる群から選択された少なくとも１つを含む。この別の１つの元素は、Ｐｔ、Ｐｄ、Ｒｈ及びＡｕからなる群から選択された少なくとも１つを含む。第１磁性層１１は、例えば、強磁性合金を含む。この強磁性合金は、ＦｅＲｈ、ＦｅＰｔ、ＦｅＰｄ、ＣｏＰｔ及びＣｏＰｄからなる群から選択された少なくとも１つを含む。
【０１７３】
第２実施形態における第１非磁性層１１ｎの材料は、第１実施形態における第１非磁性層１１ｎの材料と同様である。
【０１７４】
（第３実施形態）
図１９は、第３実施形態に係る磁気記憶装置を例示する模式的断面である。  
図１９に示すように、本実施形態に係る磁気記憶装置１４１は、金属含有層２０、第１磁性層１１、第２磁性層１２及び第１非磁性層１１ｎに加えて、第３磁性層１３、第４磁性層１４及び第２非磁性層１２ｎを含む。磁気記憶装置１４１は、この他、制御部７０（図１（ａ）参照）を含む。制御部７０は、図１９では省略されている。
【０１７５】
第１磁性層１１、第２磁性層１２及び第１非磁性層１１ｎは、第１積層体ＳＢ１に含まれる。第３磁性層１３、第４磁性層１４及び第２非磁性層１２ｎは、第２積層体ＳＢ２に含まれる。この例では、第１積層体ＳＢ１は、第１導電層Ｅ１をさらに含む。第２積層体ＳＢ２は、第２導電層Ｅ２をさらに含む。
【０１７６】
金属含有層２０は、第１〜第３部分２０ａ〜２０ｃに加えて、第４部分２０ｄ及び第５部分２０ｅをさらに含む。第２方向（Ｘ軸方向）において、第１部分２０ａと第２部分２０ｂとの間に、第３部分２０ｃが位置する。第２方向において、第３部分２０ｃと第２部分２０ｂとの間に、第４部分２０ｄが設けられる。第２方向において、第４部分２０ｄと第２部分２０ｂとの間に、第５部分２０ｅが設けられる。
【０１７７】
第１方向（Ｚ軸方向）において、第１導電層Ｅ１と第３部分２０ｃとの間に第１磁性層１１が設けられる。第１磁性層１１と第３部分２０ｃとの間に第２磁性層１２が設けられる。第１磁性層１１と第２磁性層１２との間に第１非磁性層１１ｎが設けられる。
【０１７８】
第１方向（Ｚ軸方向）において、第２導電層Ｅ２と第５部分２０ｅとの間に第３磁性層１３が設けられる。第３磁性層１３と第５部分２０ｅとの間に第４磁性層１４が設けられる。第３磁性層１３と第４磁性層１４との間に第２非磁性層１２ｎが設けられる。
【０１７９】
第１積層体ＳＢ１及び第２積層体ＳＢ２のそれぞれが、メモリセルＭＣとなる。
【０１８０】
既に説明したように、金属含有層２０は、第１領域２１及び第２領域２２を含む。第２領域２２は、第１領域２１と第２磁性層１２との間に設けられる。第２領域２２は、例えば、第２磁性層１２と物理的に接する。第２領域２２は、第１金属及びホウ素を含む。さらに、金属含有層２０は、別の第１領域２１Ａ及び別の第２領域２２Ａを含む。別の第２領域２２Ａは、別の第１領域２１Ａと第４磁性層１４との間に設けられる。別の第２領域２２Ａは、例えば、第４磁性層１４と物理的に接する。別の第２領域２２Ａは、第１金属及びホウ素を含む。
【０１８１】
磁気記憶装置１４１において、第１絶縁領域５１がさらに設けられる。例えば、第１絶縁領域５１の少なくとも一部は、第２方向（Ｘ軸方向）において、第２領域２２と、別の第２領域２２Ａと、の間に位置する。第１絶縁領域５１は、例えば、第２領域２２及び別の第２領域２２Ａに含まれる元素を含む。第１絶縁領域５１は、例えば、第２領域２２及び別の第２領域２２Ａに含まれる元素を含む酸化物、及び、その元素を含む窒化物の少なくともいずれかを含む。例えば、第２領域２２及び別の第２領域２２Ａとなる材料を含む膜から、絶縁性の材料が形成される。第１絶縁領域５１は、この材料を含む。良好な絶縁性が得られる。安定した特性が得られる。
【０１８２】
例えば、第１絶縁領域５１の少なくとも一部は、第２領域２２及び別の第２領域２２Ａとなる膜の少なくとも一部の反応（例えば、酸化及び窒化の少なくともいずれか）により形成されても良い。第１絶縁領域５１の少なくとも一部は、第２領域２２及び別の第２領域２２Ａとなる膜の未反応部分を含んでも良い。
【０１８３】
図２０は、第３実施形態に係る別の磁気記憶装置を例示する模式的断面である。  
図２０に示すように、本実施形態に係る磁気記憶装置１４２は、第２絶縁領域５２がさらに設けられる。磁気記憶装置１４２におけるこれ以外の構成は、磁気記憶装置１４１の構成と同じである。
【０１８４】
例えば、第２絶縁領域５２の少なくとも一部は、第２方向（Ｘ軸方向）において、第２磁性層１２と、第４磁性層１４と、の間に位置する。第２絶縁領域５２は、例えば、第２磁性層１２及び第４磁性層１４に含まれる元素を含む。第２絶縁領域５２は、例えば、第２磁性層１２及び第４磁性層１４に含まれる元素を含む酸化物、及び、その元素を含む窒化物の少なくともいずれかを含む。例えば、第２磁性層１２及び第４磁性層１４となる材料を含む膜から絶縁性の材料が形成される。第２絶縁領域５２は、この材料を含む。良好な絶縁性が得られる。安定した特性が得られる。
【０１８５】
例えば、第２絶縁領域５２の少なくとも一部は、第２磁性層１２及び第４磁性層１４となる膜の少なくとも一部の反応（例えば、酸化及び窒化の少なくともいずれか）により形成されても良い。第２絶縁領域５２の少なくとも一部は、第２磁性層１２及び第４磁性層１４となる膜の未反応部分を含んでも良い。
【０１８６】
図２１は、第３実施形態に係る別の磁気記憶装置を例示する模式的断面である。  
図２１に示すように、本実施形態に係る磁気記憶装置１４３は、第３絶縁領域５３がさらに設けられる。磁気記憶装置１４３におけるこれ以外の構成は、磁気記憶装置１４２の構成と同じである。
【０１８７】
例えば、第３絶縁領域５３の少なくとも一部は、第２方向（Ｘ軸方向）において、第１非磁性層１１ｎと、第２非磁性層１２ｎと、の間に位置する。第３絶縁領域５３は、例えば、第１非磁性層１１ｎ及び第２非磁性層１２ｎに含まれる元素を含む。第３絶縁領域５３は、例えば、第１非磁性層１１ｎ及び第２非磁性層１２ｎに含まれる元素を含む酸化物、及び、その元素を含む窒化物の少なくともいずれかを含む。例えば、第１非磁性層１１ｎ及び第２非磁性層１２ｎとなる材料を含む膜から絶縁性の材料が形成される。第３絶縁領域５３は、この材料を含む。良好な絶縁性が得られる。安定した特性が得られる。
【０１８８】
例えば、第３絶縁領域５３の少なくとも一部は、第１非磁性層１１ｎ及び第２非磁性層１２ｎとなる膜の少なくとも一部の反応（例えば、酸化及び窒化の少なくともいずれか）により形成されても良い。第３絶縁領域５３の少なくとも一部は、第１非磁性層１１ｎ及び第２非磁性層１２ｎとなる膜の未反応部分を含んでも良い。
【０１８９】
第１〜第３絶縁領域５１〜５３の少なくともいずれかは、第１及び第２実施形態に係る任意の磁気記憶装置に適用できる。
【０１９０】
（第４実施形態）
図２２は、第４実施形態に係る磁気記憶装置を例示する模式的斜視図である。  
図２２に示すように、本実施形態に係る磁気記憶装置２１０においては、複数の積層体（第１積層体ＳＢ１、第２積層体ＳＢ２及び積層体ＳＢｘなど）が設けられる。そして、複数のスイッチ（スイッチＳｗ１、スイッチＳｗ２及びスイッチＳｗｘなど）が設けられる。磁気記憶装置２１０におけるこれ以外の構成は、磁気記憶装置１１０と同様である。
【０１９１】
金属含有層２０は、第１〜第３部分２０ａ〜２０ｃに加えて、第４部分２０ｄ及び第５部分２０ｅをさらに含む。既に説明したように、第２方向（Ｘ軸方向）において、第１部分２０ａと第２部分２０ｂとの間に、第３部分２０ｃが位置する。第２方向において、第３部分２０ｃと第２部分２０ｂとの間に、第４部分２０ｄが設けられる。第２方向において、第４部分２０ｄと第２部分２０ｂとの間に、第５部分２０ｅが設けられる。
【０１９２】
複数の積層体は、金属含有層２０に沿って並ぶ。第１積層体ＳＢ１は、第１方向（Ｚ軸方向）において、第３部分２０ｃと重なる。第２積層体ＳＢ２は、第１方向において、第５部分２０ｅと重なる。第１積層体ＳＢ１から第２積層体ＳＢ２に向かう方向は、第２方向に沿う。
【０１９３】
例えば、第２積層体ＳＢ２は、第３磁性層１３、第４磁性層１４及び第２非磁性層１２ｎを含む。第３磁性層１３は、金属含有層２０の一部（第５部分２０ｅ）と、第１方向（Ｚ軸方向）において離れる。第４磁性層１４は、金属含有層２０のその一部（第５部分２０ｅ）と、第３磁性層１３と、の間に設けられる。第２非磁性層１２ｎは、第３磁性層１３と第４磁性層１４との間に設けられる。
【０１９４】
例えば、第３磁性層１３は、第２方向（例えばＸ軸方向）において、第１磁性層１１から離れる。第４磁性層１４は、第２方向において、第２磁性層１２から離れる。第２非磁性層１２ｎは、第２方向において、第１非磁性層１１ｎから離れる。
【０１９５】
例えば、積層体ＳＢｘは、磁性層１１ｘ、磁性層１２ｘ及び非磁性層１１ｎｘを含む。磁性層１１ｘは、金属含有層２０の別の一部と、第１方向（Ｚ軸方向）において離れる。磁性層１２ｘは、金属含有層２０のその別の一部と、磁性層１１ｘと、の間に設けられる。非磁性層１１ｎｘは、磁性層１１ｘと磁性層１２ｘとの間に設けられる。
【０１９６】
例えば、第３磁性層１３の材料及び構成は、第１磁性層１１の材料及び構成と同じである。例えば、第４磁性層１４の材料及び構成は、第２磁性層１２の材料及び構成と同じである。例えば、第２非磁性層１２ｎの材料及び構成は、第１非磁性層１１ｎの材料及び構成と同じである。
【０１９７】
複数の積層体は、複数のメモリセルＭＣとして機能する。
【０１９８】
金属含有層２０の第２領域２２は、第４磁性層１４と第１領域２１との間にも設けられる。金属含有層２０の第２領域２２は、磁性層１２ｘと第１領域２１との間にも設けられる。
【０１９９】
スイッチＳｗ１は、第１磁性層１１と電気的に接続される。スイッチＳｗ２は、第３磁性層１３と電気的に接続される。スイッチＳｗｘは、磁性層１１ｘと電気的に接続される。これらのスイッチは、制御部７０の制御回路７５と電気的に接続される。これらのスイッチにより、複数の積層体のいずれかが選択される。
【０２００】
磁気記憶装置２１０の例においては、第２領域２２は、第２方向（例えば、Ｘ軸方向）に沿って延びる。複数の積層体の間に対応する領域にも、第２領域２２が設けられる。
【０２０１】
図２３は、第４実施形態に係る別の磁気記憶装置を例示する模式的斜視図である。  
図２３に示すように、本実施形態に係る別の磁気記憶装置２１１においても、複数の積層体及び複数のスイッチが設けられる。磁気記憶装置２１１におけるこれ以外の構成は、磁気記憶装置１１１と同様である。
【０２０２】
磁気記憶装置２１１においては、ホウ素を含む第２領域２２が、複数の積層体のそれぞれと、第１領域２１と、の間において、局所的に設けられる。
【０２０３】
（第５実施形態）  
図２４（ａ）〜図２４（ｃ）は、第５実施形態に係る磁気記憶装置を例示する模式的斜視図である。  
図２４（ａ）に示すように、本実施形態にかかる磁気記憶装置２２０においても、複数の積層体（第１積層体ＳＢ１及び第２積層体ＳＢ２）が設けられる。磁気記憶装置２２０においては、第１積層体ＳＢ１に流れる電流と、第２積層体ＳＢ２に流れる電流とは別でである。
【０２０４】
第１積層体ＳＢ１は、第１方向（Ｚ軸方向）において、第３部分２０ｃと重なる。第２積層体ＳＢ２は、第１方向において、第５部分２０ｅと重なる。金属含有層２０の第４部分２０ｄは、第１積層体ＳＢ１と第２積層体ＳＢ２との間の部分に対応する。
【０２０５】
例えば、第１端子Ｔ１が、金属含有層２０の第１部分２０ａと電気的に接続される。第２端子Ｔ２が、第２部分２０ｂと電気的に接続される。第３端子Ｔ３が、第４部分２０ｄと電気的に接続される。第４端子Ｔ４が、第１磁性層１１と電気的に接続される。第５端子Ｔ５が、第３磁性層１３と電気的に接続される。
【０２０６】
図２４（ａ）に示すように、１つの動作ＯＰ１において、第１電流Ｉｗ１が、第１端子Ｔ１から第３端子Ｔ３に向けて流れ、第３電流Ｉｗ３が第２端子Ｔ２から第３端子Ｔ３に向けて流れる。第１積層体ＳＢ１の位置における電流（第１電流Ｉｗ１）の向きは、第２積層体ＳＢ２の位置における電流（第３電流Ｉｗ３）の向きと逆である。このような動作ＯＰ１において、第１積層体ＳＢ１の第２磁性層１２に作用するスピンホールトルクの向きは、第２積層体ＳＢ２の第４磁性層１４に作用するスピンホールトルクの向きと逆になる。
【０２０７】
図２４（ｂ）に示す別の動作ＯＰ２において、第２電流Ｉｗ２が、第３端子Ｔ３から第１端子Ｔ１に向けて流れ、第４電流Ｉｗ４が第３端子Ｔ３から第２端子Ｔ２に向けて流れる。第１積層体ＳＢ１の位置における電流（第２電流Ｉｗ２）の向きは、第２積層体ＳＢ２の位置における電流（第４電流Ｉｗ４）の向きと逆である。このような動作ＯＰ２において、第１積層体ＳＢ１の第２磁性層１２に作用するスピンホールトルクの向きは、第２積層体ＳＢ２の第４磁性層１４に作用するスピンホールトルクの向きと逆になる。
【０２０８】
図２４（ａ）及び図２４（ｂ）に示すように、第４磁性層１４の第４磁化１４Ｍの向きは、第２磁性層１２の第２磁化１２Ｍの向きと逆である。一方、第３磁性層１３の第３磁化１３Ｍの向きは、第１磁性層１１の第１磁化１１Ｍの向きと同じである。このように、第１積層体ＳＢ１と第２積層体ＳＢ２との間で、反対の向きの磁化情報が記憶される。例えば、動作ＯＰ１の場合の情報（データ）が、”１”に対応する。例えば、動作ＯＰ２の場合の情報（データ）が、”０”に対応する。このような動作により、例えば、後述するように、読み出しが高速化できる。
【０２０９】
動作ＯＰ１及び動作ＯＰ２において、第２磁性層１２の第２磁化１２Ｍと、金属含有層２０を流れる電子（偏極電子）のスピン電流と、が相互作用する。第２磁化１２Ｍの向きと、偏極電子のスピンの向きとは、平行または反平行の関係となる。第２磁性層１２の第２磁化１２Ｍは、歳差運動して、反転する。動作ＯＰ１及び動作ＯＰ２において、第４磁性層１４の第４磁化１４Ｍの向きと、偏極電子のスピンの向きとは、平行または反平行の関係となる。第４磁性層１４の第４磁化１４Ｍは、歳差運動して、反転する。
【０２１０】
図２４（ｃ）は、磁気記憶装置２２０における読み出し動作を例示している。  
読み出し動作ＯＰ３において、第４端子Ｔ４の電位を第４電位Ｖ４とする。そして、第５端子Ｔ５の電位を第５電位Ｖ５とする。第４電位Ｖ４は、例えば、接地電位である。第４電位Ｖ４と第５電位Ｖ５との間の電位差をΔＶとする。複数の積層体のそれぞれにおける２つの電気抵抗を、高抵抗Ｒｈ及び低抵抗Ｒｌとする。高抵抗Ｒｈは、低抵抗Ｒｌよりも高い。例えば、第１磁化１１Ｍと第２磁化１２Ｍとが反平行であるときの抵抗が、高抵抗Ｒｈに対応する。例えば、第１磁化１１Ｍと第２磁化１２Ｍとが平行であるときの抵抗が、低抵抗Ｒｌに対応する。例えば、第３磁化１３Ｍと第４磁化１４Ｍとが反平行であるときの抵抗が、高抵抗Ｒｈに対応する。例えば、第３磁化１３Ｍと第４磁化１４Ｍとが平行であるときの抵抗が、低抵抗Ｒｌに対応する。
【０２１１】
例えば、図２４（ａ）に例示する動作ＯＰ１（”１”状態）において、第３端子Ｔ３の電位Ｖｒ１は、（１）式で表される。  
Ｖｒ１＝｛Ｒｌ／（Ｒｌ＋Ｒｈ）｝×ΔＶ      …（１）
一方、図２４（ｂ）に例示する動作ＯＰ２（”０”状態）の状態において、第３端子Ｔ３の電位Ｖｒ２は、（２）式で表される。  
Ｖｒ２＝｛Ｒｈ／（Ｒｌ＋Ｒｈ）｝×ΔＶ      …（２）
従って、”１”状態と”０”状態との間における、電位変化ΔＶｒは、（３）式で表される。  
ΔＶｒ＝Ｖｒ２−Ｖｒ１＝｛（Ｒｈ−Ｒｌ）／（Ｒｌ＋Ｒｈ）｝×ΔＶ    …（３）
電位変化ΔＶｒは、第３端子Ｔ３の電位を測定することによって得られる。
【０２１２】
定電流を積層体（磁気抵抗素子）に供給して磁気抵抗素子の２つの磁性層の間の電圧（電位差）を測定する場合に比べて、上記の読み出し動作ＯＰ３においては、例えば、読み取り時の消費エネルギーを低減できる。上記の読み出し動作ＯＰ３においては、例えば、高速読み出しを行なうことができる。
【０２１３】
上記の動作ＯＰ１及び動作ＯＰ２において、第４端子Ｔ４及び第５端子Ｔ５を用いて、第２磁性層１２及び第４磁性層１４のそれぞれの垂直磁気異方性を制御することができる。これにより、書込み電流を低減できる。例えば、書込み電流は、第４端子Ｔ４及び第５端子Ｔ５を用いないで書き込みを行う場合の書き込み電流の約１／２にできる。例えば、書込み電荷を低減できる。第４端子Ｔ４及び第５端子Ｔ５に加える電圧の極性と、垂直磁気異方性の増減と、の関係は、磁性層及び金属含有層２０の材料に依存する。
【０２１４】
（第６実施形態）  
図２５は、第６実施形態に係る磁気記憶装置を示す模式図である。  
図２５に示すように、本実施形態に係る磁気記憶装置３１０においては、メモリセルアレイＭＣＡ、複数の第１配線（例えば、ワード線ＷＬ１及びＷＬ２など）、複数の第２配線（例えば、ビット線ＢＬ１、ＢＬ２及びＢＬ３など）、及び、制御部７０が設けられる。複数の第１配線は、１つの方向に延びる。複数の第２配線は、別の１つの方向に延びる。制御部７０は、ワード線選択回路７０ＷＳ、第１ビット線選択回路７０ＢＳａ、第２ビット線選択回路７０ＢＳｂと、第１書込み回路７０Ｗａ、第２書き込み回路７０Ｗｂ、第１読出し回路７０Ｒａ、及び、第２読出し回路７０Ｒｂ、を含む。メモリセルアレイＭＣＡにおいて、複数のメモリセルＭＣが、アレイ状に並ぶ。
【０２１５】
例えば、複数のメモリセルＭＣの１つに対応して、スイッチＳｗ１及びスイッチＳｗＳ１が設けられる。これらのスイッチは、複数のメモリセルの１つに含められると見なす。これらのスイッチは、制御部７０に含まれると見なされても良い。これらのスイッチは、例えば、トランジスタである。複数のメモリセルＭＣの１つは、例えば、積層体（例えば第１積層体ＳＢ１）を含む。
【０２１６】
図２２〜図２４に関して説明したように、１つの金属含有層２０に、複数の積層体（第１積層体ＳＢ１、第２積層体ＳＢ２及び積層体ＳＢｘなど）が設けられても良い。そして、複数の積層体に、複数のスイッチ（スイッチＳｗ１、スイッチＳｗ２及びスイッチＳｗｘなど）がそれぞれ設けられても良い。図２５においては、図を見やすくするために、１つの金属含有層２０に対応して、１つの積層体（積層体ＳＢ１など）と、１つのスイッチ（スイッチＳｗ１など）と、が描かれている。
【０２１７】
図２５に示すように、第１積層体ＳＢ１の一端は、金属含有層２０に接続される。第１積層体ＳＢ１の他端は、スイッチＳｗ１のソース及びドレインの一方に接続される。スイッチＳｗ１のソース及びドレインの他方は、ビット線ＢＬ１に接続される。スイッチＳｗ１のゲートは、ワード線ＷＬ１に接続される。金属含有層２０の一端（例えば第１部分２０ａ）は、スイッチＳｗＳ１のソース及びドレインの一方に接続される。金属含有層２０の他端（例えば第２部分２０ｂ）は、ビット線ＢＬ３に接続される。スイッチＳｗＳ１のソース及びドレインの他方は、ビット線ＢＬ２に接続される。スイッチＳｗＳ１のゲートは、ワード線ＷＬ２に接続される。
【０２１８】
複数のメモリセルＭＣの他の１つにおいて、積層体ＳＢｎ、スイッチＳｗｎ及びスイッチＳｗＳｎが設けられる。
【０２１９】
メモリセルＭＣへの情報の書込み動作の例について説明する。  
書込みを行なう１つのメモリセルＭＣ（選択メモリセル）のスイッチＳｗＳ１がオン状態とされる。例えば、オン状態においては、この１つのスイッチＳｗＳ１のゲートが接続されたワード線ＷＬ２が、ハイレベルの電位に設定される。電位の設定は、ワード線選択回路７０ＷＳにより行われる。上記の１つのメモリセルＭＣ（選択メモリセル）を含む列の他のメモリセルＭＣ（非選択メモリセル）におけるスイッチＳｗＳ１もオン状態となる。１つの例では、メモリセルＭＣ（選択メモリセル）内のスイッチＳｗ１のゲートに接続されるワード線ＷＬ１、及び、他の列に対応するワード線ＷＬ１及びＷＬ２は、ロウレベルの電位に設定される。
【０２２０】
図２５では、１つの金属含有層２０に対応して１つの積層体及び１つのスイッチＳｗ１が描かれているが、既に説明したように、１つの金属含有層２０に対応して複数の積層体（積層体ＳＢ１、第２積層体ＳＢ２及び積層体ＳＢｘなど）及び複数のスイッチ（スイッチＳｗ１、スイッチＳｗ２及びスイッチＳｗｘなど）が設けられる。この場合、例えば、複数の積層体のそれぞれに接続されているスイッチは、オン状態とされる。複数の積層体のいずれかには選択電圧が印加される。一方、他の積層体には非選択電圧が印加される。複数の積層体の上記のいずれかに書き込みが行われ、他の積層体には書き込みが行われない。複数の積層体における選択的な書き込みが行われる。
【０２２１】
書込みを行なうメモリセルＭＣ（選択セル）に接続されたビット線ＢＬ２及びＢＬ３が、選択される。選択は、第１ビット線選択回路７０ＢＳａ及び第２ビット線選択回路７０ＢＳｂにより行われる。この選択されたビット線ＢＬ２及びＢＬ３に、書込み電流が供給される。書き込み電流の供給は、第１書込み回路７０Ｗａ及び第２書き込み回路７０Ｗｂによって行われる。書き込み電流は、第１ビット線選択回路７０ＢＳａ及び第２ビット線選択回路７０ＢＳｂの一方から、第１ビット線選択回路７０ＢＳａ及び第２ビット線選択回路７０ＢＳｂの他方に向けて流れる。書込み電流によって、ＭＴＪ素子（第１積層体ＳＢ１など）の記憶層（第２磁性層１２など）の磁化方向が変化可能になる。第１ビット線選択回路７０ＢＳａ及び第２ビット線選択回路７０ＢＳｂの他方から、第１ビット線選択回路７０ＢＳａ及び第２ビット線選択回路７０ＢＳｂの一方に向けて書込み電流が流れると、ＭＴＪ素子の記憶層の磁化方向が、上記とは反対方向に変化可能となる。このようにして、書込みが行われる。
【０２２２】
以下、メモリセルＭＣからの情報の読出し動作の例について説明する。  
読出しを行なうメモリセルＭＣ（選択セル）に接続されたワード線ＷＬ１がハイレベルの電位に設定される。上記のメモリセルＭＣ（選択セル）内のスイッチＳｗ１がオン状態にされる。このとき、上記のメモリセルＭＣ（選択セル）を含む列の他のメモリセルＭＣ（非選択セル）におけるスイッチＳｗ１もオン状態となる。上記のメモリセルＭＣ（選択セル）内のスイッチＳｗＳ１のゲートに接続されるワード線ＷＬ２、及び、他の列に対応するワード線ＷＬ１及びＷＬ２は、ロウレベルの電位に設定される。
【０２２３】
読出しを行なうメモリセルＭＣ（選択セル）に接続されたビット線ＢＬ１及びＢＬ３が、選択される。選択は、第１ビット線選択回路７０ＢＳａ及び第２ビット線選択回路７０ＢＳｂにより行われる。この選択されたビット線ＢＬ１及びビット線ＢＬ３に、読出し電流が供給される。読み出し電流の供給は、第１読出し回路７０Ｒａ及び第２読み出し回路７０Ｒｂにより行われる。読み出し電流は、第１ビット線選択回路７０ＢＳａ及び第２ビット線選択回路７０ＢＳｂの一方から、第１ビット線選択回路７０ＢＳａ及び第２ビット線選択回路７０ＢＳｂの他方に向けて流れる。例えば、上記の選択されたビット線ＢＬ１及びＢＬ３の間の電圧が、第１読出し回路７０Ｒａ及び第２読み出し回路７０Ｒｂによって、検出される。例えば、ＭＴＪ素子の、記憶層（第２磁性層１２）の磁化と、参照層（第１磁性層１１）の磁化と、の間の差が検出される。差は、磁化の向きが互いに平行状態（同じ向き）か、または、互いに反平行状態（逆向き）か、を含む。このようにして、読出し動作が行われる。
【０２２４】
実施形態によれば、書き込み電流を低減できる磁気記憶装置が提供できる。
【０２２５】
本願明細書において、「第１材料／第２材料」の記載は、第２材料の上に第１材料が位置することを意味する。例えば、第２材料の層の上に第１材料の層が形成される。
【０２２６】
本願明細書において、「垂直」及び「平行」は、厳密な垂直及び厳密な平行だけではなく、例えば製造工程におけるばらつきなどを含むものであり、実質的に垂直及び実質的に平行であれば良い。
【０２２７】
以上、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、これらの例に限定されるものではない。例えば、磁気記憶装置に含まれる磁性層、非磁性層、金属含有層及び制御部などの各要素の具体的な構成に関しては、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。
【０２２８】
各例のいずれか２つ以上の要素を技術的に可能な範囲で組み合わせたものも、本発明の要旨を包含する限り本発明の範囲に含まれる。
【０２２９】
本発明の実施の形態として上述した磁気記憶装置を基にして、当業者が適宜設計変更して実施し得る全ての磁気記憶装置も、本発明の要旨を包含する限り、本発明の範囲に属する。
【０２３０】
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。
【０２３１】
本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。
【符号の説明】
【０２３２】
１１…第１磁性層、  １１Ｍ…第１磁化、  １１ｎ…第１非磁性層、  １１ｎｆ…第１非磁性膜、  １１ｎｘ…非磁性層、  １１ｘ…磁性層、  １２…第２磁性層、  １２Ｍ…第２磁化、  １２ｆ…第２磁性膜、  １２ｎ…第２非磁性層、  １２ｘ…磁性層、  １３…第３磁性層、  １３Ｍ…第３磁化、  １４…第４磁性層、  １４Ｍ…第４磁化、  ２０…金属含有層、  ２０ａ〜２０ｅ…第１〜第５部分、  ２０ｆ…金属含有膜、  ２１〜２５…第１〜第５領域、  ２１Ａ…別の第１領域、  ２２Ａ…別の第２領域、  ２５Ｌ…下層、  ２５ａ…基板、  ２５ｂ…Ｔａ膜、  ２５ｃ…ＣｏＦｅＢ膜、  ２５ｄ…ＭｇＯ膜、  ２５ｅ…Ｃｒ膜、  ４２ｆ…Ｔａ膜、  ５１〜５３…第１〜第３絶縁領域、  ７０…制御部、  ７０ＢＳａ…第１ビット線選択回路、  ７０ＢＳｂ…第２ビット線選択回路、  ７０Ｒａ…第１読み出し回路、  ７０Ｒｂ…第２読み出し回路、  ７０ＷＳ…ワード線選択回路、  ７０Ｗａ…第１書き込み回路、  ７０Ｗｂ…第２書き込み回路、  ７０ａ、７０ｂ、７０ｃ…配線、  ７５…制御回路、  １１０、１１０ａ、１１０ｂ、１１１、１２０、１２１、１３０、１３１、１４１〜１４３、２１０、２１１、２２０…磁気記憶装置、  ＢＬ１、ＢＬ２、ＢＬ３…ビット線、  ＤＬ…厚さ、  Ｄｘ…方向、  Ｅ１、Ｅ２…第１、第２導電層、  Ｅａ…印加電界、  Ｅｓ…界面磁気異方性エネルギー、  Ｈｋ＿ｅｆｆ…垂直異方性磁界、  Ｉｗ１〜Ｉｗ４…第１〜第４電流、  Ｋｕ＿ｉｎｔ…垂直磁気異方性エネルギー、  Ｌｍ…格子ミスマッチ、  Ｌｘ…長さ、  Ｌｘ１２…第２格子長、  Ｌｘｏ１２、Ｌｘｏ２０…格子長、  Ｌｙ…長さ、  Ｌｚ１２…第１格子長、  Ｌｚｏ１２、Ｌｚｏ２０…格子長、  ＭＣ…メモリセル、  ＭＣＡ…メモリセルアレイ、  Ｍｓ…飽和磁化、  ＯＰ１、ＯＰ２…動作、  ＯＰ３…読み出し動作、  ＳＢ１…第１積層体、  ＳＢ２…第２積層体、  ＳＢｎ、ＳＢｘ…積層体、  ＳＰ０、ＳＰｎ…試料、  ＳＰ１〜ＳＰ１４…第１〜第１４試料、  Ｓｗ１、Ｓｗ２…スイッチ、  ＳｗＳ１、ＳｗＳｎ…スイッチ、  Ｓｗｎ…スイッチ、  Ｔ１〜Ｔ５…第１〜第５端子、  Ｔｍ…温度、  Ｖ０…基準電位、  Ｖ１、Ｖ２…第１、第２電圧、  Ｖａ…印加電圧、  ＷＬ１、ＷＬ２…ワード線、  ｔ０…厚さ、  ｔ１、ｔ２…第１、第２厚さ、  ｔｃ…臨界厚、  ｔｍ２…厚さ
【図１】
2019004071.tif 000003
【図２】
2019004071.tif 000004
【図３】
2019004071.tif 000005
【図４】
2019004071.tif 000006
【図５】
2019004071.tif 000007
【図６】
2019004071.tif 000008
【図７】
2019004071.tif 000009
【図８】
2019004071.tif 000010
【図９】
2019004071.tif 000011
【図１０】
2019004071.tif 000012
【図１１】
2019004071.tif 000013
【図１２】
2019004071.tif 000014
【図１３】
2019004071.tif 000015
【図１４】
2019004071.tif 000016
【図１５】
2019004071.tif 000017
【図１６】
2019004071.tif 000018
【図１７】
2019004071.tif 000019
【図１８】
2019004071.tif 000020
【図１９】
2019004071.tif 000021
【図２０】
2019004071.tif 000022
【図２１】
2019004071.tif 000023
【図２２】
2019004071.tif 000024
【図２３】
2019004071.tif 000025
【図２４】
2019004071.tif 000026
【図２５】
2019004071.tif 000027
【手続補正書】
【提出日】平成30年4月24日(2018.4.24)
【手続補正１】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図７
【補正方法】変更
【補正の内容】
【図７】
2019004071.tif 000028
【手続補正書】
【提出日】平成30年8月1日(2018.8.1)
【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】請求項６
【補正方法】変更
【補正の内容】
【請求項６】
前記金属含有層は、第３領域及び第４領域をさらに含み、
前記第２領域は、前記第２方向において前記第３領域及び前記第４領域の間にあり、
前記第３領域におけるホウ素の濃度及び前記第４領域におけるホウ素の濃度のそれぞれは、前記第１濃度よりも高い、請求項３または４に記載の磁気記憶装置。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００８７
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００８７】
図７（ｂ）から分かるように、厚さｔｍ２が厚くなると、垂直磁気異方性エネルギーＫｕ＿ｉｎｔが減少する。これは、厚さｔｍ２が厚くなると、格子歪が徐々に緩和されることによると考えられる。図７（ａ）から分かるように、垂直磁化膜から面内磁化膜へ変化する厚さｔｍ２は、約１．５ｎｍである。
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０１５４
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０１５４】
第１磁性層１１は、第２磁性層１２の保磁力よりも大きい保磁力、第２磁性層１２の磁気異方性エネルギーよりも大きい磁気異方性エネルギー、及び、第２磁性層１２のダンピング定数よりも大きいダンピング定数の少なくともいずれかを有する。これにより、磁気記憶装置における電気抵抗の変化が安定して得られる。第１磁性層１１は、第１層及び第２層を含む積層膜を含んでも良い。第１層は、例えば、Ｉｒ、Ｐｔ、Ｆｅ及びＲｈからなる群から選択された少なくとも１つの元素と、Ｍｎと、を含む。第２層は、Ｃｏ、Ｆｅ及びＮｉからなる群から選択された少なくとも１つの元素を含む。第１磁性層１１は、例えば、ＩｒＭｎ／ＣｏＦｅ、ＰｔＭｎ／ＣｏＦｅ、ＦｅＭｎ／ＣｏＦｅ、及び、ＲｈＭｎ／ＣｏＦｅからなる群から選択された少なくとも１つを含む。例えば、安定した磁化方向が得られる。第１磁性層１１は、第１層、第２層、第３層及び第４層を含んでも良い。第４層は、第３層と第２層との間に設けられる。第３層は、例えば、第１非磁性層１１ｎと接し、例えば高いスピン分極率を有する。第１磁性層１１は例えば、ＩｒＭｎ／ＣｏＦｅ／Ｒｕ／ＣｏＦｅＢ、ＰｔＭｎ／ＣｏＦｅ／Ｒｕ／ＣｏＦｅＢ、ＦｅＭｎ／ＣｏＦｅ／Ｒｕ／ＣｏＦｅＢ、及び、ＲｈＭｎ／ＣｏＦｅ／Ｒｕ／ＣｏＦｅＢからなる群から選択された少なくとも１つを含む。これにより、例えば、安定した磁化方向が得られる。例えば、磁気記憶装置における電気抵抗の変化が安定して得られる。