(57)【要約】【課題】特定の方向に容易に磁化を配向できる着磁構造体及びこれを備えた磁壁移動型磁気記録素子及び磁気メモリを提供することを目的とする。【解決手段】本実施形態にかかる着磁構造体は、第１方向に延びる第１強磁性層と、前記第１強磁性層軸中心とした周方向のいずれかの位置に前記第１強磁性層と離間して配置され、少なくとも一部が前記第１強磁性層の第１端部より前記第１方向の外側に位置する第１磁束誘導層と、を備え、前記第１強磁性層の第１磁化容易軸と、前記第１磁束誘導層の第２磁化容易軸とが異なり、前記第１強磁性層の前記第１端部側の第１部分の磁化と、前記第１磁束誘導層の磁化とが、誘導軸を中心とした周方向に配向している。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１方向に延びる第１強磁性層と、
前記第１強磁性層を軸中心とした周方向のいずれかの位置に前記第１強磁性層と離間して配置され、少なくとも一部が前記第１強磁性層の第１端部より前記第１方向の外側に位置する第１磁束誘導層と、を備え、
前記第１強磁性層の第１磁化容易軸と、前記第１磁束誘導層の第２磁化容易軸との向きが異なり、
前記第１強磁性層の前記第１端部側の第１部分の磁化と、前記第１磁束誘導層の磁化とが、誘導軸を中心とした周方向に配向している、着磁構造体。
【請求項２】
前記第１磁束誘導層は、前記第１強磁性層と異なる高さ位置にあり、平面視で前記第１強磁性層と一部で重なる、請求項１に記載の着磁構造体。
【請求項３】
前記第１磁束誘導層は、前記第１強磁性層と同じ高さ位置にあり、側面視で前記第１強磁性層と一部で重なる、請求項１に記載の着磁構造体。
【請求項４】
前記第１強磁性層と前記第１磁束誘導層との間に、前記第１磁化容易軸と同じ方向に磁化容易軸を有する第１磁区誘導層をさらに備える、請求項１〜３のいずれか一項に記載の着磁構造体。
【請求項５】
前記第１磁束誘導層を軸中心として前記第１強磁性層と同じ方向で、前記誘導軸を前記第１強磁性層と挟む位置に、前記第１磁束誘導層から離間して配置された第２強磁性層をさらに有し、
前記第２強磁性層は、前記第１磁化容易軸と同じ方向に磁化容易軸を有し、
前記第１部分の磁化の配向方向と、前記第２強磁性層の前記第１磁束誘導層側の第２部分の磁化の配向方向と、が反対である、請求項１〜４のいずれか一項に記載の着磁構造体。
【請求項６】
前記第２強磁性層と前記第１磁束誘導層との間に、前記第１磁化容易軸と同じ方向に磁化容易軸を有する第２磁区誘導層をさらに備える、請求項５に記載の着磁構造体。
【請求項７】
前記第１磁束誘導層の前記第１強磁性層と反対側の位置に、前記第１磁束誘導層の磁化の向きを安定化させる磁化結合層をさらに備える、請求項１〜６のいずれか一項に記載の着磁構造体。
【請求項８】
前記第１強磁性層の一部を前記第１磁束誘導層と挟む第２磁束誘導層をさらに備え、
前記第２磁束誘導層は、前記第２磁化容易軸と同じ方向に磁化容易軸を有し、磁化の配向方向が前記第１磁束誘導層の磁化の配向方向と反対である、請求項１〜７のいずれか一項に記載の着磁構造体。
【請求項９】
前記第１部分の磁化方向と前記第１磁束誘導層の磁化方向とが周方向となる誘導軸領域内に、金属配線をさらに備える、請求項１〜８のいずれか一項に記載の着磁構造体。
【請求項１０】
請求項１〜９のいずれか一項にかかる着磁構造体を備え、
磁気記録層として用いられる前記第１強磁性層と、
前記第１強磁性層の一面に位置する非磁性層と、
前記第１強磁性層と前記非磁性層を挟む第３強磁性層と、を備える、磁壁移動型磁気記録素子。
【請求項１１】
前記第１強磁性層の両端が前記着磁構造体の構造となっている、請求項１０に記載の磁壁移動型磁気記録素子。
【請求項１２】
請求項１０または請求項１１にかかる磁壁移動型磁気記録素子を複数備える、磁気メモリ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、着磁構造体、磁壁移動型磁気記録素子及び磁気メモリに関する。
【背景技術】
【０００２】
微細化に限界が見えてきたフラッシュメモリ等に代わる次世代の不揮発性メモリとして、抵抗変化型素子を利用してデータを記憶する抵抗変化型の磁気記録装置に注目が集まっている。磁気記録装置の一例としては、ＭＲＡＭ（Ｍａｇｎｅｔｏｒｅｓｉｓｔｉｖｅ  Ｒａｎｄｏｍ  Ａｃｃｅｓｓ  Ｍｅｍｏｒｙ）、ＲｅＲＡＭ（Ｒｅｓｉｓｔａｎｃｅ  Ｒａｎｄｏｍｅ  Ａｃｃｅｓｓ  Ｍｅｍｏｒｙ）、ＰＣＲＡＭ（Ｐｈａｓｅ  Ｃｈａｎｇｅ  Ｒａｎｄｏｍ  Ａｃｃｅｓｓ  Ｍｅｍｏｒｙ）等がある。
【０００３】
メモリの高密度化（大容量化）の方法としては、メモリを構成する素子自体を小さくする方法のほかに、メモリを構成する素子一つあたりの記録ビットを多値化する方法がある。
【０００４】
特許文献１には、磁気記録層内における磁壁を移動させることで、多値のデータを記録することができる磁壁移動型磁気記録素子が記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特許第５２０６４１４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
磁壁移動型磁気記録素子には、磁化方向が反平行な２つの磁区が必要である。特許文献１ではこの２つの磁区を形成するために、磁気記録層の両端に磁化方向が反平行な２つの磁化固定領域を形成している。この磁化固定領域との静磁結合により２つの磁区が形成される。しかしながら、磁化固定領域の磁化方向を反平行にするためには、２つの磁化固定領域の層構成等を変える必要があり、製造プロセスが複雑化する。
【０００７】
本発明は上記問題に鑑みてなされたものであり、特定の方向に容易に磁化を配向できる着磁構造体及びこれを備えた磁壁移動型磁気記録素子及び磁気メモリ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】
【０００８】
（１）第１の態様にかかる着磁構造体は、第１方向に延びる第１強磁性層と、前記第１強磁性層を軸中心とした周方向のいずれかの位置に前記第１強磁性層と離間して配置され、少なくとも一部が前記第１強磁性層の第１端部より前記第１方向の外側に位置する第１磁束誘導層と、を備え、前記第１強磁性層の第１磁化容易軸と、前記第１磁束誘導層の第２磁化容易軸とが異なり、前記第１強磁性層の前記第１端部側の第１部分の磁化と、前記第１磁束誘導層の磁化とが、誘導軸を中心とした周方向に配向している。
【０００９】
（２）上記態様にかかる着磁構造体において、前記第１磁束誘導層は、前記第１強磁性層と異なる高さ位置にあり、平面視で前記第１強磁性層と一部で重なってもよい。
【００１０】
（３）上記態様にかかる着磁構造体において、前記第１磁束誘導層は、前記第１強磁性層と同じ高さ位置にあり、側面視で前記第１強磁性層と一部で重なってもよい。
【００１１】
（４）上記態様にかかる着磁構造体において、前記第１強磁性層と前記第１磁束誘導層との間に、前記第１磁化容易軸と同じ方向の磁化容易軸を有する第１磁区誘導層をさらに備えてもよい。
【００１２】
（５）上記態様にかかる着磁構造体において、前記第１磁束誘導層を軸中心として前記第１強磁性層と同じ方向で、前記誘導軸を前記第１強磁性層と挟む位置に、前記第１磁束誘導層から離間して配置された前記第２強磁性層は、前記第１磁化容易軸と同じ方向の磁化容易軸を有し、前記第１部分の磁化の配向方向と、前記第２強磁性層の前記第１磁束誘導層側の第２部分の磁化の配向方向と、が反対であってもよい。
【００１３】
（６）上記態様にかかる着磁構造体において、前記第２強磁性層と前記第１磁束誘導層との間に、前記第１磁化容易軸と同じ方向の磁化容易軸を有する第２磁区誘導層をさらに備えてもよい。
【００１４】
（７）上記態様にかかる着磁構造体において、前記第１磁束誘導層の前記第１強磁性層と反対側の位置に、前記第１磁束誘導層の磁化の向きを安定化させる磁化結合層をさらに備えてもよい。
【００１５】
（８）上記態様にかかる着磁構造体において、前記第１強磁性層を前記第１磁束誘導層と挟む第２磁束誘導層をさらに備え、前記第２磁束誘導層は、前記第２磁化容易軸と同じ方向の磁化容易軸を有し、磁化の配向方向が前記第１磁束誘導層の磁化の配向方向と反対であってもよい。
【００１６】
（９）上記態様にかかる着磁構造体において、前記第１部分の磁化方向と前記第１磁束誘導層の磁化方向とが周方向となる誘導軸領域内に、金属配線をさらに備えてもよい。
【００１７】
（１０）第２の態様にかかる磁壁移動型磁気記録素子は、上記態様にかかる着磁構造体を備え、磁気記録層として用いられる前記第１強磁性層と、前記第１強磁性層の一面に位置する非磁性層と、前記第１強磁性層と前記非磁性層を挟む第３強磁性層と、を備える。
【００１８】
（１１）上記態様にかかる磁壁移動型磁気記録素子において、前記第１強磁性層の両端が前記着磁構造体の構造となっていってもよい。
【００１９】
（１２）上記態様にかかる磁気メモリは、上記態様にかかる磁壁移動型磁気記録素子を複数備える。
【発明の効果】
【００２０】
上記態様にかかる着磁構造体によれば、第１強磁性体の第１部分の磁化を特定の方向に容易に配向できる。
またこの着磁構造体を用いることで、磁壁移動型磁気記録素子及び磁気メモリを容易に作製できる。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】第１実施形態にかかる磁壁移動型磁気記録素子を模式的に示した断面図である。
【図２】第１実施形態にかかる磁壁移動型磁気記録素子の着磁構造体の部分を拡大した斜視模式図である。
【図３】磁気記録層及び第１磁束誘導層の磁化の配向方向を決定する（着磁する）方法を模式的に示した図である。
【図４】第２実施形態にかかる磁壁移動型磁気記録素子の着磁構造体近傍を拡大した模式図である。
【図５】図４に示す着磁構造体の両側に磁壁移動型磁気記録素子が形成された例を模式的に示した斜視図である。
【図６】第３実施形態にかかる磁壁移動型磁気記録素子の着磁構造体近傍を拡大した模式図である。
【図７】第４実施形態にかかる磁壁移動型磁気記録素子の着磁構造体近傍を拡大した模式図である。
【図８】第５実施形態にかかる磁壁移動型磁気記録素子の着磁構造体近傍を拡大した模式図である。
【図９】第６実施形態にかかる磁壁移動型磁気記録素子の着磁構造体近傍を拡大した模式図である。
【図１０】磁気記録層が面内磁化膜（磁化がｙ方向に配向する）場合における着磁構造体の斜視模式図である。
【図１１】第８実施形態にかかる磁壁移動型磁気記録素子の着磁構造体近傍を拡大した模式図である。
【図１２】第９実施形態にかかる磁壁移動型磁気記録素子の断面模式図である。
【図１３】第１０実施形態にかかる磁気記録アレイの平面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
以下、本実施形態について、図を適宜参照しながら詳細に説明する。以下の説明で用いる図面は、本発明の特徴をわかりやすくするために便宜上特徴となる部分を拡大して示している場合があり、各構成要素の寸法比率などは実際とは異なっていることがある。以下の説明において例示される材料、寸法等は一例であって、本発明はそれらに限定されるものではなく、本発明の効果を奏する範囲で適宜変更して実施することが可能である。
【００２３】
（磁壁移動型磁気記録素子）
「第１実施形態」
図１は、第１実施形態にかかる磁壁移動型磁気記録素子１００を模式的に示した断面図である。磁壁移動型磁気記録素子１００は、磁気記録層（第１強磁性層）１と、第１磁束誘導層２と、非磁性層３０と、磁化固定層（第３強磁性層）４０と、を備える。磁気記録層（第１強磁性層）１と第１磁束誘導層２、２’とは、着磁構造体２０、２０’の構造となっている。磁気記録層（第１強磁性層）１と第１磁束誘導層２、２’との間には絶縁層３が設けられている。図１では、磁気記録層（第１強磁性層）１の両端を着磁構造体２０、２０’の構造としたが、いずれか一方だけでも良い。図１に示す磁壁移動型磁気記録素子１００は、平面視で磁化固定層４０を挟む位置に、第１電極５１と第２電極５２とを備える。
【００２４】
以下、磁気記録層１が延在する第１の方向をｘ方向、磁気記録層１が延びる面内でｘ方向と直交する方向をｙ方向、ｘ方向及びｙ方向と直交する方向をｚ方向とする。図１に示す磁壁移動型磁気記録素子１００の積層方向は、ｚ方向と一致している。
【００２５】
磁壁移動型磁気記録素子１００は、磁気記録層１の磁壁１Ｗの位置によって、データを多値で記録する。磁壁１Ｗは、互いに反対方向の磁化を有する第１の磁区１Ａと第２の磁区１Ｂとの境界である。磁気記録層１に記録されたデータは、磁化固定層４０及び磁気記録層１の積層方向の抵抗値変化として読み出される。磁壁１Ｗが移動すると、磁気記録層１における第１の磁区１Ａと第２の磁区１Ｂとの比率が変化する。
【００２６】
図１に示す磁壁移動型磁気記録素子１００は、第１の磁区１Ａが＋ｚ方向に配向した磁化Ｍ１Ａを有し、第２の磁区１Ｂが−ｚ方向に配向した磁化Ｍ１Ｂを有する。磁化固定層４０の磁化Ｍ４０は、第１の磁区１Ａの磁化Ｍ１Ａと同方向（平行）であり、第２の磁区１Ｂの磁化Ｍ１Ｂと反対方向（反平行）である。磁壁１Ｗがｘ方向に移動し、ｚ方向から見て磁化固定層４０と重畳する部分における第１の磁区１Ａの面積が広くなると、磁壁移動型磁気記録素子１００の抵抗値は低くなる。反対に、磁壁１Ｗが−ｘ方向に移動し、ｚ方向から見て磁化固定層４０と重畳する部分における第２の磁区１Ｂの面積が広くなると、磁壁移動型磁気記録素子１００の抵抗値は高くなる。磁壁移動型磁気記録素子１００の抵抗値は、磁化固定層４０に電気的に接続された上部電極と、第１電極５１又は第２電極５２との間で測定される。
【００２７】
磁壁１Ｗは、磁気記録層１の長さ方向に電流を流す、又は、外部磁場を印加することによって移動する。例えば、第１電極５１から第２電極５２に電流パルスを印加すると、第１の磁区１Ａは第２の磁区１Ｂの方向へ広がり、磁壁１Ｗが第２の磁区１Ｂの方向へ移動する。つまり、第１電極５１及び第２電極５２に流す電流の方向、強度を設定することで、磁壁１Ｗの位置が制御され、磁壁移動型磁気記録素子１００にデータが書き込まれる。
【００２８】
＜磁気記録層（第１強磁性層）＞
磁気記録層１は、磁壁１Ｗの位置によりデータを記録する。磁壁１Ｗを維持するためには、第１の磁区１Ａと第２の磁区１Ｂとが必要である。つまり、磁気記録層１の第１端部側の第１部分１ａは第１の磁区１Ａで固定され、第２端部側の第２部分１ｂは第２の磁区１Ｂで固定されていることが好ましい。
【００２９】
図１に示す第１部分１ａの磁化は、着磁構造体２０により第１の磁区１Ａに固定され、第２部分１ｂの磁化は、着磁構造体２０’により第２の磁区１Ｂに固定されている。
【００３０】
図２は、磁壁移動型磁気記録素子１００の着磁構造体２０の部分を拡大した斜視模式図である。着磁構造体２０は、磁気記録層１と第１磁束誘導層２とを備える。磁気記録層１の第１部分１ａの磁化Ｍ１ａの向きは、第１磁束誘導層２により誘導され、所定の方向に配向している。
【００３１】
第１磁束誘導層２は、ｘ方向を軸中心とした周方向のいずれかの位置に磁気記録層１と離間して配置されている。図２では、磁気記録層１と第１磁束誘導層２とは異なる高さ位置に設けられている。磁気記録層１と第１磁束誘導層２との間は、図１に示すように絶縁層３が設けられていてもよいし、空間的に離間していてもよい。
【００３２】
第１磁束誘導層２の第１端部２ａは、第１磁束誘導層２が磁気記録層１に対して配置された配置方向（磁気記録層１の延在方向を軸中心として第１磁束誘導層２が配置された方向）から見て磁気記録層１とｘ方向に重なっている。図２では、第１磁束誘導層２が磁気記録層１の−ｚ方向に配置されているため、−ｚ方向（平面視）から見て、第１端部２ａは磁気記録層１の第１部分１ａとｘ方向に重なっている。
【００３３】
磁気記録層１の第１磁化容易軸と、第１磁束誘導層２の第２磁化容易軸との向きは異なっている。図２において、磁気記録層１の第１磁化容易軸はｚ方向であり、第１磁束誘導層２の第２磁化容易軸はｘ方向である。
【００３４】
磁気記録層１の第１部分１ａにおける磁化Ｍ１ａは、第１磁化容易軸の影響を受けて＋ｚ方向または−ｚ方向に向く。第１磁束誘導層２の磁化Ｍ２は、第２磁化容易軸の影響を受けて＋ｘ方向または−ｘ方向に向く。第１磁束誘導層２の磁化Ｍ２の向きが固定される（例えば＋ｘ方向）と、第１磁束誘導層２が生み出す磁束線の影響を受けて、磁気記録層１の第１部分１ａの磁化Ｍ１ａの向きが決定する（図２では＋ｚ方向）。つまり、磁化Ｍ２と磁化Ｍ１ａとは、誘導軸Ｃを中心とした周方向に配向する。
【００３５】
図３は、磁気記録層１及び第１磁束誘導層２の磁化の配向方向を決定する（着磁する）方法を模式的に示した図である。図３に示すように、外部磁場Ｈを着磁構造体２０に印加する。磁気記録層１の第１部分１ａの磁化Ｍ１ａ及び第１磁束誘導層２の磁化Ｍ２は、外部磁場Ｈにより＋ｘ方向に配向する。この状態から外部磁場Ｈの印加を止める。第１磁束誘導層２の磁化Ｍ２は、磁化容易軸方向に配向しているため、＋ｘ方向に配向したままで維持される。これに対し、第１部分１ａの磁化Ｍ１ａは、磁化困難軸方向に配向しているため、磁化容易軸方向に配向する。この際、第１部分１ａの磁化Ｍ１ａは、第１磁束誘導層２の影響を受けて＋ｚ方向に配向する。
【００３６】
上述のように、本実施形態にかかる着磁構造体２０を用いると、外部磁場Ｈを一方向にかけるだけで、容易に磁気記録層１の第１部分１ａの磁化Ｍ１ａの向きを決定することができる。
【００３７】
磁気記録層１は、磁性体を含む。磁気記録層１を構成する磁性体は、例えば、Ｃｒ、Ｍｎ、Ｃｏ、Ｆｅ及びＮｉからなる群から選択される金属、これらの金属を１種以上含む合金、これらの金属とＢ、Ｃ、及びＮの少なくとも１種以上の元素とが含まれる合金等を用いることができる。具体的には、Ｃｏ−Ｆｅ、Ｃｏ−Ｆｅ−Ｂ、Ｎｉ−Ｆｅ、ＣｏＨｏ２、ＳｍＦｅ１２等が挙げられる。また磁気記録層１にはホイスラー合金を用いてもよい。
【００３８】
磁気記録層１は、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｐｔ、Ｐｄ、Ｇｄ、Ｔｂ、Ｍｎ、Ｇｅ、Ｇａからなる群から選択される少なくとも一つの元素を有することが好ましい。例えば、ＣｏとＮｉの積層膜、ＣｏとＰｔの積層膜、ＣｏとＰｄの積層膜、ＭｎＧａ系材料、ＧｄＣｏ系材料、ＴｂＣｏ系材料が挙げられる。ＭｎＧａ系材料、ＧｄＣｏ系材料、ＴｂＣｏ系材料等のフェリ磁性体は飽和磁化が小さく、磁壁を移動するために必要な閾値電流を下げることができる。またＣｏとＮｉの積層膜、ＣｏとＰｔの積層膜、ＣｏとＰｄの積層膜は、保磁力が大きく、磁壁１Ｗの移動速度を抑えることができる。
【００３９】
第１磁束誘導層２は、磁性体を含む。第１磁束誘導層２には、磁気記録層１と同様の磁性体を用いることができる。ただし、第１磁束誘導層２の第２磁化容易軸と磁気記録層１の第１磁化容易軸とが異なるように、磁気記録層１の構成に応じて第１磁束誘導層２の材料、膜厚等が選択される。
【００４０】
＜非磁性層＞
非磁性層３０には、公知の材料を用いることができる。
例えば、非磁性層３０が絶縁体からなる場合（トンネルバリア層である場合）、その材料としては、Ａｌ２Ｏ３、ＳｉＯ２、ＭｇＯ、及び、ＭｇＡｌ２Ｏ４等を用いることができる。また、これらの他にも、Ａｌ、Ｓｉ、Ｍｇの一部が、Ｚｎ、Ｂｅ等に置換された材料等も用いることができる。これらの中でも、ＭｇＯやＭｇＡｌ２Ｏ４はコヒーレントトンネルが実現できる材料であるため、スピンを効率よく注入できる。非磁性層３０が金属からなる場合、その材料としては、Ｃｕ、Ａｕ、Ａｇ等を用いることができる。さらに、非磁性層３０が半導体からなる場合、その材料としては、Ｓｉ、Ｇｅ、ＣｕＩｎＳｅ２、ＣｕＧａＳｅ２、Ｃｕ（Ｉｎ，Ｇａ）Ｓｅ２等を用いることができる。
【００４１】
＜磁化固定層（第３強磁性層）＞
磁化固定層４０は、強磁性体を含む。磁化固定層４０を構成する強磁性材料としては、磁気記録層１と同様のものを用いることができる。例えば、Ｃｒ、Ｍｎ、Ｃｏ、Ｆｅ及びＮｉからなる群から選択される金属、これらの金属を１種以上含む合金、これらの金属とＢ、Ｃ、及びＮの少なくとも１種以上の元素とが含まれる合金等を用いることができる。具体的には、Ｃｏ−Ｆｅ、Ｃｏ−Ｆｅ−Ｂ、Ｎｉ−Ｆｅ、ＣｏＨｏ２、ＳｍＦｅ１２等が挙げられる。
【００４２】
上述のように、本実施形態にかかる磁壁移動型磁気記録素子１００は、着磁構造体２０、２０’により第１部分１ａ及び第２部分１ｂの磁化の向きが固定されている。そのため、第１の磁区１Ａ及び第２の磁区１Ｂを安定化でき、磁壁１Ｗの消滅が避けられる。
【００４３】
また着磁構造体２０においては、第１磁束誘導層２により第１部分１ａの磁化はｚ方向に配向し、着磁構造体２０’においては、第１磁束誘導層２’により第２部分１ｂの磁化は−ｚ方向に配向する。製造過程において一方向（ｘ方向）に外部磁場Ｈを印加するだけで、異なる２つの磁区（第１の磁区１Ａ、第２の磁区１Ｂ）を一度に形成できる。
【００４４】
「第２実施形態」
第２実施形態にかかる磁壁移動型磁気記録素子は、着磁構造体の構造が第１実施形態にかかる磁壁移動型磁気記録素子１００と異なる。図４は、第２実施形態にかかる磁壁移動型磁気記録素子の着磁構造体近傍を拡大した模式図である。着磁構造体２１以外の構造は、第１実施形態にかかる磁壁移動型磁気記録素子１００と同じであり、説明を省略する。
【００４５】
図４に示す着磁構造体２１は、磁気記録層１と、第１磁束誘導層２と、第２強磁性層４とを備える。図４に示す着磁構造体２１は、第２強磁性層４を備える点で、図２に示す着磁構造体２０と異なる。第２強磁性層４を構成する材料としては、磁気記録層１と同様の材料を用いることができる。
【００４６】
第２強磁性層４は、第１磁束誘導層２を軸中心として磁気記録層１と同じ方向に第１磁束誘導層２から離間して配置されている。磁気記録層１と第２強磁性層４とは、第１磁束誘導層２の延在方向を軸中心として磁気記録層１が配置された配置方向から見て、誘導軸Ｃを挟む位置にある。図４では、第２強磁性層４は、磁気記録層１と同様に第１磁束誘導層２からｚ方向の位置に配置され、ｚ方向から見て磁気記録層１と誘導軸Ｃを挟む位置にある。磁気記録層１と第２強磁性層４とは、図４に示すように、第１磁束誘導層２を軸中心として同距離、つまり図示中で同じ高さ位置に位置する方が、製造しやすい。また、図４では、磁気記録層１、第２強磁性層４及び誘導軸Ｃが同じ高さ位置であるが、これらの一部またはすべての構成の高さ位置が異なっていてもよい。
【００４７】
第２強磁性層４は、第２強磁性層４が第１磁束誘導層２に対して配置された配置方向（第１磁束誘導層２の延在方向を軸中心として第２強磁性層４が配置された方向）から見て第１磁束誘導層の第２端部２ｂとｘ方向に重なる部分を有する。図４では、第２強磁性層４は、第１磁束誘導層２に対してｚ方向の位置に配置されているため、ｚ方向から見て（平面視）、第２端部２ｂは第２強磁性層４の第２部分４ｂとｘ方向に重なっている。
【００４８】
第２強磁性層４の磁化容易軸は、磁気記録層１の第１磁化容易軸と同じ方向である。図４では、磁気記録層１の磁化容易軸も第２強磁性層４の磁化容易軸もｚ方向である。
【００４９】
第２強磁性層４の第２部分４ｂにおける磁化Ｍ４ｂは、第１磁化容易軸の影響を受けて＋ｚ方向または−ｚ方向に向きやすい。第１磁束誘導層２の磁化Ｍ２の向きが固定される（例えば＋ｘ方向）と、第１磁束誘導層２が生み出す磁束線の影響を受けて、第２強磁性層４の第２部分４ｂの磁化Ｍ４ｂの向きが決定する（図４では−ｚ方向）。その結果、第２強磁性層の第２部分４ｂの磁化Ｍ４ｂは、磁気記録層１の第１部分１ａの磁化Ｍ１ａと反対方向に配向する。つまり、磁化Ｍ２と磁化Ｍ１ａと磁化Ｍ４ｂとは、誘導軸Ｃを中心とした周方向に配向する。
【００５０】
第２強磁性層４は、誘導軸Ｃを中心とした磁束の還流が安定化する。つまり、磁気記録層１の第１部分１ａの磁化Ｍ１ａをより安定化させることができる。
【００５１】
また第２強磁性層４は、別の磁壁移動型磁気記録素子の磁気記録層として機能することもできる。図５は、図４に示す着磁構造体２１の両側に磁壁移動型磁気記録素子が形成された例を模式的に示した斜視図である。図５に示すように、第２強磁性層４を別の磁壁移動型磁気記録素子の磁気記録層として用いることで、複数の磁壁移動型磁気記録素子の集積性を高めることができる。
【００５２】
第２強磁性層４の第１部分４ａの磁化Ｍ４ａは、誘導軸Ｃ１を中心とした周方向に配向する。第２強磁性層４の第２部分４ｂの磁化Ｍ４ｂ及び磁気記録層１の第１部分１ａの磁化Ｍ１ａは、誘導軸Ｃを中心とした周方向に配向する。磁気記録層１の第２部分１ｂの磁化Ｍ１ｂは、誘導軸Ｃ２を中心とした周方向に配向する。そのため、ｘ方向に外部磁場を印加したのち、その外部磁場の印加を止めることで、各部分の磁場を一度に所定の方向に配向させることができる。
【００５３】
「第３実施形態」
第３実施形態にかかる磁壁移動型磁気記録素子は、着磁構造体の構造が第１実施形態にかかる磁壁移動型磁気記録素子１００と異なる。図６は、第３実施形態にかかる磁壁移動型磁気記録素子の着磁構造体近傍を拡大した模式図である。着磁構造体２２以外の構造は、第１実施形態にかかる磁壁移動型磁気記録素子１００と同じであり、説明を省略する。
【００５４】
図６に示す着磁構造体２２は、磁気記録層１と、第１磁束誘導層２と、第２強磁性層４と、第１磁区誘導層５と、第２磁区誘導層６とを備える。第１磁区誘導層５は、磁気記録層１と第１磁束誘導層２との間に位置し、第２磁区誘導層６は、第２強磁性層４と第１磁束誘導層２との間に位置する。第１磁区誘導層５及び第２磁区誘導層６を構成する材料としては、磁気記録層１と同様の材料を用いることができる。
【００５５】
第１磁区誘導層５及び第２磁区誘導層６は、磁気記録層１の第１磁化容易軸と同じ方向に磁化容易軸を有する。図６においては、第１磁区誘導層５及び第２磁区誘導層６はｚ方向に磁化容易軸を有する。
【００５６】
第１磁区誘導層５の磁化Ｍ５と第２磁区誘導層６の磁化Ｍ６とは、磁化Ｍ２と磁化Ｍ１ａと磁化Ｍ４ｂと同様に、誘導軸Ｃを中心とした周方向に配向する。第１磁区誘導層５及び第２磁区誘導層６により誘導軸Ｃを中心とした磁束の還流が安定化する。つまり、磁気記録層１の第１部分１ａの磁化Ｍ１ａをより安定化させることができる。
【００５７】
また第１磁区誘導層５及び第２磁区誘導層６は、磁化の向きが固定される磁気記録層１の第１部分１ａ及び第２強磁性層４の第２部分４ｂの範囲を決定する。第１磁束誘導層２から生じた磁束は、第１磁区誘導層５及び第２磁区誘導層６により曲げられ、還流するためである。言い換えると、第１磁区誘導層５及び第２磁区誘導層６は、磁束の還流による閉曲線の径を決定し、第１部分１ａ及び第２部分４ｂの範囲を決定する。第１磁区誘導層５及び第２磁区誘導層６を備える磁壁移動型磁気記録素子において、第１磁区誘導層５と第１部分１ａとは磁気記録層１の配置方向から見て重なり、第２磁区誘導層６と第２部分４ｂとは第２強磁性層４の配置方向から見て重なる。
【００５８】
図６は、第１磁区誘導層５及び第２磁区誘導層６のいずれも有する例を示したが、いずれか一方のみでもよい。また第２強磁性層４を有さない構成でもよい。
【００５９】
「第４実施形態」
第４実施形態にかかる磁壁移動型磁気記録素子は、着磁構造体の構造が第１実施形態にかかる磁壁移動型磁気記録素子１００と異なる。図７は、第４実施形態にかかる磁壁移動型磁気記録素子の着磁構造体近傍を拡大した模式図である。着磁構造体２３以外の構造は、第１実施形態にかかる磁壁移動型磁気記録素子１００と同じであり、説明を省略する。
【００６０】
図７に示す着磁構造体２３は、磁気記録層１と、第１磁束誘導層２と、第２強磁性層４と、第１磁区誘導層５と、第２磁区誘導層６と、磁気結合層７とを備える。磁気結合層７を構成する材料としては、磁気記録層１と同様の材料を用いることができる。
【００６１】
磁気結合層７は、第１磁束誘導層２の磁気記録層１と反対側の位置に位置する。図７においては、磁気記録層１が第１磁束誘導層２のｚ方向の位置に位置するため、磁気結合層７は第１磁束誘導層２の−ｚ方向の位置に位置する。
【００６２】
磁気結合層７は、第１磁束誘導層２と磁気結合している。磁気結合が交換結合の場合は、磁気結合層７の磁化の向きは、第１磁束誘導層２の磁化Ｍ２の向きと同じであり、磁気結合が反交換結合の場合は、磁気結合層７の磁化の向きは、第１磁束誘導層２の磁化Ｍ２の向きと反対となる。第１磁束誘導層２の磁化Ｍ２は、磁気結合層７の磁化との磁気結合により安定化する。
【００６３】
第１磁束誘導層２の磁化Ｍ２が安定化すると、誘導軸Ｃを中心とした磁束の還流が安定化する。つまり、磁気記録層１の第１部分１ａの磁化Ｍ１ａをより安定化させることができる。
【００６４】
図７では、第２強磁性層４、第１磁区誘導層５及び第２磁区誘導層６をすべて備える例を例示したが、磁気結合層７は単独で用いてもよいし、これらのいずれかと組み合わせて用いてもよい。
【００６５】
「第５実施形態」
第５実施形態にかかる磁壁移動型磁気記録素子は、着磁構造体の構造が第１実施形態にかかる磁壁移動型磁気記録素子１００と異なる。図８は、第５実施形態にかかる磁壁移動型磁気記録素子の着磁構造体近傍を拡大した模式図である。着磁構造体２４以外の構造は、第１実施形態にかかる磁壁移動型磁気記録素子１００と同じであり、説明を省略する。
【００６６】
図８に示す着磁構造体２４は、磁気記録層１と、第１磁束誘導層２と、第２強磁性層４と、第１磁区誘導層５と、第２磁区誘導層６と、磁気結合層７と、第２磁束誘導層８とを備える。第２磁束誘導層８を構成する材料としては、磁気記録層１と同様の材料を用いることができる。
【００６７】
第２磁束誘導層８は、磁気記録層１の一部を第１磁束誘導層２と挟む位置に位置する。図８においては、第１磁束誘導層２が磁気記録層１の−ｚ方向の位置に位置するため、第２磁束誘導層８は磁気記録層１のｚ方向の位置に位置する。
【００６８】
第２磁束誘導層８は、第１磁束誘導層２の第２磁化容易軸と同じ方向に磁化容易軸を有する。図８においては、第２磁束誘導層８はｘ方向に磁化容易軸を有する。
【００６９】
第２磁束誘導層８の磁化Ｍ８とは、磁化Ｍ２と磁化Ｍ５と磁化Ｍ１ａと磁化Ｍ４ｂと磁化Ｍ６と同様に、誘導軸Ｃを中心とした周方向に配向する。そのため、第２磁束誘導層８の磁化Ｍ８は、−ｘ方向に配向する。第２磁束誘導層８は、誘導軸Ｃを中心とした磁束の還流が安定化する。つまり、磁気記録層１の第１部分１ａの磁化Ｍ１ａをより安定化させることができる。
【００７０】
図８では、第２強磁性層４、第１磁区誘導層５、第２磁区誘導層６及び磁気結合層７をすべて備える例を例示したが、第２磁束誘導層８は単独で用いてもよいし、これらのいずれかと組み合わせて用いてもよい。
【００７１】
「第６実施形態」
第６実施形態にかかる磁壁移動型磁気記録素子は、着磁構造体の構造が第１実施形態にかかる磁壁移動型磁気記録素子１００と異なる。図９は、第６実施形態にかかる磁壁移動型磁気記録素子の着磁構造体近傍を拡大した模式図である。着磁構造体２５以外の構造は、第１実施形態にかかる磁壁移動型磁気記録素子１００と同じであり、説明を省略する。
【００７２】
図９に示す着磁構造体２５は、磁気記録層１と、第１磁束誘導層２と、第２強磁性層４と、第１磁区誘導層５と、第２磁区誘導層６と、磁気結合層７と、第２磁束誘導層８と、金属配線９とを備える。金属配線９を構成する材料としては、導電性を有するものであればよく、例えば、アルミニウム、銅等を用いることができる。
【００７３】
金属配線９は、磁気記録層１の第１部分１ａの磁化Ｍ１ａの配向方向と第１磁束誘導層２の磁化Ｍ２の配向方向とが周方向となる誘導軸領域（図示、点線で囲まれる領域）内に存在する。金属配線９は複数本あってもよい。
【００７４】
金属配線９に電流を流すと、金属配線９を軸中心とした磁場が生じる。金属配線９による磁場は、誘導軸Ｃを中心とした磁束の還流を安定化させる。つまり、磁気記録層１の第１部分１ａの磁化Ｍ１ａをより安定化できる。また、金属配線９に電流を流しつつ着磁することで、誘導軸Ｃを中心とした磁束の還流を作り出すことが容易になり、着磁のマージンを広くとれる。ここで着磁のマージンとは、外部磁場の角度のずれ、着磁磁場の強度などを意味する。複数の素子が面内に広く分布している場合、全ての素子に対して一様に、着磁磁場を水平、かつ、充分な強度で印加することが難しくなる。金属配線９により磁束の還流をアシストすることで、着磁のマージンを広げることができる。また金属配線９に十分な電流を流すことで、磁化状態の初期化も可能となる。
【００７５】
図９では、第２強磁性層４、第１磁区誘導層５、第２磁区誘導層６、磁気結合層７及び第２磁束誘導層８をすべて備える例を例示したが、金属配線９は単独で用いてもよいし、これらのいずれかと組み合わせて用いてもよい。
【００７６】
「第７実施形態」
図１〜図９に示す磁壁移動型磁気記録素子では、磁気記録層１が垂直磁化膜（磁化がｚ方向に配向する）の場合を例示して説明した。しかしながら、磁気記録層１は垂直磁化膜に限定されるものではない。
【００７７】
図１０は、磁気記録層が面内磁化膜（磁化がｙ方向に配向する）場合における着磁構造体２６の斜視模式図である。
【００７８】
第１磁束誘導層１２の第１端部１２ａは、第１磁束誘導層１２が磁気記録層１１に対して配置された配置方向（磁気記録層１１の延在方向を軸中心として第１磁束誘導層１２が配置された方向）から見て磁気記録層１１とｘ方向に重なっている。図１０では、第１磁束誘導層２が磁気記録層１の−ｙ方向に配置されているため、−ｙ方向（側面視）から見て、第１端部１２ａは磁気記録層１１の第１部分１１ａとｘ方向に重なっている。
【００７９】
磁気記録層１１の第１磁化容易軸と、第１磁束誘導層１２の第２磁化容易軸との向きは異なっている。図１０において、磁気記録層１１の第１磁化容易軸はｙ方向であり、第１磁束誘導層１２の第２磁化容易軸はｘ方向である。
【００８０】
磁気記録層１１の第１部分１１ａにおける磁化Ｍ１１ａは、第１磁化容易軸の影響を受けて＋ｙ方向または−ｙ方向に向く。第１磁束誘導層１２の磁化Ｍ１２は、第２磁化容易軸の影響を受けて＋ｘ方向または−ｘ方向に向く。第１磁束誘導層１２の磁化Ｍ１２の向きが固定される（例えば＋ｘ方向）と、第１磁束誘導層１２が生み出す磁束線の影響を受けて、磁気記録層１１の第１部分１１ａの磁化Ｍ１１ａの向きが決定する（図１０では−ｙ方向）。つまり、磁化Ｍ１２と磁化Ｍ１１ａとは、誘導軸Ｃを中心とした周方向に配向する。
【００８１】
磁気記録層１１及び第１磁束誘導層１２の磁化の配向方向の決定（着磁）は、外部磁場Ｈにより行う。外部磁場Ｈをｘ方向に印加すると磁気記録層１１の第１部分１１ａの磁化Ｍ１１ａ及び第１磁束誘導層１２の磁化Ｍ１２は、＋ｘ方向に配向する。この状態から外部磁場Ｈの印加を止める。第１磁束誘導層１２の磁化Ｍ１２は、磁化容易軸方向に配向しているため、＋ｘ方向に配向したままで維持される。これに対し、第１部分１１ａの磁化Ｍ１１ａは、磁化困難軸方向に配向しているため、磁化容易軸方向に配向しようとする。この際、第１部分１１ａの磁化Ｍ１１ａは、第１磁束誘導層１２の影響を受けて−ｙ方向に配向する。
【００８２】
上述のように、磁気記録層１１が垂直磁化膜ではない場合でも、磁気記録層１１の第１部分１１ａの磁化Ｍ１１ａの配向方向を容易に決定し、安定化させることができる。
【００８３】
なお、第７実施形態にかかる着磁構造体２６においても、第１実施形態から第６実施形態にかかる第２強磁性層４、第１磁区誘導層５、第２磁区誘導層６、磁気結合層７、第２磁束誘導層８及び金属配線９を組み合わせて用いてもよい。
【００８４】
「第８実施形態」
図１〜図９に示す磁壁移動型磁気記録素子では、磁気記録層１と第１磁束誘導層２とがｚ方向から見て一部で重なっている場合を例示して説明した。しかしながら、磁束誘導層は、少なくとも一部が磁気記録層の第１端部より第１方向の外側に位置すればよい。
【００８５】
図１１は、磁気記録層の延在方向を軸中心として第１磁束誘導層が配置された方向から見て磁気記録層と磁束誘導層とが重なっていない場合における着磁構造体２７の斜視模式図である。図１１に示す着磁構造体２７は、第１磁束誘導層２と磁気記録層１とがｚ方向からみて重なっていない。そのため、第１磁束誘導層２は、磁気記録層１を基準とした場合に、磁気記録層１の第１端部１ａａより外側に位置する。
【００８６】
第１磁束誘導層２の磁化Ｍ２と磁気記録層１の第１部分１ａの磁化Ｍ１ａとは、誘導軸Ｃを中心に還流する。すなわち、磁気記録層１の第１部分１ａの磁化Ｍ１ａの配向方向は容易に決定され、安定化する。
【００８７】
なお、第８実施形態にかかる着磁構造体２７においても、第１実施形態から第６実施形態にかかる第２強磁性層４、第１磁区誘導層５、第２磁区誘導層６、磁気結合層７、第２磁束誘導層８及び金属配線９を組み合わせて用いてもよい。
【００８８】
「第９実施形態」
図１２は、第９実施形態にかかる磁壁移動型磁気記録素子の断面模式図である。図１２に示す磁壁移動型磁気記録素子１０１は、磁気記録層１と非磁性層３０との間に、磁気記録層１の磁化状態を反映する反映層６０を備える点が、図１に示す磁壁移動型磁気記録素子１００と異なる。第１実施形態にかかる磁壁移動型磁気記録素子と同様の構成については同様の符号を付し、説明を省く。
【００８９】
反映層６０は、磁性体を含む。反映層６０を構成する磁性体は、磁化固定層４０と同様のものを用いることができる。
【００９０】
反映層６０は、磁気記録層１と直接または挿入層を介して隣接している。反映層６０の磁化は、磁気記録層１の磁化と磁気結合している。そのため、反映層６０は、磁気記録層１の磁気状態を反映する。反映層６０と磁気記録層１とが強磁性カップリングする場合は反映層６０の磁気状態は磁気記録層１の磁気状態と同一になり、反映層６０と磁気記録層１とが反強磁性カップリングする場合は反映層６０の磁気状態は磁気記録層１の磁気状態と反対になる。
【００９１】
磁気記録層１と非磁性層３０との間に反映層６０を挿入すると、磁壁移動型磁気記録素子１０１内における反映層６０と磁気記録層１との機能を分けることができる。磁壁移動型磁気記録素子１０１のＭＲ比は、非磁性層３０を挟む２つの磁性体（磁化固定層４０と反映層６０）の磁化状態の変化により生じる。そのため、反映層６０にＭＲ比の向上する機能を主として担わせ、磁気記録層１に磁壁１Ｗを移動させる機能を主として担わせることができる。
【００９２】
反映層６０と磁気記録層１の機能を分けると、それぞれを構成する磁性体の自由度が高まる。反映層６０に磁化固定層４０とのコヒーレントトンネル効果を得られる材料を選択することができ、磁気記録層１に磁壁１Ｗの移動速度が遅くなる材料を選択することができる。
【００９３】
上述のように、第９実施形態にかかる磁壁移動型磁気記録素子１０１においても、第１実施形態から第８実施形態にかかる磁壁移動型磁気記録素子と同様の効果を得ることができる。また反映層６０を挿入することで、これらの層に用いる材料選択の自由度を高めることができる。また材料選択の自由度が高まることで、磁壁移動型磁気記録素子１０１のＭＲ比をより高めることができる。
【００９４】
「第１０実施形態」
図１３は、第１０実施形態にかかる磁気記録アレイ２００の平面図である。図１３に示す磁気記録アレイ２００は、磁壁移動型磁気記録素子１００が３×３のマトリックス配置をしている。磁壁移動型磁気記録素子の構成は、第１実施形態の構成に限られない。図１３は、磁気記録アレイの一例であり、磁壁移動型磁気記録素子１００の種類、数及び配置は任意である。着磁構造体は、それぞれの磁壁移動型磁気記録素子１００に設けてもよいし、例えば図５に示すように、２つの磁壁移動型磁気記録素子で共用してもよい。
【００９５】
磁壁移動型磁気記録素子１００には、それぞれ１本のワードラインＷＬ１〜ＷＬ３と、それぞれ１本のビットラインＢＬ１〜ＢＬ３、それぞれ１本のリードラインＲＬ１〜ＲＬ３が接続されている。
【００９６】
電流を印加するワードラインＷＬ１〜ＷＬ３及びビットラインＢＬ１〜ＢＬ３を選択することで、任意の磁壁移動型磁気記録素子１００の磁気記録層１にパルス電流を流し、書き込み動作を行う。また電流を印加するリードラインＲＬ１〜ＲＬ３及びビットラインＢＬ１〜ＢＬ３を選択することで、任意の磁壁移動型磁気記録素子１００の積層方向に電流を流し、読み込み動作を行う。電流を印加するワードラインＷＬ１〜ＷＬ３、ビットラインＢＬ１〜ＢＬ３、及びリードラインＲＬ１〜ＲＬ３はトランジスタ等により選択できる。それぞれの磁壁移動型磁気記録素子１００が多値で情報を記録することで、磁気記録アレイの高容量化を実現できる。
【００９７】
以上、本発明の好ましい実施の形態について詳述したが、本発明は特定の実施の形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲内に記載された本発明の要旨の範囲内において、種々の変形・変更が可能である。
【符号の説明】
【００９８】
１、１１  磁気記録層（第１強磁性層）
１Ａ  第１の磁区
１Ｂ  第２の磁区
１ａ、１１ａ、４ａ  第１部分
１ｂ、４ｂ  第２部分
２ａ、１２ａ  第１端部
２ｂ  第２端部
１Ｗ  磁壁
２、２’、１２  第１磁束誘導層
３  絶縁層
４  第２強磁性層
５  第１磁区誘導層
６  第２磁区誘導層
７  磁気結合層
８  第２磁束誘導層
９  金属配線
２０、２０’、２１、２２、２３、２４、２５、２６  着磁構造体
３０  非磁性層
４０  磁化固定層（第３強磁性層）
５１  第１電極
５２  第２電極
６０  反映層
１００、１０１  磁壁移動型磁気記録素子
２００  磁気記録アレイ
Ｍ１ａ、Ｍ１ｂ、Ｍ１Ａ、Ｍ１Ｂ、Ｍ２、Ｍ２’、Ｍ５、Ｍ６、Ｍ８、Ｍ１１ａ、Ｍ１２、Ｍ4０  磁化
Ｃ、Ｃ１、Ｃ２  誘導軸
【図１】
2019153606.tif 000003
【図２】
2019153606.tif 000004
【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
2019153606.tif 000013
【図１２】
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【図１３】
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