(57)【要約】【課題】磁区壁移動を利用したデータ保存装置及びその動作方法を提供する。【解決手段】互いに逆方向に磁化された二つの磁区を備える書き込み用の第１磁性層と、第１磁性層の少なくとも一側に形成されたデータ保存用の第２磁性層と、を備えることを特徴とするデータ保存装置を提供する。かかるデータ保存装置は、第１磁性層の両端及び第１磁性層に隣接しない第２磁性層の一端に連結されたデータ記録素子と、第２磁性層の一端から所定距離離れて形成された読み取りヘッドと、読み取りヘッド及びデータ記録素子と連結された電流検出器と、をさらに備える。【選択図】図１
2008117512.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
互いに逆方向に磁化された二つの磁区を備える書き込み用の第１磁性層と、
前記第１磁性層の少なくとも一側に形成されたデータ保存用の第２磁性層と、を備えることを特徴とするデータ保存装置。
【請求項２】
前記第１磁性層の両端、及び前記第１磁性層に隣接しない前記第２磁性層の一端に連結されたデータ記録素子と、
前記第２磁性層の一端から所定距離離れて形成された読み取りヘッドと、
前記読み取りヘッド及び前記データ記録素子と連結された電流検出器と、をさらに備えることを特徴とする請求項１に記載のデータ保存装置。
【請求項３】
前記読み取りヘッドは、前記第２磁性層の下面に順に形成された絶縁層、電極層、強磁性自由層、分離層及び強磁性固定層を備えることを特徴とする請求項２に記載のデータ保存装置。
【請求項４】
前記電極層及び前記強磁性固定層は、前記電流検出器と連結されたことを特徴とする請求項３に記載のデータ保存装置。
【請求項５】
前記読み取りヘッドは、前記第２磁性層の下面に順に形成された強磁性自由層、分離層及び強磁性固定層を備えることを特徴とする請求項２に記載のデータ保存装置。
【請求項６】
前記強磁性固定層及び前記第２磁性層の一端は、前記電流検出器と連結されたことを特徴とする請求項５に記載のデータ保存装置。
【請求項７】
前記第２磁性層の一端と前記電流検出器との間、及び前記第２磁性層の一端と前記データ記録素子との間のそれぞれに、スイッチング素子が備わったことを特徴とする請求項６に記載のデータ保存装置。
【請求項８】
前記データ記録素子は、電流調節素子であることを特徴とする請求項２に記載のデータ保存装置。
【請求項９】
前記データ記録素子は、電圧調節素子であることを特徴とする請求項２に記載のデータ保存装置。
【請求項１０】
前記第２磁性層は複数であり、等間隔に形成されたことを特徴とする請求項１に記載のデータ保存装置。
【請求項１１】
前記第１磁性層は複数であり、積層構造で形成され、前記第１磁性層それぞれに複数の前記第２磁性層が備わることを特徴とする請求項１に記載のデータ保存装置。
【請求項１２】
前記第１及び第２磁性層は、同じ材質であることを特徴とする請求項１に記載のデータ保存装置。
【請求項１３】
前記第１磁性層の一端及び他端のうち少なくとも１つは、前記第１磁性層の中央から遠ざかるほど大きい幅を持つように形成されたことを特徴とする請求項１に記載のデータ保存装置。
【請求項１４】
前記第１磁性層の一端及び他端のうち少なくとも１つは、前記第１磁性層の一端及び他端を除外した残りの領域より大きい幅を持つように形成されたことを特徴とする請求項１に記載のデータ保存装置。
【請求項１５】
前記第１磁性層の一端及び他端は、相異なる大きさに形成されたことを特徴とする請求項１３に記載のデータ保存装置。
【請求項１６】
前記第１磁性層の一端及び他端は、相異なる大きさに形成されたことを特徴とする請求項１４に記載のデータ保存装置。
【請求項１７】
前記第１磁性層の一端上に反強磁性層がさらに備わったことを特徴とする請求項１に記載のデータ保存装置。
【請求項１８】
前記第１磁性層の一端及び他端上に、相異なるネール温度を持つ第１及び第２反強磁性層がさらに備わったことを特徴とする請求項１に記載のデータ保存装置。
【請求項１９】
前記第１磁性層の一端上に非磁性層、強磁性固定層及び第１反強磁性層が順にさらに備わり、前記第１磁性層の他端上に第２反強磁性層がさらに備わったことを特徴とする請求項１に記載のデータ保存装置。
【請求項２０】
互いに逆方向に磁化された二つの磁区を備える書き込み用の第１磁性層と、前記第１磁性層の一側に形成されたデータ保存用の第２磁性層とが設けられた状態で、
前記磁区のうちいずれか一つを前記第２磁性層に隣接した前記第１磁性層部分まで拡張させる第１ステップと、
前記第２磁性層に隣接した前記第１磁性層部分の磁区を前記第２磁性層に１ビット分移動させる第２ステップと、を含むことを特徴とするデータ保存装置の動作方法。
【請求項２１】
前記第１ステップは、前記第１磁性層の両端間に電流を流すことによって行い、前記第２ステップは、前記第２磁性層から前記第１磁性層に電流を流すことによって行うことを特徴とする請求項２０に記載のデータ保存装置の動作方法。
【請求項２２】
互いに逆方向に磁化された二つの磁区を備える書き込み用の第１磁性層と、前記第１磁性層の一側に形成されたデータ保存用の第２磁性層と、前記第１磁性層の両端及び前記第１磁性層に隣接しない前記第２磁性層の一端に連結されたデータ記録素子と、前記第２磁性層の一端から所定距離に形成された読み取りヘッドと、前記読み取りヘッド及び前記データ記録素子と連結された電流検出器と、が設けられた状態で、
前記読み取りヘッド及び前記電流検出器を使用して、前記第２磁性層の一端に記録されたデータを再生する第１ステップと、
前記データ記録素子を使用して、前記第１ステップで再生したデータを前記第２磁性層の他端に記録する第２ステップと、を含むことを特徴とするデータ保存装置の動作方法。
【請求項２３】
前記第２ステップは、
前記磁区のうちいずれか一つを前記第２磁性層に隣接した前記第１磁性層部分まで拡張させるステップと、
前記第２磁性層に隣接した前記第１磁性層部分の磁区を前記第２磁性層に１ビット分移動させるステップと、を含むことを特徴とする請求項２２に記載のデータ保存装置の動作方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、データ保存装置に係り、より詳細には、磁性材料の磁区壁移動を利用したデータ保存装置及びその動作方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
強磁性体を構成する磁気的な微小領域を磁気区域（ｍａｇｎｅｔｉｃ  ｄｏｍａｉｎ；以下、磁区という）という。このような磁区内では電子のスピン、すなわち、磁気モーメントの方向が同一である。磁区の大きさ及び磁化方向は、磁性材料の物性、形態、大きさ及び外部のエネルギーにより適切に制御されうる。
【０００３】
磁区壁は、相異なる磁化方向を持つ磁区の境界領域であり、磁性材料に印加される磁場または電流により移動する。すなわち、所定の幅及び厚さを持つ磁性層内に特定方向を持つ複数の磁区を作ることができ、適切な強度を持つ磁場または電流を利用して、前記磁区及び磁区壁を移動させることができる。
【０００４】
前記磁区壁移動原理は、データ保存装置に適用されうる。データ保存装置に磁区壁移動原理を適用すれば、磁区壁移動により磁区を読み取り／書き込みヘッドに通過させることによって、データの読み取り／書き込みが可能である。したがって、磁区壁移動原理が適用されたデータ保存装置は、一般的なＲＡＭ（Ｒａｎｄｏｍ  Ａｃｃｅｓｓ  Ｍｅｍｏｒｙ）と異なり、データを読み取ろうと（または書き込もうと）するセルの指定のためのワードラインを要求せず、またＨＤＤ（Ｈａｒｄ  Ｄｉｓｋ  Ｄｒｉｖｅ）とは異なって、記録媒体の回転を要求することもない。このような磁区壁移動原理が適用されたデータ保存装置は、比較的単純な構造及び小さなビットサイズを持ってテラバイト（Ｔｅｒａ  ｂｙｔｅｓ）級の高い記録密度を具現できると期待されている。
【０００５】
しかし、磁区壁移動を利用したデータ保存装置はまだ開発初期段階にあり、その実用化のためにはいくつかの問題点を解決しなければならない。特に、磁区壁移動を利用したデータ保存装置の実用化のためには、データを記録する方法の改善が要求されている。以下では、従来の磁区壁移動を利用したデータ保存装置での書き込み方法（以下、従来の書き込み方法）の問題点を簡略に説明する。
【０００６】
従来の書き込み方法は、外部磁場を利用した方法と電子のスピントルク現象を利用した方法とに分けることができ、電子のスピントルク現象を利用した書き込み方法は、巨大磁気抵抗（Ｇｉａｎｔ  Ｍａｇｎｅｔｏ  Ｒｅｓｉｓｔａｎｃｅ：以下、ＧＭＲ）効果を利用した方法と、トンネル磁気抵抗（Ｔｕｎｎｅｌ  Ｍａｇｎｅｔｏ  Ｒｅｓｉｓｔａｎｃｅ：以下、ＴＭＲ）効果を利用した方法とに区分される。
【０００７】
前記外部磁場を利用した書き込み方法は、磁気異方性エネルギーの大きい磁性層を使用する場合には適用不可であるという限界がある。これは、前記外部磁場を利用した書き込み方法では、優秀な特性及び高い記録密度を持つデータ保存装置の具現が難しいということを意味する。
【０００８】
一方、前記電子のスピントルク現象を利用した書き込み方法では、データを記録しようとする磁性層の厚さが所定厚さ、約３ｎｍ以上に厚くなれば書き込み作業が困難になる。したがって、約１００ｎｍ以上の厚さを持つ磁性層が要求される垂直磁気記録方式に前記電子のスピントルク現象を利用した書き込み方法を適用することは、現実的にほとんど不可能である。また、ＴＭＲまたはＧＭＲ書き込みヘッドは、強磁性層（固定層：ｐｉｎｎｅｄ  ｌａｙｅｒ）と分離層（絶縁層または導電層）及びデータを記録しようとする磁性層が順に積層された構造を持つが、これらの積層過程で、前記分離層の表面がエッチングにより損傷されるために、書き込み動作特性が劣化するという問題がある。加えて、前記ＴＭＲまたはＧＭＲ書き込みヘッドでは、多層薄膜工程が要求されるので、製造が困難である。
【０００９】
したがって、データを記録しようとする磁性層の物性及び厚さに制約されず、さらに損傷した分離層による動作特性の劣化問題が基本的に防止された新たな書き込み方法の開発が要求されている。
【００１０】
また、前記新たな書き込み方法と連係して、適切な読み取り動作が行える読み取りヘッド及び磁区壁移動手段を持つデータ保存装置の開発が要求されている。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
本発明が解決しようとする技術的課題は、前述した従来の問題点を改善するためのものであり、データを記録しようとする磁性層の物性及び寸法に制約されず、エッチング損傷による動作特性の劣化問題が基本的に防止された書き込み手段を含む磁区壁移動を利用したデータ保存装置を提供するところにある。
【００１２】
本発明が解決しようとする他の技術的課題は、前記データ保存装置の動作方法を提供するところにある。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
前記技術的課題を達成するために、本発明は、互いに逆方向に磁化された二つの磁区を備える書き込み用の第１磁性層と、前記第１磁性層の少なくとも一側に形成されたデータ保存用の第２磁性層と、を備えることを特徴とするデータ保存装置を提供する。
【００１４】
前記データ保存装置は、前記第１磁性層の両端、及び前記第１磁性層に隣接しない前記第２磁性層の一端に連結されたデータ記録素子と、前記第２磁性層の一端から所定距離離れて形成された読み取りヘッドと、前記読み取りヘッド及び前記データ記録素子と連結された電流検出器と、をさらに備える。
【００１５】
前記読み取りヘッドは、前記第２磁性層の一端に隣接した位置に形成される。
前記読み取りヘッドは、前記第２磁性層の下面に順に形成された絶縁層、電極層、強磁性自由層、分離層及び強磁性固定層を備える。このとき、前記電極層及び前記強磁性固定層は、前記電流検出器と連結される。
【００１６】
前記読み取りヘッドは、前記第２磁性層の下面に順に形成された強磁性自由層、分離層及び強磁性固定層を備える。このとき、前記強磁性固定層及び前記第２磁性層の一端は、前記電流検出器と連結される。また、前記第２磁性層の一端と前記電流検出器との間、及び前記第２磁性層の一端と前記データ記録素子との間のそれぞれにスイッチング素子が備わる。
【００１７】
前記データ記録素子は、電流調節素子及び電圧調節素子のうちいずれか一つである。
【００１８】
前記第２磁性層は複数であり、等間隔に形成される。
【００１９】
前記第１磁性層は複数であり、積層構造で形成され、前記第１磁性層それぞれに複数の前記第２磁性層が備わる。
【００２０】
前記第１及び第２磁性層は、同じ材質である。
【００２１】
前記第１磁性層の一端及び他端のうち少なくとも１つは、前記第１磁性層の中央から遠ざかるほど大きい幅を持つように形成される。
【００２２】
前記第１磁性層の一端及び他端のうち少なくとも１つは、前記第１磁性層の一端及び他端を除外した残りの領域より大きい幅を持つように形成される。
【００２３】
前記第１磁性層の一端及び他端は、相異なる大きさに形成される。
【００２４】
前記第１磁性層の一端上に反強磁性層がさらに備わる。
【００２５】
前記第１磁性層の一端及び他端上に、相異なるネール温度ＴＮ（Ｎｅｅｌ  Ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ）を持つ第１及び第２反強磁性層がさらに備わる。
【００２６】
前記第１磁性層の一端上に非磁性層、強磁性固定層及び第１反強磁性層が順にさらに備わり、前記第１磁性層の他端上に第２反強磁性層がさらに備わる。
【００２７】
前記さらに他の技術的課題を達成するために、本発明は、互いに逆方向に磁化された二つの磁区を備える書き込み用の第１磁性層と、前記第１磁性層の一側に形成されたデータ保存用の第２磁性層とが設けられた状態で、前記磁区のうちいずれか一つを前記第２磁性層に隣接した前記第１磁性層部分まで拡張させる第１ステップと、前記第２磁性層に隣接した前記第１磁性層部分の磁区を前記第２磁性層に１ビット分移動させる第２ステップと、を含むデータ保存装置の動作方法を提供する。
【００２８】
ここで、前記第１ステップは、前記第１磁性層の両端間に電流を流すことによって行い、前記第２ステップは、前記第２磁性層から前記第１磁性層に電流を流すことによって行う。
【００２９】
前記さらに他の技術的課題を達成するために、本発明は、互いに逆方向に磁化された二つの磁区を備える書き込み用の第１磁性層と、前記第１磁性層の一側に形成されたデータ保存用の第２磁性層と、前記第１磁性層の両端及び前記第１磁性層に隣接しない前記第２磁性層の一端に連結されたデータ記録素子と、前記第２磁性層の一端から所定距離に形成された読み取りヘッドと、前記読み取りヘッド及び前記データ記録素子と連結された電流検出器と、が設けられた状態で、前記読み取りヘッド及び前記電流検出器を使用して、前記第２磁性層の一端に記録されたデータを再生する第１ステップと、前記データ記録素子を使用して、前記第１ステップで読み取ったデータを前記第２磁性層の他端に記録する第２ステップと、を含むデータ保存装置の動作方法を提供する。
【００３０】
ここで、前記第２ステップは、前記磁区のうちいずれか一つを前記第２磁性層に隣接した前記第１磁性層部分まで拡張させるステップと、前記第２磁性層に隣接した前記第１磁性層部分の磁区を前記第２磁性層に１ビット分移動させるステップと、を含む。
【発明の効果】
【００３１】
本発明のデータ保存装置では、書き込み手段としてデータを保存しようとする第２磁性層と同じ層に形成された第１磁性層１００を使用し、第１及び第２磁性層内で磁区壁を適切に移動させる方法でデータを記録する。したがって、本発明のデータ保存装置は、データを記録しようとする磁性層の物性及び寸法などに制約されず、さらに従来のＧＭＲ書き込みヘッドまたはＴＭＲ書き込みヘッドでの損傷した分離層による動作特性の劣化問題が基本的に防止される。
【００３２】
また、本発明のデータ保存装置では、第１及び第２磁性層が同一層に共に形成され、第１磁性層が共通書き込み手段として利用されるために、書き込み手段の製造工程が従来よりはるかに容易であり、書き込み手段と連結されるように形成されるコンタクトプラグ及び素子の数が従来より減少する。したがって、本発明のデータ保存装置は、従来のデータ保存装置に比べて高集積化及び大容量化に有利である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３３】
以下、本発明の実施形態による磁区壁移動を利用したデータ保存装置とその動作方法を、添付図面を参照して詳細に説明する。この過程で図面に図示された層や領域の厚さは、明細書の明確性のために多少誇張して図示されている。
【００３４】
図１は、本発明の実施形態によるデータ保存装置（以下、本発明のデータ保存装置）の部分斜視図である。
【００３５】
図１を参照すれば、本発明のデータ保存装置は、互いに逆方向に磁化された二つの磁区、すなわち、第１及び第２磁区Ｄ１、Ｄ２を備える書き込み用の第１磁性層１００を備える。図面で「・」は、第１方向Ｍ１に磁化されたことを意味し、「×」は、前記第１方向Ｍ１と逆の第２方向Ｍ２に磁化されたことを意味する。このような表示は、他の図面でも同じ意味で使われる。
【００３６】
第１磁性層１００の一端及び他端Ｅ１、Ｅ２の下面には、下部構造物（図示せず）との電気的連結のための第１及び第２コンタクトプラグ１０、２０が形成されている。
【００３７】
第１及び第２コンタクトプラグ１０、２０を通じて第１磁性層１００に電流を印加すれば、第１磁性層１００内で第１及び第２磁区Ｄ１、Ｄ２の境界である磁区壁Ｗを移動させることができる。磁区壁Ｗの移動方向によって第１及び第２磁区Ｄ１、Ｄ２の大きさが変わる。もし、前記電流が第１磁性層１００の一端Ｅ１から他端Ｅ２にフローすれば、電子はそれと逆方向に移動するので、磁区壁Ｗは前記電子の移動方向と同じ方向に移動する。図面には、磁区壁Ｗを第１磁性層１００の他端Ｅ２に近づけて移動させた状態が図示されている。
【００３８】
第１磁性層１００の少なくとも一側面には、第１磁性層１００に垂直して、複数の磁区Ｄを備えるデータ保存用の第２磁性層２００が備わる。磁区Ｄ領域は、所定のデータが保存される単位ビット領域である。
【００３９】
第１及び第２磁性層１００、２００は、同じ材質、例えば、Ｆｅ、Ｃｏ及びＮｉのうち少なくとも１つを含む金属で同時に形成される。第１磁性層１００に隣接していない第２磁性層２００の一端Ｅ３の下部には、他の下部構造物（図示せず）との電気的連結のための第３コンタクトプラグ３０が形成されている。
【００４０】
第１及び第２コンタクトプラグ１０、２０のうちいずれか一つと、第３コンタクトプラグ３０とを通じて、第１及び第２磁性層１００、２００の間に電流を印加すれば、例えば、第３コンタクトプラグ３０から第１コンタクトプラグ１０方向に電流を流せば、第２磁性層２００と接した第１磁性層１００部分の磁区を第２磁性層２００に移動させることができる。言い換えれば、第２磁性層２００に接した第１磁性層１００部分の磁区を第２磁性層２００に拡張させることができる。図示されたように、第２磁性層２００と接した第１磁性層１００部分の磁区が第１磁区Ｄ１ならば、第１磁区Ｄ１に対応するデータが第２磁性層２００の他端Ｅ４に記録される。もし、第２磁性層２００と接した第１磁性層１００部分の磁区が第２磁区Ｄ２ならば、第２磁区Ｄ２に対応するデータが第２磁性層２００の他端Ｅ４に記録される。この時、前記電流はパルス電流であり、磁区はビット単位で移動する。
【００４１】
以下では、図２Ａないし図２Ｄを参照して、図１に図示された本発明のデータ保存装置の書き込み動作方法をより詳細に説明する。
【００４２】
図２Ａないし図２Ｄは、図１に図示された本発明のデータ保存装置の書き込み動作方法をステップ別に示す。
【００４３】
図２Ａを参照すれば、図１に図示された本発明のデータ保存装置の第１磁性層１００の一端Ｅ１から他端Ｅ２に電流を流して、磁区壁Ｗを第１磁性層１００の他端Ｅ２から一端Ｅ１方向に移動させる。これにより、第２磁性層２００と接した第１磁性層１００部分まで第２磁区Ｄ２が拡張される。
【００４４】
図２Ｂを参照すれば、第２磁性層２００の一端Ｅ３から第１磁性層１００の他端Ｅ２にパルス電流を流して、第２磁性層２００と接した第１磁性層１００部分の磁区を第２磁性層２００の他端Ｅ４に移動させる。これにより、第２磁性層２００の他端Ｅ４に第２磁区Ｄ２に対応するデータ、例えば、‘１’に対応するデータが記録される。
【００４５】
図２Ｃを参照すれば、本発明のデータ保存装置の第１磁性層１００の他端Ｅ２から一端Ｅ１に電流を流して、磁区壁Ｗを第１磁性層１００の一端Ｅ１から他端Ｅ２方向に移動させる。これにより、第２磁性層２００と接した第１磁性層１００部分まで第１磁区Ｄ１が拡張される。
【００４６】
図２Ｄを参照すれば、第２磁性層２００の一端Ｅ３から第１磁性層１００の一端Ｅ１にパルス電流を流して、第２磁性層２００と接した第１磁性層１００部分の磁区を第２磁性層２００の他端Ｅ４に移動させる。これにより、第２磁性層２００の他端Ｅ４に第１磁区Ｄ１に対応するデータ、例えば、‘０’に対応するデータが記録される。
【００４７】
このように、本発明のデータ保存装置では、データを保存しようとする第２磁性層２００及び前記第２磁性層２００と同じ層に形成された書き込み用の第１磁性層１００内で磁区壁を適切に移動させる方法で、データを記録する。このような磁区壁移動を利用した書き込みは同一層内で行われ、電流のフローを適切に制御する比較的単純な方法で行われる。したがって、前記本発明のデータ保存装置の書き込み動作は、データを記録しようとする磁性層の物性及び寸法に制約されず、さらにエッチング損傷による動作特性の劣化問題が基本的に防止される。
【００４８】
一方、本発明のデータ保存装置は、前記磁区壁移動を利用した書き込み方法と連係して適切な読み取り動作を行える読み取りヘッドと、前記読み取りヘッドと第１磁性層１００との間に備わるデータ記録素子とを備えることができる。すなわち、図１のような基本構造にいろいろな構成要素が多様な形態で付加されうる。図１に図示された基本構造に他の構成要素が付加されたデータ保存装置の一例が、図３に提示されている。
【００４９】
図３は、読み取りヘッドとデータ記録素子とを備える本発明の第１実施形態によるデータ保存装置（以下、本発明の第１データ保存装置）を示す斜視図である。図３に図示されたデータ保存装置は、図１に図示されたデータ保存装置にいくつかの構成要素が付加されたものであり、図１及び図３で同じ図面符号は同じ構成要素を表すので、それらについての重複する説明は省略する。
【００５０】
図３を参照すれば、本発明の第１データ保存装置は、第１磁性層１００の両端Ｅ１、Ｅ２及び第２磁性層２００の一端Ｅ３に連結されたデータ記録素子３００を備える。データ記録素子３００は、電流調節素子または電圧調節素子でありうる。第２磁性層２００の一端Ｅ３に隣接した位置に読み取りヘッド４００ａが備わる。読み取りヘッド４００ａは、第２磁性層２００の下面に順に形成された絶縁層１、電極層２、強磁性自由層３、分離層４及び強磁性固定層５を備える構造でありうる。分離層４は、絶縁層または導電層であるが、絶縁層であることが望ましい。強磁性自由層３、分離層４及び強磁性固定層５の積層構造物は、第２磁性層２００の単位磁区と同じ幅を持つように形成し、電極層２は、電気的コンタクトのために前記積層構造物の外側に延長した形態に形成し、前記絶縁層１は、電極層２と同じ大きさまたは前記積層構造物と同じ大きさに形成できる。
【００５１】
図示していないが、前記強磁性固定層５の下面には反強磁性層（ａｎｔｉｆｅｒｒｏｍａｇｎｅｔｉｃ  ｌａｙｅｒ：ＡＦＭ  ｌａｙｅｒ）及び電極層が順に備わるか、非磁性層、強磁性固定層、反強磁性層及び電極層が順に備わってもよい。ここで、前記反強磁性層は、強磁性固定層５の磁化方向を固定させる役割を行う。
【００５２】
前記本発明の第１データ保存装置は、データ記録素子３００と読み取りヘッド４００ａとの間にそれらを互いに連結させる電流検出器５００をさらに備える。読み取りヘッド４００ａの電極層２及び強磁性固定層５が電流検出器５００と連結されるが、このような連結は、電極層２及び強磁性固定層５の下面に備わった第４及び第５コンタクトプラグ４０、５０により行われる。電流検出器５００は、センスアンプ（ｓｅｎｓｅ  ａｍｐｌｉｆｉｅｒ：Ｓ／Ａ）のような増幅素子を備える装置であり、第２磁性層２００に記録されたデータを読み取り、前記読み取られたデータに関する情報をデータ記録素子３００に伝達する役割を行う。
【００５３】
以下では、図４Ａないし図４Ｃを参照して、図３に図示されたデータ保存装置の読み取り動作方法を説明する。
【００５４】
図４Ａを参照すれば、第２磁性層２００に所定のデータが記録された状態で、読み取りヘッド４００ａ及び電流検出器５００を使用して、第２磁性層２００の磁区に記録されたデータ、例えば、「×」磁化方向を持つデータを読み取る。前記読み取られたデータに関する情報は、データ記録素子３００に入力される。
【００５５】
図４Ｂを参照すれば、前記読み取られたデータに関する情報を受けたデータ記録素子３００を利用して、まず第１磁性層１００の両端に電流を印加して、第１磁性層１００の磁区壁Ｗを所定方向、例えば、第１磁性層１００の他端Ｅ２から一端Ｅ１方向に移動させる。これにより、第２磁性層２００と接した第１磁性層１００部分の磁化方向は「×」と同一になる。
【００５６】
図４Ｃを参照すれば、次いで、前記読み取られたデータに関する情報を受けたデータ記録素子３００を利用して、第１磁性層１００の両端のうちいずれか一つ、例えば、第１磁性層の他端Ｅ２と第２磁性層２００の一端Ｅ３との間に電流を印加して、第２磁性層２００と接した第１磁性層１００部分の磁区を第２磁性層２００の他端Ｅ４に１ビット分移動させる。
【００５７】
このように、読み取りヘッド４００ａで読み取られたデータが第２磁性層２００の他端Ｅ４に転写され、この過程で第２磁性層２００の磁区壁は第２磁性層２００の他端Ｅ４から一端Ｅ３方向に１ビット分移動する。このような読み取り及び転写を反復すれば、第２磁性層２００の磁区壁を他端Ｅ４から一端Ｅ３方向に移動させつつ、第２磁性層２００に記録されたデータをいずれも読み取ることができる。そして、前記読み取り動作前後での第２磁性層２００に記録されたデータは同一である。
【００５８】
図示していないが、前記本発明の第１実施形態によるデータ保存装置に新たなデータを記録する書き込み動作方法は、図２Ａないし図２Ｄを参照して説明した書き込み方法と基本的に同一である。この時、前記読み取り動作を行わない状態でデータ記録素子３００を利用して、第１及び第２磁性層１００、２００の磁区壁を移動させつつ所定のデータを第２磁性層２００に記録する。
【００５９】
図１に図示された基本構造に他の構成要素が付加されたデータ保存装置の他の例が図５に提示されている。
【００６０】
図５は、読み取りヘッドとデータ記録素子とを備える本発明の第２実施形態によるデータ保存装置（以下、本発明の第２データ保存装置）を示す概略的な斜視図である。図５に図示されたデータ保存装置は、図１に図示されたデータ保存装置にいくつかの構成要素が付加されたものであり、図３に図示されたデータ保存装置を改良したものである。図１、図３及び図５で同じ図面符号は同じ構成要素を表すので、それらについての重複する説明は省略する。図３と図５とに図示したデータ保存装置の間の最も大きい差は、読み取りヘッドの構造にある。
【００６１】
図５を参照すれば、前記本発明の第２データ保存装置の読み取りヘッド４００ｂは、第２磁性層２００の下面に順に形成された強磁性自由層６、分離層７及び強磁性固定層８を備える。強磁性固定層８の下面には、第６コンタクトプラグ６０が形成される。分離層７は絶縁層または導電層であるが、絶縁層であることが望ましい。強磁性自由層６、分離層７及び強磁性固定層８の積層構造物は、第２磁性層２００の単位磁区と同じ幅を持つように形成する。図示していないが、強磁性固定層８の下面には反強磁性層及び電極層が順に備わるか、非磁性層、強磁性固定層、反強磁性層及び電極層が順に備わることもある。
【００６２】
強磁性固定層８及び第２磁性層２００の一端Ｅ３が電流検出器５００と連結され、第２磁性層２００の一端Ｅ３と電流検出器５００との間及び第２磁性層２００の一端Ｅ３とデータ記録素子３００との間それぞれには、スイッチング素子、例えば、第１及び第２トランジスタＴ１、Ｔ２が備わりうる。
【００６３】
以下では、図６Ａないし図６Ｃを参照して、図５に図示されたデータ保存装置の読み取り動作方法を説明する。
【００６４】
図６Ａを参照すれば、第２磁性層２００に所定のデータが記録された状態で、読み取りヘッド４００ｂ及び電流検出器５００を使用して、第２磁性層２００の磁区に記録されたデータ、例えば、第２磁区Ｄ２と同じ磁化方向を持つデータを読み取る。このような読み取りは、第１及び第２トランジスタＴ１、Ｔ２のうち第１トランジスタＴ１のみオンにした状態で進める。前記読み取られたデータに関する情報は、データ記録素子３００に入力される。
【００６５】
図６Ｂを参照すれば、第１トランジスタＴ１をオフにして第２トランジスタＴ２をオンにした状態で、前記読み取られたデータに関する情報を受けたデータ記録素子３００を利用して、まず第１磁性層１００の両端に電流を印加して第１磁性層１００の磁区壁Ｗを所定方向、例えば、第１磁性層１００の他端Ｅ２から一端Ｅ１方向に移動させる。これにより、第２磁性層２００と接した第１磁性層１００部分の磁化方向は「×」と同一になる。
【００６６】
図６Ｃを参照すれば、次いで、前記読み取られたデータに関する情報を受けたデータ記録素子３００を利用して、第１磁性層１００の両端のうちいずれか一つ、例えば、第１磁性層の他端Ｅ２と第２磁性層２００の一端Ｅ３との間に電流を印加して、第２磁性層２００と接した第１磁性層１００部分の磁区を第２磁性層２００の他端Ｅ４に１ビット分移動させる。
【００６７】
このように、図４Ａないし図４Ｃを参照して説明した方法と類似して、読み取りヘッド４００ｂで読み取られたデータが第２磁性層２００の他端Ｅ４に転写され、この過程で第２磁性層２００の磁区壁は、第２磁性層２００の他端Ｅ４から一端Ｅ３方向に１ビット分移動する。このような読み取り及び転写を反復すれば、第２磁性層２００の磁区壁を他端Ｅ４から一端Ｅ３方向に移動させつつ、第２磁性層２００に記録された全てのデータを読み取ることができ、前記読み取り動作前の第２磁性層２００に記録されたデータをそのまま保存できる。
【００６８】
図示していないが、前記本発明の第２データ保存装置に新たなデータを記録する書き込み動作方法は、図２Ａないし図２Ｄを参照して説明した書き込み方法と基本的に同一である。この時、前記読み取り動作を行わない状態で第１及び第２トランジスタＴ１、Ｔ２のうち第２トランジスタＴ２のみオンにして、データ記録素子３００を利用して第１及び第２磁性層１００、２００の磁区壁を移動させつつ所定のデータを第２磁性層２００に記録する。
【００６９】
以上で説明した本発明の実施形態では、説明の便宜上第２磁性層２００が１つである場合について図示して説明したが、第１磁性層１００の少なくとも一側に同一間隔で離隔された複数の第２磁性層２００が形成されることがさらに望ましい。複数の第２磁性層を形成した場合が図７及び図８に図示されている。図８は、第１磁性層１００と複数の第２磁性層２００とを備える第１及び第２構造物Ｓ１、Ｓ２を、第２構造物Ｓ２の第２磁性層２００が第１構造物Ｓ１の第２磁性層２００間の上部に配置されるように積層した形態である。この場合、集積度向上の効果を得ることができる。図７及び図８に図示したデータ保存装置にも、図３及び図５に図示したデータ保存装置のように、データ記録素子３００、読み取りヘッド４００ａ、４００ｂ及び電流検出器５００などがさらに備わりうる。図７及び図８に図示したデータ保存装置では、第１磁性層１００が複数の第２磁性層２００にデータを記録するための共通の書き込み手段である。すなわち、第１磁性層１００の一端Ｅ１及び他端Ｅ２に所定の電流を印加して磁区壁Ｗを所望の位置に移動させることによって、複数の第２磁性層２００のうち、特定のいずれか一つの第２磁性層に所望のデータを記録できる。
【００７０】
前述したように、本発明のデータ保存装置では、書き込み手段として従来のＧＭＲ書き込みヘッドまたはＴＭＲ書き込みヘッドを使用せず、データを保存しようとする第２磁性層２００と同じ層に形成された第１磁性層１００を使用し、第１及び第２磁性層１００、２００内で磁区壁を適切に移動させる方法でデータを記録する。したがって、本発明のデータ保存装置は、データを記録しようとする磁性層の物性及び寸法に制約されず、さらに従来のＧＭＲ書き込みヘッドまたはＴＭＲ書き込みヘッドでの損傷した分離層による動作特性の劣化問題が基本的に防止される。特に、本発明のデータ保存装置では、第１及び第２磁性層１００、２００が同一層に共に形成され、第１磁性層１００が共通書き込み手段として利用されるために、書き込み手段の製造工程が従来より非常に容易である。
【００７１】
また、本発明のデータ保存装置の読み取りヘッド４００ａ、４００ｂは、ＴＭＲまたはＧＭＲ効果を利用した積層構造物であるが、読み取りヘッド４００ａ、４００ｂの場合には、従来の書き込みヘッドとは異なり、分離層の上下面それぞれに強磁性自由層と強磁性固定層とが存在するので、エッチング時に分離層の表面が損傷するおそれがない。そして、もし分離層が損傷するとしても、損傷した分離層は、読み取り動作時にはほとんど影響をおよぼさないために問題にならない。
【００７２】
以下では、付加的に第１磁性層１００の形成方法について説明する。
【００７３】
前述した本発明の実施形態では第１磁性層１００を単純に表現したが、第１磁性層１００内に第１及び第２磁区Ｄ１、Ｄ２を形成するためには、第１磁性層１００の構造を多少変形するか、または第１磁性層１００の構成要素を多少多様化させる必要がある。例えば、第１磁性層１００の一端Ｅ１及び他端Ｅ２のうち少なくとも１つは、一端Ｅ１及び他端Ｅ２を除外した残りの領域より大きい幅を持つように形成され、一端Ｅ１及び他端Ｅ２は、第１磁性層１００の中央から遠ざかるほど大きい幅を持つように形成される。さらに、一端Ｅ１及び他端Ｅ２は、相異なる大きさで形成される。また、一端Ｅ１上に反強磁性層がさらに備わるか、一端Ｅ１及び他端Ｅ２上に相異なるＴＮを持つ第１及び第２反強磁性層がさらに備わるか、一端Ｅ１上には、非磁性層、強磁性固定層及び第１反強磁性層が順にさらに備わり、他端Ｅ２上には、第２反強磁性層がさらに備わることもある。
【００７４】
図９Ａ及び図９Ｂは、本発明の第１実施形態による第１磁性層の形成方法をステップ別に示す平面図である。
【００７５】
図９Ａを参照すれば、本発明の第１実施形態による第１磁性層を形成するための基本材料である磁性層９０ａの一端Ｅ１及び他端Ｅ２は、一端Ｅ１及び他端Ｅ２を除外した残りの領域より大きい幅を持つように形成され、磁性層９０ａの中央から遠ざかるほど大きい幅を持つように形成される。そして、他端Ｅ２が一端Ｅ１より大きい。このような磁性層９０ａが設けられた状態で、磁性層９０ａに第１外部磁場Ｆ１を印加して、磁性層９０ａ内に第１方向に磁化された第１磁区Ｄ１を作る。
【００７６】
図９Ｂを参照すれば、第１外部磁場Ｆ１と逆方向であり、第１外部磁場Ｆ１より小さな強度を持つ第２外部磁場Ｆ２を磁性層９０ａに印加して、他端Ｅ２内に前記第１方向と逆の第２方向に磁化された第２磁区Ｄ２を作る。第１及び第２磁区Ｄ１、Ｄ２の間には磁区壁Ｗが存在する。これにより、第１及び第２磁区Ｄ１、Ｄ２を備える第１磁性層１００ａが形成される。この時、他端Ｅ２内にのみ第２磁区Ｄ２が設けられる理由は、他端Ｅ２が一端Ｅ１より大きくて他端Ｅ２での磁化反転が一端Ｅ１でのそれより容易なためである。
【００７７】
他端Ｅ２から一端Ｅ１方向に磁区壁Ｗを移動させる時、磁区壁Ｗの移動距離は第１磁性層１００ａに印加する電流の大きさにより調節されるが、磁区壁Ｗは一端Ｅ１の内部に浸透しない。これは、一端Ｅ１が前記残りの領域より大きく、第１磁性層１００ａの中央から遠ざかるほど大きい幅を持つように形成されていて、一端Ｅ１内での電流密度が低くなるためである。同じ理由で、一端Ｅ１から他端Ｅ２に磁区壁Ｗを移動させる時、他端Ｅ２への磁区壁Ｗの浸透が防止される。したがって、第１及び第２磁区Ｄ１、Ｄ２の消滅が防止される。
【００７８】
前記本発明の第１実施形態による第１磁性層１００ａの形成方法では、一端Ｅ１及び他端Ｅ２の形状のみ調節するだけで付加的な層が要求されないので、第１及び第２磁性層１００ａ、２００は単一薄膜工程で形成できる。
【００７９】
図１０Ａ及び図１０Ｂは、本発明の第２実施形態による第１磁性層の形成方法をステップ別に示す断面図である。
【００８０】
図１０Ａを参照すれば、本発明の第２実施形態による第１磁性層を形成するための基本材料である磁性層９０ｂの一端Ｅ１上に反強磁性層９６が備わる。磁性層９０ｂ及び反強磁性層９６を反強磁性層９６のＴＮ以上に加熱した状態で、磁性層９０ｂに第１外部磁場Ｆ１を印加して、磁性層９０ｂの内部に第１方向の第１磁区Ｄ１を作る。この時、反強磁性層９６の下部、すなわち、一端Ｅ１の磁化方向は、反強磁性層９６により固定された状態である。
【００８１】
図１０Ｂを参照すれば、磁性層９０ｂ及び反強磁性層９６を冷却させ、第１外部磁場Ｆ１と逆方向の第２外部磁場Ｆ２を磁性層９０ｂに印加する。これにより、磁性層９０ｂの一端Ｅ１を除外した部分内に前記第１方向と逆の第２方向に磁化された第２磁区Ｄ２が設けられる。第１及び第２磁区Ｄ１、Ｄ２の間には磁区壁Ｗが存在し、第１及び第２磁区Ｄ１、Ｄ２を備える第１磁性層９０ｂが形成される。
【００８２】
図１１Ａ及び図１１Ｂは、本発明の第３実施形態による第１磁性層の形成方法をステップ別に示す断面図である。
【００８３】
図１１Ａを参照すれば、本発明の第３実施形態による第１磁性層を形成するための基本材料である磁性層９０ｃの一端Ｅ１及び他端Ｅ２上に、相異なるＴＮを持つ第１及び第２反強磁性層９６ａ、９６ｂが備わる。例えば、第１反強磁性層９６ａのＴＮは３００℃であり、第２反強磁性層９６ｂのＴＮは２００℃でありうる。まず、磁性層９０ｃと第１及び第２反強磁性層９６ａ、９６ｂとを３００℃以上に加熱した状態で、磁性層９０ｃに第１外部磁場Ｆ１を印加して磁性層９０ｃ内部に第１方向の第１磁区Ｄ１を作る。
【００８４】
図１１Ｂを参照すれば、磁性層９０ｂと第１及び第２反強磁性層９６ａ、９６ｂとの温度が２００〜３００℃になるように調節した状態で、第１外部磁場Ｆ１と逆方向の第２外部磁場Ｆ２を磁性層９０ｃに印加する。これにより、磁性層９０ｃの一端Ｅ１を除外した部分内に前記第１方向と逆の第２方向に磁化された第２磁区Ｄ２が設けられる。第１及び第２磁区Ｄ１、Ｄ２の間には磁区壁Ｗが存在する。この時、第１反強磁性層９６ａ下の一端Ｅ１の磁化方向が変わらない理由は、加熱温度が３００℃を超えなかったためであり、第２反強磁性層９６ｂ下の他端Ｅ２の磁化方向が変わった理由は、加熱温度が２００℃を超えたためである。これにより、第１及び第２磁区Ｄ１、Ｄ２を備える第１磁性層９０ｃが形成される。
【００８５】
図１２は、本発明の第４実施形態による第１磁性層の形成方法を示す断面図である。
【００８６】
図１２を参照すれば、本発明の第４実施形態による第１磁性層を形成するための基本材料である磁性層９０ｄの一端Ｅ１上には、非磁性層９２、強磁性固定層９４及び第１反強磁性層９６ａが順に備わり、他端Ｅ２上には第２反強磁性層９６ｂが備わる。第１及び第２反強磁性層９６ａ、９６ｂのＴＮは同じである。まず、磁性層９０ｄと第１及び第２反強磁性層９６ａ、９６ｂなどをＴＮ以上の温度に加熱した状態で、磁性層９０ｄに第２外部磁場Ｆ２を印加して、磁性層９０ｄで一端Ｅ１を除外した部分内に第２方向を持つ第２磁区Ｄ２を作る。この時、第１反強磁性層９６ａ下の強磁性固定層９４の磁化方向は前記第２方向に固定され、一端Ｅ１の磁化方向は、前記第２方向と逆の第１方向に固定される。すなわち、一端Ｅ１内には前記第１方向に磁化された第１磁区Ｄ１が設けられる。これにより、第１及び第２磁区Ｄ１、Ｄ２を備える第１磁性層１００ｄが形成される。
【００８７】
前記本発明の第２ないし第４実施形態による第１磁性層の形成方法では、前記第１磁性層の両端あるいは一端に付加的な層を形成せねばならないが、前記付加的な層は、前記第１磁性層の特定磁化方向の固定にのみ関与するだけで、書き込み動作特性を劣化させない。また、前記第１磁性層は共通書き込み手段として使われ、前記付加的な層は前記第１磁性層の両端あるいは一端にのみ形成されるので、前記付加的な層による工程的な負担は大きくない。
【００８８】
以上の説明で多くの事項が具体的に記載されているが、それらは発明の範囲を限定するものというよりは、望ましい実施形態の例示として解釈されたい。例えば、当業者ならば、本発明のデータ保存装置の構成要素がさらに多様化されるということが分かる。特に、本発明のデータ保存装置の読み取りヘッドは、多様な形態のＣＰＰ（Ｃｕｒｒｅｎｔ  Ｐｅｒｐｅｎｄｉｃｕｌａｒ  ｔｏ  Ｐｌａｎｅ）−ＴＭＲ、ＣＰＰ−ＧＭＲ及びＣＩＰ（Ｃｕｒｒｅｎｔ  Ｉｎ  Ｐｌａｎｅ）−ＧＭＲ構造を持つことができ、その他の形態を持つこともできるということが分かる。また、前述した実施形態は、第１及び第２磁性層１００、２００が垂直磁気異方性を持つ場合についてのものであるが、本発明は第１及び第２磁性層１００、２００が水平磁気異方性を持つ場合にも同一に適用されるということが分かる。したがって、本発明の範囲は説明した実施形態によって定められるものではなく、特許請求の範囲に記載された技術的思想により定められるものである。
【産業上の利用可能性】
【００８９】
本発明は、データ保存関連の技術分野に好適に用いられる。
【図面の簡単な説明】
【００９０】
【図１】本発明の実施形態によるデータ保存装置の部分斜視図である。
【図２Ａ】図１に図示されたデータ保存装置の書き込み動作方法をステップ別に示す斜視図である。
【図２Ｂ】図１に図示されたデータ保存装置の書き込み動作方法をステップ別に示す斜視図である。
【図２Ｃ】図１に図示されたデータ保存装置の書き込み動作方法をステップ別に示す斜視図である。
【図２Ｄ】図１に図示されたデータ保存装置の書き込み動作方法をステップ別に示す斜視図である。
【図３】本発明の第１実施形態によるデータ保存装置の斜視図である。
【図４Ａ】図３に図示されたデータ保存装置の読み取り動作方法をステップ別に示す斜視図である。
【図４Ｂ】図３に図示されたデータ保存装置の読み取り動作方法をステップ別に示す斜視図である。
【図４Ｃ】図３に図示されたデータ保存装置の読み取り動作方法をステップ別に示す斜視図である。
【図５】本発明の第２実施形態によるデータ保存装置の斜視図である。
【図６Ａ】図５に図示されたデータ保存装置の読み取り動作方法をステップ別に示す斜視図である。
【図６Ｂ】図５に図示されたデータ保存装置の読み取り動作方法をステップ別に示す斜視図である。
【図６Ｃ】図５に図示されたデータ保存装置の読み取り動作方法をステップ別に示す斜視図である。
【図７】本発明のさらに他の実施形態によるデータ保存装置の斜視図である。
【図８】本発明のさらに他の実施形態によるデータ保存装置の斜視図である。
【図９Ａ】本発明の第１実施形態による第１磁性層の形成方法をステップ別に示す平面図である。
【図９Ｂ】本発明の第１実施形態による第１磁性層の形成方法をステップ別に示す平面図である。
【図１０Ａ】本発明の第２実施形態による第１磁性層の形成方法をステップ別に示す断面図である。
【図１０Ｂ】本発明の第２実施形態による第１磁性層の形成方法をステップ別に示す断面図である。
【図１１Ａ】本発明の第３実施形態による第１磁性層の形成方法をステップ別に示す断面図である。
【図１１Ｂ】本発明の第３実施形態による第１磁性層の形成方法をステップ別に示す断面図である。
【図１２】本発明の第４実施形態による第１磁性層の形成方法を示す断面図である。
【符号の説明】
【００９１】
１０、２０  第１及び第２コンタクトプラグ
１００  第１磁性層
２００  第２磁性層
Ｄ  磁区
Ｄ１、Ｄ２  第１及び第２磁区
Ｅ１  第１磁性層の一端
Ｅ２  第１磁性層の他端
Ｅ３  第２磁性層の一端
Ｅ４  第２磁性層の他端
Ｍ１  磁化の第１方向
Ｍ２  磁化の第２方向
【図１】
2008117512.tif 000003
【図２Ａ】
2008117512.tif 000004
【図２Ｂ】
2008117512.tif 000005
【図２Ｃ】
2008117512.tif 000006
【図２Ｄ】
2008117512.tif 000007
【図３】
2008117512.tif 000008
【図４Ａ】
2008117512.tif 000009
【図４Ｂ】
2008117512.tif 000010
【図４Ｃ】
2008117512.tif 000011
【図５】
2008117512.tif 000012
【図６Ａ】
2008117512.tif 000013
【図６Ｂ】
2008117512.tif 000014
【図６Ｃ】
2008117512.tif 000015
【図７】
2008117512.tif 000016
【図８】
2008117512.tif 000017
【図９Ａ】
2008117512.tif 000018
【図９Ｂ】
2008117512.tif 000019
【図１０Ａ】
2008117512.tif 000020
【図１０Ｂ】
2008117512.tif 000021
【図１１Ａ】
2008117512.tif 000022
【図１１Ｂ】
2008117512.tif 000023
【図１２】
2008117512.tif 000024