(57)【要約】      （修正有）【課題】高記録密度化を図った場合でも、記録を安定に保持することができると共に、低い記録電流で記録することができる磁気記憶素子及びその記録方法、並びにこの磁気記憶素子を備えた磁気記憶装置を提供する。【解決手段】少なくとも３層の磁性体層１１Ａ，１２，１１Ｂが積層されて記録層が構成され、素子１０の面内方向の外周寸法が磁性体層１１Ａ，１２，１１Ｂの合計の厚さの４倍以下であり、かつ各磁性体層１１Ａ，１２，１１Ｂの単層の厚さの３倍以上であり、最も比抵抗の大きい磁性体層１２が他の磁性体層１１Ａ，１１Ｂに挟まれて配置されている磁気記憶素子１０を構成する。また、この磁気記憶素子１０に対して、加熱して最も比抵抗の大きい磁性体層１２をそのキュリー点以上まで温度上昇させ、その状態で膜厚方向の磁界を印加し、この磁界を印加した状態で加熱を停止してキュリー点以下に冷却して、磁化状態の記録を行う。【選択図】  図１
2004253739.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
情報を磁性体の磁化により保持する磁気記憶素子であって、
上記情報を保持する記憶層が、少なくとも３層の磁性体層が積層されて成り、
素子の面内方向の外周寸法が上記磁性体層の合計の厚さの４倍以下であり、かつ各磁性体層の単層の厚さの３倍以上であり、
上記磁性体層のうち最も比抵抗の大きい磁性体層が、他の磁性体層に挟まれて配置されている
ことを特徴とする磁気記憶素子。
【請求項２】
上記記憶層を構成する各磁性体層が、室温において、膜厚方向に磁化されていることを特徴とする請求項１に記載の磁気記憶素子。
【請求項３】
上記最も比抵抗の大きい磁性体層の比抵抗の大きさが、他の磁性体層の２倍以上であることを特徴とする請求項１に記載の磁気記憶素子。
【請求項４】
情報を磁性体の磁化により保持する記憶層が少なくとも３層の磁性体層が積層されて成り、
素子の面内方向の外周寸法が上記磁性体層の合計の厚さの４倍以下であり、かつ各磁性体層の単層の厚さの３倍以上であり、
上記磁性体層のうち最も比抵抗の大きい磁性体層が、他の磁性体層に挟まれて配置されている磁気記憶素子に対して、
上記磁気記憶素子を加熱して、上記最も比抵抗の大きい磁性体層を該磁性体層のキュリー点以上まで温度上昇させ、その状態で上記磁気記憶素子に対して膜厚方向の磁界を印加し、
上記磁界を印加した状態で、上記加熱を停止して上記キュリー点以下に冷却して、上記磁気記憶素子に磁化状態の記録を行う
ことを特徴とする磁気記憶素子の記録方法。
【請求項５】
情報を磁性体の磁化により保持する記憶層が少なくとも３層の磁性体層が積層されて成り、
素子の面内方向の外周寸法が上記磁性体層の合計の厚さの４倍以下であり、かつ各磁性体層の単層の厚さの３倍以上であり、
上記磁性体層のうち最も比抵抗の大きい磁性体層が、他の磁性体層に挟まれて配置されている磁気記憶素子と、
互いに交差する第１の配線と第２の配線とを有し、
上記第１の配線と上記第２の配線とが交差する交点に、それぞれ上記磁気記憶素子が配置されて成る
ことを特徴とする磁気記憶装置。
【請求項６】
上記第１の配線及び上記第２の配線から、上記磁気記憶素子に電流を流すことが可能な構成とされていることを特徴とする請求項５に記載の磁気記憶装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、不揮発性メモリに用いて好適な磁気記憶素子及びその記録方法、並びに磁気記憶素子を用いて構成された磁気記憶装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
コンピュータ等の情報機器においては、ランダム・アクセス・メモリとして、動作が高速で、高密度のＤＲＡＭが広く使用されている。
しかし、ＤＲＡＭは電源を切ると情報が消えてしまう揮発性メモリであるため、情報が消えない不揮発のメモリが望まれている。
【０００３】
そして、不揮発メモリとして、磁性体の磁化状態により情報を記録する磁気記憶素子を用いた磁気ランダム・アクセス・メモリ（ＭＲＡＭ）の開発が進められている（例えば非特許文献１参照）。
【０００４】
今後、ＭＲＡＭにおいても、記憶容量を増加したり、装置を小型化したりするために、高密度化を図る必要があり、これによりメモリセルを構成する磁気記憶素子のさらなる縮小化が求められる。
【０００５】
ＭＲＡＭに用いられる磁気記憶素子では、磁性体の形状を長方形や楕円にすることにより発生する反磁界を用いて磁化を安定化していることから、素子サイズの縮小に伴って、保磁力の増加を抑えるために膜厚を薄くする必要がある。
【０００６】
しかしながら、素子の体積及び保磁力の減少は、磁気記憶素子の熱安定性を劣化させる。即ち、素子サイズが縮小することにより素子の体積が減少しているため、上述のように膜厚を薄くして保磁力を減少させると、磁気記憶素子の熱安定性を劣化させてしまうことになる。
【０００７】
そこで、磁気記憶素子に垂直磁化膜を用いる方法（例えば特許文献１参照）等が提案されている。
垂直磁化膜を用いることにより、磁化の反転が可能な程度に保磁力を低減すると共に、記録した磁化を安定して保持することを実現しようとしている。
【０００８】
【非特許文献１】
日経エレクトロニクス  ２００１．２．１２号（第１６４頁−１７１頁）
【特許文献１】
特開２００１−２９１９１１号公報（第１図・第６図等）
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上述のように垂直磁化膜を用いた場合、記録した垂直方向の磁化を安定化させるためには、反磁界以上の垂直磁気異方性が必要となり、面内方向（水平方向）の磁化を用いる場合と比較して概して大きい保磁力を必要とする。
【００１０】
また、磁化の検出を容易にするためには、素子の磁化量にある程度の大きさが必要であり、低保磁力化を難しくしている。
【００１１】
さらに、素子が微細化していくと、磁化の反転が磁区移動を伴わない一斉磁化反転となるため、上述した垂直磁気異方性が大きく、かつ保磁力が小さい垂直磁化膜の構成を実現することが難しくなる。
【００１２】
上述した問題の解決のために、本発明においては、高記録密度化を図った場合でも、記録を安定に保持することができると共に、低い記録電流で記録することができる磁気記憶素子及びその記録方法、並びにこの磁気記憶素子を備えた磁気記憶装置を提供するものである。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
本発明の磁気記憶素子は、情報を磁性体の磁化により保持する磁気記憶素子であって、情報を保持する記憶層が少なくとも３層の磁性体層が積層されて成り、素子の面内方向の外周寸法が磁性体層の合計の厚さの４倍以下であり、かつ各磁性体層の単層の厚さの３倍以上であり、磁性体層のうち最も比抵抗の大きい磁性体層が他の磁性体層に挟まれて配置されているものである。
【００１４】
本発明の磁気記憶素子の記録方法は、情報を磁性体の磁化により保持する記憶層が少なくとも３層の磁性体層が積層されて成り、素子の面内方向の外周寸法が磁性体層の合計の厚さの４倍以下であり、かつ各磁性体層の単層の厚さの３倍以上であり、磁性体層のうち最も比抵抗の大きい磁性体層が他の磁性体層に挟まれて配置されている磁気記憶素子に対して、この磁気記憶素子を加熱して、最も比抵抗の大きい磁性体層をこの磁性体層のキュリー点以上まで温度上昇させ、その状態で磁気記憶素子に対して膜厚方向の磁界を印加し、この磁界を印加した状態で加熱を停止してキュリー点以下に冷却して、磁気記憶素子に磁化状態の記録を行うものである。
【００１５】
本発明の磁気記憶装置は、情報を磁性体の磁化により保持する記憶層が少なくとも３層の磁性体層が積層されて成り、素子の面内方向の外周寸法が磁性体層の合計の厚さの４倍以下であり、かつ各磁性体層の単層の厚さの３倍以上であり、磁性体層のうち最も比抵抗の大きい磁性体層が他の磁性体層に挟まれて配置されている磁気記憶素子と、互いに交差する第１の配線と第２の配線とを有し、第１の配線と第２の配線とが交差する交点に、それぞれ磁気記憶素子が配置されて成るものである。
【００１６】
上述の本発明の磁気記憶素子の構成によれば、情報を保持する記憶層が少なくとも３層の磁性体層が積層されて成り、素子の面内方向の外周寸法が磁性体層の合計の厚さの４倍以下であり、かつ各磁性体層の単層の厚さの３倍以上であり、磁性体層のうち最も比抵抗の大きい磁性体層が他の磁性体層に挟まれて配置されていることにより、磁気記憶素子を加熱すると、最も比抵抗の大きい磁性体層が、他の磁性体層よりも大きく温度上昇する。そして、最も比抵抗の大きい磁性体層をそのキュリー点以上に温度上昇させれば、この最も比抵抗の大きい磁性体層を非磁性化して、この磁性体層を挟む他の磁性体層を２つの磁性体に分断することが可能になる。これにより、記憶層の保磁力が、分断された各磁性体層の膜厚方向の保磁力となって低下するため、磁界により磁性体層の磁化の向きを変化させて、記憶層に情報の記録を行うことが可能になる。
一方、加熱していない状態では、３層以上の磁性体層が一体の磁性体となり、記憶層の膜厚方向の保磁力が大きくなるため、記録された情報を安定して保持することができる。
また、素子の面内方向の外周寸法が磁性体層の合計の厚さの４倍以下であり、かつ各磁性体層の単層の厚さの３倍以上であることにより、一体の磁性体となったときの記憶層の膜厚方向の保磁力を大きくすることができると共に、加熱により分断されたときの各磁性体層の膜厚方向の保磁力を小さくして面内方向の静磁気的結合を形成することができる。
【００１７】
上述の本発明の磁気記憶素子の記録方法によれば、上述の本発明の磁気記憶素子に対して、この磁気記憶素子を加熱して、最も比抵抗の大きい磁性体層をこの磁性体層のキュリー点以上まで温度上昇させ、その状態で磁気記憶素子に対して膜厚方向の磁界を印加し、最も比抵抗の大きい磁性体層をそのキュリー点以上まで温度上昇させて非磁性化して、最も比抵抗の大きい磁性体層を挟む他の磁性体層を２つの磁性体に分断して保磁力を低下させることができ、その保磁力が低下した状態で膜厚方向の磁界を印加することにより、記憶層の磁化状態を変化させることができる。
そして、この磁界を印加した状態で加熱を停止してキュリー点以下に冷却することにより、冷却によって最も比抵抗の大きい磁性体層の磁化が復活したときに、磁界の向きに応じて記憶層の３層以上の磁性体層の磁化が揃った状態になり、磁化状態の記録がなされる。
一体の磁性体となって磁化が揃った状態では、保磁力が大きくなるため、いったん記録した磁化状態を安定して保持することができる。
【００１８】
上述の本発明の磁気記憶装置の構成によれば、上述の本発明の磁気記憶素子と、互いに交差する第１の配線と第２の配線とを有し、第１の配線と第２の配線とが交差する交点に、それぞれ磁気記憶素子が配置されて成ることにより、磁気記憶素子に対して上述した記録方法により記録を行うことが可能である。
【００１９】
【発明の実施の形態】
本発明は、情報を磁性体の磁化により保持する磁気記憶素子であって、情報を保持する記憶層が少なくとも３層の磁性体層が積層されて成り、素子の面内方向の外周寸法が磁性体層の合計の厚さの４倍以下であり、かつ各磁性体層の単層の厚さの３倍以上であり、磁性体層のうち最も比抵抗の大きい磁性体層が他の磁性体層に挟まれて配置されている磁気記憶素子である。
【００２０】
また本発明は、上記磁気記憶素子において、記憶層を構成する各磁性体層が、室温において、膜厚方向に磁化されている構成とする。
【００２１】
また本発明は、上記磁気記憶素子において、最も比抵抗の大きい磁性体層の比抵抗の大きさが、他の磁性体層の２倍以上である構成とする。
【００２２】
本発明は、情報を磁性体の磁化により保持する記憶層が少なくとも３層の磁性体層が積層されて成り、素子の面内方向の外周寸法が磁性体層の合計の厚さの４倍以下であり、かつ各磁性体層の単層の厚さの３倍以上であり、磁性体層のうち最も比抵抗の大きい磁性体層が他の磁性体層に挟まれて配置されている磁気記憶素子に対して、この磁気記憶素子を加熱して、最も比抵抗の大きい磁性体層をこの磁性体層のキュリー点以上まで温度上昇させ、その状態で磁気記憶素子に対して膜厚方向の磁界を印加し、この磁界を印加した状態で加熱を停止してキュリー点以下に冷却して、磁気記憶素子に磁化状態の記録を行う磁気記憶素子の記録方法である。
【００２３】
本発明は、情報を磁性体の磁化により保持する記憶層が少なくとも３層の磁性体層が積層されて成り、素子の面内方向の外周寸法が磁性体層の合計の厚さの４倍以下であり、かつ各磁性体層の単層の厚さの３倍以上であり、磁性体層のうち最も比抵抗の大きい磁性体層が他の磁性体層に挟まれて配置されている磁気記憶素子と、互いに交差する第１の配線と第２の配線とを有し、第１の配線と第２の配線とが交差する交点に、それぞれ磁気記憶素子が配置されて成る磁気記憶装置である。
【００２４】
また本発明は、上記磁気記憶装置において、第１の配線及び第２の配線から、上記磁気記憶素子に電流を流すことが可能である構成とする。
【００２５】
本発明の一実施の形態として、磁気記憶素子の概略構成図を図１に示す。
この磁気記憶素子１０は、情報が磁化の向きにより記録される記憶層となるものであり、２層の厚い磁性体層１１Ａ及び１１Ｂの間に、薄い磁性体層１２が挟まれた３層の磁性体層の積層構造となっている。
【００２６】
各磁性体層１１Ａ，１２，１１Ｂの材料としては、Ｆｅ，Ｃｏ，Ｎｉを主成分にした強磁性体でも良いし、希土類金属と遷移金属との合金から成るフェリ磁性体でも良く、またＣｒＯ２やＦｅ２Ｏ３等の酸化物磁性体を主体としたものでも良い。
【００２７】
また、これら３層の磁性体層１１Ａ，１２，１１Ｂは、垂直磁化膜となるように構成されている。即ち、垂直磁化膜となるように、膜厚と膜面方向の寸法とが規定されている。
このように膜厚と膜面方向の寸法とを規定することにより、形状異方性の効果で垂直方向に磁化させることができる。
【００２８】
さらに、本実施の形態の磁気記憶素子１０では、厚い磁性体層１１Ａ及び１１Ｂの間に挟まれた薄い磁性体層１２が、厚い磁性体層１１Ａ及び１１Ｂよりも大きい比抵抗を有している構成とする。
【００２９】
より好ましくは、薄い磁性体層１２の比抵抗を、厚い磁性体層１１Ａ及び１１Ｂの比抵抗の２倍以上とする。
【００３０】
これにより、磁気記憶素子１０を加熱したときに、大きい比抵抗を有する薄い磁性体層１２の方が加熱による温度上昇が大きくなるため、薄い磁性体層１２が先にキュリー点以上の温度になり磁化が消失する、即ち非磁性化する。
このように間の薄い磁性体層１２が非磁性化すると、薄い磁性体層１２を通じて形成されていた、上下の厚い磁性体層１１Ａ及び１１Ｂの磁気的結合が切断される。
これにより、磁性体が個々の磁性体層１１Ａと１１Ｂに分かれて厚さが薄くなり、保磁力を低減することができる。
【００３１】
さらに、本実施の形態の磁気記憶素子１０では、特に、各磁性体層１１Ａ，１２，１１Ｂの膜厚と、膜面方向の寸法とが、上述したように各磁性体層１１Ａ，１２，１１Ｂが垂直磁化膜になるだけでなく、磁化の反転による記録と記録された磁化の安定した保持とを共に実現することが可能なように規定するものである。
即ち、図１に示すように上下の厚い磁性体層１１Ａ，１１Ｂの膜厚をｄ１、間の薄い磁性体層の膜厚をｄ２（＜ｄ１）、磁性体層１１Ａ，１２，１１Ｂの総厚さをＤ（＝ｄ１＋ｄ２＋ｄ１）とするとき、磁気記憶素子１０の面内方向の外周寸法が、磁性体層の総厚さＤの４倍以下であり、かつ上下の厚い磁性体層（比抵抗の小さい磁性体層）１１Ａ，１１Ｂの厚さｄ１の３倍以上である構成とする。
【００３２】
このように規定することにより、磁気記憶素子１０の面内方向の寸法（縦・横等）が、磁性体層の総厚さＤから見れば比較的小さく、上下の磁性体層の厚さｄ１から見れば比較的大きくなる。
これにより、磁気記憶素子１０に電流を流していない、３層の磁性体層１１Ａ，１２，１１Ｂが一体の磁性体となっているときには、厚さＤが面内方向の寸法に比して比較的大きいので、膜厚方向（上下方向）の保磁力が大きくなる。膜厚方向の保磁力が大きいと、形状による磁気異方性のみで垂直磁化により記録された磁化を安定して保持することができる。
一方、磁気記憶素子１０に電流を流して、磁性体が２つの厚い磁性体層１１Ａ，１１Ｂに分断されているときには、膜厚ｄ１が面内方向の寸法に比して比較的小さいので、膜厚方向（上下方向）の保磁力が小さくなる。膜厚方向の保磁力が小さいことにより、記録時に各磁性体層の磁化を面内方向に向けやすくなる、即ち面内方向の静磁気結合が形成されやすくなり、また小さい磁界で磁化の反転をすることが可能になる。
【００３３】
続いて、上述の構成を有する本実施の形態の磁気記憶素子１０において、情報を記録する方法を説明する。
【００３４】
ここでは、室温状態において、図２Ａに示すように、各磁性体層１１Ａ，１２，１１Ｂの磁化がいずれも下向きである場合において、この各磁性体層１１Ａ，１２，１１Ｂの磁化を上向きに反転して情報を記録する手順を示す。
まず、磁気記憶素子１０の膜厚方向に（上向き又は下向きの）電流を流す。この電流により磁気記憶素子１０が加熱されるため、特に大きい比抵抗を有する薄い磁性体層１２の温度が大きく上昇する。
【００３５】
そして、薄い磁性体層１２がキュリー点を越えて磁化が消失すると、薄い磁性体層１２が非磁性化して上下の厚い磁性体層１１Ａ及び１１Ｂの磁気的結合が切れる。これにより、図２Ｂに示すように、厚い磁性体層１１Ａ及び１１Ｂにおいて静磁気的な結合が生じて、磁化が面内方向かつ互いに反平行に配列する。
このような状態では、膜厚方向の保磁力が小さくなるので、上向きの磁界Ｈ（図２Ｃ参照）を印加することにより、磁化の向きを反転させることが可能になる。
【００３６】
次に、図２Ｃに示す上向きの磁界Ｈを印加し、この磁界Ｈを印加した状態で電流を停止して磁気記憶素子１０を冷却させると、薄い磁性体層１２に磁化が復活し、厚い磁性体層１１Ａ及び１１Ｂの磁気的結合が形成されて、３層の磁性体層１１Ａ，１２，１１Ｂに磁界Ｈの向きと同じ上向きの磁化が生じる。
その後磁界Ｈを取り除いて、記録が終了する。
【００３７】
一方、磁気記憶素子１０の磁化を、図２Ａ〜図２Ｃとは反対に、上向きから下向きに反転させるときには、磁界の向きを下向きにすればよい。
【００３８】
このようにして、磁気記憶素子１０に、記録する情報に対応して、上向き或いは下向きの磁化情報が記録される。
【００３９】
上述の本実施の形態の磁気記憶素子１０の構成によれば、膜厚と面内方向の寸法を上述したように規定することによって磁気記憶素子１０を垂直磁化膜としていることにより、電流を流していないときには、３層の磁性体層１１Ａ，１２，１１Ｂが一体の磁性体となっていて、かつ磁気記憶素子１０の総厚さＤが面内方向の寸法から見て大きくなり、膜厚方向の保磁力が大きくなる。これにより、垂直磁化により記録した情報を安定して保持することができる。
【００４０】
また、３層の磁性体層１１Ａ，１２，１１Ｂのうち間に挟まれた薄い磁性体層１２が、上下の磁性体層１１Ａ，１１Ｂよりも大きい比抵抗を有することにより、磁気記憶素子１０に電流を流して加熱すると、比抵抗の大きい磁性体層１２が大きく温度上昇してキュリー点を超えた温度になり、非磁性化する。このとき、上下の磁性体層１１Ａ，１１Ｂに面内方向の静磁気的結合が生じる。
そして、磁性体層１１Ａ，１１Ｂの厚さｄ１が面内方向の寸法から見て小さくなっているため、膜厚方向の保磁力が小さくなり、面内方向の静磁気結合を生じ易く、また磁化を反転しやすくなる。これにより、小さな磁界で記録することが可能になる。
【００４１】
従って、本実施の形態の磁気記憶素子１０を用いることにより、磁気記憶素子１０を高密度に集積しても磁化を安定させることができると共に、小さな磁界（磁場）で容易に記録することができ、安定して正確に情報の記録を行うことができる磁気記憶装置を構成することが可能になる。
【００４２】
そして、マトリクス状に直交配置させたそれぞれ複数本の第１の配線及び第２の配線の交点に、本実施の形態の磁気記憶素子１０を配置することにより、ＭＲＡＭ等の磁気記憶装置を構成することができる。
【００４３】
次に、本発明の磁気記憶装置の一実施の形態として、上述の実施の形態の磁気記憶素子１０を用いて構成した磁気記憶装置の概略構成図（斜視図）を図３に示す。また、図３に示した磁気記憶装置の平面図を図４に示す。なお、多数配置された磁気記憶素子１０のうち、図３では縦２個・横２個分を図示し、図４では縦４個・横４個分を図示している。
【００４４】
この磁気記憶装置４０は、図３及び図４に示すように、マトリクス状に直交配置させたそれぞれ多数の第１の配線（例えばビット線）２１及び第２の配線（例えばワード線）２２の交点に、平面形状が長方形状とされ、図１に示した構造を有する磁気記憶素子１０を配置して構成されている。
各磁気記憶素子１０は、図１に示したように、薄い磁性体層１２を挟んで２層の厚い磁性体層１１Ａ，１１Ｂが配置されている。
【００４５】
このように磁気記憶装置４０を構成した場合、例えば次のようにして磁気記憶素子１０に対して記録を行う。
【００４６】
まず、多数ある第１の配線２１及び第２の配線２２から、記録を行う磁気記憶素子１０に対応するそれぞれ１本の第１の配線２１及び第２の配線２２を選択し、第１の配線２１と第２の配線２２に電流を流して、記録を行う磁気記憶素子１０に対して膜厚方向（図中上下方向）の電流を流す。
これにより、薄い磁性体層１２が温度上昇して、キュリー点を超えて非磁性化するので、磁気記憶素子１０に記憶する情報の内容（「０」或いは「１」）に対応して、磁気記憶素子１０に印加する磁界の向きを設定して、磁界を印加する。
【００４７】
このとき、電流を流して、薄い磁性体層１２のキュリー温度を超えた温度まで温度上昇させてから、磁界を印加して記録を行うように設定する。
言い換えると、薄い磁性体層１２のキュリー温度を、記録時の温度以下に設定しておけばよい。
【００４８】
そして、磁気記憶素子１０に印加する磁界を印加した状態で、第１の配線２１及び第２の配線２２に流していた電流を停止して、磁気記憶素子１０に流れる電流をなくし、磁気記憶素子１０を冷却させる。
これにより、薄い磁性体層１２の磁化が復活し、３層の磁性体層１１Ａ，１２，１１Ｂの磁化の向きが膜厚方向となる。即ち磁気記憶素子１０全体が垂直磁化となり、その磁化の向きが磁界の向き、即ち情報の内容に対応した磁化の向きになる。そして、磁界を除去することにより、磁気記憶素子１０への磁化情報の記録が終了する。
【００４９】
これらの過程を、情報の記録（書き換え）が必要な磁気記憶素子１０に対して繰り返して、情報の記録が必要な全ての磁気記憶素子１０に情報の記録を行うことができる。
【００５０】
上述したように記録を行うことにより、選択された磁気記憶素子１０では、対応する第１の配線２１及び第２の配線２２から磁気記憶素子１０に電流を流して、薄い磁性体層１２を非磁性化して磁気記憶素子１０の膜厚方向の保磁力を低下させると共に、記録する情報の内容に対応して向きが設定された磁界が印加されて、この磁界により磁気記憶素子１０に磁化状態が記録される。
一方、選択されていない磁気記憶素子１０では、対応する第１の配線２１及び第２の配線２２から磁気記憶素子１０に電流が流れない。一方の配線２１或いは２２が選択された磁気記憶素子１０と共通であっても、他方の配線が共通でなければ磁気記憶素子１０には電流が流れない。このため、３層の磁性体層１１Ａ，１２，１１Ｂが一体の磁性体のままであり、膜厚方向の保磁力が大きく、記録された磁化状態を安定して保持することができる。
【００５１】
上述の本実施の形態の磁気記憶装置４０の構成によれば、記録する際には磁気記憶素子１０の膜厚方向の保磁力を低下させて容易に記録を行うことができ、いったん記録された磁化状態は、改めて記録を行うまで安定して保持することができる。
そして、記録容量を大きくするために磁気記憶素子を微小化するほど、保磁力が増大して記録を行うことが難しくなり、また垂直磁化を安定して保持することが難しくなる傾向があるため、本実施の形態の磁気記憶装置４０は、記憶容量を増大させるために好適である。
【００５２】
ここで、図１に示した実施の形態の磁気記憶素子１０を実際に作製して、磁気特性を調べた。
上下の厚い磁性体層１１Ａ，１１Ｂを厚さ７０ｎｍのＮｉ膜により形成し、間の薄い磁性体層１２を厚さ１０ｎｍのＣｏＲｕ−ＳｉＯ２膜により形成し、磁気記憶素子１０を構成した。
Ｎｉ膜の比抵抗は１０μΩｃｍ、ＣｏＲｕ−ＳｉＯ２膜の比抵抗は８００μΩｃｍである。
磁気記憶素子１０の作製においては、これら３層の磁性体層１１Ａ，１２，１１Ｂを成膜した後、ＦＩＢ（フォーカスド・イオン・ビーム）加工によって、面内方向の寸法が１００ｎｍ角となるように加工した。
【００５３】
この磁気記憶素子１０の垂直方向の磁化を極カー効果で測定した。結果を図５Ａ及び図５Ｂに示す。素子に電流を流していない状態の磁化Ｍを図５Ａに示し、１素子当たり５ｍＡの電流を流した状態の磁化Ｍを図５Ｂに示す。
【００５４】
図５Ａと図５Ｂを比較すると、電流を流すことにより保磁力が小さくなることがわかる。従って、素子に電流を流すことにより、容易に書き込むことができるようになることがわかる。
【００５５】
ところで、図１に示した実施の形態の磁気記憶素子１０は、直方体状（四角柱状）となっていた。
本発明において、磁気記憶素子の形状は直方体状（四角柱状）に限定されるものではなく、円筒状や楕円柱状でも良いし、上面と底面の寸法が多少違ってもよい（例えば断面台形状）が、平均として上述した条件を満たせばよい。
【００５６】
例えば楕円柱状の磁気記憶素子２０を形成して、同様に第１の配線２１及び第２の配線２２を配置した磁気記憶装置５０の概略構成図を図６及び図７に示す。なお、多数配置された磁気記憶素子２０のうち、図６では縦２個・横２個分を図示し、図７では縦４個・横４個分を図示している。
【００５７】
この磁気記憶装置５０においても、先に示した磁気記憶装置４０と同様に、記録する際には容易に記録を行うことができる一方で、記録された磁化状態は安定して保持することができる。
そして、この磁気記憶装置５０も、先に示した磁気記憶装置４０と同様に、記憶容量を増大させるために好適である。
【００５８】
ここで、磁気記憶素子の磁性体層の寸法と保磁力との関係を、マイクロマグネティックにより計算した。
具体的には、磁気記憶素子の形状が直方体状である場合と、楕円柱状である場合に、磁性体の厚さｚと面内方向の寸法（縦横又は長軸・短軸）ｘ、ｙを変えたときの膜厚方向の保磁力の変化を求めた。
図１に示した３層の磁性体層１１Ａ，１２，１１Ｂにより磁気記憶素子１０を構成し、薄い磁性体層１２の厚さを１０ｎｍとした。
そして、面内方向の寸法（縦横又は長軸・短軸）ｘ、ｙを、それぞれｘ＝５０ｎｍ，ｙ＝５０ｎｍ、ｘ＝５０ｎｍ，ｙ＝７０ｎｍ、ｘ＝７０ｎｍ，ｙ＝７０ｎｍとした３つの場合について、磁性体の厚さｚを変化させて膜厚方向の保磁力を計算した。即ち、３層の磁性体層１１Ａ，１２，１１Ｂが一体の磁性体となっているときには、磁性体の厚さｚが磁気記憶素子１０の総厚さＤとなり、薄い磁性体層１２が非磁性化して上下の磁性体層１１Ａ，１１Ｂに分断されているときには、磁性体の厚さｚは上下の磁性体層１１Ａ，１１Ｂの厚さｄ１となる。
磁気記憶素子を直方体状として、一体の磁性体となっているときの膜厚と保磁力との関係を図８に示す。
磁気記憶素子を直方体状として、磁性体が上下の磁性体層に分断されているときの各磁性体層の膜厚と保磁力との関係を図９に示す。
また、磁気記憶素子を楕円柱状として、一体の磁性体となっているときの膜厚と保磁力との関係を図１０に示す。
磁気記憶素子を楕円柱状として、磁性体が上下の磁性体層に分断されているときの各磁性体層の膜厚と保磁力との関係を図１１に示す。
【００５９】
一体の磁性体となっているときには、図８及び図１０より、磁性体の厚さｚが大きくなるに従い保磁力も大きくなり、面内方向の寸法ｘ，ｙに比較して厚さｚが大きくなると保磁力が大きくなることがわかる。
磁性体が上下の磁性体層に分断されているときには、図９及び図１１より、この場合も磁性体の厚さｚが大きくなるに従い保磁力も大きくなり、面内方向の寸法ｘ，ｙに比較して厚さｚが大きくなると保磁力が大きくなることがわかる。さらに、上下の磁性体層に分断されているときには、層間の磁気的な影響により、保磁力が増大し始める厚さｚが一体の磁性体となっている場合よりも若干小さくなる。
【００６０】
そして、磁気記憶素子１０が一体の磁性体となっている場合には保磁力が大きく、上下の磁性体層１１Ａ，１１Ｂに分断されている場合には保磁力が小さくなることが望ましいため、磁気記憶素子１０の総厚さＤが面内方向の寸法ｘ，ｙに対して比較的大きいと共に、上下の磁性体層１１Ａ，１１Ｂの厚さｄ１が面内方向の寸法ｘ，ｙに対して比較的小さい構成とする必要がある。
【００６１】
なお、多数の磁気記憶素子が配列された磁気記憶装置において、各磁気記憶素子に対して記録を行う際には、周囲の磁気記憶素子から受ける磁界があるため、その磁界を超える大きさの記録用磁界を与えなければ所望の記録ができない。
そこで、周囲の磁気記憶素子から受ける磁界を低減するために、各磁気記憶素子に記録する情報の内容を「０」又は「１」の一方に偏らないようにすることも考えられる。
【００６２】
例えば１万個の磁気記憶素子のうち、２００個の磁気記憶素子に対して、「０」を１５０個、「１」を５０個、それぞれ記録しようとする場合を想定する。
もし、記録する２００個を固めて（例えば１０行×２０列にまとめて）しまうと、「０」が集中してしまい、「０」が多く集まった部分では周囲の磁気記憶素子から受ける磁界が大きくなって、所望の記録が困難になる。
そこで、記録する２００個を１万個の中にうまく分散させるように、コンピュータプログラム等で振り分けて制御すれば、容易に所望の記録を行うことができる。
【００６３】
上述の実施の形態では、上下の磁性体層１１Ａ，１１Ｂと間に挟まれた比抵抗の大きい薄い磁性体層１２の３層構造としたが、上下の磁性体層やその間に挟まれた比抵抗の大きい磁性体層を複数の磁性体層の積層として、４層以上の磁性体層により磁気記憶素子を構成することも可能である。
また、上下の磁性体層と磁気記憶素子の外部とを接続する部分に非磁性層（例えば電極層等）を設けても良い。
【００６４】
また、間に挟まれた比抵抗の大きい磁性体層は、図１や図５の測定で用いた試料では上下の磁性体層よりも充分薄くなっているが、少なくとも上下の磁性体層の膜厚以下であればよい。
比抵抗の大きい磁性体層を充分薄くした場合のメリットは、熱容量が小さくなり温度上昇がしやすくなること、非磁性となったときに上下の磁性体層に静磁気的な結合ができやすくなること、等が挙げられる。
【００６５】
さらに、この比抵抗の大きい磁性体層は、磁気記憶素子の磁気的中心にあって、磁化量のほぼ中心をなすことが好ましいが、本発明においてはそれ以外の構成も含むものとする。
【００６６】
また、磁気記憶素子を加熱する方法としては、上述した配線から磁気記憶素子に直接電流を流す方法以外も可能であり、例えば磁気記憶素子の外部に加熱手段を設けて加熱手段から加熱を行う方法も考えられる。
配線から磁気記憶素子に直接電流を流す構成としたときには、図３に示した磁気記憶装置４０において、第１の配線２１及び第２の配線２２から電流を流せばよいので、情報を記録する磁気記憶素子の選択と加熱とを共に行うことができる点で有利である。
【００６７】
さらに、本発明において、磁気記憶素子の磁化状態を検出するための構成は、特に限定されるものではない。例えば、磁気トンネル接合素子（ＴＭＲ素子）、巨大磁気抵抗効果素子（ＧＭＲ素子）や、ホール素子等を採用することが可能である。
【００６８】
本発明は、上述の実施の形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲でその他様々な構成が取り得る。
【００６９】
【発明の効果】
上述の本発明によれば、磁気記憶素子を加熱していない場合には、磁性体層が一体の磁性体として作用して膜厚方向の保磁力が大きくなるため、記録された情報を安定して保持することができる。
また、磁気記憶素子を加熱することにより、磁性体層が分断されて膜厚方向の保磁力が小さくなるため、小さい磁界で記録することが可能になる。
従って、本発明によれば、安定して情報を記録することができる磁気記憶装置を構成することが可能になる。
【００７０】
そして、特に磁気記憶素子の総厚さ及び分断された磁性体層の膜厚と、面内方向の外周寸法との関係が所定範囲内に規定されていることにより、一体の磁性体となっているときの膜厚方向の保磁力をより大きく、かつ分断されているときの膜厚方向の保磁力をより小さくすることができる。
これにより、磁気記憶素子が微小化されても、また磁気記憶素子が高密度に集積されて近接する素子からの磁界の影響が大きくなっても、容易に情報の記録を行い、かつ記録した情報を安定して保持することができる。
磁気記憶装置において、記憶容量を大きくするために磁気記憶素子を微小化するほど、また磁気記憶素子を高密度に集積するほど、情報の記録や記録した情報の保持が難しくなる傾向があるため、本発明は磁気記録装置の記憶容量を増大させるために有効である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の磁気記憶素子の一実施の形態の概略構成図である。
【図２】Ａ〜Ｃ  図１の磁気記憶素子の記録動作を説明する図である。
【図３】図１の磁気記憶素子を用いた磁気記憶装置の概略構成図（斜視図）である。
【図４】図３の磁気記憶装置の平面図である。
【図５】図１の磁気記憶素子に流す電流の有無による磁気特性の変化を示す図である。Ａ  電流を流していない状態の磁化曲線である。Ｂ  電流を流した状態の磁化曲線である。
【図６】本発明の磁気記憶装置の他の形態の概略構成図（斜視図）である。
【図７】図６の磁気記憶装置の平面図である。
【図８】磁気記憶素子を直方体状として、一体の磁性体となっているときの膜厚と保磁力との関係を示す図である。
【図９】磁気記憶素子を直方体状として、磁性体が上下の磁性体層に分断されているときの各磁性体層の膜厚と保磁力との関係を示す図である。
【図１０】磁気記憶素子を楕円柱状として、一体の磁性体となっているときの膜厚と保磁力との関係を示す図である。
【図１１】磁気記憶素子を楕円柱状として、磁性体が上下の磁性体層に分断されているときの各磁性体層の膜厚と保磁力との関係を示す図である。
【符号の説明】
１０，２０  磁気記憶素子、１１Ａ，１１Ｂ，１２  磁性体層、２１  第１の配線、２２  第２の配線、４０，５０  磁気記憶装置
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【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】
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