(57)【要約】【課題】ＭＲＡＭで用いられる磁気記憶素子の保磁力を下げることなく、少ない記憶電流で記録できる磁気記憶素子及び磁気記憶素子の記録方法を提供する。【解決手段】磁気記憶素子１が少なくとも第１の磁性層２、非磁性層３、第３の磁性層４、第２の磁性層５を積層した構成であり、２つの異なる磁化の温度特性を有する磁性層２，５を非磁性層３を介して積層した構造である。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも第１の磁性層、非磁性層、第２の磁性層が積層されてなり、前記第１の磁性層が遷移金属を主成分とする強磁性体あるいは遷移金属原子による磁化の大きさが希土類原子による磁化の大きさよりも大きい希土類金属−遷移金属合金のフェリ磁性体から成り、前記第２の磁性層が補償温度を有する希土類金属−遷移金属合金を含むフェリ磁性体から成り、
前記第１の磁性層の遷移金属原子の磁気モーメントと前記第２の磁性層の希土類原子の磁気モーメントが平行になるように磁気的結合していることを特徴とする磁気記憶素子。
【請求項２】
前記第２の磁性層と前記非磁性層との間に、遷移金属を主成分とする強磁性層が形成されていることを特徴とする請求項１記載の磁気記憶素子。
【請求項３】
前記第１の磁性層及び第２の磁性層がいずれも非晶質層であることを特徴とする請求項１記載の磁気記憶素子。
【請求項４】
少なくとも第１の磁性層、非磁性層、第２の磁性層が積層されてなり、前記第１の磁性層が遷移金属を主成分とする強磁性体あるいは遷移金属原子による磁化の大きさが希土類原子による磁化の大きさよりも大きい希土類金属−遷移金属合金のフェリ磁性体から成り、前記第２の磁性層が補償温度を有する希土類金属−遷移金属合金を含むフェリ磁性体から成り、
前記第１の磁性層の遷移金属原子の磁気モーメントと前記第２の磁性層の希土類原子の磁気モーメントが平行になるように磁気的結合している磁気記憶素子に対して、
前記磁気記憶素子を局所的に加熱し、
前記第１の磁性層の磁化量と前記第２の磁性層の磁化量が等しくなる温度で磁界を印加し、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】
前記加熱を磁気記憶素子に直接電流を流して行うことを特徴とする請求項４記載の磁気記憶素子の記録方法。
【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に関する。
【０００２】
【従来の技術】
パーソナルコンピュータなどの情報機器では、高速動作、高密度、大容量のランダム・アクセス・メモリ（ＲＡＭ）として、ダイナミックＲＡＭ（ＤＲＡＭ）が広く普及している。ＤＲＡＭの設計ルールの微細化が進むにつれ、トランジスタの微細化は進んだが、キャパシタの微細化については、容量を確保するために例えばトレンチ構造で容量を稼ぐ方法を採ってきた。しかしながら、更なるＤＲＡＭの高密度化に伴い、キャパシタの容量を確保するには、これまでのトレンチ構造による方法の技術的な壁が大きな問題となっていた。
また、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性メモリが望まれている。
不揮発性メモリとしてＦＬＡＳＨメモリが広く普及しているが、しかし、ＦＬＡＳＨメモリでは、書き換え回数の制限やセル縮小化による寄生効果の問題を抱えており、ＤＲＡＭの置き換えまでには至っていない。そこで、不揮発性メモリの次なる候補として、磁性体の磁化を利用して情報を記録する磁気ランダム・アクセス・メモリ（ＭＲＡＭ）が注目され、開発が進められている。
【０００３】
ＭＲＡＭは、多数の磁気記憶素子によって構成されており、それぞれをワード線とビット線で接続することで書き込みや読出しを行っている。ＭＲＡＭの磁気記憶素子は、磁性体で構成される記憶層内の磁化の向きにより、記憶状態の「０」「１」を決定している。
【０００４】
ＭＲＡＭは、構造を単純化できるため、ＤＲＡＭで問題化してきている、更なる高密度化を実現することが可能である。また、各記憶層の磁気モーメントの向き（磁化の向き）で記録を行うため、ＤＲＡＭなみの書き換え可能回数、書き換え時間、読出し時間を可能にすることが期待されている（例えば、非特許文献１参照）。
【０００５】
【非特許文献１】
日経エレクトロニクス  ２００１．２．１２（第１５２−１７１頁、表１  ）
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
ＭＲＡＭを構成する磁気記憶素子の記憶層は、磁性体を長方形や楕円の形状にすることで発生する反磁界を用いて、安定した磁化状態を保持している。しかし、磁性体のサイズを縮小すると保磁力が増加してしまう。
【０００７】
また、ＭＲＡＭではワード線やビット線の電流による磁界を印加して磁気記憶素子に記録を行っており、磁気記憶素子のサイズの縮小化によって保磁力の増加を招き、記録時により大きな電流が必要になる。即ち、ＭＲＡＭの記憶容量を増加しようとすると、大電流を消費することとなる。そこで、磁気記憶素子の記録電流を下げるのに保磁力を抑えることが必要である。
一方、磁気記憶素子のサイズを小さくしたときに、記録情報を安定的に保持するためには、ある程度の大きさの保磁力が必要であり、記録電流の低減を目指すという課題に相反する問題を持っていた。
【０００８】
本発明は、前記の問題を解決することを目的とし、記録情報を安定的に保持することができると共に、小さい磁界で記録を行うことができる磁気記憶素子及び磁気記憶素子の記録方法を提供するものである。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明に係る磁気記憶素子は、少なくとも第１の磁性層、非磁性層、第２の磁性層が積層されてなり、第１の磁性層が遷移金属を主成分とする強磁性体あるいは遷移金属原子による磁化の大きさが希土類原子による磁化の大きさよりも大きい希土類金属−遷移金属合金のフェリ磁性体から成り、第２の磁性層が補償温度を有する希土類金属−遷移金属合金を含むフェリ磁性体から成り、第１の磁性層の遷移金属原子の磁気モーメントと第２の磁性層の希土類原子の磁気モーメントが平行になるように磁気的結合している構成とする。
【００１０】
本発明に係る磁気記録素子の記録方法は、少なくとも第１の磁性層、非磁性層、第２の磁性層が積層されてなり、第１の磁性層が遷移金属を主成分とする強磁性体あるいは遷移金属原子による磁化の大きさが希土類原子による磁化の大きさよりも大きい希土類金属−遷移金属合金のフェリ磁性体から成り、第２の磁性層が補償温度を有する希土類金属−遷移金属合金を含むフェリ磁性体から成り、第１の磁性層の遷移金属原子の磁気モーメントと第２の磁性層の希土類原子の磁気モーメントが平行になるように磁気的結合している磁気記憶素子に対して、磁気記憶素子を局所的に加熱し、第１の磁性層の磁化量と第２の磁性層の磁化量が等しくなる温度で磁界を印加して、記録を行うようにしている。
【００１１】
本発明の磁気記憶素子において、第１の磁性層は、遷移金属を主成分とする強磁性体あるいは遷移金属原子による磁化の大きさが希土類原子による磁化の大きさよりも大きい希土類金属−遷移金属合金のフェリ磁性体から成るので、第１の磁性層の磁化は遷移金属原子による磁化と同じ向きになり、温度上昇による磁化量の変化は少ない。
一方、第２の磁性層は、補償温度を有する希土類金属−遷移金属合金を含むフェリ磁性体から成るので、室温状態では、希土類原子による磁化の大きさが遷移金属原子による磁化の大きさよりも大きく、第２の磁性層の磁化は希土類原子による磁化と同じ向きになっている。そして、温度上昇により希土類原子による磁化の量が減少していく。
【００１２】
フェリ磁性体とは、例えばＧｄのような希土類元素とＣｏのような遷移金属元素との合金のように、それぞれの原子が磁気モーメントを有し、お互いの磁気モーメントが反平行になっているものである。
【００１３】
そして、補償温度とは、フェリ磁性体において温度変化の大きな希土類元素の磁気モーメントと、温度変化の小さい遷移金属元素の磁気モーメントとがお互い打消し合い、フェリ磁性体の自発磁化が消失する温度である。この補償温度は、磁性層の組成や積層構造により調節することができる。
従って、第２の磁性層の磁化は、補償温度では消失して、補償温度以上の温度では遷移金属原子による磁化と同じ向きになる。
【００１４】
そして、第１の磁性層、非磁性層、第２の磁性層が積層されていることにより、非磁性層を挟む第１及び第２の磁性層の間に比較的強い磁気相互作用が働く。この非磁性層を介した磁気相互作用は、静磁気的な磁気結合とは異なり、第１の磁性層の遷移金属原子による磁化と第２の磁性層の遷移金属原子による磁化とが反平行になるため、第１の磁性層の遷移金属原子による磁化と第２の磁性層の希土類原子による磁化とは平行になる。すなわち、第１の磁性層の磁化と第２の磁性層の磁化が平行な状態で安定化する。補償温度以下の温度ではこのように２つの磁性層の磁化が平行になり、見かけ上の磁化が増加するため、保磁力が大きくなって記憶状態が安定する。
【００１５】
一方、補償温度以上の温度では、非磁性層を挟む第１及び第２の磁性層の間に比較的強い磁気相互作用が働くと共に、第２の磁性層の磁化が第２の磁性層の遷移金属原子による磁化と同じ向きになる。これにより、第１の磁性層の磁化と第２の磁性層の磁化が反平行の状態になり、見かけ上の磁化が小さくなるため、保磁力が小さくなって、容易に小さい磁界で磁化を反転させて記録を行うことができる。
【００１６】
また、本発明の磁気記憶素子においては、第２の磁性層と非磁性層との間に、遷移金属を主成分とする強磁性層を形成した構成も可能である。
補償温度以下の第１の磁性層の磁化及び第２の磁性層の磁化が平行な状態であって、磁気的相互作用が弱い場合には、反磁界によって磁化状態が乱れることがあるが、第２の磁性層と非磁性層との間に遷移金属を主成分とする強磁性層を設けることにより、第１の磁性層と第２の磁性層の磁気的相互作用を強めることができる。
【００１７】
本発明の磁気記憶素子の記録方法によれば、本発明の磁気記憶素子を局所的に加熱し、２つの磁性層の磁化が等しくなる温度で磁界を印加して記録を行うので、見かけ上の磁化がほとんどなくなった状態で記録を行うことができ、非常に小さい磁界で記録を行うことができる。
【００１８】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して本発明の実施の形態を説明する。
【００１９】
本発明に係る磁気記憶素子の一実施の形態の概略断面図を図１に示す。
図１に示す磁気記憶素子１は、少なくとも第１の磁性層２、非磁性層３、第３の磁性層４、第２の磁性層５が積層されて構成されている。
【００２０】
特に第１の磁性層２と第２の磁性層５とは、異なる磁化の温度特性を有している。
すなわち、第１の磁性層２は、温度による磁化の量の変化が少ない層であり、この第１の磁性層２としては、遷移金属を主成分とする強磁性体、または遷移金属原子による磁化の大きさが希土類原子による磁化の大きさよりも大きい希土類金属−遷移金属合金を含むフェリ磁性体を使用することができる。
第２の磁性層５は、温度による磁化の量の変化が大きい層であり、この第２の磁性層５としては、補償温度を有する希土類金属−遷移金属合金を含むフェリ磁性体を使用することができる。この補償温度を有する希土類金属−遷移金属合金では、希土類金属原子による磁化の大きさが遷移金属原子による磁化の大きさよりも大きい。
【００２１】
第１の磁性層２は、遷移金属を主成分とする強磁性体、または遷移金属原子による磁化の大きさが希土類原子による磁化の大きさよりも大きい希土類金属−遷移金属合金を含むフェリ磁性体を使用していることにより、磁性層２全体の磁化の向きが遷移金属原子の磁気モーメントの向きと一致している。
第２の磁性層５は、補償温度を有し、希土類金属原子による磁化の大きさが遷移金属原子による磁化の大きさよりも大きいフェリ磁性体を使用していることにより、希土類金属原子の磁気モーメントの方が遷移金属原子の磁気モーメントよりも大きく、磁性層２全体の磁化の向きが希土類金属原子の磁気モーメントの向きと一致している。
これら第１の磁性層２及び第２の磁性層５が、非磁性層３を介して積層されているため、第１の磁性層２及び第２の磁性層５が反強磁性的に結合して、第１の磁性層２の遷移金属原子の磁気モーメントの向きと第２の磁性層５の希土類原子の磁気モーメントの向きとがお互いに反平行、すなわち第１の磁性層２全体の磁化の向きと第２の磁性層５全体の磁化の向きとが互いに反平行になる。
なお、非磁性層３は、磁気的な悪影響を避けるためには厚さを３ｎｍ以下とすることが好ましく、例えばＣｏを用いた場合には０．３ｎｍ程度で十分である。また、希土類金属−遷移金属合金を含んで成るフェリ磁性体は、垂直磁化膜になりやすい特性を有しているため、垂直磁化になるのを抑制するために少なくとも室温においてある程度の飽和磁束密度を有する必要がある。熱的な安定性を含めると、第１の磁性層２及び第２の磁性層５がともに０．２テスラ以上の飽和磁束密度を有することが望ましい。
【００２２】
さらに、本実施の形態の磁気記憶素子１では、非磁性層３と第２の磁性層５との間に第３の磁性層４が設けられている。この第３の磁性層４には、遷移金属を主成分とする強磁性体を用いる。補償温度以下では、第１の磁性層２及び第２の磁性層５の磁化の向きが平行になるため、これらの磁性層２，５の磁気的相互作用が弱いと反磁界により乱れることがあり、この磁気的相互作用を強めることを目的として、遷移金属を主成分とする強磁性体から成る第３の磁性層４を設けている。
【００２３】
そして、第１の磁性層２、非磁性層３、第３の磁性層４、第２の磁性層５を積層構造の構成とすることにより、磁性体の磁化によって情報を記録する記憶層が構成される。
【００２４】
ここで、磁気記憶素子の形状として、例えば長方形を考えると、単層の磁性体の場合、長手方向に磁化した状態が安定である。磁気記憶素子の形状は、縦横比が大きく、寸法が小さく磁化が大きい方が概して保磁力が大きい。
そこで保磁力を小さくするために、見かけ上の磁化を小さくすることが考えられる。
【００２５】
本実施の形態の磁気記憶素子１は、例えば、それぞれ第１の磁性層２を膜厚５ｎｍの非晶質のＣｏＳｉＢ層、非磁性層３を膜厚０．８ｎｍのＲｕ層、第３の磁性層４を膜厚０．２ｎｍのＣｏ層、第２の磁性層５を膜厚１２ｎｍのＧｄＦｅＣｏ層として、第２の磁性層５のＧｄＦｅＣｏ層の補償温度が１００℃であるように構成することができる。
【００２６】
さらに、第１の磁性層２及び第２の磁性層５をいずれも非晶質層とすると、第１の磁性層２及び第２の磁性層５の抵抗が高くなり、非磁性層３に多く電流が流れる。これにより、電流の中心が非磁性層３になるので、電流による磁界を第１の磁性層３と第２の磁性層５に対し互いに逆向きに作用させることができる。
【００２７】
なお、本実施の形態の磁気記憶素子１において、図１に示す記憶層以外の部分、例えば、磁気記憶素子１を加熱する手段、磁気記憶素子１に磁界を印加する手段、情報を読出す手段等には様々な構成を採用することができる。
【００２８】
次に、図２（ａ）〜（ｄ）を参照して、本実施の形態の磁気記憶素子の記録方法について説明する。なお、図２（ａ）〜（ｄ）では、第１の磁性層２、非磁性層３、第２の磁性層５のみを記載して、第３の磁性層４の図示を省略した。ここで、各磁性層内に存在する磁気モーメントのうち希土類原子の磁気モーメントをＲＥ１  ，ＲＥ２  、遷移金属原子の磁気モーメントをＴＭ１  ，ＴＭ２  、第１の磁性層内の磁気モーメントＲＥ１  とＴＭ１  の差分を表した合成磁化をＨ１  、第２の磁性層内ＲＥ２  とＴＭ２  の差分を表した合成磁化をＨ２  で表す。各磁性層内では、希土類原子の磁気モーメントＲＥ１  ，ＲＥ２  と遷移金属原子の磁気モーメントＴＭ１  ，ＴＭ２  とが互いに逆向きになっている。さらに、非磁性層３を挟んでいることにより反強磁性的な交換結合が生じるため、ＴＭ１  とＴＭ２  、ＲＥ１  とＲＥ２  が互いに逆向きとなっている。
【００２９】
（１）  初期状態（図２（ａ）参照）
この初期状態では、第１の磁性層２では、ＴＭ１  ＞ＲＥ１  であるので、合成磁化Ｈ１  は図のようにＴＭ１  と同じ右向きの磁化となる。また、第２の磁性層５内では、ＲＥ２  ＞ＴＭ２  であるので、合成磁化Ｈ２  は、図のようにＲＥ２  と同じ右向きの磁化となる。すなわち、合成磁化Ｈ１  とＨ２  は、平行な向きの磁化となるため大きな保磁力を有しており、安定的な状態である。
【００３０】
（２）  加熱状態（図２（ｂ）参照）
この加熱状態では、第１の磁性層２及び第２の磁性層５の希土類原子の磁気モーメントＲＥ１  ，ＲＥ２  が、温度上昇により極めて小さくなる。これにより、遷移金属原子の磁気モーメントＴＭ１  ，ＴＭ２  が残り、第２の磁性層の補償温度以上では各磁性層の合成磁化Ｈ１  ，Ｈ２  もこの磁気モーメントＴＭ１  ，ＴＭ２  と同じ向きになる。すなわち第１の磁性層の合成磁化Ｈ１  は初期状態と同じ右向きに作用し、第２の磁性層５の合成磁化Ｈ２  は左向きに作用するため、合成磁化の向きは反平行となり、保磁力の弱い状態となる。
【００３１】
（３）  外部磁界印加状態（図２（ｃ）参照）
この外部磁界印加状態では、前記（２）加熱状態の影響による、保磁力の弱い状態において外部磁界を（図では左向き）印加する。この左向きの外部磁界の影響を受けて、第１の磁性層内の遷移金属原子の磁化ＴＭ１  が左向きに反転し、これに伴い交換結合している第２の磁性層内の磁化ＴＭ２  も右向きに反転する。これにより、各合成磁化Ｈ１  は左向き、合成磁化Ｈ２  は右向きにそれそれ反転する。すなわち、記憶層に記録した状態となる。
【００３２】
（４）  冷却状態（図２（ｄ）参照）
この冷却状態では、冷却により各磁性層において、希土類原子の磁気モーメントＲＥ１  ，ＲＥ２  が復活する。これら希土類原子の磁気モーメントＲＥ１  ，ＲＥ２  は遷移金属原子の磁気モーメントＴＭ１  ，ＴＭ２  と反対の向きになるため、第１の磁性層では、左向きのＴＭ１  に対して小さい右向きのＲＥ１  が生じ、第２の磁性層では、右向きのＴＭ１  に対して大きい左向きのＲＥ２  が生じる。これにより、合成磁化Ｈ１  は左向き、合成磁化Ｈ２  も左向きとなるため、各合成磁化の向きが平行状態となる。すなわち、合成磁化Ｈ１  ，Ｈ２  によって大きな磁化を持つことで、安定状態となる。
【００３３】
なお、磁気記憶素子に、直接電流を流して加熱を行う構成とすれば、電流により発生する磁界を、第１磁性層２と第２磁性層５に対して互いに逆方向に作用させることが可能になり、これによって電流の流れる方向によって記録後の磁化方向を制御できる。従って、記録磁界の印加をする手段を省くことができるので駆動回路の構造を簡素化することができる。
【００３４】
本実施の形態の磁気記憶素子では、加熱により第１の磁性層２と第２の磁性層５の合成磁化が反平行になって、保磁力が小さくなるので、容易に記録動作を行える。また、加熱後の冷却により磁性層２，５の合成磁化が平行になるため、大きな保磁力を持つこととなる。
本実施の形態の磁気記憶素子を用いてＭＲＡＭを構成することができる。本実施の形態の磁気記憶素子は、加熱により保磁力を下げることができるのでＭＲＡＭにおいて記録に用いる電流磁界を小さくすることができ、また、記録時の消費電力を低減することができる。
【００３５】
上述の実施の形態の磁気記憶素子を適用した磁気ランダム・アクセス・メモリ（ＭＲＡＭ）の構成の一形態を図３に示す。
図３に示すように、磁気記憶素子２１は、トンネルバリア膜２２及び磁化固定膜２３、電流を流して加熱する配線２４、磁界を加える配線２５、各配線に流す電流をコントロールするＭＯＳトランジスタ２６，２７、記録された情報を読出すための読出し用ＭＯＳトランジスタ２８とによって構成される。そして単位磁気記憶素子がマトリックス状に複数配列され、ＭＲＡＭのメモリ領域を構成する。読出し用ＭＯＳトランジスタ２８の一方の主電極は、磁化固定膜２３に接続され、この磁化固定膜２３に磁気記憶素子２１の第１の磁性層側が、トンネルバリア膜２２を介して接続される。磁気記憶素子２１の第２の磁性層側は、磁界を加える配線２５に接続される。また、電流をコントロールするＭＯＳトランジスタ２６の一方の主電極は、加熱する配線２４の一端に接続され、この加熱する配線２４が磁気記憶素子２１の積層構造の一側面に接続されている。さらに電流をコントロールするＭＯＳトランジスタ２７の一方の主電極が磁界を加える配線２５に接続される。
【００３６】
本実施の形態の磁気記憶素子２１の記録は、加熱用配線２４に電流を流しながら、磁界を印加する配線２５に電流を流すことで記録することができる。
磁気記憶素子２１に記録された情報を読出すには、磁気記憶素子に接続しているトンネルバリア膜２２及び磁化固定膜２３を介して、トンネル電流を流し、これを検出する。
【００３７】
なお、加熱を行う手段は、磁気記憶素子の近接した位置に加熱用素子などを配置してもよいし、磁気記憶素子にレーザー光を照射して加熱してもよい。
磁化を検出して情報を読出す手段は、トンネルバリア膜２２及び磁化固定膜２３を形成する代わりに、ホール素子を半導体上に形成してもよい。
【００３８】
ここで、図１に示した磁気記憶素子を作製して、特性を調べた。第１の磁性層２として膜厚５ｎｍのＣｏＳｉＢ層、非磁性層として膜厚０．８ｎｍのＲｕ層、第３の磁性層４として膜厚０．２ｎｍのＣｏ層、第２の磁性層５として膜厚１２ｎｍのＧｄＦｅＣｏ層を形成して積層構造の記憶層を作製した。
この積層構造をフォトリソグラフィーを用いて、短軸２μｍ、長軸４μｍの長方形に加工した。この磁気記憶素子の長軸方向に測定した磁化曲線を図４に示す。
先ず、室温での磁化曲線を図４（ａ）に示す。曲線に囲まれた部分の内部面積が大きいため、磁気記憶素子の磁化状態が安定で、保磁力も大きい。
【００３９】
次に、１５０℃に加熱した時の磁化曲線を図４（ｂ）に示す。曲線に囲まれた部分の内部面積が小さく、この状態では、記憶層の磁化状態を容易に反転させることができる。
【００４０】
また、記憶層の長軸方向に測定した時の保磁力（Ｈｃ）の温度（Ｔ）における依存を図５に示す。保磁力（Ｈｃ）は、温度（Ｔ）が０℃付近のとき最大値を示し、温度上昇に伴い徐々に低下して、温度１７５℃付近で最小値となる。その後、保磁力は、温度上昇で若干回復する。すなわち、保磁力が、温度により大きく変化することがわかる。
【００４１】
さらに、記憶層の残留磁化（Ｍｒ）と飽和磁化（Ｍｓ）の比（Ｍｒ／Ｍｓ）の温度（Ｔ）における依存を図６に示す。第２の磁性層（ＧｄＦｅＣｏ層）の補償温度である１００℃までは、（Ｍｒ／Ｍｓ）比＝１となり、補償温度を超えると第１の磁性層（ＣｏＳｉＢ層）と第２の磁性層（ＧｄＦｅＣｏ層）の磁化が反平行状態となるので（Ｍｒ／Ｍｓ）比は徐々に減少する。その後、温度が約１７５℃のとき、第１の磁性層（ＣｏＳｉＢ層）と第２の磁性層（ＧｄＦｅＣｏ層）の磁化量が等しい状態となるので、残留磁化（Ｍｒ）が消失してしまう。すなわち、図５で保磁力が最小となる温度は、図６における第１の磁性層（ＣｏＳｉＢ層）と第２の磁性層（ＧｄＦｅＣｏ層）の磁化量が等しい状態の温度に対応している。
【００４２】
続いて、図７に示すように測定装置を構成して、本発明の磁気記憶素子の電流による磁化の反転状態を測定した。レーザー光源１０から照射された光は、偏光子１１によって直線偏光され、磁気記憶素子１に照射される。即ち、磁気記憶素子１で反射された光が、カー効果による偏光面の回転を偏光板１２を通してフォトディテクター１３で受光されて、磁気記憶素子１の磁化状態に対応した信号として検出される。このとき磁気記憶素子１は、パルス発信器１４の信号と低周波発信器１５の信号を乗算器を介して掛け合わせ、ドライバーアンプ１７で駆動される。パルス信号の振幅は低周波発信器の信号電圧に比例するので、低周波発信器の信号電圧を横軸、フォトディテクターの信号を縦軸にして表示装置１８に表示すると、パルス電流値に対する磁化の反転状態を表示できる。例えば、測定条件は、パルス信号の幅を０．１ｍｓ、パルス間隔を１００ｍｓ、低周波発信器の周波数を１０Ｈｚとして、短軸２μｍ、長軸４μｍの磁気記憶素子の短軸側の両端に電流端子を配置し、先ず、１０個の磁気記憶素子を直列に接続した素子群を形成し、さらに、１０個の素子群を並列に接続して行った。
【００４３】
この測定結果として、磁気記憶素子１個あたりのパルス電流値ｉに対するフォトディテクターの信号ｓの関係を図８に示す。図８より電流値が３ｍＡ付近で磁化反転されることがわかる。すなわち、図１に示した本発明に係る磁気記憶素子は、少ない電流によって磁化を反転することができる。
【００４４】
次に、比較例として、図９に示すように磁界発生用の電流線３１の上に、絶縁層を介して厚さ５ｎｍのＣｏＳｉＢ単層で構成された、短軸２μｍ、長軸４μｍの磁気記憶素子３２を配置した構成を作製した。この構成に対して図７と同じ測定方法で測定した結果を図１０に示す。
図１０より、磁化を反転状態にするのに１０ｍＡ以上の電流を必要としている。すなわち、この比較例の磁気記憶素子３１は、電流磁界で記録を行うためには、大電流を必要とすることがわかる。これに対して、本発明の磁気記憶素子を用いると、記録電流を大幅に低減できることがわかる。
【００４５】
なお、本発明は、以上説明した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さまざまな構成が取り得る。
【００４６】
【発明の効果】
本発明の磁気記憶素子及び磁気記憶素子の記録方法によれば、室温において２つの磁性層の作る夫々の磁化方向が、平行で同じ方向を向いていることにより、保磁力を大きくできるので、磁気記憶素子の記憶を安定させることができる。
【００４７】
本発明の磁気記憶素子及び磁気記憶素子の記録方法によれば、加熱により２つの磁性層の磁化が反対方向になるため、保磁力を小さくすることができ、磁気記憶素子の記録が容易になる。また、電流磁界により記録を行う場合には低電流での記録が可能となる。
【００４８】
さらに、磁気記憶素子に直接電流を流して加熱を行うようにしたときには、この電流により磁気記憶素子に磁界を印加することができるので、加熱機構と磁界印加機構を兼ねるため、駆動回路の構造を簡素化することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る磁気記憶素子の一実施の形態の概略断面図を示す。
【図２】（ａ）〜（ｄ）  図１の磁気記憶素子の情報記憶の方法について説明した図である。
【図３】図１の磁気記憶素子を用いた磁気ランダム・アクセス・メモリの概略図である。
【図４】（ａ），（ｂ）  本発明に係る磁気記憶素子の磁化曲線を示した図である。
【図５】本発明に係る磁気記憶素子の記憶層の保磁力（Ｈｃ）の温度（Ｔ）における依存を示した図である。
【図６】本発明に係る磁気記憶素子の残留磁化（Ｍｒ）と飽和磁化（Ｍｓ）の比（Ｍｒ／Ｍｓ）の温度（Ｔ）における依存を示した図である。
【図７】本発明に係る磁気記憶素子の記憶層に対して電流による磁化の反転状態を測定する方法を示した図である。
【図８】本発明に係る磁気記憶素子１個あたりのパルス電流値ｉに対するフォトディテクター信号ｓとの関係を示した図である。
【図９】比較例の磁気記憶素子と磁界用配線を示した図である。
【図１０】比較例の磁気記憶素子１個あたりのパルス電流値ｉに対するフォトディテクター信号ｓとの関係を示した図である。
【符号の説明】
１，２１・・磁気記憶素子、２・・第１の磁性層、３・・非磁性層、４・・第３の磁性層、５・・第２の磁性層、１０・・レーザー光源、１１・・偏光子、１２・・偏光板、１３・・フォトディテクター、１４・・パルス発信器、１５・・低周波発信器、１６・・乗算器、１７・・ドライバーアンプ、１８・・表示装置、２０・・磁気ランダム・アクセス・メモリ、２２・・トンネルバリア膜、２３・・磁化固定膜、２４・・加熱用配線、２５・・磁界印加用配線、２６，２７・・電流コントロールＭＯＳトランジスタ、２８・・読出し用ＭＯＳトランジスタ、３１・・磁界印加用配線、３２・・磁気記憶素子
【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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