(57)【要約】【課題】  磁気記憶素子の縮小化により記憶層の保磁力が大きくなっても、少ない電流量で情報の記録を行うことが可能であり、環境温度の変化に対して安定な磁気メモリを提供する。【解決手段】  磁化状態によって情報を保存する記憶層３を有する磁気記憶素子と、磁気記憶素子の記憶層３を加熱する加熱機構４とを有し、記憶層３がキュリー温度又は補償温度が互いに異なる２層の磁性層１，２を含む複数の磁性層から構成され、情報の記録を行う際には、記憶層３が加熱機構４によりキュリー温度又は補償温度が最も高い磁性層のキュリー温度又は補償温度を超えない温度で加熱される磁気メモリを構成する。【選択図】        図１ 
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
磁化状態によって情報を保存する記憶層を有する磁気記憶素子と、
前記磁気記憶素子の前記記憶層を加熱する加熱機構とを有し、
前記記憶層が、キュリー温度又は補償温度が互いに異なる２層の磁性層を含む複数の磁性層から構成され、
情報の記録を行う際には、前記記憶層が、前記加熱機構により、キュリー温度又は補償温度が最も高い磁性層のキュリー温度又は補償温度を超えない温度で加熱される
ことを特徴とする磁気メモリ。
【請求項２】
前記加熱機構により前記記憶層が加熱される際の前記記憶層の温度分布が、前記記憶層内で一様でないことを特徴とする請求項１に記載の磁気メモリ。
【請求項３】
前記加熱機構により加熱された後の前記記憶層の冷却速度が、前記記憶層内で一様でないことを特徴とする請求項１に記載の磁気メモリ。
【請求項４】
前記記憶層を構成する複数の磁性層うち、少なくとも２層の磁性層の磁化が反平行に配列していることを特徴とする請求項１に記載の磁気メモリ。
【請求項５】
前記記憶層を構成する複数の磁性層のうち、少なくとも１層の磁性層がフェリ磁性体から成ることを特徴とする請求項１に記載の磁気メモリ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、磁気メモリに係わり、不揮発メモリに用いて好適なものである。
【背景技術】
【０００２】
コンピュータ等の情報機器では、ランダム・アクセス・メモリとして、動作が高速で、高密度なＤＲＡＭが広く使われている。
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、不揮発メモリの候補として、磁性体の磁化で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（例えば非特許文献１参照）。
【０００４】
ＭＲＡＭでは、情報を記録して保持させる磁性層（記憶層）を、長方形や楕円等の平面形状として、その反磁界を利用した形状異方性によって磁化を安定化することにより、記録された情報を長期間にわたって保持している。これにより、不揮発メモリとして使用することが可能となっている。
また、情報の記録は、直交する２種類のアドレス配線（例えば、ワード線やビット線）のそれぞれに電流を流し、発生する電流磁場によって、アドレス配線の交点にある磁気記憶素子において、情報を記録して保持させる磁性層（記憶層）の磁化の向きを反転させることにより行っている。
【０００５】
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寸法のさらなる縮小化が求められる。
磁気記憶素子の寸法が縮小化された場合でも、情報を長期間にわたって保持できるためには、磁気記憶素子の磁気異方性、特に情報を記録して保持させる磁性層（記憶層）の磁気異方性を大きくする必要がある。
【０００６】
しかし、記憶層の磁気異方性を大きくすると、記憶層の保磁力が増加して、情報の記録に大きな電流が必要となることから、消費電力の増加や電流駆動回路の大型化が不可避となり、高密度メモリを実現する上で問題となる。
【０００７】
そこで、情報の記録に必要な電流（記録電流）を低減する方法として、磁気記憶素子を加熱して、情報を磁化状態として保持する磁性層（記憶層）の保磁力を一時的に下げる方法（例えば、特許文献１参照）が提案されている。
この方法を採用することにより、記録時の記憶層の保磁力が下がり、記録電流を低減することができるため、情報の記録を容易に行うことが可能になる。
【０００８】
従来提案されている、加熱機構を設けて磁気記憶素子の記憶層を加熱する構成の磁気メモリの一例を、模式的に図１０に示す。図１０Ａは、磁気メモリを構成する一単位のメモリセルの概略平面図を示し、図１０Ｂは、同じく一単位のメモリセルの概略断面図を示している。
図１０Ａに示すように、楕円形状の平面パターンを有する磁性層により、記憶層５１、即ち情報を磁化状態で保持する磁性層が構成されている。
また、記憶層５１に並行して、抵抗素子５２が配置され、抵抗素子５２の左右両端に電極が接続されている。記憶層５１と抵抗素子５２とは電気的に絶縁されている。
この磁気メモリでは、電極５３を通して抵抗素子５２に電流を流すことにより、抵抗素子５２を発熱させて、記憶層５１の加熱を行うことができる。即ち、抵抗素子５２により記憶層に対する加熱機構が構成されている。
【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２００２−２４５７７４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
上述の図１０に示した構成の磁気メモリにおいて、加熱によって記憶層５１の保磁力を下げるためには、記憶層５１の材料に、キュリー温度が低く、かつ磁気特性の温度変化が大きい磁性体を使う必要がある。
【００１０】
しかしながら、このように磁気特性の温度変化が大きい磁性体は、環境温度の変化に対しても磁気特性の変化が大きくなるという問題があった。
【００１１】
上述した問題の解決のために、本発明においては、磁気記憶素子の縮小化により記憶層の保磁力が大きくなっても、少ない電流量で情報の記録を行うことが可能であり、環境温度の変化に対して安定な磁気メモリを提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明の磁気メモリは、磁化状態によって情報を保存する記憶層を有する磁気記憶素子と、磁気記憶素子の記憶層を加熱する加熱機構とを有し、記憶層がキュリー温度又は補償温度が互いに異なる２層の磁性層を含む複数の磁性層から構成され、情報の記録を行う際には、記憶層が加熱機構によりキュリー温度又は補償温度が最も高い磁性層のキュリー温度又は補償温度を超えない温度で加熱されるものである。
【００１３】
上述の本発明の磁気メモリの構成によれば、記憶層がキュリー温度又は補償温度が互いに異なる２層の磁性層を含む複数の磁性層から構成されていることにより、環境温度の上昇によってキュリー温度又は補償温度の低い磁性層の磁化が減少しても、キュリー温度又は補償温度の高い磁性層は磁化及び保磁力の変化が小さいために、このキュリー温度又は補償温度の高い磁性層によって、記録された情報（磁化状態）が保持される。
従って、環境温度の上昇に対しても安定して記録された情報を保持することができる。
そして、情報の記録を行う際には、加熱によりキュリー温度又は補償温度の低い磁性層の磁化を減少させて、保磁力を小さくして、少ない電流量の記録電流で容易に記録を行うことを可能にする。
また、情報の記録を行う際には、記憶層が加熱機構によりキュリー温度又は補償温度が最も高い磁性層のキュリー温度又は補償温度を超えない温度で加熱されるため、キュリー温度又は補償温度が最も高い磁性層の磁化が失われることがなく、安定した繰り返し動作が可能である。
【００１４】
また、上記本発明の磁気メモリにおいて、加熱機構により記憶層が加熱される際の記憶層の温度分布が、記憶層内で一様でない構成とすることも可能である。
このような構成とすることにより、記憶層が加熱される際に、記憶層内の一部の領域の温度が高くなり、この一部の領域の保磁力が大幅に低減されるため、少ない加熱で効率良く保磁力を低下させることができ、より少ない電流量の記録電流で記録を行うことを可能にする。
【００１５】
また、上記本発明の磁気メモリにおいて、加熱機構により加熱された後の記憶層の冷却速度が、記憶層内で一様でない構成とすることも可能である。
このような構成とすることにより、記憶層が加熱された後に冷却される際に、記憶層内で温度分布が形成され、冷却速度が低い領域は他の領域よりも温度が高く保磁力が小さくなっているため、より少ない電流量の記録電流で記録を行うことを可能にする。
【００１６】
また、上記本発明の磁気メモリにおいて、記憶層を構成する複数の磁性層うち、少なくとも２層の磁性層の磁化が反平行に配列している構成とすることも可能である。
このような構成とすることにより、反平行である２層の磁性層の磁化が打ち消し合うため、記憶層全体の合成磁化（見かけ上の磁化）が小さくなり、より少ない電流量の記録電流で記録を行うことが可能になると共に、環境温度の変化に対して記憶層全体の合成磁化が大きく変化しないため、記録層に記録された情報を安定して保持することができる。
【００１７】
上記本発明の磁気メモリにおいて、記憶層を構成する複数の磁性層のうち、少なくとも１層の磁性層がフェリ磁性体から成る構成とすることも可能である。
このような構成とすることにより、フェリ磁性体が室温以上の比較的低い温度に補償温度を有し、補償温度の前後で磁化方向が反転するため、加熱による磁性層の磁化の変化が大きくなる。このため、より少ない電流量の記録電流で記録を行うことを可能にする。
【発明の効果】
【００１８】
上述の本発明によれば、環境温度の変化に対しても記録を安定に保持できると共に、少ない記録電流で情報の記録を行うことが可能になる。
これにより、磁気記憶素子の縮小化により記憶層の保磁力が大きくなっても、少ない電流量で情報の記録を行うことが可能になることから、記録時の消費電力の低減を図ることや、メモリセルの磁気記憶素子を縮小化して、磁気メモリの記憶容量の増大、高密度化、高集積化、小型化を図ることが可能になる。
【００１９】
また、加熱機構により記憶層が加熱される際の記憶層の温度分布が記憶層内で一様でない構成、又は、加熱機構により加熱された後の記憶層の冷却速度が記憶層内で一様でない構成としたときには、より少ない電流量の記録電流で記録を行うことを可能にする。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
本発明の磁気メモリの一実施の形態の概略構成図を図１Ａ及び図１Ｂに示す。図１Ａは、磁気メモリを構成する一単位のメモリセルの概略平面図を示し、図１Ｂは、同じく一単位メモリセルの概略断面図を示す。
【００２１】
下層の第１の磁性層１及び上層の第２の磁性層２の２層の磁性層により、情報を磁化状態で保持する記憶層３が構成されている。そして、この記憶層３により磁気記憶素子が構成される。
上層の第２の磁性層２は、図１Ａに示すように、楕円形状の平面パターンに形成されている。これにより図中左右方向に形状異方性を有している。下層の第１の磁性層１も、図示しないが、第２の磁性層２と同じ楕円形状の平面パターンに形成されている。
また、下層の第１の磁性層１は、左右の両端部が、電極４の上に接続されている。これにより、電極４を通じて、第１の磁性層１等、記憶層３内に電流を流すことが可能な構成となっている。
【００２２】
本実施の形態においては、特に、磁気記憶素子の記憶層３を構成する２層の磁性層１，２のキュリー温度又は補償温度を異ならせる。
例えば、下層の第１の磁性層１をキュリー温度又は補償温度が高い磁性層とし、上層の第２の磁性層２をキュリー温度又は補償温度が低い磁性層とした構成とする。
或いは、下層の第１の磁性層１をキュリー温度又は補償温度が低い磁性層とし、上層の第２の磁性層２をキュリー温度又は補償温度が高い磁性層とした構成とする。
【００２３】
キュリー温度の高い磁性層の材料としては、ＮｉＦｅ、ＣｏＦｅ等が挙げられる。
キュリー温度の低い磁性層の材料としては、ＮｉＦｅＭｎ、ＣｏＦｅＣｒ、Ｎｉ、ＧｄＦｅ等が挙げられる。
また、補償温度を有する磁性層の材料としては、室温以上に補償温度を有するフェリ磁性体、例えば、ＧｄＦｅＣｏ、ＴｂＣｏ等が挙げられる。
【００２４】
上述のように、２層の磁性層１，２のキュリー温度又は補償温度が異なる構成にすると、電極４を通じて記憶層３内に電流を流して、記憶層３を加熱して温度上昇させることにより、記憶層３を構成する２層の磁性層１，２のうち、キュリー温度又は補償温度の低い磁性層においては、飽和磁化が低下して、保磁力が低下する。これにより、少ない電流量の記録電流で記憶層３に情報の記録を行うことが可能になる。
一方、記憶層３を構成する２層の磁性層１，２のうち、キュリー温度又は補償温度の高い磁性層においては、記憶層３を加熱して温度上昇させても、保磁力の変化が少ない。このため、環境温度が上昇して記憶層３全体の温度が上昇した場合でも、キュリー温度又は補償温度の高い磁性層の磁化の変化は小さく、保磁力の変化も小さいので、記録された情報を安定して保持することが可能になる。
【００２５】
特に、キュリー温度又は補償温度の低い磁性層として、室温以上に補償温度を有するフェリ磁性体を用いた場合には、補償温度の上下の温度で磁化方向が反転し、より温度差による磁化の変化が生じやすくなる。
【００２６】
また、本実施の形態では、動作温度（記憶層３への情報の記録や記録層３に記録された情報を読み出す際の温度）を、記憶層３を構成する２層の磁性層１，２のうちのキュリー温度又は補償温度の高い磁性層のキュリー温度又は補償温度を超えない温度とする。
これにより、キュリー温度又は補償温度の高い磁性層の磁化が消失することがなく、安定した繰り返し動作を行うことができる。
【００２７】
さらに、本実施の形態では、下層の第１の磁性層１の両端部分に電極４が接続されているため、電極４を通じて電流を流したときに、記憶層３の電極４上の部分（両端部分）は電流量が少なく、記憶層３の中央部分の電流量が多くなる。これにより、記憶層３の中央部分の方が、両端部分よりも、発熱量が大きく、温度上昇が大きくなる。
【００２８】
このように、記憶層３の中央部分の温度上昇が大きいことから、キュリー温度又は補償温度の高い磁性層の磁化の変化がほとんどなくても、キュリー温度又は補償温度の低い磁性層の中央部分の飽和磁化が極端に低下して、磁化のバランスが崩れて保磁力が低下することになるため、これを利用して、より少ない電流量の記録電流で記憶層３に情報の記録を行うことが可能になる。
一方、環境温度が上昇した場合には、記憶層３全体が一様に温度上昇するため、キュリー温度又は補償温度の低い磁性層の磁化が減少するが、磁化のバランスが崩れることがなく、またキュリー温度又は補償温度の高い磁性層の磁化の変化がほとんどなく、保磁力の変化が小さくなる。このため、記憶層３に記録された情報が安定した保持される。
【００２９】
また、例えば電極４を熱伝導率の大きい材料（例えば、銅）で構成すると、加熱を停止した後の電極４に接する記憶層３の両端部分の冷却速度が速くなり、記憶層３の中央部分の温度が相対的に高くなる。この場合も、キュリー温度又は補償温度の低い磁性層の中央部分の飽和磁化が極端に低下して、磁化のバランスが崩れることになるため、これを利用して、より少ない電流量の記録電流で記憶層３に情報の記録を行うことが可能になる。
なお、電極４を熱伝導率の大きい材料で構成する代わりに、例えば、記憶層３の両端部分にヒートシンクを取り付けて放熱しやすくしても同様の作用効果が得られる。
【００３０】
さらに、環境温度の変化に対する記憶層の保磁力の変化を小さくして、部分加熱に対する記憶層の保磁力低下を大きくするために、第１の磁性層１の磁化の向きと第２の磁性層２の磁化の向きとが互いに反平行であることが望ましい。
そのためには、例えば、適切な膜厚の非磁性層を、第１の磁性層１及び第２の磁性層２の間に形成して、これら２層の磁性層１及び２間に磁気的な結合や交換相互作用が働くようにすればよい。
また、一方の磁性層を、遷移金属からなる強磁性体で形成し、もう一方の磁性層を、希土類と遷移金属とからなり、室温以上の補償温度を有するフェリ磁性体で形成すると、強磁性体の磁化とフェリ磁性体の磁化とが反平行となる。
【００３１】
そして、図１Ａ及び図１Ｂに示す構成のメモリセルを、多数配置することにより、多数のメモリセルを有する磁気メモリを構成することができる。
【００３２】
上述の本実施の形態の磁気メモリの構成によれば、各メモリセルを構成する磁気記憶素子の記憶層３が、互いにキュリー温度又は補償温度が異なる２層の磁性層（第１の磁性層１及び第２の磁性層２）から成ることにより、情報の記録を行う際には、加熱によりキュリー温度又は補償温度の低い磁性層の磁化を減少させて、保磁力を小さくして、少ない電流量の記録電流で容易に記録を行うことを可能にする。
一方、キュリー温度又は補償温度の高い磁性層は、温度上昇による磁化及び保磁力の変化が小さいために、記録された情報（磁化状態）が保持される。
従って、環境温度の上昇に対しても、安定して記憶層３に記録された情報を保持することができる。
【００３３】
また、本実施の形態によれば、動作温度を、キュリー温度又は補償温度の高い磁性層のキュリー温度又は補償温度を超えない温度としていることにより、キュリー温度又は補償温度が高い磁性層の磁化が失われることがなく、安定した繰り返し動作が可能になる。
【００３４】
さらに、本実施の形態によれば、記憶層３の下層の第１の磁性層１の両端部分に電極４を直接接続させ、電極４を通じて記憶層３に電流を流すことにより、記憶層３を加熱するように構成している。これにより、記憶層３の中央部分に大きい電流量が流れるため、発熱が大きくなることから、記憶層３の中央部分の温度上昇が大きくなり、記憶層３の両端部分よりも温度が高くなる。即ち記憶層３に一様でない温度分布が形成される。
記憶層を一様に加熱した場合には、あまり大きく保磁力を変化させることはできないが、記憶層に一様でない温度分布を形成することにより、効率的に記憶層３を構成する磁性層の保磁力を変化させることができる。
さらに、電極４を熱伝導率の高い材料により構成した場合には、加熱後の冷却時において、記憶層３の両端部分の冷却速度を速くすることにより、記憶層３の中央部分の温度を相対的に高くすることができ、記憶層３に温度分布を形成して、効率的に記憶層３を構成する磁性層の保磁力を変化させることができる。
【００３５】
本実施の形態によれば、このように効率的に磁性層の保磁力を変化させることができるため、より小さい電流量で加熱を行っても、情報の記録を行うことが可能になり、記録電流の低減を図ることが可能になる。
従って、記録に必要な電流量を低減して、記録時の消費電力の低減を図ることが可能になる。
また、磁気記憶素子の縮小化により記憶層の保磁力が大きくなっても、少ない電流量で情報の記録を行うことが可能になることから、メモリセルを構成する磁気記憶素子の縮小化によって、磁気メモリの記憶容量の増大、高密度化、高集積化、小型化を図ることが可能になる。
【００３６】
上述の本実施の形態では、各メモリセルを構成する磁気記憶素子を記憶層３のみにより形成していたが、磁気記憶素子を、例えば磁化の向きが固定された磁化固定層や反強磁性層等、記憶層以外の他の磁性層や他の非磁性層が設けられた構成とすることも可能である。
【００３７】
また、上述の実施の形態では、記憶層３の両端部分に電極４を接続して、電極４を通じて記憶層３に電流を流して発熱させることにより、記憶層３に温度分布を形成していたが、その他の方法により、記憶層に温度分布を形成することも可能である。
例えば、記憶層の外部に設けた加熱機構により記憶層の一部のみを加熱する構成としても、同様に記憶層に温度分布を形成することが可能である。
また、記憶層に熱伝導の異なる複数の材料を接触させた構成としても、放熱速度の違いによって記憶層に温度分布を形成することが可能である。
【００３８】
上述の実施の形態では、記憶層３を２層の磁性層１，２により構成していたが、本発明では、３層以上の磁性層により記憶層を構成してもよい。
３層以上の磁性層により記憶層を構成する場合には、記憶層を構成する（３層以上の）磁性層のうち、少なくとも２層の磁性層についてキュリー温度又は補償温度が異なる構成とする。そして、動作温度は、最もキュリー温度又は補償温度が高い磁性層のキュリー温度又は補償温度を超えない温度とする。
さらに、環境温度の変化に対する記憶層の保磁力の変化を小さくして、部分加熱に対する記憶層の保磁力低下を大きくするには、記憶層を構成する（３層以上の）磁性層のうち、少なくとも一対（２層）の磁性層の磁化が反平行に配列していることが望ましい。
特に望ましくは、キュリー温度又は補償温度の低い磁性層とキュリー温度又は補償温度の高い層とが反平行に配列しているのが好ましい。
【００３９】
ここで、図１に示した構成の磁気メモリの製造方法を、図２Ａ〜図２Ｅを参照して、説明する。図２Ａ〜図２Ｅでは、横に並んだ２つのメモリセルの磁気記憶素子を示している。
まず、図２Ａに示すように、基板上に形成された絶縁層５の一部を除去して、配線埋め込み用の溝５Ａを形成する。
次に、溝５Ａ内を埋めるように金属を全面的に形成した後に、表面を研摩して平坦化することにより、図２Ｂに示すように、絶縁層５を露出させる。これにより、溝５Ａ内に、金属から成る電極４が形成される。
次に、図２Ｃに示すように、電極４に両端部分が電気的に接続されるように、電極４上に記憶層３から成る磁気記憶素子７を形成する。
次に、表面を覆って絶縁層８を形成した後に、図２Ｄに示すように、磁気記憶素子７上の絶縁層８の一部を除去して穴を形成し、磁気記憶素子７を露出させる。
続いて、絶縁層８の穴を埋めて全面的に電極層を形成し、電極層をパターニングして、図２Ｅに示すように、磁気記憶素子７に接続した上部電極９を形成する。
なお、電極（下部電極）４は、図示しない配線等に接続することにより、電極４を通じて電流を流すことが可能なように形成する。
このようにして、図１に示した構成のメモリセルを有する磁気メモリを製造することができる。
【００４０】
（実施例）
ここで、本発明の磁気メモリの構成において、具体的に磁気記憶素子の記憶層の寸法や磁化量を設定して、特性がどのようになるか検討を行った。
【００４１】
まず、記憶層を一様に加熱した場合と、記憶層の一部を加熱して一様でない温度分布を形成した場合の特性の違いを検討した。
図３Ａに平面図を示す平面形状（陸上競技のトラックや光ディスクの記録ピットに用いられる形状）であり、１００ｎｍ×２００ｎｍの大きさとした磁気記憶素子３０を第１のモデルとして採用し、図３Ｂに断面図を示すように構成した。
この磁気記憶素子３０では、膜厚が２ｎｍであり、飽和磁束密度Ｍｓが８００ｅｍｕ／ｃｍ３であり、キュリー温度が高い第１の磁性層３１と、膜厚が１ｎｍである非磁性層３２と、膜厚が１０ｎｍであり、飽和磁束密度Ｍｓ´（室温で４００ｅｍｕ／ｃｍ３）であり、キュリー温度が低い第２の磁性層３３とを積層して記憶層３４を構成している。
この第１のモデルは、記憶層全体を一様に加熱した場合を想定しており、キュリー温度が低い第２の磁性層３３の飽和磁束密度Ｍｓ´が、温度上昇に対応して減少するものとする。
【００４２】
また、図４Ａに平面図を示すように、磁気記憶素子の平面形状は図３Ａと同じであるが、記憶層の構成が異なる磁気記憶素子４０を第２のモデルとして採用し、図４Ｂに断面図を示すように構成した。
この磁気記憶素子４０では、第１の磁性層３１及び非磁性層３２は、図３Ｂと同じ構成であるが、第２の磁性層３６のうち幅７０ｎｍの中央部分３６Ａは、飽和磁束密度Ｍｓ´（室温で４００ｅｍｕ／ｃｍ３）であり、両端部分３６Ｂは飽和磁束密度Ｍｓ（８００ｅｍｕ／ｃｍ３）である構成としている。第２の磁性層３６の膜厚は、図３Ａの第２の磁性層３３と同じ１０ｎｍとした。そして、第１の磁性層３１と、非磁性層３２と、第２の磁性層３６とを積層して記憶層３７を構成している。
この第２のモデルは、記憶層の一部（中央部）を加熱して記憶層に一様でない温度分布を形成した場合を想定しており、キュリー温度が低い第２の磁性層３６のうち中央部分３６Ａの飽和磁束密度Ｍｓ´は、温度上昇に対応して低下するものとし、第２の磁性層３６の両端部分３６Ｂは、高い飽和磁束密度Ｍｓを保持するものとする。
【００４３】
なお、いずれのモデルでも、静磁的な結合により、第１の磁性層３１の磁化の向きと第２の磁性層３３，３６の磁化の向きとが互いに反平行になっているものとした。
【００４４】
これら第１のモデル及び第２のモデルについて、キュリー温度が低い第２の磁性層３３，３６の飽和磁束密度Ｍｓ´を変化させて、それぞれの飽和磁束密度Ｍｓ´の値における記憶層３４，３７の保磁力を、マイクロマグネティックにより計算した。
計算結果を図５に示す。図５中、曲線Ａが第１のモデルの場合を示し、曲線Ｂが第２のモデルの場合を示している。
【００４５】
図５より、第２の磁性層３３全体の飽和磁束密度Ｍｓ´が低下する第１のモデルでは、曲線Ａに示すように、飽和磁束密度の低下に伴って、保磁力が若干低下するが、ある程度以下には下がらない。
これに対して、第２の磁性層３６の中央部分３６Ａのみの飽和磁束密度Ｍｓ´を低下させた第２のモデルでは、曲線Ｂに示すように、飽和磁束密度の低下に伴って保磁力が単調に低下し、飽和磁束密度が１００ｅｍｕ／ｃｍ３以下で保磁力はゼロになる。
つまり、同じ温度（図４では飽和磁束密度Ｍｓ´が同じ）であっても、局所的に加熱した場合には、全体を加熱した場合に比べて、磁性層の保磁力の低下が大きいことがわかる。
従って、記憶層を局所的に加熱することにより、記憶層を構成する磁性層の保磁力の低下を大きくして、効率的に磁性層の磁化状態を変化させて情報の記録を行うことができることがわかる。
【００４６】
続いて、図６Ａに平面図を示すように、図３Ａの磁気記憶素子３０や図４Ａの磁気記憶素子４０と同様の平面形状を有し、１．２μｍ×０．５μｍの大きさとした磁気記憶素子１０を第３のモデルとして採用し、図６Ｂに断面図を示すように構成した。
磁気記憶素子１０は、図中左右両端部分が電極２３上に形成され、両側の電極２３の間隔は０．５μｍとなっている。
また、磁気記憶素子１０の積層構造を、図６Ｂに示すように、下層から、膜厚１０ｎｍのＴａ膜から成る下地層１１、膜厚１０ｎｍのＮｉＦｅＣｕ膜から成り低いキュリー温度（約２００℃）である第１の磁性層１２、膜厚２ｎｍのＲｕ膜から成る非磁性層１３、膜厚３ｎｍのＣｏＦｅ膜から成り高いキュリー温度である第２の磁性層１４、膜厚１ｎｍのＡｌ膜を成膜した後にプラズマ酸化処理して形成した酸化アルミニウム膜から成るトンネル絶縁層１５、膜厚２ｎｍのＣｏＦｅ膜から成る第３の磁性層１６、膜厚０．８ｎｍのＲｕ膜から成る非磁性層１７、膜厚２ｎｍのＣｏＦｅ膜から成る第４の磁性層１８、膜厚３０ｎｍのＰｔＭｎ膜から成る反強磁性層１９、並びに、膜厚３０ｎｍのＴａ膜から成る上部電極２０という構成とした。
第１の磁性層１２、非磁性層１３、第２の磁性層１４により、記憶層２１が構成される。また、第３の磁性層１６及び第４の磁性層１８は、反強磁性層１９により磁化の向きが固定される。そして、第３の磁性層１６、非磁性層１７、第４の磁性層１８により、記憶層２１の磁化の向きの基準となる、磁化固定層（参照層）が構成される。
図６中、２４は、２つの電極２３を絶縁する絶縁層である。
【００４７】
即ち、この第３のモデルの磁気記憶素子１０は、キュリー温度が異なる第１の磁性層１２および第２の磁性層１４により記憶層２１が構成され、磁気記憶素子１０の両端部分に接続された電極２３を通じて磁気記憶素子１０の記憶層２１に電流を流すことができる構成となっており、本発明の磁気メモリの磁気記憶素子の構成を満足している。
【００４８】
この第３のモデルの磁気記憶素子１０に対して、左右の電極２３間にパルス電流を流したときの（低いキュリー温度である）第１の磁性層１２の各部分における温度の変化を計算して求めた。計算結果を図７に示す。図７では、横軸に磁気記憶素子１０中の位置（中央〜両端部）をとり、縦軸に温度をとっている。パルス電流のパルス幅は１ｎｓｅｃとしている。そして、パルス電流の開始時刻から経過した時間ｔ（ｎｓｅｃ）を変化させ、ｔ＝０のときを曲線Ａで、ｔ＝０．５のときを曲線Ｂで、ｔ＝１．０のとき（パルス電流の終了時）を曲線Ｃで、ｔ＝１．５のときを曲線Ｄで、ｔ＝２．０のときを曲線Ｅで、ｔ＝３．０のときを曲線Ｆで示している。
なお、磁気記憶素子１０の周囲の材料は全てＳｉＯ２として、計算している。
【００４９】
図７からわかるように、磁気記憶素子１０に電流を流すと、素子の中央部の温度が特に大きく上昇し、温度分布が大きくなる。そして、電流を停止した後（曲線Ｄ）には、中央部の温度低下に伴って素子端部の温度が上昇する。
また、３ｎｍ後には、初期状態よりは温度が少し上昇しているが、温度分布はほぼ平坦になる。
【００５０】
続いて、本発明の構成として、図１に示した実施の形態と同様の構成（２層の磁性層から成る記憶層の一部を加熱する構成）の場合と、比較例として、記憶層が低いキュリー温度の磁性層単層から成り記憶層に対して図１０と同様にして均一な加熱を行う場合とにおいて、温度変化による記憶層の保磁力の変化を、計算により求めた。
具体的には、記憶層を構成する各層の材料の比熱等から、記憶層を（電流により）加熱したときの記憶層の温度上昇を計算し、各部分の温度と構成材料の磁化の温度変化からその部分の磁化を推定し、記憶層全体の磁化分布を求め、その磁化分布からマイクロマグネティクスにより記憶層の保磁力を計算した。そして、電流を流して加熱を行い、保磁力Ｈｃが初期の保磁力の値Ｈｃ０に対して１／１０になったときに電流を停止すると仮定した。電流量はいずれの場合も５ｍＡとした。
計算結果を図８に示す。図８は、経過時間ｔに対する保磁力の変化を示しており、本発明の構成の場合を曲線Ｉに示し、比較例の場合を曲線IIに示している。
【００５１】
図８より、曲線Ｉ及び曲線IIを比較すると、本発明の記憶層の一部を加熱する構成の場合は経過時間ｔに対して保磁力の変化が大きく、特に、電流を停止した後の保磁力の回復が早いことがわかる。
従って、本発明の記憶層の一部を加熱する構成とすることにより、高速な記録動作が期待できる。
【００５２】
次に、本発明の構成として、図１に示した実施の形態と同様の構成（２層の磁性層から成る記憶層の一部を加熱する構成）において、記憶層の両端部分に接続された電極間に、パルス電流を流した時の電流値を変えて、それぞれの電流値における保磁力を計算により求めた。いずれもパルス電流のパルス幅は３ｎｓｅｃとしている。
計算結果を図９に示す。
【００５３】
図９より、パルス電流が２ｍＡ以上で保磁力の減少が著しくなり、動作電流の低減に有効であることを確認することができる。
【００５４】
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。
【図面の簡単な説明】
【００５５】
【図１】Ａ、Ｂ  本発明の一実施の形態の磁気メモリの１単位のメモリセルの概略構成図である。
【図２】Ａ〜Ｅ  図１の磁気メモリの製造方法を示す工程図である。
【図３】Ａ、Ｂ  磁気記憶素子の第１のモデルを示す図である。
【図４】Ａ、Ｂ  磁気記憶素子の第２のモデルを示す図である。
【図５】図３及び図４のモデルにおいて、飽和磁束密度と保磁力との関係を示す図である。
【図６】Ａ、Ｂ  磁気記憶素子の第３のモデル（本発明の磁気メモリの構成）を示す図である。
【図７】図６のモデルにおいて、パルス電流を流したときの記憶層の各位置での温度分布の時間変化を示す図である。
【図８】本発明の記憶層の一部を加熱する構成及び比較例の構成に対して、それぞれパルス電流を流したときの保磁力の時間変化を示す図である。
【図９】本発明の記憶層の一部を加熱する構成の磁気メモリに対して、パルス電流を流したときの電流量と保磁力との関係を示す図である。
【図１０】Ａ、Ｂ  従来提案されている加熱機構を設けて磁気記憶素子の記憶層を加熱する構成の磁気メモリの概略構成図である。
【符号の説明】
【００５６】
１，１２，３１  第１の磁性層、２，１４，３３，３６  第２の磁性層、３，２１，３４，３７  記憶層、４，２３  電極、１０，３０，４０  磁気記憶素子、１３，１７，３２  非磁性層、１５  トンネル絶縁層、１９  反強磁性層、２２  磁化固定層（参照層）
【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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