(57)【要約】【課題】  小電流による磁気情報の書込みが可能な磁気記憶装置の提供。【解決手段】  磁化が固定された磁化固定層３１と、磁化固定層３１に積層されたトンネル絶縁層３３と、トンネル絶縁層３３に積層された磁化自由層３５とを備え、磁化自由層はトンネル絶縁層３３及び磁化固定層３１と重なる接合部３５１、接合部３５１の両端に隣接して側部に磁壁ピン止め機構３５３ａを備えたくびれ部３５３、及び、くびれ部３５３に隣接形成された、互いに反対向きの固定磁化が付与された一対の磁化固定部３５７とを具備し、磁化自由層の端部に形成された一対の磁気情報書込み用端子９とを備えることを特徴とする磁気記憶装置を提供する。【選択図】  図２
2005191032.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
固定磁化が付与された導電性の磁化固定層と、
前記磁化固定層に積層形成されたトンネル絶縁層と、
前記トンネル絶縁層を介して前記磁化固定層と積層形成された接合部、前記接合部の一対の端部に隣接形成された磁壁ピン止め部、及び、前記磁壁ピン止め部に隣接する互いに反対向きの固定磁化が付与された一対の磁化固定部を具備する導電性の磁化自由層と、
前記一対の磁化固定部に電気接続し、前記磁化自由層の前記接合部、前記一対の磁壁ピン止め部及び前記一対の磁化固定部を貫通する電流を磁化自由層に流すための一対の磁気情報書込み用端子とを備えることを特徴とする磁気記憶装置。
【請求項２】
前記磁壁ピン止め部の側部にくびれを具備することを特徴とする請求項１記載の磁気記憶装置。
【請求項３】
前記磁化自由層は内部に磁壁を有し、前記磁化自由層は前記磁壁の厚さが電子の平均自由行程よりも薄くなる材料であることを特徴とする請求項１または２記載の磁気記憶装置。
【請求項４】
前記磁化自由層内の磁壁の厚さは、１０ｎｍ以下であることを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の磁気記憶装置。
【請求項５】
前記磁化自由層の磁性材料中に希土類元素が含まれていることを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載の磁気記憶装置。
【請求項６】
前記磁化固定層、前記トンネル絶縁層、及び前記磁化自由層を備えるトンネル磁気抵抗効果素子と、前記一対の磁気情報書込み用電極の一方を介して前記トンネル磁気抵抗効果素子と電気接続する電界効果トランジスタを備えることを特徴とする請求項１乃至５のいずれかに記載の磁気記憶装置。
【請求項７】
前記電界効果トランジスタはゲート電極及び一対のソース・ドレイン領域を有し、前記一対のソース・ドレイン領域の一方は前記トンネル磁気抵抗効果素子と電気接続し、前記一対のソース・ドレイン領域の他方はプレート電極と接続し、前記電界効果トランジスタと前記トンネル接合素子の組み合わせにより一つの磁気記憶セルを構成することを特徴とする請求項６記載の磁気記憶装置。
【請求項８】
前記記憶セルが同一基板上に複数形成されて、記憶セルマトリクスをなしていることを特徴とする請求項７記載の磁気記憶装置。
【請求項９】
前記接合部の前記トンネル絶縁層を介して前記磁化固定層と対向する接合面積に比べて、前記接合部の前記電流が流れる断面積が小さいことを特徴とする請求項１乃至８のいずれかに記載の磁気記憶装置。
【請求項１０】
磁化が固定された磁化固定層と、前記磁化固定層に積層されたトンネル絶縁層と、前記トンネル絶縁層に積層された導電性の磁化自由層とを備えるトンネル磁気抵抗効果素子の前記磁化自由層内のみに電流を流して前記磁化自由層の磁化の向きを反転させることを特徴とする磁気情報の書込み方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、面内への電流通電により磁化自由層の磁化方向を反転させる磁気記憶装置とその磁気情報の書込み方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、記憶情報を保持するための電力が不要であり、実質的に無限回の書き換えが可能な磁気ランダムアクセスメモリ（ＭＲＡＭ）の開発が始められている。
【０００３】
ＭＲＡＭのメモリセルには、トンネル磁気抵抗効果素子（ＴＭＲ素子）が使われる。このＴＭＲ素子へ磁気情報を書込む方法には、電流磁界方式とスピン注入方式がある。電流磁界方式では、メモリセル近傍に設けられた、互いに直交するワード線とビット線に電流を流し、この電流によって発生する磁界によりＴＭＲ素子の磁性層の磁化を反転させ、記憶させる。この方式の最大の課題は、メモリセル当たりの書込み電流が大きいことである。書込み電流が大きいと、エレクトロマイグレーションにより配線が断線したり、電流駆動回路の面積が増大してチップ面積が大きくなる等の恐れがある。
【０００４】
そこで、配線層が作る磁界を有効活用する技術として、ＴＭＲ素子と書込み用ワード線の距離を短縮したり、書込みに使う配線を高透磁率の強磁性薄膜で被覆した磁束集中構造を用いる手法が開発されている。
【０００５】
しかし、電流磁界方式では、高密度化のために素子を微細化するに伴い、メモリセルの書込みに要する電流値が急激に大きくなるという問題がある。また、隣接セル間の距離が短くなるため磁界によりクロストークが発生するという問題も起きる。
【０００６】
そこで、このようなクロストークの問題が起きず、メモリセルを微細化しても書込み電流が増大しないスピン注入方式によるメモリセル書き換え技術が研究されている。スピン注入方式とは、素子に流した電流によって、磁性層の磁化を反転させる手法である（トンネル絶縁層ではなく金属スペーサを用いたＧＭＲ素子について、非特許文献１参照）。
【０００７】
スピン注入方式で磁化反転を起こすためには一定の電流密度が必要であり、素子を微細にするほど書込み電流を減らすことができる。そのため、周辺回路面積を小さくでき、微細化によってコストを削減することができる。しかし、磁化反転に必要な程度の電流密度ではＴＭＲ素子のトンネルバリア層（トンネル絶縁層）やメモリセルの分離選択用トランジスタが破壊される恐れがある。よって、磁化反転に要する電流密度を現状の約５×１０7Ａ／ｃｍ2から1桁以上下げることが望まれる。
【非特許文献１】Phys. Rev. Lett. Vol. 84, No. 14, pp 3149-3152 (2000).
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
ＭＲＡＭは記憶保持に電力を必要とせず、かつ無限回の書き換えが可能であるという優れた特性をもっている。しかし、従来のスピン注入方式では磁化反転に要する電流密度により、トンネル絶縁層や分離選択用トランジスタが破壊される恐れがある。
【０００９】
本発明は、小電流による書込みが可能な磁気記憶装置を提供することを課題の一つとする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明の第一は、固定磁化が付与された導電性の磁化固定層と、磁化固定層に積層形成されたトンネル絶縁層と、トンネル絶縁層を介して磁化固定層と積層形成された接合部、接合部の一対の端部に隣接形成された磁壁ピン止め部、及び、磁壁ピン止め部に隣接する互いに反対向きの固定磁化が付与された一対の磁化固定部を具備する導電性の磁化自由層と、一対の磁化固定部に電気接続し、接合部、一対の磁壁ピン止め部及び一対の磁化固定部を貫通する電流を磁化自由層に流すための一対の磁気情報書込み用端子とを備えることを特徴とする磁気記憶装置を提供する。
【００１１】
また、本発明の第二は、磁化が固定された磁化固定層と、磁化固定層に積層されたトンネル絶縁層と、トンネル絶縁層に積層された導電性の磁化自由層とを備えるトンネル磁気抵抗効果素子の磁化自由層内のみに電流を流して磁化自由層の磁化の向きを反転させることを特徴とする磁気記憶装置の磁気情報書込み方法を提供する。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、小さい電流で磁化自由層の磁化を反転させることができるため、低電流による書込みが可能となる。また、本発明によれば、高い集積度でありながらクロストークの少ない磁気記憶装置と磁化反転方法を提供することが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
以下に、本発明の各実施の形態について図面を参照しながら説明する。尚、実施の形態や実施例を通して共通の構成には同一の符号を付すものとし、重複する説明は省略する。また、参照する各図は発明の説明とその理解を促すための模式図であり、図面表示の便宜上、形状や寸法、比などは実際の装置と異なる個所があるが、これらは以下の説明と公知の技術を参酌して適宜、設計変更することができる。
（第１の実施の形態）
本発明の磁気記憶装置と磁気情報の書込み方法に関わる第１の実施形態について、図１のメモリセル回路図（但し、ＴＭＲ素子のみ断面模式図）を参照しつつ説明する。
【００１４】
磁気記憶装置のメモリセルパターンには様々な形態があるが、一般には、基板上に複数のメモリセルを縦横に配列したパターンが知られている。このパターンでは、例えば、縦方向に隣り合うメモリセル同士は同じワード線を共有し、横方向に隣り合うメモリセル同士はビット線を共有する。本実施の形態ではこのパターンを前提に説明するが、その他のメモリセルパターンについても本発明の磁気記憶装置と磁気情報の書込み方法を適用することができる。
【００１５】
一つのメモリセルは、ＭＩＳ（金属―絶縁体―半導体）型の電界効果トランジスタ（ＦＥＴ）１とＴＭＲ素子３の組み合わせを備える。ＦＥＴ１のゲート電極はワード線５に接続され、ワード線５によって制御される。つまり、このメモリセルに磁気情報を書込み、もしくは読み出す際には、ワード線からゲート電極にオン電圧が印加され、ＦＥＴ１のソース・ドレイン電極間は導通状態（オン状態）となる。
【００１６】
ＦＥＴ１のソース・ドレイン電極の一方はプレート電極に接続され、他方のソース・ドレイン電極はＴＭＲ素子３に接続されているため、ＦＥＴ１がオン状態になるとプレート電極とＴＭＲ素子３間が導通状態となる。この導通状態においてＴＭＲ素子３のトンネル接合抵抗値を測定することができる。
【００１７】
ＴＭＲ素子３は、磁化固定層３１、磁化自由層３５、及び両層の間に形成されたトンネル絶縁層３３を備える。磁化固定層３１にはビット線（読出し）７が接続されている。プレート電極とＴＭＲ素子３が導通状態になると、ビット線７を介してＴＭＲ素子３の抵抗
値を測定することができ、その磁気記憶情報を読み出すことができる。このトンネル接合抵抗値の測定は、ビット線７の端部に接続されたセンス回路によって行う。このセンス回路によってトンネル接合抵抗値の大小を読出すことで、ＴＭＲ素子３が記憶している"1"もしくは"0"の磁気記憶情報を判定することができる。
【００１８】
磁化自由層３５の他端にはビット線（書込み）９の端子が接続され、このビット線９を用いて磁化自由層３５へ磁気情報を書込むことができる。磁気記憶情報の書込み方法については、後述する。
【００１９】
次に、本実施の形態における磁化自由層３５の構造について、図２の上面模式図を用いて説明する。
【００２０】
磁化自由層３５は一体の強磁性層からなり、この強磁性層はトンネル接合部３５１と一対の磁壁ピン止め部３５３と一対の磁化固定領域３５７とに分けられる。図２では、トンネル接合部３５１と磁壁ピン止め部３５３との境界、磁壁ピン止め部３５３と磁化固定領域３５７との境界を点線で示した。
【００２１】
磁化自由層３５は内部に磁壁３５５を備える。この磁壁３５５は、図２の紙面垂直方向に広がっており、図２の紙面左右方向に移動可能である。
【００２２】
トンネル接合部３５１は、トンネル絶縁層３３を介して磁化固着層３１と積層体をなし、この積層体がＴＭＲ素子３５のトンネル接合を形成している。
【００２３】
一対の磁壁ピン止め部３５３は、トンネル接合部３５１を磁化自由層３５内の磁壁３５５の移動方向（図２の紙面左右方向）から挟んでおり、磁壁３５５の移動を止める役割を果たす。この実施の形態では、この磁壁ピン止め部３５３の両側面に形成された、面内方向に延びるくさび形状のくびれ（切り欠け）３５３ａにより磁壁３５５の移動を止めることができる。くびれによる磁壁３５５のピン止めは、磁壁３５５の移動方向の両端に、強磁性層の幅を狭める構造により実現でき、くびれの形状はくさび形状の他にＵ字形状等でもよい。また、くびれは両側面に形成する必要はなく、片側面にのみ形成してもよい。
【００２４】
くびれ以外の磁壁ピン止め構造は、結晶歪を備える応力部や格子欠陥密度の高い磁性体部がある。ここで、格子欠陥とは、空孔、不純物ドーピング、転移等である。
【００２５】
磁壁ピン止め部３５３の外側（強磁性層内の磁壁３５５の移動方向延長上）には磁化固定部３５７が形成されている。磁化固定部は磁壁ピン止め部３５３の脇（同一平面状）や、磁壁ピン止め部３５３の上下に積層形成する等、その位置を適宜変更できる。
【００２６】
磁化固定部３５７は、交換バイアス等により固定された固定磁化３５７ａ、３５７ｂを備える。固定磁化３５７ａ，３５７ｂのいずれか一方は、磁化固定層３１の固定磁化と平行にすることが好ましい。固定磁化３５７ａ、３５７ｂの向きは互いに反対向きとなっており、これにより磁化自由層３５内の磁壁３５５の導入を容易にし、また、磁壁３５５の移動距離を短くすることができるため、早い磁化反転が可能になる。
【００２７】
図２では、固定磁化３５７ａは右向き、固定磁化３５７ｂは左向きであるが、二つの固定磁化３５７ａ、３５７ｂの相対角度は略１８０°であればよく、向きは適宜変更することができる。例えば、二つの磁化の向きを図２の紙面の上向き／下向きとしてもよく、左側の磁化固定部３５７の磁化を左向き、右側の磁化固定部３５７の磁化を右向きとしてもよい。
【００２８】
固定磁化３５７ａ、３５７ｂは、隣接する反強磁性層との交換結合による交換バイアスの他、硬質磁性層からの漏洩磁界等により固定することができる。反強磁性層は磁化固定部３５７に積層することもできる。硬質磁性層は、磁化固定部３５７に積層する他、面内に隣接形成したり、面内の近傍に配置したりするができる。
【００２９】
トンネル接合部３５１内の磁化の向きは、ビット線９から磁化自由層３５の一端から多端に流れる電流により変化させることができる。この磁化自由層３５の磁化方向の変化により、磁化自由層３５に磁気情報を記憶させることができる。
【００３０】
次に、この記憶情報の書込み方法の一例を説明する。
【００３１】
まず、初期状態として、例えば、図２の磁壁３５５より左側の部分が右向き磁化３５１ａ（磁化固定部３５７の固定磁化３５７ａと同じ向きの磁化）を備え、磁壁３５５より右側の部分が左向き磁化３５１ｂ（磁化固定部３５７の固定磁化３５７ｂと同じ向きの磁化）を備えている、とする。
【００３２】
ＴＭＲ素子３に書込み電流が流されると、磁化自由層３５を流れる電流（図２の紙面内で右から左に向かう電流）により、磁壁３５５を左側から右側の磁壁ピン止め部３５３に移動させることができる。この磁壁３５５の移動により、接合部３５１の磁化を接合部３５１の磁化は右側の磁化固定部３５７の固定磁化３５７ｂと等しい向きに反転させることができる。
【００３３】
逆に、図２の紙面内を左から右に向かう電流を流すことにより右側のくびれ部３５３ａにピン止めされた磁壁を左方向に動かす。その結果、接合部３５１の磁化は左側の磁化固定部３５７の固定磁化３５７ａと等しい右向きにとなる。
【００３４】
このような磁化自由層内の通電による磁壁移動法によれば、磁壁３５５の移動に必要な電流密度は、磁化固定層からのスピン注入法による磁化反転と同程度であるが、一般に磁化自由層３５の断面積はトンネル接合面積よりも小さくできるので、必要な書込み電流の絶対値は磁壁移動法の方が小さくなる。
【００３５】
例えば、トンネル接合の平面積を約１００ｘ１００ｎｍ2、磁化自由層の厚さを約１０ｎｍとすると、フリー層の断面積は接合面積の１／１０程度となる。よって、必要な電流の絶対値はスピン注入法の約１／１０となり、電流の２乗に比例する消費電力は約１／１００にすることができる。
【００３６】
トンネル接合の接合抵抗は最も低い接合でも約１０Ωμｍ2程度であり、トンネル接合に１０7〜１０8Ａ／ｃｍ2（０．１〜１Ａ／μｍ2）の電流を流すと、０．１〜１０Ｗ／μｍ2の熱が発生する。一般的なトンネル接合が耐えられる発熱は約１ｍＷ／μｍ2程度なので、スピン注入法により磁化を反転させるには電流値を約１０6Ａ／ｃｍ2以下にする必要がある。すなわち、現在よりも１桁以上低い電流値で磁化反転をさせなければならず、従来のスピン注入法では実現が困難と考えられている。
【００３７】
一方、本実施の形態による磁壁移動法の場合、磁化自由層３５の抵抗率は約１０-5Ωｃｍ程度、強磁性の磁化自由層３５と金属性のビット線９とのコンタクト抵抗は約５×１０-12Ωｃｍ2程度なので、磁化自由層の長さを約２００ｎｍ、磁壁３５５の移動方向に略垂直な断面の面積を約１００×１０ｎｍ2とした場合、約１０7〜１０8Ａ／ｃｍ2の電流を流しても発熱は約０．２μＷ〜２０μＷ（１０μＷ／ｃｍ2〜１ｍＷ／ｃｍ2）となりトンネル接合を破壊することなく磁化を反転させることができる。
【００３８】
電流が磁壁３５５に及ぼす力は電子の平均自由行程と磁壁３５５の厚さに依存し、電子の平均自由行程に比べて磁壁３５５が薄い場合には強い移動力を及ぼすと考えられる。強磁性体中の平均自由行程は１０ｎｍ程度なので、磁壁の厚さは約１０ｎｍ以下とすることが望ましい。
【００３９】
磁壁３５５の厚さは異方性エネルギーが大きいほど薄くなるので、磁壁の動きを促すためには磁化自由層３５の異方性エネルギーを高めることが重要である。異方性エネルギーを高めるには、Ｃｅ、Ｐｒ、Ｎｄ、Ｓｍ等の異方性エネルギーの高い希土類イオンを磁化自由層３５の接合部３５１、あるいは接合部３５１と磁壁ピン止め部３５３にドープすることが望ましい。
【００４０】
ここで、磁化自由層３５としてはＦｅ、Ｃｏ、Ｎｉ、これらを少なくとも一つ含む合金、またはその他の強磁性材料を用いることができる。
【００４１】
トンネル絶縁層３３にはＡｌＯx、ＭｇＯ、ＨｆＯ、ＡｌＨｆＮ、ＡｌＮ、ＡｌＨｆＯなどの誘電体材料を用いることができる。
【００４２】
磁化固定層３１には、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉ、これらを少なくとも一つ含む合金、またはその他の強磁性材料を用いることができる。
【００４３】
反強磁性層には、ＩｒＭｎ、ＰｔＭｎ、ＰｄＭｎ、ＲｕＲｈＭｎ等やその他の反強磁性材料を用いることができる。
【００４４】
硬質磁性層には、ＦｅＣ、ＣｏＮｉＡｌ、ＳｍＣｏ、ＮｄＦｅＢ、またはその他の硬質磁性材料を用いることができる。
【００４５】
ワード線５、ビット線７，９の材料としては、Ｃｕ、Ａｌ、Ａｕ、Ｗ等の金属性材料を用いることができる。
【００４６】
以上説明したように、本実施の形態による磁気記憶装置と磁気情報書込み方法によれば、外部磁場によらずに電流によって磁化反転を行うことができ、この電流はトンネル接合を横切って流れるのではなく磁化自由層３５のみを流れるため、消費電力の低減とトンネル接合やＦＥＴの破壊を回避することができる。また、書込みに要する電流をトンネル接合を使ったスピン注入に比べて小さくすることができるため、低消費電力化、高集積化にも寄与する。
【実施例】
【００４７】
（実施例１）
本発明の第１の実施形態による磁気記憶装置についてＴＭＲ素子を作成した。
【００４８】
イオンビームスパッター装置および電子ビームリソグラフィー装置を用いて、Ｓｉ基板上に図３の側面模式図に示すＴＭＲ素子を作成した。
【００４９】
ＴＭＲ素子３は、Ｃｏの磁化固定層３１、ＡｌＯxのトンネル絶縁層３３、Ｃｏの磁化自由層３５を備える。磁化自由層３５の接合部３５１とトンネル絶縁層３３と磁化固定層３１の積層体によるトンネル接合を形成した。Ｓｉ基板に替えて、ガラス基板、Ａｌ2Ｏ3・ＴｉＯx基板、セラミック基板を用いることもできる。ＴＭＲ素子３とＳｉ基板との間には、ＴＭＲ素子３の各層の結晶構造などを制御するための下地層などを形成してもよい。
【００５０】
トンネル接合は図３の紙面に垂直な方向（幅：２００ｎｍ）と紙面左右方向（長さ：４００ｎｍ）に広がっており、面積は約２００ｘ４００ｎｍ2である。磁化固定層３１、磁化自由層３５の幅は約２００ｎｍ、厚さは約２０ｎｍである。磁化固定層３１の長さは約４００ｎｍである。磁化自由層３５の長さは約１２００ｎｍである。
【００５１】
トンネル絶縁層３３はＡｌＯxよりなる。このＡｌＯx層は、磁化自由層３５上に形成したＡｌ層をプラズマ酸化することにより形成した。トンネル絶縁層ＡｌＯxの幅は約２００ｎｍ、長さは約４００ｎｍ、厚さは約１ｎｍとした。
【００５２】
磁化自由層３５の一対の磁壁ピン止め部３５３には夫々２個のくさび状のくびれ３５３ａを形成した。図３では一側面のくびれ３５３ａ（二個）を図示した。このくびれ３５３ａは、磁化自由層の形成後に、電子線リソグラフィーとイオンミリングにより形成した。くさび状のくびれ３５３ａの磁化自由層３５の側面における幅および側面からの深さは約５０ｎｍとした。
【００５３】
磁化自由層３５の一対の磁化固定部３５７と磁化固定層３１との上には、厚さ約１００ｎｍの反強磁性体（ＩｒＭｎ）層１１ａ，１１ｂ，１１ｃを形成し、夫々、積層された磁化固定層３１と磁化固定部３５７と磁気交換結合させた。この磁気交換結合により磁化固定層３１と磁化固定部３５７には所定の向きの交換バイアスを付与し、磁化固定層３１には固定磁化３１ａ、一対の磁化固定部３５７のうち左側には固定磁化３５７ａ、右側には固定磁化３５７ｂを付与した。この交換結合は、各ＩｒＭｎ層の成膜を各磁化方向に向いた磁場中（磁場の強さは約２０００Ｏｅ）で行うことにより導入した。
【００５４】
反強磁性層１１ｃ上には、読出し用のＡｕ電極１３を形成した。また、磁化自由層３５の一対の磁化固定部３５７上には、一対の書込み用のＡｕ電極１５を形成した。
【００５５】
次に、このＴＭＲ素子３に磁気情報を書込み、読出した。
【００５６】
まず、外部磁場Ｈの下でＡｕ電極１３とＡｕ電極１５の一方に電流を流し、トンネル接合の磁気抵抗効果を測定した。その結果を図４の電流（ｍＡ）―トンネル接合抵抗（Ω）特性図に示す。磁場Ｈの正負は、図３において右向きを正、左向きを負とした。
【００５７】
ＴＭＲ素子３に−１００Ｏｅの磁場を印加し、磁化自由層３５の磁化を磁化固定層３１の磁化３１ａと平行な状態にした。その後、磁場を徐々に正の磁場（１００Ｏｅ）まで変化させ、ＴＭＲ素子３の抵抗を測定した。ＴＭＲ素子３のトンネル接合抵抗は、約４０Ｏｅにおいて増大しており、この段階で磁化自由層３５の磁化が反転して、磁化固定層３１と磁化自由層３５の２つの磁化が反平行状態になったことがわかる。トンネル接合の比抵抗は約１００Ωμｍ2、ＭＲ比は約１０％であった。
【００５８】
その後、外部磁場Ｈをゼロに戻してもトンネル接合抵抗は高抵抗状態が維持されたため、磁壁３５５は図３の紙面右側の磁壁ピン止め部３５３ａに捕捉（トラップ）されたと考えられる。引き続き外部磁場Ｈがゼロの状態で以下の測定を行った。
【００５９】
まず、左右のＡｕ電極１５間に、正の向き（図２の紙面右向き）の電流を１ｍｓｅｃ間流し、その後、電流を０に戻した後にトンネル接合抵抗の測定を行った。正の電流により電子は左向きに流れている。電流値を漸次増加させ同様な測定を繰り返し行った。その結果を図５の電流（ｍＡ）−トンネル接合抵抗（Ω）特性図に示す。
【００６０】
トンネル接合抵抗は約１．９ｍＡの電流で高抵抗状態から低抵抗状態に変化し、この大きさの電流で磁壁が右側の磁壁ピン止め部３５３から左側の磁壁ピン止め部３５３に移動
したことが分かる。約１．９ｍＡの電流を電流密度に換算すると、約４．８×１０7Ａ／ｃｍ2となる。
【００６１】
本実施例による磁化自由層３５と同じ層を形成して、MFM（Magnetic Force Microscope）により磁壁を観察したところ、磁壁の幅は約３０ｎｍであった。
（実施例２）
実施例１と同様の方法でＣｏの磁化固定層３１、ＡｌＯxのトンネル絶縁層３３、ＣｏＳｍxの磁化自由層３５を備えるトンネル接合を作製した。
【００６２】
この実施例では、磁化自由層３５に、Ｃｏに代えて約５％のＳｍがドープされたＣｏＳｍx合金を用いた。その他の層材料やＴＭＲ素子３の構造等は実施例１と同様である。
【００６３】
このトンネル接合の抵抗（Ω）について、外部磁場（Ｏｅ）および電流（ｍＡ）とトンネル接合抵抗（Ω）の相関特性を測定した。その結果を図６および図７に示す。
【００６４】
図６では、図４に比べてトンネル接合抵抗が変化する磁場が増大し、約７０Ｏｅで抵抗が変化した。この原因はＳｍの添加により磁化自由層３５の保磁力が増大したためと考えられる。
【００６５】
一方、図７では図５に比べてトンネル接合抵抗が変化する電流が減少し、約１．３ｍＡ（電流密度は３．２×１０7Ａ／ｃｍ2）の電流で高抵抗状態から低抵抗状態に変化したことがわかる。
【００６６】
この実施例の磁化自由層と同じ層についてＭＦＭにより磁壁を観察したところ、その厚さは約１０ｎｍと推定された。このことはＳｍを添加することにより磁化自由層３５の磁気異方性エネルギーが増大したため磁壁の幅が減少し、実施例１に比べて、同じ電流量により磁壁が受ける力が増大したことを示している。
【図面の簡単な説明】
【００６７】
【図１】本発明の磁気記憶装置と磁気情報の書込み方法に関わる第１の実施の形態を説明するための回路図（一部断面模式図）。
【図２】第１の実施の形態に関わる磁化自由層の上面図。
【図３】第１の実施の形態に関わる実施例１のＴＭＲ素子を示す断面模式図。
【図４】実施例１に関わるＴＭＲ素子の磁場（Ｏｅ）−トンネル接合抵抗（Ω）の特性図。
【図５】実施例１に関わるＴＭＲ素子の電流（ｍＡ）−トンネル接合抵抗（Ω）の特性図。
【図６】第１の実施の形態に関わる実施例２のＴＭＲ素子による磁場（Ｏｅ）−トンネル接合抵抗（Ω）の特性図。
【図７】実施例２に関わるＴＭＲ素子の電流（ｍＡ）−トンネル接合抵抗（Ω）の特性図。
【符号の説明】
【００６８】
１・・・ＦＥＴ
３・・・ＴＭＲ素子
５・・・ワード線
７・・・ビット線（読出し）
９・・・ビット線（書込み）
３１・・・磁化固定層
３３・・・トンネル絶縁層
３５・・・磁化自由層
【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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