(57)【要約】【課題】金属細線への形状加工に伴う、情報の記録／再生の信頼性低下を回避する磁壁移動型メモリ素子を提供する。【解決手段】強磁性材料で形成されて線状に延び、結晶磁気異方性が相対的に大きな特異点が所定間隔で形成されることにより、互いに異なる２つの磁化方向のうちのいずれの磁化方向にも磁化し得る区画が該特異点を挟んで配列されてなるメモリラインと、上記区画のうちの１つの記録区画に磁場を印加し、該記録区画を上記２つの磁化方向のうちの任意の一方の磁化方向に磁化する記録素子と、上記区画のうちの１つの読取区画の磁化方向を検出する読取素子と、上記メモリラインに電流を流して、互いに異なる方向に磁化された隣接する２つの区画の間に形成された磁壁を一区画分移動させる電流路とを備えている。【選択図】図６
2009295607.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
強磁性材料で形成されて線状に延び、結晶磁気異方性が相対的に大きな特異点が所定間隔で形成されることにより、互いに異なる２つの磁化方向のうちのいずれの磁化方向にも磁化し得る区画が該特異点を挟んで配列されてなるメモリラインと、
前記区画のうちの１つの記録区画に磁場を印加し、該記録区画を前記２つの磁化方向のうちの任意の一方の磁化方向に磁化する記録素子と、
前記区画のうちの１つの読取区画の磁化方向を検出する読取素子と、
前記メモリラインに電流を流して、互いに異なる方向に磁化された隣接する２つの区画の間に形成された磁壁を一区画分移動させる電流路とを備えたことを特徴とする磁壁移動型メモリ素子。
【請求項２】
前記メモリラインは、線状に延びる第１の強磁性材料と、前記所定間隔で該第１の強磁性材料に接して離散配置された第２の強磁性材料とからなるものであることを特徴とする請求項１記載の磁壁移動型メモリ素子。
【請求項３】
前記メモリラインは、線状に延びる第１の強磁性材料と、前記所定間隔で該第１の強磁性材料に埋め込まれた状態で離散配置された第２の強磁性材料とからなるものであることを特徴とする請求項１記載の磁壁移動型メモリ素子。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本件は、強磁性材料で形成されて線状に延び、互いに異なる２つの磁化方向のうちのいずれの磁化方向にも磁化し得る区画が配列されてなるメモリラインを有する磁壁移動型メモリ素子に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、情報技術の進展とともに、コンピュータをはじめ、情報を処理する機能を備えた電子装置が広く普及している。こうした電子装置の中には、動作に必要な情報を一時的に蓄える不揮発性のメモリ素子（ＲＡＭ：  Ｒａｎｄｏｍ  Ａｃｃｅｓｓ  Ｍｅｍｏｒｙ）が搭載されていることが多く、記憶容量の多いメモリ素子を有する電子装置ほど、高速度で動作することができる。このため、情報を、高い記録密度で記憶する小型で大容量のメモリ素子についての研究や開発が盛んに行われている。
【０００３】
メモリ素子の中には、磁気を利用して情報の記憶を行うタイプのメモリ素子が存在する。磁気を利用するタイプのメモリ素子は、所定方向に平行あるいは反平行の向きの磁化を複数備えており、各磁化の向きで１ビットの情報がそれぞれ表されるという規則の下で、情報は、上記の複数の磁化方向の配列として表現されたビット列の形式で記憶される。強磁性層を有する磁気抵抗効果膜を複数備え、磁気抵抗効果膜の強磁性層の磁化の向きで１ビットの情報を記憶するＭＲＡＭ（Ｍａｇｎｅｔｏｒｅｓｉｓｔｉｖｅ  ＲＡＭ）は、こうした磁化を利用するメモリ素子の代表例である。最近では、強磁性材料からなる線状の金属細線に、所定方向に平行あるいは反平行の向きの磁化を金属細線に沿って複数設け、これら複数の磁化方向の配列で情報を記憶する方式を採用したメモリ素子が提案されている（例えば、特許文献１、特許文献２参照）。この方式では、ＭＲＡＭの方式よりも磁化の配列が高密度となり、小型で大容量のメモリ素子が実現するという利点がある。ここで、金属細線を利用して情報を記憶するメモリ素子について具体的に説明する。
【０００４】
図１は、金属細線を利用して情報を記憶するメモリ素子における金属細線の一例についての外観斜視図である。
【０００５】
特許文献１や特許文献２に記載されているメモリ素子のように金属細線を利用して情報を記憶するメモリ素子では、金属細線として、例えば、図１に示すように切り欠き部（ノッチ）１２’が所定の間隔をおいて並んだ構成の金属細線１０’が用いられる。切り欠き部１２’と切り欠き部１２’の間には、磁化が保持される磁化保持部１１’が設けられている。ここで、切り欠き部１２’と磁化保持部１１’は、一様な強磁性材料で構成されている。図１では、各磁化保持部１１’中の太い矢印によって、各磁化保持部１１’が有する磁化とその方向が示されており、図１に示すように、その磁化方向は、金属細線１０’の延びている方向に平行あるいは反平行となっている。微視的には、各磁化保持部１１’では、各磁化保持部１１’中の原子の磁化方向が、金属細線１０’の延びている方向に平行あるいは反平行に揃った状態となっており、これにより巨視的には、図１で示すように、金属細線１０’の延びている方向に平行あるいは反平行の向きの磁化を有する磁化保持部１１’となる。ここで、図１の左から１番目に位置し右向きの磁化を有する磁化保持部１１’と、図１の左から２番目に位置し左向きの磁化を有する磁化保持部１１’の間の切り欠き部１２’付近の領域は、原子の磁化の向きが一方向に揃っていない領域となっており、磁化方向が切り替わる境界領域となっている。このような磁化方向が切り替わる境界領域は磁壁と呼ばれており、図１では、これら２つの磁化保持部１１’の間に、磁壁Ｗ＋が示されている。また、図１の右から２番目に位置し右向きの磁化を有する磁化保持部１１’と、図１の右から３番目に位置し左向きの磁化を有する磁化保持部１１’の間の切り欠き部１２’付近の領域も、磁化方向が切り替わる磁壁が存在している。図１では、これら２つの磁化保持部１１’の間に、磁壁Ｗ−が示されている。なお、図１の磁壁Ｗ＋の「＋」は、磁壁の両側の２つの磁化の磁化方向を表す２つの矢印が、磁壁Ｗ＋を挟んで向かい合った状態となっていることを表しており、図１の磁壁Ｗ−の「−」は、磁壁の両側の２つの磁化の磁化方向を表す２つの矢印が、磁壁から離れていく方向を向いた状態になっていることを表している。
【０００６】
一般に、磁壁は、磁化方向が切り替わる境界面の面積が狭いほど、エネルギー的に安定している。図１では、磁化保持部１１’の断面積Ｓ２は、切り欠き部１２’の断面積Ｓ１よりも広くなっており、このため、図１のように切り欠き部（ノッチ）１２’が並んだ構成の金属細線１０’では、磁壁は、図１の磁壁Ｗ＋や磁壁Ｗ−のように、切り欠き部の付近にのみ安定して存在できることとなる。このような性質は、図１のように切り欠き部（ノッチ）が並んだ構成の金属細線１０’以外に、ラチェット形状が並んだ構成の金属細線や、金属細線の厚みが所定間隔ごとに変化する段差構造の金属細線のように、断面積が所定間隔ごとに変化する形状の金属細線に共通する性質である。このように断面積が所定間隔ごとに変化する形状を備えた強磁性の金属細線が、金属細線を利用して情報を記憶するメモリ素子では、一般に採用可能である。
【０００７】
ここで、磁壁は、金属細線中を流れるパルス電流（パルス的な電子の流れ）によって金属細線が延びている方向に移動することが一般に知られており、この移動の際には、磁壁と磁壁の間の磁化の並びは、そのまま維持される。すなわち、実質的には、パルス電流によって磁化の配列が移動することとなる。図１の金属細線１０’を利用して情報を記憶するメモリ素子では、このような磁壁の移動を介した磁化配列の移動を利用して情報の再生や記録が行われる。
【０００８】
図２および図３は、図１の金属細線１０’において磁壁が移動する様子を表した模式図である。
【０００９】
図２および図３では、図１の金属細線１０’を、図１の矢印Ａ方向から見たときの様子が、磁化方向を表す矢印とともに示されている。ここで、図２には、パルス電流が金属細線１０’に流される前の様子が示されており、図３には、パルス電流が金属細線１０’に流された後の様子が示されている。
【００１０】
図２に示す矢印Ｉ’方向（図２および図３の左向き方向）にパルス電流が流されると（すなわち、電子が矢印Ｉ’方向とは反対方向にパルス的に流れると）、図２の中の２つの磁壁Ｗ＋，Ｗ−は、図３に示すように、パルス電流の流れる方向とは反対方向（すなわち、電子が流れる方向）である、図２および図３の右向き方向に、磁化保持部１１’の１つ分の長さに対応した距離を移動する。この移動の際には、図２に示す５つの磁化保持部１１’中の矢印で磁化方向が表された５つの磁化は、図３に示すように、５つの磁化方向の配列順序を保った状態で、磁化保持部１１’の１つ分の長さに対応した距離を移動する。なお、矢印Ｉ’方向（図２および図３の左向き方向）とは反対方向に上記のパルス電流を流すと、図２に示す５つの磁化は、５つの磁化方向の配列順序を保った状態で、図２の状態から、図２の左向き方向に磁化保持部１１’の１つ分の長さに対応した距離を移動する。
【００１１】
図１の金属細線１０’を有するメモリ素子では、図２および図３に示すように、金属細線１０’中の磁化保持部１１’に近接して読取素子２０’や記録素子３０’が設けられている。読取素子２０’は、磁気抵抗効果を利用して、読取素子２０’が近接している磁化保持部１１’の磁化方向を読み取る素子である。一方、記録素子３０’は、金属細線１０’の延びている方向に平方あるいは反平行の向きの磁場を印加して、その磁場の向きと同じ向きの磁化をその磁化保持部１１’に新たに形成する素子である。
【００１２】
図１の金属細線１０’を有するメモリ素子では、情報の読取時には、パルス電流が複数回流され、パルス電流が流されるごとに読取素子２０’による磁化方向の読み取りが行われる。すなわち、パルス電流が複数回流されることで、複数個の磁化の配列が、読取素子２０’が近接している磁化保持部１１’の位置（読取位置）を通過し、複数個それぞれの磁化の方向が、この読取位置で読取素子２０’により読み取られていく。読取素子２０’は、読み取りで得られた複数ビットの情報を表す再生信号を生成し、これにより、複数ビット分の情報が再生される。
【００１３】
また、情報の記録時には、パルス電流が複数回流され、パルス電流が流されるごとに記録素子３０’による新たな磁化方向の形成が行われる。すなわち、パルス電流が複数回流されることで、複数個の磁化の配列が、記録素子３０’が近接している磁化保持部１１’の位置（記録位置）を通過し、複数個それぞれの磁化の方向が、この記録位置で記録素子３０’の印加する磁場により書き換えられていく。ここで、記録素子３０’には、記録すべき複数ビットの情報を表す記録用のビット信号が入力されており、上記の磁化方向の書き換えは、この記録用のビット信号に応じた向きに磁場が印加されることにより実行される。
【特許文献１】米国特許第６８３４００５号公報
【特許文献２】特開２００７−３２４２７６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１４】
金属細線１０’を利用して情報を記憶するメモリ素子では、金属細線１０’の太さは、情報が高密度で記憶されるように数十ｎｍ〜数百ｎｍ程度に抑えられており、極めて細い金属細線が用いられている。このように極めて細い金属細線１０’では、図１に示すような、所定間隔ごとに断面積が変化する形状を、正確に形成するのは加工技術上きわめて困難であり、磁化保持部１１’の形状にムラができることが少なくない。このように磁化保持部１１’の形状にムラができた金属細線１０’では、磁壁が停止する位置（トラップされる位置）にムラが生じ、情報の記録や再生の信頼性が低下するという問題がある。
【００１５】
また、所定間隔ごとに断面積が変化する形状の金属細線１０’では、パルス電流が繰り返し流されると、金属細線１０’の太さが一様でないことに起因して、磁化の向きが自発的に反転する磁化保持部１１’が現れることがある。以下、このことについて説明する。
【００１６】
図４は、図２の金属細線１０’に、上記のパルス電流を、パルス電流を流す方向を交互に（すなわち、図２の右方向と左方向とで交互に）切り換えて繰り返し流したときの磁化の様子を表した図である。
【００１７】
この図４では、図２の５つの磁化のうち、右から１番目の磁化保持部１１’の磁化が、右向きから左向きに反転している。この反転により、図４では、右から１番目の磁化保持部１１’と、右から２番目の磁化保持部１１’の間の切り欠き部１２’に、新たな磁壁Ｗ＋’が現れている。このように、パルス電流が繰り返し流されると磁化の反転が起こる状態では、情報の記録や再生の信頼性が低下するという問題が生じる。
【００１８】
以上説明した、形状にムラができた磁化保持部１１’や、磁化の反転が起こった磁化保持部１１’に起因する、情報の記録や再生の信頼性低下の問題は、図２のような切り欠き部１２’を有する金属細線１０’を採用する磁壁移動型メモリ素子に限らず、磁壁のトラップ用に金属細線に形状加工が施された金属細線を採用する磁壁移動型メモリ素子全般に共通する問題である。
【００１９】
上記事情に鑑み、本件は、金属細線への形状加工に伴う、情報の記録／再生の信頼性低下を回避する磁壁移動型メモリ素子を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００２０】
上記目的を達成する磁壁移動型メモリ素子の基本形態は、
強磁性材料で形成されて線状に延び、結晶磁気異方性が相対的に大きな特異点が所定間隔で形成されることにより、互いに異なる２つの磁化方向のうちのいずれの磁化方向にも磁化し得る区画が該特異点を挟んで配列されてなるメモリラインと、
上記区画のうちの１つの記録区画に磁場を印加し、該記録区画を上記２つの磁化方向のうちの任意の一方の磁化方向に磁化する記録素子と、
上記区画のうちの１つの読取区画の磁化方向を検出する読取素子と、
上記メモリラインに電流を流して、互いに異なる方向に磁化された隣接する２つの区画の間に形成された磁壁を一区画分移動させる電流路とを備えている。
【００２１】
一般に、結晶磁気異方性が大きい強磁性材料では、磁化方向が特定の方向に制限されやすく、このため、外部磁場が印加されてもその外部磁場の方向に磁化方向が揃いにくいことが多い。
【００２２】
上記の基本形態によれば、結晶磁気異方性が相対的に大きな特異点が所定間隔ごとに形成されることで、磁壁は、上記の区画よりも、磁化が揃いにくい特異点付近に位置しやすくなる。この結果、この方式では、メモリラインに形状加工を施すことなく、磁壁を区画と区画の間に停止（トラップ）させることができる。そこで、上記の基本形態では、金属細線への形状加工に伴う、情報の記録／再生の信頼性低下が回避される。
【発明の効果】
【００２３】
以上説明したように、磁壁移動型メモリ素子の上記基本形態によれば、金属細線への形状加工に伴う、情報の記録／再生の信頼性低下が回避される。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２４】
基本形態について上述した磁壁移動型メモリ素子に対する具体的な実施形態を、以下図面を参照して説明する。
【００２５】
図５は、磁壁移動型メモリ素子の具体的な実施形態の全体構成図である。
【００２６】
図５に示す磁壁移動型メモリ素子１００は、支持体となるシリコン基板６０を備えており、このシリコン基板６０上には、素子領域を画定する素子領域画定部６１が設けられている。また、シリコン基板６０上には、ゲート絶縁膜４４を介してゲート電極４３が形成されており、ゲート電極４３の両側には、ソース／ドレイン領域４１，４２が形成されている。これらゲート電極４３、およびソース／ドレイン領域４１，４２により、トランジスタ４０が形成されている。
【００２７】
また、シリコン基板６０、トランジスタ２２、および素子領域画定部６１の全体の上には、第１層間絶縁膜６２が形成されており、この第１層間絶縁膜６２には、ソース／ドレイン領域４２に達するコンタクトホール５１が形成されている。コンタクトホール５１内には、ソース／ドレイン領域４２に接続されたコンタクトプラグ５２が埋め込まれている。第１層間絶縁膜６２上には、コンタクトプラグ５２を介してソース／ドレイン領域４２に電気的に接続された状態で、読取素子２０が設けられている。
【００２８】
読取素子２０は、コンタクトプラグ５２側から、下部電極層２３、固定磁化層２１、バリア層（トンネル絶縁膜）２２が重なった構成を備えており、この読取素子２０は、さらにバリア層（トンネル絶縁膜）２２の上側に、間に金属細線１０を挟んで上部電極層２４を備えている。
【００２９】
固定磁化層３２は、下部電極層２３側から、反強磁性層２１１、第１強磁性層２１２、非磁性層２１３、および第２強磁性層２１４が積層した構成を備えている。反強磁性層２１１は、反強磁性材料で構成された層であり、反強磁性材料としては、例えばイリジウム（Ｉｒ）とマンガン（Ｍｎ）の合金（Ｉｒ−Ｍｎ）や、白金（Ｐｔ）とマンガン（Ｍｎ）の合金（Ｐｔ−Ｍｎ）が採用される。第１強磁性層２１２および第２強磁性層２１４は、いずれも強磁性材料で構成された層であり、これらの層の強磁性材料としては、例えば白金（Ｃｏ）と鉄（Ｆｅ）の合金（Ｃｏ−Ｆｅ）が採用される。ここで、図５に示すように、第１強磁性層２１２は、図５の左向きの磁化を備えており、一方、第２強磁性層２１４は、図５の右向きの磁化を備えている。これらの磁化は、後述する金属細線１０中の磁化の影響を受けることはなく、上述の方向をそれぞれ向いた、向きが固定された磁化となっている。バリア層３４は、上部電極層２４と下部電極層２３との間に電圧が印加されたときに、第１強磁性層２１２と第２強磁性層２１４との相互間を流れる電流（電子）に対しエネルギー障壁（ポテンシャル）を与える層であって、この電流（電子）は、量子力学のトンネル効果によりバリア層３４を通過することができる。バリア層３４の材料としては、例えば酸化アルミニウム（Ａｌ２Ｏ３）が採用される。
【００３０】
第１層間絶縁膜６２の上には、第２層間絶縁膜６３が重なっており、この第２層間絶縁膜６３中に、上記の、下部電極層２３、固定磁化層２１、およびバリア層（トンネル絶縁膜）２２が、バリア層（トンネル絶縁膜）２２の上面を除き、埋め込まれている。バリア層（トンネル絶縁膜）２２の上面には、図５の横方向に延びる金属細線１０の一部が接している。この金属細線１０については、後述する。
【００３１】
また、第２層間絶縁膜６３中には、記録素子３０が、上面を除いて埋め込まれており、記録素子３０は、この上面側が金属細線１０に接した状態で配置されている。記録素子３０は、絶縁膜３２と配線３１とを備えている。配線３１は、図５に垂直な方向に延びており、図５ではその断面が示されている。この配線３１に電流が流されることで、金属細線１０に沿った方向の磁場が、絶縁膜３２が接している金属細線１０に印加される。
【００３２】
絶縁膜３２は、絶縁材料で構成されており、配線３１と金属細線１０とを絶縁する役割を果たしている。配線３１は、非磁性の金属材料（磁化率がきわめて小さい金属材料）で構成された非磁性金属層３１２と、強磁性の金属材料で構成された強磁性金属層３１１とで構成されている。強磁性金属層３１１は、非磁性金属層３１２の絶縁膜３２側の面を除いて非磁性金属層３１２の外面を覆う状態で形成されている。このような配線３１の構造は、クラッド構造と称されている。クラッド構造の配線３１は、非磁性金属層３１２の周囲が強磁性金属層３１１によりシールドされているため、金属細線１０側に磁束を集中させることができる。
【００３３】
ここで、金属細線１０の上には、第３層間絶縁膜６４が積層しており、これにより、金属細線１０が空気中に露出することが避けられている。なお、上述した読取素子２０の上部電極２４は、金属細線１０に接する面を除き、この第３層間絶縁膜６４中に埋め込まれている。
【００３４】
次に、金属細線１０について説明する。
【００３５】
金属細線１０は、第１の強磁性材料１１ａ中に、結晶磁気異方性が第１の強磁性材料１１ａよりも大きい第２の強磁性材料１２が所定間隔ごとに埋め込まれた、全体として強磁性の線状の部材である。金属細線１０の両端には、金属細線用電極１０１，１０２が設けられており、２つの金属細線用電極１０１，１０２の間に電流を流すことで、金属細線１０に沿って金属細線１０中に電流を流すことができる。第１の強磁性材料１１ａとしては、例えばニッケル（Ｎｉ）と鉄（Ｆｅ）の合金（Ｎｉ−Ｆｅ）が採用でき、第２の強磁性材料１２としては、例えばニッケル（Ｎｉ）が採用できる。ここで、Ｎｉ−Ｆｅの１軸についての結晶磁気異方性（Ｋｕ）は、例えばＮｉ８０−Ｆｅ２０の場合、Ｋｕ＝−１×１０３［Ｊ／ｍ３］程度であり、Ｎｉの１軸についての結晶磁気異方性（Ｋｕ）は、Ｋｕ＝−５．７×１０３［Ｊ／ｍ３］程度である。このように、一般に、Ｎｉの方が、Ｎｉ−Ｆｅに比べて、結晶磁気異方性（Ｋｕ）の絶対値が大きい。
【００３６】
図６は、図５の磁壁移動型メモリ素子１００で採用されている金属細線１０の構成を表す外観斜視図である。
【００３７】
図６に示すように、金属細線１０は、断面が所定の長方形の形状となっており、図６の奥行き方向の幅ｄ、および図６の上下方向の厚さｔが、金属細線１０のいずれの場所でもほぼ一定となっている金属細線である。すなわち、図６の金属細線１０は、図１の金属細線１０’と異なり、図１の切り欠き部１２’のような形状加工は施されていない。ここで、図６の奥行き方向の幅ｄは例えば数百ｎｍであり、図６の上下方向の厚さｔは数百ｎｍであり例えば３０ｎｍ〜５０ｎｍである。
【００３８】
図６に示すように、金属細線１０は、第１の強磁性材料１１ａ中に、結晶磁気異方性が第１の強磁性材料１１ａよりも大きい第２の強磁性材料１２が、所定間隔ごとに配置された構成を備えている。
【００３９】
一般に、結晶磁気異方性が大きい強磁性材料では、磁化方向が特定の方向に制限されやすく、このため、外部磁場が印加されてもその外部磁場の方向に磁化方向が揃いにくいことが多い。
【００４０】
図６に示す構成の金属細線１０では、結晶磁気異方性が第１の強磁性材料１１ａよりも大きい第２の強磁性材料１２が所定間隔ごとに配置されることで、磁壁は、第１の強磁性材料１１ａよりも磁化が揃いにくい強磁性材料１２の付近に位置しやすくなっており、磁化は、２つの第２の強磁性材料１２に挟まれた第１の強磁性材料１１ａからなる磁化保持部１１に形成される。図６では、各磁化保持部１１中の太い矢印によって、各磁化保持部１１が有する磁化とその方向が示されており、図６に示すように、その磁化方向は、金属細線１０の延びている方向に平行あるいは反平行となっている。図５の磁壁移動型メモリ素子１００では、金属細線１０の、このような複数の磁化方向の配列で情報を記憶するメモリ素子である。
【００４１】
ここで、金属細線１０が、上述した基本形態におけるメモリラインの一例に相当する。また、第２の強磁性材料１２が、上述した基本形態における結晶磁気異方性が相対的に大きな特異点の一例に相当し、磁化保持部１１が、上述した基本形態における区画の一例に相当する。
【００４２】
図６に示すように、図６の左から１番目に位置し右向きの磁化を有する磁化保持部１１と、図１の左から２番目に位置し左向きの磁化を有する磁化保持部１１の間の第２の強磁性材料１２の付近に、磁壁Ｗ＋が存在している。また、図６の左右から２番目に位置し右向きの磁化を有する磁化保持部１１と、図１の右から３番目に位置し左向きの磁化を有する磁化保持部１１の間の第２の強磁性材料１２の付近にも、磁壁Ｗ−が存在している。ここで、図６の磁壁Ｗ＋の「＋」は、磁壁の両側の２つの磁化の磁化方向を表す２つの矢印が、磁壁Ｗ＋を挟んで向かい合った状態となっていることを表しており、図６の磁壁Ｗ−の「−」は、磁壁の両側の２つの磁化の磁化方向を表す２つの矢印が、磁壁から離れていく方向を向いた状態になっていることを表している。
【００４３】
ここで、磁壁は、金属細線中を流れるパルス電流（パルス的な電子の流れ）によって金属細線が延びている方向に移動することが一般に知られており、この移動の際には、磁壁と磁壁の間の磁化の並びは、そのまま維持される。すなわち、実質的には、パルス電流によって磁化の配列が移動することとなる。図５の磁壁移動型メモリ素子１００では、以下に説明するようにこのような磁壁の移動を介した磁化配列の移動を利用して情報の再生や記録が行われる。
【００４４】
図７および図８は、図５のメモリ素子１００において、磁壁が移動する様子を表した模式図である。
【００４５】
図５の磁壁移動型メモリ素子１００では、図５の金属細線１０の両端に設けられた金属細線用電極１０１，１０２の間にパルス電流が流される。図７および図８では、図７の矢印Ｉ方向（図７および図８の左向き方向）にパルス電流を流される前後の磁化の配列の様子が、磁化方向を表す矢印で示されており、図７が、パルス電流を流される前の様子、図８が、パルス電流が流される後の様子を、それぞれ表している。なお、これらの図は、図６の金属細線１０を、図６の矢印Ａ方向から見たときの図である。
【００４６】
図７の矢印Ｉ方向（図７および図８の左向き方向）にパルス電流が流されると（すなわち、電子が矢印Ｉ方向とは反対方向にパルス的に流れると）、図８に示すように、図７の中の２つの磁壁Ｗ＋，Ｗ−は、パルス電流の流れる方向とは反対方向（すなわち、電子が流れる方向）である、図７および図８の右向き方向に、磁化保持部１１の１つ分の長さに対応した距離を移動する。この移動の際には、図７に示す５つの磁化保持部１１中の矢印で磁化方向が表された５つの磁化は、図８に示すように、５つの磁化方向の配列順序を保った状態で、磁化保持部１１の１つ分の長さに対応した距離を移動する。なお、矢印Ｉ方向（図７および図８の左向き方向）とは反対方向に上記のパルス電流を流すと、図７に示す５つの磁化は、５つの磁化方向の配列順序を保った状態で、図７の状態から、図７の左向き方向に磁化保持部１１の１つ分の長さに対応した距離を移動する。
【００４７】
ここで、金属細線用電極１０１，１０２が、上述した基本形態における電流路の一例に相当する。
【００４８】
図５の磁壁移動型メモリ素子１００では、図７および図８に示すように、図５の読取素子２０や記録素子３０は、複数の磁化保持部１１のうちの１つに、それぞれ近接した位置に設けられている。
【００４９】
図５、図７、および図８に示す読取素子２０は、磁気抵抗効果を利用して、読取素子２０が近接している、図７および図８の左から２番目の磁化保持部１１の磁化方向（図７では左向き、図８では右向き）を読み取る役割を果たす。読取素子２０が有する図５の第２固定磁化層２１４の磁化（図５の右向き方向の矢印で示す磁化）は、図５で上述したように磁化方向が固定されている。この第２固定磁化層２１４の磁化方向が、読取素子２０が近接している磁化保持部１１の磁化方向と平行である状況では、第２固定磁化層２１４の磁化方向が、読取素子２０が近接する磁化保持部１１の磁化方向と反平行である状況よりも、上部電極層２４と下部電極層２３との間の抵抗（電気抵抗）が低くなる。この現象は磁気抵抗効果と呼ばれる現象であり、読取素子２０では、このような抵抗の状態が、上部電極層２４と下部電極層２３との間に電圧が印加されたときの、上部電極層２４と下部電極層２３との間を流れる電流（トンネル電流）の検出を通じて検出され、これにより、読取素子２０が近接する磁化保持部１１の磁化方向が読み取られる。
【００５０】
ここで、読取素子２０が近接している、図７および図８の左から２番目の磁化保持部１１が、上述した基本形態における読取区画の一例に相当する。
【００５１】
図５の磁壁移動型メモリ素子１００では、情報の読取時には、パルス電流が複数回流され、パルス電流が流されるごとに読取素子２０による磁化方向の読み取りが行われる。すなわち、パルス電流が複数回流されることで、複数個の磁化の配列が、読取素子２０が近接している磁化保持部１１の位置（読取位置）を通過し、複数個それぞれの磁化の方向が、この読取位置で読取素子２０により読み取られていく。読取素子２０は、読み取りで得られた複数ビットの情報を表す再生信号を生成し、これにより、複数ビット分の情報が再生される。
【００５２】
図５、図７、および図８に示す記録素子３０は、図５の配線３１に電流が流されることで、金属細線１０に沿った方向（図７および図８の右向きあるいは左向き）の磁場を、記録素子３０が近接している、図７および図８の右から２番目の磁化保持部１１に印加する。この磁場の印加により、その磁場の向きと同じ向きの磁化が、記録素子３０が近接する磁化保持部１１に新たに形成される。
【００５３】
ここで、記録素子３０が近接している、図７および図８の右から２番目の磁化保持部１１が、上述した基本形態における記録区画の一例に相当する。
【００５４】
図５の磁壁移動型メモリ素子１００では、情報の記録時には、パルス電流が複数回流され、パルス電流が流されるごとに記録素子３０による新たな磁化方向の形成が行われる。すなわち、パルス電流が複数回流されることで、複数個の磁化の配列が、記録素子３０が近接している磁化保持部１１の位置（記録位置）を通過し、複数個それぞれの磁化の方向が、この記録位置で記録素子３０の印加する磁場により書き換えられていく。ここで、記録素子３０には、記録すべき複数ビットの情報を表す記録用のビット信号が入力されており、上記の磁化方向の書き換えは、この記録用のビット信号に応じた向きに磁場が印加されることにより実行される。
【００５５】
図５の磁壁移動型メモリ素子１００では、図５の金属細線１０が有する磁化保持部１１の全総数のうち、連続して並ぶ、全総数の半分の数の磁化保持部１１が実際に磁化を保持する情報記憶領域であり、残りの半分の数の磁化保持部１１は磁化を有さない非情報記憶領域となっている。この情報記憶領域は、上述したパルス電流で磁化配列が移動することにより金属細線１０上を移動する。すなわち、移動方向について前方では、磁化を有さなかった磁化保持部１１が磁化を有するようになり、移動方向について後方では、磁化を有していた磁化保持部１１が磁化を失うようになって、結果的に磁化配列が移動することとなる。読取素子２０や記録素子３０は、図５の水平方向に延びる金属細線１０の中央付近に位置しており、情報記憶領域は、情報の読取や再生が行われない待機状態では、例えば図５の金属細線１０の左半分（図５の金属細線１０中の全磁化保持部１１のうち左半分の磁化保持部１１）に位置している。そして、情報の読取や再生が行われる際には、情報記憶領域は、パルス電流により図５の金属細線１０の左半分から右半分に移動し、情報記憶領域が金属細線１０の中央付近の読取素子２０や記録素子３０の傍を通過する際に情報の読取や再生が行われる。情報の読取や再生が行われた後は、先の移動の際のパルス電流とは逆向きのパルス電流により、情報記憶領域は、金属細線１０の右半分から左半分に戻る。
【００５６】
以上説明したように、図５の磁壁移動型メモリ素子１００では、金属細線１０において、第１の強磁性材料１１ａの中に、結晶磁気異方性が第１の強磁性材料１１ａよりも大きい第２の強磁性材料１２が所定間隔ごとに埋め込まれた構成が備えられている。この構成では、磁壁は、第２の強磁性材料１２の位置にトラップされやすくなっており、図５の磁壁移動型メモリ素子１００では、金属細線に形状加工を施すことなく、磁壁を磁化保持部１１と磁化保持部１１の間に停止（トラップ）させることができる。
【００５７】
一般に、金属細線に形状加工を施す際には、磁化保持部１１のような磁化を保持する領域の形状にムラができることが少なくない。このような金属細線では、磁壁が停止する位置（トラップされる位置）にムラが生じ、情報の記録や再生の信頼性が低下する。また、形状加工を施された金属細線では、パルス電流が繰り返し流されると、金属細線１０’の太さが一様でないことに起因して、磁化の向きが自発的に反転する磁化保持部１１’が現れることがある。このように磁化の反転が起きると、情報の記録や再生の信頼性が低下する。
【００５８】
図５の磁壁移動型メモリ素子１００では、上述したように、金属細線１０に形状加工を施すことなく、磁壁が磁化保持部１１と磁化保持部１１の間に停止（トラップ）されやすくなっているので、金属細線への形状加工に伴う、情報の記録／再生の信頼性低下が回避されている。
【００５９】
さらに、図５の磁壁移動型メモリ素子１００では、図５および図６の第２の強磁性材料１２が、第１の強磁性材料１１ａに埋め込まれた状態で離散的に配置されているので金属細線１０表面に凹凸が少なくなっており、金属細線１０の表面形状の細かい変化が、磁壁が停止する位置（トラップされる位置）に影響することも回避されている。
【００６０】
次に、図６の金属細線１０の構成で、実際に磁壁が磁化保持部１１と磁化保持部１１の間に停止（トラップ）されやすくなっていることを、具体的な実験を用いて説明する。
【００６１】
図９は、図６の金属細線１０の効果を検証する実験を模式的に表した図である。
【００６２】
この実験では、金属細線１０を、酸化防止のためのルテニウム（Ｒｕ）膜１０Ｘで被覆した実験用金属細線１０Ｙに対し、パルス電流を流した際の、磁壁の移動の程度が検出される。この実験で用いられる金属細線１０は、上記の第１の強磁性材料１１ａとして、ＮｉとＦｅを４対１の割合で有する合金であるＮｉ８０−Ｆｅ２０（以下、単にＮｉ−Ｆｅと略す）が採用され、上記の第２の強磁性材料１２としてＮｉが採用された金属細線である。ここで、第２の強磁性材料１２であるＮｉが埋め込まれている部分では、図６の上下方向の厚さｔは、Ｎｉ−Ｆｅの部分が２５ｎｍであり、Ｎｉの部分が５ｎｍであり、従って、金属細線全体の厚さｔは、３０ｎｍである。
【００６３】
まず、この実験の環境について説明する。
【００６４】
実験用金属細線１０Ｙは、実験の都合上、図９に示すようにＬ字形状に加工されており、その端は、第１電極７５の第１接触部１０ａと接している。第１電極７５は、図９に示すように、第１接触部１０ａを境界として上側部分７５Ａと下側部分７５Ｂの２つの部分に分かれた電極である。
【００６５】
第１電極７５の上側部分７５Ａは、減衰器（Ａｔｔｅｎｕａｔｏｒ）７０を介して、第１オシロスコープ７０ａに接続されている。ここで、第１オシロスコープ７０ａは、減衰器７０で減衰された後の電位の波形を観察するために用いられる。また、減衰器（Ａｔｔｅｎｕａｔｏｒ）７０は、第１オシロスコープ７０ａに入力される信号（電位の信号）の信号レベルを、第１オシロスコープ７０ａでの信号波形の表示のために、適正なレベルまで減衰させるデバイスである。
【００６６】
第１電極７５の下側部分７５Ｂは、第１バイアスＴ７８１の第１端子７８１１に接続されている。ここで、第１バイアスＴ７８１は、インダクタとコンデンサとを有し電圧の直流成分と高周波成分を分離するデバイスであり、第１端子７８１１、第２端子７８１２、および第３端子７８１３の３つの端子を有している。この第１バイアスＴ７８１の第２端子７８１２は、電圧発生器７８０ａに接続されている。この電圧発生器７８０ａは、電圧発生器７８０ａの一端はグラウンド側に接続されており、グラウンドレベルからパルス的に時間変化する電圧を発生する機能を持っている。
【００６７】
実験用金属細線１０Ｙは、実験用金属細線１０Ｙの途中で、第２電極７６の第２接触部１０ｂとも接しており、この第２電極７６は、第２バイアスＴ７８２の第１端子７８２１に接続されている。この第２バイアスＴ７８２は、デバイスとしては第１バイアスＴ７８１と同じものである。この第２バイアスＴ７８２の第２端子７８２２は、第２オシロスコープ７０ｂを介してグラウンド側に接続されている。この第２オシロスコープ７０ｂは、第２バイアスＴ７８２の第２端子７８２２の電位の波形を観察するために用いられる。
【００６８】
また、実験用金属細線１０Ｙは、第３電極７７の第３接触部１０ｃとも接しており、この第３電極７７は、第３バイアスＴ７８３の第１端子７８３１に接続されている。この第２バイアスＴ７８２は、デバイスとしては第１バイアスＴ７８１と同じものである。この第３バイアスＴ７８３の第２端子７８３２は、抵抗７９ｄを介してグラウンド側に接続されている。
【００６９】
また、図９に示すように、第１バイアスＴ７８１の第３端子７８１３と、第３バイアスＴ７８３の第３端子７８３３との間には、直流電圧を印加する直流電源７８０が設けられている。また、実験用金属細線１０Ｙの、図９の水平方向に延びる部分を間に挟んで相対するＮ磁極７３およびＳ磁極７４も設けられている。このようなＮ磁極７３およびＳ磁極７４の配置により、実験用金属細線１０Ｙに対して、図９の左向き方向の磁場（単位はエルステッド［Ｏｅ］）が印加される。ここで、Ｎ磁極７３およびＳ磁極７４は、それぞれ電磁石（図９では不図示）の磁極であり、印加される磁場の大きさは、それぞれの電磁石に流される電流の大きさを変えることで変更することができる。
【００７０】
また、第２バイアスＴ７８２の第３端子７８２３と、第３バイアスＴ７８３の第３端子７８３３との間の直流電位差を測定する第１直流電圧計７１と、第１バイアスＴ７８１の第３端子７８１３と、第２バイアスＴ７８２の第３端子７８２３との間の直流電位差を測定する第２直流電圧計７２も設けられている。図９の実験装置では、大まかには、第１直流電圧計７１により、第２電極７６の第２接触部１０ｂと、第３電極７７の第３接触部１０ｃとの間の電位差（直流電位差）の変化が検出され、第２直流電圧計７２により、第２電極７６の第２接触部１０ｂと、第１電極７５の第１接触部１０ａとの間の電位差（直流電位差）の変化が検出される。
【００７１】
次に、この実験の内容について説明する。
【００７２】
この実験では、電圧発生器７８０ａにパルス電圧を発生させることで、このパルス電圧により、第１接触部１０ａを通って第１電極７５の下側部分７５Ｂと上側部分７５Ａとの間を流れるパルス電流（パルス的な電子の流れ）を発生させる。このとき、パルス的な電子の流れの一部は、第１接触部１０ａで第１電極７５から離れて実験用金属細線１０Ｙの第１部分１０Ａ中を左方向に流れる。すなわち、実験用金属細線１０Ｙの第１部分１０Ａ中を右方向に流れるパルス電流も発生することとなる。
【００７３】
第１電極７５の下側部分７５Ｂと上側部分７５Ａとの間をパルス電流が流れると、実験用金属細線１０Ｙの第１部分１０Ａに沿った方向を向いた磁場が第１接触部１０ａ付近に印加され、この磁場により第１接触部１０ａ付近に磁化が生じる。この実験では、このようなパルス電流の発生を、パルス電圧の正負を反転させながら複数回行うことで、第１電極７５の下側部分７５Ｂと上側部分７５Ａとの間を流れるパルス電流の流れる向きを交互に反転させ、第１接触部１０ａ付近に、互いに反対向きの磁場が交互に印加する。この結果、第１接触部１０ａ付近に磁壁が生成される。このとき、正負のパルス電圧の印加順序を調節して、発生する磁壁が、図６の左側の磁壁Ｗ＋のように、磁化の向き（矢印）が互いにぶつかり合うタイプの磁壁となるように調整する。
【００７４】
生成した磁壁は、実験用金属細線１０Ｙの第１部分１０Ａ中を右方向に流れる上述のパルス電流により、実験用金属細線１０Ｙ中を、左方向に移動する。ここで、実験用金属細線１０Ｙの第１部分１０Ａ中を右方向に流れるパルス電流による力だけでは磁壁の移動距離はかなり小さいものとなるが、上述したＮ磁極７３とＳ磁極７４との間で発生する磁場が存在することで、磁壁は、この磁場からの力を受けて、実験用金属細線１０Ｙ中を、ある程度長い距離を移動することができる。この磁場の大きさが大きいほど、磁壁の移動距離は長くなる。
【００７５】
図１０は、実験用金属細線１０Ｙ中を移動した磁壁Ｗを表した図である。
【００７６】
図１０のパート（ａ）では、移動後の磁壁Ｗが、第２電極７６の第２接触部１０ｂに到達せずに実験用金属細線１０Ｙの第１部分１０Ａの途中に位置しているときの様子が示されており、図１０のパート（ｂ）では、移動後の磁壁Ｗが、第２電極７６の第２接触部１０ｂを通り過ぎて実験用金属細線１０Ｙの第２部分１０ｂの途中に位置しているときの様子が示されている。
【００７７】
上述したように、実験用金属細線１０Ｙに印加される磁場Ｈｅｘ（図１０では太い矢印で示されている）の大きさが大きいほど、磁壁の移動距離は長くなるので、実験用金属細線１０Ｙに印加される磁場Ｈｅｘの大きさが大きいときには図１０のパート（ｂ）の状態が実現しやすく、実験用金属細線１０Ｙに印加される磁場Ｈｅｘの大きさが小さいときには図１０のパート（ａ）の状態が実現しやすい。
【００７８】
ここで、一般に、図１０のパート（ａ）の実験用金属細線１０Ｙの第１部分１０Ａのように、途中に磁壁が存在している金属細線（あるいは金属細線の一部）では、図１０のパート（ｂ）の実験用金属細線１０Ｙの第１部分１０Ａのように、途中に磁壁が存在していない金属細線（あるいは金属細線の一部）と比べて、電気抵抗の値に相違がある。
【００７９】
この実験では、電圧発生器７８０ａによるパルス電圧の発生の前後における、第１直流電圧計７１および第２直流電圧計７１の検知結果を調べることで、実験用金属細線１０Ｙの第２部分１０Ｂの抵抗値の変化と、実験用金属細線１０Ｙの第１部分１０Ａの抵抗値の変化とを検出する。第１部分１０Ａと第２部分１０Ｂのうち、抵抗値の変化が検出された部分に、磁壁が存在することとなる。
【００８０】
この実験では、磁場Ｈｅｘを一定の状況下で、パルス電圧による、磁壁Ｗの生成と移動を５０回行い、第１部分１０Ａと第２部分１０Ｂの抵抗値の変化を検出する。ただし、１回行うごとに、生成した磁壁Ｗは消去して初期状態に戻した上で、次の回の磁壁Ｗの生成と移動を行う。そして、上記５０回のうちの、第２部分１０Ｂの抵抗値の変化を検出した回数（すなわち、移動後の磁壁Ｗが図１０のパート（ｂ）のように第２電極７６の第２接触部１０ｂを通り過ぎて実験用金属細線１０Ｙの第２部分１０ｂの途中に位置するようになった回数）をカウントし、そして、そのカウント回数が、上記の５０回の移動のうちに占める割合を求める。この割合は、上記の一定の磁場Ｈｅｘの下で、磁壁Ｗが、第２電極７６の第２接触部１０ｂを通り過ぎるほどの長距離を移動する確率を表す値である。
【００８１】
この実験では、上記の実験動作を、互いに値の異なる複数種類の磁場Ｈｅｘの下でそれぞれ実行し、上記の確率をそれぞれの磁場Ｈｅｘごとに算出する。
【００８２】
図１１は、実験結果のグラフを表した図である。
【００８３】
この図には、上記の実験用金属細線１０Ｙについて、横軸に磁場Ｈｅｘ（ただし、図８の右向き方向を磁場の正方向としている）をとり、縦軸に上述の確率をとったときの、実験結果が「●」で示されている。なお、この図には、比較のために、図９の金属細線１０と同じ形状をしている（従って、厚さｔ（図６参照）が同じ３０ｎｍである）が材質としてはＮｉ−Ｆｅのみを有する金属細線を、ルテニウム（Ｒｕ）膜１０Ｘで被覆した実験用金属細線についての結果も「○」で示されている。
【００８４】
この図に示すように、Ｎｉ−ＦｅおよびＮｉの２種類の強磁性材料を有する実験用金属細線１０Ｙと、Ｎｉ−Ｆｅの１種類のみの強磁性材料を有する実験用金属細線のいずれにおいても、磁場Ｈｅｘの大きさ（絶対値）が小さいときは、磁壁Ｗが、図１０の第２電極７６の第２接触部１０ｂを通り過ぎるほどの長距離を移動する確率は、ほぼ値「０」であるが、磁場Ｈｅｘが大きく（磁場Ｈｅｘの絶対値が大きく）なるにつれ、この確率は急上昇して値「１」に達するという傾向が見られ、２種類の実験用金属細線のグラフは、この点では共通している。しかし、これら実験用金属細線のうち、Ｎｉ−ＦｅおよびＮｉの２種類の強磁性材料を有する実験用金属細線１０Ｙのグラフ（「●」印のグラフ）の方が、Ｎｉ−Ｆｅの１種類のみの強磁性材料を有する実験用金属細線のグラフ（「○」印のグラフ）よりも、急上昇する部分が左側に寄っており、この点が、２種類の実験用金属細線のグラフの相違点となっている。実際、確率が０．５に達したときの磁場Ｈｅｘの絶対値を比較してみると、Ｎｉ−ＦｅおよびＮｉの２種類の強磁性材料を有する実験用金属細線１０Ｙのグラフでは、５０．７［Ｏｅ］であり、Ｎｉ−Ｆｅの１種類のみの強磁性材料を有する実験用金属細線のグラフでは、２４．８［Ｏｅ］となっており、この結果は、Ｎｉ−ＦｅおよびＮｉの２種類の強磁性材料を有する実験用金属細線１０Ｙの方が、Ｎｉ−Ｆｅの１種類のみの強磁性材料を有する実験用金属細線に比べて、磁壁を動かすのにより大きな磁場（絶対値の大きな磁場）を要することを表している。言い換えれば、上記の結果は、Ｎｉ−ＦｅおよびＮｉの２種類の強磁性材料を有する実験用金属細線１０Ｙの方が、Ｎｉ−Ｆｅの１種類のみの強磁性材料を有する実験用金属細線に比べて、磁壁が動きにくいということを表している。
【００８５】
以上の実験結果から、Ｎｉ−Ｆｅ中にＮｉが所定間隔で並んでいる構成の金属細線は、この金属細線と同じ形状を有しＮｉ−Ｆｅのみからなる金属細線に比べて、磁壁の移動が抑制されるということがわかる。これら２つの金属細線は、金属細線中にＮｉが所定間隔で並んでいるか否かだけの違いしかないので、磁壁は、Ｎｉが配置されている箇所でトラップされやすくなっているものと考えられる。
【００８６】
ここで、一般に結晶磁気異方性が大きい強磁性材料では、磁化方向が特定の方向に制限されやすく、このため、外部磁場が印加されてもその外部磁場の方向に磁化方向が揃いにくいことが多い。そこで、結晶磁気異方性が相対的に大きい強磁性材料が存在する箇所では、磁壁は移動しにくくなると考えられる。
【００８７】
実際、１軸についての結晶磁気異方性（Ｋｕ）は、Ｎｉ８０−Ｆｅ２０ではＫｕ＝−１×１０３［Ｊ／ｍ３］程度であり、ＮｉではＫｕ＝−５．７×１０３［Ｊ／ｍ３］程度であって、Ｎｉの方が、Ｎｉ８０−Ｆｅ２０に比べて、結晶磁気異方性（Ｋｕ）の絶対値が５倍以上大きくなっている。このため、磁壁は、Ｎｉが配置されている箇所でトラップされやすくなる理由としては、Ｎｉの方が、Ｎｉ８０−Ｆｅ２０に比べて、結晶磁気異方性（Ｋｕ）の絶対値が大きいことが考えられる。従って、Ｎｉと、Ｎｉ８０−Ｆｅ２０との組み合わせからなる金属細線以外でも、所定の強磁性材料中に、その所定の強磁性材料よりも結晶磁気異方性（Ｋｕ）が大きい別の強磁性材料が所定間隔で並んでいる構成の金属細線であっても、その別の強磁性材料が配置されている箇所で磁壁がトラップされるものと推察される。
【００８８】
以上が、図６の金属細線１０の効果を検証する実験についての説明である。
【００８９】
次に、図５および図６に示す金属細線１０とは、第２の強磁性材料１２の配置のされ方が異なる金属細線が採用された別の実施形態について説明する。
【００９０】
この別の実施形態は、図５および図６に示す金属細線１０とは、第２の強磁性材料１２の配置のされ方が異なる金属細線が採用されている点を除き、図５の磁壁移動型メモリ素子１００と同じ構成を有し同じように動作する磁壁移動型メモリ素子である。そこで、以下では、この別の実施形態で採用されている金属細線の構成に焦点を絞って説明を行う。
【００９１】
図１２は、別の実施形態で採用されている金属細線１０００の構成を表す図である。
【００９２】
ここで、この図１２では、図６と同じ構成要素については同一の符号が付されている。図１２に示すように、別の実施形態で採用されている金属細線１０００では、図５および図６に示す金属細線１０とは異なり、第２の強磁性材料１２は、第２の強磁性材料１２の上端面が金属細線１０表面（図１２の上側の面）に露出した状態で所定間隔で配置されている。このような構成の金属細線１０００でも、磁化は、２つの強磁性材料１２の間に存在する、第１の強磁性材料１１ａからなる磁化保持部１１に形成され、磁壁は、第２の強磁性材料１２の付近にトラップされやすくなっている。この別の実施形態でも、金属細線への形状加工は必要ではなく、金属細線への形状加工に伴う、情報の記録／再生の信頼性低下が回避されている。
【００９３】
次に、図５および図６に示す金属細線１０や、図１２に示す金属細線１０００とは、第２の強磁性材料１２の配置のされ方が異なる金属細線が採用された、さらに別の実施形態について説明する。
【００９４】
このさらに別の実施形態は、図５および図６に示す金属細線１０とは、第２の強磁性材料１２の配置のされ方が異なる金属細線が採用されている点を除き、図５の磁壁移動型メモリ素子１００と同じ構成を有する磁壁移動型メモリ素子である。そこで、以下では、このさらに別の実施形態で採用されている金属細線の構成に焦点を絞って説明を行う。
【００９５】
図１３は、さらに別の実施形態で採用されている金属細線２０００の構成を表す図である。
【００９６】
ここで、この図１３では、図６と同じ構成要素については同一の符号が付されている。図１３に示すように、さらに別の実施形態で採用されている金属細線２０００では、図５および図６に示す金属細線１０や、図１２に示す金属細線１０００とは異なり、第２の強磁性材料１２は、線状に延びた第１の強磁性材料１１ａの上に、所定間隔でドット状に配置されている。このような構成の金属細線１０００でも、磁化は、２つの強磁性材料１２の間に存在する、第１の強磁性材料１１ａからなる磁化保持部１１に形成され、磁壁は、第２の強磁性材料１２の付近にトラップされやすくなっている。このさらに別の実施形態でも、金属細線への形状加工は必要ではなく、金属細線への形状加工に伴う、情報の記録／再生の信頼性低下が回避されている。また、図１３の金属細線１０００は、第２の強磁性材料１２を第１の強磁性材料１１ａの上に所定間隔で配置するだけで作成できるので、金属細線を作成する手間が少ないという利点がある。
【００９７】
なお、以上説明した３つの実施形態の磁壁移動型メモリ素子は、金属細線を除いた構成部分については、例えば、特許文献２記載の製造方法を用いて作成することができる。また、以上説明した３つの実施形態で採用されている金属細線についても、線状に延びる第１の強磁性材料１１ａに、所定間隔で第２の強磁性材料１２を埋め込むか、第１の強磁性材料１１ａ上にドット状に付着させることで簡単に作成される。
【００９８】
以上が実施形態の説明である。
【００９９】
以上の説明では、図５に示すように、金属細線１０，１０００，２０００が線状に真っ直ぐに延びた状態で磁壁移動型メモリ素子内に配置されていたが、上述した基本形態では、金属細線は、曲がった状態で磁壁移動型メモリ素子内に配置されていてもよい。
【０１００】
ここで、以上説明した２つの実施形態を踏まえて、上述した基本形態に対する好ましい形態について説明する。
【０１０１】
上述した基本形態において、「上記メモリラインは、線状に延びる第１の強磁性材料と、上記所定間隔で該第１の強磁性材料に接して離散配置された第２の強磁性材料とからなるものである」という形態は好ましい形態である。
【０１０２】
このような形態によれば、メモリラインは、第２の強磁性材料を、線状に延びる第１の強磁性材料上に所定間隔で離散配置するだけで作成できるので、メモリラインを作成する手間が少なくなる。この好ましい形態は、図１３の金属細線を採用した磁壁移動型メモリ素子で実現されている。
【０１０３】
上述した基本形態において、「上記メモリラインは、線状に延びる第１の強磁性材料と、上記所定間隔で該第１の強磁性材料に埋め込まれた状態で離散配置された第２の強磁性材料とからなるものである」という形態も好ましい形態である。
【０１０４】
このような形態によれば、第２の強磁性材料は、第１の強磁性材料に埋め込まれた状態で離散配置されているので、メモリライン表面に凹凸が少なく、メモリラインの表面形状の細かい変化が、磁壁が停止する位置（トラップされる位置）に影響することが回避されている。
。この形態は、上述した、図５の磁壁移動型メモリ素子１００や、図１２の金属細線を採用した磁壁移動型メモリ素子で実現されている。
【図面の簡単な説明】
【０１０５】
【図１】金属細線を利用して情報を記憶するメモリ素子における金属細線の一例についての外観斜視図である。
【図２】図１の金属細線において磁壁が移動する様子を表した模式図である。
【図３】図１の金属細線において磁壁が移動する様子を表した模式図である。
【図４】図２の金属細線に、上記のパルス電流を、パルス電流を流す方向を交互に（すなわち、図２の右方向と左方向とで交互に）切り換えて繰り返し流したときの磁化の様子を表した図である。
【図５】磁壁移動型メモリ素子の具体的な実施形態の全体構成図である。
【図６】図５の磁壁移動型メモリ素子で採用されている金属細線の構成を表す外観斜視図である。
【図７】図５のメモリ素子において、磁壁が移動する様子を表した模式図である。
【図８】図５のメモリ素子において、磁壁が移動する様子を表した模式図である。
【図９】図６の金属細線の効果を検証する実験を模式的に表した図である。
【図１０】実験用金属細線中を移動した磁壁Ｗを表した図である。
【図１１】実験結果のグラフを表した図である。
【図１２】別の実施形態で採用されている金属細線の構成を表す図である。
【図１３】さらに別の実施形態で採用されている金属細線の構成を表す図である。
【符号の説明】
【０１０６】
１００  磁壁移動型メモリ素子
１０，１０’，１０００，２０００  金属細線
１０Ａ  第１部分
１０Ｂ  第２部分
１０ａ  第１接触部
１０ｂ  第２接触部
１０ｃ  第３接触部
１０Ｘ  ルテニウム（Ｒｕ）膜
１０Ｙ  実験用金属細線
１１，１１’  磁化保持部
１１ａ  第１の強磁性材料
１２  第２の強磁性材料
１２’  切り欠き部（ノッチ）
２０，２０’  読取素子
２１  固定磁化層
２１１  反強磁性層
２１２  第１強磁性層
２１３  非磁性層
２１４  第２強磁性層
２２  バリア層（トンネル絶縁膜）
２３  下部電極層
２４  上部電極層
３０，３０’  記録素子
３１  配線
３１１  強磁性金属層
３１２  非磁性金属層
３２  絶縁膜
４０  トランジスタ
４１，４２  ソース／ドレイン領域
４３  ゲート電極
４４  ゲート絶縁膜
５１  コンタクトホール
５２  コンタクトプラグ
６０  シリコン基板
６１  素子領域画定部
６２  第１層間絶縁膜
６３  第２層間絶縁膜
６４  第３層間絶縁膜
７０  減衰器
７０ａ  第１オシロスコープ
７０ｂ  第２オシロスコープ
７１  第１直流電圧計
７２  第２直流電圧計
７３  Ｎ磁極
７４  Ｓ磁極
７５  第１電極
７５Ａ  上側部分
７５Ｂ  下側部分
７６  第２電極
７７  第３電極
７８０  直流電源
７８１  第１バイアスＴ
７８２  第２バイアスＴ
７８３  第３バイアスＴ
７８１１，７８２１，７８３１  第１端子
７８１２，７８２２，７８３２  第２端子
７８１３，７８２３，７８３３  第３端子
７９ｄ  抵抗
Ｗ＋，Ｗ−，Ｗ  磁壁
【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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【図１２】
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【図１３】
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