(57)【要約】【課題】磁気記憶素子に対するデータの書き換え時間を低減することが可能な技術を提供する。【解決手段】“０”を記憶する磁気記憶素子１の自由層に対して、第１磁場印加シーケンスに従って、Ｘ軸方向、Ｙ軸方向及びＺ軸方向に沿った磁場が組み合わされて印加されると、自由層の下層側の磁化ＬＭと上層側の磁化ＵＭが反転する。“１”を記憶する磁気記憶素子の自由層に対して、第２磁場印加シーケンスに従って、Ｘ軸方向、Ｙ軸方向及びＺ軸方向に沿った磁場が組み合わされて印加されると、磁化ＬＭ，ＵＭが反転する。“０”を記憶する磁気記憶素子１の自由層に対して第２磁場印加シーケンスに従って磁場が印加されても磁化ＬＭ，ＵＭは反転せず、“１”を記憶する磁気記憶素子１の自由層に対して第１磁場印加シーケンスに従って磁場が印加されても磁化ＬＭ，ＵＭは反転しない。【選択図】図５
2009130153.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
下層から順に、磁化の方向が固定された固定層、トンネル障壁層及び磁化の方向が可変の自由層が積層された磁気記憶素子を備え、
前記自由層は、互いに異なった方向に磁化された下層側強磁性体層及び上層側強磁性体層と、それらに挟まれた結合層とを有し、
前記自由層の厚さ方向に垂直な第１方向に沿った第１磁場を前記自由層に印加する第１磁場印加部と、
前記厚さ方向及び前記第１方向のそれぞれに垂直な第２方向に沿った第２磁場を前記自由層に印加する第２磁場印加部と、
前記厚さ方向に沿った第３磁場を前記自由層に印加する第３磁場印加部と
をさらに備え、
前記磁気記憶素子は、前記固定層及び前記下層側強磁性体層の磁化の方向が、平行状態の場合には第１データを記憶し、反平行状態の場合には第２データを記憶し、
前記第１データを記憶する前記磁気記憶素子の前記自由層に対して、第１磁場印加シーケンスに従って前記第１乃至第３磁場が組み合わされて印加されると、前記下層側強磁性体層及び前記上層側強磁性体層の磁化が上面視上で第１回転方向に回転して反転し、その結果、前記固定層及び前記下層側強磁性体層の磁化の方向が平行状態から反平行状態に変化して前記磁気記憶素子が記憶する前記第１データが前記第２データに書き換えられ、
前記第２データを記憶する前記磁気記憶素子の前記自由層に対して、第２磁場印加シーケンスに従って前記第１乃至第３磁場が組み合わされて印加されると、前記下層側強磁性体層及び前記上層側強磁性体層の磁化が上面視上で前記第１回転方向とは逆の第２回転方向に回転して反転し、その結果、前記固定層及び前記下層側強磁性体層の磁化の方向が反平行状態から平行状態に変化して前記磁気記憶素子が記憶する前記第２データが前記第１データに書き換えられ、
前記第１データを記憶する前記磁気記憶素子の前記自由層に対して、前記第２磁場印加シーケンスに従って前記第１乃至第３磁場が組み合わされて印加されても、前記下層側強磁性体層及び前記上層側強磁性体層の磁化は反転せず、
前記第２データを記憶する前記磁気記憶素子の前記自由層に対して、前記第１磁場印加シーケンスに従って前記第１乃至第３磁場が組み合わされて印加されても、前記下層側強磁性体層及び前記上層側強磁性体層の磁化は反転しない、磁気記憶装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、磁気抵抗効果（ＭＲ：magnetoresistive）を利用してデータを記憶する磁気記憶素子を有する磁気記憶装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
磁気抵抗効果を利用してデータを記憶する磁気記憶素子に関して、従来から様々な技術が提案されている。例えば非特許文献１及び特許文献１には、２つの強磁性体層を結合層を介して積層したＳＡＦ（Synthetic anti-ferromagnet）構造を自由層とする磁気記憶素子に関する技術が記載されている。このような磁気記憶素子では、自由層に対して、互いに垂直な２つの方向の磁場を所定のシーケンスに従って印加することによって、自由層における２つの強磁性体層の磁化が反転し、それによってデータの書き換えが行われる。なお、特許文献２にも磁気記憶素子に関する技術が開示されている。
【０００３】
【非特許文献１】Thomas W. Andre et al.,“A 4-Mb 0.18-μm 1T1MTJ Toggle MRAM With Balanced Three Input Sensing Scheme and Locally Mirrored Unidirectional Write Drivers”, IEEE JOURNAL OF SOLID-STATE CIRCUITS, VOL. 40, NO. 1, 2005, pp.301-309
【特許文献１】米国特許公報第６５４５９０６Ｂ１
【特許文献２】特開２００３−７８１１２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ＳＡＦ構造を有する磁気記憶素子を備える磁気記憶装置では、あるシーケンスに従って磁場を自由層に印加すると、当該自由層の２つの強磁性体層の磁化は、初期状態に関係なく反転する。したがって、例えば、磁気記憶素子のデータを“１”から“０”に書き換えようとする場合において、データの書き換えを行おうとする磁気記憶素子が記憶するデータを確認せずに、その自由層に対して所定のシーケンスに従って磁場を印加すると、その磁気記憶素子が“１”を記憶している場合には適切に“０”に書き換えることができるが、“０”を記憶している際には誤って“１”に書き換えられてしまう。これを防止するために、従来の磁気記憶装置では、磁気記憶素子から一度データを読み出し、当該磁気記憶素子がデータの書き換え対象であるか否かを判断した上で、当該磁気記憶素子に対してデータの書き換え処理が行われている。つまり、従来の磁気記憶装置では、磁気記憶素子のデータを書き換える前には、必ず当該磁気記憶素子からデータを読み出す処理が必要となる。したがって、データの書き換え時間がどうしても長くなってしまう。
【０００５】
そこで、本発明は上述の問題に鑑みて成されたものであり、磁気記憶素子に対するデータの書き換え時間を低減することが可能な技術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】
【０００６】
この発明の一実施形態に係る磁気記憶装置は、下層から順に、磁化の方向が固定された固定層、トンネル障壁層及び磁化の方向が可変の自由層が積層された磁気記憶素子を備えている。自由層は、互いに異なった方向に磁化された下層側強磁性体層及び上層側強磁性体層と、それらに挟まれた結合層とを有している。磁気記憶装置は、自由層の厚さ方向に垂直な第１方向に沿った第１磁場を自由層に印加する第１デジット線と、当該厚さ方向及び第１方向のそれぞれに垂直な第２方向に沿った第２磁場を自由層に印加するビット線と、当該厚さ方向に沿った第３磁場を自由層に印加する第２デジット線とをさらに備えている。磁気記憶素子は、固定層及び下層側強磁性体層の磁化の方向が、平行状態の場合にはデータ“０”を記憶し、反平行状態の場合にはデータ“１”を記憶する。データ“０”を記憶する磁気記憶素子の自由層に対して、第１磁場印加シーケンスに従って第１乃至第３磁場が組み合わされて印加されると、下層側強磁性体層及び上層側強磁性体層の磁化が上面視上で反時計回りに回転して反転し、その結果、固定層及び下層側強磁性体層の磁化の方向が平行状態から反平行状態に変化して磁気記憶素子が記憶するデータ“０”がデータ“１”に書き換えられる。データ“１”を記憶する磁気記憶素子の自由層に対して、第２磁場印加シーケンスに従って第１乃至第３磁場が組み合わされて印加されると、下層側強磁性体層及び上層側強磁性体層の磁化が上面視上で時計回りに回転して反転し、その結果、固定層及び下層側強磁性体層の磁化の方向が反平行状態から平行状態に変化して磁気記憶素子が記憶するデータ“１”がデータ“０”に書き換えられる。データ“０”を記憶する磁気記憶素子の自由層に対して、第２磁場印加シーケンスに従って第１乃至第３磁場が組み合わされて印加されても、下層側強磁性体層及び上層側強磁性体層の磁化は反転しない。そして、データ“１”を記憶する磁気記憶素子の自由層に対して、第１磁場印加シーケンスに従って第１乃至第３磁場が組み合わされて印加されても、下層側強磁性体層及び上層側強磁性体層の磁化は反転しない。
【発明の効果】
【０００７】
この発明の一実施形態に係る磁気記憶装置によれば、データ“０”を記憶する磁気記憶素子の自由層に対して、磁気記憶素子のデータを“１”から０”に書き換える際の第２磁場印加シーケンスに従って磁場を印加した場合であっても、下層側強磁性体層及び上層側強磁性体層の磁化は反転しない。さらに、データ“１”を記憶する磁気記憶素子の自由層に対して、磁気記憶素子のデータを“０”から“１”に書き換える際の第１磁場印加シーケンスに従って磁場を印加した場合であっても、下層側強磁性体層及び上層側強磁性体層の磁化は反転しない。したがって、磁気記憶素子の自由層に対して第１磁場印加シーケンスに従って磁場を印加すると、当該磁気記憶素子が“０”を記憶している場合にだけそのデータが書き換わり、磁気記憶素子の自由層に対して第２磁場印加シーケンスに従って磁場を印加すると、当該磁気記憶素子が“１”を記憶している場合にだけそのデータが書き換わる。よって、磁気記憶素子のデータを書き換える前に、当該磁気記憶素子からデータを読み出して当該磁気記憶素子がデータの書き換え対象であるか否かを判定する必要がなくなる。その結果、磁気記憶素子に対するデータの書き換え時間を低減することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
図１は本発明の実施の形態に係る磁気記憶装置の構成を示す図である。図１に示されるように、本実施の形態に係る磁気記憶装置は、行列状に配列された複数のメモリセルＭＣを備えている。各メモリセルＭＣは１ビットのデータを記憶することが可能である。複数のメモリセルＭＣには、Ｘ軸方向に沿って延在する複数のビット線ＢＬがそれぞれ接続されている。また、複数のメモリセルＭＣには、Ｘ軸方向に垂直なＹ軸方向に沿って延在する複数のリード線ＲＬがそれぞれ接続され、同じくＹ軸方向に沿って延在する複数のワード線ＷＬがそれぞれ接続されている。そして、複数のメモリセルＭＣの近傍には、Ｙ軸方向に沿って延在する複数の第１デジット線ＤＬ１がそれぞれ配置されており、同じくＹ軸方向に沿って延在する複数の第２デジット線ＤＬ２がそれぞれ配置されている。
【０００９】
各メモリセルＭＣは、例えばＴＭＲ（Tunneling Magneto-Resistance）素子である磁気記憶素子１と、ＭＯＳトランジスタ１０とを備えている。磁気記憶素子１の一端はビット線ＢＬに接続されており、その他端はＭＯＳトランジスタ１０のドレインに接続されている。そして、ＭＯＳトランジスタ１０のゲート及びソースは、ワード線ＷＬ及びリード線ＲＬにそれぞれ接続されている。
【００１０】
図２は一つのメモリセルＭＣの構造を示す断面図である。図２に示されるように、半導体基板１００の上面内には、ＭＯＳトランジスタ１０のドレイン領域１１とソース領域１２とが間隔を空けて形成されている。そして、ドレイン領域１１とソース領域１２との間の半導体基板１００の上面上には、ＭＯＳトランジスタ１０のゲート電極としても機能するワード線ＷＬがゲート絶縁膜（図示せず）を介して形成されている。
【００１１】
ＭＯＳトランジスタ１０のソース領域１２の直上には、磁気記憶素子１が設けられている。磁気記憶素子１は、磁化の方向が固定された固定層２と、トンネル障壁層３と、磁化の方向が可変の自由層４とを備えている。固定層２、トンネル障壁層３及び自由層４は、Ｘ軸方向及びＹ軸方向のそれぞれに垂直なＺ軸方向に沿って、下方からこの順に積層されている。固定層２は例えばＣｏＦｅ（コバルト鉄）で形成されており、トンネル障壁層３は例えばＡｌＯ(酸化アルミニウム）で形成されている。
【００１２】
ビット線ＢＬは磁気記憶素子１の自由層４の上面に接触して設けられている。また、各メモリセルＭＣには、ビット線ＢＬと並行を成すようにＸ軸方向に沿って延在する配線１１３が設けられており、当該配線１１３は、磁気記憶素子１の固定層２の下面に接触するように配置されている。そして、配線１１３と、ドレイン領域１１とは、Ｚ軸方向に沿って下方からこの順で積層された、第１導電膜１１０、第２導電膜１１１及び第３導電膜１１２を通じて、互いに電気的に接続されている。これにより、固定層２とドレイン領域１１とが電気的に接続される。
【００１３】
第１デジット線ＤＬ１は、ソース領域１２の直上であって、磁気記憶素子１の直下に設けられている。第２デジット線ＤＬ２は、ビット線ＢＬの上方において、上面視上で磁気記憶素子１に対してＸ軸の正の方向にずれて配置されている。
【００１４】
図３は磁気記憶素子１の構造を詳細に示す断面図である。図３に示されるように、自由層４は、ＳＡＦ構造を有しており、下層側強磁性体層４０と、非磁性体の結合層４１と、上層側強磁性体層４２とで構成されている。下層側強磁性体層４０及び上層側強磁性体層４２のそれぞれは例えばＣｏ（コバルト）で形成されており、導電層たる結合層４１は例えばＣｕ（銅）で形成されている。下層側強磁性体層４０と、結合層４１と、上層側強磁性体層４２とは、Ｚ軸方向に沿って、下方からこの順に積層されている。下層側強磁性体層４０はトンネル障壁層３上にそれに接触して形成されており、上層側強磁性体層４２の上面にはビット線ＢＬが接触している。
【００１５】
図４は磁気記憶素子１の構造を示す上面図である。図４に示されるように、上面視上においては、固定層２、トンネル障壁層３、下層側強磁性体層４０、結合層４１及び上層側強磁性体層４２のそれぞれは、楕円形状を成しており、ビット線ＢＬと第１デジット線ＤＬ１の交点に配置されている。そして、固定層２、トンネル障壁層３、下層側強磁性体層４０、結合層４１及び上層側強磁性体層４２のそれぞれは、上面視上において、その楕円形状の長軸、つまり磁化容易軸ＭＡが、ビット線ＢＬ及び第１デジット線ＤＬ１とそれぞれ４５°を成すように配置されている。
【００１６】
本実施の形態では、固定層２に対しては外部から磁場が印加されることはなく、固定層２での磁化ＦＭは、その磁化容易軸ＭＡに沿った方向に向くように固定されている。
【００１７】
一方で、下層側強磁性体層４０及び上層側強磁性体層４２のそれぞれに対しては、後述するように外部から磁場が印加される。これにより、下層側強磁性体層４０での磁化ＬＭの方向及び上層側強磁性体層４２での磁化ＵＭの方向は変化する。下層側強磁性体層４０及び上層側強磁性体層４２に対して外部から磁場が印加されていない状態（以後、「安定状態」と呼ぶ）では、下層側強磁性体層４０の磁化ＬＭは、その磁化容易軸ＭＡに沿った方向に向くように設定されており、上層側強磁性体層４２の磁化ＵＭも、その磁化容易軸ＭＡに沿った方向に向くように設定されている。また、安定状態では、下層側強磁性体層４０の磁化ＬＭの方向と、上層側強磁性体層４２の磁化ＵＭの方向とは、図３に示されるように反平行状態となっている。そして、下層側強磁性体層４０及び上層側強磁性体層４２に対して外部から磁場が印加されると、それらの磁化ＬＭ，ＵＭはそれぞれ１８０°反転するようになる。
【００１８】
本実施の形態に係る磁気記憶素子１では、固定層２の磁化ＦＭの方向と下層側強磁性体層４０の磁化ＬＭの方向とが平行状態の場合には、トンネル障壁層３の抵抗値が小さくなって、トンネル障壁層３でのトンネル電流が大きくなる。したがって、この場合には、磁気記憶素子１を一つの抵抗素子として見ると、磁気記憶素子１の抵抗値が小さくなると言える。
【００１９】
これに対して、固定層２の磁化ＦＭの方向と下層側強磁性体層４０の磁化ＬＭの方向とが反平行状態の場合には、トンネル障壁層３の抵抗値が大きくなって、トンネル障壁層３でのトンネル電流が小さくなる。したがって、この場合には、磁気記憶素子１を一つの抵抗素子として見ると、磁気記憶素子１の抵抗値が大きくなると言える。
【００２０】
このように、磁気記憶素子１では、固定層２の磁化ＦＭの方向と、下層側強磁性体層４０の磁化ＬＭの方向との関係によって、その抵抗値が大きくなったり、小さくなったりすることから、例えば、磁気記憶素子１において抵抗値が大きい状態に、１ビットデータの“１”を対応付け、磁気記憶素子１において抵抗値が小さい状態に、１ビットのデータの“０”を対応付けることによって、磁気記憶素子１は１ビットのデータを記憶することができると言える。
【００２１】
なお、磁気記憶素子１において抵抗値が大きい状態に１ビットデータの“１”を、磁気記憶素子１において抵抗値が小さい状態に１ビットデータの“０”をそれぞれ対応付けても良い。本実施の形態では、磁気記憶素子１において抵抗値が小さい状態、つまり、固定層２の磁化ＦＭの方向と下層側強磁性体層４０の磁化ＬＭの方向とが平行状態の場合には、当該磁気記憶素子１はデータ“０”を記憶するものとする。そして、磁気記憶素子１において抵抗値が大きい状態、つまり、固定層２の磁化ＦＭの方向と下層側強磁性体層４０の磁化ＬＭの方向とが反平行状態の場合には、当該磁気記憶素子１はデータ“１”を記憶するものとする。
【００２２】
本実施の形態に係る磁気記憶装置では、ビット線ＢＬに電流を流すと、当該ビット線ＢＬから、それに対応する磁気記憶素子１の自由層４に対して、Ｙ軸方向に沿った磁場が発生する。ビット線ＢＬに対してＸ軸の正の方向に向かう電流を流した場合には、当該ビット線ＢＬに対応する磁気記憶素子１の自由層４には、Ｙ軸の正の方向に向かう磁場＋ＨＹが印加される。これに対して、ビット線ＢＬに対してＸ軸の負の方向に向かう電流を流した場合には、当該ビット線ＢＬに対応する磁気記憶素子１の自由層４には、Ｙ軸の負の方向に向かう磁場−ＨＹが印加される。
【００２３】
また、第１デジット線ＤＬ１に電流を流すと、当該第１デジット線ＤＬ１から、それに対応する磁気記憶素子１の自由層４に対して、図２に示されるようにＸ軸方向に沿った磁場ＨＸが発生する。第１デジット線ＤＬ１に対して、Ｙ軸の正の方向に向かう電流を流した場合には、当該第１デジット線ＤＬ１に対応する磁気記憶素子１の自由層４には、Ｘ軸の正の方向に向かう磁場＋ＨＸが印加される。これに対して、第１デジット線ＤＬ１に対して、Ｙ軸の負の方向に向かう電流を流した場合には、当該第１デジット線ＤＬ１に対応する磁気記憶素子１の自由層４にはＸ軸の負の方向に向かう磁場−ＨＸが印加される。
【００２４】
また、第２デジット線ＤＬ２に電流を流すと、当該第２デジット線ＤＬ２から、それに対応する磁気記憶素子１の自由層４に対して、図２に示されるようにＺ軸方向に沿った磁場ＨＺが発生する。第２デジット線ＤＬ２に対して、Ｙ軸の正の方向に向かう電流を流した場合には、当該第２デジット線ＤＬ２に対応する磁気記憶素子１の自由層４には、Ｚ軸の正の方向に向かう磁場＋ＨＺが印加される。なお、本実施の形態では、第２デジット線ＤＬ２に対しては、Ｙ軸の負の方向に向かう電流は流さない。したがって、自由層４には、Ｚ軸の負の方向に向かう磁場は印加されない。
【００２５】
以上のように、ビット線ＢＬは自由層４に対してＹ軸方向に沿った磁場を印加する磁場印加部として機能する。また、第１デジット線ＤＬ１は自由層４に対してＸ軸方向に沿った磁場ＨＸを印加する磁場印加部として機能する。そして、第２デジット線ＤＬ２は自由層４に対して、Ｚ軸方向に沿った磁場ＨＺ、つまり自由層４の厚さ方向に沿った磁場ＨＺを印加する磁場印加部として機能する。
【００２６】
本実施の形態では、自由層４の下層側強磁性体層４０及び上層側強磁性体層４２に対して、所定の磁場印加シーケンスに従って磁場＋ＨＸ，−ＨＸ，＋ＨＹ，−ＨＹ，＋ＨＺを組み合わせて印加し、下層側強磁性体層４０及び上層側強磁性体層４２での磁化ＬＭ，ＵＭを反転させることによって、磁気記憶素子１が記憶するデータを書き換える。
【００２７】
以上のような構成を有する本磁気記憶装置において、磁気記憶素子１からデータを読み出す際には、図示しないデータ読み出し回路が、読み出し対象の磁気記憶素子１に接続されているビット線ＢＬ及びワード線ＷＬのそれぞれに所定電圧を印加する。そうすると、ＭＯＳトランジスタ１０がオン状態となって、ビット線ＢＬとリード線ＲＬとの間には、読み出した対象の磁気記憶素子１の抵抗値、つまり、それが記憶するデータに応じた値の電流が流れる。そして、読み出し回路は、ビット線ＢＬとリード線ＲＬとの間に流れる電流の検出し、その電流値に基づいて、読み出し対象の磁気記憶素子１が記憶するデータを判別する。これにより、読み出し回路において、読み出し対象の磁気記憶素子１からデータを読み出すことができる。
【００２８】
一方で、磁気記憶素子１のデータを書き換える際には、図示しないデータ書き込み回路が、書き換え対象の磁気記憶素子１に対応するビット線ＢＬ、第１デジット線ＤＬ１及び第２デジット線ＤＬ２に対して電流を流して、当該磁気記憶素子１の自由層４に対して、磁場＋ＨＸ，−ＨＸ，＋ＨＹ，−ＨＹ，＋ＨＺを組み合わせて印加する。このとき、ＭＯＳトランジスタ１０はオフ状態である。そうすると、書き換え対象の磁気記憶素子１における下層側強磁性体層４０及び上層側強磁性体層４２の磁化ＬＭ，ＵＭがそれぞれ反転し、当該磁気記憶素子１の抵抗値が変化する。これにより、書き換え対象の磁気記憶素子１のデータが書き換えられる。
【００２９】
次に、磁気記憶素子１のデータの書き換え方法について詳細に説明する。図５はデータ“０”を記憶する磁気記憶素子１での下層側強磁性体層４０及び上層側強磁性体層４２の磁化ＬＭ，ＵＭの様子を示す図である。以下の説明では、上述のＸ軸及びＹ軸を、それぞれ上面視上においてビット線ＢＬ及び第１デジット線ＤＬ１に重なるように配置し直したＸＹＺ直交座標系を用いる。したがって、図５に示されるように、上面視上では、ＸＹＺ直交座標系の原点に、固定層２、トンネル障壁層３及び自由層４の中心、つまりそれらが成す楕円の中心が配置されるようになる。
【００３０】
なお、図５及び後述の図６，１４を除く各図においては、下層側強磁性体層４０の磁化ＬＭの方向と、上層側強磁性体層４２の磁化ＵＭの方向との関係が理解しやすいように、磁化ＬＭを表す破線矢印と、磁化ＵＭを表す実線矢印との始点が、ＸＹＺ直交座標系の原点に一致するようにして磁化ＬＭ，ＵＭの様子を示している。
【００３１】
図５に示されるように、データ“０”を記憶する、安定状態での磁気記憶素子１では、下層側強磁性体層４０の磁化ＬＭは、ＸＹ平面上の第１象限に位置しており、Ｘ軸のプラス側とＹ軸のプラス側のそれぞれに対して４５°を成している。また、データ“０”を記憶する、安定状態での磁気記憶素子１では、上層側強磁性体層４２の磁化ＵＭは、ＸＹ平面上の第３象限に位置しており、Ｘ軸のマイナス側とＹ軸のマイナス側のそれぞれに対して４５°を成している。
【００３２】
データ“０”を記憶する磁気記憶素子１のデータを“１”に書き換える際には、図６に示される第１磁場印加シーケンスＭＳ１に従って磁場−ＨＸ，−ＨＹ，＋ＨＺを組み合わせて自由層４に印加する。これにより、磁化ＬＭ，ＵＭのそれぞれは、上面視上において反時計回りに回転し、下層側強磁性体層４０の磁化ＬＭの方向と固定層２の磁化ＦＭの方向とが反平行状態となる。その結果、磁気記憶素子１が記憶するデータ“０”がデータ“１”に書き換えられる。以下に、磁気記憶素子１のデータを“０”から“１”に書き換える際の磁化ＬＭ，ＵＭの方向の変化の様子について詳細に説明する。
【００３３】
図６に示されように、まず、自由層４に対して磁場−ＨＸ，＋ＨＺを印加する。そうすると、磁化ＬＭ，ＵＭの方向は、図５の状態から図７の状態に変化する。図８〜１０は、磁化ＬＭ，ＵＭの方向が図５の状態から図７の状態に変化する様子を説明するための図である。図８〜１０は、磁気記憶素子１を図７の矢視ＡＡから見た際の磁化ＬＭ，ＵＭを示している。
【００３４】
図８に示されるように、磁場−ＨＸだけが自由層４に印加された場合には、ＸＹ平面上の第１象限に位置する磁化ＬＭが上面視上で反時計回りに回転してＸＹ平面上の第２象限に位置するようになり、磁化ＬＭ，ＵＭが、ＸＹ平面上において、Ｘ軸のマイナス側に対して軸対称となる位置に配置されると一見考えられる。
【００３５】
しかしながら、実際には、磁化ＬＭ，ＵＭは、上面視上ではＸ軸のマイナス側に対して軸対称となるように位置するが、図９に示されるように、下層の磁化ＬＭはＺ軸のマイナス方向に向き、上層の磁化ＵＭはＺ軸のプラス方向を向くようになる。自由層４では、図５に示されるように、磁化ＬＭ，ＵＭは、本来、それらの間の角度が１８０°を成す状態が安定である。自由層４の下層側強磁性体層４０に対して磁場−ＨＸが印加されると、下層側強磁性体層４０の磁化ＬＭが、磁場−ＨＸの方向に向こうとして、上面視上で反時計回りに回転し、磁化ＬＭ，ＵＭの間の角度が狭くなる。このとき、自由層４での間接交換結合の影響により、図９に示されるように、下層側強磁性体層４０の磁化ＬＭは若干Ｚ軸のマイナス方向に向き、上層側強磁性体層４２の磁化ＵＭは若干Ｚ軸のプラス方向を向くようになって、磁化ＬＭ，ＵＭは、できるだけそれらの間の角度を大きく維持しようする。
【００３６】
このように、自由層４に対して磁場−ＨＸだけを印加すると、磁化ＬＭ，ＵＭは、上面視上ではＸ軸のマイナス側に対して軸対称となるように位置し、下層の磁化ＬＭがＺ軸のマイナス方向に向くとともに、上層の磁化ＵＭがＺ軸のプラス方向を向くようになる。これは、図９の矢印２００ａに示されるように、図８に示される磁化ＬＭ，ＵＭが、Ｘ軸を回転軸としてＸ軸のプラス側から見て時計回りに若干回転したことと同じである。
【００３７】
そして、図１０に示されるように、自由層４に対してさらに所定の大きさの磁場＋ＨＺを印加すると、磁化ＬＭ，ＵＭのそれぞれはＸ軸のプラス側に向くようになる。これは、図８に示される磁化ＬＭ，ＵＭが、Ｘ軸に対して図１０の軸３００に沿って傾き、さらに、図１０の矢印２００ｂに示されるように、軸３００を回転軸としてＸＺ平面上の第４象限側から軸３００を見た場合での時計回りに若干回転するのと同じである。なお軸３００は、ＸＹＺ直交座標系の原点を通り、かつＸＺ平面の第２及び第４象限を通るようにＸ軸に対して傾いている。そうすると、磁化ＬＭ，ＵＭには矢印２００ｃに示されるような回転成分が発生し、磁化ＬＭ，ＵＭは、Ｚ軸を回転軸としてＺ軸のプラス側から見た際に反時計回りに若干回転する。つまり、自由層４に磁場＋ＨＺを印加することによって、磁化ＬＭ，ＵＭは上面視上において反時計回りに回転するようになる。
【００３８】
なお、「間接交換結合」とは、自由層４のように、２つの強磁性体層が非磁性体の結合層を介して積層された積層構造において、２つの強磁性体層の磁化の方向が、結合層の厚みが変化すると、交互に平行状態となったり反平行状態となったりする現象をいう。本実施の形態に係る自由層４では、磁化ＬＭの方向と磁化ＵＭの方向とが反平行状態となるように結合層４１の厚みが設定されている。
【００３９】
自由層４に対して磁場−ＨＸ，＋ＨＺを印加すると、その次には、図６に示されるように、磁場−ＨＸ，＋ＨＺに加えて磁場−ＨＹを印加する。そうすると、磁化ＬＭ，ＵＭはともに上面視上で同じ量だけ反時計回りに回転し、図１１に示されるように、上面視上において、磁化ＬＭはＸ軸のマイナス側と重なり、磁化ＵＭはＹ軸のマイナス側と重なるようになる。このときも、磁場＋ＨＺが発生していることから、磁場＋ＨＺが発生していない場合と比較して、磁化ＬＭ，ＵＭは上面視上において反時計回りに少し回転している。
【００４０】
次に、図６に示されるように、自由層４に対する磁場−ＨＸの印加を取りやめる。そうすると、磁化ＬＭ，ＵＭはともに上面視上で同じ量だけ反時計回りにさらに回転し、図１２に示されるように、磁化ＬＭ，ＵＭは上面視上ではＹ軸のマイナス側に対して軸対称となるように位置するようになる。このときも、磁場＋ＨＺが発生していることから、磁場＋ＨＺが発生していない場合と比較して、磁化ＬＭ，ＵＭは上面視上において反時計回りに少し回転している。
【００４１】
次に、図６に示されるように、自由層４に対する磁場−ＨＹ，＋ＨＺの印加を取りやめる。そうすると、磁化ＵＭは、安定な磁化容易軸ＭＡに沿った方向に向こうとする。磁化ＬＭ，ＵＭは、直前の図１２の状態において、磁場＋ＨＺの作用により上面視上で反時計回りに回転していることから、磁化ＵＭは磁化容易軸ＭＡに沿った方向に向きやすくなっている。したがって、自由層４に対する磁場−ＨＹ，＋ＨＺの印加を取りやめると、磁化ＵＭは反時計回りに回転して、図１３に示されるように、磁化ＵＭはＸＹ平面上の第１象限に位置するようになる。下層側強磁性体層４０の磁化ＬＭは、磁場−ＨＹ，＋ＨＺが印加されなくなると、ＸＹ平面上の第３象限に位置するようになる。その結果、下層側強磁性体層４０の磁化ＬＭの方向と上層側強磁性体層４２の磁化ＵＭの方向とが反平行状態となるとともに、下層側強磁性体層４０の磁化ＬＭの方向と固定層２の磁化ＦＭの方向とが反平行状態となる。これにより、磁気記憶素子１のデータが“０”から“１”に書き換えられる。
【００４２】
データ“１”を記憶する磁気記憶素子１のデータを“０”に書き換える際には、図１４に示される第２磁場印加シーケンスＭＳ２に従って磁場＋ＨＸ，＋ＨＹ，＋ＨＺを組み合わせて自由層４に印加する。
【００４３】
図１４に示されるように、まず自由層４に対しては磁場＋ＨＹ，＋ＨＺを印加する。そうすると、磁化ＬＭ，ＵＭの方向は、上述の図１３の状態から図１５の状態に変化する。図１６〜１８は、磁化ＬＭ，ＵＭの方向が図１３の状態から図１５の状態に変化する様子を説明するための図である。図１６〜１８は、磁気記憶素子１を図１５の矢視ＢＢから見た際の磁化ＬＭ，ＵＭを示している。
【００４４】
図１６に示されるように、磁場＋ＨＹだけが自由層４に印加された場合には、ＸＹ平面上の第３象限に位置する磁化ＬＭが上面視上で時計回りに回転してＸＹ平面上の第２象限に位置するようになり、磁化ＬＭ、ＵＭが、ＸＹ平面上において、Ｙ軸のプラス側に対して軸対称となる位置に配置されると一見考えられる。
【００４５】
しかしながら、実際には、磁化ＬＭ，ＵＭは、上面視上ではＹ軸のプラス側に対して軸対称となるように位置するが、図１７に示されるように、下層の磁化ＬＭはＺ軸のマイナス方向に向き、上層の磁化ＵＭはＺ軸のプラス方向を向くようになる。上述のように、自由層４では、磁化ＬＭ，ＵＭは、本来、それらの間の角度が１８０°を成す状態が安定である。自由層４の下層側強磁性体層４０に対して磁場＋ＨＹが印加されると、下層側強磁性体層４０の磁化ＬＭが上面視上で時計回りに回転し、磁化ＬＭ，ＵＭの間の角度が狭くなる。このとき、自由層４での間接交換結合の影響により、図１７に示されるように、磁化ＬＭは若干Ｚ軸のマイナス方向に向き、磁化ＵＭは若干Ｚ軸のプラス方向を向くようになって、磁化ＬＭ，ＵＭは、できるだけそれらの間の角度を大きく維持しようする。
【００４６】
このように、自由層４に対して磁場＋ＨＹだけを印加すると、磁化ＬＭ，ＵＭは、上面視上ではＹ軸のプラス側に対して軸対称となるように位置し、下層の磁化ＬＭがＺ軸のマイナス方向に向くとともに、上層の磁化ＵＭがＺ軸のプラス方向を向くようになる。これは、図１７の矢印２０１ａに示されるように、図１６に示される磁化ＬＭ，ＵＭが、Ｙ軸を回転軸としてＹ軸のプラス側から見て時計回りに若干回転したことと同じである。
【００４７】
そして、図１８に示されるように、自由層４に対してさらに所定の大きさの磁場＋ＨＺを印加すると、磁化ＬＭ，ＵＭのそれぞれはＸ軸のプラス側に向くようになる。これは、図１６に示される磁化ＬＭ，ＵＭが、Ｙ軸に対して図１８の軸３０１に沿って傾き、さらに、図１８の矢印２０１ｂに示されるように、軸３０１を回転軸としてＹＺ平面上の第１象限側から軸３０１を見た場合での時計回りに若干回転するのと同じである。なお軸３０１は、ＸＹＺ直交座標系の原点を通り、かつＹＺ平面の第１及び第３象限を通るようにＹ軸に対して傾いている。そうすると、磁化ＬＭ，ＵＭには矢印２０１ｃに示されるような回転成分が発生し、磁化ＬＭ，ＵＭは、Ｚ軸を回転軸としてＺ軸のプラス側から見て時計回りに若干回転する。つまり、自由層４に磁場＋ＨＺを印加することによって、磁化ＬＭ，ＵＭは上面視上において時計回りに回転するようになる。
【００４８】
自由層４に対して磁場＋ＨＹ，＋ＨＺを印加すると、その次には、図１４に示されるように、磁場＋ＨＹ，＋ＨＺに加えて所定の大きさの磁場＋ＨＸを印加する。そうすると、磁化ＬＭ，ＵＭはともに上面視上で同じ量だけ時計回りに回転し、図１９に示されるように、上面視上において、磁化ＬＭはＹ軸のプラス側と重なり、磁化ＵＭはＸ軸のプラス側と重なるようになる。このときにも、磁場＋ＨＺが発生していることから、磁場＋ＨＺが発生していない場合と比較して、磁化ＬＭ，ＵＭは上面視上において時計回りに回転している。
【００４９】
次に、図１４に示されるように、自由層４に対する磁場＋ＨＹの印加を取りやめる。そうすると、磁化ＬＭ，ＵＭはともに上面視上で同じ量だけ時計回りにさらに回転し、図２０に示されるように、磁化ＬＭ，ＵＭは上面視上ではＸ軸のプラス側に対して軸対称となるように位置するようになる。このときも、磁場＋ＨＺが発生していることから、磁場＋ＨＺが発生していない場合と比較して、磁化ＬＭ，ＵＭは上面視上において時計回りに回転している。
【００５０】
次に、図１４に示されるように、自由層４に対する磁場＋ＨＸ，＋ＨＺの印加を取りやめる。そうすると、磁化ＵＭは、安定な磁化容易軸ＭＡに沿った方向に向こうとする。磁化ＬＭ，ＵＭは、直前の図１９の状態において、磁場＋ＨＺの作用のより上面視上で時計回りに回転していることから、磁化ＵＭは磁化容易軸ＭＡに沿った方向に向きやすくなっている。したがって、自由層４に対する磁場＋ＨＸ，＋ＨＺの印加を取りやめると、磁化ＵＭは時計回りに回転して、上述の図５に示されるようにＸＹ平面上の第３象限に位置するようになる。下層側強磁性体層４０の磁化ＬＭは、磁場＋ＨＸ，＋ＨＺが印加されなくなると、ＸＹ平面上の第１象限に位置するようになる。その結果、下層側強磁性体層４０の磁化ＬＭの方向と上層側強磁性体層４２の磁化ＵＭの方向とが反平行状態となるとともに、下層側強磁性体層４０の磁化ＬＭの方向と固定層２の磁化ＦＭの方向とが平行状態となる。これにより、磁気記憶素子１のデータが“１”から“０”に書き換えられる。
【００５１】
以上のように、本実施の形態では、データ“０”を記憶する磁気記憶素子１の自由層４に対して、図６の第１磁場印加シーケンスＭＳ１に従って磁場−ＨＸ，−ＨＹ，＋ＨＺを組み合わせて印加し、磁化ＬＭ，ＵＭを上面視上で反時計回りに回転させると、最終的には磁化ＬＭ，ＵＭのそれぞれが反転する。これに対して、磁気記憶素子１のデータを“１”から“０”に書き換える場合と同様に、データ“０”を記憶する磁気記憶素子１の自由層４に対して、図１４の第２磁場印加シーケンスＭＳ２に従って磁場＋ＨＸ，＋ＨＹ，＋ＨＺを組み合わせて印加し、磁化ＬＭ，ＵＭを上面視上で時計回りに回転させたとしても、最終的に磁化ＬＭ，ＵＭのそれぞれは反転しない。したがって、磁気記憶素子１の自由層４に対して第１磁場印加シーケンスＭＳ１に従って磁場を印加すると、当該磁気記憶素子１が“０”を記憶している場合にだけそのデータが書き換わることになる。
【００５２】
また上述のように、本実施の形態では、データ“１”を記憶する磁気記憶素子１の自由層４に対して、図１４の第２磁場印加シーケンスＭＳ２に従って磁場＋ＨＸ，＋ＨＹ，＋ＨＺを組み合わせて印加し、磁化ＬＭ，ＵＭを上面視上で時計回りに回転させると、最終的には磁化ＬＭ，ＵＭのそれぞれが反転する。これに対して、データ“１”を記憶する磁気記憶素子１の自由層４に対して、図６の第１磁場印加シーケンスＭＳ１に従って磁場を印加し、磁化ＬＭ，ＵＭを上面視上で反時計回りに回転させたとしても、最終的に磁化ＬＭ，ＵＭのそれぞれは反転しない。したがって、磁気記憶素子１の自由層４に対して第２磁場印加シーケンスＭＳ２に従って磁場を印加すると、当該磁気記憶素子１が“１”を記憶している場合にだけそのデータが書き換わることになる。以下に、このことについて詳細に説明する。
【００５３】
まず、データ“０”を記憶する磁気記憶素子１の自由層４に対して、図１４の第２磁場印加シーケンスＭＳ２に従って磁場を印加する場合の磁化ＬＭ，ＵＭの方向の変化の様子について説明する。図１４に示されるように、データ“０”を記憶する磁気記憶素子１の自由層４に対して、まず磁場＋ＨＹ，＋ＨＺを印加すると、磁化ＬＭ，ＵＭの方向は、上述の図５の状態から図２１の状態に変化する。図２２〜２４は、磁化ＬＭ，ＵＭの方向が図５の状態から図２１の状態に変化する様子を説明するための図である。図２２〜２４は、磁気記憶素子１を図２１の矢視ＣＣから見た際の磁化ＬＭ，ＵＭを示している。
【００５４】
図２２に示されるように、磁場＋ＨＹだけが自由層４に印加された場合には、ＸＹ平面上の第３象限に位置する磁化ＵＭが上面視上で時計回りに回転してＸＹ平面上の第２象限に位置するようになり、磁化ＬＭ、ＵＭが、ＸＹ平面上において、Ｙ軸のプラス側に対して軸対称となる位置に配置されると一見考えられる。
【００５５】
しかしながら、実際には、磁化ＬＭ，ＵＭは、上面視上ではＹ軸のプラス側に対して軸対称となるように位置するが、図２３に示されるように、自由層４での間接交換結合の影響により、下層の磁化ＬＭはＺ軸のマイナス方向に向き、上層の磁化ＵＭはＺ軸のプラス方向を向くようになる。これは、図２３の矢印２０２ａに示されるように、図２２に示される磁化ＬＭ，ＵＭが、Ｙ軸を回転軸としてＹ軸のプラス側から見て反時計回りに若干回転したことと同じである。
【００５６】
そして、図２４に示されるように、自由層４に対してさらに所定の大きさの磁場＋ＨＺを印加すると、磁化ＬＭ，ＵＭのそれぞれはＸ軸のプラス側に向くようになる。これは、図２２に示される磁化ＬＭ，ＵＭが、Ｙ軸に対して図２４の軸３０２に沿って傾き、さらに、図２４の矢印２０２ｂに示されるように、軸３０２を回転軸としてＹＺ平面上の第１象限側から軸３０２を見た場合での反時計回りに若干回転するのと同じである。なお軸３０２は、ＸＹＺ直交座標系の原点を通り、かつＹＺ平面の第１及び第３象限を通るようにＹ軸に対して傾いている。そうすると、磁化ＬＭ，ＵＭには矢印２０２ｃに示されるような回転成分が発生し、磁化ＬＭ，ＵＭは、Ｚ軸を回転軸としてＺ軸のプラス側から見て反時計回りに若干回転する。つまり、自由層４に磁場＋ＨＺを印加すると、磁化ＬＭ，ＵＭは上面視上において反時計回りに回転するようになる。
【００５７】
次に図１４に示されるように、磁場＋ＨＹ，＋ＨＺに加えて所定の大きさの磁場＋ＨＸを自由層４に印加する。そうすると、磁化ＬＭ，ＵＭはともに上面視上で同じ量だけ時計回りに回転し、図２５に示されるように、上面視上において、磁化ＵＭはＹ軸のプラス側と重なり、磁化ＬＭはＸ軸のプラス側と重なるようになる。このときにも、磁場＋ＨＺが発生していることから、磁場＋ＨＺが発生していない場合と比較して、磁化ＬＭ，ＵＭは上面視上において反時計回りに少し回転している。
【００５８】
次に、図１４に示されるように、自由層４に対する磁場＋ＨＹの印加を取りやめる。そうすると、磁化ＬＭ，ＵＭはともに上面視上で同じ量だけ時計回りにさらに回転し、図２６に示されるように、磁化ＬＭ，ＵＭは上面視上ではＸ軸のプラス側に対して軸対称となるように位置するようになる。このときも、磁場＋ＨＺが発生していることから、磁場＋ＨＺが発生していない場合と比較して、磁化ＬＭ，ＵＭは上面視上において反時計回りに少し回転している。
【００５９】
次に、図１４に示されるように、自由層４に対する磁場＋ＨＸ，＋ＨＺの印加を取りやめる。そうすると、磁化ＬＭは、安定な磁化容易軸ＭＡに沿った方向に向こうとする。しかしながら、磁化ＬＭ，ＵＭは、直前の図２６の状態において、磁場＋ＨＺの作用により上面視上で反時計回りに回転していることから、磁化ＬＭは磁化容易軸ＭＡに沿った方向に向きにくくなっている。そのため、自由層４に対する磁場＋ＨＸ，＋ＨＺの印加を取りやめたとしても、磁化ＬＭは時計回りには回転できずに、磁化ＬＭ，ＵＭの方向は、図５の状態に戻ってしまう。よって、磁化ＬＭ，ＵＭのそれぞれは反転せず、磁気記憶素子１のデータは“０”から書き換わらない。
【００６０】
次に、データ“１”を記憶する磁気記憶素子１の自由層４に対して、図６の第１磁場印加シーケンスＭＳ１に従って磁場を印加する場合の磁化ＬＭ，ＵＭの方向の変化の様子について説明する。図６に示されるように、データ“１”を記憶する磁気記憶素子１の自由層４に対して、まず磁場−ＨＸ，＋ＨＺを印加すると、磁化ＬＭ，ＵＭの方向は、上述の図１３の状態から図２７の状態に変化する。図２８〜３０は、磁化ＬＭ，ＵＭの方向が図１３の状態から図２７の状態に変化する様子を説明するための図である。図２８〜３０は、磁気記憶素子１を図２７の矢視ＤＤから見た際の磁化ＬＭ，ＵＭを示している。
【００６１】
図２８に示されるように、磁場−ＨＸだけが自由層４に印加された場合には、ＸＹ平面上の第１象限に位置する磁化ＵＭが上面視上で反時計回りに回転してＸＹ平面上の第２象限に位置するようになり、磁化ＬＭ、ＵＭが、ＸＹ平面上において、Ｘ軸のマイナス側に対して軸対称となる位置に配置されると一見考えられる。
【００６２】
しかしながら、実際には、磁化ＬＭ，ＵＭは、上面視上ではＸ軸のマイナス側に対して軸対称となるように位置するものの、図２９に示されるように、自由層４での間接交換結合の影響により、下層の磁化ＬＭはＺ軸のマイナス方向に向き、上層の磁化ＵＭはＺ軸のプラス方向を向くようになる。これは、図２９の矢印２０３ａに示されるように、図２８に示される磁化ＬＭ，ＵＭが、Ｘ軸を回転軸としてＸ軸のマイナス側から見て時計回りに若干回転したことと同じである。
【００６３】
そして、図３０に示されるように、自由層４に対してさらに所定の大きさの磁場＋ＨＺを印加すると、磁化ＬＭ，ＵＭのそれぞれはＺ軸のプラス側に向くようになる。これは、図２８に示される磁化ＬＭ，ＵＭが、Ｘ軸に対して図３０の軸３０３に沿って傾き、さらに、図３０の矢印２０３ｂに示されるように、軸３０３を回転軸としてＸＺ平面上の第２象限側から軸３０３を見た場合での時計回りに若干回転するのと同じである。なお軸３０３は、ＸＹＺ直交座標系の原点を通り、かつＸＺ平面の第２及び第４象限を通るようにＸ軸に対して傾いている。そうすると、磁化ＬＭ，ＵＭには矢印２０３ｃに示されるような回転成分が発生し、磁化ＬＭ，ＵＭは、Ｚ軸を回転軸としてＺ軸のプラス側から見て時計回りに若干回転する。つまり、自由層４に磁場＋ＨＺを印加することによって、磁化ＬＭ，ＵＭは上面視上において時計回りに少し回転する。
【００６４】
次に、図６に示されるように、磁場−ＨＸ，＋ＨＺに加えて所定の大きさの磁場−ＨＹを自由層４に印加する。そうすると、磁化ＬＭ，ＵＭはともに上面視上で同じ量だけ反時計回りに回転し、図３１に示されるように、上面視上において、磁化ＵＭはＸ軸のマイナス側と重なり、磁化ＬＭはＹ軸のマイナス側と重なるようになる。このときにも、磁場＋ＨＺが発生していることから、磁場＋ＨＺが発生していない場合と比較して、磁化ＬＭ，ＵＭは上面視上において時計回りに回転している。
【００６５】
次に、図６に示されるように、自由層４に対する磁場−ＨＸの印加を取りやめる。そうすると、磁化ＬＭ，ＵＭはともに上面視上で同じ量だけ反時計回りにさらに回転し、図３２に示されるように、磁化ＬＭ，ＵＭは上面視上ではＹ軸のマイナス側に対して軸対称となるように位置するようになる。このときも、磁場＋ＨＺは発生していることから、磁場＋ＨＺが発生していない場合と比較して、磁化ＬＭ，ＵＭは上面視上において時計回りに回転している。
【００６６】
次に、図６に示されるように、自由層４に対する磁場−ＨＹ，＋ＨＺの印加を取りやめる。そうすると、磁化ＬＭは、安定な磁化容易軸ＭＡに沿った方向に向こうとする。しかしながら、磁化ＬＭ，ＵＭは、直前の図３２の状態において、磁場＋ＨＺの作用により上面視上で時計回りに回転していることから、磁化ＬＭは磁化容易軸ＭＡに沿った方向に向きにくくなっている。そのため、自由層４に対する磁場−ＨＹ，＋ＨＺの印加を取りやめたとしても、磁化ＬＭは反時計回りには回転できずに、磁化ＬＭ，ＵＭの方向は、図１３の状態に戻ってしまう。よって、磁化ＬＭ，ＵＭのそれぞれは反転せず、磁気記憶素子１のデータは“１”から書き換えられない。
【００６７】
以上のように、本実施の形態では、データ“０”を記憶する磁気記憶素子１の自由層４に対して、磁気記憶素子１のデータを“１”から０”に書き換える際の第２磁場印加シーケンスＭＳ２に従って磁場を印加した場合であっても、下層側強磁性体層４０及び上層側強磁性体層４２の磁化ＬＭ，ＵＭは反転しない。さらに、データ“１”を記憶する磁気記憶素子１の自由層４に対して、磁気記憶素子１のデータを“０”から“１”に書き換える際の第１磁場印加シーケンスＭＳ１に従って磁場を印加した場合であっても磁化ＬＭ，ＵＭは反転しない。したがって、磁気記憶素子１の自由層４に対して第１磁場印加シーケンスＭＳ１に従って磁場を印加すると、当該磁気記憶素子１が“０”を記憶している場合にだけそのデータが書き換わり、磁気記憶素子１の自由層４に対して第２磁場印加シーケンスＭＳ２に従って磁場を印加すると、当該磁気記憶素子１が“１”を記憶している場合にだけそのデータが書き換わる。よって、磁気記憶素子１のデータを書き換える前に、当該磁気記憶素子１からデータを読み出して当該磁気記憶素子１がデータの書き換え対象であるか否かを判定する必要がなくなる。その結果、磁気記憶素子１に対するデータの書き換え時間を低減することができる。
【００６８】
なお本実施の形態では、第２デジット線ＤＬ２に対する駆動制御を簡素化するために、磁気記憶素子１のデータを書き換える際には、自由層４に対する磁場の印加開始から終了までの間ずっと磁場＋ＨＺを発生させていたが、自由層４に対する磁場の印加を終了する直前にだけ磁場＋ＨＺを発生させても良い。この場合であっても、同様の効果を得ることができる。
【００６９】
また本実施の形態では、固定層２、トンネル障壁層３及び自由層４のそれぞれを、上面視上において、磁化容易軸ＭＡに対して対称な形状としたが、上述の特許文献２に記載されているように、磁化容易軸ＭＡに対して非対称な形状としても良い。
【図面の簡単な説明】
【００７０】
【図１】本発明の実施の形態に係る磁気記憶装置の構成を示す図である。
【図２】本発明の実施の形態に係るメモリセルの構造を示す断面図である。
【図３】本発明の実施の形態に係る磁気記憶素子の構造を示す断面図である。
【図４】本発明の実施の形態に係る磁気記憶素子の構造を示す上面図である。
【図５】“０”を記憶する磁気記憶素子での磁化の様子を示す上面図である。
【図６】磁気記憶素子のデータを“０”から“１”に書き換える際の第１磁場印加シーケンスを示す図である。
【図７】自由層に磁場を印加した際の磁気記憶素子での磁化の様子を示す上面図である。
【図８】磁気記憶素子での磁化の方向が変化する様子を示す側面図である。
【図９】磁気記憶素子での磁化の方向が変化する様子を示す側面図である。
【図１０】磁気記憶素子での磁化の方向が変化する様子を示す側面図である。
【図１１】自由層に磁場を印加した際の磁気記憶素子での磁化の様子を示す上面図である。
【図１２】自由層に磁場を印加した際の磁気記憶素子での磁化の様子を示す上面図である。
【図１３】“１”を記憶する磁気記憶素子での磁化の様子を示す上面図である。
【図１４】磁気記憶素子のデータを“１”から“０”に書き換える際の第２磁場印加シーケンスを示す図である。
【図１５】自由層に磁場を印加した際の磁気記憶素子での磁化の様子を示す上面図である。
【図１６】磁気記憶素子での磁化の方向が変化する様子を示す側面図である。
【図１７】磁気記憶素子での磁化の方向が変化する様子を示す側面図である。
【図１８】磁気記憶素子での磁化の方向が変化する様子を示す側面図である。
【図１９】自由層に磁場を印加した際の磁気記憶素子での磁化の様子を示す上面図である。
【図２０】自由層に磁場を印加した際の磁気記憶素子での磁化の様子を示す上面図である。
【図２１】自由層に磁場を印加した際の磁気記憶素子での磁化の様子を示す上面図である。
【図２２】磁気記憶素子での磁化の方向が変化する様子を示す側面図である。
【図２３】磁気記憶素子での磁化の方向が変化する様子を示す側面図である。
【図２４】磁気記憶素子での磁化の方向が変化する様子を示す側面図である。
【図２５】自由層に磁場を印加した際の磁気記憶素子での磁化の様子を示す上面図である。
【図２６】自由層に磁場を印加した際の磁気記憶素子での磁化の様子を示す上面図である。
【図２７】自由層に磁場を印加した際の磁気記憶素子での磁化の様子を示す上面図である。
【図２８】磁気記憶素子での磁化の方向が変化する様子を示す側面図である。
【図２９】磁気記憶素子での磁化の方向が変化する様子を示す側面図である。
【図３０】磁気記憶素子での磁化の方向が変化する様子を示す側面図である。
【図３１】自由層に磁場を印加した際の磁気記憶素子での磁化の様子を示す上面図である。
【図３２】自由層に磁場を印加した際の磁気記憶素子での磁化の様子を示す上面図である。
【符号の説明】
【００７１】
１  磁気記憶素子、２  固定層、３  トンネル障壁層、４  自由層、４０  下層側強磁性体層、４１  結合層、４２  上層側強磁性体層、ＢＬ  ビット線、ＤＬ１  第１デジット線、ＤＬ２  第２デジット線、ＦＭ，ＬＭ，ＵＭ  磁化。
【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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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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【図２８】
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【図２９】
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【図３０】
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【図３１】
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【図３２】
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