特許 7081694 磁気記録層、磁壁移動素子及び磁気記録アレイ

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2022-05-30

(45)【発行日】2022-06-07

(54)【発明の名称】磁気記録層、磁壁移動素子及び磁気記録アレイ

(51)【国際特許分類】

   H01L 21/8239 20060101AFI20220531BHJP

   H01L 27/105 20060101ALI20220531BHJP

   H01L 43/08 20060101ALI20220531BHJP

   H01L 43/10 20060101ALI20220531BHJP

   H01L 43/12 20060101ALI20220531BHJP

   H01F 10/14 20060101ALI20220531BHJP

   H01F 10/16 20060101ALI20220531BHJP

【ＦＩ】

H01L27/105 447

H01L43/08 M

H01L43/08 Z

H01L43/12

H01F10/14

H01F10/16

【請求項の数】 12

(21)【出願番号】P 2020568568

(86)(22)【出願日】2019-10-03

(86)【国際出願番号】 JP2019039106

(87)【国際公開番号】W WO2021064935

(87)【国際公開日】2021-04-08

【審査請求日】2020-12-09

(73)【特許権者】

【識別番号】000003067

【氏名又は名称】ＴＤＫ株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100106909

【弁理士】

【氏名又は名称】棚井 澄雄

(74)【代理人】

【識別番号】100163496

【弁理士】

【氏名又は名称】荒 則彦

(74)【代理人】

【識別番号】100188558

【弁理士】

【氏名又は名称】飯田 雅人

(74)【代理人】

【識別番号】100169694

【弁理士】

【氏名又は名称】荻野 彰広

(72)【発明者】

【氏名】大田 実

(72)【発明者】

【氏名】柴田 竜雄

【審査官】宮本 博司

(56)【参考文献】

【文献】特開２００７－３２４２６９（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１５－０６０６０９（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１０－１４１３４０（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００４－１３４０６４（ＪＰ，Ａ）

【文献】特許第６４９９７９８（ＪＰ，Ｂ１）

【文献】特開２０１０－２６３１６８（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｈ０１Ｌ ２１／８２３９

Ｈ０１Ｌ ４３／０８

Ｈ０１Ｌ ４３／１２

Ｈ０１Ｆ １０／１４

Ｈ０１Ｆ １０／１６

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

内部に磁壁を有し、希ガス元素を含有する磁気記録層であり、
前記希ガス元素は、Ｎｅ、Ａｒ、Ｋｒ、Ｘｅ、Ｒｎ、Ｏｇのいずれかの元素であり、
前記磁気記録層が延びる第１方向と交差する切断面において、前記磁気記録層の中央領域は、前記磁気記録層の外周領域より前記希ガス元素の濃度が濃い、磁気記録層。

【請求項2】

内部に磁壁を有し、希ガス元素を含有し、
前記希ガス元素は、Ｎｅ、Ａｒ、Ｋｒ、Ｘｅ、Ｒｎ、Ｏｇのいずれかの元素であり、
結晶格子内に前記希ガス元素を含有した第１格子と、結晶格子内に前記希ガス元素を含有していない第２格子と、を含み、
前記第１格子が内部に分散している、磁気記録層。

【請求項3】

前記磁気記録層が延びる第１方向と交差する切断面において、前記磁気記録層の中央領域は、前記磁気記録層の外周領域より前記希ガス元素の濃度が濃い、請求項２に記載の磁気記録層。

【請求項4】

前記希ガス元素の平均希ガス濃度が２５ａｔｍ％以下である、請求項１～３のいずれか一項に記載の磁気記録層。

【請求項5】

前記希ガス元素の平均希ガス濃度が０．１４ａｔｍ％以上である、請求項１～４のいずれか一項に記載の磁気記録層。

【請求項6】

請求項１～５のいずれか一項に記載の磁気記録層と、
前記磁気記録層の第１領域の磁化を固定する第１磁化固定部と、
前記磁気記録層の前記磁壁を前記第１領域と挟む第２領域の磁化を固定する第２磁化固定部と、を備える、磁壁移動素子。

【請求項7】

内部に磁壁を有し、希ガス元素を含有する磁気記録層と、
前記磁気記録層の第１領域の磁化を固定する第１磁化固定部と、
前記磁気記録層の前記磁壁を前記第１領域と挟む第２領域の磁化を固定する第２磁化固定部と、を備え、
前記希ガス元素は、Ｎｅ、Ａｒ、Ｋｒ、Ｘｅ、Ｒｎ、Ｏｇのいずれかの元素であり、
前記磁気記録層の第１方向の長さは、前記第１方向と直交する第２方向及び第３方向の長さより長く、
前記第１磁化固定部は、前記磁気記録層の前記第１方向の第１端に接続され、
前記第２磁化固定部は、前記第１方向において、前記第１端と反対側の前記磁気記録層の第２端に接続される、磁壁移動素子。

【請求項8】

内部に磁壁を有し、希ガス元素を含有する磁気記録層と、
前記磁気記録層の第１領域の磁化を固定する第１磁化固定部と、
前記磁気記録層の前記磁壁を前記第１領域と挟む第２領域の磁化を固定する第２磁化固定部と、を備え、
前記希ガス元素は、Ｎｅ、Ａｒ、Ｋｒ、Ｘｅ、Ｒｎ、Ｏｇのいずれかの元素であり、
前記第１磁化固定部と前記第２磁化固定部とのうちの少なくとも一方は、前記磁気記録層に接続され、強磁性体を含む導電層であり、
前記導電層は前記希ガス元素を有し、
前記磁気記録層における前記希ガス元素の希ガス元素濃度は、前記導電層における前記希ガス元素の希ガス元素濃度より濃い、磁壁移動素子。

【請求項9】

前記磁気記録層に積層された非磁性層と強磁性層とをさらに有し、
前記非磁性層は、前記強磁性層と前記磁気記録層との間にある、請求項６～８のいずれか一項に記載の磁壁移動素子。

【請求項10】

前記強磁性層は前記希ガス元素を有し、
前記磁気記録層における前記希ガス元素の希ガス元素濃度は、前記強磁性層における前記希ガス元素の希ガス元素濃度より濃い、請求項９に記載の磁壁移動素子。

【請求項11】

内部に磁壁を有し、希ガス元素を含有する磁気記録層と、
前記磁気記録層の第１領域の磁化を固定する第１磁化固定部と、
前記磁気記録層の前記磁壁を前記第１領域と挟む第２領域の磁化を固定する第２磁化固定部と、
前記磁気記録層に積層された非磁性層と強磁性層と、を備え、
前記希ガス元素は、Ｎｅ、Ａｒ、Ｋｒ、Ｘｅ、Ｒｎ、Ｏｇのいずれかの元素であり、
前記非磁性層は、前記強磁性層と前記磁気記録層との間にあり、
前記強磁性層は前記希ガス元素を有し、
前記磁気記録層における前記希ガス元素の希ガス元素濃度は、前記強磁性層における前記希ガス元素の希ガス元素濃度より濃い、磁壁移動素子。

【請求項12】

請求項６～１１のいずれか一項に記載の磁壁移動素子を複数有する、磁気記録アレイ。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、磁気記録層、磁壁移動素子及び磁気記録アレイに関する。

【背景技術】

【0002】

微細化に限界が見えてきたフラッシュメモリ等に代わる次世代の不揮発性メモリに注目が集まっている。例えば、ＭＲＡＭ（Ｍａｇｎｅｔｏｒｅｓｉｓｔｉｖｅ Ｒａｎｄｏｍ Ａｃｃｅｓｓ Ｍｅｍｏｒｙ）、ＲｅＲＡＭ（Ｒｅｓｉｓｔａｎｃｅ Ｒａｎｄｏｍｅ Ａｃｃｅｓｓ Ｍｅｍｏｒｙ）、ＰＣＲＡＭ（Ｐｈａｓｅ Ｃｈａｎｇｅ Ｒａｎｄｏｍ Ａｃｃｅｓｓ Ｍｅｍｏｒｙ）等が次世代の不揮発性メモリとして知られている。

【0003】

ＭＲＡＭは、磁化の向きの変化によって生じる抵抗値変化をデータ記録に利用している。データ記録は、ＭＲＡＭを構成する磁気抵抗変化素子のそれぞれが担っている。例えば、特許文献１には、磁気記録層内における磁壁を移動させることで、多値のデータを記録することができる磁気抵抗変化素子（磁壁移動素子）が記載されている。特許文献１には、磁気記録層内にトラップサイトを設けることで、多値のデータ記録が安定化することが記載されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【文献】特許第５４４１００５号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

特許文献１に記載の磁壁移動素子は、磁気記録層の側面に凹凸がある。この凹凸は磁壁のトラップサイトとして機能し、磁壁の位置を制御する。しかしながら、磁壁移動素子の大きさが小さくなると、凹凸を適切に形成することが難しくなる。また特許文献１は、結晶粒界を磁壁のトラップサイトとして用いることも記載されている。磁壁移動素子におけるトラップサイトの数は、磁壁移動素子の階調数と一致する。結晶粒界は一つのトラップサイトのサイズとして大きく、磁壁移動素子の微細化が進むにつれて、所望の階調数の磁壁移動素子を得ることが難しい。

【0006】

本発明は上記問題に鑑みてなされたものであり、磁壁の動作を制御しやすい磁気記録層、磁壁移動素子及び磁気記録アレイ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】

【0007】

(１)第１の態様にかかる磁気記録層は、内部に磁壁を有し、希ガス元素を含有する。

【0008】

(２)上記態様にかかる磁気記録層は、前記磁気記録層が延びる第１方向と交差する切断面において、前記磁気記録層の中央領域は、前記磁気記録層の外周領域より希ガス元素の濃度が濃くてもよい。

【0009】

(３)上記態様にかかる磁気記録層は、平均希ガス濃度が２５ａｔｍ％以下であってもよい。

【0010】

(４)上記態様にかかる磁気記録層は、平均希ガス濃度が０．１４ａｔｍ％以上であってもよい。

【0011】

(５)上記態様にかかる磁気記録層は、結晶格子内に希ガス元素を含有した第１格子と、結晶格子内に希ガス元素を含有していない第２格子と、を含み、前記第１格子が内部に分散していてもよい。

【0012】

(６)第２の態様にかかる磁壁移動素子は、上記態様にかかる磁気記録層と、前記磁気記録層の第１領域の磁化を固定する第１磁化固定部と、前記磁気記録層の前記磁壁を前記第１領域と挟む第２領域の磁化を固定する第２磁化固定部と、を備える。

【0013】

(７)上記態様にかかる磁壁移動素子において、前記第１磁化固定部又は前記第２磁化固定部のうちの少なくとも一方は、前記磁気記録層に接続され、強磁性体を含む導電層であってもよい。

【0014】

(８)上記態様にかかる磁壁移動素子において、前記導電層は希ガス元素を有し、前記磁気記録層の希ガス元素濃度は、前記導電層の希ガス元素濃度より濃くてもよい。

【0015】

(９)上記態様にかかる磁壁移動素子において、前記磁気記録層に積層された非磁性層と強磁性層とをさらに有し、前記非磁性層は、前記強磁性層と前記磁気記録層との間にあってもよい。

【0016】

(１０)上記態様にかかる磁壁移動素子において、前記強磁性層は希ガス元素を有し、前記磁気記録層の希ガス元素濃度は、前記強磁性層の希ガス元素濃度より濃くてもよい。

【0017】

(１１)第３の態様にかかる磁気記録アレイは、上記態様にかかる磁壁移動素子を複数有する。

【発明の効果】

【0018】

上記態様にかかる磁気記録層、磁壁移動素子及び磁気記録アレイは、磁壁の動作を制御しやすい。

【図面の簡単な説明】

【0019】

【図1】第１実施形態に係る磁気記録アレイの構成図である。

【図2】第１実施形態に係る磁気記録アレイの要部の断面図である。

【図3】第１実施形態に係る磁壁移動素子の平面図である。

【図4】第１実施形態に係る磁壁移動素子をＡ－Ａ線に沿って切断した断面図である。

【図5】第１実施形態に係る磁壁移動素子をＢ－Ｂ線に沿って切断した断面図である。

【図6】第１変形例に係る磁壁移動素子の断面図である。

【図7】第２実施形態に係る磁壁移動素子の断面図である。

【発明を実施するための形態】

【0020】

以下、本実施形態について、図を適宜参照しながら詳細に説明する。以下の説明で用いる図面は、本発明の特徴をわかりやすくするために便宜上特徴となる部分を拡大して示している場合があり、各構成要素の寸法比率などは実際とは異なっていることがある。以下の説明において例示される材料、寸法等は一例であって、本発明はそれらに限定されるものではなく、本発明の効果を奏する範囲で適宜変更して実施することが可能である。

【0021】

まず方向について定義する。ｘ方向及びｙ方向は、後述する基板Ｓｕｂ（図２参照）の一面と略平行な方向である。ｘ方向は、後述する磁気記録層１０が延びる方向であり、後述する第１導電層３０から第２導電層４０へ向かう方向である。ｘ方向は、第１方向の一例である。ｙ方向は、ｘ方向と直交する方向である。ｚ方向は、後述する基板Ｓｕｂから磁壁移動素子１００へ向かう方向であり、例えば磁気記録層１０の積層方向である。また本明細書で「ｘ方向に延びる」とは、例えば、ｘ方向、ｙ方向、及びｚ方向の各寸法のうち最小の寸法よりもｘ方向の寸法が大きいことを意味する。他の方向に延びる場合も同様である。

【0022】

［第１実施形態］
図１は、第１実施形態にかかる磁気記録アレイの構成図である。磁気記録アレイ２００は、複数の磁壁移動素子１００と、複数の第１配線Ｗｐ１～Ｗｐｎと、複数の第２配線Ｃｍ１～Ｃｍｎと、複数の第３配線Ｒｐ１～Ｒｐｎと、複数の第１スイッチング素子１１０と、複数の第２スイッチング素子１２０と、複数の第３スイッチング素子１３０とを備える。磁気記録アレイ２００は、例えば、磁気メモリ、積和演算器、ニューロモーフィックデバイスに利用できる。

【0023】

＜第１配線、第２配線、第３配線＞
第１配線Ｗｐ１～Ｗｐｎは、書き込み配線である。第１配線Ｗｐ１～Ｗｐｎは、電源と１つ以上の磁壁移動素子１００とを電気的に接続する。電源は、使用時に磁気記録アレイ２００の一端に接続される。

【0024】

第２配線Ｃｍ１～Ｃｍｎは、共通配線である。共通配線は、データの書き込み時及び読み出し時の両方に用いることができる配線である。第２配線Ｃｍ１～Ｃｍｎは、基準電位と１つ以上の磁壁移動素子１００とを電気的に接続する。基準電位は、例えば、グラウンドである。第２配線Ｃｍ１～Ｃｍｎは、複数の磁壁移動素子１００のそれぞれに設けられてもよいし、複数の磁壁移動素子１００に亘って設けられてもよい。

【0025】

第３配線Ｒｐ１～Ｒｐｎは、読み出し配線である。第３配線Ｒｐ１～Ｒｐｎは、電源と１つ以上の磁壁移動素子１００とを電気的に接続する。電源は、使用時に磁気記録アレイ２００の一端に接続される。

【0026】

＜第１スイッチング素子、第２スイッチング素子、第３スイッチング素子＞
図１に示す第１スイッチング素子１１０、第２スイッチング素子１２０、第３スイッチング素子１３０は、複数の磁壁移動素子１００のそれぞれに接続されている。磁壁移動素子１００にスイッチング素子が接続されたものを半導体装置と称する。第１スイッチング素子１１０は、磁壁移動素子１００のそれぞれと第１配線Ｗｐ１～Ｗｐｎとの間に接続されている。第２スイッチング素子１２０は、磁壁移動素子１００のそれぞれと第２配線Ｃｍ１～Ｃｍｎとの間に接続されている。第３スイッチング素子１３０は、磁壁移動素子１００のそれぞれと第３配線Ｒｐ１～Ｒｐｎとの間に接続されている。

【0027】

第１スイッチング素子１１０及び第２スイッチング素子１２０をＯＮにすると、所定の磁壁移動素子１００に接続された第１配線Ｗｐ１～Ｗｐｎと第２配線Ｃｍ１～Ｃｍｎとの間に書き込み電流が流れる。第１スイッチング素子１１０及び第３スイッチング素子１３０をＯＮにすると、所定の磁壁移動素子１００に接続された第２配線Ｃｍ１～Ｃｍｎと第３配線Ｒｐ１～Ｒｐｎとの間に読み出し電流が流れる。

【0028】

第１スイッチング素子１１０、第２スイッチング素子１２０及び第３スイッチング素子１３０は、電流の流れを制御する素子である。第１スイッチング素子１１０、第２スイッチング素子１２０及び第３スイッチング素子１３０は、例えば、トランジスタ、オボニック閾値スイッチ（ＯＴＳ：Ovonic Threshold Switch）のように結晶層の相変化を利用した素子、金属絶縁体転移（ＭＩＴ）スイッチのようにバンド構造の変化を利用した素子、ツェナーダイオード及びアバランシェダイオードのように降伏電圧を利用した素子、原子位置の変化に伴い伝導性が変化する素子である。

【0029】

第１スイッチング素子１１０、第２スイッチング素子１２０、第３スイッチング素子１３０のいずれかは、同じ配線に接続された磁壁移動素子１００で、共用してもよい。例えば、第１スイッチング素子１１０を共有する場合は、第１配線Ｗｐ１～Ｗｐｎの上流に一つの第１スイッチング素子１１０を設ける。例えば、第２スイッチング素子１２０を共有する場合は、第２配線Ｃｍ１～Ｃｍｎの上流に一つの第２スイッチング素子１２０を設ける。例えば、第３スイッチング素子１３０を共有する場合は、第３配線Ｒｐ１～Ｒｐｎの上流に一つの第３スイッチング素子１３０を設ける。

【0030】

図２は、第１実施形態に係る磁気記録アレイ２００の要部の断面図である。図２は、図１における一つの磁壁移動素子１００を磁気記録層１０のｙ方向の幅の中心を通るｘｚ平面で切断した断面である。

【0031】

図２に示す第１スイッチング素子１１０及び第２スイッチング素子１２０は、トランジスタＴｒである。トランジスタＴｒは、ゲート電極Ｇと、ゲート絶縁膜ＧＩと、基板Ｓｕｂに形成されたソース領域Ｓ及びドレイン領域Ｄと、を有する。基板Ｓｕｂは、例えば、半導体基板である。第３スイッチング素子１３０は、電極Ｅと電気的に接続され、例えば、ｙ方向に位置する。

【0032】

トランジスタＴｒのそれぞれと磁壁移動素子１００とは、接続配線Ｃｗを介して、電気的に接続されている。接続配線Ｃｗは、導電性を有する材料を含む。接続配線Ｃｗは、例えば、ｚ方向に延びる。接続配線Ｃｗは、例えば、絶縁層９０の開口部に形成されたビア配線である。

【0033】

磁壁移動素子１００とトランジスタＴｒとは、接続配線Ｃｗを除いて、絶縁層９０によって電気的に分離されている。絶縁層９０は、多層配線の配線間や素子間を絶縁する絶縁層である。絶縁層９０は、例えば、酸化シリコン（ＳｉＯ_ｘ）、窒化シリコン（ＳｉＮ_ｘ）、炭化シリコン（ＳｉＣ）、窒化クロム、炭窒化シリコン（ＳｉＣＮ）、酸窒化シリコン（ＳｉＯＮ）、酸化アルミニウム（Ａｌ_２Ｏ_３）、酸化ジルコニウム（ＺｒＯ_ｘ）等である。

【0034】

「磁壁移動素子」
図３は、磁壁移動素子をｚ方向から平面視した平面図である。図４は、磁壁移動素子を図３に示すＡ－Ａ線に沿って切断した断面図である。図４は、磁壁移動素子１００を磁気記録層１０のｙ方向の中心を通るｘｚ平面で切断している。図５は、磁壁移動素子を図３に示すＢ－Ｂ線に沿って切断した断面図である。図５は、磁壁移動素子１００を磁気記録層１０のｘ方向の中心を通るｙｚ平面で切断している。

【0035】

磁壁移動素子１００は、磁気記録層１０と中間層２０と第１導電層３０と第２導電層４０と非磁性層５０と強磁性層６０とを有する。磁壁移動素子１００は、絶縁層９０に覆われている。磁壁移動素子１００にデータを書き込む際は、第１導電層３０と第２導電層４０との間の磁気記録層１０に書き込み電流を流す。磁壁移動素子１００からデータを読み出す際は、第１導電層３０又は第２導電層４０と強磁性層６０との間に読み出し電流を流す。

【0036】

「磁気記録層」
磁気記録層１０は、ｘ方向に延びる部分であり、書き込み電流が通電される部分である。磁気記録層１０は、例えば、ｚ方向からの平面視で、ｘ方向が長軸、ｙ方向が短軸の矩形である。磁気記録層１０は、第１導電層３０及び第２導電層４０と接続されている。書き込み電流は、磁気記録層１０に沿って、第１導電層３０から第２導電層４０に向って、又は、第２導電層４０から第１導電層３０に向って流れる。磁気記録層１０は、中間層２０、第１導電層３０及び第２導電層４０上に積層されている。

【0037】

磁気記録層１０は、内部の磁気的な状態の変化により情報を磁気記録可能な層である。磁気記録層１０は、強磁性層、磁壁移動層と呼ばれる場合がある。

【0038】

磁気記録層１０は、例えば、磁化固定領域１１、１２と磁壁移動領域１３とを有する。磁壁移動領域１３は、二つの磁化固定領域１１、１２に挟まれる。

【0039】

磁化固定領域１１は、ｚ方向から見て、磁気記録層１０の第１導電層３０と重なる領域である。磁化固定領域１２は、ｚ方向から見て、磁気記録層１０の第２導電層４０と重なる領域である。磁化固定領域１１、１２の磁化Ｍ_１１、Ｍ_１２は、磁壁移動領域１３の磁化Ｍ_１３Ａ、Ｍ_１３Ｂより磁化反転しにくく、磁壁移動領域１３の磁化Ｍ_１３Ａ、Ｍ_１３Ｂが反転する閾値の外力を印加しても磁化反転しない。そのため、磁化固定領域１１、１２の磁化Ｍ_１１、Ｍ_１２は、磁壁移動領域１３の磁化Ｍ_１３Ａ、Ｍ_１３Ｂに対して固定されていると言われる。すなわち、本明細書において「磁化が固定」とは、磁壁移動領域１３の磁化が反転する反転電流密度の書き込み電流を印加しても、磁化が反転しないことをいう。

【0040】

磁化固定領域１１の磁化Ｍ_１１と、磁化固定領域１２の磁化Ｍ_１２とは異なる方向に配向している。磁化固定領域１１の磁化Ｍ_１１と、磁化固定領域１２の磁化Ｍ_１２とは、例えば、反対方向に配向している。磁化固定領域１１の磁化Ｍ_１１は例えば＋ｚ方向に配向し、磁化固定領域１２の磁化Ｍ_１２は例えば－ｚ方向に配向している。

【0041】

磁壁移動領域１３は、第１磁区１３Ａと第２磁区１３Ｂとからなる。第１磁区１３Ａは、磁化固定領域１１に隣接する。第１磁区１３Ａの磁化Ｍ_１３Ａは、磁化固定領域１１の磁化Ｍ_１１の影響を受けて、例えば、磁化固定領域１１の磁化Ｍ_１１と同じ方向に配向する。第２磁区１３Ｂは、磁化固定領域１２に隣接する。第２磁区１３Ｂの磁化Ｍ_１３Ｂは、磁化固定領域１２の磁化Ｍ_１２の影響を受けて、例えば、磁化固定領域１２の磁化Ｍ_１２と同じ方向に配向する。そのため、第１磁区１３Ａの磁化Ｍ_１３Ａと第２磁区１３Ｂの磁化Ｍ_１３Ｂとは、異なる方向に配向する。第１磁区１３Ａの磁化Ｍ_１３Ａと第２磁区１３Ｂの磁化Ｍ_１３Ｂとは、例えば、反対方向に配向する。

【0042】

第１磁区１３Ａと第２磁区１３Ｂとの境界が磁壁１５である。磁壁１５は、磁壁移動領域１３内を移動する。磁壁１５は、原則、磁化固定領域１１、１２には侵入しない。

【0043】

磁壁移動領域１３における第１磁区１３Ａと第２磁区１３Ｂとの比率が変化すると、磁壁１５が移動する。磁壁１５は、磁壁移動領域１３のｘ方向に書き込み電流を流すことによって移動する。例えば、磁壁移動領域１３に＋ｘ方向の書き込み電流（例えば、電流パルス）を印加すると、電子は電流と逆の－ｘ方向に流れるため、磁壁１５は－ｘ方向に移動する。第１磁区１３Ａから第２磁区１３Ｂに向って電流が流れる場合、第２磁区１３Ｂでスピン偏極した電子は、第１磁区１３Ａの磁化Ｍ_１３Ａを磁化反転させる。第１磁区１３Ａの磁化Ｍ_１３Ａが磁化反転することで、磁壁１５は－ｘ方向に移動する。

【0044】

磁気記録層１０は、主に磁性体により構成される。磁気記録層１０は、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｐｔ、Ｐｄ、Ｇｄ、Ｔｂ、Ｍｎ、Ｇｅ、Ｇａからなる群から選択される少なくとも一つの元素を有することが好ましい。磁気記録層１０に用いられる材料として、例えば、ＣｏＦｅとＰｔの積層膜、ＣｏＦｅとＰｄの積層膜、ＣｏとＮｉの積層膜、ＣｏとＰｔの積層膜、ＣｏとＰｄの積層膜、ＭｎＧａ系材料、ＧｄＣｏ系材料、ＴｂＣｏ系材料が挙げられる。ＭｎＧａ系材料、ＧｄＣｏ系材料、ＴｂＣｏ系材料等のフェリ磁性体は飽和磁化が小さく、磁壁１５を移動するために必要な閾値電流が小さくなる。またＣｏＦｅとＰｔの積層膜、ＣｏＦｅとＰｄの積層膜、ＣｏとＮｉの積層膜、ＣｏとＰｔの積層膜、ＣｏとＰｄの積層膜は、保磁力が大きく、磁壁１５の移動速度が遅くなる。

【0045】

磁気記録層１０は、希ガス元素を含む。希ガス元素は、Ｈｅ、Ｎｅ、Ａｒ、Ｋｒ、Ｘｅ、Ｒｎ、Ｏｇであり、好ましくはＡｒ、Ｋｒ、Ｘｅである。

【0046】

希ガス元素は、例えば、磁気記録層１０を構成する結晶の結晶構造内に取り込まれている。希ガス元素は、例えば、磁気記録層１０の結晶格子の一部の元素と置換している。また例えば、希ガス元素は、磁気記録層１０の結晶格子の内部に侵入している。前者は置換型固溶体と呼ばれ、後者は侵入型固溶体と呼ばれる。希ガス元素は、その他の元素と比較して原子半径が大きい。そのため希ガス元素が結晶構造内に取り込まれると、磁気記録層１０の結晶構造は乱れる。

【0047】

磁気記録層１０を構成する結晶は、希ガス元素を含む結晶格子と、希ガス元素を含まない結晶格子からなる。以下、希ガス元素を含む結晶格子を第１格子、希ガス元素を含まない結晶格子を第２格子という。

【0048】

第１格子と第２格子とは、例えば、格子定数、異方性が異なる。また第１格子を構成する各原子の電子雲のつながりと第２格子を構成する各原子の電子雲のつながりとは、異なる。磁壁１５は、書き込み電流によって移動する。電子雲のつながりが異なるため、第１格子と第２格子とでは、電流の流れやすさが異なる。そのため、第１格子と第２格子とで磁壁１５の動きやすさは不均一であり、第１格子で磁壁１５はトラップされる。

【0049】

第１格子と第２格子とは、磁気記録層１０内にそれぞれ分散している。第１格子と第２格子の分散は、例えば、弱磁場をかけたローレンツ電子顕微鏡（ローレンツＴＥＭ）で観察できる。

【0050】

磁気記録層１０の平均希ガス濃度は、例えば、２５ａｔｍ％以下であり、好ましくは１０ａｔｍ％以下である。例えば、磁気記録層１０内に第１格子と第２格子とが交互に並ぶ場合の平均希ガス濃度は２５ａｔｍ％となる。磁気記録層１０内に第１格子と第２格子とが交互に並ぶと、最も多くのトラップサイトが磁気記録層１０内に形成される。また平均希ガス濃度が１０ａｔｍ％以下であれば、磁気記録層１０の磁気特性を劣化させにくい。

【0051】

また磁気記録層１０の平均希ガス濃度は、例えば、０．１４ａｔｍ％以上であり、好ましくは０．２８ａｔｍ％以下である。希ガス濃度が上記範囲であれば、磁気記録層１０内に十分なトラップサイトを形成できる。

【0052】

平均希ガス濃度は、例えば、エネルギー分散型Ｘ線分析（ＥＤＸ）で求められる。平均希ガス濃度は、磁気記録層１０のｘ方向の異なる１０点における希ガス濃度の平均値である。

【0053】

磁気記録層１０は、図５に示すように、書き込み電流の流れ方向と交差する面において、中央領域１６と外周領域１７とに分けられる。中央領域１６は、外周領域１７より磁気記録層１０の内側にある。中央領域１６の希ガス元素の濃度は、例えば、外周領域１７の希ガス元素の濃度より濃い。書き込み電流は、表皮効果により磁気記録層の中央領域１６より外周領域１７を流れやすい。希ガス元素の濃度が高くなると、磁気特性は低下する。磁壁１５は、書き込み電流により生じるスピントランスファートルク（ＳＴＴ）によって移動する。書き込み電流が流れる部分の磁気特性が高いと、磁壁１５の動作が安定化する。

【0054】

磁気記録層１０は、Ｔａ、Ｒｕ、Ｉｒ、Ｒｈ、Ｗ、Ｍｏ、Ｃｕ、Ａｕ、Ａｇ、Ｃｒ、Ｂ、Ｃ、Ｎ、Ｏ、Ｍｇ、Ａｌ、Ｓｉ、Ｐ、Ｔｉ、Ｖからなる群から選択されるいずれかの元素を含んでもよい。磁気記録層１０がこれらの元素を含むと、磁気記録層１０を構成する結晶の基本骨格が歪み、希ガスが結晶格子内に侵入しやすくなる。

【0055】

「中間層」
中間層２０は、磁気記録層１０の一面に接する。中間層２０は、磁気記録層１０と絶縁層９０との間にある。中間層２０は、第１導電層３０、絶縁層９０及び第２導電層４０と、磁気記録層１０との間にあってもよい。また磁壁移動素子１００は中間層２０を有さなくてもよい。中間層２０は、下地層と言われることもある。

【0056】

中間層２０は非磁性体からなる。中間層２０は、例えば、磁気記録層１０の結晶構造を規定する。中間層２０の結晶構造により磁気記録層１０の結晶性が高まり、磁気記録層１０の磁化の配向性が高まる。また例えば、中間層２０の結晶構造により磁気記録層１０の結晶方位が変わり、磁気記録層１０の磁化がｚ方向に配向する。中間層２０の結晶構造は、例えば、アモルファス、（００１）配向したＮａＣｌ構造、ＡＢＯ_３の組成式で表される（００２）配向したペロブスカイト構造、（００１）配向した正方晶構造または立方晶構造、（１１１）配向した面心立方構造、（０００１）配向した六方晶構造である。

【0057】

中間層２０は、導体又は絶縁体である。中間層２０は、導体であることが好ましい。中間層２０が導体の場合、中間層２０の厚みは、磁気記録層１０の厚みより薄いことが好ましい。中間層２０は、例えば、Ｔａ、Ｒｕ、Ｐｔ、Ｉｒ、Ｒｈ、Ｗ、Ｐｄ、Ｃｕ、Ａｕ、Ｃｒを含む。中間層２０は、例えば、Ｔａ層、Ｒｕ層、Ｔａ層とＲｕ層との積層体である。

【0058】

「第１導電層及び第２導電層」
第１導電層３０及び第２導電層４０は、磁気記録層１０に接続される。第１導電層３０と第２導電層４０とは、磁気記録層１０の同じ面に接続されても、異なる面に接続されてもよい。第２導電層４０は、第１導電層３０と離間して磁気記録層１０に接続される。第１導電層３０は例えば磁気記録層１０の第１端部に接続され、第２導電層４０は例えば磁気記録層１０の第２端部に接続される。第１導電層３０及び第２導電層４０は、例えば、接続配線Ｃｗと磁気記録層１０との接続部である。

【0059】

図４に示す第１導電層３０及び第２導電層４０は、磁性体を含む。第１導電層３０の磁化Ｍ_３０及び第２導電層４０の磁化Ｍ_４０は、それぞれ一方向に配向する。磁化Ｍ_３０は、例えば、＋ｚ方向に配向する。磁化Ｍ_４０は、例えば、－ｚ方向に配向する。第１導電層３０の磁化Ｍ_３０と磁化固定領域１１の磁化Ｍ_１１とは、例えば、同じ方向に配向する。第２導電層４０の磁化Ｍ_４０と磁化固定領域１２の磁化Ｍ_１２とは、例えば、同じ方向に配向する。第１導電層３０は、磁化固定領域１１の磁化Ｍ_１１を固定する。第２導電層４０は、磁化固定領域１２の磁化Ｍ_１２を固定する。第１導電層３０は第１磁化固定部の一例であり、第２導電層４０は第２磁化固定部の一例である。磁化固定領域１１は第１領域の一例であり、磁化固定領域１２は第２領域の一例である。

【0060】

第１導電層３０は、例えば、Ｃｒ、Ｍｎ、Ｃｏ、Ｆｅ及びＮｉからなる群から選択される金属、これらの金属を１種以上含む合金、これらの金属とＢ、Ｃ、及びＮの少なくとも１種以上の元素とが含まれる合金等を含む。第１導電層３０は、例えば、Ｃｏ－Ｆｅ、Ｃｏ－Ｆｅ－Ｂ、Ｎｉ－Ｆｅ等である。また第１導電層３０は、シンセティック反強磁性構造（ＳＡＦ構造）でもよい。シンセティック反強磁性構造は、非磁性層を挟む二つの磁性層からなる。二つの磁性層はそれぞれ磁化が固定されており、固定された磁化の向きは反対である。第２導電層４０は、第１導電層と同様の材料、構成を選択できる。

【0061】

第１導電層３０と第２導電層４０とのうちの少なくとも一方は、希ガス元素を含んでもよい。第１導電層３０及び第２導電層４０は、希ガスを含有すると格子定数が大きくなる。格子定数が大きくなると、より大きな異方性磁界が生じ、磁化固定領域１１、１２の磁化Ｍ_１１、Ｍ_１２を強く固定できる。第１導電層３０と第２導電層４０とのうちの少なくとも一方に含まれる希ガス元素は、例えば、磁気記録層１０に含まれる希ガス元素と同じである。

【0062】

第１導電層３０と第２導電層４０とのうちの少なくとも一方の希ガス元素濃度は、例えば、磁気記録層１０の希ガス元素濃度より薄い。上述のように、第１導電層３０は磁化固定領域１１の磁化Ｍ_１１を固定し、第２導電層４０は磁化固定領域１２の磁化Ｍ_１２を固定する。第１導電層３０及び第２導電層４０のそれぞれが含有する希ガス元素濃度が低いと、第１導電層３０及び第２導電層４０のそれぞれの磁気特性の劣化を抑制できる。第１導電層３０及び第２導電層４０の磁気特性が安定化すると、磁化固定領域１１、１２の磁化Ｍ_１１、Ｍ_１２の固定を維持できる。強磁性体は希ガス元素を含むことで、大きな異方性磁界を生み出すことができるが、希ガス元素濃度が多すぎると磁化が失活する。

【0063】

「非磁性層」
非磁性層５０は、磁気記録層１０と強磁性層６０との間に位置する。非磁性層５０は、磁気記録層１０の一面に積層される。

【0064】

非磁性層５０は、例えば、非磁性の絶縁体、半導体又は金属からなる。非磁性の絶縁体は、例えば、Ａｌ_２Ｏ_３、ＳｉＯ_２、ＭｇＯ、ＭｇＡｌ_２Ｏ_４、およびこれらのＡｌ、Ｓｉ、Ｍｇの一部がＺｎ、Ｂｅ等に置換された材料である。これらの材料は、バンドギャップが大きく、絶縁性に優れる。非磁性層５０が非磁性の絶縁体からなる場合、非磁性層５０はトンネルバリア層である。非磁性の金属は、例えば、Ｃｕ、Ａｕ、Ａｇ等である。非磁性の半導体は、例えば、Ｓｉ、Ｇｅ、ＣｕＩｎＳｅ_２、ＣｕＧａＳｅ_２、Ｃｕ（Ｉｎ，Ｇａ）Ｓｅ_２等である。

【0065】

非磁性層５０の厚みは、２０Å以上であることが好ましく、２５Å以上であることがより好ましい。非磁性層５０の厚みが厚いと、磁壁移動素子１００の抵抗面積積（ＲＡ）が大きくなる。磁壁移動素子１００の抵抗面積積（ＲＡ）は、１×１０^４Ωμｍ^２以上であることが好ましく、５×１０^４Ωμｍ^２以上であることがより好ましい。磁壁移動素子１００の抵抗面積積（ＲＡ）は、一つの磁壁移動素子１００の素子抵抗と磁壁移動素子１００の素子断面積（非磁性層５０をｘｙ平面で切断した切断面の面積）の積で表される。

【0066】

「強磁性層」
強磁性層６０は、非磁性層５０上にある。強磁性層６０は、一方向に配向した磁化Ｍ_６０を有する。強磁性層６０の磁化Ｍ_６０は、所定の外力が印加された際に磁壁移動領域１３の磁化Ｍ_１３Ａ、Ｍ_１３Ｂよりも磁化反転しにくい。所定の外力は、例えば外部磁場により磁化に印加される外力や、スピン偏極電流により磁化に印加される外力である。強磁性層６０は、磁化固定層、磁化参照層と呼ばれることがある。

【0067】

強磁性層６０の磁化Ｍ_６０と磁壁移動領域１３の磁化Ｍ_１３Ａ、Ｍ_１３Ｂとの相対角の違いにより、磁壁移動素子１００の抵抗値は変化する。第１磁区１３Ａの磁化Ｍ_１３Ａは、例えば強磁性層６０の磁化Ｍ_６０と同じ方向（平行）であり、第２磁区１３Ｂの磁化Ｍ_１３Ｂは、例えば強磁性層６０の磁化Ｍ_６０と反対方向（反平行）である。ｚ方向からの平面視で強磁性層６０と重畳する部分における第１磁区１３Ａの面積が広くなると、磁壁移動素子１００の抵抗値は低くなる。反対に、ｚ方向からの平面視で強磁性層６０と重畳する部分における第２磁区１３Ｂの面積が広くなると、磁壁移動素子１００の抵抗値は高くなる。

【0068】

強磁性層６０は、強磁性体を含む。強磁性層６０は、例えば、磁気記録層１０との間で、コヒーレントトンネル効果を得やすい材料を含む。強磁性層６０は、例えば、Ｃｒ、Ｍｎ、Ｃｏ、Ｆｅ及びＮｉからなる群から選択される金属、これらの金属を１種以上含む合金、これらの金属とＢ、Ｃ、及びＮの少なくとも１種以上の元素とが含まれる合金等を含む。強磁性層６０は、例えば、Ｃｏ－Ｆｅ、Ｃｏ－Ｆｅ－Ｂ、Ｎｉ－Ｆｅである。

【0069】

強磁性層６０は、例えば、ホイスラー合金でもよい。ホイスラー合金はハーフメタルであり、高いスピン分極率を有する。ホイスラー合金は、ＸＹＺ又はＸ_２ＹＺの化学組成をもつ金属間化合物であり、Ｘは周期表上でＣｏ、Ｆｅ、Ｎｉ、あるいはＣｕ族の遷移金属元素または貴金属元素であり、ＹはＭｎ、Ｖ、ＣｒあるいはＴｉ族の遷移金属又はＸの元素種であり、ＺはＩＩＩ族からＶ族の典型元素である。ホイスラー合金として例えば、Ｃｏ_２ＦｅＳｉ、Ｃｏ_２ＦｅＧｅ、Ｃｏ_２ＦｅＧａ、Ｃｏ_２ＭｎＳｉ、Ｃｏ_２Ｍｎ_１－ａＦｅ_ａＡｌ_ｂＳｉ_１－ｂ、Ｃｏ_２ＦｅＧｅ_１－ｃＧａ_ｃ等が挙げられる。

【0070】

強磁性層６０は、希ガス元素を含んでもよい。第１導電層３０及び第２導電層４０と同様に、強磁性層６０が希ガスを含有すると格子定数が大きくなる。格子定数が大きくなると、より大きな異方性磁界が生じる。強磁性層６０に含まれる希ガス元素は、例えば、磁気記録層１０に含まれる希ガス元素と同じである。

【0071】

強磁性層６０の希ガス元素濃度は、例えば、磁気記録層１０の希ガス元素濃度より薄い。強磁性層６０が含有する希ガス元素濃度が低いと、強磁性層６０の磁気特性の劣化を抑制できる。磁壁移動素子１００は、強磁性層６０の磁化Ｍ_６０と磁壁移動領域１３の磁化Ｍ_１３Ａ、Ｍ_１３Ｂとの相対角の違いによりデータを記録する。強磁性層６０の磁気特性が安定化すると、磁壁移動素子１００のＭＲ比が向上する。

【0072】

強磁性層６０の膜厚は、強磁性層６０の磁化容易軸をｚ方向とする（垂直磁化膜にする）場合は、１．５ｎｍ以下とすることが好ましく、１．０ｎｍ以下とすることがより好ましい。強磁性層６０の膜厚を薄くすると、強磁性層６０と他の層（非磁性層５０）との界面で、強磁性層６０に垂直磁気異方性（界面垂直磁気異方性）が付加され、強磁性層６０の磁化がｚ方向に配向しやすくなる。

【0073】

強磁性層６０の磁化容易軸をｚ方向とする（垂直磁化膜にする）場合は、強磁性層６０をＣｏ、Ｆｅ、Ｎｉからなる群から選択された強磁性体とＰｔ、Ｐｄ、Ｒｕ、Ｒｈからなる群から選択された非磁性体との積層体とすることが好ましく、Ｉｒ、Ｒｕからなる群から選択された中間層を積層体のいずれかの位置に挿入することがより好ましい。強磁性体と非磁性体を積層すると垂直磁気異方性を付加することができ、中間層を挿入することによって強磁性層６０の磁化がｚ方向に配向しやすくなる。

【0074】

強磁性層６０の非磁性層５０と反対側の面に、スペーサ層を介して、反強磁性層を設けてもよい。強磁性層６０、スペーサ層、反強磁性層は、シンセティック反強磁性構造（ＳＡＦ構造）となる。シンセティック反強磁性構造は、非磁性層を挟む二つの磁性層からなる。強磁性層６０と反強磁性層とが反強磁性カップリングすることで、反強磁性層を有さない場合より強磁性層６０の保磁力が大きくなる。反強磁性層は、例えば、ＩｒＭｎ，ＰｔＭｎ等である。スペーサ層は、例えば、Ｒｕ、Ｉｒ、Ｒｈからなる群から選択される少なくとも一つを含む。

【0075】

磁壁移動素子１００の各層の磁化の向きは、例えば磁化曲線を測定することにより確認できる。磁化曲線は、例えば、ＭＯＫＥ（Magneto Optical Kerr Effect）を用いて測定できる。ＭＯＫＥによる測定は、直線偏光を測定対象物に入射させ、その偏光方向の回転等が起こる磁気光学効果(磁気Kerr効果)を用いることにより行う測定方法である。

【0076】

次いで、磁気記録アレイ２００の製造方法について説明する。磁気記録アレイ２００は、各層の積層工程と、各層の一部を所定の形状に加工する加工工程により形成される。各層の積層は、スパッタリング法、化学気相成長（ＣＶＤ）法、電子ビーム蒸着法（ＥＢ蒸着法）、原子レーザデポジッション法等を用いることができる。各層の加工は、フォトリソグラフィー等を用いて行うことができる。

【0077】

まず基板Ｓｕｂの所定の位置に、不純物をドープしソース領域Ｓ、ドレイン領域Ｄを形成する。次いで、ソース領域Ｓとドレイン領域Ｄとの間に、ゲート絶縁膜ＧＩ、ゲート電極Ｇを形成する。ソース領域Ｓ、ドレイン領域Ｄ、ゲート絶縁膜ＧＩ及びゲート電極ＧがトランジスタＴｒとなる。

【0078】

次いで、トランジスタＴｒを覆うように絶縁層９０を形成する。また絶縁層９０に開口部を形成し、開口部内に導電体を充填することで接続配線Ｃｗが形成される。第１配線Ｗｐ、第２配線Ｃｍは、絶縁層９０を所定の厚みまで積層した後、絶縁層９０に溝を形成し、溝に導電体を充填することで形成される。

【0079】

第１導電層３０及び第２導電層４０は、例えば、絶縁層９０及び接続配線Ｃｗの一面に、強磁性層を積層し、第１導電層３０及び第２導電層４０となる部分以外を除去することで形成できる。強磁性層の積層を希ガス雰囲気下で行うと、第１導電層３０及び第２導電層４０に希ガス元素が含まれる。この際の希ガスのガス圧は、磁気記録層１０を積層する際のガス圧より低くすることが好ましい。またスパッタリングのターゲットに印加する印加電圧も、磁気記録層１０を積層する際より低くすることが好ましい。除去された部分は、例えば、絶縁層９０で埋める。

【0080】

次いで、第１導電層３０、第２導電層４０及び絶縁層９０上に、中間層２０を積層する。中間層２０の上の一部には、レジストを形成する。レジストは、磁化固定領域１１の一部、磁壁移動領域１３、磁化固定領域１２の一部に跨って形成する。次いで、レジストを介して、中間層２０を加工する。例えば、中間層２０及びレジストにイオンビームを照射する。中間層２０のうちレジストが被覆されていない部分は除去される。

【0081】

次いで、磁気記録層１０、非磁性層５０及び強磁性層６０を順に積層する。これらの層の積層は、希ガス雰囲気下で行う。磁気記録層１０及び強磁性層６０を積層する際は、例えば、磁性膜の成膜とエッチングとを繰り返しながら成膜する。磁性膜の成膜は、希ガス雰囲気下において数Å単位で成膜する。磁性膜のエッチングは、希ガス雰囲気下において逆スパッタリングを行う。磁性膜の成膜とエッチングとを繰り返すことで、より多くの希ガス元素が磁気記録層１０及び強磁性層６０に取り込まれる。また成膜厚みとエッチングする膜厚とのバランスを調整することで、磁気記録層１０及び強磁性層６０の希ガス元素の含有量を調整できる。また強磁性層６０を成膜する際の希ガスのガス圧は、磁気記録層１０を積層する際のガス圧より低くすることが好ましい。また強磁性層６０を成膜する際に、スパッタリングのターゲットに印加する印加電圧も、磁気記録層１０を積層する際より低くすることが好ましい。その後、非磁性層５０及び強磁性層６０を所定の形状に加工することで、磁壁移動素子１００が得られる。

【0082】

第１実施形態に係る磁壁移動素子１００によれば、希ガスが含まれる結晶格子がトラップサイトとなり、磁壁移動素子１００の階調数をより増やすことができる。また結晶格子は結晶粒界と比較しても小さく、磁壁移動素子１００が微細化してもトラップサイトとして適用できる。

【0083】

第１実施形態に係る磁気記録アレイ２００及び磁壁移動素子１００の一例について詳述したが、第１実施形態に係る磁気記録アレイ２００及び磁壁移動素子１００は、本発明の要旨の範囲内において、種々の変形・変更が可能である。

【0084】

例えば、磁壁移動素子１００は、第１導電層３０及び第２導電層４０がいずれも強磁性体を含むが、いずれか一方のみが強磁性体を含んでもよい。磁気記録層１０のいずれか一方の端部の磁化を固定すれば、磁壁１５を適切に動作できるためである。

【0085】

また上記の磁壁移動素子１００は、磁化固定部として強磁性体を含む導電層（第１導電層３０、第２導電層４０）を用いた。しかしながら、磁化固定部は、強磁性体を含む導電層には限られない。

【0086】

例えば、磁気記録層１０と交差する方向に延在し、磁気記録層１０から離間された配線を磁化固定部としてもよい。電流を流した際に配線の周囲に生じる外部磁場によって磁気記録層１０の磁化固定領域１１、１２の磁化を固定する。

【0087】

また例えば、磁気記録層１０と交差する方向に延在し、磁気記録層１０と接するＳＯＴ配線を磁化固定部としてもよい。電流を流した際にＳＯＴ配線から磁気記録層１０に注入されるスピンによって磁気記録層１０の磁化固定領域１１、１２の磁化を固定する。スピンは、スピンホール効果によって磁気記録層１０に注入され、磁気記録層１０の磁化にスピン軌道トルクを与える。

【0088】

また例えば、磁気記録層１０のｙ方向の幅を変更することで磁化固定部を設けてもよい。図６は、第１実施形態に係る磁壁移動素子の変形例である。磁壁移動素子１０１は、磁気記録層７０の形状が、上述の磁気記録層１０と異なる。

【0089】

磁気記録層７０は、磁壁移動領域７１と磁化固定領域７２とを有する。磁化固定領域７２のｙ方向の幅は、磁壁移動領域７１のｙ方向の幅より広い。磁化固定領域７２は、磁壁移動領域７１のｙ方向の端面と平行な面から突出する突出領域７２ａを有する。磁壁移動領域７１と磁化固定領域７２とは電流の流れやすさが異なる。磁気記録層７０は、ｘ方向の位置におけるｙ方向の幅によって磁壁の動作範囲を制御する。磁壁は磁化固定領域７２に侵入しない。磁化固定領域７２の磁化は突出領域７２ａが存在することで、一方向に固定される。つまり、突出領域７２ａは、磁化固定部の一例である。

【0090】

［第２実施形態］
図７は、第２実施形態に係る磁壁移動素子１０２のｙｚ面における断面図である。磁壁移動素子１０２は、非磁性層５０及び強磁性層６０を有さない点が、磁壁移動素子１００と異なる。磁壁移動素子１０２において磁壁移動素子１００と同様の構成については、同様の符号を付し、説明を省く。

【0091】

磁壁移動素子１０２は、光変調器として用いることができる。磁気記録層１０に対して光Ｌ１を入射し、磁気記録層１０で反射した光Ｌ２を評価する。磁気カー効果により磁化の配向方向が異なる部分で反射した光Ｌ２の偏向状態は異なる。磁壁移動素子１０２は、光Ｌ２の偏向状態の違いを利用した映像表示装置として用いることができる。

【0092】

第２実施形態にかかる磁壁移動素子１０２においても、磁気記録層１０は希ガス元素を含む。したがって、第２実施形態にかかる磁壁移動素子１０２も磁壁移動素子１００と同様の効果が得られる。

【0093】

以上、本発明の好ましい実施の形態について詳述した。実施形態及び変形例における特徴的な構成は、それぞれ組み合わせてもよい。

【符号の説明】

【0094】

１０、７０ 磁気記録層
１１、１２、７２ 磁化固定領域
１３、７１ 磁壁移動領域
１３Ａ 第１磁区
１３Ｂ 第２磁区
１５ 磁壁
１６ 中央領域
１７ 外周領域
２０ 中間層
３０ 第１導電層
４０ 第２導電層
５０ 非磁性層
６０ 強磁性層
７２ａ 突出領域
９０ 絶縁層
１００、１０１ 磁壁移動素子
１１０ 第１スイッチング素子
１２０ 第２スイッチング素子
１３０ 第３スイッチング素子
２００ 磁気記録アレイ

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】