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(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】2024-11-27
(45)【発行日】2024-12-05
(54)【発明の名称】磁性細線メモリ
(51)【国際特許分類】
H10B 61/00 20230101AFI20241128BHJP
H10N 50/10 20230101ALI20241128BHJP
H10N 50/20 20230101ALI20241128BHJP
【ＦＩ】
H10B61/00
H10N50/10 Z
H10N50/20
【請求項の数】
5
(21)【出願番号】P 2021086273
(22)【出願日】2021-05-21
(65)【公開番号】P2022179046
(43)【公開日】2022-12-02
【審査請求日】2024-04-04
(73)【特許権者】
【識別番号】000004352
【氏名又は名称】日本放送協会
(74)【代理人】
【識別番号】110001807
【氏名又は名称】弁理士法人磯野国際特許商標事務所
(72)【発明者】
【氏名】小倉 渓
(72)【発明者】
【氏名】中谷 真規
(72)【発明者】
【氏名】宮本 泰敬
(72)【発明者】
【氏名】石井 紀彦
【審査官】渡邊 佑紀
(56)【参考文献】
【文献】特開２０２０－０２７８０５（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２０１０－１４１３４０（ＪＰ，Ａ）
【文献】国際公開第２０１１／１１８３９５（ＷＯ，Ａ１）
【文献】米国特許出願公開第２０２０／０１０５９９９（ＵＳ，Ａ１）
(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)
Ｈ１０Ｂ ６１／００
Ｈ１０Ｎ ５０／１０
Ｈ１０Ｎ ５０／２０
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
薄膜状の磁性体からなる少なくとも１つの磁性細線と、記録電流を流す導体からなり前記磁性細線の膜厚方向に層間絶縁膜を介して前記磁性細線と交差するように配設された記録素子と、を備え、
前記磁性細線は、前記磁性細線の長手方向において局所的に膜厚が他の領域における膜厚よりも小さく形成された凹部を備え、
前記凹部は、前記記録素子に隣り合って位置する第１の所定長の範囲の領域に配設されており、
前記凹部は、前記磁性細線の長手方向に直交する幅方向に亘って形成され、
前記凹部の一方の上縁部に隣り合って上流側に前記記録素子が配設されており、
前記磁性細線は、前記磁性細線の膜厚方向に突設された凸部をさらに備え、
前記凸部は磁性体からなり、前記磁性細線の長手方向において前記凹部の他方の上縁部に隣り合って下流側に位置する領域に配設されていることを特徴とする磁性細線メモリ。
【請求項2】
薄膜状の磁性体からなる少なくとも１つの磁性細線と、記録電流を流す導体からなり前記磁性細線の膜厚方向に層間絶縁膜を介して前記磁性細線と交差するように第１の所定長をあけてそれぞれ配設された２本の記録素子と、を備え、
前記磁性細線は、前記磁性細線の長手方向において局所的に膜厚が他の領域における膜厚よりも小さく形成された凹部を備え、
前記凹部は、一方の記録素子と他方の記録素子との間の前記第１の所定長の範囲の領域に配設されており、
前記凹部は、前記磁性細線の長手方向に直交する幅方向に亘って形成され、
前記凹部の一方の上縁部に隣り合って上流側に一方の記録素子が配設されており、
前記凹部の他方の上縁部に隣り合って下流側に他方の記録素子が配設されており、
前記磁性細線は、前記磁性細線の膜厚方向に突設された凸部をさらに備え、
前記凸部は磁性体からなり、前記磁性細線の長手方向において前記凹部の他方の上縁部に隣り合って下流側に位置する領域に配設されていることを特徴とする磁性細線メモリ。
【請求項3】
前記凸部は、前記磁性細線の長手方向において前記凹部の他方の上縁部に隣り合って下流側に位置する領域と、前記凹部の一方の上縁部に隣り合って上流側に位置する領域と、にそれぞれ配設されていることを特徴とする請求項２に記載の磁性細線メモリ。
【請求項4】
前記凸部は、前記磁性細線の長手方向に直交する幅方向に亘って形成されていることを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか一項に記載の磁性細線メモリ。
【請求項5】
基板上に複数の前記磁性細線が前記磁性細線の幅方向に所定間隔で平行に配設されていることを特徴とする請求項１から請求項４のいずれか一項に記載の磁性細線メモリ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、磁性細線メモリに係り、特に、磁化を局所的に反転させることで情報記録を行う磁性細線メモリに関する。
【背景技術】
【0002】
磁性体材料を細線状に形成した媒体に２値情報を高速記録・再生する磁気記録装置として、磁性細線メモリの研究が進められている。磁性細線メモリは、磁性細線の上部に細線状に形成した導体（以降、記録素子）を直交配置し、記録素子に電流を印加することによって発生する電流磁界を用いて磁性細線中の磁化を局所的に反転し、情報の記録を行う。このような磁性細線メモリを並列配置、および積層することで、並列同期制御による超高速動作が可能となり、また動作原理上機械的な可動部がないため、高い動作信頼性を確保できる。
【0003】
非特許文献１に記載されたレーストラックメモリは、磁性細線を基板に対して垂直方向に延伸させたＵ字型の３次元構造を持つメモリである。レーストラックメモリは、磁性細線に直交するように配置された記録ヘッドで磁性細線中に磁区を形成し、磁性細線にパルス電流を印加して磁区の位置を動かしてデータを記録・蓄積する。この記録ヘッドに電流を印加することによって生じる磁界により、磁性細線に磁区を形成しデータの記録を行う。なお、レーストラックメモリは、ランダムアクセスを可能とするため、再生時には、磁性細線に配置された再生ヘッドの直下に磁区が来るように磁性細線にパルス電流を印加して磁区を移動させている。
【0004】
非特許文献２には、垂直磁化を示す材料としてＣｏ／Ｎｉが積層された磁性細線上に、直交するように、１２μｍの間隔を空けてＴｉ／Ａｕ電極を２本（記録用に１本・再生用に１本）設けたホールバー型磁壁移動デバイスが記載されている。２本の電極間の領域が、磁性細線での記録されたデータの蓄積領域となっている。一方の電極は記録用ヘッドとして機能し、他方の電極は再生用ヘッドとして機能する。このデバイスでは、一方の電極（記録用ヘッド）に電流を流すことで発生した電流磁界を用いることで磁性細線に磁区を記録する。そして、磁区が記録された磁性細線に電極を介して電流パルスを流すことで、この磁性細線内で磁区を移動させている。非特許文献２には、電流パルスでシフトされる磁区長（磁壁間距離）は、５．１±０．９μｍ、あるいは、３．２±０．６μｍであることが開示されている。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【0005】
【文献】Parkin Stuart S. P. et al.,” Magnetic Domain-Wall Racetrack Memory”, Science, 11 Apr 2008, Vol. 320, Issue 5873, pp. 190-194
【文献】Chiba D., et al.,” Control of Multiple Magnetic Domain Walls by Current in a Co/Ni Nano-Wire”, Applied Physics Express, June 2010, 073004
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0006】
しかしながら、従来のデバイスでは、記録ビットに相当する磁区を磁性細線に高密度に形成することが困難だった。
【0007】
本発明は、以上のような問題点に鑑みてなされたものであり、磁区を磁性細線に高密度に形成することができる磁性細線メモリを提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【0008】
前記課題を解決するために、本発明の第１の観点に係る磁性細線メモリは、薄膜状の磁性体からなる少なくとも１つの磁性細線と、記録電流を流す導体からなり前記磁性細線の膜厚方向に層間絶縁膜を介して前記磁性細線と交差するように配設された記録素子と、を備え、前記磁性細線は、前記磁性細線の長手方向において局所的に膜厚が他の領域における膜厚よりも小さく形成された凹部を備え、前記凹部は、前記記録素子に隣り合って位置する第１の所定長の範囲の領域に配設されており、前記凹部は、前記磁性細線の長手方向に直交する幅方向に亘って形成され、前記凹部の一方の上縁部に隣り合って上流側に前記記録素子が配設されており、前記磁性細線は、前記磁性細線の膜厚方向に突設された凸部をさらに備え、前記凸部は磁性体からなり、前記磁性細線の長手方向において前記凹部の他方の上縁部に隣り合って下流側に位置する領域に配設されていることとした。
【0010】
また、本発明の第２の観点に係る磁性細線メモリは、薄膜状の磁性体からなる少なくとも１つの磁性細線と、記録電流を流す導体からなり前記磁性細線の膜厚方向に層間絶縁膜を介して前記磁性細線と交差するように第１の所定長をあけてそれぞれ配設された２本の記録素子と、を備え、前記磁性細線は、前記磁性細線の長手方向において局所的に膜厚が他の領域における膜厚よりも小さく形成された凹部を備え、前記凹部は、一方の記録素子と他方の記録素子との間の前記第１の所定長の範囲の領域に配設されており、前記凹部は、前記磁性細線の長手方向に直交する幅方向に亘って形成され、前記凹部の一方の上縁部に隣り合って上流側に一方の記録素子が配設されており、前記凹部の他方の上縁部に隣り合って下流側に他方の記録素子が配設されており、前記磁性細線は、前記磁性細線の膜厚方向に突設された凸部をさらに備え、前記凸部は磁性体からなり、前記磁性細線の長手方向において前記凹部の他方の上縁部に隣り合って下流側に位置する領域に配設されていることとした。
【発明の効果】
【0012】
本発明は、以下に示す優れた効果を奏するものである。
本発明の第１、第３の観点に係る磁性細線メモリは、凹部を備えるので、磁性細線媒体の局所的な磁化および保磁力を低減する。これにより、磁化反転に必要な電流磁界の大きさは小さくなるため、記録素子に印加すべき電流値も小さくなるので、省電力化が実現できる。その結果、記録電流を低減することで、同じ記録電流で比べたときに磁性細線に磁区を従来よりも高密度に形成することができる。
本発明の第２、第４の観点に係る磁性細線メモリは、凸部を備えるので、従来よりも磁区長を小さくしても磁区を形成することができる。その結果、線記録密度を高めることで、磁区を磁性細線に高密度に形成することができる。
本発明の第３、第４の観点に係る磁性細線メモリは、２つの記録素子を備えるので、安定した形状の磁区を磁性細線に高密度に形成することができる。
本発明の第１、第３の観点に係る磁性細線メモリは、凹部を備えるので、磁性細線媒体の局所的な磁化および保磁力を低減する。これにより、磁化反転に必要な電流磁界の大きさは小さくなるため、記録素子に印加すべき電流値も小さくなるので、省電力化が実現できる。その結果、記録電流を低減することで、同じ記録電流で比べたときに磁性細線に磁区を従来よりも高密度に形成することができる。
本発明の第２、第４の観点に係る磁性細線メモリは、凸部を備えるので、従来よりも磁区長を小さくしても磁区を形成することができる。その結果、線記録密度を高めることで、磁区を磁性細線に高密度に形成することができる。
本発明の第３、第４の観点に係る磁性細線メモリは、２つの記録素子を備えるので、安定した形状の磁区を磁性細線に高密度に形成することができる。
【図面の簡単な説明】
【0013】
【図1】本発明の第１実施形態に係る磁性細線メモリを模式的に示す斜視図である。
【図2】従来の磁性細線メモリを模式的に示す斜視図である。
【図3】磁性細線メモリの第１製造方法を模式的に示す断面図である。
【図4】磁性細線メモリの第２製造方法を模式的に示す断面図である。
【図5】磁性細線メモリの第３製造方法を模式的に示す断面図（その１）である。
【図6】磁性細線メモリの第３製造方法を模式的に示す断面図（その２）である。
【図7】本発明の第１実施形態に係る磁性細線メモリの模式図であって、（ａ）は平面図、（ｂ）は側面図を示している。
【図8】（ａ）、（ｂ）は、それぞれ記録素子への印加電流パルス波形の例である。
【図10】本発明の第２実施形態に係る磁性細線メモリの模式図であって、（ａ）は平面図、（ｂ）は側面図を示している。
【図11】比較例に係る磁性細線メモリのシミュレーション結果を示す図である。
【図13】磁性細線メモリの凸部によるエネルギー消費の変化を示す模式図である。
【図14】本発明の第３実施形態に係る磁性細線メモリの模式図であって、（ａ）は平面図、（ｂ）は側面図を示している。
【図16】本発明の第４実施形態に係る磁性細線メモリの模式図であって、（ａ）は平面図、（ｂ）は側面図を示している。
【図17】本発明の第５実施形態に係る磁性細線メモリの模式図であって、（ａ）は平面図、（ｂ）は側面図を示している。
【図18】本発明の実施形態の変形例に係る磁性細線メモリの模式図である。
【発明を実施するための形態】
【0014】
（第１実施形態）
第１実施形態に係る磁性細線メモリについて図１を参照して説明する。なお、各図面に示される部材の大きさや位置関係等は、説明を明確にするため誇張していることがある。
磁性細線メモリ１は、薄膜状の磁性体からなる磁性細線２と、層間絶縁膜３と、記録素子４と、を備えている。記録素子４は、記録電流を流す導体からなり磁性細線２の膜厚方向に層間絶縁膜３を介して磁性細線２と交差するように配設されている。磁性細線２は、磁性細線２の長手方向において局所的に膜厚が他の領域における膜厚よりも小さく形成された凹部６を備えている。凹部６は、磁性細線２の領域２１に配設されている。磁性細線２の領域２１は、記録素子４に隣り合う付近に（近接する）位置する第１の所定長の範囲の領域である。ここで、第１の所定長は、非特許文献２に開示されたミクロン単位の磁区長よりも小さな長さであるものとする。
第１実施形態に係る磁性細線メモリについて図１を参照して説明する。なお、各図面に示される部材の大きさや位置関係等は、説明を明確にするため誇張していることがある。
磁性細線メモリ１は、薄膜状の磁性体からなる磁性細線２と、層間絶縁膜３と、記録素子４と、を備えている。記録素子４は、記録電流を流す導体からなり磁性細線２の膜厚方向に層間絶縁膜３を介して磁性細線２と交差するように配設されている。磁性細線２は、磁性細線２の長手方向において局所的に膜厚が他の領域における膜厚よりも小さく形成された凹部６を備えている。凹部６は、磁性細線２の領域２１に配設されている。磁性細線２の領域２１は、記録素子４に隣り合う付近に（近接する）位置する第１の所定長の範囲の領域である。ここで、第１の所定長は、非特許文献２に開示されたミクロン単位の磁区長よりも小さな長さであるものとする。
【0015】
図１では、磁性細線メモリ１の記録素子４付近の構造と記録方法を模式的に示している。図１では、記録を行う前（初期状態）では磁性細線２の磁化方向は例えば上向きであって磁性細線２の全領域が上向き磁区領域（図１の磁区領域１３において上向き矢印で示す領域）であったものが、記録を行った後に変化した状態を示している。記録を行った後には、磁性細線２の領域２１は下向き磁区領域（図１の磁区領域１４において下向き矢印で示す領域）に変化しており、この領域２１以外の細線領域は、上向き磁区領域１３のままである。
【0016】
磁性細線２は、磁気記録媒体として機能する磁性細線媒体である。ここでは、磁性細線２の長手方向において上流側（図１における左側）と下流側（図１における右側）とが予め定められているものとする。下流側とは、磁性細線２に形成された磁区を駆動させる側であり、その反対側が上流側である。磁性細線２の領域２１には凹部６が形成されている。
【0017】
磁性細線２の材料としては、外乱等で磁性細線媒体内部に記録された磁化状態に影響がないように、保磁力や異方性磁界の大きな（異方性エネルギーの大きな）磁性体材料が用いられる。そのため、特定の磁区の磁化状態を反転させるためには、これらをエネルギー的に超える大きな磁界が必要となる。磁性細線２の材料として、例えばＣｏ／Ｔｂ，Ｃｏ／Ｐｔ，Ｃｏ／Ｎｉ，Ｃｏ／Ｐｄなどの垂直磁化を示す材料（多層膜または合金）を挙げることができる。磁性細線２は、基板１０上に形成されている。基板１０は、例えば表面熱酸化シリコン、サファイア、酸化マグネシウム、ガラス（石英含む）等の一般的に用いられる様々な材料を用いて形成することができる。
【0018】
層間絶縁膜３は、磁性細線２の上部に形成されている。層間絶縁膜３を形成する絶縁体は、一般的な絶縁体材料で構成されている。
このような材料として例えばＳｉＯ2やＡｌ2Ｏ3等の酸化膜や、窒化シリコン（Ｓｉ3Ｎ4）やＭｇＦ2等を挙げることができる。層間絶縁膜３は、基板１０上で安定に支持されていればその形状は図示した形状に限定されるものではない。また、層間絶縁膜３は、記録素子４の周囲に絶縁材料を敷き詰めた絶縁被膜としてもよい。
このような材料として例えばＳｉＯ2やＡｌ2Ｏ3等の酸化膜や、窒化シリコン（Ｓｉ3Ｎ4）やＭｇＦ2等を挙げることができる。層間絶縁膜３は、基板１０上で安定に支持されていればその形状は図示した形状に限定されるものではない。また、層間絶縁膜３は、記録素子４の周囲に絶縁材料を敷き詰めた絶縁被膜としてもよい。
【0019】
記録素子４は、磁性細線２に記録ビットに相当する磁区を記録するものである。磁区を記録する方法は、外部から記録素子４に記録電流を印加し、記録素子４に流れる電流によって磁界を発生させ、この電流磁界によって磁性細線２の中の磁化を局所的に反転させる。この局所的に磁化が反転した領域が磁区として記録される。
記録素子４は、層間絶縁膜３の上部に設けられている。記録素子４は、磁性細線２の長手方向において中央よりも上流側（図１における左側）に設けられている。
記録素子４は、層間絶縁膜３の上部に設けられている。記録素子４は、磁性細線２の長手方向において中央よりも上流側（図１における左側）に設けられている。
【0020】
記録素子４の一端には導体配線１１が接続され、記録素子４の他端には導体配線１２が接続されている。記録素子４には、導体配線１１，１２を経由して外部の図示しない電源（パルス電流源）から電流（記録電流Ｉ）が印加される。
記録素子４の材料としては、例えばＡｇ，Ａｕ，Ｃｕ，Ａｌなどの導電率の高い金属材料で、半導体集積デバイス中に多用されている一般的なものを用いることができる。
記録素子４の材料としては、例えばＡｇ，Ａｕ，Ｃｕ，Ａｌなどの導電率の高い金属材料で、半導体集積デバイス中に多用されている一般的なものを用いることができる。
【0021】
図１に示す磁性細線メモリ１の磁性細線２の構造は、図２に示す従来の磁性細線メモリ１０１の磁性細線１０２の構造と異なっている。従来の磁性細線メモリ１０１の磁性細線１０２は、凹部を設けない平坦な磁性細線である。つまり、磁性細線１０２は、膜厚が一様であり、平坦な上面を有している。これに対して、本実施形態の磁性細線メモリ１の磁性細線２は凹部６を備えている。凹部６は、磁性細線２の長手方向において、記録素子４によって発生される電流磁界を受ける側（磁区を移動させる側）に形成されている。
【0022】
凹部６は、磁性細線２の長手方向に規制されており、膜厚方向に凹みのある溝状に形成されている。凹部６は、磁性細線２の長手方向に直交する幅方向に亘って形成されている。すなわち、凹部６は、磁性細線２の幅方向に連続して貫通する凹溝である。上面視における凹部６のサイズは、上面視における磁区のサイズと概ね同じである。ここでは、磁性細線２の長手方向における凹部６のサイズを凹部の長さと呼び、磁性細線２の幅方向における凹部６のサイズを凹部の幅と呼び、磁性細線２の厚み方向における凹部６のサイズを凹部の深さと呼ぶ。凹部の長さは、前記した第１の所定長と同じかそれよりも小さい。以下では、凹部６の側面視における形状は矩形であるものとして説明する。
【0023】
磁性細線２への磁区の形成過程は次の通りである。まず、記録素子４に、導体配線１１から導体配線１２への向きに電流（記録電流Ｉ）を印加する。アンペールの法則にしたがって電流印加方向に対して右回りの電流磁界Ｈが、記録素子４周囲の空間上に形成される。この電流磁界Ｈが磁性細線２のもつ保磁力を超える強さとなったとき、記録素子４近傍の磁性細線２の磁化方向は、電流磁界Ｈの方向に揃って（図では下向きに）磁化反転し、下向きの磁区が形成される。上向き磁区領域１３と下向き磁区領域１４との境界には磁壁１５が形成される。なお、図１では、磁区領域や磁壁を磁性細線の側面から視た状態で示したが、上面等の他の面から視た状態で示すこともできる。
さらにまた、磁性細線２上に形成された磁区は、磁性細線２の長手方向に電流（駆動電流）を印加することにより、下流側（図１における右側）に移動させて、磁区記録を繰り返すことで、下流側に情報を逐次蓄積することができる。
さらにまた、磁性細線２上に形成された磁区は、磁性細線２の長手方向に電流（駆動電流）を印加することにより、下流側（図１における右側）に移動させて、磁区記録を繰り返すことで、下流側に情報を逐次蓄積することができる。
【0024】
図１に示す磁性細線メモリ１における情報記録方法と、図２に示す磁性細線メモリ１０１における情報記録方法とは同様である。
しかしながら、磁性細線メモリ１の磁性細線２の領域２１には凹部６が設けられており、磁性細線メモリ１０１の磁性細線１０２には凹部が設けられていない。磁性細線のような磁性体中の微小体積には磁気モーメントｍが存在し、磁化Ｍは単位体積の磁気モーメントｍの和としてＭ＝Σｍで表される。磁性細線の膜厚が薄い場合の磁化Ｍ1は、磁性細線の膜厚が厚い場合の磁化Ｍ2と比較すると、Ｍ1＜Ｍ2となる。磁性細線２は、磁性細線１０２と比較して局所的に磁気異方性が弱められた状態になっている。
しかしながら、磁性細線メモリ１の磁性細線２の領域２１には凹部６が設けられており、磁性細線メモリ１０１の磁性細線１０２には凹部が設けられていない。磁性細線のような磁性体中の微小体積には磁気モーメントｍが存在し、磁化Ｍは単位体積の磁気モーメントｍの和としてＭ＝Σｍで表される。磁性細線の膜厚が薄い場合の磁化Ｍ1は、磁性細線の膜厚が厚い場合の磁化Ｍ2と比較すると、Ｍ1＜Ｍ2となる。磁性細線２は、磁性細線１０２と比較して局所的に磁気異方性が弱められた状態になっている。
【0025】
また、磁性細線メモリにおいて、記録素子４に記録電流Ｉを印加することよって、記録素子４からの距離ｒの位置に発生する電流磁界Ｈの大きさは、Ｈ∝Ｉ／ｒ2で表される。そのため、記録素子４からの距離が同じである場合、大きな電流磁界を発生させるためには大きな電流を印加する必要がある。記録素子４に印加する記録電流を大きくした場合、発生する電流磁界も大きくなり、記録装置としての消費電力が増大する。それに加え、記録素子４における電流密度が過大になったときには、記録素子４が破壊される可能性があり、記録素子４に印加する電流の増大にも限界がある。そのため、限界電流密度を超えない電流範囲の中で省電力記録を実現することが求められる。
【0026】
本実施形態に係る磁性細線メモリ１では、磁性細線２について、記録素子４から電流磁界を受ける範囲の膜厚をほかの範囲の膜厚よりも薄くすることによって、磁性細線２の局所的な磁化および保磁力を低減している。これにより、磁化反転に必要な電流磁界の大きさは小さくなるため、記録素子４に印加すべき電流値も小さくなるので、低電力で磁化反転を実現することができる。
【0027】
詳細には、磁性細線メモリ１において、凹部６が形成された磁性細線２の領域２１に着目すると、領域２１の膜厚は、周囲よりも薄くなっているので、磁性細線２の磁化反転に必要となる外部磁界は、磁性細線１０２の磁化反転に必要となる外部磁界よりも小さくなる。つまり、凹部６がある磁性細線２の磁化状態を電流磁界Ｈの方向に揃えるために必要な磁界強度は、凹部６がない場合に必要な磁界強度よりも小さくてすむ。言い換えると、記録素子４に印加する記録電流の電流量を従来よりも減少させることができる。すなわち、凹部６がない場合では磁化反転しないような小さな記録電流を印加する場合であっても、凹部６がある場合には磁性細線２の領域２１の磁化状態は電流磁界の方向に揃えられ磁化反転し、下向き磁区を形成することが可能になる。このため、磁性細線メモリ１によれば、記録電流を低減することで、同じ記録電流で比べたときに磁性細線に磁区を従来よりも高密度に形成することができる。また、磁性細線メモリ１によれば、書き込み・記録の省電力化を実現することができる。
【0028】
［磁性細線メモリの製造方法］
次に、本実施形態の磁性細線メモリ１の製造方法について図１等を参照して説明する。まず、基板１０上に磁性細線２を形成する。磁性細線２は、後記する方法で凹部６を持つ構造とする。この磁性細線２の上部に層間絶縁膜３を形成し、その上部に記録素子４を設ける。この一連の製造工程は、基板１０上に、スパッタ法を用いて、磁性細線２、記録素子４の順に層を形成する手順をとる従来の磁性細線メモリ１０１と同様なので説明を省略し、以下では、磁性細線２の凹部６の形成方法について説明する。
次に、本実施形態の磁性細線メモリ１の製造方法について図１等を参照して説明する。まず、基板１０上に磁性細線２を形成する。磁性細線２は、後記する方法で凹部６を持つ構造とする。この磁性細線２の上部に層間絶縁膜３を形成し、その上部に記録素子４を設ける。この一連の製造工程は、基板１０上に、スパッタ法を用いて、磁性細線２、記録素子４の順に層を形成する手順をとる従来の磁性細線メモリ１０１と同様なので説明を省略し、以下では、磁性細線２の凹部６の形成方法について説明する。
【0029】
凹部６は、一般的な半導体装置製造プロセスにより製造することができる。例えば、収束イオンビーム装置（ＦＩＢ：Focused Ion Beam）によって磁性細線の一部をＧａイオンによって削りだす製造方法、フォトマスク等を利用してイオンミリングまたは反応性イオンエッチングによって、磁性細線の一部を所望の形状に削る製造方法、磁性細線を２層に分けリフトオフ法で形成する製造方法などが挙げられる。以下に、ＦＩＢによる方法と、２つの異なる観点によってリフトオフ法で形成する製造方法と、の概略について図面を参照して説明する。
【0030】
＜第１製造方法＞
第１製造方法は、磁性細線を削り出して凹部６を形成する方法である。この第１製造方法では、まず、図３（ａ）に示すように、基板１０上に磁性体材料５２をスパッタ５１で堆積させる。次に、図３（ｂ）に示すように、磁性細線の凹部に相当する領域のみを露出させるマスク５３を設置し、ＦＩＢによってイオンビーム５４を照射する。これにより、図３（ｃ）に示すように、イオンビーム５４を照射した部分の磁性体材料５２は削られ、磁性細線には凹部６が形成される。この第１製造方法によれば、イオンビームを照射する時間を調整することにより、凹部６の深さを制御可能である。
第１製造方法は、磁性細線を削り出して凹部６を形成する方法である。この第１製造方法では、まず、図３（ａ）に示すように、基板１０上に磁性体材料５２をスパッタ５１で堆積させる。次に、図３（ｂ）に示すように、磁性細線の凹部に相当する領域のみを露出させるマスク５３を設置し、ＦＩＢによってイオンビーム５４を照射する。これにより、図３（ｃ）に示すように、イオンビーム５４を照射した部分の磁性体材料５２は削られ、磁性細線には凹部６が形成される。この第１製造方法によれば、イオンビームを照射する時間を調整することにより、凹部６の深さを制御可能である。
【0031】
＜第２製造方法＞
第２製造方法は、多段階のスパッタを行って凹部６を形成する方法であって、磁性細線の膜厚が薄い部分（凹部の配置される領域）を膜厚が厚い部分よりも後に形成する方法である。この第２製造方法では、まず、図４（ａ）に示すように基板１０上にレジスト５５を一様に塗布し、次にレーザーもしくは電子線等５６によって、磁性細線の凹部に相当する領域以外をパターン描画する。これにより、図４（ｂ）に示すように、磁性細線の凹部に相当する領域だけレジスト５５を残す。
第２製造方法は、多段階のスパッタを行って凹部６を形成する方法であって、磁性細線の膜厚が薄い部分（凹部の配置される領域）を膜厚が厚い部分よりも後に形成する方法である。この第２製造方法では、まず、図４（ａ）に示すように基板１０上にレジスト５５を一様に塗布し、次にレーザーもしくは電子線等５６によって、磁性細線の凹部に相当する領域以外をパターン描画する。これにより、図４（ｂ）に示すように、磁性細線の凹部に相当する領域だけレジスト５５を残す。
【0032】
次に、図４（ｃ）に示すようにスパッタ５１により、第１層として磁性体材料５２を堆積させる。次に、レジスト５５の残っている部分を図４（ｄ）に示すようにリフトオフし、磁性細線の膜厚が厚い領域に相当する磁性体材料５２のみ残す。
次に、図４（ｅ）に示すようにスパッタ５１により、第２層として磁性体材料５２を堆積させ、これにより、図４（ｆ）に示すように、凹部６を備えた磁性細線メモリを製造する。第２製造方法によれば、第一段階のスパッタ堆積の膜厚を調整することにより、凹部６の深さを制御可能である。
次に、図４（ｅ）に示すようにスパッタ５１により、第２層として磁性体材料５２を堆積させ、これにより、図４（ｆ）に示すように、凹部６を備えた磁性細線メモリを製造する。第２製造方法によれば、第一段階のスパッタ堆積の膜厚を調整することにより、凹部６の深さを制御可能である。
【0033】
＜第３製造方法＞
第３製造方法は、多段階のスパッタを行って凹部６を形成する方法であって、磁性細線の膜厚が薄い部分（凹部の配置される領域）を膜厚が厚い部分よりも先に形成する方法である。この第３製造方法では、まず、図５（ａ）に示すように基板１０上にレジスト５５を一様に塗布し、次に、レーザーもしくは電子線等５６によって、磁性細線の凹部に相当する領域のみをパターン描画する。これにより、図５（ｂ）に示すように、磁性細線の膜厚が厚い部分に相当する領域に設けられているレジスト５５を残す。
次に、図５（ｃ）に示すようにスパッタ５１により磁性体材料５２を堆積させる。次に、レジスト５５の残っている部分を図５（ｄ）に示すようにリフトオフし、磁性細線の凹部に相当する領域に形成されている磁性体材料５２のみ残す。
第３製造方法は、多段階のスパッタを行って凹部６を形成する方法であって、磁性細線の膜厚が薄い部分（凹部の配置される領域）を膜厚が厚い部分よりも先に形成する方法である。この第３製造方法では、まず、図５（ａ）に示すように基板１０上にレジスト５５を一様に塗布し、次に、レーザーもしくは電子線等５６によって、磁性細線の凹部に相当する領域のみをパターン描画する。これにより、図５（ｂ）に示すように、磁性細線の膜厚が厚い部分に相当する領域に設けられているレジスト５５を残す。
次に、図５（ｃ）に示すようにスパッタ５１により磁性体材料５２を堆積させる。次に、レジスト５５の残っている部分を図５（ｄ）に示すようにリフトオフし、磁性細線の凹部に相当する領域に形成されている磁性体材料５２のみ残す。
【0034】
次に、図６（ａ）に示すように、基板１０および残っている磁性体材料５２の上にレジスト５５を一様に塗布し、次にレーザーもしくは電子線等５６によって、磁性細線の膜厚が厚い部分に相当する領域のみをパターン描画して図６（ｂ）に示す積層状態にする。
次に、図６（ｂ）のスパッタ５１により、図６（ｃ）に示すように磁性体材料５２を堆積させる。次に、磁性細線の凹部にあたる部分に残っていたレジスト５５をリフトオフし、図６（ｄ）に示すように、凹部６を備えた磁性細線メモリを製造する。
次に、図６（ｂ）のスパッタ５１により、図６（ｃ）に示すように磁性体材料５２を堆積させる。次に、磁性細線の凹部にあたる部分に残っていたレジスト５５をリフトオフし、図６（ｄ）に示すように、凹部６を備えた磁性細線メモリを製造する。
【0035】
なお、凹部６の断面視または側面視における形状は矩形に限らず、膜厚方向で局所的に磁性細線２を狭める形状であれば、その他の形状でも構わない。膜厚方向で局所的に磁性細線２を狭める形状としては、例えば半楕円、Ｖ字溝形状などを挙げることができる。このような場合であっても、本実施形態と同様の効果が得られる。
【0036】
（シミュレーション）
本願発明者らは、本実施形態の磁性細線メモリ１の性能を確認するため、凹部を備えた本実施形態の磁性細線２の磁化反転・磁区形成について、Landau-Lifshitz-Gilbert方程式を用いたマイクロマグネティックシミュレーションにより検証を進めた。
シミュレーションにおいては、記録素子４と磁性細線２との間に、層間絶縁膜３と同等に機能する空気層を設置した構造とした。
以下、本実施形態に係るシミュレーションを実験１ともいう。
まず、図７（ａ）および図７（ｂ）を参照（適宜他の図面を参照）してシミュレーションの条件について説明する。図示するように、磁性細線２の長手方向をｘ方向、磁性細線２の幅方向をｙ方向、磁性細線２の膜厚方向をｚ方向とする。なお、ｘ方向は記録素子の幅方向、ｙ方向は記録素子４の長手方向、ｚ方向は記録素子４の膜厚方向に相当する。
図７（ｂ）に示すように、磁性細線２に設けている凹部６の一方の上縁部（左端）６ａの位置は、記録素子４の右端４Ｒに対応する位置である。なお、上縁部とは、磁性細線２の平面から凹部６を形成する垂直面との交差する位置として示している。
本願発明者らは、本実施形態の磁性細線メモリ１の性能を確認するため、凹部を備えた本実施形態の磁性細線２の磁化反転・磁区形成について、Landau-Lifshitz-Gilbert方程式を用いたマイクロマグネティックシミュレーションにより検証を進めた。
シミュレーションにおいては、記録素子４と磁性細線２との間に、層間絶縁膜３と同等に機能する空気層を設置した構造とした。
以下、本実施形態に係るシミュレーションを実験１ともいう。
まず、図７（ａ）および図７（ｂ）を参照（適宜他の図面を参照）してシミュレーションの条件について説明する。図示するように、磁性細線２の長手方向をｘ方向、磁性細線２の幅方向をｙ方向、磁性細線２の膜厚方向をｚ方向とする。なお、ｘ方向は記録素子の幅方向、ｙ方向は記録素子４の長手方向、ｚ方向は記録素子４の膜厚方向に相当する。
図７（ｂ）に示すように、磁性細線２に設けている凹部６の一方の上縁部（左端）６ａの位置は、記録素子４の右端４Ｒに対応する位置である。なお、上縁部とは、磁性細線２の平面から凹部６を形成する垂直面との交差する位置として示している。
【0037】
［シミュレーションの全体設定］
シミュレーションの全体設定を下記の通りとした。
シミュレーションの際には、磁性細線２を４［ｎｍ］×４［ｎｍ］×４［ｎｍ］メッシュに分割するとともに、記録素子４を４０［ｎｍ］×４０［ｎｍ］×４０［ｎｍ］メッシュに分割して計算を行った。そして、磁性細線２のそれぞれのメッシュにおける磁気モーメントの挙動を検証した。
記録素子４へ記録電流の印加前の初期状態においては、磁性細線２の磁気モーメントの方向はすべて上向きとして設定した。
シミュレーションにおいても、図１のように、記録素子４に、導体配線１１から導体配線１２への向きに電流（記録電流Ｉ）を印加した。
シミュレーションの全体設定を下記の通りとした。
シミュレーションの際には、磁性細線２を４［ｎｍ］×４［ｎｍ］×４［ｎｍ］メッシュに分割するとともに、記録素子４を４０［ｎｍ］×４０［ｎｍ］×４０［ｎｍ］メッシュに分割して計算を行った。そして、磁性細線２のそれぞれのメッシュにおける磁気モーメントの挙動を検証した。
記録素子４へ記録電流の印加前の初期状態においては、磁性細線２の磁気モーメントの方向はすべて上向きとして設定した。
シミュレーションにおいても、図１のように、記録素子４に、導体配線１１から導体配線１２への向きに電流（記録電流Ｉ）を印加した。
【0038】
［実験１］
磁性細線メモリ１の各部のシミュレーション条件を下記の通りとした。
下記のシミュレーション条件を設定した磁性細線メモリ１を以下では実施例１という。
＜記録素子４＞
記録素子の材料および形状：均一な金属材料（Ｃｕ）からなるワイヤ状
記録素子の長さ（Ｌ４、図７（ａ）参照）：Ｌ４＝２０００［ｎｍ］
記録素子の幅 （Ｗ４、図７（ａ）参照）：Ｗ４＝ １２０［ｎｍ］
記録素子の厚み（Ｔ４、図７（ｂ）参照）：Ｔ４＝ １２０［ｎｍ］
＜磁性細線２＞
磁性細線の材料：Ｃｏ／Ｔｂ
飽和磁化：０．１５［Ｔ］
磁性細線の長さ（Ｌ２、図７（ｂ）参照）：Ｌ２＝１６００［ｎｍ］
磁性細線の幅 （Ｗ２、図７（ａ）参照）：Ｗ２＝ １２０［ｎｍ］
磁性細線の厚み（Ｔ２、図７（ｂ）参照）：Ｔ２＝ １２［ｎｍ］
＜凹部６＞
凹部の長さ（Ｌ６、図７（ｂ）参照）：Ｌ６＝４８０［ｎｍ］
凹部の幅 （Ｗ６、図７（ａ）参照）：Ｗ６＝１２０［ｎｍ］
凹部の深さ（Ｔ６、図７（ｂ）参照）：Ｔ６＝ ４［ｎｍ］
ｘｚ平面視における凹部の形状：矩形
＜層間絶縁膜３＞
シミュレーションでは、層間絶縁膜３と同等に機能する空気層を設置した構造とした。
空気層の厚み（Ｔ０、図７（ｂ）参照）：Ｔ０＝１０［ｎｍ］
磁性細線メモリ１の各部のシミュレーション条件を下記の通りとした。
下記のシミュレーション条件を設定した磁性細線メモリ１を以下では実施例１という。
＜記録素子４＞
記録素子の材料および形状：均一な金属材料（Ｃｕ）からなるワイヤ状
記録素子の長さ（Ｌ４、図７（ａ）参照）：Ｌ４＝２０００［ｎｍ］
記録素子の幅 （Ｗ４、図７（ａ）参照）：Ｗ４＝ １２０［ｎｍ］
記録素子の厚み（Ｔ４、図７（ｂ）参照）：Ｔ４＝ １２０［ｎｍ］
＜磁性細線２＞
磁性細線の材料：Ｃｏ／Ｔｂ
飽和磁化：０．１５［Ｔ］
磁性細線の長さ（Ｌ２、図７（ｂ）参照）：Ｌ２＝１６００［ｎｍ］
磁性細線の幅 （Ｗ２、図７（ａ）参照）：Ｗ２＝ １２０［ｎｍ］
磁性細線の厚み（Ｔ２、図７（ｂ）参照）：Ｔ２＝ １２［ｎｍ］
＜凹部６＞
凹部の長さ（Ｌ６、図７（ｂ）参照）：Ｌ６＝４８０［ｎｍ］
凹部の幅 （Ｗ６、図７（ａ）参照）：Ｗ６＝１２０［ｎｍ］
凹部の深さ（Ｔ６、図７（ｂ）参照）：Ｔ６＝ ４［ｎｍ］
ｘｚ平面視における凹部の形状：矩形
＜層間絶縁膜３＞
シミュレーションでは、層間絶縁膜３と同等に機能する空気層を設置した構造とした。
空気層の厚み（Ｔ０、図７（ｂ）参照）：Ｔ０＝１０［ｎｍ］
【0039】
実験１では、上記したシミュレーションの全体設定、および各部のシミュレーション条件のもと、磁性細線メモリ１の記録素子４に印加する電流を、図８（ａ）に示す波形を有するパルス電流とした。
このパルス電流の最大電流値は１００［ｍＡ］（電流密度７×１０10［Ａ／ｃｍ2］）であり、パルス幅は２［ｎｓ］である。また、計算ステップは１０［ｐｓ］（ピコ秒）とし、記録電流の印加を開始してから２［ｎｓ］（ナノ秒）経過後まで計算を行った。
また、実施例１と比較する比較例１として、従来の凹部を設けない平坦な磁性細線１０２（図２参照）についてシミュレーションを実施した。
このパルス電流の最大電流値は１００［ｍＡ］（電流密度７×１０10［Ａ／ｃｍ2］）であり、パルス幅は２［ｎｓ］である。また、計算ステップは１０［ｐｓ］（ピコ秒）とし、記録電流の印加を開始してから２［ｎｓ］（ナノ秒）経過後まで計算を行った。
また、実施例１と比較する比較例１として、従来の凹部を設けない平坦な磁性細線１０２（図２参照）についてシミュレーションを実施した。
【0040】
比較例１の各部のシミュレーション条件を下記の通りとした。
＜記録素子４＞
材料、形状、長さ、幅、厚みは、それぞれ実施例１における記録素子４の条件と同様である。
＜磁性細線１０２＞
平坦な磁性細線１０２についての材料、長さ、幅、厚みは、それぞれ実施例１における磁性細線２の条件と同様である。
＜層間絶縁膜３＞
実施例１と同様に、同じ厚みの空気層を設置した構造とした。
＜記録素子４＞
材料、形状、長さ、幅、厚みは、それぞれ実施例１における記録素子４の条件と同様である。
＜磁性細線１０２＞
平坦な磁性細線１０２についての材料、長さ、幅、厚みは、それぞれ実施例１における磁性細線２の条件と同様である。
＜層間絶縁膜３＞
実施例１と同様に、同じ厚みの空気層を設置した構造とした。
【0041】
［実験１の結果］
＜比較例１＞
シミュレーションにおいても、図１および図２のように、記録素子４に、導体配線１１から導体配線１２への向きに電流（記録電流Ｉ）を印加すると、記録素子４を流れる電流によって、記録素子４の右側には下向きの電流磁界が発生する。
ところが、凹部を設けない平坦な磁性細線１０２に係る比較例１の場合、記録素子４に電流を印加開始してから２ナノ秒経過後に、磁性細線１０２のすべての部分において依然として上向き磁化状態であった。したがって、記録電流の印加前後において、磁性細線１０２の内部の膜厚方向の磁気モーメントは上向きのままで変化がなかった。すなわち、比較例１の場合、最大電流値が１００［ｍＡ］の記録電流では磁化反転を実現できず、磁化反転するためには記録素子４にさらに大電流を印加する必要があることが判明した。
＜比較例１＞
シミュレーションにおいても、図１および図２のように、記録素子４に、導体配線１１から導体配線１２への向きに電流（記録電流Ｉ）を印加すると、記録素子４を流れる電流によって、記録素子４の右側には下向きの電流磁界が発生する。
ところが、凹部を設けない平坦な磁性細線１０２に係る比較例１の場合、記録素子４に電流を印加開始してから２ナノ秒経過後に、磁性細線１０２のすべての部分において依然として上向き磁化状態であった。したがって、記録電流の印加前後において、磁性細線１０２の内部の膜厚方向の磁気モーメントは上向きのままで変化がなかった。すなわち、比較例１の場合、最大電流値が１００［ｍＡ］の記録電流では磁化反転を実現できず、磁化反転するためには記録素子４にさらに大電流を印加する必要があることが判明した。
【0042】
＜実施例１＞
図９は、実施例１において、パルス電流の印加開始から２ナノ秒経過後の記録素子４とその右側周辺の磁性細線の磁化状態を模式的に表している。図９では、磁性細線内部の膜厚方向の磁気モーメントの方向は濃淡に従う。濃淡の濃度が薄くなるほど、磁気モーメントが上向きの程度が大きいことを表す。また、濃淡が濃くなるほど、磁気モーメントが下向きの程度が大きいことを表す。実験の初期状態は真っ白で表される。なお、図１１、図１２、図１５においても磁性細線内部の膜厚方向の磁気モーメントの方向が濃淡に従って示されている。
図９は、実施例１において、パルス電流の印加開始から２ナノ秒経過後の記録素子４とその右側周辺の磁性細線の磁化状態を模式的に表している。図９では、磁性細線内部の膜厚方向の磁気モーメントの方向は濃淡に従う。濃淡の濃度が薄くなるほど、磁気モーメントが上向きの程度が大きいことを表す。また、濃淡が濃くなるほど、磁気モーメントが下向きの程度が大きいことを表す。実験の初期状態は真っ白で表される。なお、図１１、図１２、図１５においても磁性細線内部の膜厚方向の磁気モーメントの方向が濃淡に従って示されている。
【0043】
実施例１において、記録電流を印加すると、記録素子４の右側には下向きの電流磁界が発生する。図９に模式的に示すように、記録素子４の直下から右側にかけての磁性細線２の領域２１（凹部６が形成された領域）において、濃淡が濃い領域（下向き磁化状態の領域）が形成された。これは、磁性細線２の磁気モーメントが、局所的に下向きに変化したことを表している。したがって、磁性細線２の領域２１に凹部６を設けることで、この領域２１における磁化反転を実現できていることを確かめることができた。
【0044】
これらのシミュレーション結果によれば、磁性細線に凹部がないときには磁化反転しない程度の記録電流であったとしても、磁性細線に局所的に凹部を設けることによって、その同じ記録電流で磁化反転が可能であることを示している。具体的には、比較例１に係る磁性細線メモリ１０１では、記録電流１００［ｍＡ］（電流密度７×１０10［Ａ／ｃｍ2］）を印加しても、十分な大きさの電流磁界を発生させることは出来ず、磁性細線１０２へ磁区を形成することができなかった。一方、実施例１に係る磁性細線メモリ１では、磁性細線２において、記録素子４の下流側（右側）の位置に局所的な凹部６を設けることによって、同じ記録電流１００［ｍＡ］でも十分に磁区を形成できることが判明した。したがって、磁性細線に凹部を設けることによって記録電流を低減できることが分かり、その効果の有効性が示された。
【0045】
（第２実施形態）
次に、第２実施形態に係る磁性細線メモリについて図１０（ａ）および図１０（ｂ）を参照（適宜図１を参照）して説明する。図１０（ａ）および図１０（ｂ）は、シミュレーションに用いた第２実施形態に係る磁性細線メモリの構造を示しており、記録素子４と磁性細線２Ｂとの間に、層間絶縁膜３と同等に機能する空気層を設置した構造としている。なお、座標系は、図７（ａ）および図７（ｂ）と同様である。
以下では、第１実施形態に係る磁性細線メモリ１と同じ構成には同じ符号を付して説明を適宜省略する。図１０（ａ）および図１０（ｂ）に示す磁性細線メモリ１Ｂは、磁性細線２Ｂの構造が第１実施形態と相違している。
次に、第２実施形態に係る磁性細線メモリについて図１０（ａ）および図１０（ｂ）を参照（適宜図１を参照）して説明する。図１０（ａ）および図１０（ｂ）は、シミュレーションに用いた第２実施形態に係る磁性細線メモリの構造を示しており、記録素子４と磁性細線２Ｂとの間に、層間絶縁膜３と同等に機能する空気層を設置した構造としている。なお、座標系は、図７（ａ）および図７（ｂ）と同様である。
以下では、第１実施形態に係る磁性細線メモリ１と同じ構成には同じ符号を付して説明を適宜省略する。図１０（ａ）および図１０（ｂ）に示す磁性細線メモリ１Ｂは、磁性細線２Ｂの構造が第１実施形態と相違している。
【0046】
磁性細線メモリ１Ｂは、磁性体からなる磁性細線２Ｂと、層間絶縁膜３（図１参照）と、記録素子４と、を備えている。磁性細線２Ｂは、凹部６を備えている。凹部６の一方の上縁部６ａに隣り合って上流側に記録素子４が配設されている。磁性細線２Ｂは、磁性細線２Ｂの膜厚方向に突設された凸部８を備えている。凸部８は磁性体からなり、磁性細線２Ｂの領域２２に配設されている。磁性細線２Ｂの領域２２は、磁性細線２Ｂの長手方向において凹部６の他方の上縁部６ｂに隣り合って下流側に位置する領域である。
【0047】
磁性細線２Ｂは、凸部８を備える点が第１実施形態の磁性細線２と異なっている。
凸部８は、磁性細線２Ｂの長手方向において、記録素子４によって発生される電流磁界を受ける側（磁区を移動させる側）に形成されている。本実施形態では、凸部８は、凹部６に対して下流側（図１０（ｂ）における右側）に設けられている。また、凸部８は、凹部６の右端（右側の上縁部６ｂ）に隣り合って配置されている。
凸部８は、磁性細線２Ｂの長手方向において、記録素子４によって発生される電流磁界を受ける側（磁区を移動させる側）に形成されている。本実施形態では、凸部８は、凹部６に対して下流側（図１０（ｂ）における右側）に設けられている。また、凸部８は、凹部６の右端（右側の上縁部６ｂ）に隣り合って配置されている。
【0048】
凸部８は、磁性細線２Ｂの長手方向に規制されており、膜厚方向に突出して幅方向に筋状に形成されている。凸部８は、磁性細線２Ｂの長手方向に直交する幅方向に亘って形成されている。ここでは、磁性細線２の長手方向における凸部８のサイズを凸部の長さと呼び、磁性細線２の幅方向における凸部８のサイズを凸部の幅と呼び、磁性細線２の厚み方向における凸部８のサイズを凸部の厚みと呼ぶ。凸部の長さは、凹部の長さよりも小さい。図１４（ｂ）では、側面視における凸部８の形状は矩形であるものとした。凸部８は、例えば磁性細線と同じ材料で構成されている。
【0049】
（シミュレーション）
本願発明者らは、凹部６と凸部８を有する磁性細線メモリ１Ｂの性能を確認するため、下記のように、Landau-Lifshitz-Gilbert方程式を用いたマイクロマグネティックシミュレーションを実施した。
以下、本実施形態に係るシミュレーションを実験２ともいう。実験２において、シミュレーションの全体設定は、前記した実験１と同様にした。
本願発明者らは、凹部６と凸部８を有する磁性細線メモリ１Ｂの性能を確認するため、下記のように、Landau-Lifshitz-Gilbert方程式を用いたマイクロマグネティックシミュレーションを実施した。
以下、本実施形態に係るシミュレーションを実験２ともいう。実験２において、シミュレーションの全体設定は、前記した実験１と同様にした。
【0050】
［実験２］
磁性細線メモリ１Ｂの各部のシミュレーション条件を下記の通りとした。
下記のシミュレーション条件を設定した磁性細線メモリ１Ｂを以下では実施例２という。
＜記録素子４＞
材料、形状、長さ、幅、厚みは、それぞれ実験１における記録素子４の条件と同様である。
＜磁性細線２Ｂ＞
磁性細線２Ｂの本体には、凹部のほかに凸部を設けたが、磁性細線２Ｂの本体についての材料、長さ、幅、厚みは、それぞれ実験１における磁性細線２の条件と同様である。
＜凹部６＞
実験１と比べて、凹部の長さは下記のように短くしたが、凹部の幅および深さは、それぞれ実験１における凹部６の条件と同様である。
凹部の長さ（Ｌ６、図１０（ｂ）参照）：Ｌ６＝ ６０［ｎｍ］
凹部の幅 （Ｗ６、図１０（ａ）参照）：Ｗ６＝１２０［ｎｍ］
凹部の深さ（Ｔ６、図１０（ｂ）参照）：Ｔ６＝ ４［ｎｍ］
＜層間絶縁膜３＞
実施例１と同様に、同じ厚みの空気層を設置した構造とした。
＜凸部８＞
凸部の長さ（Ｌ８、図１０（ａ）参照）：Ｌ８＝ ３０［ｎｍ］
凸部の幅 （Ｗ８、図１０（ａ）参照）：Ｗ８＝１２０［ｎｍ］
凸部の厚み（Ｔ８、図１０（ｂ）参照）：Ｔ８＝ ４［ｎｍ］
磁性細線メモリ１Ｂの各部のシミュレーション条件を下記の通りとした。
下記のシミュレーション条件を設定した磁性細線メモリ１Ｂを以下では実施例２という。
＜記録素子４＞
材料、形状、長さ、幅、厚みは、それぞれ実験１における記録素子４の条件と同様である。
＜磁性細線２Ｂ＞
磁性細線２Ｂの本体には、凹部のほかに凸部を設けたが、磁性細線２Ｂの本体についての材料、長さ、幅、厚みは、それぞれ実験１における磁性細線２の条件と同様である。
＜凹部６＞
実験１と比べて、凹部の長さは下記のように短くしたが、凹部の幅および深さは、それぞれ実験１における凹部６の条件と同様である。
凹部の長さ（Ｌ６、図１０（ｂ）参照）：Ｌ６＝ ６０［ｎｍ］
凹部の幅 （Ｗ６、図１０（ａ）参照）：Ｗ６＝１２０［ｎｍ］
凹部の深さ（Ｔ６、図１０（ｂ）参照）：Ｔ６＝ ４［ｎｍ］
＜層間絶縁膜３＞
実施例１と同様に、同じ厚みの空気層を設置した構造とした。
＜凸部８＞
凸部の長さ（Ｌ８、図１０（ａ）参照）：Ｌ８＝ ３０［ｎｍ］
凸部の幅 （Ｗ８、図１０（ａ）参照）：Ｗ８＝１２０［ｎｍ］
凸部の厚み（Ｔ８、図１０（ｂ）参照）：Ｔ８＝ ４［ｎｍ］
【0051】
実験２では、前記したシミュレーションの全体設定、および前記した各部のシミュレーション条件のもと、磁性細線メモリ１Ｂの記録素子４に印加する電流を、実験１と同様に図８（ａ）に示す波形を有するパルス電流（最大電流値は１００［ｍＡ］）とした。
また、実験２では、記録電流の印加を開始してから２［ｎｓ］経過後まで計算を行った。計算ステップは実験1と同じく１０［ｐｓ］とした。
また、実施例２と比較する比較例２として、凸部を設けない磁性細線２（図１参照）についてシミュレーションを実施した。
また、実験２では、記録電流の印加を開始してから２［ｎｓ］経過後まで計算を行った。計算ステップは実験1と同じく１０［ｐｓ］とした。
また、実施例２と比較する比較例２として、凸部を設けない磁性細線２（図１参照）についてシミュレーションを実施した。
【0052】
比較例２の各部のシミュレーション条件を下記の通りとした。
＜記録素子４＞
材料、形状、長さ、幅、厚みは、それぞれ実施例２における記録素子４の条件と同様である。
＜磁性細線２＞
凸部を設けない磁性細線２についての材料、長さ、幅、厚みは、それぞれ実施例２における磁性細線２Ｂの条件と同様である。
＜凹部６＞
長さ、幅、厚みは、実施例２と同様である。
＜層間絶縁膜３＞
実施例２と同様に、同じ厚みの空気層を設置した構造とした。
＜記録素子４＞
材料、形状、長さ、幅、厚みは、それぞれ実施例２における記録素子４の条件と同様である。
＜磁性細線２＞
凸部を設けない磁性細線２についての材料、長さ、幅、厚みは、それぞれ実施例２における磁性細線２Ｂの条件と同様である。
＜凹部６＞
長さ、幅、厚みは、実施例２と同様である。
＜層間絶縁膜３＞
実施例２と同様に、同じ厚みの空気層を設置した構造とした。
【0053】
［実験２の結果］
＜比較例２＞
図１１は、比較例２において、パルス電流の印加開始から２ナノ秒経過後の記録素子４とその右側周辺の磁性細線の磁化状態を模式的に表している。
凸部８を備えずに凹部６だけを有した構造の比較例２において、記録電流を印加すると、記録素子４の右側には下向きの電流磁界が発生する。図１１に模式的に示すように、記録素子４の直下から右側にかけての磁性細線２の領域２１（凹部６が形成された領域）において、濃淡が濃い領域（下向き磁化状態の領域）が半円状に形成され、濃い領域は磁性細線の幅方向の一部を占めるに留まった。そして、磁区の境界である磁壁の形状が乱れている。このことから、比較例２に係る磁性細線は一部磁化反転に成功しているものの、記録ビットとして正常な磁区を形成できていないことが分かる。
前記した実験１における実施例１では、凹部６の長さＬ６が４８０［ｎｍ］に設定されており、記録電流（１００［ｍＡ］）が作る電流磁界のエネルギーによって、凹部６の全域（磁性細線２の領域２１の全域）を磁化反転させることができた。これに対して、実験２における比較例２では、同じ記録電流（１００［ｍＡ］）が作る電流磁界のエネルギーによって、凹部６の全域を磁化反転させるに至らなかった理由は、凹部６の長さＬ６が、極端に小さい６０ｎｍに設定されていたことが原因であると考えられる。
＜比較例２＞
図１１は、比較例２において、パルス電流の印加開始から２ナノ秒経過後の記録素子４とその右側周辺の磁性細線の磁化状態を模式的に表している。
凸部８を備えずに凹部６だけを有した構造の比較例２において、記録電流を印加すると、記録素子４の右側には下向きの電流磁界が発生する。図１１に模式的に示すように、記録素子４の直下から右側にかけての磁性細線２の領域２１（凹部６が形成された領域）において、濃淡が濃い領域（下向き磁化状態の領域）が半円状に形成され、濃い領域は磁性細線の幅方向の一部を占めるに留まった。そして、磁区の境界である磁壁の形状が乱れている。このことから、比較例２に係る磁性細線は一部磁化反転に成功しているものの、記録ビットとして正常な磁区を形成できていないことが分かる。
前記した実験１における実施例１では、凹部６の長さＬ６が４８０［ｎｍ］に設定されており、記録電流（１００［ｍＡ］）が作る電流磁界のエネルギーによって、凹部６の全域（磁性細線２の領域２１の全域）を磁化反転させることができた。これに対して、実験２における比較例２では、同じ記録電流（１００［ｍＡ］）が作る電流磁界のエネルギーによって、凹部６の全域を磁化反転させるに至らなかった理由は、凹部６の長さＬ６が、極端に小さい６０ｎｍに設定されていたことが原因であると考えられる。
【0054】
＜実施例２＞
図１２は、実施例２において、パルス電流の印加開始から２ナノ秒経過後の記録素子４とその右側周辺の磁性細線の磁化状態を模式的に表している。
凹部６と凸部８を有する構造の実施例２において、記録電流を印加すると、記録素子４の右側には下向きの電流磁界が発生する。図１２に模式的に示すように、記録素子４の直下から右側にかけての磁性細線２の領域２１（凹部６が形成された領域）において、濃淡が濃い領域（下向き磁化状態の領域）が形成された。これは、磁性細線２Ｂの磁気モーメントが、局所的に下向きに変化したことを表している。また、図１２に示すように磁区の境界である磁壁が磁性細線の全幅方向に直線上に形成されており、磁壁の形状は、安定した形状である。したがって、磁性細線２Ｂは、凸部８を備えることで、凸部８の上流側に隣り合った凹部６における磁化反転を実現できていることを確かめることができた。このことから、実施例２に係る磁性細線２Ｂは、記録ビットとして正常な磁区を形成できることが分かる。
図１２は、実施例２において、パルス電流の印加開始から２ナノ秒経過後の記録素子４とその右側周辺の磁性細線の磁化状態を模式的に表している。
凹部６と凸部８を有する構造の実施例２において、記録電流を印加すると、記録素子４の右側には下向きの電流磁界が発生する。図１２に模式的に示すように、記録素子４の直下から右側にかけての磁性細線２の領域２１（凹部６が形成された領域）において、濃淡が濃い領域（下向き磁化状態の領域）が形成された。これは、磁性細線２Ｂの磁気モーメントが、局所的に下向きに変化したことを表している。また、図１２に示すように磁区の境界である磁壁が磁性細線の全幅方向に直線上に形成されており、磁壁の形状は、安定した形状である。したがって、磁性細線２Ｂは、凸部８を備えることで、凸部８の上流側に隣り合った凹部６における磁化反転を実現できていることを確かめることができた。このことから、実施例２に係る磁性細線２Ｂは、記録ビットとして正常な磁区を形成できることが分かる。
【0055】
ここで、実施例２の凸部８による効果について図１３を参照（適宜他の図面を参照）して説明する。図１３における上側にはグラフが配置されている。このグラフの横軸は記録素子４からのｘ方向の距離ｘを示し、グラフの縦軸は距離ｘの位置に発生する電流磁界のエネルギーを示す。
グラフに示すように、電流磁界のエネルギーは記録素子４からのｘ方向の距離ｘが大きくなると１／ｘ2の割合で減衰する。図１３における下側には、図１０（ｂ）の拡大図の一部が配置されている。仮想線Ｖ１は、グラフの原点が記録素子４の中心であることを模式的に示している。仮想線Ｖ２は、磁性細線２ｂのｘ方向における凸部８の位置（ｘ方向における凹部６の上縁部（右端）６ｂの位置）と、グラフの横軸における位置との対応関係を模式的に示している。仮想線で囲まれた領域Ｖ３は、もしも凸部が無ければ、本来、磁性細線２ｂのｘ方向における凸部８の位置より下流側（右側）の領域の磁化反転に対して使われるべき電流磁界のエネルギーを模式的に示している。
グラフに示すように、電流磁界のエネルギーは記録素子４からのｘ方向の距離ｘが大きくなると１／ｘ2の割合で減衰する。図１３における下側には、図１０（ｂ）の拡大図の一部が配置されている。仮想線Ｖ１は、グラフの原点が記録素子４の中心であることを模式的に示している。仮想線Ｖ２は、磁性細線２ｂのｘ方向における凸部８の位置（ｘ方向における凹部６の上縁部（右端）６ｂの位置）と、グラフの横軸における位置との対応関係を模式的に示している。仮想線で囲まれた領域Ｖ３は、もしも凸部が無ければ、本来、磁性細線２ｂのｘ方向における凸部８の位置より下流側（右側）の領域の磁化反転に対して使われるべき電流磁界のエネルギーを模式的に示している。
【0056】
実施例２に係る磁性細線２Ｂにおいて、凹部６を設けた細線領域における保磁力は、凹部を設けていない領域における保磁力より低い。つまり、凹部６の上縁部（右端）６ｂより右側に配置された細線領域（凹部加工のない平坦な磁性細線の領域）の保磁力は、凹部６を設けた細線領域の保磁力よりも相対的に高い。そして、記録素子４を流れる電流によって発生する電流磁界のエネルギーにとって、磁性細線２Ｂにおける凹部６の上縁部（右端）６ｂに設けた凸部８は、障壁となる。つまり、記録素子４による電流磁界のエネルギーの一部は、凸部８から右側の領域の磁化反転に対して使われず、代わりに、障壁（凸部８）より上流側（左側）の細線領域に追加で消費される。こうして、実施例２では、凸部８より左側の磁区形成に寄与したエネルギーによって、磁性細線２Ｂの幅方向に均一な磁区が形成されたものと考えられる。
【0057】
磁性細線２Ｂの凸部８は、図１３に示すように、本来ならば凸部８の位置よりも下流側（右側）の領域で消費されるべき電流磁界のエネルギーを凸部８の位置で防護して、磁性細線２Ｂの磁化を局所的に上流側（左側）で強めるガードバンドとして機能する。
磁性細線２Ｂに形成される磁区の磁区長は、記録ビット長に相当する。磁区長をできるだけ狭くすると、線記録密度を向上させることができる。ただし、磁区長が狭かったとしても、比較例２のように磁性細線の細線方向の局所領域において磁性細線の幅方向に対して均一な磁化反転ができない場合には、記録ビットとしてふさわしくない磁区状態である。
磁性細線２Ｂに形成される磁区の磁区長は、記録ビット長に相当する。磁区長をできるだけ狭くすると、線記録密度を向上させることができる。ただし、磁区長が狭かったとしても、比較例２のように磁性細線の細線方向の局所領域において磁性細線の幅方向に対して均一な磁化反転ができない場合には、記録ビットとしてふさわしくない磁区状態である。
【0058】
これらのシミュレーション結果によれば、凸部を設けない比較例２のように凹部６の長さＬ６が６０［ｎｍ］程度まで狭くなると、凹部６の面積（Ｌ６×Ｔ６）が小さくなることで、弱い保磁力を有する範囲が狭くなる。そのため、磁性細線の幅方向（ｙ方向）に対して均一に磁化反転することができない。
これに対して、凹部６が狭い磁性細線構造であっても、凸部８を設けた実施例２のように、記録素子４に電流１００［ｍＡ］を印加する条件において、磁性細線２Ｂには、磁性細線の幅方向に対して均一に磁化反転できる磁区を形成することができる。したがって、凹部６の面積が狭い構造においても、凸部８を設けると、低電流での磁区形成を実現できる。また、実施例２は、磁性細線に、記録ビットとしてふさわしい磁区を高密度に形成することができる。
これに対して、凹部６が狭い磁性細線構造であっても、凸部８を設けた実施例２のように、記録素子４に電流１００［ｍＡ］を印加する条件において、磁性細線２Ｂには、磁性細線の幅方向に対して均一に磁化反転できる磁区を形成することができる。したがって、凹部６の面積が狭い構造においても、凸部８を設けると、低電流での磁区形成を実現できる。また、実施例２は、磁性細線に、記録ビットとしてふさわしい磁区を高密度に形成することができる。
【0059】
本実施形態の磁性細線メモリ１Ｂによれば、磁性細線２Ｂ上に、局所的に凹部６によって保磁力を小さくした領域２１と、領域２１のすぐ下流側（右端）に平坦な磁性細線よりも膜厚を大きくした局所的な領域２２と、の組み合わせが設けられることによって、電流印加による磁区形成をアシストする効果が高まる。また、磁性細線メモリ１Ｂによれば、凸部８と凹部６とを組み合せることで、同じ記録電流であっても、磁性細線の幅方向に対して均一な磁化反転ができる磁区の長さを小さくすることができる。
【0060】
［磁性細線メモリの製造方法］
次に、本実施形態の磁性細線メモリ１Ｂの製造方法として、第１実施形態の磁性細線メモリ１の製造方法と相違する点について説明する。本実施形態では、磁性細線２Ｂは、凹部６と共に凸部８を持つ構造とする。凸部８は、一般的な半導体装置製造プロセスにより製造することができる。例えば、磁性細線を２層または３層に分けてリフトオフ法で順次積み重ねる方法、凸部の高さまで事前に形成しておいた磁性細線を準備して凸部を形成する領域以外の部分をＦＩＢで削り形成する方法、フォトマスク等を利用してイオンミリングまたは反応性イオンエッチングによって、凸部を形成する領域以外の磁性細線を削る製造方法などが挙げられる。
次に、本実施形態の磁性細線メモリ１Ｂの製造方法として、第１実施形態の磁性細線メモリ１の製造方法と相違する点について説明する。本実施形態では、磁性細線２Ｂは、凹部６と共に凸部８を持つ構造とする。凸部８は、一般的な半導体装置製造プロセスにより製造することができる。例えば、磁性細線を２層または３層に分けてリフトオフ法で順次積み重ねる方法、凸部の高さまで事前に形成しておいた磁性細線を準備して凸部を形成する領域以外の部分をＦＩＢで削り形成する方法、フォトマスク等を利用してイオンミリングまたは反応性イオンエッチングによって、凸部を形成する領域以外の磁性細線を削る製造方法などが挙げられる。
【0061】
（第３実施形態）
次に、第３実施形態に係る磁性細線メモリについて、図１４（ａ）および図１４（ｂ）を参照（適宜図１、図１０（ａ）、図１０（ｂ）を参照）して説明する。図１４（ａ）および図１４（ｂ）は、シミュレーションに用いた第３実施形態に係る磁性細線メモリの構造を示しており、記録素子４と磁性細線２Ｃとの間に、層間絶縁膜３と同等に機能する空気層を設置した構造としている。なお、座標系は、図１０（ａ）および図１０（ｂ）と同様である。
以下では、第２実施形態に係る磁性細線メモリ１Ｂと同じ構成には同じ符号を付して説明を適宜省略する。図１４（ａ）および図１４（ｂ）に示す磁性細線メモリ１Ｃは、磁性細線２Ｃの構造が第２実施形態と相違している。この第３実施形態では、第２実施形態で説明した磁性細線に設けた凸部が、凹部と組み合せずとも単体で高密度磁区形成の効果を奏することを以下に詳述する。
次に、第３実施形態に係る磁性細線メモリについて、図１４（ａ）および図１４（ｂ）を参照（適宜図１、図１０（ａ）、図１０（ｂ）を参照）して説明する。図１４（ａ）および図１４（ｂ）は、シミュレーションに用いた第３実施形態に係る磁性細線メモリの構造を示しており、記録素子４と磁性細線２Ｃとの間に、層間絶縁膜３と同等に機能する空気層を設置した構造としている。なお、座標系は、図１０（ａ）および図１０（ｂ）と同様である。
以下では、第２実施形態に係る磁性細線メモリ１Ｂと同じ構成には同じ符号を付して説明を適宜省略する。図１４（ａ）および図１４（ｂ）に示す磁性細線メモリ１Ｃは、磁性細線２Ｃの構造が第２実施形態と相違している。この第３実施形態では、第２実施形態で説明した磁性細線に設けた凸部が、凹部と組み合せずとも単体で高密度磁区形成の効果を奏することを以下に詳述する。
【0062】
磁性細線メモリ１Ｃは、薄膜状の磁性体からなる磁性細線２Ｃと、層間絶縁膜３（図１参照）と、記録素子４と、を備えている。記録素子４は、記録電流を流す導体からなり磁性細線２Ｃの膜厚方向に層間絶縁膜３を介して磁性細線２Ｃと交差するように配設されている。磁性細線２Ｃは、磁性細線２Ｃの長手方向において局所的に膜厚が他の領域における膜厚よりも大きく形成された凸部８を備えている。磁性細線２Ｃの長手方向において予め定められた上流側（図１４（ｂ）における左側）に記録素子４が配置されている。凸部８は、磁性細線２Ｃの領域２２に配設されている。磁性細線２Ｃの領域２２は、記録素子４から第１の所定長の範囲の領域２１を隔てた下流側（図１４（ｂ）における右側）の領域である。ここで、第１の所定長は、非特許文献２に開示されたミクロン単位の磁区長よりも小さな長さであるものとする。
【0063】
磁性細線２Ｃは、凸部８を備えるものの凹部が設けられていない点が第２実施形態の磁性細線２Ｂと異なっている。磁性細線２Ｃは、記録素子４と凸部８との間の第１の所定長の領域２１に凹部が存在しないが、この領域２１で磁化を反転させて磁区を形成する。
【0064】
（シミュレーション）
本願発明者らは、平坦な磁性細線上に凸部８を有する磁性細線メモリ１Ｃの性能を確認するため、下記のように、Landau-Lifshitz-Gilbert方程式を用いたマイクロマグネティックシミュレーションを実施した。
以下、本実施形態に係るシミュレーションを実験３ともいう。実験３において、シミュレーションの全体設定は、前記した実験２と同様にした。
本願発明者らは、平坦な磁性細線上に凸部８を有する磁性細線メモリ１Ｃの性能を確認するため、下記のように、Landau-Lifshitz-Gilbert方程式を用いたマイクロマグネティックシミュレーションを実施した。
以下、本実施形態に係るシミュレーションを実験３ともいう。実験３において、シミュレーションの全体設定は、前記した実験２と同様にした。
【0065】
［実験３］
磁性細線メモリ１Ｃの各部のシミュレーション条件を下記の通りとした。
下記のシミュレーション条件を設定した磁性細線メモリ１Ｃを以下では実施例３という。
＜記録素子４＞
実験２における記録素子４の条件と同様である。
＜磁性細線２Ｃ＞
凹部が設けられていない点を除いて実験２における磁性細線２Ｂの条件と同様である。
＜層間絶縁膜３＞
実施例２と同様に、同じ厚みの空気層を設置した構造とした。
＜凸部８＞
凸部の位置も含めて実験２における凸部８の条件と同様である。
磁性細線メモリ１Ｃの各部のシミュレーション条件を下記の通りとした。
下記のシミュレーション条件を設定した磁性細線メモリ１Ｃを以下では実施例３という。
＜記録素子４＞
実験２における記録素子４の条件と同様である。
＜磁性細線２Ｃ＞
凹部が設けられていない点を除いて実験２における磁性細線２Ｂの条件と同様である。
＜層間絶縁膜３＞
実施例２と同様に、同じ厚みの空気層を設置した構造とした。
＜凸部８＞
凸部の位置も含めて実験２における凸部８の条件と同様である。
【0066】
実験３では、上記したシミュレーションの全体設定、および各部のシミュレーション条件のもと、磁性細線メモリ１Ｃの記録素子４に印加する電流を、実験２とは条件を変えて、図８（ｂ）に示す波形を有するパルス電流とした。
このパルス電流の最大電流値は１３０［ｍＡ］（電流密度９×１０10［Ａ／ｃｍ2］）であり、パルス幅は２［ｎｓ］である。
また、実験２と同様に、記録電流の印加を開始してから２［ｎｓ］経過後まで計算を行い、計算ステップは１０［ｐｓ］とした。
このパルス電流の最大電流値は１３０［ｍＡ］（電流密度９×１０10［Ａ／ｃｍ2］）であり、パルス幅は２［ｎｓ］である。
また、実験２と同様に、記録電流の印加を開始してから２［ｎｓ］経過後まで計算を行い、計算ステップは１０［ｐｓ］とした。
【0067】
［実験３の結果］
図１５は、実施例３において、パルス電流の印加開始から２ナノ秒経過後の記録素子４とその右側周辺の磁性細線の磁化状態を模式的に表している。
平坦な磁性細線上に凸部８を有する実施例３において、記録電流を印加すると、記録素子４の右側には下向きの電流磁界が発生する。図１５に模式的に示すように、記録素子４の直下から右側にかけての磁性細線２の領域２１において、濃淡が濃い領域（下向き磁化状態の領域）が形成された。これは、磁性細線２Ｃの磁気モーメントが、局所的に下向きに変化したことを表している。したがって、磁性細線２Ｃは、記録素子４から第１の所定長だけ離れた箇所に凸部８を備えることで、凸部８の上流側に隣り合った領域における磁化反転を実現し、記録ビットとして正常な磁区を形成できる。これは、図１３を参照して説明したように、記録素子４による電流磁界のエネルギーの一部が、凸部８から右側の領域の磁化反転に対して使われず、代わりに、障壁（凸部８）より左側の細線領域で消費され、磁性細線２Ｃの幅方向に均一な磁区が形成されたものと考えられる。
このように平坦な磁性細線上に凸部８を有する構造の実施例３は、従来よりも磁区長を小さくしても磁区を形成できることが明らかである。したがって、実施例３は、線記録密度を高めることで、磁区を磁性細線に高密度に形成することができる。
図１５は、実施例３において、パルス電流の印加開始から２ナノ秒経過後の記録素子４とその右側周辺の磁性細線の磁化状態を模式的に表している。
平坦な磁性細線上に凸部８を有する実施例３において、記録電流を印加すると、記録素子４の右側には下向きの電流磁界が発生する。図１５に模式的に示すように、記録素子４の直下から右側にかけての磁性細線２の領域２１において、濃淡が濃い領域（下向き磁化状態の領域）が形成された。これは、磁性細線２Ｃの磁気モーメントが、局所的に下向きに変化したことを表している。したがって、磁性細線２Ｃは、記録素子４から第１の所定長だけ離れた箇所に凸部８を備えることで、凸部８の上流側に隣り合った領域における磁化反転を実現し、記録ビットとして正常な磁区を形成できる。これは、図１３を参照して説明したように、記録素子４による電流磁界のエネルギーの一部が、凸部８から右側の領域の磁化反転に対して使われず、代わりに、障壁（凸部８）より左側の細線領域で消費され、磁性細線２Ｃの幅方向に均一な磁区が形成されたものと考えられる。
このように平坦な磁性細線上に凸部８を有する構造の実施例３は、従来よりも磁区長を小さくしても磁区を形成できることが明らかである。したがって、実施例３は、線記録密度を高めることで、磁区を磁性細線に高密度に形成することができる。
【0068】
（第４実施形態）
次に、第４実施形態に係る磁性細線メモリについて、図１６（ａ）および図１６（ｂ）を参照（適宜図１参照）して説明する。図１６（ａ）および図１６（ｂ）に示す磁性細線メモリ１Ｄは、２本の記録素子４を有している。以下では、第２実施形態に係る磁性細線メモリ１Ｂ（図１０（ａ）および図１０（ｂ））と同じ構成には同じ符号を付して説明を適宜省略する。また、記録素子４を区別する場合、記録素子４ａ，４ｂのように表記する。なお、図１６（ａ）および図１６（ｂ）では、記録素子４と磁性細線２Ｂとの間の層間絶縁膜３（図１参照）の図示を省略している。
次に、第４実施形態に係る磁性細線メモリについて、図１６（ａ）および図１６（ｂ）を参照（適宜図１参照）して説明する。図１６（ａ）および図１６（ｂ）に示す磁性細線メモリ１Ｄは、２本の記録素子４を有している。以下では、第２実施形態に係る磁性細線メモリ１Ｂ（図１０（ａ）および図１０（ｂ））と同じ構成には同じ符号を付して説明を適宜省略する。また、記録素子４を区別する場合、記録素子４ａ，４ｂのように表記する。なお、図１６（ａ）および図１６（ｂ）では、記録素子４と磁性細線２Ｂとの間の層間絶縁膜３（図１参照）の図示を省略している。
【0069】
磁性細線メモリ１Ｄは、薄膜状の磁性体からなる磁性細線２Ｂと、層間絶縁膜３（図１参照）と、２本の記録素子４と、を備えている。２本の記録素子４は、記録電流を流す導体からなり磁性細線２Ｂの膜厚方向に層間絶縁膜３を介して磁性細線２Ｂと交差するように第１の所定長をあけてそれぞれ配設されている。
磁性細線２Ｂは凹部６を備えている。凹部６は、磁性細線２Ｂの領域２１に配設されている。この磁性細線メモリ１Ｄでは、磁性細線２Ｂの領域２１は、一方の記録素子４ａと他方の記録素子４ｂとの間の第１の所定長の範囲の領域である。ここで、第１の所定長は、非特許文献２に開示されたミクロン単位の磁区長よりも小さな長さであるものとする。
磁性細線２Ｂは凹部６を備えている。凹部６は、磁性細線２Ｂの領域２１に配設されている。この磁性細線メモリ１Ｄでは、磁性細線２Ｂの領域２１は、一方の記録素子４ａと他方の記録素子４ｂとの間の第１の所定長の範囲の領域である。ここで、第１の所定長は、非特許文献２に開示されたミクロン単位の磁区長よりも小さな長さであるものとする。
【0070】
また、図１６（ｂ）に示すように、磁性細線メモリ１Ｄにおいて、凹部６の一方（左）の上縁部６ａに隣り合って上流側に一方（左）の記録素子４ａが配設されている。凹部６の他方（右）の上縁部６ｂに隣り合って下流側に他方（右）の記録素子４ｂが配設されている。
磁性細線２Ｂは、磁性細線２Ｂの膜厚方向に突設された凸部８を備えている。凸部８は磁性体からなり、少なくとも磁性細線２Ｂの領域２２に配設されている。図１６（ｂ）に示すように、磁性細線２Ｂの領域２２は、磁性細線２Ｂの長手方向において凹部６の他方（右）の上縁部６ｂに隣り合って下流側に位置する領域である。
磁性細線２Ｂは、磁性細線２Ｂの膜厚方向に突設された凸部８を備えている。凸部８は磁性体からなり、少なくとも磁性細線２Ｂの領域２２に配設されている。図１６（ｂ）に示すように、磁性細線２Ｂの領域２２は、磁性細線２Ｂの長手方向において凹部６の他方（右）の上縁部６ｂに隣り合って下流側に位置する領域である。
【0071】
本実施形態では、２本の記録素子４の間に挟まれた領域の距離と、凹部６の長さとが共に第１の所定長であるものとしている。そのため、図１６（ｂ）に示すように、記録素子４ａの右端の位置は、凹部６の左端６ａに対応する位置である。また、記録素子４ｂの左端の位置は、凹部６の右端６ｂに対応する位置である。
【0072】
磁性細線メモリ１Ｄの２本の記録素子４の間に挟まれた領域は、磁性細線２Ｂにおいて磁区を形成しようとして狙って設計した磁区形成領域に相当している。２本の記録素子４は、互いに逆方向に流した電流で発生させた合成電流磁界を用いて磁区を記録する。具体的には、例えば記録素子４ａに対してｙ軸の正方向に記録電流Ｉａを印加し、同時に、記録素子４ｂに対してｙ軸の負方向に記録電流Ｉbを印加する。磁性細線２Ｂにおいて２本の記録素子４に挟まれた領域２１では、記録電流Ｉａにより発生する電流磁界の向きは下向き（ｚ軸の負方向）であり、また、記録電流Ｉbにより発生する電流磁界の向きも下向きである。これらの合成電流磁界によって、磁性細線２Ｂの領域２１の上向き磁化を反転させて下向き磁区を形成することができる。
なお、記録電流Ｉａの向きと記録電流Ｉbの向きを入れ替え、磁性細線２Ｂの領域２１の下向き磁化を反転させて上向き磁区を形成するようにしてもよい。
なお、記録電流Ｉａの向きと記録電流Ｉbの向きを入れ替え、磁性細線２Ｂの領域２１の下向き磁化を反転させて上向き磁区を形成するようにしてもよい。
【0073】
本実施形態のように２本の記録素子４を用いることで、磁性細線において記録素子４ａの直下に一方の磁壁を形成し、かつ、記録素子４ｂの直下に他方の磁壁を形成することができる。このとき、各磁壁は、磁性細線の全幅方向に直線上に形成される。したがって、磁区の高密度化のために磁性細線に微小な磁区を形成するときに、各記録素子の直下に配置された磁壁の形状をそれぞれ乱れのない安定な形状にすることができる。また、本実施形態によれば、磁区の広がりを制御して微小な一定長の磁区を逐次形成することが可能となり、磁区を磁性細線に高密度に形成することができる。
【0074】
また、本実施形態では、磁性細線２Ｂには凹部６に隣り合って磁区の駆動方向（下流側）に凸部８が設けられている。これにより、２本の記録素子４が作る合成電流磁界にとって凸部８は障壁となり、磁性細線２Ｂにおいて形成される磁区の境界が、当初設計した磁区形成領域の境界からはみ出すことなく、凸部８がない場合に比べて磁区長をより正確に制御することが可能となる。なお、本実施形態に係る磁性細線メモリ１Ｄにおいて、磁性細線には凹部６と凸部８の両方が形成されているものとしたが、凹部６と凸部８のいずれか一方だけが形成されている磁性細線を用いるようにしてもよい。
【0075】
（第４実施形態の第１変形例）
磁性細線メモリ１Ｄの第１変形例は、磁性細線２Ｂの代わりに、凸部８が存在せず凹部６だけが形成されている磁性細線２（図７（ａ）および図７（ｂ）参照）を用いるようにしたものである。詳細には、磁性細線メモリ１Ｄの第１変形例は、磁性体からなる磁性細線２と、層間絶縁膜３（図１参照）と、２本の記録素子４ａ，４ｂ（図１６（ａ）および図１６（ｂ）参照）と、を備えている。２本の記録素子４ａ，４ｂは、記録電流を流す導体からなり磁性細線２の膜厚方向に層間絶縁膜３を介して磁性細線２と交差するように第１の所定長をあけてそれぞれ配設されている。磁性細線２は凹部６を備えている。凹部６は、磁性細線２の領域２１に配設されている。磁性細線２の領域２１は、一方の記録素子４ａと他方の記録素子４ｂとの間の第１の所定長の範囲の領域である。
この磁性細線メモリ１Ｄの第１変形例も、磁区の広がりを制御して一定長の磁区を形成することが可能となり、磁区を磁性細線に高密度に形成することができる。
磁性細線メモリ１Ｄの第１変形例は、磁性細線２Ｂの代わりに、凸部８が存在せず凹部６だけが形成されている磁性細線２（図７（ａ）および図７（ｂ）参照）を用いるようにしたものである。詳細には、磁性細線メモリ１Ｄの第１変形例は、磁性体からなる磁性細線２と、層間絶縁膜３（図１参照）と、２本の記録素子４ａ，４ｂ（図１６（ａ）および図１６（ｂ）参照）と、を備えている。２本の記録素子４ａ，４ｂは、記録電流を流す導体からなり磁性細線２の膜厚方向に層間絶縁膜３を介して磁性細線２と交差するように第１の所定長をあけてそれぞれ配設されている。磁性細線２は凹部６を備えている。凹部６は、磁性細線２の領域２１に配設されている。磁性細線２の領域２１は、一方の記録素子４ａと他方の記録素子４ｂとの間の第１の所定長の範囲の領域である。
この磁性細線メモリ１Ｄの第１変形例も、磁区の広がりを制御して一定長の磁区を形成することが可能となり、磁区を磁性細線に高密度に形成することができる。
【0076】
（第４実施形態の第２変形例）
磁性細線メモリ１Ｄの第２変形例は、磁性細線２Ｂの代わりに、凹部６が存在せず凸部８だけが形成されている磁性細線２Ｃ（図１４（ａ）および図１４（ｂ）参照）を用いるようにしたものである。詳細には、磁性細線メモリ１Ｄの第２変形例は、磁性体からなる磁性細線２Ｃと、層間絶縁膜３（図１参照）と、２本の記録素子４ａ，４ｂ（図１６（ａ）および図１６（ｂ）参照）と、を備えている。２本の記録素子４ａ，４ｂは、記録電流を流す導体からなり磁性細線２Ｃの膜厚方向に層間絶縁膜３を介して磁性細線２Ｃと交差するように第１の所定長をあけてそれぞれ配設されている。磁性細線２Ｃは凸部８を備えている。磁性細線２Ｃの長手方向において予め定められた上流側に一方の記録素子４ａが配設されており、下流側に他方の記録素子４ｂが配設されている。凸部８は、磁性細線２Ｃの領域２２に配設されている。磁性細線２Ｃの領域２２は、磁性細線２Ｃの長手方向において一方の記録素子４ａから第１の所定長を隔てた下流側の領域である。
この磁性細線メモリ１Ｄの第２変形例も、磁区の広がりを制御して一定長の磁区を形成することが可能となり、磁区を磁性細線に高密度に形成することができる。
磁性細線メモリ１Ｄの第２変形例は、磁性細線２Ｂの代わりに、凹部６が存在せず凸部８だけが形成されている磁性細線２Ｃ（図１４（ａ）および図１４（ｂ）参照）を用いるようにしたものである。詳細には、磁性細線メモリ１Ｄの第２変形例は、磁性体からなる磁性細線２Ｃと、層間絶縁膜３（図１参照）と、２本の記録素子４ａ，４ｂ（図１６（ａ）および図１６（ｂ）参照）と、を備えている。２本の記録素子４ａ，４ｂは、記録電流を流す導体からなり磁性細線２Ｃの膜厚方向に層間絶縁膜３を介して磁性細線２Ｃと交差するように第１の所定長をあけてそれぞれ配設されている。磁性細線２Ｃは凸部８を備えている。磁性細線２Ｃの長手方向において予め定められた上流側に一方の記録素子４ａが配設されており、下流側に他方の記録素子４ｂが配設されている。凸部８は、磁性細線２Ｃの領域２２に配設されている。磁性細線２Ｃの領域２２は、磁性細線２Ｃの長手方向において一方の記録素子４ａから第１の所定長を隔てた下流側の領域である。
この磁性細線メモリ１Ｄの第２変形例も、磁区の広がりを制御して一定長の磁区を形成することが可能となり、磁区を磁性細線に高密度に形成することができる。
【0077】
（第５実施形態）
次に、第５実施形態に係る磁性細線メモリについて、図１７（ａ）および図１７（ｂ）を参照（適宜図１参照）して説明する。図１７（ａ）および図１７（ｂ）に示す磁性細線メモリ１Ｅは、２本の記録素子４を有し、かつ、磁性細線上に２つの凸部８を有している。以下では、第４実施形態に係る磁性細線メモリ１Ｄ（図１６（ａ）および図１６（ｂ））と同じ構成には同じ符号を付して説明を適宜省略する。なお、記録素子４と磁性細線２Ｅとの間の層間絶縁膜３の図示を省略している。
次に、第５実施形態に係る磁性細線メモリについて、図１７（ａ）および図１７（ｂ）を参照（適宜図１参照）して説明する。図１７（ａ）および図１７（ｂ）に示す磁性細線メモリ１Ｅは、２本の記録素子４を有し、かつ、磁性細線上に２つの凸部８を有している。以下では、第４実施形態に係る磁性細線メモリ１Ｄ（図１６（ａ）および図１６（ｂ））と同じ構成には同じ符号を付して説明を適宜省略する。なお、記録素子４と磁性細線２Ｅとの間の層間絶縁膜３の図示を省略している。
【0078】
磁性細線メモリ１Ｅは、磁性体からなる磁性細線２Ｅと、層間絶縁膜３（図１参照）と、２本の記録素子４ａ，４ｂと、を備えている。
磁性細線２Ｅは、凹部６と凸部８を備えている。凸部８は、磁性細線２Ｅの長手方向において凹部６の一方（図１７（ｂ）における左）の上縁部（左端）６ａに隣り合って上流側（左側）に位置する領域２３と、凹部６の他方（図１７（ｂ）における右）の上縁部（右端）６ｂに隣り合って下流側（右側）に位置する領域２２と、にそれぞれ配設されている。
磁性細線２Ｅは、凹部６と凸部８を備えている。凸部８は、磁性細線２Ｅの長手方向において凹部６の一方（図１７（ｂ）における左）の上縁部（左端）６ａに隣り合って上流側（左側）に位置する領域２３と、凹部６の他方（図１７（ｂ）における右）の上縁部（右端）６ｂに隣り合って下流側（右側）に位置する領域２２と、にそれぞれ配設されている。
【0079】
本実施形態では、２本の記録素子４の間に挟まれた領域の距離と、凹部６の長さとが共に第１の所定長であるものとしている。また、記録素子４ａの直下の凸部８の右端の位置は、凹部６の上縁部（左端）６ａに対応する位置である。さらに、記録素子４ｂの直下の凸部８の左端の位置は、凹部６の上縁部（右端）６ｂに対応する位置である。そのため、記録素子４ａの直下の凸部８と、記録素子４ｂの直下の凸部と８の間に挟まれた領域の距離も第１の所定長である。
【0080】
本実施形態も２本の記録素子４を用いることで、磁区の広がりを制御して一定長の磁区を形成することが可能となり、磁区を磁性細線に高密度に形成することができる。
また、本実施形態では、磁性細線２Ｅには凹部６に隣り合って下流側だけでなく上流側にも凸部８が設けられている。これにより、２本の記録素子４が作る合成電流磁界にとって２つの凸部８がそれぞれ障壁となり、磁性細線２Ｅにおいて形成される磁区のｘ方向における両端が、当初設計した磁区形成領域の両方の境界からはみ出すことなく、凸部８がない場合に比べて磁区長をより正確に制御することが可能となる。なお、本実施形態に係る磁性細線メモリ１Ｅにおいて、磁性細線には凸部８に隣り合って凹部６が形成されているものとしたが、凹部が設けられていない磁性細線を用いるようにしてもよい。
また、本実施形態では、磁性細線２Ｅには凹部６に隣り合って下流側だけでなく上流側にも凸部８が設けられている。これにより、２本の記録素子４が作る合成電流磁界にとって２つの凸部８がそれぞれ障壁となり、磁性細線２Ｅにおいて形成される磁区のｘ方向における両端が、当初設計した磁区形成領域の両方の境界からはみ出すことなく、凸部８がない場合に比べて磁区長をより正確に制御することが可能となる。なお、本実施形態に係る磁性細線メモリ１Ｅにおいて、磁性細線には凸部８に隣り合って凹部６が形成されているものとしたが、凹部が設けられていない磁性細線を用いるようにしてもよい。
【0081】
（第５実施形態の変形例）
磁性細線メモリ１Ｅの変形例は、磁性細線２Ｅの代わりに、平坦な磁性細線上に２つの凸部８を形成した磁性細線を用いるようにしたものである。この平坦な磁性細線上に２つの凸部８を形成した磁性細線は、１つの凸部８を有する磁性細線２Ｃ（図１４（ｂ）参照）に更にもう１つの凸部８を設けたものに対応するので、以下では磁性細線２Ｃと表記する。この２つの凸部８を有する磁性細線２Ｃは、磁性細線２Ｅ（図１６（ｂ）参照）の領域２１に凹部６を形成していない状態の磁性細線に相当する。そのため、２つの凸部８を有する磁性細線２Ｃにおいて、２つの凸部８の間に挟まれた領域の距離は、前記した第１の所定長である。
磁性細線メモリ１Ｅの変形例は、磁性細線２Ｅの代わりに、平坦な磁性細線上に２つの凸部８を形成した磁性細線を用いるようにしたものである。この平坦な磁性細線上に２つの凸部８を形成した磁性細線は、１つの凸部８を有する磁性細線２Ｃ（図１４（ｂ）参照）に更にもう１つの凸部８を設けたものに対応するので、以下では磁性細線２Ｃと表記する。この２つの凸部８を有する磁性細線２Ｃは、磁性細線２Ｅ（図１６（ｂ）参照）の領域２１に凹部６を形成していない状態の磁性細線に相当する。そのため、２つの凸部８を有する磁性細線２Ｃにおいて、２つの凸部８の間に挟まれた領域の距離は、前記した第１の所定長である。
【0082】
詳細には、磁性細線メモリ１Ｅの変形例は、磁性体からなる磁性細線２Ｃと、層間絶縁膜３（図１参照）と、２本の記録素子４ａ，４ｂと、を備えている。２本の記録素子４ａ，４ｂは、記録電流を流す導体からなり磁性細線２Ｃの膜厚方向に層間絶縁膜３を介して磁性細線２Ｃと交差するように第１の所定長をあけてそれぞれ配設されている。磁性細線２Ｃは凸部８を備えている。図１７（ｂ）に示すように、凸部８は、磁性細線２Ｃの長手方向において第１の所定長を隔てた下流側の領域２２と上流側の領域２３とにそれぞれ配設されている。
この磁性細線メモリ１Ｅの変形例も、磁区の広がりを制御して一定長の磁区を形成することが可能となり、磁区を磁性細線に高密度に形成することができる。
この磁性細線メモリ１Ｅの変形例も、磁区の広がりを制御して一定長の磁区を形成することが可能となり、磁区を磁性細線に高密度に形成することができる。
【0083】
以上、本発明の実施形態に係る磁性細線メモリについて説明したが、本発明の趣旨はこれらの記載に限定されるものではなく、特許請求の範囲の記載に基づいて広く解釈されなければならない。また、これらの記載に基づいて種々変更、改変などしたものも本発明の趣旨に含まれることはいうまでもない。
【0084】
例えば、各実施形態の磁性細線メモリとして１本の磁性細線を有する形態を図示したが、これに限らず、図１８に示すように磁性細線２の本数は複数でもよい。図１８に示す磁性細線メモリ１Ｆは、図７に示す第１実施形態の磁性細線メモリ１の変形例に係る磁性細線メモリである。なお、図１８では、基板１０（図１参照）や層間絶縁膜３（図１参照）の図示を省略している。また、一例として４本の磁性細線２を図示したが、本数はこれに限定されるものではなく任意である。この磁性細線メモリ１Ｆは、基板１０（図１参照）上に複数の磁性細線２が磁性細線２の幅方向に所定間隔で平行に配設されている。このようにすることで磁性細線メモリの記憶容量を高めることができる。また、第２ないし第５実施形態やそれらの変形例において複数の磁性細線を備えるようにしてもよいことは勿論である。
【符号の説明】
【0085】
１，１Ｂ，１Ｃ，１Ｄ，１Ｅ，１Ｆ 磁性細線メモリ
２，２Ｂ，２Ｃ，２Ｅ 磁性細線
３ 層間絶縁膜
４，４ａ，４ｂ 記録素子
４Ｒ 記録素子の右端
６ 凹部
６ａ 凹部の左端
６ｂ 凹部の右端
８ 凸部
１０ 基板
１１，１２ 導体配線
１３ 上向き磁区領域
１４ 下向き磁区領域
１５ 磁壁
２１，２２，２３ 領域
２，２Ｂ，２Ｃ，２Ｅ 磁性細線
３ 層間絶縁膜
４，４ａ，４ｂ 記録素子
４Ｒ 記録素子の右端
６ 凹部
６ａ 凹部の左端
６ｂ 凹部の右端
８ 凸部
１０ 基板
１１，１２ 導体配線
１３ 上向き磁区領域
１４ 下向き磁区領域
１５ 磁壁
２１，２２，２３ 領域
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】
【図9】
【図10】
【図11】
【図12】
【図13】
【図14】
【図15】
【図16】
【図17】
【図18】