特許 7666919 磁壁移動素子及び磁気アレイ

(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】2025-04-14

(45)【発行日】2025-04-22

(54)【発明の名称】磁壁移動素子及び磁気アレイ

(51)【国際特許分類】

   H10B 61/00 20230101AFI20250415BHJP

   H10D 48/40 20250101ALI20250415BHJP

   H10N 50/10 20230101ALI20250415BHJP

【ＦＩ】

H10B61/00

H10D48/40 Z

H10N50/10 Z

【請求項の数】 8

(21)【出願番号】P 2020207649

(22)【出願日】2020-12-15

(65)【公開番号】P2022094645

(43)【公開日】2022-06-27

【審査請求日】2023-07-11

【前置審査】

(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】100141139

【弁理士】

【氏名又は名称】及川 周

(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】100114937

【弁理士】

【氏名又は名称】松本 裕幸

(72)【発明者】

【氏名】米村 祥吾

(72)【発明者】

【氏名】佐々木 智生

(72)【発明者】

【氏名】柴田 竜雄

【審査官】田邊 顕人

(56)【参考文献】

【文献】特開２０２０－１５０１１３（ＪＰ，Ａ）

【文献】国際公開第２０１７／１８３５７４（ＷＯ，Ａ１）

【文献】国際公開第２０１５／０６８５０９（ＷＯ，Ａ１）

【文献】国際公開第２００９／００１７０６（ＷＯ，Ａ１）

【文献】特開２０１９－０４６９７６（ＪＰ，Ａ）

【文献】米国特許出願公開第２００９／０１０９７３９（ＵＳ，Ａ１）

【文献】国際公開第２０１７／２１３２６１（ＷＯ，Ａ１）

【文献】特開２０１６－１７８１７８（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｈ１０Ｂ ６１／００

Ｈ１０Ｄ ４８／４０

Ｈ１０Ｎ ５０／１０

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

基板の上方にあり、前記基板に近い側から順に積層された強磁性層と非磁性層と磁壁移動層とを有する積層体と、第１導電層と、第１表面層と、前記磁壁移動層の延びる方向において前記第１導電層と離間して配置された第２導電層と、を備え、
前記非磁性層は、前記強磁性層と前記磁壁移動層との間に挟まれ、
前記第１導電層は、前記磁壁移動層の上面に接続され、
前記第１表面層は、前記磁壁移動層の上面のうち、平面視において前記第１導電層と前記第２導電層との間のすべての領域と接し、
前記第１表面層の抵抗率は、前記磁壁移動層の抵抗率よりも高く、
前記第１導電層及び前記第２導電層は、それぞれ、前記第１表面層と前記磁壁移動層との間に挟まれている領域を有する、磁壁移動素子。

【請求項2】

基板の上方にあり、前記基板に近い側から順に積層された強磁性層と非磁性層と磁壁移動層とを有する積層体と、第１導電層と、第１表面層と、前記磁壁移動層の延びる方向において前記第１導電層と離間して配置された第２導電層と、を備え、
前記非磁性層は、前記強磁性層と前記磁壁移動層との間に挟まれ、
前記第１導電層は、前記磁壁移動層の上面に接続され、
前記第１表面層は、前記磁壁移動層の上面のうち、平面視において前記第１導電層と前記第２導電層との間のすべての領域と接し、
前記第１表面層の抵抗率は、前記磁壁移動層の抵抗率よりも高く、
前記第１導電層の上面に接する第１の第２表面層と、前記第２導電層の上面に接する第２の第２表面層と、をさらに有し、
前記第１の第２表面層の抵抗率及び前記第２の第２表面層の抵抗率は、前記磁壁移動層の抵抗率よりも高い、磁壁移動素子。

【請求項3】

前記第１表面層の上面と接する絶縁層をさらに備える、請求項１又は２に記載の磁壁移動素子。

【請求項4】

前記第１表面層はアモルファスまたは微結晶を含む、請求項１～３のいずれか一項に記載の磁壁移動素子。

【請求項5】

前記第１表面層は、Ｂｉ，Ｎｉ，Ｃｒ，Ｔｉ，Ｚｒ，Ｗからなる群から選択される少なくともいずれかの元素を含む、請求項１～４のいずれか一項に記載の磁壁移動素子。

【請求項6】

前記磁壁移動層の磁化容易方向は、前記磁壁移動層が広がる面に対して交差している、請求項１～５のいずれか一項に記載の磁壁移動素子。

【請求項7】

前記第１導電層の側面に接する第１の第３表面層と、前記第２導電層の側面に接する第２の第３表面層と、をさらに有し、
前記第１の第３表面層の抵抗率及び前記第２の第３表面層の抵抗率は、前記磁壁移動層の抵抗率よりも高い、請求項１又は２に記載の磁壁移動素子。

【請求項8】

基板と、複数の請求項１～７のいずれか一項に記載の磁壁移動素子と、を有し、
複数の前記磁壁移動素子は、前記基板上に集積されている、磁気アレイ。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、磁壁移動素子及び磁気アレイに関する。

【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。記録メモリの大容量化を実現するために、メモリを構成する素子の小型化、メモリを構成する素子一つあたりの記録ビットの多値化が検討されている。

【0004】

特許文献１には、磁壁移動層（第１強磁性層）における磁壁を移動させることで、多値又はデジタルにデータを記録することができる磁壁移動素子が記載されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0005】

【文献】特許第５４４５９７０号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0006】

磁壁移動素子の磁気抵抗は、磁壁の位置により変化する。磁壁移動層に不純物や欠陥がある場合、磁壁は不純物や欠陥によりトラップされやすい。すなわち、磁壁移動層に意図せぬ不純物や欠陥があると、磁壁移動素子における磁壁の動作が不安定になる。特許文献１の磁壁移動素子も、磁壁移動層に不純物や欠陥が含まれ、磁壁の動作が不安定になる場合があった。

【0007】

本発明は上記問題に鑑みてなされたものであり、磁壁の動作を安定化できる磁壁移動素子及び磁気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】

【0008】

（１）本発明の第１の態様に係る磁壁移動素子は、基板の上方にあり、前記基板に近い側から順に積層された強磁性層と非磁性層と磁壁移動層とを有する積層体と、第１導電層と、第１表面層と、を備え、前記非磁性層は、前記強磁性層と前記磁壁移動層との間に挟まれ、前記第１導電層は、前記磁壁移動層の上面に接続され、前記第１表面層は、前記磁壁移動層の上面の少なくとも一部と接し、前記第１表面層の抵抗率は、前記磁壁移動層の抵抗率よりも高い。

【0009】

（２）上記態様に係る磁壁移動素子は、前記第１表面層の上面と接する絶縁層をさらに備えていてもよい。

【0010】

（３）上記態様に係る磁壁移動素子において、前記第１表面層はアモルファスまたは微結晶を含んでいてもよい。

【0011】

（４）上記態様に係る磁壁移動素子において、前記第１表面層は、Ｂｉ，Ｎｉ，Ｃｒ，Ｔｉ，Ｚｒ，Ｗからなる群から選択される少なくともいずれかの元素を含んでいてもよい。

【0012】

（５）上記態様に係る磁壁移動素子において、前記第１表面層の厚さは、２ｎｍ以下であってもよい。

【0013】

（６）上記態様に係る磁壁移動素子において、前記磁壁移動層の磁化容易方向は、前記磁壁移動層が広がる面に対して交差していてもよい。

【0014】

（７）上記態様に係る磁壁移動素子において、前記第１導電層の少なくとも一部は、前記第１表面層と前記磁壁移動層との間に挟まれていてもよい。

【0015】

（８）上記態様に係る磁壁移動素子は、前記第１導電層の上面に接する第２表面層をさらに有し、前記第２表面層の抵抗率は、前記磁壁移動層の抵抗率よりも高くてもよい。

【0016】

（９）上記態様に係る磁壁移動素子は、前記第１導電層の側面に接する第３表面層をさらに有し、前記第３表面層の抵抗率は、前記磁壁移動層の抵抗率よりも高くてもよい。

【0017】

（１０）本発明の第２の態様に係る磁気アレイは、基板と、複数の上記態様に係る磁壁移動素子と、を有し、複数の前記磁壁移動素子は、前記基板上に集積されていてもよい。

【発明の効果】

【0018】

上記態様に係る磁壁移動素子及び磁気アレイは、磁壁移動素子における磁壁の動作を安定化することができる。

【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断面図である。

【図4】微結晶を、透過型電子顕微鏡（ＴＥＭ）を用いて電子線回折を行った結果である。

【図5】アモルファスを、透過型電子顕微鏡（ＴＥＭ）を用いて電子線回折を行った結果である。

【図6】比較例に係る磁壁移動素子の断面図である。

【図7】変形例１に係る磁壁移動素子の断面図である。

【図8】変形例２に係る磁壁移動素子の断面図である。

【図9】変形例３に係る磁壁移動素子の断面図である。

【図10】変形例４に係る磁壁移動素子の断面図である。

【図11】変形例５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、図面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、本実施形態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、その要旨を変更しない範囲で適宜変更して実施することが可能である。また、明細書中に記載の組成式は、化学量論組成で記載しているが、構造を維持できる範囲での化学量論組成からのブレは容認される。

【0021】

まず方向について定義する。＋ｘ方向、－ｘ方向、＋ｙ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、後述する磁壁移動層３０が延びる方向であり、後述する第１導電層６０から第２導電層７０へ向かう方向である。－ｘ方向は、＋ｘ方向と反対の方向である。＋ｘ方向と－ｘ方向を区別しない場合は、単に「ｘ方向」と称する。＋ｙ方向は、ｘ方向と直交する一方向である。－ｙ方向は、＋ｙ方向と反対の方向である。＋ｙ方向と－ｙ方向を区別しない場合は、単に「ｙ方向」と称する。＋ｚ方向は、後述する基板Ｓｕｂから磁壁移動素子１００へ向かう方向である。－ｚ方向は、＋ｚ方向と反対の方向である。＋ｚ方向と－ｚ方向を区別しない場合は、単に「ｚ方向」と称する。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】

次に、本実施形態で用いる用語について定義する。本明細書において「接続」とは、主体が客体（接続対象）に対して電気的な影響を及ぼすことができる状態であることを意味しており、主体が客体と直接接する状態に限られない。また本明細書において「接する」とは、主体が客体に直接接している状態を意味する。また「上方にある」とは、主体が客体の上にある状態を意味し、主体が客体の上にありかつ主体が客体と接する状態、および、主体が客体の上にありかつ主体が客体と離間している状態のいずれも含む。

【0023】

［第１実施形態］
図１は、第１実施形態にかかる磁気アレイの構成図である。磁気アレイ２００は、複数の磁壁移動素子１００と、複数の第１配線Ｗｐと、複数の第２配線Ｃｍと、複数の第３配線Ｒｐと、複数の第１スイッチング素子ＳＷ１と、複数の第２スイッチング素子ＳＷ２と、複数の第３スイッチング素子ＳＷ３と、を備える。磁気アレイ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、スピンメモリスタ、磁気光学素子に利用できる。

【0024】

＜第１配線、第２配線、第３配線＞
第１配線Ｗｐのそれぞれは、書き込み配線である。第１配線Ｗｐはそれぞれ、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、使用時に磁気アレイ２００の一端に接続される。

【0025】

第２配線Ｃｍのそれぞれは、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Ｃｍのそれぞれは、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Ｃｍ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。

【0026】

第３配線Ｒｐのそれぞれは、読み出し配線である。第３配線Ｒｐはそれぞれ、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、使用時に磁気アレイ２００の一端に接続される。

【0027】

＜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において、複数の磁壁移動素子１００のそれぞれに、第１スイッチング素子ＳＷ１、第２スイッチング素子ＳＷ２、第３スイッチング素子ＳＷ３が接続されている。第１スイッチング素子ＳＷ１は、磁壁移動素子１００と第１配線Ｗｐとの間に接続されている。第２スイッチング素子ＳＷ２は、磁壁移動素子１００と第２配線Ｃｍとの間に接続されている。第３スイッチング素子ＳＷ３は、磁壁移動素子１００と第３配線Ｒｐとの間に接続されている。

【0028】

第１スイッチング素子ＳＷ１及び第２スイッチング素子ＳＷ２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Ｗｐと第２配線Ｃｍとの間に書き込み電流が流れる。第２スイッチング素子ＳＷ２及び第３スイッチング素子ＳＷ３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Ｃｍと第３配線Ｒｐとの間に読み出し電流が流れる。

【0029】

第１スイッチング素子ＳＷ１、第２スイッチング素子ＳＷ２及び第３スイッチング素子ＳＷ３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ＳＷ１、第２スイッチング素子ＳＷ２及び第３スイッチング素子ＳＷ３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。

【0030】

第１スイッチング素子ＳＷ１、第２スイッチング素子ＳＷ２、第３スイッチング素子ＳＷ３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ＳＷ１を共有する場合は、第１配線Ｗｐの上流（一端）に一つの第１スイッチング素子ＳＷ１を設ける。例えば、第２スイッチング素子ＳＷ２を共有する場合は、第２配線Ｃｍの上流（一端）に一つの第２スイッチング素子ＳＷ２を設ける。例えば、第３スイッチング素子ＳＷ３を共有する場合は、第３配線Ｒｐの上流（一端）に一つの第３スイッチング素子ＳＷ３を設ける。

【0031】

図２は、第１実施形態に係る磁気アレイ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を磁壁移動層３０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。

【0032】

図２に示す第１スイッチング素子ＳＷ１及び第２スイッチング素子ＳＷ２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ＳＷ３は、第３配線Ｒｐと電気的に接続され、例えば、図２においてｙ方向にずれた位置にある。

【0033】

トランジスタＴｒのそれぞれと磁壁移動素子１００とは、配線ｗ１、ｗ２を介して、電気的に接続されている。配線ｗ１、ｗ２は、導電性を有する材料を含む。配線ｗ１は、ｚ方向に延びるビア配線である。配線ｗ２は、ｘｙ面内のいずれかの方向に延びる面内配線である。配線ｗ１、ｗ２は、絶縁層Ｉｎの開口内に形成される。

【0034】

絶縁層Ｉｎは、多層配線の配線間や素子間を絶縁する絶縁層である。磁壁移動素子１００とトランジスタＴｒとは、配線ｗ１、ｗ２を除いて、絶縁層Ｉｎによって電気的に分離されている。絶縁層Ｉｎ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）、酸窒化アルミニウム（ＡｌＯＮ）、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）、酸化ジルコニウム（ＺｒＯ_ｘ）等である。

【0035】

図２では、磁壁移動素子１００が絶縁層Ｉｎを挟んで基板Ｓｕｂの上方にある例を示したが、磁壁移動素子１００は基板Ｓｕｂ上にあってもよい。

【0036】

［磁壁移動素子］
図３は、第１実施形態に係る磁壁移動素子１００の断面図である。磁壁移動素子１００は、基板Ｓｕｂの上方に積層された積層体１と第１表面層５０と第１導電層６０と第２導電層７０とを有する。第１表面層５０は、積層体１の上面の少なくとも一部に積層される。第１導電層６０および第２導電層７０は、積層体１の上面の少なくとも一部に積層される。積層体１は、強磁性層１０と非磁性層２０と磁壁移動層３０とを有する。図３は、磁壁移動素子１００を磁壁移動層３０のｙ方向の中心を通るｘｚ平面で切断した断面図である。磁壁移動素子１００の一例は、記憶素子である。

【0037】

「強磁性層」
強磁性層１０は、非磁性層２０に面する。強磁性層１０は、一方向に配向した磁化Ｍ_１０を有する。強磁性層１０の磁化Ｍ_１０は、所定の外力が印加された際に磁壁移動層３０の磁化Ｍ_３３Ａ、Ｍ_３３Ｂよりも配向方向が変化しにくい。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１０は、磁化固定層、磁化参照層と呼ばれることがある。磁化Ｍ_１０は、例えば、＋ｚ方向に配向する。本実施形態において、強磁性層１０は、第１強磁性層という場合がある。

【0038】

以下、磁化がｚ軸方向に配向した例を用いて説明するが、磁壁移動層３０及び強磁性層１０の磁化は、ｘｙ面内のいずれかの方向に配向していてもよい。磁化がｚ方向に配向する場合は、磁化がｘｙ面内に配向する場合より磁壁移動素子１００の消費電力、動作時の発熱が抑制される。また磁化がｚ方向に配向する場合は、磁化がｘｙ面内に配向する場合より同じ強度のパルス電流を印加した際における磁壁ＤＷの移動幅が小さくなる。一方で、磁化がｘｙ面内のいずれかに配向する場合は、磁化がｚ方向に配向する場合より磁壁移動素子１００の磁気抵抗変化幅（ＭＲ比）が大きくなる。

【0039】

強磁性層１０は、強磁性体を含む。強磁性層１０を構成する強磁性材料としては、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用いることができる。強磁性層１０は、例えば、Ｃｏ－Ｆｅ、Ｃｏ－Ｆｅ－Ｂ、Ｎｉ－Ｆｅである。

【0040】

強磁性層１０を構成する材料は、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。

【0041】

強磁性層１０の膜厚は、強磁性層１０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以下や、１．０ｎｍ以下としてもよい。強磁性層１０の膜厚を薄くすると、強磁性層１０と他の層（非磁性層２０）との界面で、強磁性層１０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１０の磁化がｚ方向に配向しやすくなる。

【0042】

強磁性層１０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１０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してもよく、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してもよい。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１０の磁化がｚ方向に配向しやすくなる。

【0043】

「磁壁移動層」
磁壁移動層３０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。磁壁移動層３０は、非磁性層２０を挟んで、強磁性層１０と対向する磁性層である。磁壁移動層３０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。

【0044】

磁壁移動層３０は、磁化固定領域３１、３２と磁壁移動領域３３とを有する。磁壁移動領域３３は、二つの磁化固定領域３１、３２に挟まれる。

【0045】

磁化固定領域３１は、磁壁移動層３０のうち、ｚ方向から見て第１導電層６０と重なる領域である。磁化固定領域３２は、磁壁移動層３０のうち、ｚ方向から見て第２導電層７０と重なる領域である。磁化固定領域３１、３２の磁化Ｍ_３１、Ｍ_３２は、後述する磁壁移動領域３３第１磁区３３Ａ、第２磁区３３Ｂの磁化Ｍ_３３Ａ、Ｍ_３３Ｂより磁化反転しにくく、磁壁移動領域３３の磁化Ｍ_３３Ａ、Ｍ_３３Ｂ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３１、３２の磁化Ｍ_３１、Ｍ_３２は、磁壁移動領域３３の磁化Ｍ_３３Ａ、Ｍ_３３Ｂに対して固定されていると言われる。

【0046】

磁化固定領域３１の磁化Ｍ_３１と、磁化固定領域３２の磁化Ｍ_３２とは異なる方向に配向している。磁化固定領域３１の磁化Ｍ_３１と、磁化固定領域３２の磁化Ｍ_３２とは、例えば、反対方向に配向している。磁化固定領域３１の磁化Ｍ_３１は例えば＋ｚ方向に配向し、磁化固定領域３２の磁化Ｍ_３２は例えば－ｚ方向に配向している。

【0047】

磁壁移動領域３３は、第１磁区３３Ａと第２磁区３３Ｂとからなる。第１磁区３３Ａは、磁化固定領域３１に隣接する。第１磁区３３Ａの磁化Ｍ_３３Ａは、磁化固定領域３１の磁化Ｍ_３１の影響を受けて、例えば、磁化固定領域３１の磁化Ｍ_３１と同じ方向（平行）に配向する。第２磁区３３Ｂは、磁化固定領域３２に隣接する。第２磁区３３Ｂの磁化Ｍ_３３Ｂは、磁化固定領域３２の磁化Ｍ_３２の影響を受けて、例えば、磁化固定領域３２の磁化Ｍ_３２と同じ方向に配向する。そのため、第１磁区３３Ａの磁化Ｍ_３３Ａと第２磁区３３Ｂの磁化Ｍ_３３Ｂとは、反対方向（反平行）に配向する。

【0048】

第１磁区３３Ａと第２磁区３３Ｂとの境界が磁壁ＤＷである。磁壁ＤＷは、磁壁移動領域３３内を移動する。磁壁ＤＷは、原則、磁化固定領域３１、３２には侵入しない。

【0049】

磁壁移動素子１００は、磁壁移動層３０の磁壁ＤＷの位置によって、データを多値又は連続的に記録できる。磁壁移動層３０に記録されたデータは、読み出し電流を印加した際に、磁壁移動素子１００の抵抗値変化として読み出される。

【0050】

磁壁移動領域３３における第１磁区３３Ａと第２磁区３３Ｂとの比率は、磁壁ＤＷが移動すると変化する。磁壁ＤＷが＋ｘ方向に移動し、ｚ方向からの平面視で第１磁区３３Ａ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、磁壁ＤＷが－ｘ方向に移動し、ｚ方向からの平面視で第２磁区３３Ｂ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。

【0051】

磁壁ＤＷは、磁壁移動領域３３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３３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ＤＷは－ｘ方向に移動する。第１磁区３３Ａから第２磁区３３Ｂに向って電流が流れる場合、第２磁区３３Ｂでスピン偏極した電子は、第１磁区３３Ａの磁化Ｍ_３３Ａを磁化反転させる。第１磁区３３Ａの磁化Ｍ_３３Ａが磁化反転することで、磁壁ＤＷは－ｘ方向に移動する。

【0052】

磁壁移動層３０は、磁性体により構成される。磁壁移動層３０は、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｆｅ、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。磁壁移動層３０に用いられる材料として、例えば、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ＤＷを移動するために必要な閾値電流が小さくなる。また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ＤＷの移動速度が遅くなる。

【0053】

磁壁移動層３０の磁化容易方向は、磁壁移動層３０が広がる面に対して交差させることが好ましい。すなわち、磁壁移動層３０の磁化容易軸はｚ方向とする（垂直磁化膜にする）ことが好ましい。磁壁移動層３０が垂直磁化膜であると、磁壁ＤＷの駆動を低電流ですることができる。

【0054】

「非磁性層」
非磁性層２０は、強磁性層１０と磁壁移動層３０との間に位置する。非磁性層２０は、磁壁移動層３０の一面に積層される。

【0055】

非磁性層２０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、Ｇａ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２０が非磁性の絶縁体からなる場合、非磁性層２０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。

【0056】

非磁性層２０の厚みは、例えば２０Å以上であり、３０Å以上であってもよい。非磁性層２０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、例えば１×１０^５Ωμｍ^２以上であり、１×１０^６Ωμｍ^２以上であってもよい。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２０をｘｙ平面で切断した切断面の面積）の積で表される。

【0057】

「第１表面層」
第１表面層５０は、磁壁移動層３０の上面３０ａの少なくとも一部と接する。第１表面層５０は、例えば、上面３０ａのうち、第１部分３０ａ１の少なくとも一部と接する。また第１表面層５０は、第１部分３０ａ１の全体と接していてもよい。図３においては、第１部分の全体と接する状態を示す。上面３０ａとは、磁壁移動層３０のｚ方向における上面であり、第１部分３０ａ１とは、上面３０ａのうち後述する第１導電層６０と第２導電層７０との間の部分である。
第１表面層５０は、例えばｚ方向において磁壁移動層３０と絶縁層Ｉｎとに挟まれる。

【0058】

第１表面層５０は、第１導電層６０と隣接する。第１表面層５０は、例えばｘ方向において第１導電層６０と第２導電層７０とに挟まれる。

【0059】

第１表面層５０の抵抗率は、磁壁移動層３０の抵抗率よりも高い。第１表面層５０の抵抗率は、例えば磁壁移動層３０の抵抗率の２倍以上や、３倍以上であってもよい。また、第１表面層５０ａの抵抗値は、磁壁移動層３０の抵抗値よりも高くてもよい。第１表面層５０ａの抵抗値は、磁壁移動層３０の抵抗値の例えば、２倍以上や３倍以上であってもよい。

【0060】

第１表面層５０は、金属元素又は合金を含む層であり、例えばＢｉ，Ｎｉ，Ｃｒ，Ｔｉ，Ｚｒ，Ｗからなる群から選択される金属、これらの金属元素を１種以上含む合金等を含む。第１表面層５０は、金属元素又は合金からなる層であってもよい。これらの金属元素又は合金を含むことで、第１表面層５０に電流が流れることを一層抑制できる。また、磁壁移動層３０に流す電流を低電流にし、安定して磁壁ＤＷを駆動できる。

【0061】

Ｂｉ，Ｎｉ，Ｃｒ，Ｔｉ，Ｚｒ，Ｗからなる群から選択される金属元素を１種以上含む合金としては、例えばマンガニン、ニクロムなどが用いられる。第１表面層５０としては、合金よりも金属を用いる方が製造しやすさの観点から好ましい。また、合金は複数元素の組成比によって抵抗率が変動するため、合金よりも金属を用いる方が抵抗率の制御の容易性という観点から好ましい。

【0062】

第１表面層５０は、微結晶又はアモルファスを含んでいてもよい。第１表面層５０は、内部に微結晶又はアモルファスを含んでいてもよく、その表面に微結晶又はアモルファスを含んでいてもよい。第１表面層５０は、微結晶又はアモルファスであってもよい。第１表面層５０が微結晶又はアモルファスを含んでいると、第１表面層５０が結晶化することが抑制される。すなわち、第１表面層５０が微結晶又はアモルファスを含むことで、第１表面層５０の抵抗率を高くすることができる。

【0063】

微結晶は、粒径が微小な結晶である。本実施形態において、微結晶は、ＸＲＤ（Ｘ線回折法）で回折パターンを得られないが、ＥＤ（電子線回折法）で回折パターンを得られるものをいう。またアモルファスとは、ＸＲＤ及びＥＤのいずれでも回折パターンを得られないものをいう。本実施形態において、微結晶及びアモルファスは、いずれもＸＲＤで回折パターンを得られず、例えば連続的でブロードなピークを得られるＸ線アモルファスである。

【0064】

図４は、ＴＥＭ（透過型電子顕微鏡）を用いて微結晶に対して、電子線回折を行った結果である。また、図５は、ＴＥＭを用いてアモルファスに対して電子線回折を行った結果である。図４及び図５に示す白い部分は、回折光が検出された回折スポットである。

【0065】

微結晶は、結晶構造を有する。そのため、微結晶は図４に示されるように、電子線回折において結晶構造に伴う回折スポットを得られる。一方、アモルファスは特定の結晶構造を持たない。そのため、アモルファスは図５に示されるように、電子線回折において、円環状のハローパターンが確認され、結晶構造に伴う回折スポットが確認されない。尚、単結晶に対して電子線回折を行った回折スポットでは、結晶構造による回折スポットが確認される。単結晶の回折スポットは円環状にはならない。

【0066】

第１表面層５０のｙ方向に対し垂直な断面の面積を小さくすると、第１表面層５０の抵抗値を低くすることができる。例えば、第１表面層５０のｚ方向における高さ（厚さ）を薄くすることで、第１表面層５０の抵抗値を低くすることができる。第１表面層５０の厚さは、例えば２ｎｍ以下や、１ｎｍ以下であってもよい。また、第１表面層５０の厚さを当該範囲にすることで、第１表面層５０がアモルファス又は微結晶を含みやすくなる。

【0067】

「第１導電層及び第２導電層」
第１導電層６０及び第２導電層７０は、磁壁移動層３０の上面３０ａの少なくとも一部に接続される。第２導電層７０は、第１導電層６０と離間して磁壁移動層３０に接続される。第２導電層７０は、例えば、磁壁移動層３０の上面３０ａに接続される。第２導電層７０は、磁壁移動層３０の側面など、上面３０ａ以外の面に接続されてもよい。第１導電層６０及び第２導電層７０は、例えば磁壁移動層３０の第１端部及び第２端部に接続される。第１導電層６０、第２導電層７０と磁壁移動層３０とは、直接接していてもよく、間にほかの層を介していてもよい。

【0068】

第１導電層６０の少なくとも一部が第１表面層５０と磁壁移動層３０との間に挟まれる。図３においては、第１導電層６０の挟持部６１が、第１表面層５０の重畳部５１と磁壁移動層３０との間に挟まれる。第２導電層７０の少なくとも一部は、例えば、第１表面層５０と磁壁移動層３０との間に挟まれる。図３においては、第２導電層７０の挟持部７１が、重畳部５２と磁壁移動層３０との間に挟まれる。すなわち、重畳部５１及び挟持部６１並びに重畳部５２及び挟持部７１は、それぞれｚ方向に重なる。

【0069】

重畳部５１のｘ方向における長さは、例えば第１導電層６０のｘ方向における長さの１／１０倍未満である。重畳部５２のｘ方向における長さは、例えば第２導電層７０のｘ方向における長さの１／１０倍未満である。

【0070】

第１導電層６０及び第２導電層７０は、導電性を有する材料からなる。第１導電層６０及び第２導電層７０は、例えば、磁性体を含む。第１導電層６０及び第２導電層７０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、および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６０及び第２導電層７０は、例えば、Ｃｏ－Ｆｅ、Ｃｏ－Ｆｅ－Ｂ、Ｎｉ－Ｆｅ等である。

【0071】

また第１導電層６０及び第２導電層７０の磁化容易軸をｚ方向とする（垂直磁化膜にする）場合は、第１導電層６０及び第２導電層７０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してもよい。また第１導電層６０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。

【0072】

第１導電層６０が磁性体を含む場合、第１導電層６０の磁化Ｍ_６０は、一方向に配向する。磁化Ｍ_６０は、例えば、＋ｚ方向に配向する。第１導電層６０は、磁化固定領域３１の磁化Ｍ_３１を固定する。第１導電層６０の磁化Ｍ_６０と磁化固定領域３１の磁化Ｍ_３１とは、例えば同じ方向に配向する。

【0073】

第２導電層７０が磁性体を含む場合、第２導電層７０の磁化Ｍ_７０は、第１導電層６０の磁化Ｍ_６０と異なる方向に配向する。磁化Ｍ_７０は、例えば、－ｚ方向に配向する。この場合、第２導電層７０は、磁化固定領域３２の磁化Ｍ_３２を固定し、第２導電層７０の磁化Ｍ_７０と磁化固定領域３２の磁化Ｍ_３２とは、例えば、同じ方向に配向する。第２導電層７０が磁性体を含まない場合は、磁化固定領域３２の磁化Ｍ_３２は、例えば、外部磁場等によって固定される。

【0074】

ここでは、第１導電層６０、第２導電層７０がいずれも磁性体の例を提示している。第１導電層６０、第２導電層７０のそれぞれは磁性体でなくてもよい。第１導電層６０及び第２導電層７０が磁性体でない場合は、電流密度第１導電層６０及び第２導電層７０と接する部分で磁壁移動層３０の電流密度が急激に減少することで、磁壁ＤＷの移動範囲が磁壁移動領域３３内に制限される。

【0075】

第１導電層６０、第２導電層７０及び磁壁移動層３０の磁化容易方向がｚ方向とする（垂直磁化膜にする）場合は、磁化固定領域３１，３２の磁化Ｍ_３１及びＭ_３２の方向をｚ方向に固定できる。

【0076】

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（Ｍａｎｇｅｔｏ Ｏｐｔｉｃａｌ Ｋｅｒｒ Ｅｆｆｅｃｔ）を用いて測定できる。ＭＯＫＥによる測定は、直接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。

【0077】

次いで、磁壁移動素子１００の製造方法について説明する。磁壁移動素子１００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、イオンミリング等を用いて行うことができる。

【0078】

まず基板Ｓｕｂの上方に、強磁性層、非磁性層、磁壁移動層、導電層を順に積層する。次いで、例えば、フォトリソグラフィーによりこれらの層のｘ方向及びｙ方向の不要部を除去すると、各層は所定の形状に加工され、強磁性層は強磁性層１０、非磁性層は非磁性層２０、磁壁移動層は磁壁移動層３０となる。次いで、導電層のうち、磁壁移動層３０の端部と重なる２つの部分を除く部分を、例えばイオンミリングにより除去する。すなわち、磁壁移動層３０の上面３０ａのうち、第１部分３０ａ１に対応する部分は露出する。当該処理により導電層は、第１導電層６０及び第２導電層７０となる。次いで、第１部分３０ａ１上に第１表面層５０を積層する。その後、第１表面層、第１導電層６０及び第２導電層７０の上面は絶縁層Ｉｎで覆ってもよい。すなわち、磁壁移動素子１００は、第１表面層５０の上面と接する絶縁層Ｉｎを備えていてもよい。このようにして、図３に示す磁壁移動素子１００は得られる。図１及び図２に示す磁気アレイ２００は、本実施形態に係る磁壁移動素子１００の製造方法、及び公知の磁気アレイの製造方法を用いて製造される。

【0079】

第１実施形態に係る磁壁移動素子１００によれば、磁壁ＤＷの動作を安定化させることができる。磁壁ＤＷの動作とは、例えば磁壁ＤＷの移動しやすさ等の磁壁ＤＷの制御性である。磁壁ＤＷの制御性が高まると、誤書き込み等の誤動作を防ぐことができ、磁壁移動素子１００の信頼性が向上する。本実施形態に係る磁壁移動素子１００が上述の効果を得られる理由について、比較例を用いて説明する。

【0080】

図６は、比較例に係る磁壁移動素子３００の断面図である。比較例に係る磁壁移動素子３００は、ボトムピン型の磁壁移動素子である。比較例に係る磁壁移動素子３００は、第１表面層５０を有しておらず、第１部分３０ａ１´に絶縁層Ｉｎ´が接している点が第１実施形態に係る磁壁移動素子１００と異なる。磁壁移動素子３００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。

【0081】

磁壁移動素子３００は、その製造工程において、磁壁移動層３０´を形成した後に絶縁層Ｉｎ´が形成される。絶縁層Ｉｎ´としては、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）等が用いられるため、絶縁層Ｉｎ´を形成する工程では、磁壁移動層３０´の上面３０ａ´が酸化或いは窒化する場合がある。また、絶縁層Ｉｎ´を形成する工程では、磁壁移動層３０´の上面３０ａ´に欠陥が生じる場合がある。すなわち、上面３０ａ´の第１部分３０ａ１´には酸化物や窒化物等の不純物や、欠陥が含まれている場合がある。

【0082】

磁壁移動層３０´中の不純物や欠陥は、磁壁ＤＷのトラップ要因である。磁壁移動層３０´中にトラップ要因が存在すると、トラップ要因の近傍で磁壁ＤＷが強くトラップされる場合がある。磁壁ＤＷが強くトラップされると、所定の電流密度の電流を磁壁移動層３０´に印加しても磁壁ＤＷがスムーズに動作しなくなる。すなわち、磁壁移動素子３００は、欠陥等により磁壁ＤＷがトラップされた場合にも磁壁ＤＷを動かすのに十分なエネルギーが必要であり、反転電流密度以上の電流を印加しないと安定動作しない。

【0083】

これに対し、第１実施形態に係る磁壁移動素子１００において第１表面層５０は、磁壁移動層３０の上面３０ａの少なくとも一部が接する。そのため、磁壁移動素子１００では、第１表面層５０を形成した後に絶縁層Ｉｎが形成される。従って、磁壁移動素子１００の製造過程では、上面３０ａに酸化物や窒化物等の不純物及び欠陥の発生が抑制される。従って、第１実施形態に係る磁壁移動素子１００では、磁壁移動層３０にトラップ要因が形成されることを抑制できる。

【0084】

従って、第１実施形態に係る磁壁移動素子１００では、磁壁ＤＷの動作を安定化することができる。

【0085】

また、第１実施形態に係る磁壁移動素子１００では、磁壁移動層と第１導電層及び第２導電層を一括で積層できるため、磁壁移動層３０と第１導電層６０及び第２導電層７０との磁気結合が安定化する。また、第１実施形態に係る磁壁移動素子１００においては、挟持部６１及び７１が絶縁層Ｉｎにより酸化または窒化されることを抑制できる。

【0086】

第１表面層５０の抵抗率は、磁壁移動層３０の抵抗率よりも高い。そのため、磁壁移動素子１００において、磁壁移動層３０のｘ方向に書き込み電流を印加した書き込み電流を印加したときに電流が第１表面層５０に分流することを抑制できる。

【0087】

［第１変形例］
図７は、第１変形例に係る磁壁移動素子１０１の断面図である。磁壁移動素子１０１は、第１表面層５０ａ、第１導電層６０ａ及び第２導電層７０ａの形状が第１実施形態に係る磁壁移動素子１００と異なる。磁壁移動素子１０１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、説明を省略する。

【0088】

図７に示す磁壁移動素子１０１においては、第１表面層５０ａの少なくとも一部が第１導電層６０ａと磁壁移動層３０とに挟まれる。また、第１表面層５０ａの少なくとも一部が第２導電層７０ａと磁壁移動層３０とに挟まれる。

【0089】

磁壁移動素子１０１を製造するためには、例えば、先ず基板Ｓｕｂ及び絶縁層Ｉｎ上に、強磁性層、非磁性層、磁壁移動層、表面層を順に積層する。次いで、フォトリソグラフィーによりこれらの層のｘ方向及びｙ方向の不要部を除去する。次いで、表面層のうち、磁壁移動層３０の端部と重なる２つの部分を例えば、イオンミリングにより除去する。すなわち、磁壁移動層３０の上面３０ａのうち、端部に対応する部分は露出する。当該処理により、表面層は、第１表面層５０ａとなる。次いで、露出した磁壁移動層３０の端部に導電体を充填し、第１導電層６０ａ及び第２導電層７０ａを形成する。次いで、第１表面層５０ａ、第１導電層６０ａ及び第２導電層７０ａを絶縁層Ｉｎで覆ってもよい。磁壁移動素子１００の第１導電層６０及び第２導電層７０と磁壁移動層１０１の第１導電層６０ａ及び第２導電層７０ａの形状の違いは、その製造工程の順序の違いに伴う。

【0090】

第１変形例に係る磁壁移動素子１０１であっても、第１実施形態に係る磁壁移動素子１００と同様な効果を得られる。特に、磁壁移動素子１０１においては、第１表面層５０ａを第１導電層６０ａ及び第２導電層７０ａよりも先に形成するため、磁壁移動層３０の上面３０ａのうち第１部分３０ａ１がイオンミリングにより粗くなることを抑制できる。そのため、変形例１では、磁壁移動層３０の上面３０ａの表面を滑らかにできる。従って、磁壁ＤＷの動作をより安定化させることができる。

【0091】

また、磁壁移動素子１０１においては、表面層を積層後、表面層のうち第１導電層６０ａ及び第２導電層７０ａに対応する部分をイオンミリング等により除去してから第１導電層６０ａ及び第２導電層７０ａを形成する。そのため、磁壁移動層３０ａのうち第１導電層６０ａと接する面及び第２導電層７０ａと接する面が、第１部分３０ａ１と比べ粗くなる。磁壁移動層３０ａのうち第１導電層６０ａと接する面及び第２導電層７０ａと接する面が粗くなると、磁化固定領域３１，３２において、磁壁ＤＷを固定しやすい。すなわち、磁壁ＤＷが磁化固定領域３１，３２に侵入することを一層抑制できる。

【0092】

なお、図７においては、第１導電層６０ａ及び第１表面層５０ａの少なくとも一部並びに第２導電層７０ａ及び第１表面層５０ａの少なくとも一部がｚ方向に重なる例を示したが、本発明はこの例に限定されない。例えば、第１表面層５０ａが、第１導電層６０ａおよび第２導電層７０ａとｚ方向で重ならない構成であってもよい。

【0093】

［第２変形例］
図８は、第２変形例に係る磁壁移動素子１０２の断面図である。磁壁移動素子１０２は、第２表面層５３及び５４を有する点で、第１実施形態に係る磁壁移動素子１００と異なる。第２表面層５３及び５４は、第１導電層６０の上面６２及び第２導電層７０の上面７２に接する。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、説明を省略する。

【0094】

第２表面層５３，５４としては、第１表面層５０と同様の材料を用いることができる。第２表面層５３，５４の抵抗率は、例えば磁壁移動層３０の抵抗率よりも高い。第２表面層５３，５４の抵抗率は、磁壁移動層３０の抵抗率の２倍以上や３倍以上であってもよい。また第２表面層５３，５４は、それぞれ上面６２，７２の少なくとも一部に形成されていてもよく、上面６２，７２の全体に形成されていてもよい。

【0095】

磁壁移動素子１０２は、例えば磁壁移動素子１０１を形成した後に絶縁層Ｉｎのうち、第１導電層６０又は第２導電層７０と重なる位置にホールを形成し、ホール内に第１表面層５０ａ同様に充填することで製造される。また、第２表面層５３，５４を積層してから絶縁層Ｉｎで覆ってもよい。

【0096】

第２変形例に係る磁壁移動素子１０２であっても、第１実施形態に係る磁壁移動素子１００と同様な効果を得られる。また、磁壁移動素子１０２においては、第１導電層６０，第２導電層７０の上面６２，７２が酸化または窒化することを抑制できる。従って、第１導電層６０，第２導電層７０により、磁化固定領域３１，３２の磁化Ｍ_３１，Ｍ_３２の磁化を強く固定できる。すなわち、磁壁ＤＷが磁化固定領域３１，３２に侵入することを一層抑制できる。

【0097】

［第３変形例］
図９は、第３変形例に係る磁壁移動素子１０３の断面図である。磁壁移動素子１０３は、第１導電層６０及び第２導電層７０の側面に接する第３表面層５６，５７を有する点で磁壁移動素子１０２と異なる。磁壁移動素子１０３において、磁壁移動素子１０２と同様の構成は、同様の符号を付し、説明を省略する。図９においては、第１導電層６０及び第２導電層７０の両側の側面に第３表面層５６，５７が形成される例を図示したが、第１導電層６０及び第２導電層７０の少なくとも片側の側面に第３表面層５６，５７が形成されていればよい。尚、図９においては第１表面層５０、第２表面層５３，５４及び第３表面層５６，５７が一体の場合を例示したが、それぞれが離間するような独立した構成であってもよい。

【0098】

第３表面層５６，５７としては、第１表面層５０と同様の材料を用いることができる。第３表面層５６，５７の抵抗率は、磁壁移動層３０の抵抗率よりも高い。第３表面層５６，５７の抵抗率は、磁壁移動層３０の抵抗率の２倍以上や３倍以上であってもよい。第３表面層５６，５７は、それぞれ第１導電層６０、第２導電層７０のｘ方向における両側の側面に形成されていてもよく、片側の側面に形成されていてもよい。

【0099】

第３変形例に係る磁壁移動素子１０３は、例えば第１実施形態に係る磁壁移動素子１００と同様の方法を用いて製造される。すなわち、磁壁移動素子１０３は、第１導電層６０及び第２導電層７０を形成した後、第１導電層６０、第２導電層７０及び磁壁移動層３０の第１部分３０ａ１上に表面層を形成し、次いで絶縁層Ｉｎで覆うことにより製造される。

【0100】

第３変形例に係る磁壁移動素子１０３であっても、第１実施形態に係る磁壁移動素子１００と同様な効果を得られる。また、磁壁移動素子１０３においては、絶縁層Ｉｎにより、第１導電層６０、第２導電層７０の側面が酸化又は窒化することを抑制できる。従って、第１導電層６０，第２導電層７０により、磁化固定領域３１，３２の磁化Ｍ_３１，Ｍ_３２の磁化を強く固定できる。すなわち、磁壁ＤＷが磁化固定領域３１，３２に侵入することを一層抑制できる。

【0101】

［第４変形例］
図１０は、第４変形例に係る磁壁移動素子１０４の断面図である。磁壁移動素子１０４は、第１表面層５０ｂの少なくとも一部が第１導電層６０ｂ及び第２導電層７０ｂと磁壁移動層３０との間に挟まれる点が磁壁移動素子１００と異なる。磁壁移動素子１０４において、磁壁移動素子１００と同様の構成は同様の符号を付し説明を省略する。

【0102】

第１表面層５０ｂは、ｚ方向からの平面視で、第１導電層６０ｂ及び第２導電層７０ｂと重なる全ての領域に亘って形成されていてもよく、第１導電層６０ｂ及び第２導電層７０ｂと重なる領域の一部を含むように形成されていてもよい。

【0103】

第１表面層５０ｂは、第１表面層５０と同様の材料を用いることができる。第１導電層６０ｂ及び第２導電層７０ｂは、それぞれ磁壁移動層３０と接続する。

【0104】

第１導電層６０ｂ及び第２導電層７０ｂは、ｚ方向における厚さが、それぞれ第１導電層６０及び第２導電層７０よりも小さい。

【0105】

第４変形例に係る磁壁移動素子１０４であっても、第１実施形態に係る磁壁移動素子１００と同様な効果を得られる。

【0106】

［変形例５］
図１１は、変形例５に係る磁壁移動素子１０５の断面図である。磁壁移動素子１０５は、第２導電層７０を有さない点で磁壁移動素子１００と異なる。磁壁移動素子１０５において、磁壁移動素子１００と同様の構成は同様の符号を付し、説明を省略する。

【0107】

磁壁移動素子１０５は、ただ１つの第１導電層６０を有する。磁壁移動素子１０５の磁化固定領域３２は、例えば外部磁場によって固定される。

【0108】

また磁壁移動素子１０５は、磁化固定領域３２を有さなくてもよい。磁化固定領域３２を有さない磁壁移動素子１０５では、印加する電流パルスの大きさを制御することで、磁壁ＤＷの動作を制御できる。

【0109】

本実施形態に係る磁壁移動素子１０５であっても、第１実施形態に係る磁壁移動素子１００と同様な効果を得られる。すなわち、磁壁移動素子１０５のように、少なくとも１つの導電層を有していれば磁壁ＤＷの動作を安定化することができる。

【0110】

尚、図１１において、磁壁移動素子１０５は第１導電層６０のみを有する例を示したが、第２導電層７０のみを有していてもよい。

【0111】

以上、本発明の好ましい実施の形態について詳述したが、本発明は特定の実施の形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲内に記載された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。

【0112】

例えば、第１実施形態、変形例１～５における特徴的な構成をそれぞれ組み合わせてもよい。

【符号の説明】

【0113】

１：積層体、１０：強磁性層、２０：非磁性層、３０：磁壁移動層、３０ａ：上面、３１，３２：磁化固定領域、３３：磁壁移動領域、３３Ａ：第１磁区、３３Ｂ：第２磁区、５０：第１表面層、６０：第１導電層、７０：第２導電層、ＤＷ：磁壁、Ｉｎ：絶縁層

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】