情報記憶素子、及び、情報記憶素子における情報書込み・読出し方法
【課題】安定した磁壁の移動を可能とし、確実に情報の書き込み、保持、読み出しを行い得る磁壁移動型の磁気メモリから成る情報記憶素子を提供する。
【解決手段】情報記憶素子は、帯状の強磁性材料層１１１を備えており、強磁性材料層１１１の一端には第１電極１２１、他端には第２電極１２２が設けられており、第１電極１２１と第２電極１２２との間に電流を流すことで電流誘起磁壁移動が生じ、強磁性材料層１１１において、磁化領域に磁化状態が情報として書き込まれ、若しくは、磁化状態が情報として読み出され、強磁性材料層１１１の少なくとも一部に接して、反強磁性材料から成る反強磁性領域１３０が設けられている。
【解決手段】情報記憶素子は、帯状の強磁性材料層１１１を備えており、強磁性材料層１１１の一端には第１電極１２１、他端には第２電極１２２が設けられており、第１電極１２１と第２電極１２２との間に電流を流すことで電流誘起磁壁移動が生じ、強磁性材料層１１１において、磁化領域に磁化状態が情報として書き込まれ、若しくは、磁化状態が情報として読み出され、強磁性材料層１１１の少なくとも一部に接して、反強磁性材料から成る反強磁性領域１３０が設けられている。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、情報記憶素子、及び、情報記憶素子における情報書込み・読出し方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
コンピュータ等の情報機器においては、現在、外部記憶装置として、ハードディスクドライブが広く用いられている。しかしながら、ハードディスクドライブは回転機構を伴うため、小型化や省電力化が難しい。そこで、小型機器用の外部記憶装置として、フラッシュメモリを用いたシリコンディスクドライブ（ＳＳＤ）が用いられ始めているが、価格が高く、記憶容量も十分ではない。それ故、大記憶容量で、不揮発性、且つ、高速の情報書込み・読出しが可能な記憶装置が強く望まれている。
【０００３】
このような記憶装置の１形態として、情報を磁性体の磁化状態として記録する磁気メモリの発展型である電流誘起磁壁移動型の磁気メモリが考案されている（例えば、特開２００５−１２３６１７や特開２００６−２３７１８３参照）。この電流誘起磁壁移動型の磁気メモリにあっては、帯状の強磁性材料層を複数の磁化領域（磁区）に分割して、強磁性材料層に電流を流すことで、磁化領域の境界である磁壁を移動させながら、強磁性材料層の磁化領域に情報を書き込み、また、情報の読み出しを行う。
【０００４】
【特許文献１】特開２００５−１２３６１７
【特許文献２】特開２００６−２３７１８３
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、このような電流誘起磁壁移動型の磁気メモリには、情報の保持、安定した磁壁の移動に未だ問題がある。磁壁を移動させ易くするためには、強磁性材料層の厚さを薄くしたり、強磁性材料層に軟磁性材料を用いることが考えられるが、このような解決手段は、情報を安定に保持することと反する。また、強磁性材料層内において磁壁が長い距離を移動したとき、磁壁間の距離が変化して情報誤りを起こし易くなる虞がある。
【０００６】
従って、本発明の目的は、安定した磁壁の移動を可能とし、確実に情報の書き込み、保持、読み出しを行い得る磁壁移動型の磁気メモリから成る情報記憶素子、及び、係る情報記憶素子における情報書込み・読出し方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記の目的を達成するための本発明の情報記憶素子における情報書込み・読出し方法は、
帯状の強磁性材料層（強磁性記録層）を備えており、
強磁性材料層の一端には第１電極が設けられており、強磁性材料層の他端には第２電極が設けられており、
第１電極と第２電極との間に電流を流すことで電流誘起磁壁移動が生じ、
強磁性材料層において、磁化領域に磁化状態が情報として書き込まれ、若しくは、磁化状態が情報として読み出され、
強磁性材料層の少なくとも一部に接して、反強磁性材料から成る反強磁性領域が設けられている情報記憶素子における情報書込み・読出し方法であって、
磁壁の移動時、強磁性材料層と反強磁性領域との間の交換結合を消滅あるいは低下させる。
【０００８】
上記の目的を達成するための本発明の情報記憶素子は、
帯状の強磁性材料層（強磁性記録層）を備えており、
強磁性材料層の一端には第１電極が設けられており、強磁性材料層の他端には第２電極が設けられており、
第１電極と第２電極との間に電流を流すことで電流誘起磁壁移動が生じ、
強磁性材料層において、磁化領域に磁化状態が情報として書き込まれ、若しくは、磁化状態が情報として読み出され、
強磁性材料層の少なくとも一部に接して、反強磁性材料から成る反強磁性領域が設けられている。
【０００９】
本発明の情報記憶素子における情報書込み・読出し方法あるいは本発明の情報記憶素子にあっては、磁化領域に磁化状態が情報として書き込まれる。係る情報の書込み形態として、第３電極の構成、構造にも依るが、ＧＭＲ（Giant MagnetoResistance，巨大磁気抵抗）効果あるいはＴＭＲ（Tunnel MagnetoResistance）効果に基づき、電流によるスピン注入磁化反転によって情報が書き込まれる形態を挙げることができる。あるいは又、電流によって形成された磁界に基づき情報が書き込まれる形態を挙げることができる。また、磁化状態が情報として読み出されるが、係る情報の読出し形態として、強磁性材料層における電気抵抗値の高低を検出する形態を挙げることができるし、あるいは又、強磁性材料層における磁界の方向を検出する形態を挙げることができる。磁化領域と磁化領域の境界（界面）である磁壁の移動時（磁壁の移動開始直前、移動開始と同時、移動中を含む）、強磁性材料層と反強磁性領域との間の交換結合を消滅あるいは低下させるためには、強磁性材料層及び／又は反強磁性領域の温度を上昇させればよい。
【発明の効果】
【００１０】
本発明の情報記憶素子、あるいは、本発明の情報記憶素子における情報書込み・読出し方法にあっては、基本的には、
［Ａ］強磁性材料層の軸線方向に沿って、強磁性材料層（強磁性記録層）の温度の上昇に分布を生じさせる。
［Ｂ］強磁性材料層の軸線方向に沿って、反強磁性領域のブロッキング温度ＴＢを変化させる。あるいは又、
［Ｃ］反強磁性領域を周期的に配置する。
といった方策を採用する。ここで、室温においては反強磁性領域によって強磁性材料層の磁化方向が固定されるため、長期間に亙り確実に情報（磁化領域における磁化状態）を保持することができる。また、情報の書込みあるいは読出し時、強磁性材料層と反強磁性領域の交換結合を消滅あるいは低下させる結果、容易に磁壁を移動させることができるので、強磁性材料層内において磁壁が長い距離を移動したときでも、情報誤りを起こし易くなるといった問題の発生を確実に回避することができる。そして、以上の結果として、本発明によれば、安定して情報を保持しながら、確実に情報の書込み、記録、読出しを行うことができ、１つの連続した磁性体素子に多数の情報が記録可能となり、小型、軽量、且つ、安価な情報記憶装置を実現することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
以下、図面を参照して、実施例に基づき本発明を説明する。尚、説明は、以下の順序で行う。
１．本発明の情報記憶素子、及び、情報記憶素子における情報書込み・読出し方法、全般に関する説明
２．実施例１（第１の構成の情報記憶素子及び第１の構成の情報書込み・読出し方法）
３．実施例２（実施例１の情報記憶素子の変形例）
４．実施例３（第２の構成の情報記憶素子及び第２の構成の情報書込み・読出し方法）
５．実施例４（第３の構成の情報記憶素子及び第３の構成の情報書込み・読出し方法）
６．実施例５（第４の構成の情報記憶素子及び第４の構成の情報書込み・読出し方法）
７．実施例６（第５の構成の情報記憶素子及び第５の構成の情報書込み・読出し方法）
【００１２】
［本発明の情報記憶素子、及び、情報記憶素子における情報書込み・読出し方法、全般に関する説明］
本発明の情報記憶素子における情報書込み・読出し方法にあっては、第１電極と第２電極との間に電流を流すことで生成したジュール熱によって、強磁性材料層と反強磁性領域との間の交換結合を消滅あるいは低下させる形態とすることができる。
【００１３】
上記の好ましい形態を含む本発明の情報記憶素子における情報書込み・読出し方法にあっては、複数の反強磁性領域が離間して配置されている構成とすることができる。そして、この場合、記憶する情報のビット数をＮとしたとき、反強磁性領域の数はＮ以上である構成とすることができる。係る構成を、便宜上、『第１の構成の情報書込み・読出し方法』と呼ぶ場合がある。強磁性材料層の軸線方向に沿った離間した反強磁性領域の長さや、隣接する反強磁性領域の間隔は、情報記憶素子に要求される仕様に応じて、適宜、決定すればよい。以上の説明は、後述する第１の構成の情報記憶素子においても同様である。
【００１４】
あるいは又、上記の好ましい形態を含む本発明の情報記憶素子における情報書込み・読出し方法にあっては、磁化領域の磁化状態を固定しておくことができる上限温度（所謂、ブロッキング温度ＴＢであり、強磁性材料層とこの強磁性材料層に接した反強磁性領域との間の交換結合が消滅する温度）が、各反強磁性領域において異なっている構成とすることができる。そして、この場合、記憶する情報のビット数をＮとしたとき、上限温度が高い反強磁性領域の数はＮ以上である構成とすることができる。係る構成を、便宜上、『第２の構成の情報書込み・読出し方法』と呼ぶ場合がある。磁化領域の磁化状態を固定しておくことができる上限温度を異ならせるためには、各反強磁性領域の組成若しくは構造を異ならせればよい。強磁性材料層及び反強磁性領域を温度Ｔ0としたとき、反強磁性領域のブロッキング温度ＴＢが温度Ｔ0より高い場合には、係る反強磁性領域とこの反強磁性領域に接した強磁性材料層の部分との間の交換結合は消滅しない。一方、反強磁性領域のブロッキング温度ＴＢが温度Ｔ0より低い場合には、係る反強磁性領域とこの反強磁性領域に接した強磁性材料層の部分との間の交換結合が消滅する。従って、ブロッキング温度ＴＢを各反強磁性領域において異ならせることで、反強磁性領域と強磁性材料層の温度に依存して、反強磁性領域と強磁性材料層との間の交換結合の消滅状態や低下状態を制御することができる。磁化領域の磁化状態を固定しておくことができる上限温度が異なる反強磁性領域は、最低、２つの群に分けられればよい。上限温度が高い反強磁性領域と上限温度が低い反強磁性領域とは、交互に配置すればよい。強磁性材料層の軸線方向に沿った上限温度が高い反強磁性領域の長さは、情報記憶素子に要求される仕様に応じて、適宜、決定すればよい。反強磁性領域は、強磁性材料層の情報を記録する部分の全面に形成すればよい。反強磁性領域の組成を異ならせるためには、例えば、反強磁性領域に窒素イオンや酸素イオンを注入すればよい。また、反強磁性領域の構造を異ならせるためには、例えば、反強磁性領域の厚さを異ならせればよい。以上の説明は、後述する第２の構成の情報記憶素子においても同様である。
【００１５】
あるいは又、上記の好ましい形態を含む本発明の情報記憶素子における情報書込み・読出し方法にあっては、強磁性材料層の軸線方向と直交する仮想平面で強磁性材料層を切断したときの強磁性材料層の断面積が、強磁性材料層の軸線方向に沿って変化している構成とすることができる。そして、この場合、強磁性材料層の軸線方向と直交する仮想平面で強磁性材料層を切断したときの強磁性材料層の断面積が大きい領域と小さな領域が、強磁性材料層の軸線方向に沿って交互に設けられている構成とすることができ、更には、記憶する情報のビット数をＮとしたとき、強磁性材料層の断面積が大きい領域の数はＮ以上である構成とすることができる。係る構成を、便宜上、『第３の構成の情報書込み・読出し方法』と呼ぶ場合がある。ここで、断面積の変化あるいは大小は、強磁性材料層の幅の設定、あるいは又、強磁性材料層の厚さの設定、あるいは又、強磁性材料層の幅及び厚さの設定によって得ることができる。このように、強磁性材料層の断面積を強磁性材料層の軸線方向に沿って変化させることで、強磁性材料層に電流を流したとき、強磁性材料層の軸線方向に沿って強磁性材料層（強磁性記録層）の温度の上昇に分布を生じさせることができる。断面積が異なる強磁性材料層の領域は、最低、２つの群に分けられればよい。強磁性材料層の軸線方向に沿った断面積が異なる強磁性材料層の領域の長さは、情報記憶素子に要求される仕様に応じて、適宜、決定すればよい。反強磁性領域は、強磁性材料層の情報を記録する部分の全面に形成すればよいし、場合によっては、離間した複数の反強磁性領域を設けてもよい。以上の説明は、後述する第３の構成の情報記憶素子においても同様である。
【００１６】
あるいは又、上記の好ましい形態を含む本発明の情報記憶素子における情報書込み・読出し方法にあっては、強磁性材料層の比抵抗値が強磁性材料層の軸線方向に沿って変化している構成とすることができる。そして、この場合、強磁性材料層の比抵抗値が高い領域と低い領域が、強磁性材料層の軸線方向に沿って交互に設けられている構成とすることができ、更には、記憶する情報のビット数をＮとしたとき、強磁性材料層の比抵抗値が低い領域の数はＮ以上である構成とすることができる。係る構成を、便宜上、『第４の構成の情報書込み・読出し方法』と呼ぶ場合がある。比抵抗値は、例えば、強磁性材料層の所望の部分あるいは領域に窒素イオンや酸素イオンを注入することで変化させることができる。このように、強磁性材料層の比抵抗値を強磁性材料層の軸線方向に沿って変化させることでも、強磁性材料層に電流を流したとき、強磁性材料層の軸線方向に沿って強磁性材料層（強磁性記録層）の温度の上昇に分布を生じさせることができる。比抵抗値が異なる強磁性材料層の領域は、最低、２つの群に分けられればよい。強磁性材料層の軸線方向に沿った比抵抗値が異なる強磁性材料層の領域の長さは、情報記憶素子に要求される仕様に応じて、適宜、決定すればよい。反強磁性領域は、強磁性材料層の情報を記録する部分の全面に形成すればよいし、場合によっては、離間した複数の反強磁性領域を設けてもよい。以上の説明は、後述する第４の構成の情報記憶素子においても同様である。
【００１７】
あるいは又、上記の好ましい形態を含む本発明の情報記憶素子における情報書込み・読出し方法にあっては、強磁性材料層の軸線方向に沿って強磁性材料層の温度を変化させる温度制御手段が、強磁性材料層近傍に配置されている構成とすることができる。係る構成を、便宜上、『第５の構成の情報書込み・読出し方法』と呼ぶ場合がある。このように、温度制御手段を設け、必要に応じて温度制御手段を制御することでも、強磁性材料層の軸線方向に沿って強磁性材料層（強磁性記録層）の温度の上昇に分布を生じさせることができる。そして、この場合、強磁性材料層の温度が高い領域と低い領域が強磁性材料層の軸線方向に沿って交互に生じるように温度制御手段を設け、必要に応じて温度制御手段を制御する構成とすることができ、更には、記憶する情報のビット数をＮとしたとき、強磁性材料層の温度が低い領域の数がＮ以上となるように温度制御手段を設け、必要に応じて温度制御手段を制御する構成とすることができる。強磁性材料層の軸線方向に沿って強磁性材料層の温度を変化させるが、温度の異なる強磁性材料層の領域は、最低、２つの群に分けられればよい。強磁性材料層の軸線方向に沿った温度が異なる強磁性材料層の領域の長さは、情報記憶素子に要求される仕様に応じて、適宜、決定すればよい。反強磁性領域は、強磁性材料層の情報を記録する部分の全面に形成すればよいし、場合によっては、離間した複数の反強磁性領域を設けてもよい。以上の説明は、後述する第５の構成の情報記憶素子においても同様である。
【００１８】
温度制御手段として、強磁性材料層及び反強磁性領域を加熱するためのヒータを挙げることができ、係るヒータを強磁性材料層及び反強磁性領域の近傍に配置すればよい。ヒータは、例えば、パターニングされた高抵抗体層から構成することができる。高抵抗体層を構成する材料として、例えば、シリコンカーバイド（ＳｉＣ）やＳｉＣＮといったカーボン系抵抗体材料、ＳｉＮ系材料、アモルファスシリコン等の半導体抵抗体材料、酸化ルテニウム（ＲｕＯ2）、酸化タンタル、窒化タンタル、酸化クロム、酸化チタン等の高融点金属酸化物や高融点金属窒化物を例示することができる。あるいは又、強磁性材料層の周囲の熱伝導を変化させてもよい。即ち、強磁性材料層を取り囲む領域の熱伝導率を変化させてもよい。具体的には、例えば、一種のヒートシンクを設ければよく、このような形態にあっては、係るヒートシンクが温度制御手段に相当する。以上の説明は、以下においても同様である。
【００１９】
以上に説明した好ましい形態、構成を含む本発明の情報記憶素子における情報書込み・読出し方法にあっては、
強磁性材料層の一部に接して設けられた第３電極を更に備えており、
第３電極は、強磁性材料層の一部に接した非磁性体膜、及び、その上に形成された磁化参照層（固着層、磁化固定層とも呼ばれる）から構成されており、
第２電極と第３電極との間に電流を流すことで、各磁化領域に磁化状態を情報として書き込む形態とすることができる。そして、この場合、第２電極と第３電極との間に電流を流すことで、各磁化領域における電気抵抗値を情報として第３電極から読み出す形態とすることができる。尚、第２電極と第３電極とを、強磁性材料層を挟んで第２電極と第３電極とが対向した状態に配置してもよいし、第２電極と第３電極とを、強磁性材料層の同じ側に配置してもよいし、第２電極と第３電極とを、強磁性材料層の異なる側に配置してもよい。以下の説明においても同様である。
【００２０】
あるいは又、以上に説明した好ましい形態、構成を含む本発明の情報記憶素子における情報書込み・読出し方法にあっては、強磁性材料層の一部に隣接して磁界形成／検出手段が更に設けられており、磁界形成／検出手段に電流を流すことで各磁化領域に磁化状態を情報として書き込む形態とすることができる。そして、この場合、各磁化領域において生成した磁場を情報として磁界形成／検出手段によって読み出す形態とすることができる。磁界形成／検出手段として、具体的には、磁界を生成させるコイルあるいは配線を挙げることができる。磁界形成／検出手段に電流を流すことで、各磁化領域に磁化状態を情報として書き込むが、具体的には、コイルあるいは配線に電流を流すことで磁界を生成させ、係る磁界によって磁化領域に磁化状態を所望の方向に揃えればよい。また、各磁化領域において生成した磁場の方向を、情報として、磁界形成／検出手段であるコイルや配線によって読み出せばよい。尚、情報の読出し方法として、その他、光磁気効果（カー効果）を用いる方法を採用してもよい。以下の説明においても同様である。
【００２１】
更には、以上に説明した好ましい各種の形態、構成を含む本発明の情報記憶素子における情報書込み・読出し方法にあっては、電流誘起磁壁移動を生じさせるために強磁性材料層に流す電流を規則的に変調する形態とすることが好ましい。これによって、磁壁の移動速度を一定に保ち、情報の書込みあるいは読出し中に磁化情報が消滅あるいは変化することを一層確実に抑制することができる。
【００２２】
本発明の情報記憶素子にあっては、
強磁性材料層の一部に接して設けられた第３電極を更に備えており、
第３電極は、強磁性材料層の一部に接した非磁性体膜、及び、その上に形成された磁化参照層から構成されており、
第２電極と第３電極との間に電流を流すことで、各磁化領域に磁化状態が情報として書き込まれる形態とすることができる。そして、この場合、第２電極と第３電極との間に電流を流すことで、各磁化領域における電気抵抗値が情報として第３電極から読み出される形態とすることができる。
【００２３】
あるいは又、本発明の情報記憶素子にあっては、強磁性材料層の一部に隣接して磁界形成／検出手段が更に設けられており、磁界形成／検出手段に電流を流すことで各磁化領域に磁化状態が情報として書き込まれる形態とすることができる。そして、この場合、各磁化領域において生成した磁場が、情報として磁界形成／検出手段によって読み出される形態とすることができる。
【００２４】
上記の各種形態を含む本発明の情報記憶素子にあっては、複数の反強磁性領域が離間して配置されている構成とすることができ、更には、記憶する情報のビット数をＮとしたとき、反強磁性領域の数はＮ以上である構成とすることができる。係る構成を、便宜上、『第１の構成の情報記憶素子』と呼ぶ場合がある。
【００２５】
あるいは又、上記の各種形態を含む本発明の情報記憶素子にあっては、磁化領域の磁化状態を固定しておくことができる上限温度（ブロッキング温度ＴＢ）が、各反強磁性領域において異なっている構成とすることができる。そして、この場合、記憶する情報のビット数をＮとしたとき、反強磁性領域の数はＮ以上である構成とすることができる。係る構成を、便宜上、『第２の構成の情報記憶素子』と呼ぶ場合がある。
【００２６】
あるいは又、上記の各種形態を含む本発明の情報記憶素子にあっては、強磁性材料層の軸線方向と直交する仮想平面で強磁性材料層を切断したときの強磁性材料層の断面積が、強磁性材料層の軸線方向に沿って変化している構成とすることができる。そして、この場合、強磁性材料層の軸線方向と直交する仮想平面で強磁性材料層を切断したときの強磁性材料層の断面積が大きい領域と小さな領域が、強磁性材料層の軸線方向に沿って交互に設けられている構成とすることができ、更には、記憶する情報のビット数をＮとしたとき、強磁性材料層の断面積が大きい領域の数はＮ以上である構成とすることができる。係る構成を、便宜上、『第３の構成の情報記憶素子』と呼ぶ場合がある。
【００２７】
あるいは又、上記の各種形態を含む本発明の情報記憶素子にあっては、強磁性材料層の比抵抗値が強磁性材料層の軸線方向に沿って変化している構成とすることができる。そして、この場合、強磁性材料層の比抵抗値が高い領域と低い領域が、強磁性材料層の軸線方向に沿って交互に設けられている構成とすることができ、更には、記憶する情報のビット数をＮとしたとき、強磁性材料層の比抵抗値が低い領域の数はＮ以上である構成とすることができる。係る構成を、便宜上、『第４の構成の情報記憶素子』と呼ぶ場合がある。
【００２８】
あるいは又、上記の各種形態を含む本発明の情報記憶素子にあっては、強磁性材料層の軸線方向に沿って強磁性材料層の温度を変化させる温度制御手段が、強磁性材料層近傍に配置されている構成とすることができる。係る構成を、便宜上、『第５の構成の情報記憶素子』と呼ぶ場合がある。
【００２９】
強磁性材料層の平面形状は帯状（ストライプ状）であればよく、直線状であってもよいし、曲がっていてもよいし、「Ｕ」字状等の立体形状とすることもできるし、「Ｙ」字状等に分岐した形状とすることもできる。
【００３０】
強磁性材料層（強磁性記録層）と反強磁性領域が磁気的交換結合することで強磁性材料層（強磁性記録層）の磁化方向が固定されるが、即ち、強磁性材料層は反強磁性領域との交換結合によってピニング（pinning）されるが、係る強磁性材料層（強磁性記録層）を構成する材料として、磁壁を少ない電流で動かすためにスピントルク効率のよい材料が好ましく、ニッケル（Ｎｉ）、鉄（Ｆｅ）、コバルト（Ｃｏ）といった強磁性材料、これらの強磁性材料の合金（例えば、Ｃｏ−Ｆｅ、Ｃｏ−Ｆｅ−Ｎｉ、Ｎｉ−Ｆｅ等）、これらの合金に非磁性元素（例えば、タンタル、ホウ素、クロム、白金、シリコン、炭素、窒素、アルミニウム、リン、ニオブ、ジルコニウム等）を混ぜた合金（例えば、Ｃｏ−Ｆｅ−Ｂ等）、Ｃｏ、Ｆｅ、Ｎｉの内の１種類以上を含む酸化物（例えば、フェライト：Ｆｅ−ＭｎＯ等）、ハーフメタリック強磁性材料と呼ばれる一群の金属間化合物（ホイスラー合金：ＮｉＭｎＳｂ、Ｃｏ2ＭｎＧｅ、Ｃｏ2ＭｎＳｉ、Ｃｏ2ＣｒＡｌ等）、酸化物（例えば、（Ｌａ，Ｓｒ）ＭｎＯ3、ＣｒＯ2、Ｆｅ3Ｏ4等）を挙げることができる。強磁性材料層の結晶性は、本質的に任意であり、多結晶であってもよいし、単結晶であってもよいし、非晶質であってもよい。また、強磁性材料層は、単層構成とすることもできるし、複数の異なる強磁性材料層を積層した積層構成とすることもできるし、強磁性材料層と非磁性材料層を積層した積層構成とすることもできる。
【００３１】
反強磁性領域を構成する材料として、鉄−マンガン合金、ニッケル−マンガン合金、白金−マンガン合金、イリジウム−マンガン合金、ロジウム−マンガン合金、コバルト酸化物、ニッケル酸化物を挙げることができるが、強磁性材料層に効率よく電流を流すために、電気抵抗が高い鉄（Ｆｅ）、コバルト（Ｃｏ）、ニッケル（Ｎｉ）を基本とした酸化物が一層適している。
【００３２】
反強磁性領域を、強磁性材料層の一部に接するように形成してもよいし、強磁性材料層の全面に形成してもよい。前者の構成を採用することで、前述した［Ｃ］項を達成することができる。一方、後者の構成を採用する場合、前述した［Ａ］項あるいは［Ｂ］項が達成されるように、反強磁性領域や強磁性材料層の構成、構造の適切化を図ればよい。
【００３３】
強磁性材料層や反強磁性領域は、例えば、スパッタリング法、イオンビーム堆積法、真空蒸着法に例示される物理的気相成長法（ＰＶＤ法）、ＡＬＤ（Atomic Layer Deposition）法に代表される化学的気相成長法（ＣＶＤ法）にて形成することができる。強磁性材料層、反強磁性領域のパターニングは、反応性イオンエッチング法（ＲＩＥ法）やイオンミーリング法（イオンビームエッチング法）にて行うことができる。
【００３４】
第１電極や第２電極は、Ｃｕ、Ａｕ、Ｐｔ、Ｔｉ等の単層構造から成り、あるいは又、ＣｒやＴｉ等から成る下地層と、その上に形成されたＣｕ層、Ａｕ層、Ｐｔ層等の積層構造を有していてもよい。更には、Ｗ、Ｒｕ、Ｔａ等の単層あるいはＣｕ、Ｃｒ、Ｔｉ等との積層構造から構成することもできる。これらの電極は、例えば、スパッタリング法に例示されるＰＶＤ法にて形成することができる。
【００３５】
第３電極と強磁性材料層とによって、ＴＭＲ効果あるいはＧＭＲ効果を有する一種の情報記録構造体が構成される。ここで、磁化参照層、非磁性体膜及び強磁性材料層によって構成されるＴＭＲ効果を有する情報記録構造体とは、磁化参照層と強磁性材料層との間に、トンネル絶縁膜として機能する非磁性体膜が挟まれた構造を指す。ここで、第３電極を構成する磁化参照層を構成する材料として、上述した強磁性材料層を構成する材料を挙げることができるし、積層フェリ構造［反強磁性的結合を有する積層構造であり、合成反強磁性結合（ＳＡＦ：Synthetic Antiferromagnet）とも呼ばれる］を有する構成とすることができるし、静磁結合構造を有する構成とすることができる。積層フェリ構造とは、例えば、磁性材料層／ルテニウム（Ｒｕ）層／磁性材料層の３層構造（具体的には、例えば、ＣｏＦｅ／Ｒｕ／ＣｏＦｅの３層構造、ＣｏＦｅＢ／Ｒｕ／ＣｏＦｅＢの３層構造）を有し、ルテニウム層の厚さによって、２つの磁性材料層の層間交換結合が、反強磁性的あるいは強磁性的になる構造を指し、例えば、 S. S. Parkin et. al, Physical Review Letters, 7 May, pp 2304-2307 (1990) に報告されている。尚、２つの磁性材料層の層間交換結合が反強磁性的になる構造を、積層フェリ構造と呼ぶ。また、２つの磁性材料層において、磁性材料層の端面からの漏洩磁界によって反強磁性的結合が得られる構造を、静磁結合構造と呼ぶ。第３電極を構成する非磁性体膜を構成する材料として、マグネシウム酸化物（ＭｇＯ）、マグネシウム窒化物、アルミニウム酸化物（ＡｌＯX）、アルミニウム窒化物（ＡｌＮ）、シリコン酸化物、シリコン窒化物、ＴｉＯ2あるいはＣｒ2Ｏ3、Ｇｅ、ＮｉＯ、ＣｄＯX、ＨｆＯ2、Ｔａ2Ｏ5、ＢＮ、ＺｎＳ等の絶縁材料を挙げることができる。一方、ＧＭＲ効果を有する情報記録構造体を構成する非磁性体膜を構成する材料として、Ｃｕ、Ｒｕ、Ｃｒ、Ａｕ、Ａｇ、Ｐｔ、Ｔａ等、あるいは、これらの合金といった導電性材料を挙げることができるし、導電性が高ければ（抵抗率が数百μΩ・ｃｍ以下）、任意の非金属材料としてもよいが、強磁性材料層や磁化参照層と界面反応を起こし難い材料を、適宜、選択することが望ましい。
【００３６】
絶縁材料から成る非磁性体膜は、例えば、スパッタリング法にて形成された金属膜を酸化若しくは窒化することにより得ることができる。より具体的には、非磁性体膜を構成する絶縁材料としてアルミニウム酸化物（ＡｌＯX）、マグネシウム酸化物（ＭｇＯ）を用いる場合、例えば、スパッタリング法にて形成されたアルミニウムやマグネシウムを大気中で酸化する方法、スパッタリング法にて形成されたアルミニウムやマグネシウムをプラズマ酸化する方法、スパッタリング法にて形成されたアルミニウムやマグネシウムをＩＰＣプラズマで酸化する方法、スパッタリング法にて形成されたアルミニウムやマグネシウムを酸素中で自然酸化する方法、スパッタリング法にて形成されたアルミニウムやマグネシウムを酸素ラジカルで酸化する方法、スパッタリング法にて形成されたアルミニウムやマグネシウムを酸素中で自然酸化させるときに紫外線を照射する方法、アルミニウムやマグネシウムを反応性スパッタリング法にて成膜する方法、アルミニウム酸化物（ＡｌＯX）やマグネシウム酸化物（ＭｇＯ）をスパッタリング法にて成膜する方法を例示することができる。
【００３７】
以上の説明を纏めると、強磁性材料層の軸線方向に沿って強磁性材料層（強磁性記録層）に温度分布を生じさせるためには、
［１］強磁性材料層（強磁性記録層）の断面積（幅及び／又は厚さ）を変化させてもよいし、
［２］強磁性材料層（強磁性記録層）に、例えば、不純物をイオン注入することで、強磁性材料層（強磁性記録層）の比抵抗値を変化させてもよいし、
［３］温度制御手段を強磁性材料層近傍に配置してもよいし、
［４］強磁性材料層の周囲の熱伝導を変化させてもよい。
このように温度分布を生じさせることで、反強磁性領域毎に、強磁性材料層と反強磁性領域との間の交換結合の消滅あるいは低下の制御を行うことができる。また、温度分布を生じさせなくとも、
［５］反強磁性領域を離間して配置する、
ことでも、強磁性材料層と反強磁性領域との間の交換結合の制御を行うことができるし、
［６］反強磁性領域の組成や構造を変化させて、ブロッキング温度を変化させる、
ことでも、反強磁性領域毎に、強磁性材料層と反強磁性領域との間の交換結合の消滅あるいは低下の制御を行うことができる。
【実施例１】
【００３８】
実施例１は、本発明の情報記憶素子、及び、本発明の情報記憶素子における情報書込み・読出し方法に関し、具体的には、第１の構成の情報記憶素子、及び、第１の構成の情報書込み・読出し方法に関する。
【００３９】
図１の（Ａ）に模式的な部分的平面図を示し、図１の（Ｂ）に模式的な一部断面図を示すように、実施例１の情報記憶素子１００は、帯状の強磁性材料層（強磁性記録層）１１１を備えており、強磁性材料層１１１の一端には第１電極１２１が設けられており、強磁性材料層１１１の他端には第２電極１２２が設けられている。そして、実施例１の情報記憶素子１００にあっては、第１電極１２１と第２電極１２２との間に電流を流すことで生じるスピントルクに起因した電流誘起磁壁移動が生じる。第１電極１２１と第２電極１２２との間に流す電流を、『磁壁駆動電流』と呼ぶ。また、強磁性材料層１１１において、磁化領域１１２に磁化状態が情報として書き込まれ、若しくは、磁化状態が情報として読み出される。更には、強磁性材料層１１１の少なくとも一部に接して、反強磁性材料から成る反強磁性領域１３０が設けられている。参照番号１１３は、磁化領域１１２と磁化領域１１２の境界（界面）である磁壁を示す。強磁性材料層１１１の磁化容易軸は、強磁性材料層１１１の軸線と平行である。図１の（Ａ）にあっては、層間絶縁層１１４の図示を省略している。また、参照番号１２４，１２５は、層間絶縁層１１４上に形成され、第１電極１２１及び第２電極１２２に接続された配線を指す。図１の（Ａ）及び（Ｂ）に示した情報記憶素子１００にあっては、強磁性材料層１１１の上方に第１電極１２１、第２電極１２２を設け、強磁性材料層１１１の下方に第３電極１２３を設けたが、これとは逆に、強磁性材料層１１１の下方に第１電極１２１、第２電極１２２を設け、強磁性材料層１１１の上方に第３電極１２３を設けてもよい。
【００４０】
ここで、実施例１の情報記憶素子１００にあっては、複数の反強磁性領域１３０が離間して配置されている。更には、記憶する情報のビット数をＮ（実施例１にあっては、例えば、Ｎ＝１６）としたとき、反強磁性領域１３０の数はＮ以上（実施例１にあっては、具体的には１６）である。即ち、実施例１にあっては、上述した［Ｃ］項の方策を採用している。
【００４１】
実施例１の情報記憶素子１００は、強磁性材料層１１１の一部に接して設けられた第３電極１２３を更に備えている。第３電極１２３は、強磁性材料層１１１を挟んで、第２電極１２２と対向して配置されている。ここで、第３電極１２３は、強磁性材料層１１１の一部に接した非磁性体膜１２３Ａ、及び、その上に（図示した状態では、その下であるが）形成された磁化参照層１２３Ｂから構成されている。磁化参照層１２３Ｂは、磁化領域１１２に記録する磁化の方向を決めるための基準磁化層として機能する。そして、第２電極１２１と第３電極１２３との間に電流を流すことで、各磁化領域１１２に磁化状態が情報として書き込まれる。また、第２電極１２１と第３電極１２３との間に電流を流すことで、各磁化領域１１２における電気抵抗値（電気抵抗値の高低）が情報として第３電極１２３から読み出される。第３電極１２３と強磁性材料層１１１とによって、ＧＭＲ効果を有する一種の情報記録構造体が構成され、電流によるスピン注入磁化反転によって磁化領域１１２が形成され、磁壁１１３が生じ、強磁性材料層１１１に情報が書き込まれる。即ち、強磁性材料層１１１においては、電流の流れる方向により、その磁化の方向が、磁化参照層１２３Ｂに対して平行又は反平行に変えられる。
【００４２】
実施例１にあっては、強磁性材料層１１１は、厚さ３ｎｍ、幅１μｍの直線状のＮｉ−Ｆｅ合金層から成り、反強磁性領域１３０は、厚さ０．２μｍのＮｉＯから成る。また、第３電極１２３を構成する非磁性体膜１２３Ａは、厚さ１ｎｍのＣｕから成り、磁化参照層１２３Ｂは、ＣｏＦｅ：１ｎｍ／Ｒｕ：０．８ｎｍ／ＣｏＦｅ：１ｎｍ／ＰｔＭｎ：３０ｎｍ／Ｔａ：５ｎｍの積層膜から成る。第１電極１２１及び第２電極１２２はチタン層から構成されており、例えば、第１電極１２１は駆動電源（図示せず）に接続され、第２電極１２２は接地されている。尚、第３電極１２３と強磁性材料層１１１とによって、ＴＭＲ効果を有する一種の情報記録構造体を構成してもよく、この場合には、非磁性体膜１２３Ａを、例えば、ＭｇＯから構成すればよい。
【００４３】
以下、実施例１の情報記憶素子における情報書込み・読出し方法を、情報記憶素子１００の概念図である図２の（Ａ）〜図２の（Ｆ）、図３の（Ａ）〜（Ｅ）を参照して説明する。ここで、実施例１の情報書込み・読出し方法にあっては、磁壁の移動時、強磁性材料層と反強磁性領域との間の交換結合を消滅あるいは低下させる。実施例１の情報書込み・読出し方法は、所謂シーケンシャル方式である。
【００４４】
図２の（Ａ）〜（Ｆ）、図３の（Ａ）〜（Ｅ）において、強磁性材料層１１１内部に描いた矢印は、磁化の方向を示し、便宜上、右向きの矢印を情報「０」とし、左向きの矢印を情報「１」とする。また、第３電極１２３に描いた矢印は、磁化参照層１２３Ｂにおける磁化の方向を示す。そして、第３電極１２３から第２電極１２２に電流を流すことで、情報「０」（右向きの矢印）が、第３電極１２３に対向する強磁性材料層１１１の部分に書き込まれる。一方、第２電極１２２から第３電極１２３に電流を流すことで、情報「１」（左向きの矢印）が、第３電極１２３に対向する強磁性材料層１１１の部分に書き込まれる。また、強磁性材料層１１１と反強磁性領域１３０との間に交換結合が存在する状態を、図２及び図３においては、強磁性材料層１１１の一部に斜線を付すことで示している。
【００４５】
ここで、図２の（Ａ）に示す状態にあっては、強磁性材料層１１１に、既に４つの情報（１，１，１，１）が書き込まれているとする。この状態にあっては、強磁性材料層１１１に４つの磁化領域１１２が形成されているとみなせる。
【００４６】
さて、次に、強磁性材料層１１１に情報「０」を書き込むことを想定する。この場合、図２の（Ｂ）に示すように、第３電極１２３に電圧＋ＶWを印加して、第３電極１２３から第２電極１２２へと電流を流す。これによって、情報「０」（右向きの矢印）が、第３電極１２３に対向する強磁性材料層１１１の部分に書き込まれる。
【００４７】
そして、これと同時、あるいは、この直後に、図２の（Ｃ）に示すように、第１電極１２１に電圧＋Ｖmを印加し、第１電極１２１から第２電極１２２へと磁壁駆動電流を流す。これによって、図２の（Ｄ）に示すように、強磁性材料層１１１の内部にジュール熱が生成し、生成したジュール熱によって、強磁性材料層１１１と反強磁性領域１３０との間の交換結合が消滅あるいは低下する。しかも、第１電極１２１から第２電極１２２へと磁壁駆動電流を流すことによって、電流誘起磁壁移動が生じる。即ち、磁化状態が左から右に移動（伝搬）していく。つまり、磁壁が右に移動していく。ここで、強磁性材料層１１１と反強磁性領域１３０との間の交換結合が消滅あるいは低下しているので、磁壁１１３の移動は容易である。強磁性材料層１１１と反強磁性領域１３０との間の交換結合の消滅あるいは低下が生じ、磁壁１１３が移動しても、強磁性材料層１１１に書き込まれた情報に変化は生じない。
【００４８】
次いで、磁壁１１３が反強磁性領域１３０に接した部分を超えたとき、図２の（Ｅ）に示すように、第３電極１２３から第２電極１２２に電流を流すことを停止する。併せて、図２の（Ｆ）に示すように、磁壁駆動電流を流すことを停止するか、磁壁駆動電流の値を減少させる。磁壁駆動電流の値がある程度まで低下すると、強磁性材料層１１１の温度が低下し、反強磁性領域１３０による結合が回復し、各磁壁１１３は反強磁性領域１３０に接した部分の手前で停止する。こうして、１つの情報が、強磁性材料層１１１に書き込まれる。
【００４９】
その後、強磁性材料層１１１に情報「１」を書き込むことを想定する。この場合、図３の（Ａ）に示すように、第３電極１２３に電圧−ＶWを印加して、第２電極１２２から第３電極１２３へと電流を流す。これによって、情報「１」（左向きの矢印）が、第３電極１２３に対向する強磁性材料層１１１の部分に書き込まれる。
【００５０】
そして、これと同時、あるいは、この直後に、図３の（Ｂ）に示すように、第１電極１２１に電圧＋Ｖmを印加し、第１電極１２１から第２電極１２２へと磁壁駆動電流を流す。これによって、前述したと同様に、生成したジュール熱によって、強磁性材料層１１１と反強磁性領域１３０との間の交換結合が消滅あるいは低下し、しかも、電流誘起磁壁移動が生じる（図３の（Ｃ）参照）。
【００５１】
次いで、図３の（Ｄ）に示すように、第３電極１２３から第２電極１２２に電流を流すことを停止する。併せて、図３の（Ｅ）に示すように、磁壁駆動電流を流すことを停止するか、磁壁駆動電流の値を減少させる。こうして、１つの情報が、強磁性材料層１１１に書き込まれる。この状態にあっては、強磁性材料層１１１には、６つの情報（１，１，１，１，０，１）が書き込まれているが、図３の（Ｅ）には最初の２つの情報は図示していない。第１電極１２１から第２電極１２２へと磁壁駆動電流を流すことで磁壁１１３を移動させながら、強磁性材料層１１１に情報を、順次、書き込んでもよい。
【００５２】
強磁性材料層１１１に書き込まれた情報を読み出す場合には、第２電極１２２から第１電極１２１へと磁壁駆動電流を流す。これによってジュール熱が生成し、強磁性材料層１１１と反強磁性領域１３０との間の交換結合が消滅あるいは低下する。併せて、磁壁１１３が移動する。次いで、第２電極１２２から第１電極１２１に磁壁駆動電流を流すことを停止することで、強磁性材料層１１１と反強磁性領域１３０との間の交換結合を回復させ、且つ、磁化領域１１２の移動を停止させる。そして、第３電極１２３から第２電極１２２に電流を流し、磁化領域１１２の電気抵抗値の高低を調べることで、書き込まれた情報が「０」であるか「１」であるかを判別することができる。ここで、強磁性材料層１１１と磁化参照層１２３Ｂの磁化方向が等しい場合、低抵抗となり、強磁性材料層１１１と磁化参照層１２３Ｂの磁化方向が反平行の場合、高抵抗となる。第２電極１２２から第１電極１２１へと磁壁駆動電流を流すことで磁壁１１３を移動させながら、強磁性材料層１１１に書き込まれた情報を、順次、読み出してもよい。
【００５３】
以下、基板等の模式的な一部断面図である図４の（Ａ）〜（Ｄ）を参照して、実施例１の情報記憶素子１００の製造方法の概要を説明する。
【００５４】
［工程−１００］
先ず、シリコン半導体基板から成る基板１１０に第３電極１２３を形成する。第３電極１２３を基板１１０上に形成してもよいが、磁壁１１３の移動を妨げないように、基板１１０と第３電極１２３との段差は少ない方がよく、そのためには、基板１１０に埋め込まれた第３電極１２３を形成することが望ましい。具体的には、基板１１０にリソグラフィ技術及びエッチング技術に基づき溝部を形成する。そして、全面に、スパッタリング法に基づき磁化参照層１２３Ｂ、非磁性体膜１２３Ａを形成する。次いで、基板１１０の表面の非磁性体膜１２３Ａ及び磁化参照層１２３Ｂを例えばＣＭＰ法で除去することで、非磁性体膜１２３Ａ及び磁化参照層１２３Ｂを溝部内に残す。こうして、図４の（Ａ）に示すように、基板１１０に第３電極１２３を形成することができる。磁化参照層１２３Ｂは、基板１１０に設けられた配線（図示せず）を介して、情報書込み・読出し電源（図示せず）に接続されている。
【００５５】
［工程−１１０］
次いで、全面に、スパッタリング法に基づき強磁性材料層を形成した後、強磁性材料層をパターニングすることで、帯状の強磁性材料層１１１を得る（図４の（Ｂ）参照）。強磁性材料層１１１のパターニングは、イオンミーリング法や反応性エッチング法等に基づき行うことができるし、リフトオフ法を採用してもよい。
【００５６】
［工程−１２０］
その後、離間して配置された反強磁性領域１３０を形成する。具体的には、スパッタリング法にて全面に反強磁性材料層を形成した後、イオンミーリング法や反応性エッチング法等に基づき反強磁性材料層をパターニングすることで、離間して配置された反強磁性領域１３０を得ることができる（図４の（Ｃ）参照）。強磁性材料層及び反強磁性材料層を形成した後、反強磁性材料層をパターニングし、更に、強磁性材料層をパターニングしてもよい。
【００５７】
［工程−１３０］
次いで、帯状の強磁性材料層１１１の両端に、周知の方法で第１電極１２１及び第２電極１２２を形成する（図４の（Ｄ）参照）。そして、全面に絶縁材料から成る層間絶縁層１１４を、例えば、ＣＶＤ法に基づき形成する。その後、第１電極１２１及び第２電極１２２の上方の層間絶縁層１１４の部分に開口部を形成し、開口部内を含む層間絶縁層１１４上に配線１２４，１２５を形成する。こうして、図１の（Ａ）及び（Ｂ）に示した実施例１の情報記憶素子１００を完成させることができる。尚、層間絶縁層を構成する材料として、ＳｉＯ2、ＮＳＧ（ノンドープ・シリケート・ガラス）、ＢＰＳＧ（ホウ素・リン・シリケート・ガラス）、ＰＳＧ、ＢＳＧ、ＡｓＳＧ、ＳｂＳＧ、ＳＯＧ（スピンオングラス）等のＳｉＯX系材料（シリコン系酸化膜を構成する材料）、ＳｉＮ、ＳｉＯＮ、ＳｉＯＣ、ＳｉＯＦ、ＳｉＣＮ、低誘電率絶縁材料（例えば、フルオロカーボン、シクロパーフルオロカーボンポリマー、ベンゾシクロブテン、環状フッ素樹脂、ポリテトラフルオロエチレン、アモルファス・テトラフルオロエチレン、フッ化アリールエーテル、フッ化ポリイミド、アモルファスカーボン、有機ＳＯＧ、パリレン、フッ化フラーレン）、ポリイミド系樹脂、フッ素系樹脂、Ｓｉｌｋ（The Dow Chemical Co. の商標であり、塗布型低誘電率層間絶縁膜材料）、Ｆｌａｒｅ（Honeywell Electronic Materials Co. の商標であり、ポリアリルエーテル（ＰＡＥ)系材料）を例示することができる。
【００５８】
実施例１の情報記憶素子１００にあっては、室温においては反強磁性領域１３０によって強磁性材料層１１１の磁化方向が固定されているため、長期間に亙り確実に情報を保持することができる。また、情報の書込みあるいは読出し時、強磁性材料層と反強磁性領域の交換結合を消滅あるいは低下させることで、容易に磁壁を移動させることができるので、強磁性材料層内において磁壁が長い距離を移動したときでも、情報誤りを起こし易くなるといった問題の発生を確実に回避することができる。そして、以上の結果として、本発明によれば、安定して情報を保持しながら、確実に情報の記録、読出しを行うことができ、１つの連続した磁性体素子に多数の情報が記録可能となり、小型、軽量、且つ、安価な情報記憶装置を実現することができる。
【実施例２】
【００５９】
実施例２は、実施例１の変形である。実施例２の情報記憶素子２００の模式的な部分的平面図を図５の（Ａ）に示し、模式的な一部断面図を図５の（Ｂ）に示す。図５の（Ａ）に示す例では、４つの情報記憶素子２００が並置して設けられている。ここで、実施例２の情報記憶素子２００、あるいは、後述する各実施例の情報記憶素子を構成する構成要素の参照番号における下２桁の数字と、実施例１の情報記憶素子１００を構成する構成要素の参照番号における下２桁の数字が同じである構成要素は、同じ構成要素である。図５の（Ａ）にあっては、層間絶縁層２１４の図示を省略している。また、図５の（Ａ）、後述する図７の（Ａ）、図８の（Ａ）においては、反強磁性領域２３０、絶縁膜２３２、第１電極２２１、第２電極２２２、第３電極２２３を明示するために、これらに斜線を付している。
【００６０】
実施例２の情報記憶素子２００にあっては、反強磁性領域２３０が基板２１０に形成されている。また、第２電極２２２と第３電極２２３とが、強磁性材料層２１１の同じ側に配置されている。具体的には、基板２１０上に形成された強磁性材料層２１１の上に、第１電極２２１、第２電極２２２及び第３電極２２３が設けられている。
【００６１】
以下、基板等の模式的な部分的平面図及び模式的な一部端面図である図６の（Ａ）、（Ｂ）、図７の（Ａ）、（Ｂ）、図８の（Ａ）、（Ｂ）を参照して、実施例２の情報記憶素子２００の製造方法の概要を説明する。
【００６２】
［工程−２００］
先ず、シリコン半導体基板から成る基板２１０に、離間して配置された反強磁性領域２３０を形成する。具体的には、シリコン半導体基板から成る基板２１０に、断面形状が「Ｖ」字状の溝部２３１をリソグラフィ技術及びエッチング技術に基づき形成する（図６の（Ａ）及び（Ｂ）参照）。溝部２３１の幅を１μｍ、ピッチを１．５μｍ、深さを約０．５μｍとし、１つの情報記憶素子２００当たりの溝部の数を８本とした。次いで、全面に、スパッタリング法にて、厚さ０．２μｍのＮｉＯから成る反強磁性材料層、及び、厚さ０．５μｍのＳｉＯ2から成る絶縁膜２３２を形成した後、基板２１０の表面の上の反強磁性材料層及び絶縁膜２３２をＣＭＰ法に基づき除去し、溝部２３１内に反強磁性材料層２３０Ａ及び絶縁膜２３２を残す。こうして、基板２１０に離間して配置された１６箇所の反強磁性領域２３０を形成することができる（図７の（Ａ）及び（Ｂ）参照）。
【００６３】
［工程−２１０］
その後、実施例１の［工程−１１０］と同様にして、全面にスパッタリング法に基づき強磁性材料層を形成した後、強磁性材料層をパターニングすることで、幅０．１５μｍ、長さ３０μｍの帯状の強磁性材料層２１１を得る（図８の（Ａ）及び（Ｂ）参照）。
【００６４】
［工程−２２０］
次に、第３電極２２３を設けるために、全面にスパッタリング法に基づき非磁性体膜２２３Ａ及び磁化参照層２２３Ｂを形成した後、周知の方法に基づき、磁化参照層２２３Ｂ上にＴｉから成る配線（図示せず）を設け、併せて、第１電極兼配線２２１及び第２電極兼配線２２２を形成する。その後、露出した磁化参照層２２３Ｂ、及び、非磁性体膜２２３Ａを周知の方法でパターニングする。次いで、全面に絶縁材料から成る層間絶縁層２１４を、例えば、ＣＶＤ法に基づき形成する。こうして、図５の（Ａ）及び（Ｂ）に示した実施例２の情報記憶素子２００を完成させることができる。
【００６５】
こうして得られた実施例２の情報記憶素子２００において、第１電極２２１と第２電極２２２との間の電気抵抗値は１．３ｋΩ、第２電極２２２と第３電極２２３との間の電気抵抗値は３００Ωであった。
【００６６】
第２電極２２２を接地して、第３電極２２３に振幅±１ボルトで周期ｔrの矩形波電圧を加えながら、第１電極２２１に電圧＋Ｖm、時間長１６ｔrの一定電圧を印加して、強磁性材料層２１１に１６ビットの情報（「０」及び「１」の交互の情報から成る）を書き込んだ。次いで、情報の読み出しのために、第１電極２２１に電圧−Ｖmを印加した。そして、第３電極２２３と第２電極２２２との間で測定された抵抗値が何回変化したかにより、磁壁の数を測定した。そして、この測定を繰り返し行い、記録された磁壁数（具体的には１６）に対する再生された磁壁数の割合（磁壁再生率）を求めた。磁壁再生率が「０」のときには磁壁が全く再生されていない状態を示し、磁壁再生率が「１」のときは記録した磁壁と同じ数の磁壁が再生されていることを示す。
【００６７】
図９の（Ａ）に、第１電極２２１への印加電圧＋Ｖmにおいて周期ｔrに対する磁壁再生率を示す。比較例として、［工程−２００］を省き、反強磁性領域２３０を形成しない情報記憶素子を作製し、同様の測定を行った。その結果を図９の（Ｂ）に示す。図９の（Ａ）から、第１電極２２１への印加電圧＋Ｖm及び周期ｔrを最適化することで、磁壁再生率「１」を達成することができることが判る。一方、図９の（Ｂ）から、反強磁性領域２３０を形成しない場合、磁壁が適切に固定されないため、磁壁再生率は「１」に達することがなかった。
【００６８】
更には、図１０の（Ａ）に示すように、第１電極２２１に印加する電圧を変調した。具体的には、第１電極２２１に電圧＋Ｖm及び電圧＋Ｖsを交互に印加した。ここで、第１電極２２１に印加する電圧＋Ｖmの値を２．５ボルト、３．０ボルト、３．５ボルト、４．０ボルトとし、電圧＋Ｖmを印加する時間幅を２ｎ秒とした。また、電圧＋Ｖsの値を１．５ボルトとした。更には、１周期ｔrに１つの電圧＋Ｖmのパルスを印加した。このときの磁壁再生率の測定結果を図１０の（Ｂ）に示す。電圧＋Ｖmが３．０ボルト以上であって、周期ｔrが１５ｎ秒以上の条件で、安定な動作が実現できることが判った。即ち、電流誘起磁壁移動を生じさせるために強磁性材料層２１１に流す電流を規則的に変調することで、磁壁の移動速度を一定に保ち、情報の書込みあるいは読出し中に磁化情報が消滅あるいは変化することを一層確実に抑制することができる。第１電極２２１から第２電極２２２へと磁壁駆動電流を流す際の磁壁駆動電流の変調、あるいは、第２電極２２２から第１電極２２１へと磁壁駆動電流を流す際の磁壁駆動電流の変調は、電圧変調でもよいし、パルス幅を変えたパルス幅変調でもよいし、これらの組み合わせとすることもできる。以下の実施例においても同様である。
【実施例３】
【００６９】
実施例３も実施例１の変形であるが、第２の構成の情報記憶素子、及び、第２の構成の情報書込み・読出し方法に関し、強磁性材料層の軸線方向に沿って、反強磁性領域のブロッキング温度ＴＢを変化させる（前述した［Ｂ］項）。
【００７０】
図１１の（Ａ）に模式的な部分的平面図を示し、図１１の（Ｂ）に模式的な一部断面図を示すように、実施例３にあっては、各反強磁性領域３３０の組成が異なっており、磁化領域の磁化状態を固定しておくことができる上限温度（ブロッキング温度ＴＢ）が、各反強磁性領域３３０において異なっている。記憶する情報のビット数をＮとしたとき、高いブロッキング温度ＴＢを有する反強磁性領域３３０Ｈの数はＮ以上（実施例３にあってはＮであり、具体的には、Ｎ＝１６）である。ブロッキング温度ＴＢが異なる反強磁性領域３３０は、２つの群に分けられている。そして、ブロッキング温度ＴＢが高い反強磁性領域３３０Ｈとブロッキング温度ＴＢが低い反強磁性領域３３０Ｌが、交互に配置さえれている。図１１の（Ａ）にあっては、層間絶縁層３１４の図示を省略している。また、図１１の（Ｂ）にあっては、高いブロッキング温度ＴＢを有する反強磁性領域３３０Ｈには千鳥状のハッチングを付している。このように、磁化領域の磁化状態を固定しておくことができる上限温度（ブロッキング温度ＴＢ）を各反強磁性領域３３０において異ならせることで、強磁性材料層３１１に磁壁駆動電流を流し、強磁性材料層３１１及び反強磁性領域３３０を温度Ｔ0としたとき、反強磁性領域３３０Ｈのブロッキング温度ＴＢが温度Ｔ0より高い場合には、係る反強磁性領域３３０Ｈとこの反強磁性領域３３０Ｈに接した強磁性材料層３１１の部分との間の交換結合は消滅しない。一方、反強磁性領域３３０Ｌのブロッキング温度ＴＢが温度Ｔ0より低い場合には、係る反強磁性領域３３０Ｌとこの反強磁性領域３３０Ｌに接した強磁性材料層３１１の部分との間の交換結合が消滅する。従って、ブロッキング温度ＴＢを各反強磁性領域３３０において異ならせることで、反強磁性領域３３０と強磁性材料層３１１の温度に依存して、反強磁性領域３３０と強磁性材料層３１１との間の交換結合の消滅状態や低下状態を制御することができる。実施例３にあっては、高いブロッキング温度ＴＢを有する反強磁性領域３３０Ｈにおけるブロッキング温度ＴＢを２００゜Ｃ乃至２５０゜Ｃとし、低いブロッキング温度ＴＢを有する反強磁性領域３３０Ｌにおけるブロッキング温度ＴＢを室温以下とした。このようにブロッキング温度ＴＢに変化をつけるには、各反強磁性領域３３０に対して酸素イオンをイオン注入するときの注入量を変えればよい。尚、各反強磁性領域３３０の厚さを異ならせるといった反強磁性領域３３０の構造を異ならせることでも、各反強磁性領域３３０のブロッキング温度ＴＢを異ならせることができる。
【００７１】
実施例３にあっては、反強磁性領域３３０は、強磁性材料層３１１の全面を覆うように形成されている。
【００７２】
実施例３において、第１電極３２１から第２電極３２２へと磁壁駆動電流を流すと、あるいは又、第２電極３２２から第１電極３２１へと磁壁駆動電流を流すと、強磁性材料層３１１の内部にジュール熱が生成し、生成したジュール熱によって、強磁性材料層３１１及び反強磁性領域３３０の温度が上昇する。ここで、ブロッキング温度ＴＢが高い反強磁性領域３３０Ｈにあっては、強磁性材料層３１１と反強磁性領域３３０との間の交換結合の消滅あるいは低下が生じない一方、ブロッキング温度ＴＢが低い反強磁性領域３３０Ｌにあっては、強磁性材料層３１１と反強磁性領域３３０との間の交換結合の消滅あるいは低下が生じるような状態が達成されるように、ブロッキング温度ＴＢの設計、磁壁駆動電流の設定を行う。これによって、ブロッキング温度ＴＢが高い反強磁性領域３３０Ｈにあっては、強磁性材料層３１１と反強磁性領域３３０との間の交換結合の消滅あるいは低下が生じない。一方、ブロッキング温度ＴＢが低い反強磁性領域３３０Ｌにあっては、強磁性材料層３１１と反強磁性領域３３０との間の交換結合の消滅あるいは低下が生じる。ここで、移動開始前にブロッキング温度ＴＢが高い反強磁性領域３３０Ｈの下方に位置する強磁性材料層３１１の部分に位置していた磁壁は、磁壁駆動電流を流すと移動を開始し、ブロッキング温度ＴＢが低い反強磁性領域３３０Ｌの下方に位置する強磁性材料層３１１の部分を速やかに通過する。ブロッキング温度ＴＢが低い反強磁性領域３３０Ｌの下方に位置する強磁性材料層３１１の部分を磁壁が通過中、あるいは、通過が完了した時点で、磁壁駆動電流を流すことを停止すると、あるいは又、磁壁駆動電流の値を低減すると、ブロッキング温度ＴＢが低い反強磁性領域３３０Ｌの下方に位置する強磁性材料層３１１の部分にあっては、強磁性材料層３１１と反強磁性領域３３０との間の交換結合が直ちに再び生じる。それ故、磁壁の移動を、ブロッキング温度ＴＢが高い反強磁性領域３３０Ｈの下方に位置する強磁性材料層３１１の部分において確実に停止させることができる。
【００７３】
尚、実施例３にあっても、実施例２と同様に、基板側から、反強磁性領域３３０、強磁性材料層３１１が、この順に形成された構成、構造とすることもできる。後述する実施例４、実施例５、実施例６においても同様とすることができる。また、実施例３、あるいは、後述する実施例４、実施例５、実施例６にあっては、第３電極を強磁性材料層の下に位置する基板の部分に設け、第１電極及び第２電極を強磁性材料層上に設けたが、第１電極、第２電極、第３電極の配置を、実施例１あるいは実施例２と同様とすることもできる。後述する実施例４、実施例５、実施例６においても同様とすることができる。
【実施例４】
【００７４】
実施例４も実施例１の変形であるが、第３の構成の情報記憶素子、及び、第３の構成の情報書込み・読出し方法に関し、強磁性材料層の軸線方向に沿って強磁性材料層（強磁性記録層）の温度の上昇に分布を生じさせる（前述した［Ａ］項）。
【００７５】
図１２の（Ａ）に模式的な部分的平面図を示し、図１２の（Ｂ）に模式的な一部断面図を示すように、実施例４にあっては、強磁性材料層４１１の軸線方向と直交する仮想平面で強磁性材料層４１１を切断したときの強磁性材料層４１１の断面積が、強磁性材料層４１１の軸線方向に沿って変化している。より具体的には、強磁性材料層４１１の軸線方向と直交する仮想平面で強磁性材料層４１１を切断したときの強磁性材料層４１１の断面積が大きい領域４１１Ｌと小さな領域４１１Ｓが、強磁性材料層４１１の軸線方向に沿って交互に設けられている。そして、記憶する情報のビット数をＮとしたとき、強磁性材料層の断面積が大きい領域の数はＮ以上（実施例４にあってはＮであり、具体的には、Ｎ＝１６）である。断面積が異なる強磁性材料層４１１の領域は、２つの群に分けられている。このように、強磁性材料層４１１の断面積を強磁性材料層４１１の軸線方向に沿って変化させることで、強磁性材料層４１１に磁壁駆動電流を流したとき、強磁性材料層４１１の軸線方向に沿って強磁性材料層（強磁性記録層）４１１の温度の上昇に分布を生じさせることができる。図１２の（Ａ）にあっては、層間絶縁層４１４の図示を省略している。
【００７６】
実施例４にあっては、反強磁性領域４３０は、強磁性材料層４１１の全面を覆うように形成されている。
【００７７】
実施例４において、第１電極４２１から第２電極４２２へと磁壁駆動電流を流すと、あるいは又、第２電極４２２から第１電極４２１へと磁壁駆動電流を流すと、強磁性材料層４１１の内部にジュール熱が生成し、生成したジュール熱によって、強磁性材料層４１１及び反強磁性領域４３０の温度が上昇する。ここで、強磁性材料層４１１の断面積が大きい領域４１１Ｌにおける温度上昇ΔＴLは、小さな領域４１１Ｓにおける温度上昇ΔＴSよりも少ない。従って、強磁性材料層４１１の断面積が小さな領域４１１Ｓにおいては、大きい領域４１１Ｌよりも、強磁性材料層４１１と反強磁性領域４３０との間の交換結合の消滅あるいは低下が、確実に生じる。ここで、移動開始前に強磁性材料層４１１の断面積が大きい領域４１１Ｌに位置していた磁壁は、磁壁駆動電流を流すと移動を開始し、強磁性材料層４１１の断面積が小さな領域４１１Ｓを速やかに通過する。強磁性材料層４１１の断面積が小さな領域４１１Ｓを磁壁が通過中、あるいは、通過が完了した時点で、磁壁駆動電流を流すことを停止すると、あるいは又、磁壁駆動電流の値を低減すると、強磁性材料層４１１の断面積が大きい領域４１１Ｌにあっては、その温度が直ちに低下し、強磁性材料層４１１と反強磁性領域４３０との間の交換結合が再び生じる。それ故、磁壁の移動を、強磁性材料層４１１の断面積が大きい領域４１１Ｌにおいて確実に停止させることができる。
【実施例５】
【００７８】
実施例５も実施例１の変形であるが、第４の構成の情報記憶素子、及び、第４の構成の情報書込み・読出し方法に関し、強磁性材料層の軸線方向に沿って強磁性材料層（強磁性記録層）の温度の上昇に分布を生じさせる（前述した［Ａ］項）。
【００７９】
図１３の（Ａ）に模式的な部分的平面図を示し、図１３の（Ｂ）に模式的な一部断面図を示すように、実施例５にあっては、強磁性材料層５１１の比抵抗値が強磁性材料層５１１の軸線方向に沿って変化している。より具体的には、強磁性材料層５１１の比抵抗値が高い領域５１１Ｈと低い領域５１１Ｌが、強磁性材料層５１１の軸線方向に沿って交互に設けられている。図１３の（Ａ）にあっては、層間絶縁層５１４の図示を省略している。また、図１３の（Ｂ）にあっては、比抵抗値が高い領域５１１Ｈには千鳥状のハッチングを付している。そして、記憶する情報のビット数をＮとしたとき、強磁性材料層５１１の比抵抗値が低い領域５１１Ｌの数はＮ以上（実施例５にあってはＮであり、具体的には、Ｎ＝１６）である。比抵抗値が異なる強磁性材料層５１１の領域は、２つの群に分けられている。このように、強磁性材料層５１１の比抵抗値を強磁性材料層５１１の軸線方向に沿って変化させることで、強磁性材料層５１１に磁壁駆動電流を流したとき、強磁性材料層５１１の軸線方向に沿って強磁性材料層（強磁性記録層）５１１の温度の上昇に分布を生じさせることができる。強磁性材料層５１１の比抵抗値が高い領域５１１Ｈと低い領域５１１Ｌの形成は、強磁性材料層５１１に、窒素イオンや酸素イオンを注入することで行うことができる。
【００８０】
実施例５にあっても、反強磁性領域５３０は、強磁性材料層５１１の全面を覆うように形成されている。
【００８１】
実施例５において、第１電極５２１から第２電極５２２へと磁壁駆動電流を流すと、あるいは又、第２電極５２２から第１電極５２１へと磁壁駆動電流を流すと、強磁性材料層５１１の内部にジュール熱が生成し、生成したジュール熱によって、強磁性材料層５１１及び反強磁性領域５３０の温度が上昇する。ここで、強磁性材料層５１１の比抵抗値が低い領域５１１Ｌにおける温度上昇ΔＴLは、比抵抗値が高い領域５１１Ｈにおける温度上昇ΔＴHよりも少ない。従って、強磁性材料層５１１の比抵抗値が高い領域５１１Ｈにおいては、比抵抗値が低い領域５１１Ｌよりも、強磁性材料層５１１と反強磁性領域５３０との間の交換結合の消滅あるいは低下が、確実に生じる。ここで、移動開始前に強磁性材料層５１１の比抵抗値が低い領域５１１Ｌに位置していた磁壁は、磁壁駆動電流を流すと移動を開始し、強磁性材料層５１１の比抵抗値が高い領域５１１Ｈを速やかに通過する。強磁性材料層５１１の比抵抗値が高い領域５１１Ｈを磁壁が通過中、あるいは、通過が完了した時点で、磁壁駆動電流を流すことを停止すると、あるいは又、磁壁駆動電流の値を低減すると、強磁性材料層５１１の比抵抗値が低い領域５１１Ｌにあっては、その温度が直ちに低下し、強磁性材料層５１１と反強磁性領域５３０との間の交換結合が再び生じる。それ故、磁壁の移動を、強磁性材料層５１１の比抵抗値が低い領域５１１Ｌにおいて確実に停止させることができる。
【実施例６】
【００８２】
実施例６も実施例１の変形であるが、第５の構成の情報記憶素子、及び、第５の構成の情報書込み・読出し方法に関し、強磁性材料層の軸線方向に沿って強磁性材料層（強磁性記録層）の温度の上昇に分布を生じさせる（前述した［Ａ］項）。
【００８３】
実施例６にあっては、強磁性材料層６１１の軸線方向に沿って強磁性材料層６１１の温度を変化させる温度制御手段６４０が、強磁性材料層６１１の近傍に配置されている。このように、温度制御手段６４０を設けることで、強磁性材料層６１１の軸線方向に沿って強磁性材料層（強磁性記録層）６１１の温度の上昇に分布を生じさせることができる。
【００８４】
図１４に模式的な一部断面図を示すように、実施例６において、温度制御手段６４０は、強磁性材料層６１１を取り囲む領域の熱伝導率を変化させるための、一種のヒートシンクから成る。具体的には、強磁性材料層６１１を覆う反強磁性領域６３０の上には層間絶縁層６１４が設けられている。そして、強磁性材料層６１１の一部の上方の層間絶縁層６１４の部分には凹部が設けられており、凹部を含む層間絶縁層６１４の上には、強磁性材料層６１１と平行に、帯状に銅（Ｃｕ）層から成る温度制御手段６４０が形成されている。強磁性材料層６１１の部分（領域）６１１Ｌにおける温度制御手段６４０の底面から反強磁性領域６３０までの距離は、強磁性材料層６１１の部分（領域）６１１Ｓにおける温度制御手段６４０の底面から反強磁性領域６３０までの距離よりも長い。このように、強磁性材料層６１１の軸線方向に沿って強磁性材料層６１１の温度を変化させるが、温度の異なる強磁性材料層６１１の領域は、２つの群に分けられている。図１４にあっては、領域６１１Ｓには千鳥状のハッチングを付している。
【００８５】
実施例６にあっても、第１電極６２１から第２電極６２２へと磁壁駆動電流を流すと、あるいは又、第２電極６２２から第１電極６２１へと磁壁駆動電流を流すと、強磁性材料層６１１の内部にジュール熱が生成し、生成したジュール熱によって、強磁性材料層６１１及び反強磁性領域６３０の温度が上昇する。ここで、強磁性材料層の領域６１１Ｓにおける温度上昇ΔＴSは、領域６１１Ｌにおける温度上昇ΔＴLよりも少ない。従って、強磁性材料層６１１の領域６１１Ｌにおいては、領域６１１Ｓよりも、強磁性材料層６１１と反強磁性領域６３０との間の交換結合の消滅あるいは低下が、確実に生じる。ここで、移動開始前に強磁性材料層の領域６１１Ｓに位置していた磁壁は、磁壁駆動電流を流すと移動を開始し、強磁性材料層６１１の領域６１１Ｌを速やかに通過する。強磁性材料層６１１の領域６１１Ｌを磁壁が通過中、あるいは、通過が完了した時点で、磁壁駆動電流を流すことを停止すると、あるいは又、磁壁駆動電流の値を低減すると、強磁性材料層６１１の領域６１１Ｓにあっては、その温度が直ちに低下し、強磁性材料層６１１と反強磁性領域６３０との間の交換結合が再び生じる。それ故、磁壁の移動を、強磁性材料層６１１の領域６１１Ｓにおいて確実に停止させることができる。温度制御手段６４０として、一種のヒートシンクを設ける代わりに、ヒータを設けてもよい。
【００８６】
以上、本発明を好ましい実施例に基づき説明したが，本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。実施例において説明した情報記憶素子の構成や構造、構成材料、製造方法等は例示であり、適宜、変更することができる。強磁性材料層（強磁性記録層）への情報の書込みあるいは読出しとして、代替的に、電流によって形成された磁界に基づき情報が書き込まれ、強磁性材料層における磁界の方向を検出することで情報が読み出される形態とすることもできる。ここで、この場合には、例えば、磁界形成／検出手段として、具体的には、磁界を生成させるコイルや配線を挙げることができる。
【００８７】
実施例１の情報記憶素子の変形例を図１５に模式的な一部断面図を示すように、情報記憶素子７００における帯状の強磁性材料層（強磁性記録層）７１１を、例えば、「Ｕ」字状の立体形状とすることもできる。係る情報記憶素子７００は、例えば、以下の方法で製造することができる。即ち、シリコン半導体基板から成る基板７１０に、非磁性体膜７２３Ａ及び磁化参照層７２３Ｂの積層構造を有する第３電極７２３を形成した後、基板７１０上に、層間絶縁層７１５及び反強磁性材料層７３０Ａが、多段に積層された積層構造体を形成する。次いで、第３電極７２３の上方の積層構造体に開口部を形成し、係る開口部内に強磁性材料層７１１を形成し、強磁性材料層７１１上に絶縁膜７３２を形成し、開口部の底部に位置する絶縁膜７３２の部分、積層構造体の頂面上の絶縁膜７３２の一部分を除去する。その後、開口部内を第２電極７２２で埋め込み、更には、積層構造体の頂面上に露出した強磁性材料層７１１上に第１電極７２１を形成する。
【図面の簡単な説明】
【００８８】
【図１】図１の（Ａ）及び（Ｂ）は、実施例１の情報記憶素子の模式的な部分的平面図及び模式的な一部断面図である。
【図２】図２の（Ａ）〜（Ｆ）は、実施例１の情報記憶素子における情報書込み・読出し方法を説明するための情報記憶素子の概念図である。
【図３】図３の（Ａ）〜（Ｅ）は、図２の（Ｆ）に引き続き、実施例１の情報記憶素子における情報書込み・読出し方法を説明するための情報記憶素子の概念図である。
【図４】図４の（Ａ）〜（Ｄ）は、実施例１の情報記憶素子の製造方法を説明するための基板等の模式的な一部断面図である。
【図５】図５の（Ａ）及び（Ｂ）は、実施例２の情報記憶素子の模式的な部分的平面図及び模式的な一部断面図である。
【図６】図６の（Ａ）及び（Ｂ）は、実施例２の情報記憶素子の製造方法を説明するための部分的な平面図、及び、基板等の模式的な一部断面図である。
【図７】図７の（Ａ）及び（Ｂ）は、図６の（Ａ）及び（Ｂ）に引き続き、実施例２の情報記憶素子の製造方法を説明するための部分的な平面図、及び、基板等の模式的な一部断面図である。
【図８】図８の（Ａ）及び（Ｂ）は、図７の（Ａ）及び（Ｂ）に引き続き、実施例２の情報記憶素子の製造方法を説明するための部分的な平面図、及び、基板等の模式的な一部断面図である。
【図９】図９の（Ａ）は、実施例２の情報記憶素子の第１電極へ＋Ｖm、周期ｔrの電圧を印加したときの磁壁再生率を示すグラフであり、図９の（Ｂ）は、比較例の情報記憶素子の第１電極へ＋Ｖm、周期ｔrの電圧を印加したときの磁壁再生率を示すグラフである。
【図１０】図１０の（Ａ）は、実施例２の情報記憶素子の第１電極に印加する電圧の変調例を示し、図１０の（Ｂ）は、そのときの磁壁再生率の測定結果を示すグラフである。
【図１１】図１１の（Ａ）及び（Ｂ）は、実施例３の情報記憶素子の模式的な部分的平面図及び模式的な一部断面図である。
【図１２】図１２の（Ａ）及び（Ｂ）は、実施例４の情報記憶素子の模式的な部分的平面図及び模式的な一部断面図である。
【図１３】図１３の（Ａ）及び（Ｂ）は、実施例５の情報記憶素子の模式的な部分的平面図及び模式的な一部断面図である。
【図１４】図１４は、実施例６の情報記憶素子の模式的な一部断面図である。
【図１５】図１５は、実施例１の情報記憶素子の変形例の模式的な一部断面図である。
【符号の説明】
【００８９】
１００，２００，３００，４００，５００，６００，７００・・・情報記憶素子、１１０，２１０，３１０，４１０，５１０，６１０，７１０・・・基板、１１１，２１１，３１１，４１１，５１１，６１１，７１１・・・強磁性材料層（強磁性記録層）、１１２・・・磁化領域、１１３・・・磁壁、１１４，２１４，３１３，４１４，５１４，６１４，７１５・・・層間絶縁層、１２１，２２１，３２１，４２１，５２１，６２１，７２１・・・第１電極、１２２，２２２，３２２，４２２，５２２，６２２，７２２・・・第２電極、１２３，２２３，３２３，４２３，５２３，６２３，７２３・・・第３電極、１２３Ａ，２２３Ａ，３２３Ａ，４２３Ａ，５２３Ａ，６２３Ａ，７２３Ａ・・・非磁性体膜、１２３Ｂ，２２３Ｂ，３２３Ｂ，４２３Ｂ，５２３Ｂ，６２３Ｂ，７２３Ｂ・・・磁化参照層、１２４，１２５・・・配線、１３０，２３０，３３０，４３０，５３０，６３０，７３０・・・反強磁性領域、２３０Ａ・・・反強磁性材料層、２３１・・・溝部、２３２，７３２・・・絶縁膜、６４０・・・温度制御手段
【技術分野】
【０００１】
本発明は、情報記憶素子、及び、情報記憶素子における情報書込み・読出し方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
コンピュータ等の情報機器においては、現在、外部記憶装置として、ハードディスクドライブが広く用いられている。しかしながら、ハードディスクドライブは回転機構を伴うため、小型化や省電力化が難しい。そこで、小型機器用の外部記憶装置として、フラッシュメモリを用いたシリコンディスクドライブ（ＳＳＤ）が用いられ始めているが、価格が高く、記憶容量も十分ではない。それ故、大記憶容量で、不揮発性、且つ、高速の情報書込み・読出しが可能な記憶装置が強く望まれている。
【０００３】
このような記憶装置の１形態として、情報を磁性体の磁化状態として記録する磁気メモリの発展型である電流誘起磁壁移動型の磁気メモリが考案されている（例えば、特開２００５−１２３６１７や特開２００６−２３７１８３参照）。この電流誘起磁壁移動型の磁気メモリにあっては、帯状の強磁性材料層を複数の磁化領域（磁区）に分割して、強磁性材料層に電流を流すことで、磁化領域の境界である磁壁を移動させながら、強磁性材料層の磁化領域に情報を書き込み、また、情報の読み出しを行う。
【０００４】
【特許文献１】特開２００５−１２３６１７
【特許文献２】特開２００６−２３７１８３
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、このような電流誘起磁壁移動型の磁気メモリには、情報の保持、安定した磁壁の移動に未だ問題がある。磁壁を移動させ易くするためには、強磁性材料層の厚さを薄くしたり、強磁性材料層に軟磁性材料を用いることが考えられるが、このような解決手段は、情報を安定に保持することと反する。また、強磁性材料層内において磁壁が長い距離を移動したとき、磁壁間の距離が変化して情報誤りを起こし易くなる虞がある。
【０００６】
従って、本発明の目的は、安定した磁壁の移動を可能とし、確実に情報の書き込み、保持、読み出しを行い得る磁壁移動型の磁気メモリから成る情報記憶素子、及び、係る情報記憶素子における情報書込み・読出し方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記の目的を達成するための本発明の情報記憶素子における情報書込み・読出し方法は、
帯状の強磁性材料層（強磁性記録層）を備えており、
強磁性材料層の一端には第１電極が設けられており、強磁性材料層の他端には第２電極が設けられており、
第１電極と第２電極との間に電流を流すことで電流誘起磁壁移動が生じ、
強磁性材料層において、磁化領域に磁化状態が情報として書き込まれ、若しくは、磁化状態が情報として読み出され、
強磁性材料層の少なくとも一部に接して、反強磁性材料から成る反強磁性領域が設けられている情報記憶素子における情報書込み・読出し方法であって、
磁壁の移動時、強磁性材料層と反強磁性領域との間の交換結合を消滅あるいは低下させる。
【０００８】
上記の目的を達成するための本発明の情報記憶素子は、
帯状の強磁性材料層（強磁性記録層）を備えており、
強磁性材料層の一端には第１電極が設けられており、強磁性材料層の他端には第２電極が設けられており、
第１電極と第２電極との間に電流を流すことで電流誘起磁壁移動が生じ、
強磁性材料層において、磁化領域に磁化状態が情報として書き込まれ、若しくは、磁化状態が情報として読み出され、
強磁性材料層の少なくとも一部に接して、反強磁性材料から成る反強磁性領域が設けられている。
【０００９】
本発明の情報記憶素子における情報書込み・読出し方法あるいは本発明の情報記憶素子にあっては、磁化領域に磁化状態が情報として書き込まれる。係る情報の書込み形態として、第３電極の構成、構造にも依るが、ＧＭＲ（Giant MagnetoResistance，巨大磁気抵抗）効果あるいはＴＭＲ（Tunnel MagnetoResistance）効果に基づき、電流によるスピン注入磁化反転によって情報が書き込まれる形態を挙げることができる。あるいは又、電流によって形成された磁界に基づき情報が書き込まれる形態を挙げることができる。また、磁化状態が情報として読み出されるが、係る情報の読出し形態として、強磁性材料層における電気抵抗値の高低を検出する形態を挙げることができるし、あるいは又、強磁性材料層における磁界の方向を検出する形態を挙げることができる。磁化領域と磁化領域の境界（界面）である磁壁の移動時（磁壁の移動開始直前、移動開始と同時、移動中を含む）、強磁性材料層と反強磁性領域との間の交換結合を消滅あるいは低下させるためには、強磁性材料層及び／又は反強磁性領域の温度を上昇させればよい。
【発明の効果】
【００１０】
本発明の情報記憶素子、あるいは、本発明の情報記憶素子における情報書込み・読出し方法にあっては、基本的には、
［Ａ］強磁性材料層の軸線方向に沿って、強磁性材料層（強磁性記録層）の温度の上昇に分布を生じさせる。
［Ｂ］強磁性材料層の軸線方向に沿って、反強磁性領域のブロッキング温度ＴＢを変化させる。あるいは又、
［Ｃ］反強磁性領域を周期的に配置する。
といった方策を採用する。ここで、室温においては反強磁性領域によって強磁性材料層の磁化方向が固定されるため、長期間に亙り確実に情報（磁化領域における磁化状態）を保持することができる。また、情報の書込みあるいは読出し時、強磁性材料層と反強磁性領域の交換結合を消滅あるいは低下させる結果、容易に磁壁を移動させることができるので、強磁性材料層内において磁壁が長い距離を移動したときでも、情報誤りを起こし易くなるといった問題の発生を確実に回避することができる。そして、以上の結果として、本発明によれば、安定して情報を保持しながら、確実に情報の書込み、記録、読出しを行うことができ、１つの連続した磁性体素子に多数の情報が記録可能となり、小型、軽量、且つ、安価な情報記憶装置を実現することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
以下、図面を参照して、実施例に基づき本発明を説明する。尚、説明は、以下の順序で行う。
１．本発明の情報記憶素子、及び、情報記憶素子における情報書込み・読出し方法、全般に関する説明
２．実施例１（第１の構成の情報記憶素子及び第１の構成の情報書込み・読出し方法）
３．実施例２（実施例１の情報記憶素子の変形例）
４．実施例３（第２の構成の情報記憶素子及び第２の構成の情報書込み・読出し方法）
５．実施例４（第３の構成の情報記憶素子及び第３の構成の情報書込み・読出し方法）
６．実施例５（第４の構成の情報記憶素子及び第４の構成の情報書込み・読出し方法）
７．実施例６（第５の構成の情報記憶素子及び第５の構成の情報書込み・読出し方法）
【００１２】
［本発明の情報記憶素子、及び、情報記憶素子における情報書込み・読出し方法、全般に関する説明］
本発明の情報記憶素子における情報書込み・読出し方法にあっては、第１電極と第２電極との間に電流を流すことで生成したジュール熱によって、強磁性材料層と反強磁性領域との間の交換結合を消滅あるいは低下させる形態とすることができる。
【００１３】
上記の好ましい形態を含む本発明の情報記憶素子における情報書込み・読出し方法にあっては、複数の反強磁性領域が離間して配置されている構成とすることができる。そして、この場合、記憶する情報のビット数をＮとしたとき、反強磁性領域の数はＮ以上である構成とすることができる。係る構成を、便宜上、『第１の構成の情報書込み・読出し方法』と呼ぶ場合がある。強磁性材料層の軸線方向に沿った離間した反強磁性領域の長さや、隣接する反強磁性領域の間隔は、情報記憶素子に要求される仕様に応じて、適宜、決定すればよい。以上の説明は、後述する第１の構成の情報記憶素子においても同様である。
【００１４】
あるいは又、上記の好ましい形態を含む本発明の情報記憶素子における情報書込み・読出し方法にあっては、磁化領域の磁化状態を固定しておくことができる上限温度（所謂、ブロッキング温度ＴＢであり、強磁性材料層とこの強磁性材料層に接した反強磁性領域との間の交換結合が消滅する温度）が、各反強磁性領域において異なっている構成とすることができる。そして、この場合、記憶する情報のビット数をＮとしたとき、上限温度が高い反強磁性領域の数はＮ以上である構成とすることができる。係る構成を、便宜上、『第２の構成の情報書込み・読出し方法』と呼ぶ場合がある。磁化領域の磁化状態を固定しておくことができる上限温度を異ならせるためには、各反強磁性領域の組成若しくは構造を異ならせればよい。強磁性材料層及び反強磁性領域を温度Ｔ0としたとき、反強磁性領域のブロッキング温度ＴＢが温度Ｔ0より高い場合には、係る反強磁性領域とこの反強磁性領域に接した強磁性材料層の部分との間の交換結合は消滅しない。一方、反強磁性領域のブロッキング温度ＴＢが温度Ｔ0より低い場合には、係る反強磁性領域とこの反強磁性領域に接した強磁性材料層の部分との間の交換結合が消滅する。従って、ブロッキング温度ＴＢを各反強磁性領域において異ならせることで、反強磁性領域と強磁性材料層の温度に依存して、反強磁性領域と強磁性材料層との間の交換結合の消滅状態や低下状態を制御することができる。磁化領域の磁化状態を固定しておくことができる上限温度が異なる反強磁性領域は、最低、２つの群に分けられればよい。上限温度が高い反強磁性領域と上限温度が低い反強磁性領域とは、交互に配置すればよい。強磁性材料層の軸線方向に沿った上限温度が高い反強磁性領域の長さは、情報記憶素子に要求される仕様に応じて、適宜、決定すればよい。反強磁性領域は、強磁性材料層の情報を記録する部分の全面に形成すればよい。反強磁性領域の組成を異ならせるためには、例えば、反強磁性領域に窒素イオンや酸素イオンを注入すればよい。また、反強磁性領域の構造を異ならせるためには、例えば、反強磁性領域の厚さを異ならせればよい。以上の説明は、後述する第２の構成の情報記憶素子においても同様である。
【００１５】
あるいは又、上記の好ましい形態を含む本発明の情報記憶素子における情報書込み・読出し方法にあっては、強磁性材料層の軸線方向と直交する仮想平面で強磁性材料層を切断したときの強磁性材料層の断面積が、強磁性材料層の軸線方向に沿って変化している構成とすることができる。そして、この場合、強磁性材料層の軸線方向と直交する仮想平面で強磁性材料層を切断したときの強磁性材料層の断面積が大きい領域と小さな領域が、強磁性材料層の軸線方向に沿って交互に設けられている構成とすることができ、更には、記憶する情報のビット数をＮとしたとき、強磁性材料層の断面積が大きい領域の数はＮ以上である構成とすることができる。係る構成を、便宜上、『第３の構成の情報書込み・読出し方法』と呼ぶ場合がある。ここで、断面積の変化あるいは大小は、強磁性材料層の幅の設定、あるいは又、強磁性材料層の厚さの設定、あるいは又、強磁性材料層の幅及び厚さの設定によって得ることができる。このように、強磁性材料層の断面積を強磁性材料層の軸線方向に沿って変化させることで、強磁性材料層に電流を流したとき、強磁性材料層の軸線方向に沿って強磁性材料層（強磁性記録層）の温度の上昇に分布を生じさせることができる。断面積が異なる強磁性材料層の領域は、最低、２つの群に分けられればよい。強磁性材料層の軸線方向に沿った断面積が異なる強磁性材料層の領域の長さは、情報記憶素子に要求される仕様に応じて、適宜、決定すればよい。反強磁性領域は、強磁性材料層の情報を記録する部分の全面に形成すればよいし、場合によっては、離間した複数の反強磁性領域を設けてもよい。以上の説明は、後述する第３の構成の情報記憶素子においても同様である。
【００１６】
あるいは又、上記の好ましい形態を含む本発明の情報記憶素子における情報書込み・読出し方法にあっては、強磁性材料層の比抵抗値が強磁性材料層の軸線方向に沿って変化している構成とすることができる。そして、この場合、強磁性材料層の比抵抗値が高い領域と低い領域が、強磁性材料層の軸線方向に沿って交互に設けられている構成とすることができ、更には、記憶する情報のビット数をＮとしたとき、強磁性材料層の比抵抗値が低い領域の数はＮ以上である構成とすることができる。係る構成を、便宜上、『第４の構成の情報書込み・読出し方法』と呼ぶ場合がある。比抵抗値は、例えば、強磁性材料層の所望の部分あるいは領域に窒素イオンや酸素イオンを注入することで変化させることができる。このように、強磁性材料層の比抵抗値を強磁性材料層の軸線方向に沿って変化させることでも、強磁性材料層に電流を流したとき、強磁性材料層の軸線方向に沿って強磁性材料層（強磁性記録層）の温度の上昇に分布を生じさせることができる。比抵抗値が異なる強磁性材料層の領域は、最低、２つの群に分けられればよい。強磁性材料層の軸線方向に沿った比抵抗値が異なる強磁性材料層の領域の長さは、情報記憶素子に要求される仕様に応じて、適宜、決定すればよい。反強磁性領域は、強磁性材料層の情報を記録する部分の全面に形成すればよいし、場合によっては、離間した複数の反強磁性領域を設けてもよい。以上の説明は、後述する第４の構成の情報記憶素子においても同様である。
【００１７】
あるいは又、上記の好ましい形態を含む本発明の情報記憶素子における情報書込み・読出し方法にあっては、強磁性材料層の軸線方向に沿って強磁性材料層の温度を変化させる温度制御手段が、強磁性材料層近傍に配置されている構成とすることができる。係る構成を、便宜上、『第５の構成の情報書込み・読出し方法』と呼ぶ場合がある。このように、温度制御手段を設け、必要に応じて温度制御手段を制御することでも、強磁性材料層の軸線方向に沿って強磁性材料層（強磁性記録層）の温度の上昇に分布を生じさせることができる。そして、この場合、強磁性材料層の温度が高い領域と低い領域が強磁性材料層の軸線方向に沿って交互に生じるように温度制御手段を設け、必要に応じて温度制御手段を制御する構成とすることができ、更には、記憶する情報のビット数をＮとしたとき、強磁性材料層の温度が低い領域の数がＮ以上となるように温度制御手段を設け、必要に応じて温度制御手段を制御する構成とすることができる。強磁性材料層の軸線方向に沿って強磁性材料層の温度を変化させるが、温度の異なる強磁性材料層の領域は、最低、２つの群に分けられればよい。強磁性材料層の軸線方向に沿った温度が異なる強磁性材料層の領域の長さは、情報記憶素子に要求される仕様に応じて、適宜、決定すればよい。反強磁性領域は、強磁性材料層の情報を記録する部分の全面に形成すればよいし、場合によっては、離間した複数の反強磁性領域を設けてもよい。以上の説明は、後述する第５の構成の情報記憶素子においても同様である。
【００１８】
温度制御手段として、強磁性材料層及び反強磁性領域を加熱するためのヒータを挙げることができ、係るヒータを強磁性材料層及び反強磁性領域の近傍に配置すればよい。ヒータは、例えば、パターニングされた高抵抗体層から構成することができる。高抵抗体層を構成する材料として、例えば、シリコンカーバイド（ＳｉＣ）やＳｉＣＮといったカーボン系抵抗体材料、ＳｉＮ系材料、アモルファスシリコン等の半導体抵抗体材料、酸化ルテニウム（ＲｕＯ2）、酸化タンタル、窒化タンタル、酸化クロム、酸化チタン等の高融点金属酸化物や高融点金属窒化物を例示することができる。あるいは又、強磁性材料層の周囲の熱伝導を変化させてもよい。即ち、強磁性材料層を取り囲む領域の熱伝導率を変化させてもよい。具体的には、例えば、一種のヒートシンクを設ければよく、このような形態にあっては、係るヒートシンクが温度制御手段に相当する。以上の説明は、以下においても同様である。
【００１９】
以上に説明した好ましい形態、構成を含む本発明の情報記憶素子における情報書込み・読出し方法にあっては、
強磁性材料層の一部に接して設けられた第３電極を更に備えており、
第３電極は、強磁性材料層の一部に接した非磁性体膜、及び、その上に形成された磁化参照層（固着層、磁化固定層とも呼ばれる）から構成されており、
第２電極と第３電極との間に電流を流すことで、各磁化領域に磁化状態を情報として書き込む形態とすることができる。そして、この場合、第２電極と第３電極との間に電流を流すことで、各磁化領域における電気抵抗値を情報として第３電極から読み出す形態とすることができる。尚、第２電極と第３電極とを、強磁性材料層を挟んで第２電極と第３電極とが対向した状態に配置してもよいし、第２電極と第３電極とを、強磁性材料層の同じ側に配置してもよいし、第２電極と第３電極とを、強磁性材料層の異なる側に配置してもよい。以下の説明においても同様である。
【００２０】
あるいは又、以上に説明した好ましい形態、構成を含む本発明の情報記憶素子における情報書込み・読出し方法にあっては、強磁性材料層の一部に隣接して磁界形成／検出手段が更に設けられており、磁界形成／検出手段に電流を流すことで各磁化領域に磁化状態を情報として書き込む形態とすることができる。そして、この場合、各磁化領域において生成した磁場を情報として磁界形成／検出手段によって読み出す形態とすることができる。磁界形成／検出手段として、具体的には、磁界を生成させるコイルあるいは配線を挙げることができる。磁界形成／検出手段に電流を流すことで、各磁化領域に磁化状態を情報として書き込むが、具体的には、コイルあるいは配線に電流を流すことで磁界を生成させ、係る磁界によって磁化領域に磁化状態を所望の方向に揃えればよい。また、各磁化領域において生成した磁場の方向を、情報として、磁界形成／検出手段であるコイルや配線によって読み出せばよい。尚、情報の読出し方法として、その他、光磁気効果（カー効果）を用いる方法を採用してもよい。以下の説明においても同様である。
【００２１】
更には、以上に説明した好ましい各種の形態、構成を含む本発明の情報記憶素子における情報書込み・読出し方法にあっては、電流誘起磁壁移動を生じさせるために強磁性材料層に流す電流を規則的に変調する形態とすることが好ましい。これによって、磁壁の移動速度を一定に保ち、情報の書込みあるいは読出し中に磁化情報が消滅あるいは変化することを一層確実に抑制することができる。
【００２２】
本発明の情報記憶素子にあっては、
強磁性材料層の一部に接して設けられた第３電極を更に備えており、
第３電極は、強磁性材料層の一部に接した非磁性体膜、及び、その上に形成された磁化参照層から構成されており、
第２電極と第３電極との間に電流を流すことで、各磁化領域に磁化状態が情報として書き込まれる形態とすることができる。そして、この場合、第２電極と第３電極との間に電流を流すことで、各磁化領域における電気抵抗値が情報として第３電極から読み出される形態とすることができる。
【００２３】
あるいは又、本発明の情報記憶素子にあっては、強磁性材料層の一部に隣接して磁界形成／検出手段が更に設けられており、磁界形成／検出手段に電流を流すことで各磁化領域に磁化状態が情報として書き込まれる形態とすることができる。そして、この場合、各磁化領域において生成した磁場が、情報として磁界形成／検出手段によって読み出される形態とすることができる。
【００２４】
上記の各種形態を含む本発明の情報記憶素子にあっては、複数の反強磁性領域が離間して配置されている構成とすることができ、更には、記憶する情報のビット数をＮとしたとき、反強磁性領域の数はＮ以上である構成とすることができる。係る構成を、便宜上、『第１の構成の情報記憶素子』と呼ぶ場合がある。
【００２５】
あるいは又、上記の各種形態を含む本発明の情報記憶素子にあっては、磁化領域の磁化状態を固定しておくことができる上限温度（ブロッキング温度ＴＢ）が、各反強磁性領域において異なっている構成とすることができる。そして、この場合、記憶する情報のビット数をＮとしたとき、反強磁性領域の数はＮ以上である構成とすることができる。係る構成を、便宜上、『第２の構成の情報記憶素子』と呼ぶ場合がある。
【００２６】
あるいは又、上記の各種形態を含む本発明の情報記憶素子にあっては、強磁性材料層の軸線方向と直交する仮想平面で強磁性材料層を切断したときの強磁性材料層の断面積が、強磁性材料層の軸線方向に沿って変化している構成とすることができる。そして、この場合、強磁性材料層の軸線方向と直交する仮想平面で強磁性材料層を切断したときの強磁性材料層の断面積が大きい領域と小さな領域が、強磁性材料層の軸線方向に沿って交互に設けられている構成とすることができ、更には、記憶する情報のビット数をＮとしたとき、強磁性材料層の断面積が大きい領域の数はＮ以上である構成とすることができる。係る構成を、便宜上、『第３の構成の情報記憶素子』と呼ぶ場合がある。
【００２７】
あるいは又、上記の各種形態を含む本発明の情報記憶素子にあっては、強磁性材料層の比抵抗値が強磁性材料層の軸線方向に沿って変化している構成とすることができる。そして、この場合、強磁性材料層の比抵抗値が高い領域と低い領域が、強磁性材料層の軸線方向に沿って交互に設けられている構成とすることができ、更には、記憶する情報のビット数をＮとしたとき、強磁性材料層の比抵抗値が低い領域の数はＮ以上である構成とすることができる。係る構成を、便宜上、『第４の構成の情報記憶素子』と呼ぶ場合がある。
【００２８】
あるいは又、上記の各種形態を含む本発明の情報記憶素子にあっては、強磁性材料層の軸線方向に沿って強磁性材料層の温度を変化させる温度制御手段が、強磁性材料層近傍に配置されている構成とすることができる。係る構成を、便宜上、『第５の構成の情報記憶素子』と呼ぶ場合がある。
【００２９】
強磁性材料層の平面形状は帯状（ストライプ状）であればよく、直線状であってもよいし、曲がっていてもよいし、「Ｕ」字状等の立体形状とすることもできるし、「Ｙ」字状等に分岐した形状とすることもできる。
【００３０】
強磁性材料層（強磁性記録層）と反強磁性領域が磁気的交換結合することで強磁性材料層（強磁性記録層）の磁化方向が固定されるが、即ち、強磁性材料層は反強磁性領域との交換結合によってピニング（pinning）されるが、係る強磁性材料層（強磁性記録層）を構成する材料として、磁壁を少ない電流で動かすためにスピントルク効率のよい材料が好ましく、ニッケル（Ｎｉ）、鉄（Ｆｅ）、コバルト（Ｃｏ）といった強磁性材料、これらの強磁性材料の合金（例えば、Ｃｏ−Ｆｅ、Ｃｏ−Ｆｅ−Ｎｉ、Ｎｉ−Ｆｅ等）、これらの合金に非磁性元素（例えば、タンタル、ホウ素、クロム、白金、シリコン、炭素、窒素、アルミニウム、リン、ニオブ、ジルコニウム等）を混ぜた合金（例えば、Ｃｏ−Ｆｅ−Ｂ等）、Ｃｏ、Ｆｅ、Ｎｉの内の１種類以上を含む酸化物（例えば、フェライト：Ｆｅ−ＭｎＯ等）、ハーフメタリック強磁性材料と呼ばれる一群の金属間化合物（ホイスラー合金：ＮｉＭｎＳｂ、Ｃｏ2ＭｎＧｅ、Ｃｏ2ＭｎＳｉ、Ｃｏ2ＣｒＡｌ等）、酸化物（例えば、（Ｌａ，Ｓｒ）ＭｎＯ3、ＣｒＯ2、Ｆｅ3Ｏ4等）を挙げることができる。強磁性材料層の結晶性は、本質的に任意であり、多結晶であってもよいし、単結晶であってもよいし、非晶質であってもよい。また、強磁性材料層は、単層構成とすることもできるし、複数の異なる強磁性材料層を積層した積層構成とすることもできるし、強磁性材料層と非磁性材料層を積層した積層構成とすることもできる。
【００３１】
反強磁性領域を構成する材料として、鉄−マンガン合金、ニッケル−マンガン合金、白金−マンガン合金、イリジウム−マンガン合金、ロジウム−マンガン合金、コバルト酸化物、ニッケル酸化物を挙げることができるが、強磁性材料層に効率よく電流を流すために、電気抵抗が高い鉄（Ｆｅ）、コバルト（Ｃｏ）、ニッケル（Ｎｉ）を基本とした酸化物が一層適している。
【００３２】
反強磁性領域を、強磁性材料層の一部に接するように形成してもよいし、強磁性材料層の全面に形成してもよい。前者の構成を採用することで、前述した［Ｃ］項を達成することができる。一方、後者の構成を採用する場合、前述した［Ａ］項あるいは［Ｂ］項が達成されるように、反強磁性領域や強磁性材料層の構成、構造の適切化を図ればよい。
【００３３】
強磁性材料層や反強磁性領域は、例えば、スパッタリング法、イオンビーム堆積法、真空蒸着法に例示される物理的気相成長法（ＰＶＤ法）、ＡＬＤ（Atomic Layer Deposition）法に代表される化学的気相成長法（ＣＶＤ法）にて形成することができる。強磁性材料層、反強磁性領域のパターニングは、反応性イオンエッチング法（ＲＩＥ法）やイオンミーリング法（イオンビームエッチング法）にて行うことができる。
【００３４】
第１電極や第２電極は、Ｃｕ、Ａｕ、Ｐｔ、Ｔｉ等の単層構造から成り、あるいは又、ＣｒやＴｉ等から成る下地層と、その上に形成されたＣｕ層、Ａｕ層、Ｐｔ層等の積層構造を有していてもよい。更には、Ｗ、Ｒｕ、Ｔａ等の単層あるいはＣｕ、Ｃｒ、Ｔｉ等との積層構造から構成することもできる。これらの電極は、例えば、スパッタリング法に例示されるＰＶＤ法にて形成することができる。
【００３５】
第３電極と強磁性材料層とによって、ＴＭＲ効果あるいはＧＭＲ効果を有する一種の情報記録構造体が構成される。ここで、磁化参照層、非磁性体膜及び強磁性材料層によって構成されるＴＭＲ効果を有する情報記録構造体とは、磁化参照層と強磁性材料層との間に、トンネル絶縁膜として機能する非磁性体膜が挟まれた構造を指す。ここで、第３電極を構成する磁化参照層を構成する材料として、上述した強磁性材料層を構成する材料を挙げることができるし、積層フェリ構造［反強磁性的結合を有する積層構造であり、合成反強磁性結合（ＳＡＦ：Synthetic Antiferromagnet）とも呼ばれる］を有する構成とすることができるし、静磁結合構造を有する構成とすることができる。積層フェリ構造とは、例えば、磁性材料層／ルテニウム（Ｒｕ）層／磁性材料層の３層構造（具体的には、例えば、ＣｏＦｅ／Ｒｕ／ＣｏＦｅの３層構造、ＣｏＦｅＢ／Ｒｕ／ＣｏＦｅＢの３層構造）を有し、ルテニウム層の厚さによって、２つの磁性材料層の層間交換結合が、反強磁性的あるいは強磁性的になる構造を指し、例えば、 S. S. Parkin et. al, Physical Review Letters, 7 May, pp 2304-2307 (1990) に報告されている。尚、２つの磁性材料層の層間交換結合が反強磁性的になる構造を、積層フェリ構造と呼ぶ。また、２つの磁性材料層において、磁性材料層の端面からの漏洩磁界によって反強磁性的結合が得られる構造を、静磁結合構造と呼ぶ。第３電極を構成する非磁性体膜を構成する材料として、マグネシウム酸化物（ＭｇＯ）、マグネシウム窒化物、アルミニウム酸化物（ＡｌＯX）、アルミニウム窒化物（ＡｌＮ）、シリコン酸化物、シリコン窒化物、ＴｉＯ2あるいはＣｒ2Ｏ3、Ｇｅ、ＮｉＯ、ＣｄＯX、ＨｆＯ2、Ｔａ2Ｏ5、ＢＮ、ＺｎＳ等の絶縁材料を挙げることができる。一方、ＧＭＲ効果を有する情報記録構造体を構成する非磁性体膜を構成する材料として、Ｃｕ、Ｒｕ、Ｃｒ、Ａｕ、Ａｇ、Ｐｔ、Ｔａ等、あるいは、これらの合金といった導電性材料を挙げることができるし、導電性が高ければ（抵抗率が数百μΩ・ｃｍ以下）、任意の非金属材料としてもよいが、強磁性材料層や磁化参照層と界面反応を起こし難い材料を、適宜、選択することが望ましい。
【００３６】
絶縁材料から成る非磁性体膜は、例えば、スパッタリング法にて形成された金属膜を酸化若しくは窒化することにより得ることができる。より具体的には、非磁性体膜を構成する絶縁材料としてアルミニウム酸化物（ＡｌＯX）、マグネシウム酸化物（ＭｇＯ）を用いる場合、例えば、スパッタリング法にて形成されたアルミニウムやマグネシウムを大気中で酸化する方法、スパッタリング法にて形成されたアルミニウムやマグネシウムをプラズマ酸化する方法、スパッタリング法にて形成されたアルミニウムやマグネシウムをＩＰＣプラズマで酸化する方法、スパッタリング法にて形成されたアルミニウムやマグネシウムを酸素中で自然酸化する方法、スパッタリング法にて形成されたアルミニウムやマグネシウムを酸素ラジカルで酸化する方法、スパッタリング法にて形成されたアルミニウムやマグネシウムを酸素中で自然酸化させるときに紫外線を照射する方法、アルミニウムやマグネシウムを反応性スパッタリング法にて成膜する方法、アルミニウム酸化物（ＡｌＯX）やマグネシウム酸化物（ＭｇＯ）をスパッタリング法にて成膜する方法を例示することができる。
【００３７】
以上の説明を纏めると、強磁性材料層の軸線方向に沿って強磁性材料層（強磁性記録層）に温度分布を生じさせるためには、
［１］強磁性材料層（強磁性記録層）の断面積（幅及び／又は厚さ）を変化させてもよいし、
［２］強磁性材料層（強磁性記録層）に、例えば、不純物をイオン注入することで、強磁性材料層（強磁性記録層）の比抵抗値を変化させてもよいし、
［３］温度制御手段を強磁性材料層近傍に配置してもよいし、
［４］強磁性材料層の周囲の熱伝導を変化させてもよい。
このように温度分布を生じさせることで、反強磁性領域毎に、強磁性材料層と反強磁性領域との間の交換結合の消滅あるいは低下の制御を行うことができる。また、温度分布を生じさせなくとも、
［５］反強磁性領域を離間して配置する、
ことでも、強磁性材料層と反強磁性領域との間の交換結合の制御を行うことができるし、
［６］反強磁性領域の組成や構造を変化させて、ブロッキング温度を変化させる、
ことでも、反強磁性領域毎に、強磁性材料層と反強磁性領域との間の交換結合の消滅あるいは低下の制御を行うことができる。
【実施例１】
【００３８】
実施例１は、本発明の情報記憶素子、及び、本発明の情報記憶素子における情報書込み・読出し方法に関し、具体的には、第１の構成の情報記憶素子、及び、第１の構成の情報書込み・読出し方法に関する。
【００３９】
図１の（Ａ）に模式的な部分的平面図を示し、図１の（Ｂ）に模式的な一部断面図を示すように、実施例１の情報記憶素子１００は、帯状の強磁性材料層（強磁性記録層）１１１を備えており、強磁性材料層１１１の一端には第１電極１２１が設けられており、強磁性材料層１１１の他端には第２電極１２２が設けられている。そして、実施例１の情報記憶素子１００にあっては、第１電極１２１と第２電極１２２との間に電流を流すことで生じるスピントルクに起因した電流誘起磁壁移動が生じる。第１電極１２１と第２電極１２２との間に流す電流を、『磁壁駆動電流』と呼ぶ。また、強磁性材料層１１１において、磁化領域１１２に磁化状態が情報として書き込まれ、若しくは、磁化状態が情報として読み出される。更には、強磁性材料層１１１の少なくとも一部に接して、反強磁性材料から成る反強磁性領域１３０が設けられている。参照番号１１３は、磁化領域１１２と磁化領域１１２の境界（界面）である磁壁を示す。強磁性材料層１１１の磁化容易軸は、強磁性材料層１１１の軸線と平行である。図１の（Ａ）にあっては、層間絶縁層１１４の図示を省略している。また、参照番号１２４，１２５は、層間絶縁層１１４上に形成され、第１電極１２１及び第２電極１２２に接続された配線を指す。図１の（Ａ）及び（Ｂ）に示した情報記憶素子１００にあっては、強磁性材料層１１１の上方に第１電極１２１、第２電極１２２を設け、強磁性材料層１１１の下方に第３電極１２３を設けたが、これとは逆に、強磁性材料層１１１の下方に第１電極１２１、第２電極１２２を設け、強磁性材料層１１１の上方に第３電極１２３を設けてもよい。
【００４０】
ここで、実施例１の情報記憶素子１００にあっては、複数の反強磁性領域１３０が離間して配置されている。更には、記憶する情報のビット数をＮ（実施例１にあっては、例えば、Ｎ＝１６）としたとき、反強磁性領域１３０の数はＮ以上（実施例１にあっては、具体的には１６）である。即ち、実施例１にあっては、上述した［Ｃ］項の方策を採用している。
【００４１】
実施例１の情報記憶素子１００は、強磁性材料層１１１の一部に接して設けられた第３電極１２３を更に備えている。第３電極１２３は、強磁性材料層１１１を挟んで、第２電極１２２と対向して配置されている。ここで、第３電極１２３は、強磁性材料層１１１の一部に接した非磁性体膜１２３Ａ、及び、その上に（図示した状態では、その下であるが）形成された磁化参照層１２３Ｂから構成されている。磁化参照層１２３Ｂは、磁化領域１１２に記録する磁化の方向を決めるための基準磁化層として機能する。そして、第２電極１２１と第３電極１２３との間に電流を流すことで、各磁化領域１１２に磁化状態が情報として書き込まれる。また、第２電極１２１と第３電極１２３との間に電流を流すことで、各磁化領域１１２における電気抵抗値（電気抵抗値の高低）が情報として第３電極１２３から読み出される。第３電極１２３と強磁性材料層１１１とによって、ＧＭＲ効果を有する一種の情報記録構造体が構成され、電流によるスピン注入磁化反転によって磁化領域１１２が形成され、磁壁１１３が生じ、強磁性材料層１１１に情報が書き込まれる。即ち、強磁性材料層１１１においては、電流の流れる方向により、その磁化の方向が、磁化参照層１２３Ｂに対して平行又は反平行に変えられる。
【００４２】
実施例１にあっては、強磁性材料層１１１は、厚さ３ｎｍ、幅１μｍの直線状のＮｉ−Ｆｅ合金層から成り、反強磁性領域１３０は、厚さ０．２μｍのＮｉＯから成る。また、第３電極１２３を構成する非磁性体膜１２３Ａは、厚さ１ｎｍのＣｕから成り、磁化参照層１２３Ｂは、ＣｏＦｅ：１ｎｍ／Ｒｕ：０．８ｎｍ／ＣｏＦｅ：１ｎｍ／ＰｔＭｎ：３０ｎｍ／Ｔａ：５ｎｍの積層膜から成る。第１電極１２１及び第２電極１２２はチタン層から構成されており、例えば、第１電極１２１は駆動電源（図示せず）に接続され、第２電極１２２は接地されている。尚、第３電極１２３と強磁性材料層１１１とによって、ＴＭＲ効果を有する一種の情報記録構造体を構成してもよく、この場合には、非磁性体膜１２３Ａを、例えば、ＭｇＯから構成すればよい。
【００４３】
以下、実施例１の情報記憶素子における情報書込み・読出し方法を、情報記憶素子１００の概念図である図２の（Ａ）〜図２の（Ｆ）、図３の（Ａ）〜（Ｅ）を参照して説明する。ここで、実施例１の情報書込み・読出し方法にあっては、磁壁の移動時、強磁性材料層と反強磁性領域との間の交換結合を消滅あるいは低下させる。実施例１の情報書込み・読出し方法は、所謂シーケンシャル方式である。
【００４４】
図２の（Ａ）〜（Ｆ）、図３の（Ａ）〜（Ｅ）において、強磁性材料層１１１内部に描いた矢印は、磁化の方向を示し、便宜上、右向きの矢印を情報「０」とし、左向きの矢印を情報「１」とする。また、第３電極１２３に描いた矢印は、磁化参照層１２３Ｂにおける磁化の方向を示す。そして、第３電極１２３から第２電極１２２に電流を流すことで、情報「０」（右向きの矢印）が、第３電極１２３に対向する強磁性材料層１１１の部分に書き込まれる。一方、第２電極１２２から第３電極１２３に電流を流すことで、情報「１」（左向きの矢印）が、第３電極１２３に対向する強磁性材料層１１１の部分に書き込まれる。また、強磁性材料層１１１と反強磁性領域１３０との間に交換結合が存在する状態を、図２及び図３においては、強磁性材料層１１１の一部に斜線を付すことで示している。
【００４５】
ここで、図２の（Ａ）に示す状態にあっては、強磁性材料層１１１に、既に４つの情報（１，１，１，１）が書き込まれているとする。この状態にあっては、強磁性材料層１１１に４つの磁化領域１１２が形成されているとみなせる。
【００４６】
さて、次に、強磁性材料層１１１に情報「０」を書き込むことを想定する。この場合、図２の（Ｂ）に示すように、第３電極１２３に電圧＋ＶWを印加して、第３電極１２３から第２電極１２２へと電流を流す。これによって、情報「０」（右向きの矢印）が、第３電極１２３に対向する強磁性材料層１１１の部分に書き込まれる。
【００４７】
そして、これと同時、あるいは、この直後に、図２の（Ｃ）に示すように、第１電極１２１に電圧＋Ｖmを印加し、第１電極１２１から第２電極１２２へと磁壁駆動電流を流す。これによって、図２の（Ｄ）に示すように、強磁性材料層１１１の内部にジュール熱が生成し、生成したジュール熱によって、強磁性材料層１１１と反強磁性領域１３０との間の交換結合が消滅あるいは低下する。しかも、第１電極１２１から第２電極１２２へと磁壁駆動電流を流すことによって、電流誘起磁壁移動が生じる。即ち、磁化状態が左から右に移動（伝搬）していく。つまり、磁壁が右に移動していく。ここで、強磁性材料層１１１と反強磁性領域１３０との間の交換結合が消滅あるいは低下しているので、磁壁１１３の移動は容易である。強磁性材料層１１１と反強磁性領域１３０との間の交換結合の消滅あるいは低下が生じ、磁壁１１３が移動しても、強磁性材料層１１１に書き込まれた情報に変化は生じない。
【００４８】
次いで、磁壁１１３が反強磁性領域１３０に接した部分を超えたとき、図２の（Ｅ）に示すように、第３電極１２３から第２電極１２２に電流を流すことを停止する。併せて、図２の（Ｆ）に示すように、磁壁駆動電流を流すことを停止するか、磁壁駆動電流の値を減少させる。磁壁駆動電流の値がある程度まで低下すると、強磁性材料層１１１の温度が低下し、反強磁性領域１３０による結合が回復し、各磁壁１１３は反強磁性領域１３０に接した部分の手前で停止する。こうして、１つの情報が、強磁性材料層１１１に書き込まれる。
【００４９】
その後、強磁性材料層１１１に情報「１」を書き込むことを想定する。この場合、図３の（Ａ）に示すように、第３電極１２３に電圧−ＶWを印加して、第２電極１２２から第３電極１２３へと電流を流す。これによって、情報「１」（左向きの矢印）が、第３電極１２３に対向する強磁性材料層１１１の部分に書き込まれる。
【００５０】
そして、これと同時、あるいは、この直後に、図３の（Ｂ）に示すように、第１電極１２１に電圧＋Ｖmを印加し、第１電極１２１から第２電極１２２へと磁壁駆動電流を流す。これによって、前述したと同様に、生成したジュール熱によって、強磁性材料層１１１と反強磁性領域１３０との間の交換結合が消滅あるいは低下し、しかも、電流誘起磁壁移動が生じる（図３の（Ｃ）参照）。
【００５１】
次いで、図３の（Ｄ）に示すように、第３電極１２３から第２電極１２２に電流を流すことを停止する。併せて、図３の（Ｅ）に示すように、磁壁駆動電流を流すことを停止するか、磁壁駆動電流の値を減少させる。こうして、１つの情報が、強磁性材料層１１１に書き込まれる。この状態にあっては、強磁性材料層１１１には、６つの情報（１，１，１，１，０，１）が書き込まれているが、図３の（Ｅ）には最初の２つの情報は図示していない。第１電極１２１から第２電極１２２へと磁壁駆動電流を流すことで磁壁１１３を移動させながら、強磁性材料層１１１に情報を、順次、書き込んでもよい。
【００５２】
強磁性材料層１１１に書き込まれた情報を読み出す場合には、第２電極１２２から第１電極１２１へと磁壁駆動電流を流す。これによってジュール熱が生成し、強磁性材料層１１１と反強磁性領域１３０との間の交換結合が消滅あるいは低下する。併せて、磁壁１１３が移動する。次いで、第２電極１２２から第１電極１２１に磁壁駆動電流を流すことを停止することで、強磁性材料層１１１と反強磁性領域１３０との間の交換結合を回復させ、且つ、磁化領域１１２の移動を停止させる。そして、第３電極１２３から第２電極１２２に電流を流し、磁化領域１１２の電気抵抗値の高低を調べることで、書き込まれた情報が「０」であるか「１」であるかを判別することができる。ここで、強磁性材料層１１１と磁化参照層１２３Ｂの磁化方向が等しい場合、低抵抗となり、強磁性材料層１１１と磁化参照層１２３Ｂの磁化方向が反平行の場合、高抵抗となる。第２電極１２２から第１電極１２１へと磁壁駆動電流を流すことで磁壁１１３を移動させながら、強磁性材料層１１１に書き込まれた情報を、順次、読み出してもよい。
【００５３】
以下、基板等の模式的な一部断面図である図４の（Ａ）〜（Ｄ）を参照して、実施例１の情報記憶素子１００の製造方法の概要を説明する。
【００５４】
［工程−１００］
先ず、シリコン半導体基板から成る基板１１０に第３電極１２３を形成する。第３電極１２３を基板１１０上に形成してもよいが、磁壁１１３の移動を妨げないように、基板１１０と第３電極１２３との段差は少ない方がよく、そのためには、基板１１０に埋め込まれた第３電極１２３を形成することが望ましい。具体的には、基板１１０にリソグラフィ技術及びエッチング技術に基づき溝部を形成する。そして、全面に、スパッタリング法に基づき磁化参照層１２３Ｂ、非磁性体膜１２３Ａを形成する。次いで、基板１１０の表面の非磁性体膜１２３Ａ及び磁化参照層１２３Ｂを例えばＣＭＰ法で除去することで、非磁性体膜１２３Ａ及び磁化参照層１２３Ｂを溝部内に残す。こうして、図４の（Ａ）に示すように、基板１１０に第３電極１２３を形成することができる。磁化参照層１２３Ｂは、基板１１０に設けられた配線（図示せず）を介して、情報書込み・読出し電源（図示せず）に接続されている。
【００５５】
［工程−１１０］
次いで、全面に、スパッタリング法に基づき強磁性材料層を形成した後、強磁性材料層をパターニングすることで、帯状の強磁性材料層１１１を得る（図４の（Ｂ）参照）。強磁性材料層１１１のパターニングは、イオンミーリング法や反応性エッチング法等に基づき行うことができるし、リフトオフ法を採用してもよい。
【００５６】
［工程−１２０］
その後、離間して配置された反強磁性領域１３０を形成する。具体的には、スパッタリング法にて全面に反強磁性材料層を形成した後、イオンミーリング法や反応性エッチング法等に基づき反強磁性材料層をパターニングすることで、離間して配置された反強磁性領域１３０を得ることができる（図４の（Ｃ）参照）。強磁性材料層及び反強磁性材料層を形成した後、反強磁性材料層をパターニングし、更に、強磁性材料層をパターニングしてもよい。
【００５７】
［工程−１３０］
次いで、帯状の強磁性材料層１１１の両端に、周知の方法で第１電極１２１及び第２電極１２２を形成する（図４の（Ｄ）参照）。そして、全面に絶縁材料から成る層間絶縁層１１４を、例えば、ＣＶＤ法に基づき形成する。その後、第１電極１２１及び第２電極１２２の上方の層間絶縁層１１４の部分に開口部を形成し、開口部内を含む層間絶縁層１１４上に配線１２４，１２５を形成する。こうして、図１の（Ａ）及び（Ｂ）に示した実施例１の情報記憶素子１００を完成させることができる。尚、層間絶縁層を構成する材料として、ＳｉＯ2、ＮＳＧ（ノンドープ・シリケート・ガラス）、ＢＰＳＧ（ホウ素・リン・シリケート・ガラス）、ＰＳＧ、ＢＳＧ、ＡｓＳＧ、ＳｂＳＧ、ＳＯＧ（スピンオングラス）等のＳｉＯX系材料（シリコン系酸化膜を構成する材料）、ＳｉＮ、ＳｉＯＮ、ＳｉＯＣ、ＳｉＯＦ、ＳｉＣＮ、低誘電率絶縁材料（例えば、フルオロカーボン、シクロパーフルオロカーボンポリマー、ベンゾシクロブテン、環状フッ素樹脂、ポリテトラフルオロエチレン、アモルファス・テトラフルオロエチレン、フッ化アリールエーテル、フッ化ポリイミド、アモルファスカーボン、有機ＳＯＧ、パリレン、フッ化フラーレン）、ポリイミド系樹脂、フッ素系樹脂、Ｓｉｌｋ（The Dow Chemical Co. の商標であり、塗布型低誘電率層間絶縁膜材料）、Ｆｌａｒｅ（Honeywell Electronic Materials Co. の商標であり、ポリアリルエーテル（ＰＡＥ)系材料）を例示することができる。
【００５８】
実施例１の情報記憶素子１００にあっては、室温においては反強磁性領域１３０によって強磁性材料層１１１の磁化方向が固定されているため、長期間に亙り確実に情報を保持することができる。また、情報の書込みあるいは読出し時、強磁性材料層と反強磁性領域の交換結合を消滅あるいは低下させることで、容易に磁壁を移動させることができるので、強磁性材料層内において磁壁が長い距離を移動したときでも、情報誤りを起こし易くなるといった問題の発生を確実に回避することができる。そして、以上の結果として、本発明によれば、安定して情報を保持しながら、確実に情報の記録、読出しを行うことができ、１つの連続した磁性体素子に多数の情報が記録可能となり、小型、軽量、且つ、安価な情報記憶装置を実現することができる。
【実施例２】
【００５９】
実施例２は、実施例１の変形である。実施例２の情報記憶素子２００の模式的な部分的平面図を図５の（Ａ）に示し、模式的な一部断面図を図５の（Ｂ）に示す。図５の（Ａ）に示す例では、４つの情報記憶素子２００が並置して設けられている。ここで、実施例２の情報記憶素子２００、あるいは、後述する各実施例の情報記憶素子を構成する構成要素の参照番号における下２桁の数字と、実施例１の情報記憶素子１００を構成する構成要素の参照番号における下２桁の数字が同じである構成要素は、同じ構成要素である。図５の（Ａ）にあっては、層間絶縁層２１４の図示を省略している。また、図５の（Ａ）、後述する図７の（Ａ）、図８の（Ａ）においては、反強磁性領域２３０、絶縁膜２３２、第１電極２２１、第２電極２２２、第３電極２２３を明示するために、これらに斜線を付している。
【００６０】
実施例２の情報記憶素子２００にあっては、反強磁性領域２３０が基板２１０に形成されている。また、第２電極２２２と第３電極２２３とが、強磁性材料層２１１の同じ側に配置されている。具体的には、基板２１０上に形成された強磁性材料層２１１の上に、第１電極２２１、第２電極２２２及び第３電極２２３が設けられている。
【００６１】
以下、基板等の模式的な部分的平面図及び模式的な一部端面図である図６の（Ａ）、（Ｂ）、図７の（Ａ）、（Ｂ）、図８の（Ａ）、（Ｂ）を参照して、実施例２の情報記憶素子２００の製造方法の概要を説明する。
【００６２】
［工程−２００］
先ず、シリコン半導体基板から成る基板２１０に、離間して配置された反強磁性領域２３０を形成する。具体的には、シリコン半導体基板から成る基板２１０に、断面形状が「Ｖ」字状の溝部２３１をリソグラフィ技術及びエッチング技術に基づき形成する（図６の（Ａ）及び（Ｂ）参照）。溝部２３１の幅を１μｍ、ピッチを１．５μｍ、深さを約０．５μｍとし、１つの情報記憶素子２００当たりの溝部の数を８本とした。次いで、全面に、スパッタリング法にて、厚さ０．２μｍのＮｉＯから成る反強磁性材料層、及び、厚さ０．５μｍのＳｉＯ2から成る絶縁膜２３２を形成した後、基板２１０の表面の上の反強磁性材料層及び絶縁膜２３２をＣＭＰ法に基づき除去し、溝部２３１内に反強磁性材料層２３０Ａ及び絶縁膜２３２を残す。こうして、基板２１０に離間して配置された１６箇所の反強磁性領域２３０を形成することができる（図７の（Ａ）及び（Ｂ）参照）。
【００６３】
［工程−２１０］
その後、実施例１の［工程−１１０］と同様にして、全面にスパッタリング法に基づき強磁性材料層を形成した後、強磁性材料層をパターニングすることで、幅０．１５μｍ、長さ３０μｍの帯状の強磁性材料層２１１を得る（図８の（Ａ）及び（Ｂ）参照）。
【００６４】
［工程−２２０］
次に、第３電極２２３を設けるために、全面にスパッタリング法に基づき非磁性体膜２２３Ａ及び磁化参照層２２３Ｂを形成した後、周知の方法に基づき、磁化参照層２２３Ｂ上にＴｉから成る配線（図示せず）を設け、併せて、第１電極兼配線２２１及び第２電極兼配線２２２を形成する。その後、露出した磁化参照層２２３Ｂ、及び、非磁性体膜２２３Ａを周知の方法でパターニングする。次いで、全面に絶縁材料から成る層間絶縁層２１４を、例えば、ＣＶＤ法に基づき形成する。こうして、図５の（Ａ）及び（Ｂ）に示した実施例２の情報記憶素子２００を完成させることができる。
【００６５】
こうして得られた実施例２の情報記憶素子２００において、第１電極２２１と第２電極２２２との間の電気抵抗値は１．３ｋΩ、第２電極２２２と第３電極２２３との間の電気抵抗値は３００Ωであった。
【００６６】
第２電極２２２を接地して、第３電極２２３に振幅±１ボルトで周期ｔrの矩形波電圧を加えながら、第１電極２２１に電圧＋Ｖm、時間長１６ｔrの一定電圧を印加して、強磁性材料層２１１に１６ビットの情報（「０」及び「１」の交互の情報から成る）を書き込んだ。次いで、情報の読み出しのために、第１電極２２１に電圧−Ｖmを印加した。そして、第３電極２２３と第２電極２２２との間で測定された抵抗値が何回変化したかにより、磁壁の数を測定した。そして、この測定を繰り返し行い、記録された磁壁数（具体的には１６）に対する再生された磁壁数の割合（磁壁再生率）を求めた。磁壁再生率が「０」のときには磁壁が全く再生されていない状態を示し、磁壁再生率が「１」のときは記録した磁壁と同じ数の磁壁が再生されていることを示す。
【００６７】
図９の（Ａ）に、第１電極２２１への印加電圧＋Ｖmにおいて周期ｔrに対する磁壁再生率を示す。比較例として、［工程−２００］を省き、反強磁性領域２３０を形成しない情報記憶素子を作製し、同様の測定を行った。その結果を図９の（Ｂ）に示す。図９の（Ａ）から、第１電極２２１への印加電圧＋Ｖm及び周期ｔrを最適化することで、磁壁再生率「１」を達成することができることが判る。一方、図９の（Ｂ）から、反強磁性領域２３０を形成しない場合、磁壁が適切に固定されないため、磁壁再生率は「１」に達することがなかった。
【００６８】
更には、図１０の（Ａ）に示すように、第１電極２２１に印加する電圧を変調した。具体的には、第１電極２２１に電圧＋Ｖm及び電圧＋Ｖsを交互に印加した。ここで、第１電極２２１に印加する電圧＋Ｖmの値を２．５ボルト、３．０ボルト、３．５ボルト、４．０ボルトとし、電圧＋Ｖmを印加する時間幅を２ｎ秒とした。また、電圧＋Ｖsの値を１．５ボルトとした。更には、１周期ｔrに１つの電圧＋Ｖmのパルスを印加した。このときの磁壁再生率の測定結果を図１０の（Ｂ）に示す。電圧＋Ｖmが３．０ボルト以上であって、周期ｔrが１５ｎ秒以上の条件で、安定な動作が実現できることが判った。即ち、電流誘起磁壁移動を生じさせるために強磁性材料層２１１に流す電流を規則的に変調することで、磁壁の移動速度を一定に保ち、情報の書込みあるいは読出し中に磁化情報が消滅あるいは変化することを一層確実に抑制することができる。第１電極２２１から第２電極２２２へと磁壁駆動電流を流す際の磁壁駆動電流の変調、あるいは、第２電極２２２から第１電極２２１へと磁壁駆動電流を流す際の磁壁駆動電流の変調は、電圧変調でもよいし、パルス幅を変えたパルス幅変調でもよいし、これらの組み合わせとすることもできる。以下の実施例においても同様である。
【実施例３】
【００６９】
実施例３も実施例１の変形であるが、第２の構成の情報記憶素子、及び、第２の構成の情報書込み・読出し方法に関し、強磁性材料層の軸線方向に沿って、反強磁性領域のブロッキング温度ＴＢを変化させる（前述した［Ｂ］項）。
【００７０】
図１１の（Ａ）に模式的な部分的平面図を示し、図１１の（Ｂ）に模式的な一部断面図を示すように、実施例３にあっては、各反強磁性領域３３０の組成が異なっており、磁化領域の磁化状態を固定しておくことができる上限温度（ブロッキング温度ＴＢ）が、各反強磁性領域３３０において異なっている。記憶する情報のビット数をＮとしたとき、高いブロッキング温度ＴＢを有する反強磁性領域３３０Ｈの数はＮ以上（実施例３にあってはＮであり、具体的には、Ｎ＝１６）である。ブロッキング温度ＴＢが異なる反強磁性領域３３０は、２つの群に分けられている。そして、ブロッキング温度ＴＢが高い反強磁性領域３３０Ｈとブロッキング温度ＴＢが低い反強磁性領域３３０Ｌが、交互に配置さえれている。図１１の（Ａ）にあっては、層間絶縁層３１４の図示を省略している。また、図１１の（Ｂ）にあっては、高いブロッキング温度ＴＢを有する反強磁性領域３３０Ｈには千鳥状のハッチングを付している。このように、磁化領域の磁化状態を固定しておくことができる上限温度（ブロッキング温度ＴＢ）を各反強磁性領域３３０において異ならせることで、強磁性材料層３１１に磁壁駆動電流を流し、強磁性材料層３１１及び反強磁性領域３３０を温度Ｔ0としたとき、反強磁性領域３３０Ｈのブロッキング温度ＴＢが温度Ｔ0より高い場合には、係る反強磁性領域３３０Ｈとこの反強磁性領域３３０Ｈに接した強磁性材料層３１１の部分との間の交換結合は消滅しない。一方、反強磁性領域３３０Ｌのブロッキング温度ＴＢが温度Ｔ0より低い場合には、係る反強磁性領域３３０Ｌとこの反強磁性領域３３０Ｌに接した強磁性材料層３１１の部分との間の交換結合が消滅する。従って、ブロッキング温度ＴＢを各反強磁性領域３３０において異ならせることで、反強磁性領域３３０と強磁性材料層３１１の温度に依存して、反強磁性領域３３０と強磁性材料層３１１との間の交換結合の消滅状態や低下状態を制御することができる。実施例３にあっては、高いブロッキング温度ＴＢを有する反強磁性領域３３０Ｈにおけるブロッキング温度ＴＢを２００゜Ｃ乃至２５０゜Ｃとし、低いブロッキング温度ＴＢを有する反強磁性領域３３０Ｌにおけるブロッキング温度ＴＢを室温以下とした。このようにブロッキング温度ＴＢに変化をつけるには、各反強磁性領域３３０に対して酸素イオンをイオン注入するときの注入量を変えればよい。尚、各反強磁性領域３３０の厚さを異ならせるといった反強磁性領域３３０の構造を異ならせることでも、各反強磁性領域３３０のブロッキング温度ＴＢを異ならせることができる。
【００７１】
実施例３にあっては、反強磁性領域３３０は、強磁性材料層３１１の全面を覆うように形成されている。
【００７２】
実施例３において、第１電極３２１から第２電極３２２へと磁壁駆動電流を流すと、あるいは又、第２電極３２２から第１電極３２１へと磁壁駆動電流を流すと、強磁性材料層３１１の内部にジュール熱が生成し、生成したジュール熱によって、強磁性材料層３１１及び反強磁性領域３３０の温度が上昇する。ここで、ブロッキング温度ＴＢが高い反強磁性領域３３０Ｈにあっては、強磁性材料層３１１と反強磁性領域３３０との間の交換結合の消滅あるいは低下が生じない一方、ブロッキング温度ＴＢが低い反強磁性領域３３０Ｌにあっては、強磁性材料層３１１と反強磁性領域３３０との間の交換結合の消滅あるいは低下が生じるような状態が達成されるように、ブロッキング温度ＴＢの設計、磁壁駆動電流の設定を行う。これによって、ブロッキング温度ＴＢが高い反強磁性領域３３０Ｈにあっては、強磁性材料層３１１と反強磁性領域３３０との間の交換結合の消滅あるいは低下が生じない。一方、ブロッキング温度ＴＢが低い反強磁性領域３３０Ｌにあっては、強磁性材料層３１１と反強磁性領域３３０との間の交換結合の消滅あるいは低下が生じる。ここで、移動開始前にブロッキング温度ＴＢが高い反強磁性領域３３０Ｈの下方に位置する強磁性材料層３１１の部分に位置していた磁壁は、磁壁駆動電流を流すと移動を開始し、ブロッキング温度ＴＢが低い反強磁性領域３３０Ｌの下方に位置する強磁性材料層３１１の部分を速やかに通過する。ブロッキング温度ＴＢが低い反強磁性領域３３０Ｌの下方に位置する強磁性材料層３１１の部分を磁壁が通過中、あるいは、通過が完了した時点で、磁壁駆動電流を流すことを停止すると、あるいは又、磁壁駆動電流の値を低減すると、ブロッキング温度ＴＢが低い反強磁性領域３３０Ｌの下方に位置する強磁性材料層３１１の部分にあっては、強磁性材料層３１１と反強磁性領域３３０との間の交換結合が直ちに再び生じる。それ故、磁壁の移動を、ブロッキング温度ＴＢが高い反強磁性領域３３０Ｈの下方に位置する強磁性材料層３１１の部分において確実に停止させることができる。
【００７３】
尚、実施例３にあっても、実施例２と同様に、基板側から、反強磁性領域３３０、強磁性材料層３１１が、この順に形成された構成、構造とすることもできる。後述する実施例４、実施例５、実施例６においても同様とすることができる。また、実施例３、あるいは、後述する実施例４、実施例５、実施例６にあっては、第３電極を強磁性材料層の下に位置する基板の部分に設け、第１電極及び第２電極を強磁性材料層上に設けたが、第１電極、第２電極、第３電極の配置を、実施例１あるいは実施例２と同様とすることもできる。後述する実施例４、実施例５、実施例６においても同様とすることができる。
【実施例４】
【００７４】
実施例４も実施例１の変形であるが、第３の構成の情報記憶素子、及び、第３の構成の情報書込み・読出し方法に関し、強磁性材料層の軸線方向に沿って強磁性材料層（強磁性記録層）の温度の上昇に分布を生じさせる（前述した［Ａ］項）。
【００７５】
図１２の（Ａ）に模式的な部分的平面図を示し、図１２の（Ｂ）に模式的な一部断面図を示すように、実施例４にあっては、強磁性材料層４１１の軸線方向と直交する仮想平面で強磁性材料層４１１を切断したときの強磁性材料層４１１の断面積が、強磁性材料層４１１の軸線方向に沿って変化している。より具体的には、強磁性材料層４１１の軸線方向と直交する仮想平面で強磁性材料層４１１を切断したときの強磁性材料層４１１の断面積が大きい領域４１１Ｌと小さな領域４１１Ｓが、強磁性材料層４１１の軸線方向に沿って交互に設けられている。そして、記憶する情報のビット数をＮとしたとき、強磁性材料層の断面積が大きい領域の数はＮ以上（実施例４にあってはＮであり、具体的には、Ｎ＝１６）である。断面積が異なる強磁性材料層４１１の領域は、２つの群に分けられている。このように、強磁性材料層４１１の断面積を強磁性材料層４１１の軸線方向に沿って変化させることで、強磁性材料層４１１に磁壁駆動電流を流したとき、強磁性材料層４１１の軸線方向に沿って強磁性材料層（強磁性記録層）４１１の温度の上昇に分布を生じさせることができる。図１２の（Ａ）にあっては、層間絶縁層４１４の図示を省略している。
【００７６】
実施例４にあっては、反強磁性領域４３０は、強磁性材料層４１１の全面を覆うように形成されている。
【００７７】
実施例４において、第１電極４２１から第２電極４２２へと磁壁駆動電流を流すと、あるいは又、第２電極４２２から第１電極４２１へと磁壁駆動電流を流すと、強磁性材料層４１１の内部にジュール熱が生成し、生成したジュール熱によって、強磁性材料層４１１及び反強磁性領域４３０の温度が上昇する。ここで、強磁性材料層４１１の断面積が大きい領域４１１Ｌにおける温度上昇ΔＴLは、小さな領域４１１Ｓにおける温度上昇ΔＴSよりも少ない。従って、強磁性材料層４１１の断面積が小さな領域４１１Ｓにおいては、大きい領域４１１Ｌよりも、強磁性材料層４１１と反強磁性領域４３０との間の交換結合の消滅あるいは低下が、確実に生じる。ここで、移動開始前に強磁性材料層４１１の断面積が大きい領域４１１Ｌに位置していた磁壁は、磁壁駆動電流を流すと移動を開始し、強磁性材料層４１１の断面積が小さな領域４１１Ｓを速やかに通過する。強磁性材料層４１１の断面積が小さな領域４１１Ｓを磁壁が通過中、あるいは、通過が完了した時点で、磁壁駆動電流を流すことを停止すると、あるいは又、磁壁駆動電流の値を低減すると、強磁性材料層４１１の断面積が大きい領域４１１Ｌにあっては、その温度が直ちに低下し、強磁性材料層４１１と反強磁性領域４３０との間の交換結合が再び生じる。それ故、磁壁の移動を、強磁性材料層４１１の断面積が大きい領域４１１Ｌにおいて確実に停止させることができる。
【実施例５】
【００７８】
実施例５も実施例１の変形であるが、第４の構成の情報記憶素子、及び、第４の構成の情報書込み・読出し方法に関し、強磁性材料層の軸線方向に沿って強磁性材料層（強磁性記録層）の温度の上昇に分布を生じさせる（前述した［Ａ］項）。
【００７９】
図１３の（Ａ）に模式的な部分的平面図を示し、図１３の（Ｂ）に模式的な一部断面図を示すように、実施例５にあっては、強磁性材料層５１１の比抵抗値が強磁性材料層５１１の軸線方向に沿って変化している。より具体的には、強磁性材料層５１１の比抵抗値が高い領域５１１Ｈと低い領域５１１Ｌが、強磁性材料層５１１の軸線方向に沿って交互に設けられている。図１３の（Ａ）にあっては、層間絶縁層５１４の図示を省略している。また、図１３の（Ｂ）にあっては、比抵抗値が高い領域５１１Ｈには千鳥状のハッチングを付している。そして、記憶する情報のビット数をＮとしたとき、強磁性材料層５１１の比抵抗値が低い領域５１１Ｌの数はＮ以上（実施例５にあってはＮであり、具体的には、Ｎ＝１６）である。比抵抗値が異なる強磁性材料層５１１の領域は、２つの群に分けられている。このように、強磁性材料層５１１の比抵抗値を強磁性材料層５１１の軸線方向に沿って変化させることで、強磁性材料層５１１に磁壁駆動電流を流したとき、強磁性材料層５１１の軸線方向に沿って強磁性材料層（強磁性記録層）５１１の温度の上昇に分布を生じさせることができる。強磁性材料層５１１の比抵抗値が高い領域５１１Ｈと低い領域５１１Ｌの形成は、強磁性材料層５１１に、窒素イオンや酸素イオンを注入することで行うことができる。
【００８０】
実施例５にあっても、反強磁性領域５３０は、強磁性材料層５１１の全面を覆うように形成されている。
【００８１】
実施例５において、第１電極５２１から第２電極５２２へと磁壁駆動電流を流すと、あるいは又、第２電極５２２から第１電極５２１へと磁壁駆動電流を流すと、強磁性材料層５１１の内部にジュール熱が生成し、生成したジュール熱によって、強磁性材料層５１１及び反強磁性領域５３０の温度が上昇する。ここで、強磁性材料層５１１の比抵抗値が低い領域５１１Ｌにおける温度上昇ΔＴLは、比抵抗値が高い領域５１１Ｈにおける温度上昇ΔＴHよりも少ない。従って、強磁性材料層５１１の比抵抗値が高い領域５１１Ｈにおいては、比抵抗値が低い領域５１１Ｌよりも、強磁性材料層５１１と反強磁性領域５３０との間の交換結合の消滅あるいは低下が、確実に生じる。ここで、移動開始前に強磁性材料層５１１の比抵抗値が低い領域５１１Ｌに位置していた磁壁は、磁壁駆動電流を流すと移動を開始し、強磁性材料層５１１の比抵抗値が高い領域５１１Ｈを速やかに通過する。強磁性材料層５１１の比抵抗値が高い領域５１１Ｈを磁壁が通過中、あるいは、通過が完了した時点で、磁壁駆動電流を流すことを停止すると、あるいは又、磁壁駆動電流の値を低減すると、強磁性材料層５１１の比抵抗値が低い領域５１１Ｌにあっては、その温度が直ちに低下し、強磁性材料層５１１と反強磁性領域５３０との間の交換結合が再び生じる。それ故、磁壁の移動を、強磁性材料層５１１の比抵抗値が低い領域５１１Ｌにおいて確実に停止させることができる。
【実施例６】
【００８２】
実施例６も実施例１の変形であるが、第５の構成の情報記憶素子、及び、第５の構成の情報書込み・読出し方法に関し、強磁性材料層の軸線方向に沿って強磁性材料層（強磁性記録層）の温度の上昇に分布を生じさせる（前述した［Ａ］項）。
【００８３】
実施例６にあっては、強磁性材料層６１１の軸線方向に沿って強磁性材料層６１１の温度を変化させる温度制御手段６４０が、強磁性材料層６１１の近傍に配置されている。このように、温度制御手段６４０を設けることで、強磁性材料層６１１の軸線方向に沿って強磁性材料層（強磁性記録層）６１１の温度の上昇に分布を生じさせることができる。
【００８４】
図１４に模式的な一部断面図を示すように、実施例６において、温度制御手段６４０は、強磁性材料層６１１を取り囲む領域の熱伝導率を変化させるための、一種のヒートシンクから成る。具体的には、強磁性材料層６１１を覆う反強磁性領域６３０の上には層間絶縁層６１４が設けられている。そして、強磁性材料層６１１の一部の上方の層間絶縁層６１４の部分には凹部が設けられており、凹部を含む層間絶縁層６１４の上には、強磁性材料層６１１と平行に、帯状に銅（Ｃｕ）層から成る温度制御手段６４０が形成されている。強磁性材料層６１１の部分（領域）６１１Ｌにおける温度制御手段６４０の底面から反強磁性領域６３０までの距離は、強磁性材料層６１１の部分（領域）６１１Ｓにおける温度制御手段６４０の底面から反強磁性領域６３０までの距離よりも長い。このように、強磁性材料層６１１の軸線方向に沿って強磁性材料層６１１の温度を変化させるが、温度の異なる強磁性材料層６１１の領域は、２つの群に分けられている。図１４にあっては、領域６１１Ｓには千鳥状のハッチングを付している。
【００８５】
実施例６にあっても、第１電極６２１から第２電極６２２へと磁壁駆動電流を流すと、あるいは又、第２電極６２２から第１電極６２１へと磁壁駆動電流を流すと、強磁性材料層６１１の内部にジュール熱が生成し、生成したジュール熱によって、強磁性材料層６１１及び反強磁性領域６３０の温度が上昇する。ここで、強磁性材料層の領域６１１Ｓにおける温度上昇ΔＴSは、領域６１１Ｌにおける温度上昇ΔＴLよりも少ない。従って、強磁性材料層６１１の領域６１１Ｌにおいては、領域６１１Ｓよりも、強磁性材料層６１１と反強磁性領域６３０との間の交換結合の消滅あるいは低下が、確実に生じる。ここで、移動開始前に強磁性材料層の領域６１１Ｓに位置していた磁壁は、磁壁駆動電流を流すと移動を開始し、強磁性材料層６１１の領域６１１Ｌを速やかに通過する。強磁性材料層６１１の領域６１１Ｌを磁壁が通過中、あるいは、通過が完了した時点で、磁壁駆動電流を流すことを停止すると、あるいは又、磁壁駆動電流の値を低減すると、強磁性材料層６１１の領域６１１Ｓにあっては、その温度が直ちに低下し、強磁性材料層６１１と反強磁性領域６３０との間の交換結合が再び生じる。それ故、磁壁の移動を、強磁性材料層６１１の領域６１１Ｓにおいて確実に停止させることができる。温度制御手段６４０として、一種のヒートシンクを設ける代わりに、ヒータを設けてもよい。
【００８６】
以上、本発明を好ましい実施例に基づき説明したが，本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。実施例において説明した情報記憶素子の構成や構造、構成材料、製造方法等は例示であり、適宜、変更することができる。強磁性材料層（強磁性記録層）への情報の書込みあるいは読出しとして、代替的に、電流によって形成された磁界に基づき情報が書き込まれ、強磁性材料層における磁界の方向を検出することで情報が読み出される形態とすることもできる。ここで、この場合には、例えば、磁界形成／検出手段として、具体的には、磁界を生成させるコイルや配線を挙げることができる。
【００８７】
実施例１の情報記憶素子の変形例を図１５に模式的な一部断面図を示すように、情報記憶素子７００における帯状の強磁性材料層（強磁性記録層）７１１を、例えば、「Ｕ」字状の立体形状とすることもできる。係る情報記憶素子７００は、例えば、以下の方法で製造することができる。即ち、シリコン半導体基板から成る基板７１０に、非磁性体膜７２３Ａ及び磁化参照層７２３Ｂの積層構造を有する第３電極７２３を形成した後、基板７１０上に、層間絶縁層７１５及び反強磁性材料層７３０Ａが、多段に積層された積層構造体を形成する。次いで、第３電極７２３の上方の積層構造体に開口部を形成し、係る開口部内に強磁性材料層７１１を形成し、強磁性材料層７１１上に絶縁膜７３２を形成し、開口部の底部に位置する絶縁膜７３２の部分、積層構造体の頂面上の絶縁膜７３２の一部分を除去する。その後、開口部内を第２電極７２２で埋め込み、更には、積層構造体の頂面上に露出した強磁性材料層７１１上に第１電極７２１を形成する。
【図面の簡単な説明】
【００８８】
【図１】図１の（Ａ）及び（Ｂ）は、実施例１の情報記憶素子の模式的な部分的平面図及び模式的な一部断面図である。
【図２】図２の（Ａ）〜（Ｆ）は、実施例１の情報記憶素子における情報書込み・読出し方法を説明するための情報記憶素子の概念図である。
【図３】図３の（Ａ）〜（Ｅ）は、図２の（Ｆ）に引き続き、実施例１の情報記憶素子における情報書込み・読出し方法を説明するための情報記憶素子の概念図である。
【図４】図４の（Ａ）〜（Ｄ）は、実施例１の情報記憶素子の製造方法を説明するための基板等の模式的な一部断面図である。
【図５】図５の（Ａ）及び（Ｂ）は、実施例２の情報記憶素子の模式的な部分的平面図及び模式的な一部断面図である。
【図６】図６の（Ａ）及び（Ｂ）は、実施例２の情報記憶素子の製造方法を説明するための部分的な平面図、及び、基板等の模式的な一部断面図である。
【図７】図７の（Ａ）及び（Ｂ）は、図６の（Ａ）及び（Ｂ）に引き続き、実施例２の情報記憶素子の製造方法を説明するための部分的な平面図、及び、基板等の模式的な一部断面図である。
【図８】図８の（Ａ）及び（Ｂ）は、図７の（Ａ）及び（Ｂ）に引き続き、実施例２の情報記憶素子の製造方法を説明するための部分的な平面図、及び、基板等の模式的な一部断面図である。
【図９】図９の（Ａ）は、実施例２の情報記憶素子の第１電極へ＋Ｖm、周期ｔrの電圧を印加したときの磁壁再生率を示すグラフであり、図９の（Ｂ）は、比較例の情報記憶素子の第１電極へ＋Ｖm、周期ｔrの電圧を印加したときの磁壁再生率を示すグラフである。
【図１０】図１０の（Ａ）は、実施例２の情報記憶素子の第１電極に印加する電圧の変調例を示し、図１０の（Ｂ）は、そのときの磁壁再生率の測定結果を示すグラフである。
【図１１】図１１の（Ａ）及び（Ｂ）は、実施例３の情報記憶素子の模式的な部分的平面図及び模式的な一部断面図である。
【図１２】図１２の（Ａ）及び（Ｂ）は、実施例４の情報記憶素子の模式的な部分的平面図及び模式的な一部断面図である。
【図１３】図１３の（Ａ）及び（Ｂ）は、実施例５の情報記憶素子の模式的な部分的平面図及び模式的な一部断面図である。
【図１４】図１４は、実施例６の情報記憶素子の模式的な一部断面図である。
【図１５】図１５は、実施例１の情報記憶素子の変形例の模式的な一部断面図である。
【符号の説明】
【００８９】
１００，２００，３００，４００，５００，６００，７００・・・情報記憶素子、１１０，２１０，３１０，４１０，５１０，６１０，７１０・・・基板、１１１，２１１，３１１，４１１，５１１，６１１，７１１・・・強磁性材料層（強磁性記録層）、１１２・・・磁化領域、１１３・・・磁壁、１１４，２１４，３１３，４１４，５１４，６１４，７１５・・・層間絶縁層、１２１，２２１，３２１，４２１，５２１，６２１，７２１・・・第１電極、１２２，２２２，３２２，４２２，５２２，６２２，７２２・・・第２電極、１２３，２２３，３２３，４２３，５２３，６２３，７２３・・・第３電極、１２３Ａ，２２３Ａ，３２３Ａ，４２３Ａ，５２３Ａ，６２３Ａ，７２３Ａ・・・非磁性体膜、１２３Ｂ，２２３Ｂ，３２３Ｂ，４２３Ｂ，５２３Ｂ，６２３Ｂ，７２３Ｂ・・・磁化参照層、１２４，１２５・・・配線、１３０，２３０，３３０，４３０，５３０，６３０，７３０・・・反強磁性領域、２３０Ａ・・・反強磁性材料層、２３１・・・溝部、２３２，７３２・・・絶縁膜、６４０・・・温度制御手段
【特許請求の範囲】
【請求項１】
帯状の強磁性材料層を備えており、
強磁性材料層の一端には第１電極が設けられており、強磁性材料層の他端には第２電極が設けられており、
第１電極と第２電極との間に電流を流すことで電流誘起磁壁移動が生じ、
強磁性材料層において、磁化領域に磁化状態が情報として書き込まれ、若しくは、磁化状態が情報として読み出され、
強磁性材料層の少なくとも一部に接して、反強磁性材料から成る反強磁性領域が設けられている情報記憶素子における情報書込み・読出し方法であって、
磁壁の移動時、強磁性材料層と反強磁性領域との間の交換結合を消滅あるいは低下させる、情報記憶素子における情報書込み・読出し方法。
【請求項２】
第１電極と第２電極との間に電流を流すことで生成したジュール熱によって、強磁性材料層と反強磁性領域との間の交換結合を消滅あるいは低下させる請求項１に記載の情報記憶素子における情報書込み・読出し方法。
【請求項３】
複数の反強磁性領域が離間して配置されており、
記憶する情報のビット数をＮとしたとき、反強磁性領域の数はＮ以上である請求項２に記載の情報記憶素子における情報書込み・読出し方法。
【請求項４】
磁化領域の磁化状態を固定しておくことができる上限温度が、各反強磁性領域において異なっており、
記憶する情報のビット数をＮとしたとき、反強磁性領域の数はＮ以上である請求項２に記載の情報記憶素子における情報書込み・読出し方法。
【請求項５】
強磁性材料層の軸線方向と直交する仮想平面で強磁性材料層を切断したときの強磁性材料層の断面積が大きい領域と小さな領域が、強磁性材料層の軸線方向に沿って交互に設けられており、
記憶する情報のビット数をＮとしたとき、強磁性材料層の断面積が大きい領域の数はＮ以上である請求項２に記載の情報記憶素子における情報書込み・読出し方法。
【請求項６】
強磁性材料層の比抵抗値が高い領域と低い領域が、強磁性材料層の軸線方向に沿って交互に設けられており、
記憶する情報のビット数をＮとしたとき、強磁性材料層の比抵抗値が低い領域の数はＮ以上である請求項２に記載の情報記憶素子における情報書込み・読出し方法。
【請求項７】
強磁性材料層の軸線方向に沿って強磁性材料層の温度を変化させる温度制御手段が、強磁性材料層近傍に配置されている請求項１に記載の情報記憶素子における情報書込み・読出し方法。
【請求項８】
強磁性材料層の一部に接して設けられた第３電極を更に備えており、
第３電極は、強磁性材料層の一部に接した非磁性体膜、及び、その上に形成された磁化参照層から構成されており、
第２電極と第３電極との間に電流を流すことで、各磁化領域に磁化状態を情報として書き込む請求項１に記載の情報記憶素子における情報書込み・読出し方法。
【請求項９】
第２電極と第３電極との間に電流を流すことで、各磁化領域における電気抵抗値を情報として第３電極から読み出す請求項８に記載の情報記憶素子における情報書込み・読出し方法。
【請求項１０】
電流誘起磁壁移動を生じさせるために強磁性材料層に流す電流を規則的に変調する請求項１に記載の情報記憶素子における情報書込み・読出し方法。
【請求項１１】
帯状の強磁性材料層を備えており、
強磁性材料層の一端には第１電極が設けられており、強磁性材料層の他端には第２電極が設けられており、
第１電極と第２電極との間に電流を流すことで電流誘起磁壁移動が生じ、
強磁性材料層において、磁化領域に磁化状態が情報として書き込まれ、若しくは、磁化状態が情報として読み出され、
強磁性材料層の少なくとも一部に接して、反強磁性材料から成る反強磁性領域が設けられている情報記憶素子。
【請求項１２】
強磁性材料層の一部に接して設けられた第３電極を更に備えており、
第３電極は、強磁性材料層の一部に接した非磁性体膜、及び、その上に形成された磁化参照層から構成されており、
第２電極と第３電極との間に電流を流すことで、各磁化領域に磁化状態が情報として書き込まれる請求項１１に記載の情報記憶素子。
【請求項１３】
第２電極と第３電極との間に電流を流すことで、各磁化領域における電気抵抗値が情報として第３電極から読み出される請求項１２に記載の情報記憶素子。
【請求項１４】
複数の反強磁性領域が離間して配置されており、
記憶する情報のビット数をＮとしたとき、反強磁性領域の数はＮ以上である請求項１１に記載の情報記憶素子。
【請求項１５】
磁化領域の磁化状態を固定しておくことができる上限温度が、各反強磁性領域において異なっており、
記憶する情報のビット数をＮとしたとき、反強磁性領域の数はＮ以上である請求項１１に記載の情報記憶素子。
【請求項１６】
強磁性材料層の軸線方向と直交する仮想平面で強磁性材料層を切断したときの強磁性材料層の断面積が大きい領域と小さな領域が、強磁性材料層の軸線方向に沿って交互に設けられており、
記憶する情報のビット数をＮとしたとき、強磁性材料層の断面積が大きい領域の数はＮ以上である請求項１１に記載の情報記憶素子。
【請求項１７】
強磁性材料層の比抵抗値が高い領域と低い領域が、強磁性材料層の軸線方向に沿って交互に設けられており、
記憶する情報のビット数をＮとしたとき、強磁性材料層の比抵抗値が低い領域の数はＮ以上である請求項１１に記載の情報記憶素子。
【請求項１８】
強磁性材料層の軸線方向に沿って強磁性材料層の温度を変化させる温度制御手段が、強磁性材料層近傍に配置されている請求項１１に記載の情報記憶素子。
【請求項１】
帯状の強磁性材料層を備えており、
強磁性材料層の一端には第１電極が設けられており、強磁性材料層の他端には第２電極が設けられており、
第１電極と第２電極との間に電流を流すことで電流誘起磁壁移動が生じ、
強磁性材料層において、磁化領域に磁化状態が情報として書き込まれ、若しくは、磁化状態が情報として読み出され、
強磁性材料層の少なくとも一部に接して、反強磁性材料から成る反強磁性領域が設けられている情報記憶素子における情報書込み・読出し方法であって、
磁壁の移動時、強磁性材料層と反強磁性領域との間の交換結合を消滅あるいは低下させる、情報記憶素子における情報書込み・読出し方法。
【請求項２】
第１電極と第２電極との間に電流を流すことで生成したジュール熱によって、強磁性材料層と反強磁性領域との間の交換結合を消滅あるいは低下させる請求項１に記載の情報記憶素子における情報書込み・読出し方法。
【請求項３】
複数の反強磁性領域が離間して配置されており、
記憶する情報のビット数をＮとしたとき、反強磁性領域の数はＮ以上である請求項２に記載の情報記憶素子における情報書込み・読出し方法。
【請求項４】
磁化領域の磁化状態を固定しておくことができる上限温度が、各反強磁性領域において異なっており、
記憶する情報のビット数をＮとしたとき、反強磁性領域の数はＮ以上である請求項２に記載の情報記憶素子における情報書込み・読出し方法。
【請求項５】
強磁性材料層の軸線方向と直交する仮想平面で強磁性材料層を切断したときの強磁性材料層の断面積が大きい領域と小さな領域が、強磁性材料層の軸線方向に沿って交互に設けられており、
記憶する情報のビット数をＮとしたとき、強磁性材料層の断面積が大きい領域の数はＮ以上である請求項２に記載の情報記憶素子における情報書込み・読出し方法。
【請求項６】
強磁性材料層の比抵抗値が高い領域と低い領域が、強磁性材料層の軸線方向に沿って交互に設けられており、
記憶する情報のビット数をＮとしたとき、強磁性材料層の比抵抗値が低い領域の数はＮ以上である請求項２に記載の情報記憶素子における情報書込み・読出し方法。
【請求項７】
強磁性材料層の軸線方向に沿って強磁性材料層の温度を変化させる温度制御手段が、強磁性材料層近傍に配置されている請求項１に記載の情報記憶素子における情報書込み・読出し方法。
【請求項８】
強磁性材料層の一部に接して設けられた第３電極を更に備えており、
第３電極は、強磁性材料層の一部に接した非磁性体膜、及び、その上に形成された磁化参照層から構成されており、
第２電極と第３電極との間に電流を流すことで、各磁化領域に磁化状態を情報として書き込む請求項１に記載の情報記憶素子における情報書込み・読出し方法。
【請求項９】
第２電極と第３電極との間に電流を流すことで、各磁化領域における電気抵抗値を情報として第３電極から読み出す請求項８に記載の情報記憶素子における情報書込み・読出し方法。
【請求項１０】
電流誘起磁壁移動を生じさせるために強磁性材料層に流す電流を規則的に変調する請求項１に記載の情報記憶素子における情報書込み・読出し方法。
【請求項１１】
帯状の強磁性材料層を備えており、
強磁性材料層の一端には第１電極が設けられており、強磁性材料層の他端には第２電極が設けられており、
第１電極と第２電極との間に電流を流すことで電流誘起磁壁移動が生じ、
強磁性材料層において、磁化領域に磁化状態が情報として書き込まれ、若しくは、磁化状態が情報として読み出され、
強磁性材料層の少なくとも一部に接して、反強磁性材料から成る反強磁性領域が設けられている情報記憶素子。
【請求項１２】
強磁性材料層の一部に接して設けられた第３電極を更に備えており、
第３電極は、強磁性材料層の一部に接した非磁性体膜、及び、その上に形成された磁化参照層から構成されており、
第２電極と第３電極との間に電流を流すことで、各磁化領域に磁化状態が情報として書き込まれる請求項１１に記載の情報記憶素子。
【請求項１３】
第２電極と第３電極との間に電流を流すことで、各磁化領域における電気抵抗値が情報として第３電極から読み出される請求項１２に記載の情報記憶素子。
【請求項１４】
複数の反強磁性領域が離間して配置されており、
記憶する情報のビット数をＮとしたとき、反強磁性領域の数はＮ以上である請求項１１に記載の情報記憶素子。
【請求項１５】
磁化領域の磁化状態を固定しておくことができる上限温度が、各反強磁性領域において異なっており、
記憶する情報のビット数をＮとしたとき、反強磁性領域の数はＮ以上である請求項１１に記載の情報記憶素子。
【請求項１６】
強磁性材料層の軸線方向と直交する仮想平面で強磁性材料層を切断したときの強磁性材料層の断面積が大きい領域と小さな領域が、強磁性材料層の軸線方向に沿って交互に設けられており、
記憶する情報のビット数をＮとしたとき、強磁性材料層の断面積が大きい領域の数はＮ以上である請求項１１に記載の情報記憶素子。
【請求項１７】
強磁性材料層の比抵抗値が高い領域と低い領域が、強磁性材料層の軸線方向に沿って交互に設けられており、
記憶する情報のビット数をＮとしたとき、強磁性材料層の比抵抗値が低い領域の数はＮ以上である請求項１１に記載の情報記憶素子。
【請求項１８】
強磁性材料層の軸線方向に沿って強磁性材料層の温度を変化させる温度制御手段が、強磁性材料層近傍に配置されている請求項１１に記載の情報記憶素子。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図９】
【図１０】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図９】
【図１０】
【公開番号】特開２０１０−９８０９６（Ｐ２０１０−９８０９６Ａ）
【公開日】平成２２年４月３０日（２０１０．４．３０）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００８−２６７２２２（Ｐ２００８−２６７２２２）
【出願日】平成２０年１０月１６日（２００８．１０．１６）
【出願人】（０００００２１８５）ソニー株式会社 (34,172)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２２年４月３０日（２０１０．４．３０）
【国際特許分類】
【出願日】平成２０年１０月１６日（２００８．１０．１６）
【出願人】（０００００２１８５）ソニー株式会社 (34,172)
【Ｆターム（参考）】
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