JP2020021857A - 磁壁移動型磁気記録素子及び磁気記録アレイ - Google Patents
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Abstract
Description
「第1実施形態」
図1は、第1実施形態にかかる磁壁移動型磁気記録素子100を模式的に示した斜視図である。図1に示す磁壁移動型磁気記録素子100は、第1磁化固定部10と、磁気記録層20と、非磁性層30と、磁化転写層35と、第2磁化固定部40と、第1ビア部50と、第2ビア部60と、を備える。以下の図では、第1磁化固定部10、磁気記録層20、非磁性層、磁化転写層、及び第2磁化固定部を、平面視で四角形として図示しているが、この場合に限られず円形でも、楕円形でもよい。また第1ビア部50及び第2ビア部60も平面視円形に限られない。
図1に示す第1磁化固定部10は、第1磁化固定層11と、スペーサ層12と、第1カップリング層13とを備える。第1磁化固定層11は、磁気記録層20側に位置する。第1カップリング層13は、磁気記録層20から離れた位置にある。スペーサ層12は、第1磁化固定層11と第1カップリング層13との間に位置する。第1磁化固定層11と第1カップリング層13とは、反強磁性カップリングしている。
磁気記録層20は、x方向に延びている。磁気記録層20は、内部に磁壁21を有する。磁壁21は、互いに反対方向の磁化を有する第1の磁区22と第2の磁区23との境界である。図1に示す磁壁移動型磁気記録素子100は、第1の磁区22が+z方向に配向した磁化を有し、第2の磁区23が−z方向に配向した磁化を有する。
非磁性層30には、公知の材料を用いることができる。
例えば、非磁性層30が絶縁体からなる場合(トンネルバリア層である場合)、その材料としては、Al2O3、SiO2、MgO、及び、MgAl2O4等を用いることができる。また、これらの他にも、Al、Si、Mgの一部が、Zn、Be等に置換された材料等も用いることができる。これらの中でも、MgOやMgAl2O4はコヒーレントトンネルが実現できる材料であるため、スピンを効率よく注入できる。非磁性層30が金属からなる場合、その材料としては、Cu、Au、Ag等を用いることができる。さらに、非磁性層30が半導体からなる場合、その材料としては、Si、Ge、CuInSe2、CuGaSe2、Cu(In,Ga)Se2等を用いることができる。
磁化転写層35は、磁性体を含む。磁化転写層35を構成する磁性体は、第1磁化固定層11と同様のものを用いることができる。
第2磁化固定部40は、第2磁化固定層41と、スペーサ層42と、第2カップリング層43とを備える。第2磁化固定層41は、磁気記録層20側に位置する。第2カップリング層43は、磁気記録層20から離れた位置にある。スペーサ層42は、第2磁化固定層41と第2カップリング層43との間に位置する。第2磁化固定層41と第2カップリング層43とは、反強磁性カップリングしている。
第1ビア部50は、磁気記録層20と電気的に接続されている。第1ビア部50は、磁気記録層20と直接接続されていても、間に別の層を介して接続されていてもよい。第1ビア部50は、z方向からの平面視で、第2磁化固定部40と第1磁化固定部10を挟む。第1ビア部50は、磁気記録層20からz方向に延びる。
第2ビア部60は、第1ビア部50と第1磁化固定部10を挟む位置にある。第2ビア部60は、第2磁化固定部40の磁気記録層20と反対側に位置する。
図3は、第2実施形態にかかる磁壁移動型磁気記録素子101を模式的に示した平面図である。第2実施形態にかかる磁壁移動型磁気記録素子101は磁気記録層70の形状が、第1実施形態にかかる磁壁移動型磁気記録素子100の磁気記録層20と異なる。その他の構成は同一であり、同一の符号を付す。同一の構成については説明を省く。
図9は、第3実施形態にかかる磁壁移動型磁気記録素子105を模式的に示した平面図である。第3実施形態にかかる磁壁移動型磁気記録素子105は磁気記録層80の形状が、第1実施形態にかかる磁壁移動型磁気記録素子100の磁気記録層20と異なる。その他の構成は同一であり、同一の符号を付す。同一の構成については説明を省く。
図10は、第4実施形態にかかる磁壁移動型磁気記録素子106を模式的に示した平面図である。第4実施形態にかかる磁壁移動型磁気記録素子106は、第1ビア部51のz方向からの平面視形状が、第2実施形態にかかる磁壁移動型磁気記録素子101の第1ビア部50と異なる。その他の構成は同一であり、同一の符号を付す。同一の構成については説明を省く。
図11は、第5実施形態にかかる磁壁移動型磁気記録素子107を模式的に示した斜視図である。第5実施形態にかかる磁壁移動型磁気記録素子107は、第1ビア部50と第2ビア部60との距離が異なる点が、第1実施形態にかかる磁壁移動型磁気記録素子100と異なる。その他の構成は同一であり、同一の符号を付す。同一の構成については説明を省く。
図12は、第6実施形態にかかる磁壁移動型磁気記録素子108を模式的に示した斜視図である。第6実施形態にかかる磁壁移動型磁気記録素子108は、第2磁化固定部40を有さない点が、第1実施形態にかかる磁壁移動型磁気記録素子100と異なる。その他の構成は同一であり、同一の符号を付す。同一の構成については説明を省く。
図13は、第7実施形態にかかる磁壁移動型磁気記録素子109を模式的に示した斜視図である。第7実施形態にかかる磁壁移動型磁気記録素子109は、第2磁化固定部40のxy方向の大きさが異なる点が、第1実施形態にかかる磁壁移動型磁気記録素子100と異なる。その他の構成は同一であり、同一の符号を付す。同一の構成については説明を省く。
(磁気記録アレイ)
図14は、第8実施形態にかかる磁気記録アレイ200の平面図である。図14に示す磁気記録アレイ200は、図1に示す磁壁移動型磁気記録素子100が3×3のマトリックス配置をしている。図14は、磁気記録アレイの一例であり、磁壁移動型磁気記録素子100の種類、数及び配置は任意である。また図1に示す磁壁移動型磁気記録素子100に代えて、図3、図7〜13に示す磁壁移動型磁気記録素子101、103〜109を用いてもよい。
11 第1磁化固定層
12、42 スペーサ層
13 第1カップリング層
20、70、80 磁気記録層
21、71、81 磁壁
22、72、82 第1の磁区
23、73、83 第2の磁区
20A、70A、80A 第1部分
20B、70B、80B 第2部分
20a、70B1、51B1 第1端
20b 第2端
70C 第3部分
30 非磁性層
35 磁化転写層
40 第2磁化固定部
41 第2磁化固定層
43 第2カップリング層
50、51 第1ビア部
60 第2ビア部
100、101、102、103、104、105、106、107、108、109 磁壁移動型磁気記録素子
200 磁気記録アレイ
Claims (13)
- 第1の方向に積層された第1磁化固定部と、
前記第1の方向と交差する第2の方向に延在し、磁壁を含む磁気記録層と、
前記第1磁化固定部と前記磁気記録層との間に挟まれた非磁性層と、
前記磁気記録層と電気的に接続された第1ビア部と、を備え、
前記第1ビア部は、前記第1磁化固定部より前記第2の方向に位置し、
前記第2の方向と直交する第3の方向において、前記第1ビア部の幅は、前記第1磁化固定部と重畳する位置における前記磁気記録層の第1部分の幅より広い、磁壁移動型磁気記録素子。 - 前記磁気記録層は、前記第1部分より前記第1ビア部側に第2部分を含み、
前記磁気記録層を前記第2の方向と垂直な面で切断した断面積は、前記第1部分より前記第2部分が大きい、請求項1に記載の磁壁移動型磁気記録素子。 - 前記第1の方向からの平面視で、前記第2部分の前記第1磁化固定部に近い側の第1端は、前記第1磁化固定部と前記第1ビア部との間に位置にある、請求項2に記載の磁壁移動型磁気記録素子。
- 前記第3の方向において、前記第2部分の幅は、前記第1部分の幅より広い、請求項2又は3に記載の磁壁移動型磁気記録素子。
- 前記第2部分の厚さは、前記第1部分の厚さより厚い、請求項2〜4のいずれか一項に記載の磁壁移動型磁気記録素子。
- 前記第2部分の断面積が、前記第1ビア部に向かって徐々に大きくなる、請求項2〜5のいずれか一項に記載の磁壁移動型磁気記録素子。
- 前記第1ビア部を前記第1の方向と垂直な面で切断した断面積が連続的に変化する、請求項1〜6のいずれか一項に記載の磁壁移動型磁気記録素子。
- 前記第1の方向からの平面視で、前記第1ビア部の前記第1磁化固定部に近い側の第1端は直線をなし、
前記直線は、前記第3の方向に主として延びる、請求項1〜7のいずれか一項に記載の磁壁移動型磁気記録素子。 - 前記第1の方向からの平面視で、前記第1ビア部と前記第1磁化固定部を挟む位置で、 前記磁気記録層と電気的に接続された第2ビア部をさらに備え、
前記第3の方向において、前記第2ビア部の幅は、前記磁気記録層の幅より広い、請求項1〜8のいずれか一項に記載の磁壁移動型磁気記録素子。 - 前記第2ビア部と前記磁気記録層との間に第2磁化固定部をさらに備える、請求項9に記載の磁壁移動型磁気記録素子。
- 前記第2ビア部と前記第1ビア部との前記第2の方向の距離は、前記第1磁化固定部の前記第2の方向の幅より狭い、請求項9又は10に記載の磁壁移動型磁気記録素子。
- 前記第1磁化固定部は、前記磁気記録層に近い側から磁化固定層、スペーサ層、カップリング層を備え、
前記磁化固定層と前記カップリング層とは、反強磁性カップリングしている、請求項1〜11のいずれか一項に記載の磁壁移動型磁気記録素子。 - 請求項1〜12のいずれか一項に記載の磁壁移動型磁気記録素子を複数備える、磁気記録アレイ。
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