JP4371781B2

JP4371781B2 - Magnetic cell and magnetic memory

Info

Publication number: JP4371781B2
Application number: JP2003396201A
Authority: JP
Inventors: 志保中村; 茂羽根田; 裕一大沢
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 2002-11-26
Filing date: 2003-11-26
Publication date: 2009-11-25
Anticipated expiration: 2023-11-26
Also published as: JP2004193595A

Description

本発明は、磁気セル及び磁気メモリに関し、特にスピン偏極した電子を流すことにより書き込みが可能な磁気セル及び磁気メモリに関する。 The present invention relates to a magnetic cell and a magnetic memory, and more particularly to a magnetic cell and a magnetic memory capable of writing by passing spin-polarized electrons.

磁性体の磁化方向を制御するためには、従来、磁界を印加する方法が採られてきた。例えば、ハードディスクドライブ（hard disk drive）においては、記録ヘッドから発生する磁場により、媒体の磁化方向を反転させ、書き込みを行なっている。また、固体磁気メモリでは、磁気抵抗効果素子の近傍に設けられた配線に電流を流すことで生じる電流磁界をセルに印加することで、セルの磁化方向制御を行なう。これらの外部磁場による磁化方向制御は古い歴史をもち、確立された技術といえる。 In order to control the magnetization direction of the magnetic material, a method of applying a magnetic field has been conventionally employed. For example, in a hard disk drive, writing is performed by reversing the magnetization direction of a medium by a magnetic field generated from a recording head. Further, in the solid-state magnetic memory, the magnetization direction of the cell is controlled by applying a current magnetic field generated by passing a current through a wiring provided in the vicinity of the magnetoresistive element to the cell. The magnetization direction control by these external magnetic fields has an old history and can be said to be an established technology.

一方、昨今のナノテクノロジーの進歩により、磁性材料も急激に微細化し、磁化制御もナノスケールで局所的に行なう必要が出てきた。しかしながら、磁場は根本的に空間に広がる性質を有するので、局所化が難しい。ビットやセルのサイズが微小化するにつれ、特定のビットやセルを選択してその磁化方向を制御させる場合に、隣のビットやセルにまで磁場が及んでしまう「クロストーク」の問題が顕著となる。また、磁場を局所化させるために磁場発生源を小さくすると、十分な発生磁場が得られないという問題が生じる。 On the other hand, due to recent advances in nanotechnology, it has become necessary to rapidly reduce the size of magnetic materials and control magnetization locally at the nanoscale. However, it is difficult to localize the magnetic field because it has the property of fundamentally spreading into space. As the size of a bit or cell becomes smaller, the problem of “crosstalk” in which a magnetic field extends to the adjacent bit or cell when a specific bit or cell is selected and its magnetization direction is controlled becomes significant. Become. Further, if the magnetic field generation source is made small in order to localize the magnetic field, there arises a problem that a sufficient generated magnetic field cannot be obtained.

最近、磁性体に電流を流すことにより磁化反転を起こす「電流直接駆動型磁化反転」が見出された（例えば、非特許文献１参照）。
電流による磁化の反転は、スピン偏極した電流が磁性層を通過する際に発生するスピン偏極電子の角運動量が、磁化反転させたい磁性体の角運動量に伝達・作用することで磁化の反転を起こす現象である。この現象を用いれば、ナノスケールの磁性体に対して、より直接的に作用させることが可能であり、より微小な磁性体に対する記録が可能になる。
F. J. Albert, et al., Appl. Phy. Lett. 77, 3809 (2000) Recently, a “current direct drive type magnetization reversal” has been found that causes a magnetization reversal by passing a current through a magnetic material (for example, see Non-Patent Document 1).
The reversal of magnetization due to electric current is caused by the fact that the spin-polarized electron's angular momentum generated when the spin-polarized current passes through the magnetic layer is transmitted to and acts on the angular momentum of the magnetic material whose magnetization is to be reversed. It is a phenomenon that causes If this phenomenon is used, it is possible to act on a nanoscale magnetic material more directly, and recording on a finer magnetic material becomes possible.
FJ Albert, et al., Appl. Phy. Lett. 77, 3809 (2000)

しかしながら、現在のところ、磁化を反転させるための反転電流は、セルのサイズが１００ナノメータから数１０ナノメータ程度の場合でも、１０ｍＡ〜数ｍＡと極めて大きいという問題がある。つまり、電流による素子破壊を防止し、発熱を防止し、さらに低消費電力化のためには、できるだけ小さな電流で磁化反転するような磁気セル構造が望まれる。 However, at present, there is a problem that the reversal current for reversing the magnetization is as extremely large as 10 mA to several mA even when the cell size is about 100 nanometers to several tens of nanometers. That is, in order to prevent element destruction due to current, to prevent heat generation, and to further reduce power consumption, a magnetic cell structure that can reverse magnetization with as little current as possible is desired.

本発明は、かかる課題の認識に基づいてなされたものであり、その目的は、電流直接駆動による磁化反転の際の反転電流を低減させることができる磁気セル及びそれを用いた磁気メモリを提供することにある。 The present invention has been made based on recognition of such a problem, and an object thereof is to provide a magnetic cell capable of reducing a reversal current at the time of magnetization reversal by direct current driving and a magnetic memory using the same. There is.

上記目的を達成するため、本発明の第１の磁気セルは、磁化が膜面に対して垂直な第１の方向に固定された第１の強磁性層と、磁化が前記第１の方向とは反対の第２の方向に固定された第２の強磁性層と、前記第１の強磁性層と前記第２の強磁性層との間に設けられ、磁化の方向が可変の第３の強磁性層と、前記第１の強磁性層と前記第３の強磁性層との間に設けられた第１の中間層と、前記第２の強磁性層と前記第３の強磁性層との間に設けられた第２の中間層と、を備え、
前記第１の強磁性層と前記第３の強磁性層との間に前記第１の中間層を設けたもの、及び前記第２の強磁性層と前記第３の強磁性層との間に前記第２の中間層を設けたものは、それぞれ磁気抵抗効果素子を構成し、前記第１及び第２の強磁性層の間で電流を流すことによりスピン偏極した電子を前記第３の強磁性層に作用させて前記第３の強磁性層の磁化の方向を前記電流の向きに応じた方向に決定可能としたことを特徴とする。 In order to achieve the above object, a first magnetic cell of the present invention includes a first ferromagnetic layer in which magnetization is fixed in a first direction perpendicular to the film surface, and magnetization in the first direction. Is provided between the second ferromagnetic layer fixed in the opposite second direction, the first ferromagnetic layer, and the second ferromagnetic layer, and has a variable magnetization direction. A ferromagnetic layer, a first intermediate layer provided between the first ferromagnetic layer and the third ferromagnetic layer, the second ferromagnetic layer, and the third ferromagnetic layer; A second intermediate layer provided between,
The first intermediate layer provided between the first ferromagnetic layer and the third ferromagnetic layer, and between the second ferromagnetic layer and the third ferromagnetic layer Each of which the second intermediate layer is provided constitutes a magnetoresistive effect element, and spin-polarized electrons are caused to flow by passing a current between the first and second ferromagnetic layers. It is possible to determine the direction of magnetization of the third ferromagnetic layer by acting on the magnetic layer in a direction corresponding to the direction of the current.

第１及び第２の強磁性層すなわち２つの磁性固着層の磁化を反平行としたことにより、第３の強磁性層すなわち磁性記録層へ働くスピン方向は最終的に同一方向となり、２倍の作用が働く。その結果として、磁性記録層の磁化の反転のための電流を低減することが可能となる。 By making the magnetizations of the first and second ferromagnetic layers, i.e., two magnetic pinned layers antiparallel, the spin directions acting on the third ferromagnetic layer, i.e., the magnetic recording layer, finally become the same direction and are doubled. The action works. As a result, the current for reversing the magnetization of the magnetic recording layer can be reduced.

ここで、前記第３の強磁性層の磁化容易軸は、前記第１の方向に対して平行であるものとすれば、スピン偏極電流による書き込みをより確実に行い、且つ、読み出しの際には、大きな磁気抵抗効果を利用することができる。 Here, if the easy axis of magnetization of the third ferromagnetic layer is parallel to the first direction, writing by a spin-polarized current is more reliably performed, and at the time of reading Can utilize a large magnetoresistance effect.

また、前記第１の強磁性層と前記第３の強磁性層との間の電気抵抗は、前記第３の強磁性層の前記磁化の方向が前記第１の方向と同一の状態において第１の値となり、前記第３の強磁性層の前記磁化の方向が前記第２の方向と同一の状態において前記第１の値よりも大なる第２の値となり、前記第２の強磁性層と前記第３の強磁性層との間の電気抵抗は、前記第３の強磁性層の前記磁化の方向が前記第２の方向と同一の状態において第３の値となり、前記第３の強磁性層の前記磁化の方向が前記第１の方向と同一の状態において前記第３の値よりも大なる第４の値となるものすれば、いわゆるノーマルタイプの磁気抵抗効果を示す組合せにより、確実な書き込みができる。 The electrical resistance between the first ferromagnetic layer and the third ferromagnetic layer is first when the magnetization direction of the third ferromagnetic layer is the same as the first direction. And the second ferromagnetic layer has a second value greater than the first value when the magnetization direction of the third ferromagnetic layer is the same as the second direction. The electrical resistance between the third ferromagnetic layer has a third value when the magnetization direction of the third ferromagnetic layer is the same as the second direction, and the third ferromagnetic layer has a third value. If the magnetization direction of the layer becomes the fourth value larger than the third value in the same state as the first direction, the combination of the so-called normal type magnetoresistance effect is ensured. Can write.

また、前記第１の強磁性層から前記第３の強磁性層を介して前記第２の強磁性層に向けて電子電流を流した場合には、前記第３の強磁性層の磁化の方向は前記第１の方向とされ、前記第２の強磁性層から前記第３の強磁性層を介して前記第１の強磁性層に向けて電子電流を流した場合には、前記第３の強磁性層の磁化の方向は前記第２の方向とすることができる。 In addition, when an electron current flows from the first ferromagnetic layer to the second ferromagnetic layer via the third ferromagnetic layer, the magnetization direction of the third ferromagnetic layer Is the first direction, and when an electron current flows from the second ferromagnetic layer to the first ferromagnetic layer via the third ferromagnetic layer, the third direction The direction of magnetization of the ferromagnetic layer can be the second direction.

また、磁化が第１の方向に固定された第１の強磁性層と、磁化が前記第１の方向とは反対の第２の方向に固定された第２の強磁性層と、前記第１の強磁性層と前記第２の強磁性層との間に設けられ、磁化の方向が可変の第３の強磁性層と、前記第１の強磁性層と前記第３の強磁性層との間に設けられた第１の中間層と、前記第２の強磁性層と前記第３の強磁性層との間に設けられた第２の中間層と、を備え、前記第１の強磁性層と前記第３の強磁性層との間に前記第１の中間層を設けたもの、及び前記第２の強磁性層と前記第３の強磁性層との間に前記第２の中間層を設けたものは、それぞれ磁気抵抗効果素子を構成し、前記第１及び第２の強磁性層の間で電流を流すことによりスピン偏極した電子を前記第３の強磁性層に作用させて前記第３の強磁性層の磁化の方向を前記電流の向きに応じた方向に決定可能とし、
前記第１の強磁性層と前記第３の強磁性層との間の電気抵抗は、前記第３の強磁性層の前記磁化の方向が前記第１の方向と同一の状態において第１の値となり、前記第３の強磁性層の前記磁化の方向が前記第２の方向と同一の状態において前記第１の値よりも小なる第２の値となり、
前記第２の強磁性層と前記第３の強磁性層との間の電気抵抗は、前記第３の強磁性層の前記磁化の方向が前記第２の方向と同一の状態において第３の値となり、前記第３の強磁性層の前記磁化の方向が前記第１の方向と同一の状態において前記第３の値よりも小なる第４の値となるものとすれば、いわゆるリバースタイプの磁気抵抗効果を示す組合せにより、確実な書き込みができる。 A first ferromagnetic layer whose magnetization is fixed in a first direction; a second ferromagnetic layer whose magnetization is fixed in a second direction opposite to the first direction; A third ferromagnetic layer having a variable magnetization direction, the first ferromagnetic layer, and the third ferromagnetic layer being provided between the first ferromagnetic layer and the second ferromagnetic layer. comprising a first intermediate layer provided between, and a second intermediate layer provided between the second ferromagnetic layer and the third ferromagnetic layer, the first ferromagnetic The first intermediate layer provided between the layer and the third ferromagnetic layer, and the second intermediate layer between the second ferromagnetic layer and the third ferromagnetic layer. Each of which constitutes a magnetoresistive effect element and causes spin-polarized electrons to act on the third ferromagnetic layer by passing a current between the first and second ferromagnetic layers. Said The direction of magnetization of the ferromagnetic layer and can be determined in the direction corresponding to the direction of the current,
The electrical resistance between the first ferromagnetic layer and the third ferromagnetic layer is a first value when the direction of the magnetization of the third ferromagnetic layer is the same as the first direction. And the magnetization direction of the third ferromagnetic layer becomes a second value smaller than the first value in the same state as the second direction,
The electrical resistance between the second ferromagnetic layer and the third ferromagnetic layer is a third value when the magnetization direction of the third ferromagnetic layer is the same as the second direction. If the magnetization direction of the third ferromagnetic layer becomes the fourth value smaller than the third value in the same state as the first direction, the so-called reverse type magnetic Reliable writing can be performed by the combination showing the resistance effect.

また、前記第１の中間層の膜厚と前記第２の中間層の膜厚とが互いに異なるものとすれば、磁気抵抗効果を利用した第３の強磁性層の磁化の読み出しを容易にできる。 If the film thickness of the first intermediate layer and the film thickness of the second intermediate layer are different from each other, it is possible to easily read the magnetization of the third ferromagnetic layer using the magnetoresistive effect. .

また、前記第１の中間層の電気抵抗と前記第２の中間層の電気抵抗とが互いに異なるものとしても、磁気抵抗効果を利用した第３の強磁性層の磁化の読み出しを容易にできる。 Further, even if the electric resistance of the first intermediate layer and the electric resistance of the second intermediate layer are different from each other, it is possible to easily read the magnetization of the third ferromagnetic layer using the magnetoresistance effect.

また、前記第１及び第２の中間層のいずれか一方は、中間物質層を含むものとしても、磁気抵抗効果を利用した第３の強磁性層の磁化の読み出しを容易にできる。 In addition, even if one of the first and second intermediate layers includes an intermediate material layer, the magnetization of the third ferromagnetic layer can be easily read using the magnetoresistive effect.

また、磁化が第１の方向に固定された第１の強磁性層と、磁化が前記第１の方向とは反対の第２の方向に固定された第２の強磁性層と、前記第１の強磁性層と前記第２の強磁性層との間に設けられ、磁化の方向が可変の第３の強磁性層と、前記第１の強磁性層と前記第３の強磁性層との間に設けられた第１の中間層と、前記第２の強磁性層と前記第３の強磁性層との間に設けられた第２の中間層と、を備え、前記第１の強磁性層と前記第３の強磁性層との間に前記第１の中間層を設けたもの、及び前記第２の強磁性層と前記第３の強磁性層との間に前記第２の中間層を設けたものは、それぞれ磁気抵抗効果素子を構成し、前記第１及び第２の強磁性層の間で電流を流すことによりスピン偏極した電子を前記第３の強磁性層に作用させて前記第３の強磁性層の磁化の方向を前記電流の向きに応じた方向に決定可能とし、前記第１及び第２の中間層のいずれか一方は、ピンホールを有する絶縁体からなり、前記ピンホールは、前記絶縁体の両側に隣接する前記強磁性層の材料によって充填されてなるものとしても、磁気抵抗効果を利用した第３の強磁性層の磁化の読み出しを容易にできる。 A first ferromagnetic layer whose magnetization is fixed in a first direction; a second ferromagnetic layer whose magnetization is fixed in a second direction opposite to the first direction; A third ferromagnetic layer having a variable magnetization direction, the first ferromagnetic layer, and the third ferromagnetic layer being provided between the first ferromagnetic layer and the second ferromagnetic layer. comprising a first intermediate layer provided between, and a second intermediate layer provided between the second ferromagnetic layer and the third ferromagnetic layer, the first ferromagnetic The first intermediate layer provided between the layer and the third ferromagnetic layer, and the second intermediate layer between the second ferromagnetic layer and the third ferromagnetic layer. Each of which constitutes a magnetoresistive effect element and causes spin-polarized electrons to act on the third ferromagnetic layer by passing a current between the first and second ferromagnetic layers. Said The direction of magnetization of the ferromagnetic layer can be determined according to the direction of the current, and one of the first and second intermediate layers is made of an insulator having a pinhole, and the pinhole is Even if it is filled with the material of the ferromagnetic layer adjacent to both sides of the insulator, it is possible to easily read the magnetization of the third ferromagnetic layer using the magnetoresistance effect.

また、前記第１及び第２の強磁性層は、膜厚及び材料の少なくともいずれかが異なるものとしても、磁気抵抗効果を利用した第３の強磁性層の磁化の読み出しを容易にできる。 Further, even when the first and second ferromagnetic layers are different in at least one of film thickness and material, it is possible to easily read the magnetization of the third ferromagnetic layer using the magnetoresistive effect.

また、前記第１及び第２の強磁性層は、静磁結合してなるものとすれば、これらの反平行の磁化を容易に実現できる。 Further, if the first and second ferromagnetic layers are formed by magnetostatic coupling, these antiparallel magnetizations can be easily realized.

また、前記第１及び第２の強磁性層の少なくともいずれかは、隣接して設けられた反強磁性層によりその磁化方向が固定されてなるものとしてもよい。 Further, at least one of the first and second ferromagnetic layers may have a magnetization direction fixed by an adjacent antiferromagnetic layer.

また、磁化が第１の方向に固定された第１の強磁性層と、磁化が前記第１の方向とは反対の第２の方向に固定された第２の強磁性層と、前記第１の強磁性層と前記第２の強磁性層との間に設けられ、磁化の方向が可変の第３の強磁性層と、前記第１の強磁性層と前記第３の強磁性層との間に設けられた第１の中間層と、前記第２の強磁性層と前記第３の強磁性層との間に設けられた第２の中間層と、を備え、
前記第１の強磁性層と前記第３の強磁性層との間に前記第１の中間層を設けたもの、及び前記第２の強磁性層と前記第３の強磁性層との間に前記第２の中間層を設けたものは、それぞれ磁気抵抗効果素子を構成し、
前記第１及び第２の強磁性層の間で電流を流すことによりスピン偏極した電子を前記第３の強磁性層に作用させて前記第３の強磁性層の磁化の方向を前記電流の向きに応じた方向に決定可能とし、
前記第１及び第２の強磁性層の少なくともいずれかに隣接して非磁性層と第４の強磁性層と反強磁性層とがこの順に積層され、前記非磁性層の両側に隣接する前記強磁性層の磁化の方向は、同一の方向に固定されてなるものとしてもよい。 A first ferromagnetic layer whose magnetization is fixed in a first direction; a second ferromagnetic layer whose magnetization is fixed in a second direction opposite to the first direction; A third ferromagnetic layer having a variable magnetization direction, the first ferromagnetic layer, and the third ferromagnetic layer being provided between the first ferromagnetic layer and the second ferromagnetic layer. A first intermediate layer provided therebetween, and a second intermediate layer provided between the second ferromagnetic layer and the third ferromagnetic layer,
The first intermediate layer provided between the first ferromagnetic layer and the third ferromagnetic layer, and between the second ferromagnetic layer and the third ferromagnetic layer Each provided with the second intermediate layer constitutes a magnetoresistive effect element,
By causing a current to flow between the first and second ferromagnetic layers, spin-polarized electrons act on the third ferromagnetic layer, so that the magnetization direction of the third ferromagnetic layer changes the direction of the current. It is possible to determine the direction according to the direction,
A nonmagnetic layer, a fourth ferromagnetic layer, and an antiferromagnetic layer are stacked in this order adjacent to at least one of the first and second ferromagnetic layers, and adjacent to both sides of the nonmagnetic layer. The magnetization direction of the ferromagnetic layer may be fixed in the same direction.

または、前記第１及び第２の強磁性層の少なくともいずれかに隣接して非磁性層と第４の強磁性層と反強磁性層とがこの順に積層され、前記非磁性層の両側に隣接する前記強磁性層の磁化の方向は、反対の方向に固定されてなるものとしてもよい。 Alternatively, a nonmagnetic layer, a fourth ferromagnetic layer, and an antiferromagnetic layer are stacked in this order adjacent to at least one of the first and second ferromagnetic layers, and adjacent to both sides of the nonmagnetic layer. The magnetization direction of the ferromagnetic layer may be fixed in the opposite direction.

一方、本発明の第２の磁気セルは、磁化が膜面に対して垂直な第１の方向に固定された第１の強磁性層を含む第１の磁化固着部と、磁化が前記第１の方向とは反対の第２の方向に固定された第２の強磁性層を含む第２の磁化固着部と、前記第１の磁化固着部と前記第２の磁化固着部との間に設けられ、磁化の方向が可変の第３の強磁性層と、前記第１の磁化固着部と前記第３の強磁性層との間に設けられた第１の中間層と、前記第２の磁化固着部と前記第３の強磁性層との間に設けられた第２の中間層と、を備え、
前記第３の強磁性層の磁化容易軸は、前記第１の方向に対して平行であり、前記第１及び第２の磁化固着部の少なくともいずれかは、強磁性層と非磁性層とが交互に積層され前記強磁性層が前記非磁性層を介して反強磁性結合してなる積層体を有し、前記第１の強磁性層は、前記第１の中間層に隣接し、前記第２の強磁性層は、前記第２の中間層に隣接し、前記第１の強磁性層と前記第３の強磁性層との間に前記第１の中間層を設けたもの、及び前記第２の強磁性層と前記第３の強磁性層との間に前記第２の中間層を設けたものは、それぞれ磁気抵抗効果素子を構成し、前記第１の磁化固着部と前記第２の磁化固着部との間で電流を流すことによりスピン偏極した電子を前記第３の強磁性層に作用させて前記第３の強磁性層の磁化の方向を前記電流の向きに応じた方向に決定可能としたことを特徴とする。 On the other hand, the second magnetic cell of the present invention includes a first magnetization pinned portion including a first ferromagnetic layer whose magnetization is fixed in a first direction perpendicular to the film surface, and the magnetization is the first A second magnetization pinned portion including a second ferromagnetic layer fixed in a second direction opposite to the first direction, and provided between the first magnetization pinned portion and the second magnetization pinned portion. A third ferromagnetic layer having a variable magnetization direction, a first intermediate layer provided between the first magnetization pinned portion and the third ferromagnetic layer, and the second magnetization. A second intermediate layer provided between the fixed portion and the third ferromagnetic layer,
The easy axis of magnetization of the third ferromagnetic layer is parallel to the first direction, and at least one of the first and second magnetization pinned portions includes a ferromagnetic layer and a nonmagnetic layer. The stacked layers are alternately stacked and the ferromagnetic layers are antiferromagnetically coupled through the nonmagnetic layer, and the first ferromagnetic layer is adjacent to the first intermediate layer, and A second ferromagnetic layer adjacent to the second intermediate layer , wherein the first intermediate layer is provided between the first ferromagnetic layer and the third ferromagnetic layer; and The second intermediate layer provided between the second ferromagnetic layer and the third ferromagnetic layer constitutes a magnetoresistive effect element, and the first magnetization pinned portion and the second magnetic layer By causing a current to flow between the magnetization pinned portions, spin-polarized electrons act on the third ferromagnetic layer to change the magnetization direction of the third ferromagnetic layer. And characterized in that a determinable in the direction corresponding to the direction of current.

ここで、前記第１及び第２の磁化固着部のいずれか一方が有する前記強磁性層の数は偶数であり、前記第１及び第２の磁化固着部のいずれか他方が有する前記強磁性層の数は奇数であるものとすれば、最も外側に位置する２つの磁性層の磁化方向が平行となる。これら両外側の磁性層ＦＭを図示しない反強磁性層により磁化固着する際に、固着すべき方向が同一であることから、形成プロセスが容易であるというメリットがある。 Here, one of the first and second magnetization fixed portions has an even number of the ferromagnetic layers, and the other one of the first and second magnetization fixed portions has the ferromagnetic layer. Is an odd number, the magnetization directions of the two outermost magnetic layers are parallel to each other. When the two outer magnetic layers FM are pinned by an antiferromagnetic layer (not shown), since the directions to be fixed are the same, there is an advantage that the formation process is easy.

また、前記第１及び第２の磁化固着部と、前記第３の強磁性層と、前記第１及び第２の中間層と、がその上に積層された基板をさらに備え、前記第１及び第２の磁化固着部のうちの前記基板から遠い側に設けられたものが有する前記強磁性層の数は、偶数であるものとすることができる。基板から遠い磁性固着層は、横方向の寸法が微細加工により小さくなるため、磁極からの漏れ磁場が生じやすい。この漏れ磁場による磁気バイアスは、反転電流をシフトさせ、いずれかの方向において磁場バイアスがない場合に比べ反転電流が大きくなる。これに対して、偶数の強磁性層を反強磁性結合させた積層膜による磁性固着構造を採用すれば、反転電流のシフトを防ぎ、いずれの方向についても反転電流を低く維持できる。
また、磁化が第１の方向に固定された第１の強磁性層と、磁化が前記第１の方向とは反対の第２の方向に固定された第２の強磁性層と、前記第１の強磁性層と前記第２の強磁性層との間に設けられ、磁化の方向が可変の第３の強磁性層と、前記第１の強磁性層と前記第３の強磁性層との間に設けられた第１の中間層と、前記第２の強磁性層と前記第３の強磁性層との間に設けられた第２の中間層と、を備え、前記第１の強磁性層と前記第３の強磁性層との間に前記第１の中間層を設けたもの、及び前記第２の強磁性層と前記第３の強磁性層との間に前記第２の中間層を設けたものは、それぞれ磁気抵抗効果素子を構成し、前記第１及び第２の強磁性層の間で電流を流すことによりスピン偏極した電子を前記第３の強磁性層に作用させて前記第３の強磁性層の磁化の方向を前記電流の向きに応じた方向に決定可能とし、前記第３の強磁性層は、強磁性体からなる複数の層を積層させた積層体であるものとすれば、安定した書き込みを確実且つ容易に実施できる。 The first and second magnetization pinned portions, the third ferromagnetic layer, and the first and second intermediate layers may further include a substrate stacked thereon, The number of the ferromagnetic layers included in the second magnetization pinned portion provided on the side far from the substrate may be an even number. The magnetic pinned layer far from the substrate is likely to have a leakage magnetic field from the magnetic pole because the lateral dimension is reduced by microfabrication. This magnetic bias due to the leakage magnetic field shifts the reversal current, and the reversal current becomes larger than when there is no magnetic field bias in either direction. On the other hand, if a magnetic pinned structure using a laminated film in which an even number of ferromagnetic layers are antiferromagnetically coupled is employed, the shift of the reversal current can be prevented and the reversal current can be kept low in any direction.
A first ferromagnetic layer whose magnetization is fixed in a first direction; a second ferromagnetic layer whose magnetization is fixed in a second direction opposite to the first direction; A third ferromagnetic layer having a variable magnetization direction, the first ferromagnetic layer, and the third ferromagnetic layer being provided between the first ferromagnetic layer and the second ferromagnetic layer. comprising a first intermediate layer provided between, and a second intermediate layer provided between the second ferromagnetic layer and the third ferromagnetic layer, the first ferromagnetic The first intermediate layer provided between the layer and the third ferromagnetic layer, and the second intermediate layer between the second ferromagnetic layer and the third ferromagnetic layer. Each of which constitutes a magnetoresistive effect element and causes spin-polarized electrons to act on the third ferromagnetic layer by passing a current between the first and second ferromagnetic layers. Said The direction of magnetization of the ferromagnetic layer can be determined according to the direction of the current, and the third ferromagnetic layer is a laminate in which a plurality of layers made of ferromagnetic materials are laminated. Thus, stable writing can be performed reliably and easily.

また、前記第１及び第２の中間層のいずれか一方は導電体からなり、いずれか他方は絶縁体からなるものとすれば、磁気抵抗効果を利用した第３の強磁性層の磁化の読み出しを容易にできる。 If one of the first and second intermediate layers is made of a conductor and the other is made of an insulator, the magnetization of the third ferromagnetic layer using the magnetoresistance effect can be read out. Can be easily done.

また、前記第２の強磁性層に隣接して設けられた第３の中間層と、前記第３の中間層に隣接して設けられ、磁化の方向が可変の第４の強磁性層と、前記第４の強磁性層に隣接して設けられた第４の中間層と、前記第４の中間層に隣接して設けられ、磁化の方向が実質的に前記第１の方向に固定された第５の強磁性層と、をさらに備えたものとしてもよい。 A third intermediate layer provided adjacent to the second ferromagnetic layer; a fourth ferromagnetic layer provided adjacent to the third intermediate layer and having a variable magnetization direction; A fourth intermediate layer provided adjacent to the fourth ferromagnetic layer; and a fourth intermediate layer provided adjacent to the fourth intermediate layer, wherein a magnetization direction is substantially fixed in the first direction. A fifth ferromagnetic layer may be further provided.

一方、本発明の磁気メモリは、上記のいずれかの複数の磁気セルを絶縁体を間に介しつつマトリクス状に設けたメモリセルを備えたことを特徴とする。 On the other hand, a magnetic memory according to the present invention is characterized by comprising a memory cell in which any one of the plurality of magnetic cells is provided in a matrix with an insulator interposed therebetween.

また、複数の磁気セルを絶縁体を間に介しつつマトリクス状に設けたメモリセルを備え、前記複数の磁気セルのそれぞれは、磁化が膜面に対して垂直な第１の方向に固定された第１の強磁性層と、磁化が前記第１の方向とは反対の第２の方向に固定された第２の強磁性層と、前記第１の強磁性層と前記第２の強磁性層との間に設けられ、磁化の方向が可変の第３の強磁性層と、前記第１の強磁性層と前記第３の強磁性層との間に設けられた第１の中間層と、前記第２の強磁性層と前記第３の強磁性層との間に設けられた第２の中間層と、を有し、前記第１の強磁性層と前記第３の強磁性層との間に前記第１の中間層を設けたもの、及び前記第２の強磁性層と前記第３の強磁性層との間に前記第２の中間層を設けたものは、それぞれ磁気抵抗効果素子を構成し、前記第１及び第２の強磁性層の間で電流を流すことによりスピン偏極した電子を前記第３の強磁性層に作用させて前記第３の強磁性層の磁化の方向を前記電流の向きに応じた方向に決定可能とし、前記メモリセル上の前記磁気セルのそれぞれに対して、プローブによりアクセス可能としたことを特徴とする磁気メモリとすることもできる。
The memory cell includes a plurality of magnetic cells arranged in a matrix with an insulator interposed therebetween, and each of the plurality of magnetic cells has a magnetization fixed in a first direction perpendicular to the film surface. A first ferromagnetic layer; a second ferromagnetic layer whose magnetization is fixed in a second direction opposite to the first direction; the first ferromagnetic layer and the second ferromagnetic layer; A third ferromagnetic layer having a variable magnetization direction, and a first intermediate layer provided between the first ferromagnetic layer and the third ferromagnetic layer, A second intermediate layer provided between the second ferromagnetic layer and the third ferromagnetic layer, wherein the first ferromagnetic layer and the third ferromagnetic layer Those having the first intermediate layer provided therebetween and those having the second intermediate layer provided between the second ferromagnetic layer and the third ferromagnetic layer have a magnetoresistive effect, respectively. Constitutes an element, the spin-polarized electrons by passing a current between the first and second ferromagnetic layers is allowed to act on the third ferromagnetic layer of the magnetization of the third ferromagnetic layer The magnetic memory can be characterized in that the direction can be determined according to the direction of the current, and each of the magnetic cells on the memory cell can be accessed by a probe.

また、前記メモリセル上の前記磁気セルのそれぞれにワード線とビット線とが接続され、前記ワード線とビット線とを選択することにより、特定の磁気セルに対して情報の記録または読み出しを可能とすることもできる。 In addition, a word line and a bit line are connected to each of the magnetic cells on the memory cell, and information can be recorded or read from a specific magnetic cell by selecting the word line and the bit line. It can also be.

本発明によれば、微小サイズの磁性体に局所的に低消費電力で磁化を書き込むことができる磁気セルを提供でき、さらには、磁気抵抗効果を用いてその書き込み磁化を読み出すことが可能な磁気セルを提供できる。これらの磁気セルは極めて微小であるために、磁気素子の高密度化、高機能化、さらには磁気素子を含むデバイスの全体サイズ縮小化へ効果大であり産業上のメリットは多大である。 According to the present invention, it is possible to provide a magnetic cell capable of locally writing magnetization in a small-sized magnetic body with low power consumption, and furthermore, a magnetic cell capable of reading the written magnetization using the magnetoresistive effect. Can provide a cell. Since these magnetic cells are extremely small, they have a great effect on increasing the density and functionality of the magnetic element and reducing the overall size of the device including the magnetic element, and have great industrial advantages.

以下、図面を参照しつつ本発明の実施の形態について説明する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.

図１は、本発明の第１の実施の形態にかかる磁気セルの基本的な断面構造を例示する模式図である。この磁気セルは、磁化Ｍ１、Ｍ２の向きが互いに反平行な２つの磁性固着層（磁性固着層）Ｃ１、Ｃ２と、磁化方向が可変なひとつの磁性記録層（磁性記録層）Ａ、そして磁性記録層Ａと磁性固着層の間に中間層Ｂ１、Ｂ２を有する。 FIG. 1 is a schematic view illustrating the basic cross-sectional structure of the magnetic cell according to the first embodiment of the invention. This magnetic cell has two magnetic pinned layers (magnetic pinned layers) C1 and C2 whose magnetizations M1 and M2 are antiparallel to each other, one magnetic recording layer (magnetic recording layer) A whose magnetization direction is variable, and magnetic Intermediate layers B1 and B2 are provided between the recording layer A and the magnetic pinned layer.

電流Ｉを上下の固着層Ｃ１、Ｃ２間に流すことによって、磁性記録層Ａの磁化Ｍの方向を制御することができる。具体的には、電流Ｉの流れる向き（極性）を変えることで磁性記録層Ａの磁化Ｍの向きを反転させることができる。情報を記録させる場合には、磁化Ｍの方向に応じて、「０」と「１」とをそれぞれ割り当てればよい。 By flowing the current I between the upper and lower fixed layers C1 and C2, the direction of the magnetization M of the magnetic recording layer A can be controlled. Specifically, the direction of the magnetization M of the magnetic recording layer A can be reversed by changing the direction (polarity) in which the current I flows. When information is recorded, “0” and “1” may be assigned in accordance with the direction of the magnetization M.

また、本発明の磁気セルにおいては、各層の磁化方向は、面内方向に限定されず、膜面に対して略垂直な方向であってもよい。 In the magnetic cell of the present invention, the magnetization direction of each layer is not limited to the in-plane direction, and may be a direction substantially perpendicular to the film surface.

図２は、磁化が膜面に対して垂直な方向に制御された磁気セルの断面構造を表す模式図である。この磁気セルの場合、磁化Ｍ、Ｍ１、Ｍ２は、膜面に対して略垂直な方向に制御されている。このようにしても、電流Ｉを上下の固着層Ｃ１、Ｃ２間に流すことによって、磁性記録層Ａの磁化Ｍの方向を制御することができる。 FIG. 2 is a schematic diagram showing a cross-sectional structure of a magnetic cell whose magnetization is controlled in a direction perpendicular to the film surface. In the case of this magnetic cell, the magnetizations M, M1, and M2 are controlled in a direction substantially perpendicular to the film surface. Even in this case, the direction of the magnetization M of the magnetic recording layer A can be controlled by flowing the current I between the upper and lower fixed layers C1 and C2.

次に、本発明の磁気セルにおける「書き込み」のメカニズムについて説明する。 Next, the “write” mechanism in the magnetic cell of the present invention will be described.

図３は、図１に表した磁気セルにおける「書き込み」のメカニズムを説明するための模式断面図である。２つの磁性固着層Ｃ１、Ｃ２を設け、これらの界面を横切るように電流Ｉを流して、磁性記録層Ａに対する書き込みを行うメカニズムは、次のとおりに説明される。まず、中間層Ｂ１を介した磁気抵抗効果と、中間層Ｂ２を介した磁気抵抗効果が、いずれも、ノーマルタイプである場合について説明する。ここで、「ノーマルタイプ」の磁気抵抗効果とは、中間層の両側の磁性層の磁化が平行時よりも反平行時に電気抵抗が高くなる場合をいう。つまり、ノーマルタイプの場合、中間層Ｂ１を介した磁性固着層Ｃ１と磁性記録層Ａとの間の電気抵抗は、磁性固着層Ｃ１と磁性記録層Ａの磁化が平行な時には反平行時よりも低くなる。また、中間層Ｂ２を介した磁性固着層Ｃ２と磁性記録層Ａとの間の電気抵抗も、磁性固着層Ｃ２と磁性記録層Ａの磁化が平行な時には反平行時よりも低くなる。 FIG. 3 is a schematic cross-sectional view for explaining the mechanism of “writing” in the magnetic cell shown in FIG. A mechanism in which the two magnetic pinned layers C1 and C2 are provided and the current I is caused to flow across the interface between them to perform writing on the magnetic recording layer A will be described as follows. First, the case where both the magnetoresistive effect via the intermediate layer B1 and the magnetoresistive effect via the intermediate layer B2 are normal types will be described. Here, the “normal type” magnetoresistance effect refers to a case where the electrical resistance is higher when the magnetizations of the magnetic layers on both sides of the intermediate layer are antiparallel than when they are parallel. That is, in the case of the normal type, the electric resistance between the magnetic pinned layer C1 and the magnetic recording layer A via the intermediate layer B1 is greater than when the magnetic pinned layer C1 and the magnetic recording layer A are parallel to each other than when they are antiparallel. Lower. Further, the electric resistance between the magnetic pinned layer C2 and the magnetic recording layer A via the intermediate layer B2 is also lower when the magnetization of the magnetic pinned layer C2 and the magnetic recording layer A are parallel than when antiparallel.

まず、図３（ａ）において、磁化Ｍ１を有する第１の磁性固着層Ｃ１を通過した電子は、磁化Ｍ１の方向のスピンをもつようになり、これが磁性記録層Ａへ流れると、このスピンのもつ角運動量が磁性記録層Ａへ伝達され、磁化Ｍに作用する。一方、第２の磁性固着層Ｃ２の磁化Ｍ２は、磁化Ｍ１とは逆向きである。このため、電子の流れが第２の磁性固着層Ｃ２へ入る界面においては、磁化Ｍ１と同方向のスピン（同図において右向き）を有する電子は反射される。この反射された電子が有する逆向きスピンは、やはり磁性記録層Ａに作用する。すなわち、第１の磁性固着層の磁化と同じ方向のスピン電子が、磁性記録層Ａに対して２回作用するため、実質的に２倍の書き込み作用が得られる。その結果として、磁性記録層Ａに対する書き込みを従来よりも小さい電流で実施できる。 First, in FIG. 3A, electrons that have passed through the first magnetic pinned layer C1 having the magnetization M1 have a spin in the direction of the magnetization M1, and when this flows to the magnetic recording layer A, The angular momentum is transmitted to the magnetic recording layer A and acts on the magnetization M. On the other hand, the magnetization M2 of the second magnetic pinned layer C2 is opposite to the magnetization M1. For this reason, at the interface where the flow of electrons enters the second magnetic pinned layer C2, electrons having a spin in the same direction as the magnetization M1 (rightward in the figure) are reflected. The reverse spins of the reflected electrons still act on the magnetic recording layer A. That is, since spin electrons in the same direction as the magnetization of the first magnetic pinned layer act twice on the magnetic recording layer A, a substantially double writing effect can be obtained. As a result, writing to the magnetic recording layer A can be performed with a smaller current than in the past.

また、図３（ｂ）は、電流Ｉを反転させた場合を表す。この場合には、電流Ｉを構成する電子は、まず、第２の磁性固着層Ｃ２の磁化Ｍ２の作用を受けて、この方向（同図において左向き）のスピンを有する。このスピン電子は、磁性記録層Ａにおいてその磁化Ｍに作用する。さらに、スピン電子は、それとは逆向きの磁化Ｍ１を有する第１の磁性固着層Ｃ１との界面において反射されて、中間層Ｂ２に溜まり、もう一度磁性記録層Ａの磁化Ｍに作用する。 FIG. 3B shows a case where the current I is inverted. In this case, the electrons constituting the current I first have a spin in this direction (leftward in the figure) due to the action of the magnetization M2 of the second magnetic pinned layer C2. The spin electrons act on the magnetization M in the magnetic recording layer A. Further, the spin electrons are reflected at the interface with the first magnetic pinned layer C1 having the magnetization M1 opposite to the spin electrons, accumulated in the intermediate layer B2, and once again act on the magnetization M of the magnetic recording layer A.

以上、中間層Ｂ１、Ｂ２を介した磁性固着Ｃ１、Ｃ２と磁性記録Ａとの間の磁気抵抗効果がいずれも「ノーマルタイプ」の場合について説明した。 The case where the magnetoresistive effect between the magnetic fixing C1 and C2 and the magnetic recording A via the intermediate layers B1 and B2 is “normal type” has been described above.

次に、これらが「リバースタイプ」の場合について説明する。
図４は、磁気セルがリバースタイプの磁気抵抗効果を示す場合における「書き込み」のメカニズムを説明するための模式断面図である。 Next, the case where these are “reverse types” will be described.
FIG. 4 is a schematic cross-sectional view for explaining the mechanism of “writing” when the magnetic cell exhibits a reverse type magnetoresistance effect.

すなわち、リバースタイプの場合には、中間層Ｂ１を介した磁性固着層Ｃ１と磁性記録層Ａとの間の電気抵抗が、磁性固着層Ｃ１と磁性記録層Ａの磁化が平行な時に反平行時よりも高くなる。また、中間層Ｂ２を介した磁性固着層Ｃ２と磁性記録層Ａとの間の電気抵抗も、磁性固着層Ｃ２と磁性記録層Ａの磁化が平行な時に反平行時よりも高くなる。 That is, in the case of the reverse type, the electrical resistance between the magnetic pinned layer C1 and the magnetic recording layer A via the intermediate layer B1 is antiparallel when the magnetizations of the magnetic pinned layer C1 and the magnetic recording layer A are parallel. Higher than. Further, the electric resistance between the magnetic pinned layer C2 and the magnetic recording layer A via the intermediate layer B2 is also higher when the magnetizations of the magnetic pinned layer C2 and the magnetic recording layer A are parallel than when they are antiparallel.

中間層Ｂ１、Ｂ２を介した磁気抵抗効果がリバースタイプの場合には、磁性固着層Ｃ１から磁性記録層Ａへ作用するスピン電子は、図４（ａ）に表したように、図３（ａ）の場合とは逆向きとなる。また、磁性固着層Ｃ２から磁性記録層Ａに作用するスピン電子も、図３（ａ）とは逆向きとなる。その結果、磁性記録層Ａの磁化Ｍの方向は、図４（ａ）に表したように磁性固着層Ｃ１の磁化Ｍ１とは反平行となり、磁性固着層Ｃ２の磁化Ｍ２と同じ方向になる。 When the magnetoresistance effect via the intermediate layers B1 and B2 is a reverse type, the spin electrons acting on the magnetic recording layer A from the magnetic pinned layer C1 are as shown in FIG. ) In the opposite direction. Also, the spin electrons acting on the magnetic recording layer A from the magnetic pinned layer C2 are in the opposite direction to those in FIG. As a result, the direction of the magnetization M of the magnetic recording layer A is antiparallel to the magnetization M1 of the magnetic pinned layer C1, as shown in FIG. 4A, and is the same direction as the magnetization M2 of the magnetic pinned layer C2.

一方、磁性固着層Ｃ２から磁性固着層Ｃ１に向けて電子電流を流した場合には、図４（ｂ）に表したように磁性記録層Ａの磁化Ｍの方向は、磁性固着層Ｃ１の磁化Ｍ１と同じ向きとなる。 On the other hand, when an electron current is passed from the magnetic pinned layer C2 toward the magnetic pinned layer C1, as shown in FIG. 4B, the direction of the magnetization M of the magnetic recording layer A is the magnetization of the magnetic pinned layer C1. The direction is the same as M1.

以上説明したように、中間層Ｂ１、Ｂ２を介した磁気抵抗効果が、いずれもノーマルタイプの場合あるいは、いずれもリバースタイプの場合には、電子の流れ方向に応じて、磁性記録層Ａの磁化Ｍの向きが決定される。 As described above, when the magnetoresistive effect via the intermediate layers B1 and B2 is the normal type or the reverse type, the magnetization of the magnetic recording layer A depends on the electron flow direction. The direction of M is determined.

しかし、中間層Ｂ１、Ｂ２を介した磁気抵抗効果のうちのいずれか一方がノーマルタイプで、いずれか他方がリバースタイプの場合には、磁性記録層Ａに流入する電子のスピン偏極度が小さくなるために書き込みには不利である。例えば、中間層Ｂ１を介した磁性固着層Ｃ１と磁性記録層Ａとの間の磁気抵抗効果がノーマルタイプであり、一方、中間層Ｂ２を介した磁性固着層Ｃ２と磁性自由層Ａとの間の磁気抵抗効果がリバースタイプである場合には、磁性記録層Ａに作用する電子のスピン方向は、これら中間層Ｂ１、Ｂ２の界面で逆向きとなるので、本発明の効果は得られにくい。 However, when either one of the magnetoresistive effects via the intermediate layers B1 and B2 is a normal type and the other is a reverse type, the spin polarization degree of electrons flowing into the magnetic recording layer A becomes small. This is disadvantageous for writing. For example, the magnetoresistive effect between the magnetic pinned layer C1 and the magnetic recording layer A via the intermediate layer B1 is a normal type, while between the magnetic pinned layer C2 and the magnetic free layer A via the intermediate layer B2. When the magnetoresistive effect is a reverse type, the spin direction of electrons acting on the magnetic recording layer A is reversed at the interface between the intermediate layers B1 and B2, and therefore the effect of the present invention is hardly obtained.

以上説明したように、本実施形態によれば、２つの磁性固着層の磁化Ｍ１、Ｍ２を反平行としたことにより、磁性記録層Ａへ働くスピン方向は最終的に同一方向となり、２倍の作用が働く。その結果として、磁性記録層Ａの磁化の反転のための電流を低減することが可能となる。 As described above, according to the present embodiment, the magnetizations M1 and M2 of the two magnetic pinned layers are made antiparallel, so that the spin direction acting on the magnetic recording layer A is finally the same direction and is doubled. The action works. As a result, the current for reversing the magnetization of the magnetic recording layer A can be reduced.

以上説明した「書き込み」のメカニズムは、図２に表したように磁化が膜面に対して垂直な方向に制御された磁気セルにおいても同様である。 The “write” mechanism described above is the same in the magnetic cell in which the magnetization is controlled in the direction perpendicular to the film surface as shown in FIG.

図５は、図２に表した磁気セルにおける「書き込み」のメカニズムを説明するための模式断面図である。同図については、図１乃至図３に関して前述したものと同様の要素には同一の符号を付して詳細な説明は省略する。 FIG. 5 is a schematic cross-sectional view for explaining the mechanism of “writing” in the magnetic cell shown in FIG. In this figure, the same elements as those described above with reference to FIGS. 1 to 3 are denoted by the same reference numerals, and detailed description thereof is omitted.

図５に表したように、磁化方向が垂直とされた場合にも、２つの磁性固着層の磁化Ｍ１、Ｍ２を反平行としたことにより、磁性記録層Ａへ働くスピン方向は最終的に同一方向となり、２倍の作用が働く。その結果として、磁性記録層Ａの磁化の反転のための電流を低減することが可能となる。 As shown in FIG. 5, even when the magnetization directions are perpendicular, the spin directions acting on the magnetic recording layer A are finally the same by making the magnetizations M1 and M2 of the two magnetic pinned layers antiparallel. The direction is doubled. As a result, the current for reversing the magnetization of the magnetic recording layer A can be reduced.

次に、本実施形態の磁気セルにおける「読み出し」の方法について説明する。本実施形態の磁気セルにおいて、磁性記録層Ａの磁化Ｍの方向の検出は、各層の磁化の相対的な向きにより電気抵抗が変わる「磁気抵抗効果」を利用して行うことができる。 Next, a method of “reading” in the magnetic cell of this embodiment will be described. In the magnetic cell of the present embodiment, the direction of the magnetization M of the magnetic recording layer A can be detected by utilizing the “magnetoresistance effect” in which the electric resistance changes depending on the relative direction of the magnetization of each layer.

図６は、本実施形態の磁気セルの読み出し方法を説明するための概念図である。すなわち、磁気抵抗効果を利用する場合、磁性固着層Ｃ１、Ｃ２のいずれかと磁性記録層との間でセンス電流Ｉを流し、磁気抵抗を測定すればよい。図６においては、第１の磁性固着層Ｃ１と磁性記録層Ａとの間で磁気抵抗を測定する場合を例示したが、これとは逆に、第２の磁性固着層Ｃ２と磁性記録層Ａとの間で磁気抵抗を測定してもよい。 FIG. 6 is a conceptual diagram for explaining the magnetic cell reading method of the present embodiment. That is, when the magnetoresistance effect is used, the magnetoresistance may be measured by passing a sense current I between one of the magnetic pinned layers C1 and C2 and the magnetic recording layer. In FIG. 6, the case where the magnetic resistance is measured between the first magnetic pinned layer C1 and the magnetic recording layer A is illustrated, but on the contrary, the second magnetic pinned layer C2 and the magnetic recording layer A are shown. The magnetoresistance may be measured between

図７は、磁化の相対的な向きによる磁気抵抗の変化を説明するための概念図である。すなわち、同図（ａ）は、磁性固着層Ｃ１の磁化Ｍ１と、磁性記録層Ａの磁化Ｍとが同一の方向の場合を表す。この場合、これらにセンス電流Ｉを流して検出される磁気抵抗は、ノーマルタイプの磁気抵抗効果において相対的に小さな値となり、リバースタイプの磁気抵抗効果においては相対的に大きな値となる。 FIG. 7 is a conceptual diagram for explaining the change in magnetoresistance due to the relative orientation of magnetization. That is, FIG. 5A shows the case where the magnetization M1 of the magnetic pinned layer C1 and the magnetization M of the magnetic recording layer A are in the same direction. In this case, the magnetoresistance detected by passing the sense current I through these becomes a relatively small value in the normal type magnetoresistance effect, and becomes a relatively large value in the reverse type magnetoresistance effect.

一方、図７（ｂ）は、磁性固着層Ｃ１の磁化Ｍ１と、磁性記録層Ａの磁化Ｍとが反平行の場合を表す。この場合、これらにセンス電流Ｉを流して検出される磁気抵抗は、ノーマルタイプの磁気抵抗効果において相対的に大きな値となり、リバースタイプの磁気抵抗効果においては相対的に小さな値となる。
これら抵抗が互いに異なる状態に、それぞれ「０」と「１」を対応づけることにより、２値データの記録読み出しが可能となる。 On the other hand, FIG. 7B shows a case where the magnetization M1 of the magnetic pinned layer C1 and the magnetization M of the magnetic recording layer A are antiparallel. In this case, the magnetoresistance detected by passing the sense current I through these becomes a relatively large value in the normal type magnetoresistance effect, and becomes a relatively small value in the reverse type magnetoresistance effect.
By associating “0” and “1” with these different resistances, binary data can be recorded and read.

一方、磁気セルの両端を介してセンス電流を流すことにより磁気抵抗を検出する方法もある。すなわち、第１の磁性固着層Ｃ１と第２の磁性固着層Ｃ２との間でセンス電流を流すことにより磁気抵抗を検出する。しかし、本発明においては、一対の磁性固着層Ｃ１、Ｃ２の磁化Ｍ１、Ｍ２は、反平行である。このため、「対称構造」すなわち磁性固着層Ｃ１、Ｃ２のスピン依存散乱の大きさが同一であると、あるいは、磁性固着層Ｃ１、Ｃ２から磁性記録層に作用する電子のスピン偏極度が同一であると、磁性記録層Ａの磁化Ｍがどちらの方向にある場合も、検出される磁気抵抗は、同一になってしまう。そこで、「非対称構造」を採用する必要がある。 On the other hand, there is also a method of detecting the magnetoresistance by flowing a sense current through both ends of the magnetic cell. That is, the magnetoresistance is detected by passing a sense current between the first magnetic pinned layer C1 and the second magnetic pinned layer C2. However, in the present invention, the magnetizations M1 and M2 of the pair of magnetic pinned layers C1 and C2 are antiparallel. For this reason, when the “symmetric structure”, that is, the magnitude of the spin-dependent scattering of the magnetic pinned layers C1 and C2 is the same, or the spin polarization degree of electrons acting on the magnetic recording layer from the magnetic pinned layers C1 and C2 is the same. If so, the detected magnetic resistance becomes the same regardless of the direction of the magnetization M of the magnetic recording layer A. Therefore, it is necessary to adopt an “asymmetric structure”.

図８は、非対称構造の第１の具体例を表す模式断面図である。 FIG. 8 is a schematic cross-sectional view illustrating a first specific example of an asymmetric structure.

非対称構造の一例として、磁性固着層Ｃ１、Ｃ２の厚みや材料などを互いに異ならせることにより、磁化Ｍ１、Ｍ２の大きさを変えることができる。図８に表した具体例の場合、第２の磁性固着層Ｃ２を第１の磁性固着層Ｃ１よりも厚く形成することにより、磁性固着層Ｃ２によるスピン依存バルク散乱の寄与をＣ１のそれよりも大きくする。このようにすれば、磁性固着層Ｃ１、Ｃ２を介してセンス電流を流して「読み出し」を行う場合に、磁性記録層Ａの磁化Ｍの方向に応じて、検出される磁気抵抗が異なる。 As an example of the asymmetric structure, the magnitudes of the magnetizations M1 and M2 can be changed by making the magnetic pinned layers C1 and C2 have different thicknesses and materials. In the case of the specific example shown in FIG. 8, the second magnetic pinned layer C2 is formed thicker than the first magnetic pinned layer C1, so that the contribution of spin-dependent bulk scattering by the magnetic pinned layer C2 is greater than that of C1. Enlarge. In this way, when “reading” is performed by flowing a sense current through the magnetic pinned layers C1 and C2, the detected magnetic resistance differs depending on the direction of the magnetization M of the magnetic recording layer A.

但し、図８に表したように第１及び第２の磁性固着層Ｃ１、Ｃ２の厚みを変える代わりに、それらの材料を変えることにより、磁性固着層Ｃ１、Ｃ２によるスピン依存散乱の大きさを変えてもよい。 However, as shown in FIG. 8, instead of changing the thicknesses of the first and second magnetic pinned layers C1 and C2, the magnitude of the spin-dependent scattering by the magnetic pinned layers C1 and C2 is changed by changing their materials. You may change it.

図９（ａ）は、非対称構造の第２の具体例を表す模式断面図である。 FIG. 9A is a schematic cross-sectional view illustrating a second specific example of an asymmetric structure.

すなわち、本具体例の場合、中間層Ｂ１、Ｂ２の厚みが異なる。つまり、中間層Ｂ１は磁気抵抗効果が検出されやすい厚さにし、もう一方の中間層Ｂ２は磁気抵抗効果が検出されにくい厚さにする。この場合、中間層Ｂ１の厚みの範囲としては０．２ｎｍから１０ｎｍの範囲、中間層Ｂ２の厚みの範囲としては３ｎｍから５０ｎｍの範囲とするとよい。 That is, in the case of this specific example, the thicknesses of the intermediate layers B1 and B2 are different. That is, the intermediate layer B1 has a thickness at which the magnetoresistive effect is easily detected, and the other intermediate layer B2 has a thickness at which the magnetoresistive effect is difficult to detect. In this case, the thickness range of the intermediate layer B1 is preferably 0.2 nm to 10 nm, and the thickness range of the intermediate layer B2 is preferably 3 nm to 50 nm.

このようにすれば、中間層Ｂ１を挟んだ磁性固着層Ｃ１と磁性記録層Ａとの間の磁気抵抗効果を主に検出することができ、磁性記録層Ａの磁化Ｍを検出することが容易となる。 In this way, it is possible to mainly detect the magnetoresistive effect between the magnetic pinned layer C1 and the magnetic recording layer A with the intermediate layer B1 interposed therebetween, and it is easy to detect the magnetization M of the magnetic recording layer A. It becomes.

図９（ｂ）は、非対称構造の第３の具体例を表す模式断面図である。すなわち、本具体例においては、中間層Ｂ１、Ｂ２の電気抵抗が互いに異なるものとされている。このためには、中間層Ｂ１、Ｂ２の材料や組成を互いに異なるものとしたり、いずれか一方の中間層に添加元素を加えるなどの方法が有効である。 FIG. 9B is a schematic cross-sectional view illustrating a third specific example of an asymmetric structure. That is, in this specific example, the electric resistances of the intermediate layers B1 and B2 are different from each other. For this purpose, methods such as making the materials and compositions of the intermediate layers B1 and B2 different from each other and adding an additive element to any one of the intermediate layers are effective.

またさらに、中間層Ｂ１、Ｂ２の一方を銅（Ｃｕ）などの導電材料により形成し、他方を絶縁体により形成してもよい。中間層Ｂ１（あるいはＢ２）を薄い絶縁体により形成すると、いわゆるトンネル磁気抵抗効果（tunneling magnetoresistance effect：ＴＭＲ）が得られ、磁性記録層Ａの磁化の読み出しに際して、大きな再生信号出力を得ることが可能となる。 Furthermore, one of the intermediate layers B1 and B2 may be formed of a conductive material such as copper (Cu), and the other may be formed of an insulator. When the intermediate layer B1 (or B2) is formed of a thin insulator, a so-called tunneling magnetoresistance effect (TMR) can be obtained, and a large reproduction signal output can be obtained when reading the magnetization of the magnetic recording layer A. It becomes.

図１０は、非対称構造の第４の具体例を表す模式断面図である。 FIG. 10 is a schematic cross-sectional view illustrating a fourth specific example of an asymmetric structure.

すなわち、本具体例の場合、中間層Ｂ２に中間物質層ＩＥが挿入されている。この中間物質層ＩＥは、磁気抵抗効果の増大を起こすためのものである。中間物質層ＩＥとしては、例えば、不連続な絶縁性の薄膜を挙げることができる。すなわち、ピンホールなどを有する絶縁性の薄膜を中間層に挿入することにより、磁気抵抗効果を増大させることが可能となる。 That is, in this specific example, the intermediate material layer IE is inserted into the intermediate layer B2. This intermediate material layer IE is for increasing the magnetoresistance effect. Examples of the intermediate material layer IE include a discontinuous insulating thin film. That is, the magnetoresistive effect can be increased by inserting an insulating thin film having a pinhole or the like into the intermediate layer.

このような不連続な絶縁性の薄膜としては、例えば、ニッケル（Ｎｉ）と銅（Ｃｕ）の合金の酸化物または窒化物、ニッケル（Ｎｉ）と金（Ａｕ）の合金の酸化物または窒化物、アルミニウム（Ａｌ）と銅（Ｃｕ）の合金の酸化物または窒化物などを挙げることができる。 Examples of such a discontinuous insulating thin film include an oxide or nitride of an alloy of nickel (Ni) and copper (Cu), an oxide or nitride of an alloy of nickel (Ni) and gold (Au), for example. And oxides or nitrides of alloys of aluminum (Al) and copper (Cu).

これら合金の酸化物や窒化物などの化合物は、加熱等によって平衡状態へ近づけることで相分離し、ＡｕやＣｕ等の化合物化（酸化や窒化など）されにくく従って低電気抵抗の相と、ＮｉやＡｌ等の酸化等がされやすく電気抵抗が高い化合物相とに分離する。このため、組成および温度あるいは印加エネルギーを制御することにより、ピンホールが存在する不連続な絶縁性薄膜を形成することができる。このように非磁性体が充填されたピンホールを形成すると、電流が流れる経路を狭窄することができ、スピン依存散乱効果を高抵抗で検出できるため、大きな磁気抵抗効果が得られる。 Compounds such as oxides and nitrides of these alloys are phase-separated by being brought close to an equilibrium state by heating or the like, and are difficult to be compounded (such as oxidation and nitridation) such as Au and Cu. It separates into a compound phase that is easily oxidized and Al and has high electrical resistance. Therefore, by controlling the composition and temperature or applied energy, a discontinuous insulating thin film having pinholes can be formed. When a pinhole filled with a nonmagnetic material is formed in this way, the path through which current flows can be narrowed, and the spin-dependent scattering effect can be detected with high resistance, so that a large magnetoresistance effect is obtained.

このような中間物質層ＩＥを中間層Ｂ１、Ｂ２のいずれかに挿入することにより、その両側の磁性固着層と磁性記録層との間の磁気抵抗効果が増大されて検出が容易となる。 By inserting such an intermediate material layer IE into either of the intermediate layers B1 and B2, the magnetoresistive effect between the magnetic pinned layer and the magnetic recording layer on both sides thereof is increased, and detection becomes easy.

図１１は、非対称構造の第５の具体例を表す模式断面図である。 FIG. 11 is a schematic cross-sectional view showing a fifth specific example of an asymmetric structure.

すなわち、本具体例の場合、中間層Ｂ２は、ピンホールＰＨを有する絶縁層とされている。ピンホールＰＨは、その両側の磁性固着層および磁性中間層の材料により埋め込まれている。 That is, in this specific example, the intermediate layer B2 is an insulating layer having a pinhole PH. The pinhole PH is filled with the material of the magnetic pinned layer and the magnetic intermediate layer on both sides thereof.

このように、磁性固着層Ｃ２（またはＣ１）と磁性記録層ＡとがピンホールＰＨを介して接続されていると、いわゆる「磁性ポイントコンタクト」が形成され、極めて大きい磁気抵抗効果が得られる。従って、このピンホールＰＨを介した両側の磁性層の間での磁気抵抗効果を検出することにより、磁性記録層Ａの磁化Ｍの方向を容易に判定することができる。 Thus, when the magnetic pinned layer C2 (or C1) and the magnetic recording layer A are connected via the pinhole PH, a so-called “magnetic point contact” is formed, and a very large magnetoresistance effect is obtained. Therefore, the direction of the magnetization M of the magnetic recording layer A can be easily determined by detecting the magnetoresistance effect between the magnetic layers on both sides via this pinhole PH.

ここで、ピンホールＰＨの開口径は、概ね２０ｎｍ以下であることが望ましい。また、ピンホールＰＨの形状は、円錐状、円柱状、球状、多角錘状、多角柱状などの各種の形状を取りうる。また、ピンホールＰＨの数は、１個でも複数でもよい。但し、少ない方が望ましい。 Here, it is desirable that the opening diameter of the pinhole PH is approximately 20 nm or less. Moreover, the shape of the pinhole PH can take various shapes such as a conical shape, a cylindrical shape, a spherical shape, a polygonal pyramid shape, and a polygonal columnar shape. Further, the number of pinholes PH may be one or plural. However, it is desirable to have fewer.

以上、図８乃至図１１を参照しつつ、磁気抵抗効果により記録層Ａの磁化の方向を容易に読み出すための非対称構造の具体例について説明した。これらの非対称構造は、図２に表した垂直磁化型の磁気セルについても同様に適用して同様の作用が得られる。 The specific example of the asymmetric structure for easily reading the magnetization direction of the recording layer A by the magnetoresistive effect has been described above with reference to FIGS. These asymmetric structures are similarly applied to the perpendicular magnetization type magnetic cell shown in FIG.

次に、本発明の磁気セルにおいて、２つの磁性固着層Ｃ１、Ｃ２の磁化Ｍ１、Ｍ２の方向を互いに反平行にする方法について説明する。 Next, a method for making the directions of the magnetizations M1 and M2 of the two magnetic pinned layers C1 and C2 antiparallel to each other in the magnetic cell of the present invention will be described.

まず、第１の方法として、固着層Ｃ１、Ｃ２を静磁結合させることにより、磁化Ｍ１、Ｍ２を反平行にする方法を挙げることができる。 First, as a first method, a method of making the magnetizations M1 and M2 antiparallel by magnetostatically coupling the fixed layers C1 and C2 can be mentioned.

図１２は、固着層Ｃ１、Ｃ２の静磁結合を表す模式断面図である。すなわち、本具体例の場合、磁気セルの両側面に絶縁層ＩＬを介して磁気ヨークＭＹが設けられている。磁気ヨークＭＹには、その内部に矢印で表したような磁界が形成され、これら磁気ヨークＭＹと固着層Ｃ１、Ｃ２を介した環流磁界が形成されている。このように、磁気ヨークＭＹを介して固着層Ｃ１、Ｃ２を静磁結合させると、環流磁界により、磁化Ｍ１と磁化Ｍ２とを反平行にすることができる。 FIG. 12 is a schematic cross-sectional view showing magnetostatic coupling of the pinned layers C1 and C2. That is, in this specific example, the magnetic yoke MY is provided on both side surfaces of the magnetic cell via the insulating layer IL. In the magnetic yoke MY, a magnetic field as indicated by an arrow is formed, and a recirculating magnetic field is formed via the magnetic yoke MY and the fixed layers C1 and C2. As described above, when the fixed layers C1 and C2 are magnetostatically coupled through the magnetic yoke MY, the magnetization M1 and the magnetization M2 can be made antiparallel by the circulating magnetic field.

この場合、固着層の磁化Ｍ１、Ｍ２の方向をあらかじめ設定するためには、２つの固着層Ｃ１、Ｃ２の厚さを異なるようにして、外部からパルス磁場をかけるなどして磁化Ｍ１、Ｍ２の方向を制御することができる。 In this case, in order to set the directions of the magnetizations M1 and M2 of the pinned layer in advance, the magnetizations M1 and M2 can be set by changing the thickness of the two pinned layers C1 and C2 and applying a pulse magnetic field from the outside. The direction can be controlled.

また、一方の固着層の外側に接して反強磁性層を形成して一方向異方性を付与することで固着層の磁化方向は制御可能となる。 Further, the magnetization direction of the pinned layer can be controlled by forming an antiferromagnetic layer in contact with the outside of one pinned layer and imparting unidirectional anisotropy.

図１３は、反強磁性層を設けた磁気セルを表す模式断面図である。すなわち、固着層Ｃ２の下に反強磁性層ＡＦが設けられ、固着層Ｃ２と磁性結合させることにより、磁化Ｍ２の方向が固定されている。そして、磁気ヨークＭＹを介してこの固着層Ｃ２と静磁結合している固着層Ｃ１の磁化Ｍ１は、磁化Ｍ２とは逆方向となる。 FIG. 13 is a schematic cross-sectional view showing a magnetic cell provided with an antiferromagnetic layer. That is, the antiferromagnetic layer AF is provided under the pinned layer C2, and the direction of the magnetization M2 is fixed by magnetic coupling with the pinned layer C2. The magnetization M1 of the pinned layer C1 magnetostatically coupled to the pinned layer C2 via the magnetic yoke MY is in the opposite direction to the magnetization M2.

また、固着層Ｃ１、Ｃ２の磁化をそれぞれ反強磁性層により固着してもよい。 Further, the magnetizations of the pinned layers C1 and C2 may be pinned by antiferromagnetic layers, respectively.

図１４は、固着層Ｃ１、Ｃ２の磁化をそれぞれ反強磁性層により固着した磁気セルを表す模式断面図である。すなわち、固着層Ｃ１に隣接して反強磁性層ＡＦ１が設けられ、固着層Ｃ２に隣接して反強磁性層ＡＦ２が設けられている。そして、それぞれの固着層の磁化Ｍ１、Ｍ２は、隣接する反強磁性層ＡＦ１、ＡＦ２によって反平行に固着されている。 FIG. 14 is a schematic cross-sectional view showing a magnetic cell in which the magnetizations of the pinned layers C1 and C2 are pinned by antiferromagnetic layers, respectively. That is, the antiferromagnetic layer AF1 is provided adjacent to the pinned layer C1, and the antiferromagnetic layer AF2 is provided adjacent to the pinned layer C2. The magnetizations M1 and M2 of the fixed layers are fixed antiparallel by the adjacent antiferromagnetic layers AF1 and AF2.

このような構造は、反強磁性層ＡＦ１、ＡＦ２のブロッキング温度が異なるように、それらの材料を適宜選択することにより容易に形成できる。すなわち、図１４に表した積層構造を形成した後に、磁場を印加しつつ加熱する。しかる後に、冷却すると、まず、ブロッキング温度の高い反強磁性層において、磁化が固着される。その後、磁場を反転させてさらに冷却すると、ブロッキング温度が低い反強磁性層において磁化が固着され、反平行の磁化が得られる。 Such a structure can be easily formed by appropriately selecting these materials so that the antiferromagnetic layers AF1 and AF2 have different blocking temperatures. That is, after forming the laminated structure shown in FIG. 14, heating is performed while applying a magnetic field. Thereafter, when cooled, the magnetization is first fixed in the antiferromagnetic layer having a high blocking temperature. Thereafter, when the magnetic field is reversed and further cooled, the magnetization is fixed in the antiferromagnetic layer having a low blocking temperature, and antiparallel magnetization is obtained.

図１５も、固着層Ｃ１、Ｃ２の磁化をそれぞれ反強磁性層により固着した磁気セルを表す模式図である。すなわち、本具体例の場合、固着層Ｃ２の外側には反強磁性層ＡＦ２が設けられ、もう一方の固着層Ｃ１の外側には非磁性層ＡＣを介して磁性層ＦＭと反強磁性層ＡＦ１が設けられている。 FIG. 15 is also a schematic diagram showing a magnetic cell in which the magnetizations of the pinned layers C1 and C2 are pinned by the antiferromagnetic layers. That is, in this specific example, the antiferromagnetic layer AF2 is provided outside the fixed layer C2, and the magnetic layer FM and the antiferromagnetic layer AF1 are provided outside the other fixed layer C1 via the nonmagnetic layer AC. Is provided.

この場合、非磁性層ＡＣは、磁性固着層Ｃ１と磁性層ＦＭが反強磁性層間交換結合するような厚さとしておく。また、非磁性層ＡＣの材料としては、ルテニウム（Ｒｕ）や銅（Ｃｕ）などを用いることができる。 In this case, the nonmagnetic layer AC is set to a thickness such that the magnetic pinned layer C1 and the magnetic layer FM are antiferromagnetic interlayer exchange coupled. Further, as the material of the nonmagnetic layer AC, ruthenium (Ru), copper (Cu), or the like can be used.

通常の磁場中熱処理による一方向異方性の付与プロセスによれば、２つの反強磁性層ＡＦ１、ＡＦ２と接したそれぞれの磁性層ＦＭ、Ｃ２は、磁化の方向が同じ向きとなる。固着層Ｃ１は、磁性層ＦＭと反強磁性結合しているため、その磁化Ｍ１は、反対の方向を向き、その結果として、磁化Ｍ１と磁化Ｍ２とを反平行に固着することができる。また、この場合、２つの反強磁性層ＡＦ１、ＡＦ２と接したそれぞれの磁性層ＦＭ、Ｃ２は、磁化の方向が同じ向きとなるので、磁化固着形成プロセスが容易になるという利点がある。 According to a process for imparting unidirectional anisotropy by a normal heat treatment in a magnetic field, the magnetic layers FM and C2 in contact with the two antiferromagnetic layers AF1 and AF2 have the same magnetization direction. Since the pinned layer C1 is antiferromagnetically coupled to the magnetic layer FM, the magnetization M1 is directed in the opposite direction, and as a result, the magnetization M1 and the magnetization M2 can be pinned antiparallel. Further, in this case, the magnetic layers FM and C2 in contact with the two antiferromagnetic layers AF1 and AF2 have the same magnetization direction, which has an advantage of facilitating the magnetization fixed formation process.

なお、この構造の場合、記録層Ａへの書き込みの電流Ｉは、同図に矢印Ｉ１（またはこれと反対方向）で表したように、固着層Ｃ１、Ｃ２の間で流すことが望ましい。しかしながら、使用上の観点に立てば、図１５の反強磁性層ＡＦ１、ＡＦ２のそれぞれ上部と下部に設けられた図示しない電極を用いて、同図の矢印Ｉ２（またはこれと反対方向）で表したように、反強磁性層ＡＦ１、ＡＦ２の間に書き込み電流を流すほうが容易であり、このように流しても記録層Ａに書き込むことができる。 In the case of this structure, it is desirable that the current I for writing to the recording layer A flows between the fixed layers C1 and C2, as shown by the arrow I1 (or the opposite direction) in FIG. However, from the viewpoint of use, it is represented by an arrow I2 (or the opposite direction) in FIG. 15 using electrodes (not shown) provided on the upper and lower portions of the antiferromagnetic layers AF1 and AF2, respectively. As described above, it is easier to pass the write current between the antiferromagnetic layers AF1 and AF2, and even if such a current is passed, the recording layer A can be written.

図１６は、固着層Ｃ１、Ｃ２の磁化を反強磁性層により固着した磁気セルのもうひとつの具体例を表す模式断面図である。 FIG. 16 is a schematic cross-sectional view showing another specific example of a magnetic cell in which the magnetizations of the pinned layers C1 and C2 are pinned by an antiferromagnetic layer.

すなわち、本具体例の場合、磁性固着層Ｃ１、Ｃ２の外側に非磁性層ＡＣ、ＦＣを介して磁性層ＦＭ１、ＦＭ２と反強磁性層ＡＦ１、ＡＦ２が設けられている。非磁性層ＡＣは、その両側の磁性層の間で反強磁性層間交換結合が生ずるように調節されている。一方、非磁性層ＦＣは、その両側の磁性層の間で強磁性層間結合が生ずるように調節されている。 That is, in this specific example, the magnetic layers FM1 and FM2 and the antiferromagnetic layers AF1 and AF2 are provided outside the magnetic pinned layers C1 and C2 via the nonmagnetic layers AC and FC. The nonmagnetic layer AC is adjusted so that antiferromagnetic interlayer exchange coupling occurs between the magnetic layers on both sides thereof. On the other hand, the nonmagnetic layer FC is adjusted so that ferromagnetic interlayer coupling occurs between the magnetic layers on both sides thereof.

一般に、非磁性層を介した層間交換相互作用は、図１７に模式的に表したように非磁性層の膜厚に対して正負に振動する。従って、図１７において符号が異なる２つのピーク位置に対応するように、非磁性層ＡＣ、ＦＣの膜厚を設定すればよい。例えば、図１７におけるｔ_１を非磁性層ＡＣの膜厚とし、ｔ_２を非磁性層ＦＣの膜厚とすればよい。 In general, the interlayer exchange interaction through the nonmagnetic layer vibrates positively and negatively with respect to the film thickness of the nonmagnetic layer as schematically shown in FIG. Therefore, the film thicknesses of the nonmagnetic layers AC and FC may be set so as to correspond to two peak positions having different signs in FIG. For example, t ₁ in FIG. 17 may be the film thickness of the nonmagnetic layer AC, and t ₂ may be the film thickness of the nonmagnetic layer FC.

このような構造にすれば、反強磁性層ＡＦ１、ＡＦ２による一方向異方性の付与により、これらに接したそれぞれの磁性層ＦＭ１、ＦＭ２の磁化配置を同じ向きとし、最終的に磁性固着層Ｃ１、Ｃ２の磁化方向を反平行に固着できる。 With such a structure, by providing the unidirectional anisotropy by the antiferromagnetic layers AF1 and AF2, the magnetization arrangement of each of the magnetic layers FM1 and FM2 in contact with them is made the same direction, and finally the magnetic pinned layer The magnetization directions of C1 and C2 can be fixed antiparallel.

また、磁性固着層Ｃ１、Ｃ２の磁化をこれらに隣接して設けられたハードマグネットにより固着してもよい。あるいは、磁性固着層Ｃ１あるいはＣ２自身にハードマグネットを用いてもよい。この場合のハードマグネットとしては、コバルト白金（ＣｏＰｔ）、鉄白金（ＦｅＰｔ）、コバルト・クロム白金（ＣｏＣｒＰｔ）などの磁性材料を用いることができる。 Further, the magnetizations of the magnetic pinned layers C1 and C2 may be pinned by a hard magnet provided adjacent to them. Alternatively, a hard magnet may be used for the magnetic pinned layer C1 or C2 itself. As the hard magnet in this case, a magnetic material such as cobalt platinum (CoPt), iron platinum (FePt), cobalt chrome platinum (CoCrPt) can be used.

図１６に表した構造の場合も、記録層Ａへの書き込みの電流Ｉは、同図に矢印Ｉ１（またはこれと反対方向）で表したように、固着層Ｃ１、Ｃ２の間で流すことが望ましい。しかしながら、使用上の観点に立てば、図１６の反強磁性層ＡＦ１、ＡＦ２のそれぞれ上部と下部に設けられた図示しない電極を用いて、同図の矢印Ｉ２（またはこれと反対方向）で表したように、反強磁性層ＡＦ１、ＡＦ２の間に書き込み電流を流すほうが容易であり、このように流しても記録層Ａに書き込むことができる。 In the case of the structure shown in FIG. 16 as well, the write current I to the recording layer A is allowed to flow between the fixed layers C1 and C2 as shown by the arrow I1 (or the opposite direction) in FIG. desirable. However, from the viewpoint of use, it is represented by an arrow I2 (or the opposite direction) using electrodes (not shown) provided on the upper and lower portions of the antiferromagnetic layers AF1 and AF2 in FIG. As described above, it is easier to pass the write current between the antiferromagnetic layers AF1 and AF2, and even if such a current is passed, the recording layer A can be written.

以上、本発明の磁気セルにおいて、固着層Ｃ１、Ｃ２の磁化Ｍ１、Ｍ２を反平行に固着する方法について説明した。 As described above, the method for fixing the magnetizations M1 and M2 of the fixed layers C1 and C2 in antiparallel in the magnetic cell of the present invention has been described.

さて、本発明は、磁性記録層Ａが１層のみでなく、複数の場合にも適応できる。 The present invention can be applied not only to a single magnetic recording layer A but also to a plurality of magnetic recording layers A.

図１８は、２層の磁性記録層を設けた磁気セルを表す模式断面図である。すなわち、この磁気セルにおいては、磁性固着層Ｃ１、中間層Ｂ１、磁性記録層Ａ１、中間層Ｂ２、磁性固着層Ｃ２、中間層Ｂ３、磁性記録層Ａ２、中間層Ｂ４、磁性固着層Ｃ３がこの順に積層されている。すなわち、固着層Ｃ２を共有するようにして、その上下にそれぞれ図１に例示した磁気セルが直列に形成された構造を有する。このように、２層の記録層Ａ１、Ａ２を直列に積層すると、再生出力信号を増大させることができる。 FIG. 18 is a schematic cross-sectional view showing a magnetic cell provided with two magnetic recording layers. That is, in this magnetic cell, the magnetic pinned layer C1, the intermediate layer B1, the magnetic recording layer A1, the intermediate layer B2, the magnetic pinned layer C2, the intermediate layer B3, the magnetic recording layer A2, the intermediate layer B4, and the magnetic pinned layer C3 They are stacked in order. That is, the magnetic layer illustrated in FIG. 1 is formed in series above and below the fixed layer C2 so as to share the fixed layer C2. As described above, when the two recording layers A1 and A2 are stacked in series, the reproduction output signal can be increased.

また、図１８において、２つの磁性記録層Ａ１、Ａ２の厚みや材料を変えてこれら磁性記録層Ａ１、Ａ２の磁化反転電流が異なるようにすれば、多値記録が可能となる。また、３層以上の磁性記録層を直列に積層することにより、さらにデータ種類の多い多値記録も可能となる。なお、固着磁性層Ｃ２の磁化固着は、Ｃ２層内部に反強磁性層を挿入して一方向異方性を付与すれば、より効果的である。 In FIG. 18, multi-value recording can be performed by changing the thickness and material of the two magnetic recording layers A1 and A2 so that the magnetization reversal currents of the magnetic recording layers A1 and A2 are different. Further, by stacking three or more magnetic recording layers in series, multi-value recording with more data types can be performed. The magnetization pinning of the pinned magnetic layer C2 is more effective if an antiferromagnetic layer is inserted inside the C2 layer to impart unidirectional anisotropy.

本発明においては、磁性固着層Ｃ１（またはＣ２）を複数層とし、あるいは磁性記録層Ａを複数層とすることができる。特に、磁性固着層Ｃ１（またはＣ２）として、反強磁性結合した強磁性層／非磁性層／強磁性層という積層膜を用いた場合に、界面と層内でのスピン依存散乱がより強調されるため、より小さい電流で磁性記録層Ａの磁化反転が図れる。 In the present invention, the magnetic pinned layer C1 (or C2) can be a plurality of layers, or the magnetic recording layer A can be a plurality of layers. In particular, when a laminated film of antiferromagnetically coupled ferromagnetic layer / nonmagnetic layer / ferromagnetic layer is used as the magnetic pinned layer C1 (or C2), spin-dependent scattering between the interface and the layer is more emphasized. Therefore, the magnetization reversal of the magnetic recording layer A can be achieved with a smaller current.

この具体例として、図１５に関して前述した構造を挙げることができる。すなわち、同図において、磁性層ＦＭ、非磁性層ＡＣ、磁性固着層Ｃ１からなる積層構造をまとめて「磁性固着構造Ｐ１」と見ることができる。この場合、同図に表したように、磁性固着構造Ｐ１のうちの、中間層Ｂ１に接した磁性固着層Ｃ１の磁化方向が磁性固着層Ｃ２の磁化方向と反平行である場合に、本発明の効果が得られる。 A specific example of this is the structure described above with reference to FIG. That is, in the figure, the laminated structure composed of the magnetic layer FM, the nonmagnetic layer AC, and the magnetic pinned layer C1 can be collectively referred to as “magnetic pinned structure P1”. In this case, as shown in the figure, when the magnetization direction of the magnetic pinned layer C1 in contact with the intermediate layer B1 in the magnetic pinned structure P1 is antiparallel to the magnetization direction of the magnetic pinned layer C2, the present invention The effect is obtained.

図１９は、磁性固着層と磁性記録層Ａとをそれぞれ積層構造とした具体例を表す模式断面図である。すなわち、磁性固着構造Ｐ１として、磁化が反平行に結合した磁性層ＦＭ／非磁性層ＡＣ／磁性固着層Ｃ１からなる積層体が設けられている。さらに、磁性記録層Ａとして、反強磁性結合した磁性層Ａ１／非磁性層ＡＣ／磁性層Ａ２／非磁性層ＡＣ／磁性層Ａ３からなる積層体が設けられている。この構造において、中間層Ｂ１に接した磁性固着層Ｃ１の磁化方向は、磁性固着層Ｃ２の磁化方向と反平行であり、また、磁性記録層Ａのうちで、中間層Ｂ１と中間層Ｂ２にそれぞれ接した磁性層Ａ１、Ａ２の磁化が互いに平行方向である場合に、本発明の効果が得られる。 FIG. 19 is a schematic cross-sectional view showing a specific example in which a magnetic pinned layer and a magnetic recording layer A are respectively laminated structures. That is, as the magnetic pinned structure P1, a laminated body composed of the magnetic layer FM / nonmagnetic layer AC / magnetic pinned layer C1 whose magnetizations are coupled in antiparallel is provided. Further, as the magnetic recording layer A, there is provided a laminate composed of an antiferromagnetically coupled magnetic layer A1 / nonmagnetic layer AC / magnetic layer A2 / nonmagnetic layer AC / magnetic layer A3. In this structure, the magnetization direction of the magnetic pinned layer C1 in contact with the intermediate layer B1 is antiparallel to the magnetization direction of the magnetic pinned layer C2, and among the magnetic recording layers A, the intermediate layer B1 and the intermediate layer B2 are separated from each other. The effects of the present invention can be obtained when the magnetizations of the magnetic layers A1 and A2 that are in contact with each other are parallel to each other.

磁性記録層Ａを反強磁性結合した積層構造とすることにより、磁性記録層の実効的な飽和磁化を下げることができる。つまり、磁化的なエネルギーを低くできるので、磁化の反転電流、すなわち書き込みのために必要な臨界電流を下げることができる。 By making the magnetic recording layer A a laminated structure with antiferromagnetic coupling, the effective saturation magnetization of the magnetic recording layer can be lowered. That is, since the magnetization energy can be lowered, the magnetization reversal current, that is, the critical current required for writing can be lowered.

また、この構造においては、磁性固着構造Ｐ１を設けることにより、最も外側に位置する２つの磁性層（磁性固着構造Ｐ１の一番上の磁性層ＦＭと、磁性固着層Ｃ２）の磁化方向が平行となる。これら外側の磁性層ＦＭと磁性固着層Ｃ２を図示しない反強磁性層により磁化固着する際に、固着すべき方向が同一であることから、形成プロセスが容易であるというメリットがある。 In this structure, by providing the magnetic pinned structure P1, the magnetization directions of the two outermost magnetic layers (the uppermost magnetic layer FM of the magnetic pinned structure P1 and the magnetic pinned layer C2) are parallel. It becomes. When the outer magnetic layer FM and the magnetic pinned layer C2 are pinned by an antiferromagnetic layer (not shown), the direction to be pinned is the same, so that there is an advantage that the formation process is easy.

図２０も、磁性固着層と磁性記録層Ａとをそれぞれ積層構造とした具体例を表す模式断面図である。すなわち、磁性固着構造Ｐ１として、磁化が反平行に結合した磁性層ＦＭ／非磁性層ＡＣ／磁性固着層Ｃ１からなる積層構造が設けられている。また、磁性記録層Ａとして、強磁性結合した磁性層Ａ１／非磁性層ＦＣ／磁性層Ａ２からなる積層構造が設けられている。この構造において、中間層Ｂ１に接する磁性固着層Ｃ１の磁化方向は、中間層Ｂ２に接する磁化固着層Ｃ２の磁化方向と反平行であり、また、磁性記録層Ａの２つの磁性層Ａ１、Ａ２の磁化が平行である場合に、本発明の効果が得られる。 FIG. 20 is also a schematic cross-sectional view showing a specific example in which the magnetic pinned layer and the magnetic recording layer A are respectively laminated structures. That is, as the magnetic pinned structure P1, a laminated structure including a magnetic layer FM, a nonmagnetic layer AC, and a magnetic pinned layer C1 whose magnetizations are coupled in antiparallel is provided. Further, the magnetic recording layer A is provided with a laminated structure including a magnetically coupled magnetic layer A1 / nonmagnetic layer FC / magnetic layer A2. In this structure, the magnetization direction of the magnetic pinned layer C1 in contact with the intermediate layer B1 is antiparallel to the magnetization direction of the magnetic pinned layer C2 in contact with the intermediate layer B2, and the two magnetic layers A1 and A2 of the magnetic recording layer A The effects of the present invention can be obtained when the magnetizations of are parallel.

磁性記録層Ａを強磁性結合した積層構造とすると、磁性記録層の実効的な飽和磁化を下げることができる。つまり、磁化的なエネルギーを低くできるので、磁化の反転電流、すなわち書き込みのために必要な臨界電流を下げることができる。 When the magnetic recording layer A has a laminated structure in which the magnetic recording layer A is ferromagnetically coupled, the effective saturation magnetization of the magnetic recording layer can be lowered. That is, since the magnetization energy can be lowered, the magnetization reversal current, that is, the critical current required for writing can be lowered.

また、この構造においても、磁性固着構造Ｐ１を設けることにより、最も外側に位置する２つの磁性層（磁性固着構造Ｐ１の一番上の磁性層ＦＭと、磁性固着層Ｃ２）の磁化方向が平行となる。これら外側の磁性層ＦＭと磁性固着層Ｃ２を図示しない反強磁性層により磁化固着する際に、固着すべき方向が同一であることから、形成プロセスが容易であるというメリットがある。 Also in this structure, by providing the magnetic pinned structure P1, the magnetization directions of the two outermost magnetic layers (the uppermost magnetic layer FM of the magnetic pinned structure P1 and the magnetic pinned layer C2) are parallel. It becomes. When the outer magnetic layer FM and the magnetic pinned layer C2 are pinned by an antiferromagnetic layer (not shown), the direction to be pinned is the same, so that there is an advantage that the forming process is easy.

図２１も、磁性固着層と磁性記録層Ａとをそれぞれ積層構造とした具体例を表す模式断面図である。すなわち、磁性固着構造Ｐ１として、磁化が反平行に結合した磁性層ＦＭ／非磁性層ＡＣ／磁性固着層Ｃ１からなる積層構造が設けられている。また、磁性記録層Ａとして、磁性層Ａ１／磁性層Ａ２／磁性層Ａ３からなる積層構造が設けられている。この構造において、中間層Ｂ１に接した磁性固着層Ｃ１の磁化方向は、中間層Ｂ２に接した磁性固着層Ｃ２の磁化方向と反平行であり、磁性記録層Ａは３つの磁性層Ａ１〜Ａ３の磁化が平行である場合に、本発明の効果が得られる。 FIG. 21 is also a schematic cross-sectional view showing a specific example in which the magnetic pinned layer and the magnetic recording layer A are respectively laminated structures. That is, as the magnetic pinned structure P1, a laminated structure including a magnetic layer FM, a nonmagnetic layer AC, and a magnetic pinned layer C1 whose magnetizations are coupled in antiparallel is provided. Further, the magnetic recording layer A is provided with a laminated structure including a magnetic layer A1 / magnetic layer A2 / magnetic layer A3. In this structure, the magnetization direction of the magnetic pinned layer C1 in contact with the intermediate layer B1 is antiparallel to the magnetization direction of the magnetic pinned layer C2 in contact with the intermediate layer B2, and the magnetic recording layer A has three magnetic layers A1 to A3. The effects of the present invention can be obtained when the magnetizations of are parallel.

磁性記録層Ａを強磁性結合した積層構造とすると、中央の磁性層（Ａ２）に飽和磁化が小さなパーマロイなどを用いることができ、さらに、外側の磁性層（Ａ１、Ａ３）にＣｏＦｅ等のほどほどにスピン非対称性が大きな材料を用いることができるため、磁化反転電流を低くできる。つまり、書き込みの臨界電流値を下げることができるという効果が得られる。 When the magnetic recording layer A has a laminated structure in which the magnetic recording layer A is ferromagnetically coupled, permalloy or the like having a small saturation magnetization can be used for the central magnetic layer (A2), and the outer magnetic layers (A1, A3) can be made of CoFe or the like. In addition, since a material having a large spin asymmetry can be used, the magnetization reversal current can be lowered. In other words, the effect that the critical current value for writing can be lowered is obtained.

また、この構造においても、磁性固着構造Ｐ１を設けることにより、最も外側に位置する２つの磁性層（磁性固着構造Ｐ１の一番上の磁性層ＦＭと、磁性固着層Ｃ２）の磁化方向が平行となる。これら外側の磁性層ＦＭと磁性固着層Ｃ２を図示しない反強磁性層により磁化固着する際に、固着すべき方向が同一であることから、形成プロセスが容易であるというメリットがある。 Also in this structure, by providing the magnetic pinned structure P1, the magnetization directions of the two outermost magnetic layers (the uppermost magnetic layer FM of the magnetic pinned structure P1 and the magnetic pinned layer C2) are parallel. It becomes. When the outer magnetic layer FM and the magnetic pinned layer C2 are pinned by an antiferromagnetic layer (not shown), the direction to be pinned is the same, so that there is an advantage that the formation process is easy.

図２２は、２つの磁性固着構造が設けられた具体例を表す模式断面図である。すなわち、磁性固着構造Ｐ１として、磁化が反平行に結合した磁性層ＦＭ／非磁性層ＡＣ／磁性固着層Ｃ１からなる積層構造が設けられ、さらに、磁性固着構造Ｐ２として、磁化が反平行に結合した磁性固着層Ｃ２／非磁性層ＡＣ／磁性層ＦＭ／非磁性層ＡＣ／磁性層ＦＭからなる積層構造が設けられている。この構造において、磁性固着構造Ｐ１を構成する磁性層のうち中間層Ｂ１に接した磁性固着層Ｃ１の磁化方向と、磁性固着構造Ｐ２を構成する磁性層のうち中間層Ｂ２に接した磁性固着層Ｃ２の磁化方向とが反平行の場合に、本発明の効果が得られる。 FIG. 22 is a schematic cross-sectional view showing a specific example in which two magnetic fixing structures are provided. That is, the magnetic pinned structure P1 is provided with a laminated structure composed of the magnetic layer FM / nonmagnetic layer AC / magnetic pinned layer C1 in which the magnetizations are coupled antiparallel, and the magnetic pinned structure P2 is coupled in a magnetization antiparallel. A laminated structure of the magnetic pinned layer C2 / nonmagnetic layer AC / magnetic layer FM / nonmagnetic layer AC / magnetic layer FM is provided. In this structure, the magnetization direction of the magnetic pinned layer C1 in contact with the intermediate layer B1 among the magnetic layers constituting the magnetic pinned structure P1, and the magnetic pinned layer in contact with the intermediate layer B2 among the magnetic layers constituting the magnetic pinned structure P2. The effect of the present invention is obtained when the magnetization direction of C2 is antiparallel.

また、この構造においては、磁性固着構造Ｐ１、Ｐ２を構成する磁性層の総数を、Ｐ１とＰ２でそれぞれ偶数、奇数としている。このようにすると、最も外側に位置する２つの磁性層（磁性固着構造Ｐ１の一番上の磁性層ＦＭと、磁性固着構造Ｐ２の一番下の磁性層ＦＭ）の磁化方向が平行となる。これら両外側の磁性層ＦＭを図示しない反強磁性層により磁化固着する際に、固着すべき方向が同一であることから、形成プロセスが容易であるというメリットがある。 In this structure, the total number of magnetic layers constituting the magnetic pinned structures P1 and P2 is set to be even and odd, respectively. In this way, the magnetization directions of the two outermost magnetic layers (the uppermost magnetic layer FM of the magnetic pinned structure P1 and the lowermost magnetic layer FM of the magnetic pinned structure P2) are parallel to each other. When the two outer magnetic layers FM are pinned by an antiferromagnetic layer (not shown), since the directions to be fixed are the same, there is an advantage that the formation process is easy.

図２３は、２つの磁性固着構造とともに磁性記録層も積層構造とした具体例を表す模式断面図である。すなわち、磁性固着構造Ｐ１として、磁化が反平行に結合した磁性層ＦＭ／非磁性層ＡＣ／磁性固着層Ｃ１からなる積層構造が設けられ、さらに、磁性固着構造Ｐ２として、磁化が反平行に結合した磁性固着層Ｃ２／非磁性層ＡＣ／磁性層ＦＭ／非磁性層ＡＣ／磁性層ＦＭからなる積層構造が設けられている。そして、磁性記録層Ａとして、反強磁性結合した磁性層Ａ１／非磁性層ＡＣ／磁性層Ａ２／非磁性層ＡＣ／磁性層Ａ３からなる積層構造が設けられている。この構造において、磁性固着積層Ｐ１を構成する磁性層のうち中間層Ｂ１に接した磁性固着層Ｃ１の磁化方向と、磁性固着構造Ｐ２を構成する磁性層のうち中間層Ｂ２に接した磁性固着層Ｃ２の磁化方向とが反平行であり、磁性記録層Ａについては中間層Ｂ１と中間層Ｂ２にそれぞれ接した磁性層Ａ１、Ａ３の磁化が平行方向である場合に、本発明の効果が得られる。 FIG. 23 is a schematic cross-sectional view showing a specific example in which the magnetic recording layer has a laminated structure as well as two magnetic fixing structures. That is, the magnetic pinned structure P1 is provided with a laminated structure composed of the magnetic layer FM / nonmagnetic layer AC / magnetic pinned layer C1 in which the magnetizations are coupled antiparallel, and the magnetic pinned structure P2 is coupled in a magnetization antiparallel. A laminated structure of the magnetic pinned layer C2 / nonmagnetic layer AC / magnetic layer FM / nonmagnetic layer AC / magnetic layer FM is provided. The magnetic recording layer A is provided with a laminated structure comprising an antiferromagnetically coupled magnetic layer A1 / nonmagnetic layer AC / magnetic layer A2 / nonmagnetic layer AC / magnetic layer A3. In this structure, the magnetization direction of the magnetic pinned layer C1 in contact with the intermediate layer B1 among the magnetic layers constituting the magnetic pinned laminate P1, and the magnetic pinned layer in contact with the intermediate layer B2 among the magnetic layers constituting the magnetic pinned structure P2. The effect of the present invention can be obtained when the magnetization direction of C2 is antiparallel and the magnetizations of the magnetic layers A1 and A3 in contact with the intermediate layer B1 and the intermediate layer B2 are parallel to the magnetic recording layer A, respectively. .

また、この構造においても、磁性固着構造Ｐ１、Ｐ２を構成する磁性層の総数を、Ｐ１とＰ２でそれぞれ偶数、奇数としている。このようにすると、最も外側に位置する２つの磁性層（磁性固着構造Ｐ１の一番上の磁性層ＦＭと、磁性固着構造Ｐ２の一番下の磁性層ＦＭ）の磁化方向が平行となる。これら両外側の磁性層ＦＭを図示しない反強磁性層により磁化固着する際に、固着すべき方向が同一であることから、形成プロセスが容易であるというメリットがある。 Also in this structure, the total number of magnetic layers constituting the magnetic pinned structures P1 and P2 is set to be even and odd respectively for P1 and P2. In this way, the magnetization directions of the two outermost magnetic layers (the uppermost magnetic layer FM of the magnetic pinned structure P1 and the lowermost magnetic layer FM of the magnetic pinned structure P2) are parallel to each other. When the two outer magnetic layers FM are pinned by an antiferromagnetic layer (not shown), since the directions to be fixed are the same, there is an advantage that the formation process is easy.

図２４も、２つの磁性固着構造とともに磁性記録層も積層構造とした具体例を表す模式断面図である。すなわち、磁性固着構造Ｐ１として、磁化が反平行に結合した磁性層ＦＭ／非磁性層ＡＣ／磁性固着層Ｃ１からなる積層構造が設けられ、磁性固着構造Ｐ２として、磁化が反平行に結合した磁性固着層Ｃ２／非磁性層ＡＣ／磁性層ＦＭ／非磁性層ＡＣ／磁性層ＦＭからなる積層構造が設けられている。そしてさらに、、磁性記録層Ａとして、強磁性結合した磁性層Ａ１／非磁性層ＦＣ／磁性層Ａ２からなる積層構造が設けられている。この構造において、磁性固着構造Ｐ１を構成する磁性層のうち中間層Ｂ１に接した磁性固着層Ｃ１の磁化方向と、磁性固着構造Ｐ２を構成する磁性層のうち中間層Ｂ２に接した磁性固着層Ｃ２の磁化方向とが反平行であり、磁性記録層Ａについては２つの磁性層Ａ１、Ａ２の磁化が平行配置である場合に、本発明の効果が得られる。 FIG. 24 is also a schematic cross-sectional view showing a specific example in which the magnetic recording layer has a laminated structure as well as two magnetic fixing structures. That is, the magnetic pinned structure P1 is provided with a laminated structure composed of the magnetic layer FM / nonmagnetic layer AC / magnetic pinned layer C1 in which the magnetizations are antiparallelly coupled, and the magnetic pinned structure P2 is a magnetic layer in which the magnetizations are antiparallelly coupled. A laminated structure comprising a fixed layer C2 / nonmagnetic layer AC / magnetic layer FM / nonmagnetic layer AC / magnetic layer FM is provided. Further, the magnetic recording layer A is provided with a laminated structure comprising a ferromagnetically coupled magnetic layer A1 / nonmagnetic layer FC / magnetic layer A2. In this structure, the magnetization direction of the magnetic pinned layer C1 in contact with the intermediate layer B1 among the magnetic layers constituting the magnetic pinned structure P1, and the magnetic pinned layer in contact with the intermediate layer B2 among the magnetic layers constituting the magnetic pinned structure P2. The effect of the present invention can be obtained when the magnetization direction of C2 is antiparallel and the magnetic recording layer A has two magnetic layers A1 and A2 in parallel arrangement.

図２５も、２つの磁性固着構造とともに磁性記録層も積層構造とした具体例を表す模式断面図である。すなわち、磁性固着構造Ｐ１として、磁化が反平行に結合した磁性層ＦＭ／非磁性層ＡＣ／磁性層Ｃ１からなる積層構造が設けられ、磁性固着構造Ｐ２として、磁化が反平行に結合した磁性層Ｃ２／非磁性層ＡＣ／磁性層ＦＭ／非磁性層ＡＣ／磁性層ＦＭからなる積層構造が設けられている。そしてさらに、磁性記録層Ａとして、磁性層Ａ１／磁性層Ａ２／磁性層Ａ３からなる積層構造が設けられている。この構造において、磁性固着構造Ｐ１を構成する磁性層のうち中間層Ｂ１に接した磁性固着層Ｃ１の磁化方向と、磁性固着構造Ｐ２を構成する磁性層のうち中間層Ｂ２に接した磁性固着層Ｃ２の磁化方向とが反平行であり、磁性記録層Ａについては３つの磁性層Ａ１〜Ａ３の磁化が平行である場合に、本発明の効果が得られる。 FIG. 25 is also a schematic cross-sectional view showing a specific example in which the magnetic recording layer has a laminated structure as well as two magnetic fixing structures. That is, the magnetic pinned structure P1 is provided with a laminated structure composed of the magnetic layer FM / nonmagnetic layer AC / magnetic layer C1 in which the magnetizations are coupled antiparallel, and the magnetic pinned structure P2 is a magnetic layer in which the magnetizations are coupled antiparallel. A laminated structure of C2 / nonmagnetic layer AC / magnetic layer FM / nonmagnetic layer AC / magnetic layer FM is provided. Further, as the magnetic recording layer A, a laminated structure composed of a magnetic layer A1 / magnetic layer A2 / magnetic layer A3 is provided. In this structure, the magnetization direction of the magnetic pinned layer C1 in contact with the intermediate layer B1 among the magnetic layers constituting the magnetic pinned structure P1, and the magnetic pinned layer in contact with the intermediate layer B2 among the magnetic layers constituting the magnetic pinned structure P2. The effects of the present invention can be obtained when the magnetization direction of C2 is antiparallel and the magnetic recording layer A has the magnetizations of the three magnetic layers A1 to A3 being parallel.

以上、具体例を参照しつつ説明したように、磁性固着構造Ｐ１、Ｐ２として磁性層が反強磁性結合した積層構造を採用することで、同じ厚さの単層膜を用いた場合に比べて、磁気記録層の磁化を反転させるための反転電流を小さくすることができる。さらに、反強磁性結合した積層構造を用いることにより、漏れ磁場を低減し、クロストークなどの問題を解消できる。 As described above with reference to the specific example, by adopting a laminated structure in which the magnetic layers are antiferromagnetically coupled as the magnetic pinned structures P1 and P2, compared with the case where a single-layer film having the same thickness is used. The reversal current for reversing the magnetization of the magnetic recording layer can be reduced. Furthermore, by using a laminated structure with antiferromagnetic coupling, the leakage magnetic field can be reduced and problems such as crosstalk can be solved.

特に、基板から遠い磁性固着層は、横方向の寸法が微細加工により小さくなるため、磁極からの漏れ磁場が生じやすい。この漏れ磁場による磁気バイアスは、反転電流をシフトさせ、いずれかの方向において磁場バイアスがない場合に比べ反転電流が大きくなる。これに対して、反強磁性結合した積層膜による磁性固着構造を採用すれば、反転電流のシフトを防ぎ、いずれの方向についても反転電流を低く維持できる。 In particular, the magnetic pinned layer far from the substrate is likely to generate a leakage magnetic field from the magnetic pole because the lateral dimension is reduced by fine processing. This magnetic bias due to the leakage magnetic field shifts the reversal current, and the reversal current becomes larger than when there is no magnetic field bias in either direction. On the other hand, if a magnetic pinned structure using a laminated film antiferromagnetically coupled is employed, the reversal current can be prevented from being shifted and the reversal current can be kept low in any direction.

以上説明したように、本発明においては、小さな電流で磁性記録層の磁化制御が可能となり、さらにはその読み出しも可能となる。このため、後に詳述するように、本発明の磁気セルを複数個並べることによって、消費電力が小さく信頼性が高いプローブ・ストレージや固体メモリなどの磁気メモリを実現できる。 As described above, in the present invention, the magnetization control of the magnetic recording layer can be performed with a small current, and further the reading can be performed. Therefore, as will be described in detail later, by arranging a plurality of magnetic cells of the present invention, it is possible to realize a magnetic memory such as a probe storage or a solid-state memory with low power consumption and high reliability.

次に、本発明の磁気セルを構成する各要素について詳述する。 Next, each element constituting the magnetic cell of the present invention will be described in detail.

まず、磁性固着層Ｃ１、Ｃ２と、磁性記録層Ａの材料としては、鉄（Ｆｅ）、コバルト（Ｃｏ）、ニッケル（Ｎｉ）、または、鉄（Ｆｅ）、コバルト（Ｃｏ）、ニッケル（Ｎｉ）、マンガン（Ｍｎ）及びクロム（Ｃｒ）よりなる群から選択された少なくともいずれかの元素を含む合金、「パーマロイ」と呼ばれるＮｉＦｅ系合金、あるいはＣｏＮｂＺｒ系合金、ＦｅＴａＣ系合金、ＣｏＴａＺｒ系合金、ＦｅＡｌＳｉ系合金、ＦｅＢ系合金、ＣｏＦｅＢ系合金などの軟磁性材料、ホイスラー合金、磁性半導体、ＣｒＯ_２、Ｆｅ_３Ｏ_４、Ｌａ_１―ＸＳｒ_ＸＭｎＯ_３などのハーフメタル磁性体酸化物（あるいはハーフメタル磁性体窒化物）のいずれかを用いることができる。 First, the materials of the magnetic pinned layers C1 and C2 and the magnetic recording layer A are iron (Fe), cobalt (Co), nickel (Ni), or iron (Fe), cobalt (Co), nickel (Ni). An alloy containing at least one element selected from the group consisting of manganese (Mn) and chromium (Cr), a NiFe alloy called “permalloy”, a CoNbZr alloy, a FeTaC alloy, a CoTaZr alloy, and a FeAlSi alloy Soft magnetic materials such as alloys, FeB alloys, CoFeB alloys, Heusler alloys, magnetic semiconductors, half metal magnetic oxides such as CrO ₂ , Fe ₃ O ₄ , La _1-X Sr _X MnO ₃ (or half metal magnetism) Any of (Nitride) can be used.

ここで「磁性半導体」としては、鉄（Ｆｅ）、コバルト（Ｃｏ）、ニッケル（Ｎｉ）、クロム（Ｃｒ）、マンガン（Ｍｎ）の少なくともいずれかの磁性元素と、化合物半導体または酸化物半導体とからなるものを用いることができ、具体的には、例えば、（Ｇａ、Ｃｒ）Ｎ、（Ｇａ、Ｍｎ）Ｎ、ＭｎＡｓ、ＣｒＡｓ、（Ｇａ、Ｃｒ）Ａｓ、ＺｎＯ：Ｆｅ、（Ｍｇ、Ｆｅ）Ｏなどを挙げることができる。 Here, the “magnetic semiconductor” includes at least one magnetic element of iron (Fe), cobalt (Co), nickel (Ni), chromium (Cr), and manganese (Mn) and a compound semiconductor or an oxide semiconductor. Specifically, for example, (Ga, Cr) N, (Ga, Mn) N, MnAs, CrAs, (Ga, Cr) As, ZnO: Fe, (Mg, Fe) O And so on.

本発明においては、磁性固着層Ｃ１、Ｃ２、磁性記録層Ａの材料として、これらのうちから用途に応じた磁気特性を有するものを適宜選択して用いればよい。ただし、中間層Ｂ１を介した磁気抵抗効果と中間層Ｂ２を介した磁気抵抗効果が、いずれもノーマルタイプまたは、いずれもリバースタイプとなるように各層の材料を組合せることが望ましい。それらの組み合わせについては後述する。 In the present invention, the material of the magnetic pinned layers C1 and C2 and the magnetic recording layer A may be appropriately selected from those having magnetic characteristics according to the application. However, it is desirable to combine the materials of each layer so that the magnetoresistive effect via the intermediate layer B1 and the magnetoresistive effect via the intermediate layer B2 are both normal type or reverse type. These combinations will be described later.

また、これら磁性層に用いる材料としては、連続的な磁性体でもよく、あるいは非磁性マトリクス中に磁性体からなる微粒子が析出あるいは形成されてなる複合体構造を用いることもできる。このような複合体構造としては、例えば、「グラニュラー磁性体」などと称されるものを挙げることができる。 Further, the material used for these magnetic layers may be a continuous magnetic material, or a composite structure in which fine particles made of a magnetic material are deposited or formed in a nonmagnetic matrix. As such a composite structure, for example, a so-called “granular magnetic substance” can be cited.

また一方、磁性固着層Ｃ１、Ｃ２の少なくともいずれかを、磁性層／非磁性層／磁性層、あるいは磁性層／非磁性層／磁性層／非磁性層／磁性層、あるいは磁性層／磁性層などのような多層膜とした場合には、中間層Ｂ１（またはＢ２）に直接に接する磁性層の磁化の向きが、磁性固着層Ｃ１とＣ２とで反平行となるようにすることが望ましい。 On the other hand, at least one of the magnetic pinned layers C1 and C2 may be a magnetic layer / nonmagnetic layer / magnetic layer, or a magnetic layer / nonmagnetic layer / magnetic layer / nonmagnetic layer / magnetic layer, or a magnetic layer / magnetic layer. In such a multilayer film, it is desirable that the magnetization direction of the magnetic layer in direct contact with the intermediate layer B1 (or B2) be antiparallel between the magnetic pinned layers C1 and C2.

本発明者は、磁性固着層Ｃ１（またはＣ２）を、反強磁性結合した強磁性層／非磁性層／強磁性層の積層膜とした場合に、より小さい電流で磁性記録層Ａの磁化反転が図れることを見出した。これは、反強磁性結合を示す非磁性層のスピン依存散乱効果と反射効果によると考えられる。また、このような３層の積層膜を磁性固着層Ｃ１（またはＣ２）に用いることにより、磁場に対する特性シフトを防ぐことができる。 When the magnetic pinned layer C1 (or C2) is a laminated film of antiferromagnetically coupled ferromagnetic layer / nonmagnetic layer / ferromagnetic layer, the inventor of the present invention reversed the magnetization of the magnetic recording layer A with a smaller current. I found out that This is considered to be due to the spin-dependent scattering effect and reflection effect of the nonmagnetic layer exhibiting antiferromagnetic coupling. Further, by using such a three-layered film for the magnetic pinned layer C1 (or C2), a characteristic shift with respect to a magnetic field can be prevented.

なお、図１５などに表した構造において、磁性固着層Ｃ２とともに非磁性層ＡＣを介した強磁性層ＦＭも固着されている。そこで、後述する実施例などにおいては、これら３層膜をまとめて「磁性固着層」と称する場合もある。 In the structure shown in FIG. 15 and the like, the ferromagnetic layer FM via the nonmagnetic layer AC is also fixed together with the magnetic fixed layer C2. Therefore, in the examples described later, these three-layer films may be collectively referred to as “magnetic pinned layers”.

また一方、磁性記録層Ａの材料として、［（ＣｏあるいはＣｏＦｅ合金）／（ＮｉＦｅあるいはＮｉＦｅＣｏからなるパーマロイ合金あるいはＮｉ）］からなる２層構造、あるいは［（ＣｏあるいはＣｏＦｅ合金）／（ＮｉＦｅあるいはＮｉＦｅＣｏからなるパーマロイ合金あるいはＮｉ）／（ＣｏあるいはＣｏＦｅ合金）］からなる３層構造の積層体を用いることもできる。これらの多層構造からなる磁性層の場合、外側のＣｏあるいはＣｏＦｅ合金の厚さは０．２ｎｍから１ｎｍの範囲であることが好ましい。この構造によれば、より小さな電流で磁化反転を得ることができる。 On the other hand, as a material of the magnetic recording layer A, a two-layer structure of [(Co or CoFe alloy) / (Permalloy alloy or Ni of NiFe or NiFeCo)] or [(Co or CoFe alloy) / (NiFe or NiFeCo It is also possible to use a three-layered laminate of Permalloy alloy or Ni) / (Co or CoFe alloy)]. In the case of a magnetic layer having such a multilayer structure, the thickness of the outer Co or CoFe alloy is preferably in the range of 0.2 nm to 1 nm. According to this structure, magnetization reversal can be obtained with a smaller current.

また、磁性記録層Ａを磁性体膜を積層させた多層膜として構成してもよい。この場合、この多層膜を構成するそれぞれの磁性体膜の磁化がすべて一方向に揃っていてもよく、または、磁性記録層Ａを構成する複数の磁性層のうちで２つの中間層Ｂ１、Ｂ２に直接に接する外側の２つの磁性層の磁化が平行であってもよい。２つの中間層Ｂ１、Ｂ２に直接に接する外側の２つの磁性層の磁化が互いに反平行である場合には、本発明の効果を得ることが困難である。
また、いずれの場合においても、磁性記録層Ａの磁化容易軸が磁性固着層Ｃ１、Ｃ２の磁化Ｍ１、Ｍ２の磁化軸と平行（または反平行）であると、磁性記録層Ａに対する磁化の書き込みに有利である。 Further, the magnetic recording layer A may be configured as a multilayer film in which magnetic films are laminated. In this case, the magnetizations of the magnetic films constituting the multilayer film may all be aligned in one direction, or two intermediate layers B1 and B2 among the plurality of magnetic layers constituting the magnetic recording layer A. The magnetizations of the two outer magnetic layers in direct contact with each other may be parallel. When the magnetizations of the two outer magnetic layers that are in direct contact with the two intermediate layers B1 and B2 are antiparallel to each other, it is difficult to obtain the effects of the present invention.
In any case, if the easy magnetization axis of the magnetic recording layer A is parallel (or antiparallel) to the magnetization axes of the magnetizations M1 and M2 of the magnetic pinned layers C1 and C2, writing of magnetization to the magnetic recording layer A is performed. Is advantageous.

一方、中間層Ｂ１、Ｂ２の材料としては、銅（Ｃｕ）、金（Ａｕ）、銀（Ａｇ）、ルテニウム（Ｒｕ）あるいはこれらのいずれか一種以上を含む合金をはじめとし、アルミニウム（Ａｌ）、チタン（Ｔｉ）、タンタル（Ｔａ）、コバルト（Ｃｏ）、ニッケル（Ｎｉ）、シリコン（Ｓｉ）及び鉄（Ｆｅ）よりなる群から選択された少なくともいずれかの元素を含む酸化物あるいは窒化物、フッ化物からなる絶縁体を用いることができる。導電層の場合には、酸素等の異種元素が添加されていてもよい。また、異種元素が不連続な高電気抵抗薄膜を形成していてもよい。さらに、絶縁層の場合には磁性固着層ホールが形成され、そこに磁性層が進入していてもよい。 On the other hand, the materials of the intermediate layers B1 and B2 include copper (Cu), gold (Au), silver (Ag), ruthenium (Ru) or an alloy containing one or more of these, aluminum (Al), An oxide or nitride containing at least one element selected from the group consisting of titanium (Ti), tantalum (Ta), cobalt (Co), nickel (Ni), silicon (Si) and iron (Fe); An insulator made of a compound can be used. In the case of the conductive layer, a different element such as oxygen may be added. Further, a high electrical resistance thin film in which different elements are discontinuous may be formed. Further, in the case of an insulating layer, a magnetic pinned layer hole may be formed, and the magnetic layer may enter there.

また、中間層Ｂ１、Ｂ２の材料としては、いずれもノーマル（normal）タイプの磁気抵抗効果が得られるもの、または、いずれもリバース（reverse）タイプの磁気抵抗効果が得られるものを用いることが望ましい。磁気抵抗効果がノーマルタイプとなるかリバースタイプとなるかは、中間層の材料とその両側の磁性層の材料の組合せに応じて決定される。 Further, as the materials for the intermediate layers B1 and B2, it is desirable to use materials that can obtain a normal type magnetoresistive effect, or materials that can obtain a reverse type magnetoresistive effect. . Whether the magnetoresistive effect is the normal type or the reverse type is determined according to the combination of the material of the intermediate layer and the materials of the magnetic layers on both sides thereof.

本発明においては、いずれか一方がノーマルタイプで他方がリバースタイプとなるものを用いることは望ましくない。ここで、前述したように、「ノーマルタイプ」とは、中間層の両側に設けられた磁性層の磁化方向が反平行の時に抵抗が大きくなるものをいう。また、「リバースタイプ」とは、中間層の両側に設けられた磁性層の磁化方向が反平行の時に抵抗が小さくなるものをいう。この理由は以下の如くである。 In the present invention, it is not desirable to use one in which either one is a normal type and the other is a reverse type. Here, as described above, the “normal type” means that the resistance increases when the magnetization directions of the magnetic layers provided on both sides of the intermediate layer are antiparallel. The “reverse type” means that the resistance decreases when the magnetization directions of the magnetic layers provided on both sides of the intermediate layer are antiparallel. The reason for this is as follows.

すなわち、リバースタイプの場合には、ノーマルタイプと逆向きのスピンが伝導に寄与する（トンネリングも含む）。このため、中間層の両側の磁性層の磁化が反平行時に抵抗が小さくなる。しかし、このように反平行の電子がトンネルに寄与すると、書き込み方向は、ノーマルタイプの場合とは逆になる。よって、磁性固着層Ｃ１（またはＣ２）から磁性記録層Ａに向けて電流を流すと、磁性記録層Ａの磁化は、磁性固着層Ｃ１（またはＣ２）の磁化に対して反平行となる。また、磁性記録層Ａから磁性固着層Ｃ１（またはＣ２）に向けて電流を流すと、磁性記録層Ａの磁化は磁性固着層Ｃ１（またはＣ２）の磁化に対して平行になる。このため、本発明においては、両側の磁性層との組合せで２つの中間層Ｂ１、Ｂ２のいずれか一方をノーマルタイプとし、いずれか他方をリバースタイプとしても効果が得られない。つまり、本発明においては、両端の磁性固着層Ｃ１、Ｃ２の磁化を反平行配置とし、磁性層及び中間層の材料を適宜組み合わせることにより、中間層Ｂ１を介した磁気抵抗効果と中間層Ｂ２を介した磁気抵抗効果がいずれもノーマルタイプ、あるいはいずれもリバースタイプとなるように構成することが必要である。 That is, in the reverse type, spins in the opposite direction to the normal type contribute to conduction (including tunneling). For this reason, the resistance decreases when the magnetizations of the magnetic layers on both sides of the intermediate layer are antiparallel. However, when the antiparallel electrons contribute to the tunnel in this way, the writing direction is reversed from that in the normal type. Therefore, when a current is passed from the magnetic pinned layer C1 (or C2) toward the magnetic recording layer A, the magnetization of the magnetic recording layer A becomes antiparallel to the magnetization of the magnetic pinned layer C1 (or C2). When a current is passed from the magnetic recording layer A toward the magnetic pinned layer C1 (or C2), the magnetization of the magnetic recording layer A becomes parallel to the magnetization of the magnetic pinned layer C1 (or C2). For this reason, in the present invention, the effect cannot be obtained even if either one of the two intermediate layers B1 and B2 is a normal type and the other is a reverse type in combination with the magnetic layers on both sides. In other words, in the present invention, the magnetization of the magnetic pinned layers C1 and C2 at both ends is arranged in antiparallel, and the magnetic resistance effect via the intermediate layer B1 and the intermediate layer B2 are obtained by appropriately combining the materials of the magnetic layer and the intermediate layer. It is necessary to configure so that the magnetoresistive effect interposed between them is either a normal type or a reverse type.

なお、ノーマルタイプの磁気抵抗効果を得るための中間層Ｂ１、Ｂ２の材料としては、上述したように、銅（Ｃｕ）、銀（Ａｇ）、金（Ａｕ）およびこれらの化合物、アルミナ、酸化マグネシウム（ＭｇＯ）、窒化アルミニウム（Ａｌ−Ｎ）、酸化窒化シリコン（Ｓｉ−Ｏ−Ｎ）、銅（Ｃｕ）が中に詰められた穴付き絶縁体、磁性体材料が中に詰められた穴付き絶縁体などを挙げることができる。 As described above, the materials of the intermediate layers B1 and B2 for obtaining the normal type magnetoresistance effect include copper (Cu), silver (Ag), gold (Au) and their compounds, alumina, and magnesium oxide. (MgO), aluminum nitride (Al—N), silicon oxynitride (Si—O—N), insulator with a hole filled with copper (Cu), insulation with a hole filled with a magnetic material The body can be mentioned.

中間層Ｂ１、Ｂ２の材料としてこれらの材料を用い、両側に配置される磁性固着層Ｃ１、Ｃ２、磁性記録層Ａの材料として、Ｃｏ，Ｆｅ，Ｎｉ、またはＣｏＦｅやＮｉＦｅなどのこれらおよびＭｎ，Ｃｒのいずれかを含む合金、あるいはＣｏＦｅＢ、ホイスラー合金などのいわゆる金属系強磁性体を組み合わせることで、磁性固着層Ｃ１と磁性記録層Ａとの間、および磁性固着層Ｃ２と磁性記録層Ａとの間でノーマルタイプの磁気抵抗効果が得られる。 These materials are used as materials for the intermediate layers B1 and B2, and the magnetic pinned layers C1 and C2 disposed on both sides are used as the material for the magnetic recording layer A, such as Co, Fe, Ni, CoFe and NiFe, and Mn, By combining so-called metallic ferromagnets such as an alloy containing any of Cr, CoFeB, Heusler alloy, etc., between the magnetic pinned layer C1 and the magnetic recording layer A, and between the magnetic pinned layer C2 and the magnetic recording layer A, A normal type magnetoresistive effect can be obtained.

また、磁性層にＣｒＯ_２、Ｆｅ_３Ｏ_４、Ｌａ_１―ＸＳｒ_ＸＭｎＯ_３等の酸化物系の磁性体を用いる場合、磁性固着層Ｃ１、Ｃ２と磁性記録層Ａが同一材料である場合には、ノーマルタイプの磁気抵抗効果が得られる。 Also, when an oxide-based magnetic material such as CrO ₂ , Fe ₃ O ₄ , La _1-X Sr _X MnO ₃ is used for the magnetic layer, the magnetic pinned layers C 1 and C 2 and the magnetic recording layer A are made of the same material The normal type magnetoresistance effect is obtained.

なお、リバースタイプの磁気抵抗効果を得るための中間層Ｂ１、Ｂ２の材料としては、酸化タンタル（Ｔａ‐Ｏ）などを挙げることができる。つまり、磁性固着層Ｃ１、Ｃ２および磁性記録層Ａの材料として、前記したいわゆる金属系強磁性体を用いた場合、酸化タンタルの中間層Ｂ１、Ｂ２と組み合わせることでリバースタイプタイプの磁気抵抗効果が得られる。 Examples of the material of the intermediate layers B1 and B2 for obtaining the reverse type magnetoresistance effect include tantalum oxide (Ta—O). That is, when the above-described so-called metallic ferromagnet is used as the material of the magnetic pinned layers C1 and C2 and the magnetic recording layer A, a reverse type magnetoresistive effect can be obtained by combining with the tantalum oxide intermediate layers B1 and B2. can get.

さらにリバースタイプの磁気抵抗効果が得られる磁性層／中間層／磁性層の組み合わせとしては、金属系磁性層／酸化物絶縁体中間層／酸化物系磁性層という組合せを挙げることができる。例えば、Ｃｏ／ＳｒＴｉＯ_３／Ｌａ_０．７Ｓｒ_０．３ＭｎＯ_３、Ｃｏ_９Ｆｅ／ＳｒＴｉＯ_３／Ｌａ_０．７Ｓｒ_０．３ＭｎＯ_３等を用いることができる。 Further, examples of the combination of magnetic layer / intermediate layer / magnetic layer that can provide a reverse type magnetoresistive effect include a combination of metal-based magnetic layer / oxide insulator intermediate layer / oxide-based magnetic layer. For example, Co / SrTiO ₃ / La _0.7 Sr _0.3 MnO ₃ , Co ₉ Fe / SrTiO ₃ / La _0.7 Sr _0.3 MnO ₃ can be used.

また、リバースタイプの磁気抵抗効果が得られる磁性層／中間層／磁性層の組合せとして、Ｆｅ_３Ｏ_４／ＣｏＣｒ_２Ｏ_４／Ｌａ_０．７Ｓｒ_０．３ＭｎＯ_３等のマグネタイト／絶縁体中間層／ぺロブスカイト系酸化物磁性体からなる系を挙げることができる。 Further, as a combination of magnetic layer / intermediate layer / magnetic layer capable of obtaining a reverse type magnetoresistive effect, magnetite / insulator intermediate such as Fe ₃ O ₄ / CoCr ₂ O ₄ / La _0.7 Sr _0.3 MnO ₃ is used. Examples thereof include a layer / perovskite oxide magnetic material.

またさらに、リバースタイプの磁気抵抗効果が得られる磁性層／中間層／磁性層の組合せとして、ＣｒＯ_２／Ｃｒ酸化物絶縁体／Ｃｏが挙げることができる。 Still further, CrO ₂ / Cr oxide insulator / Co can be cited as a combination of magnetic layer / intermediate layer / magnetic layer that provides a reverse type magnetoresistance effect.

一方、磁性固着層Ｃ１、Ｃ２の磁化を固着するための反強磁性層ＡＦの材料としては、鉄マンガン（ＦｅＭｎ）、白金マンガン（ＰｔＭｎ）、パラジウム・マンガン（ＰｄＭｎ）、パラジウム白金マンガン（ＰｄＰｔＭｎ）、イリジウムマンガン（ＩｒＭｎ）、白金イリジウムマンガン（ＰｔＩｒＭｎ）などを用いることが望ましい。また、層間結合を使って固着させる際の非磁性層としては、銅（Ｃｕ）、金（Ａｕ）、銀（Ａｇ）、ルテニウム（Ｒｕ）あるいはこれらのいずれか一種以上を含む合金が好ましい。 On the other hand, as the material of the antiferromagnetic layer AF for fixing the magnetization of the magnetic pinned layers C1 and C2, iron manganese (FeMn), platinum manganese (PtMn), palladium / manganese (PdMn), palladium platinum manganese (PdPtMn) It is desirable to use iridium manganese (IrMn), platinum iridium manganese (PtIrMn), or the like. In addition, as the nonmagnetic layer for fixing using interlayer coupling, copper (Cu), gold (Au), silver (Ag), ruthenium (Ru), or an alloy containing at least one of these is preferable.

本発明の磁気セルにおける磁性固着層Ｃ１、Ｃ２の厚さは、０．６ｎｍ〜１００ｎｍの範囲内とすることが好ましく、磁性記録層Ａの厚さは、０．２ｎｍ〜５０ｎｍの範囲内とすることが好ましい。また、中間層Ｂ１、Ｂ２の厚さは、導体の場合には０．２ｎｍ〜２０ｎｍ、絶縁体を含む場合には０．２ｎｍ〜５０ｎｍの範囲内とすることが望ましい。 The thickness of the magnetic pinned layers C1 and C2 in the magnetic cell of the present invention is preferably in the range of 0.6 nm to 100 nm, and the thickness of the magnetic recording layer A is in the range of 0.2 nm to 50 nm. It is preferable. The thickness of the intermediate layers B1 and B2 is preferably in the range of 0.2 nm to 20 nm in the case of a conductor and in the range of 0.2 nm to 50 nm in the case of including an insulator.

本発明の磁気セルの平面形状としては、磁性記録層Ａの平面形状が、縦横比で１：１から１：５の範囲にあるような長方形、縦長（横長）６角形、楕円形、菱型、平行四辺形が好ましく、エッジドメインが形成されにくい一軸性の形状磁気異方性を生じやすい形状であることが望ましい。ただし、ドーナツ状セルの場合には、例外的に還流磁区が形成され易い方が好ましい。また、その磁性記録層Ａの寸法は、長手方向の一辺が５ｎｍから１０００ｎｍ程度の範囲内とすることが望ましい。
なお、図１などにおいて、磁性固着層Ｃ１、Ｃ２と、磁性記録層Ａの膜面方向の寸法を同一として表したが、本発明はこれには限定されない。すなわち、配線の接続のため、あるいは磁化方向の制御のために、磁気セルの各層の寸法が互いに異なるように形成してもよい。また、形状が異なっていても良い。 As the planar shape of the magnetic cell of the present invention, the planar shape of the magnetic recording layer A is a rectangle, a vertically long (horizontal) hexagon, an ellipse, or a rhombus whose aspect ratio is in the range of 1: 1 to 1: 5. A parallelogram is preferable, and a uniaxial shape in which an edge domain is hard to be formed is desirable. However, in the case of a donut-shaped cell, it is preferable that the reflux magnetic domain is exceptionally easily formed. Further, it is desirable that the dimension of the magnetic recording layer A is in the range of about 5 nm to 1000 nm on one side in the longitudinal direction.
In FIG. 1 and the like, the magnetic pinned layers C1 and C2 and the magnetic recording layer A have the same dimension in the film surface direction, but the present invention is not limited to this. In other words, the layers of the magnetic cell may be formed so that the dimensions thereof are different from each other in order to connect wirings or control the magnetization direction. Further, the shapes may be different.

以上に説明したように、本発明の磁気セルは、スピン偏極電流により小さい書き込み電流で磁性記録層Ａに磁化を書き込むことができる。さらには、磁気抵抗効果を用いて磁性記録層Ａの磁化を読み出すこともできる。しかも、その素子はサイズが小さいためにアレイ化あるいは集積化が容易である、という利点を有する。 As described above, the magnetic cell of the present invention can write magnetization in the magnetic recording layer A with a write current smaller than the spin-polarized current. Furthermore, the magnetization of the magnetic recording layer A can be read using the magnetoresistance effect. In addition, since the element is small in size, it has an advantage that it can be easily arrayed or integrated.

本発明の磁気セルは、微小かつ磁化反転機能を有することから、各種用途に適用できる。次に、本発明の磁気セルを並べて記録再生装置に適応した具体例について説明する。 Since the magnetic cell of the present invention is minute and has a magnetization reversal function, it can be applied to various applications. Next, a specific example in which the magnetic cells of the present invention are arranged and applied to a recording / reproducing apparatus will be described.

図２６は、本発明の磁気セルを用いた磁気メモリを表す模式図である。すなわち、本具体例は、本発明の磁気セルを、いわゆる「パターンド（patterned）媒体」に適用し、これにプローブでアクセスする、プローブストレージである。 FIG. 26 is a schematic diagram showing a magnetic memory using the magnetic cell of the present invention. That is, this example is a probe storage in which the magnetic cell of the present invention is applied to a so-called “patterned medium” and accessed by a probe.

記録媒体は、導電性基板１１０の上において、高抵抗の絶縁体１００の面内に、本発明の磁気セル１０がマトリクス状に配置された構造を有する。これら磁気セルの選択のために、媒体表面上にプローブ２００が設けられ、プローブ２００と媒体表面との相対的位置関係を制御するための駆動機構２１０、磁気セル１０にプローブ２００から電流または電圧を印加するための電源２２０、磁気セルの内部磁化状態を電気抵抗の変化として検出するための検出回路２３０が設けられている。 The recording medium has a structure in which the magnetic cells 10 of the present invention are arranged in a matrix on the conductive substrate 110 in the plane of the high-resistance insulator 100. In order to select these magnetic cells, a probe 200 is provided on the surface of the medium, a drive mechanism 210 for controlling the relative positional relationship between the probe 200 and the surface of the medium, and a current or voltage from the probe 200 to the magnetic cell 10. A power supply 220 for applying and a detection circuit 230 for detecting the internal magnetization state of the magnetic cell as a change in electrical resistance are provided.

図２６に表した具体例においては、駆動機構２１０はプローブ２００に接続されているが、媒体とプローブとの相対位置が変化すればよいので、媒体側に設けてもよい。同図に表したように、本発明の磁気セル１０を複数個、導電性基板１１０の上に配列させてパターンド媒体とし、導電性プローブ２００と基板１１０との間に磁気セル１０を介して電流を流すことによって、記録再生を行なう。 In the specific example shown in FIG. 26, the drive mechanism 210 is connected to the probe 200. However, since the relative position between the medium and the probe only needs to be changed, the drive mechanism 210 may be provided on the medium side. As shown in the figure, a plurality of magnetic cells 10 of the present invention are arranged on a conductive substrate 110 to form a patterned medium, and the magnetic cell 10 is interposed between the conductive probe 200 and the substrate 110. Recording / reproduction is performed by passing an electric current.

また、図２６に表した具体例においては、各セル１０は、基板１１０において下側電極のみを共有しているが、図２７に表したように、各セル１０が、その一部の層を共有する構造としてもよい。このような構造にすれば、さらにプロセスの簡易化および特性の均質化が図れる。 In the specific example shown in FIG. 26, each cell 10 shares only the lower electrode in the substrate 110. However, as shown in FIG. 27, each cell 10 has a part of its layer. A shared structure may be used. With such a structure, the process can be simplified and the characteristics can be homogenized.

磁気セル１０の選択は、導電性プローブ２００とパターンド媒体との相対的位置関係を変えることで行なう。導電性プローブ２００は、磁気セル１０に対して電気的に接続されればよく、接触していても、非接触してもよい。非接触の場合には、磁気セル１０とプローブ２００との間に流れるトンネル電流あるいは電界放射による電流を用いて記録再生を行なうことができる。 Selection of the magnetic cell 10 is performed by changing the relative positional relationship between the conductive probe 200 and the patterned medium. The conductive probe 200 may be electrically connected to the magnetic cell 10 and may be in contact or non-contact. In the case of non-contact, recording / reproduction can be performed using a tunnel current flowing between the magnetic cell 10 and the probe 200 or a current generated by electric field radiation.

磁気セル１０への記録は、磁気セルにアクセスしたプローブ２００から磁気セル１０へ流れる電流、あるいは磁気セル１０からプローブ２００へ流れる電流により行われる。磁気セル１０のサイズ、構造、組成等により決定される磁化反転電流をＩｓとすると、Ｉｓよりも大きな書き込み電流Ｉｗをセルに流すことで記録が可能となる。その記録される磁化の方向は、電子電流を基準とした場合に、最初に通過する磁性固着層の磁化の方向と同一である。従って、電子の流れ、すなわち電流の極性を反転させることで、「０」または「１」の書き込みを適宜行なうことができる。 Recording on the magnetic cell 10 is performed by a current flowing from the probe 200 accessing the magnetic cell to the magnetic cell 10 or a current flowing from the magnetic cell 10 to the probe 200. If the magnetization reversal current determined by the size, structure, composition, etc. of the magnetic cell 10 is Is, recording can be performed by passing a write current Iw larger than Is through the cell. The recorded magnetization direction is the same as the magnetization direction of the magnetic pinned layer that first passes when the electron current is used as a reference. Therefore, “0” or “1” can be appropriately written by reversing the flow of electrons, that is, the polarity of the current.

再生は、記録と同じく磁気セル１０へアクセスしたプローブ２００から流れる、あるいはプローブへ流れる電流によりなされる。ただし、再生時には、磁化反転電流Ｉｓよりも小さな再生電流Ｉｒを流す。そして、電圧あるいは抵抗を検出することで、磁性記録層Ａの記録状態を判定する。よって、本具体例の磁気メモリにおいては、Ｉｗ＞Ｉｒなる関係をもつ電流を流すことで記録再生が可能となる。 The reproduction is performed by the current flowing from the probe 200 accessing the magnetic cell 10 or the current flowing to the probe as in the recording. However, at the time of reproduction, a reproduction current Ir smaller than the magnetization reversal current Is is passed. Then, the recording state of the magnetic recording layer A is determined by detecting the voltage or resistance. Therefore, in the magnetic memory of this specific example, recording / reproduction can be performed by supplying a current having a relationship of Iw> Ir.

図２８は、本発明の磁気セルを用いた磁気メモリの第２の具体例を表す模式断面図である。 FIG. 28 is a schematic cross-sectional view showing a second specific example of a magnetic memory using the magnetic cell of the present invention.

すなわち、本具体例の磁気メモリは、電極層（下部配線）１１０の上に複数の磁気セル１０が並列配置された構造を有する。それぞれの磁気セル１０は、絶縁体１００によって電気的に隔絶されている。それぞれの磁気セル１０には、一般にビット線、ワード線と呼ばれる配線１２０が接続されている。ビット線とワード線を指定することにより、特定の磁気セル１０を選択できる。 In other words, the magnetic memory of this example has a structure in which a plurality of magnetic cells 10 are arranged in parallel on an electrode layer (lower wiring) 110. Each magnetic cell 10 is electrically isolated by an insulator 100. Each magnetic cell 10 is connected to a wiring 120 generally called a bit line or a word line. A specific magnetic cell 10 can be selected by designating a bit line and a word line.

磁気セル１０への記録は、配線１２０から磁気セル１０へ流れる電流、あるいは磁気セル１０から配線１２０へ流れる電流によりなされる。磁気セル１０のサイズ、構造、組成等により決定される磁化反転電流をＩｓとすると、Ｉｓよりも大きな書き込み電流Ｉｗをセルに流すことで記録が可能となる。その記録される磁化の方向は、電子電流を基準として、最初に通過する磁性固着層の磁化の方向と同一である。従って、この場合も、電子の流れ、すなわち電流の極性を反転させることで、「０」、「１」の書き込みを行なうことができる。 Recording in the magnetic cell 10 is performed by a current flowing from the wiring 120 to the magnetic cell 10 or a current flowing from the magnetic cell 10 to the wiring 120. If the magnetization reversal current determined by the size, structure, composition, etc. of the magnetic cell 10 is Is, recording can be performed by passing a write current Iw larger than Is through the cell. The recorded magnetization direction is the same as the magnetization direction of the magnetic pinned layer that first passes through the electron current as a reference. Therefore, also in this case, “0” and “1” can be written by reversing the flow of electrons, that is, the polarity of the current.

再生は、記録と同じく磁気セル１０へアクセスした配線から流れる、あるいは配線へ流れる電流によりなされる。ただし、再生時にはＩｓよりも小さな再生電流Ｉｒを流す。そして電圧あるいは抵抗（電圧印加の場合には電流を）を検出することで、記録状態を判定する。よって、本具体例の磁気メモリにおいても、Ｉｗ＞Ｉｒなる関係をもつ電流を流すことで記録再生が可能となる。 The reproduction is performed by a current that flows from or to the wiring that accesses the magnetic cell 10 as in the recording. However, during reproduction, a reproduction current Ir smaller than Is is passed. Then, the recording state is determined by detecting the voltage or resistance (current in the case of voltage application). Therefore, even in the magnetic memory of this specific example, recording / reproduction can be performed by supplying a current having a relationship of Iw> Ir.

以下、実施例を参照しつつ、本発明の実施の形態についてさらに詳細に説明する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in more detail with reference to examples.

（第１の実施例）
図２９（ａ）は、本実施例の磁気セルの要部断面構造を表す模式図であり、同図（ｂ）は、比較例の磁気セルの要部断面構造を表す模式図である。 (First embodiment)
FIG. 29A is a schematic diagram showing the cross-sectional structure of the main part of the magnetic cell of this example, and FIG. 29B is a schematic diagram showing the cross-sectional structure of the main part of the magnetic cell of the comparative example.

すなわち、本実施例の磁気セル（サンプルＩ）は、電極ＥＬ１、磁性固着層Ｃ１、中間層Ｂ１、磁性記録層Ａ、中間層Ｂ２、磁性固着層Ｃ２、電極ＥＬ２が積層された構造を有する。また、比較例の磁気セル（サンプルＩＩ）は、電極ＥＬ１、磁性記録層Ａ、中間層Ｂ、磁性固着層Ｃ、電極ＥＬ２が積層された構造を有する。各層の材料と膜厚は以下の如くである。

サンプルＩ：ＥＬ１（Ｃｕ）／Ｃ１（Ｃｏ：２０ｎｍ）／Ｂ１（Ｃｕ：１０ｎｍ）／Ａ（Ｃｏ：３ｎｍ）／Ｂ２（Ｃｕ：６ｎｍ）／Ｃ２（Ｃｏ：２０ｎｍ）／ＥＬ２（Ｃｕ）

サンプルＩＩ：ＥＬ１（Ｃｕ）／Ａ（Ｃｏ：３ｎｍ）／Ｂ（Ｃｕ：６ｎｍ）／Ｃ（Ｃｏ：２０ｎｍ）／ＥＬ２（Ｃｕ）

これらの積層構造は、超高真空スパッタ装置によって下側の電極ＥＬ２の上に形成した。そして、さらにその上に、図示しないタンタル（Ｔａ）保護膜を形成してから、レジストを塗布しＥＢ（electron beam）露光してマスクを形成したのち、イオンミリングで加工した。セルの加工サイズは１００ｎｍ×５０ｎｍである。 That is, the magnetic cell (sample I) of this example has a structure in which the electrode EL1, the magnetic pinned layer C1, the intermediate layer B1, the magnetic recording layer A, the intermediate layer B2, the magnetic pinned layer C2, and the electrode EL2 are stacked. The magnetic cell (sample II) of the comparative example has a structure in which the electrode EL1, the magnetic recording layer A, the intermediate layer B, the magnetic pinned layer C, and the electrode EL2 are stacked. The material and film thickness of each layer are as follows.

Sample I: EL1 (Cu) / C1 (Co: 20 nm) / B1 (Cu: 10 nm) / A (Co: 3 nm) / B2 (Cu: 6 nm) / C2 (Co: 20 nm) / EL2 (Cu)

Sample II: EL1 (Cu) / A (Co: 3 nm) / B (Cu: 6 nm) / C (Co: 20 nm) / EL2 (Cu)

These laminated structures were formed on the lower electrode EL2 by an ultrahigh vacuum sputtering apparatus. Further, after forming a tantalum (Ta) protective film (not shown) thereon, a resist was applied and a mask was formed by EB (electron beam) exposure, and then processed by ion milling. The processing size of the cell is 100 nm × 50 nm.

得られたサンプルについて、膜面に対して垂直方向に流す電流量に対する抵抗の変化から磁性記録層Ａの磁化反転電流値を求めた。その結果、正負反転電流の平均値は、サンプルＩで１．４ｍＡ、サンプルＩＩで３．１ｍＡであった。また、サンプルＩＩでは、正負電流に対する非対称性が見られていたが、サンプルＩでは、この非対称性が解消した。 For the obtained sample, the magnetization reversal current value of the magnetic recording layer A was determined from the change in resistance with respect to the amount of current flowing in the direction perpendicular to the film surface. As a result, the average value of the positive and negative reversal currents was 1.4 mA for sample I and 3.1 mA for sample II. In Sample II, asymmetry with respect to positive and negative currents was observed, but in Sample I, this asymmetry was resolved.

つまり、磁化が反平行の２層の磁性固着層Ｃ１、Ｃ２を設けることにより、記録層Ａの磁化反転電流が低下するとともに、書き込み電流の対称性の改善が見られた。書き込み電流の対称性の向上は、磁化方向が反平行の反強磁性配置の固着層Ｃ１、Ｃ２を設けることにより、磁気セルが磁気的により安定になったためと考えられる。 That is, by providing the two magnetic pinned layers C1 and C2 whose magnetizations are antiparallel, the magnetization reversal current of the recording layer A is lowered and the symmetry of the write current is improved. The improvement in the symmetry of the write current is thought to be because the magnetic cell is magnetically more stable by providing the antiferromagnetic pinned layers C1 and C2 whose magnetization directions are antiparallel.

（第２の実施例）
次に、本発明の第２の実施例として、図１５に表した構造の磁気セルの実施例について説明する。なお、本実施例においては、図１５の上下を逆さにした積層構造の磁気セルを試作した。 (Second embodiment)
Next, an embodiment of the magnetic cell having the structure shown in FIG. 15 will be described as a second embodiment of the present invention. In this example, a magnetic cell having a laminated structure in which the top and bottom of FIG.

まず、超高真空スパッタ装置を用いて、ウェーハ上にタンタル（Ｔａ）と銅（Ｃｕ）からなる下側電極ＥＬ１を形成したのち、その上にＰｔＭｎ２０ｎｍ（反強磁性層ＡＦ１）、ＣｏＦｅ５ｎｍ（磁性層ＦＭ）、Ｒｕ１ｎｍ（非磁性層ＡＣ）、ＣｏＦｅ２ｎｍ（磁性固着層Ｃ１）、Ｃｕ３ｎｍ（中間層Ｂ１）、ＣｏＦｅ２ｎｍ（磁性記録層Ａ）、Ｃｕ３ｎｍ（中間層Ｂ２）、ＣｏＦｅ４ｎｍ（磁性固着層Ｃ２）、ＰｔＭｎ２０ｎｍ（反強磁性層ＡＦ２）を形成した。さらに、この上に、銅（Ｃｕ）とタンタル（Ｔａ）からなる積層膜を形成した。 First, a lower electrode EL1 made of tantalum (Ta) and copper (Cu) is formed on a wafer using an ultra-high vacuum sputtering apparatus, and then PtMn 20 nm (antiferromagnetic layer AF1) and CoFe5 nm (magnetic layer) are formed thereon. FM), Ru1 nm (nonmagnetic layer AC), CoFe2 nm (magnetic pinned layer C1), Cu3 nm (intermediate layer B1), CoFe2 nm (magnetic recording layer A), Cu3 nm (intermediate layer B2), CoFe4 nm (magnetic pinned layer C2), PtMn20 nm (Antiferromagnetic layer AF2) was formed. Further, a laminated film made of copper (Cu) and tantalum (Ta) was formed thereon.

このウェーハを磁場中真空炉にて、２７０℃で１０時間、磁場中アニールして、一方向異方性を付与した。この時点でウェーハの一枚を取り出し、振動試料型磁束計（ＶＳＭ）により磁化の印加磁場依存性のヒステリシスループ測定を行い、Ｃ１とＣ２の反平行磁化固着を確認した。この膜に対し、ＥＢレジストを塗布してＥＢ露光したのち、リフトオフで所定の形状のマスクを形成した。次に、イオンミリング装置によりマスクに被覆されない領域をエッチングした。ここで、エッチング量の把握は、スパッタされた粒子を作動排気による四重極分析器に導入して質量分析することで、正確に把握することができる。 This wafer was annealed in a magnetic field at 270 ° C. for 10 hours in a magnetic field vacuum furnace to impart unidirectional anisotropy. At this time, one of the wafers was taken out, and the hysteresis loop measurement of the applied magnetic field dependence of magnetization was performed with a vibrating sample magnetometer (VSM) to confirm the antiparallel magnetization fixation of C1 and C2. The film was coated with an EB resist and subjected to EB exposure, and then a mask having a predetermined shape was formed by lift-off. Next, the area | region which is not coat | covered with a mask was etched with the ion milling apparatus. Here, the amount of etching can be accurately grasped by introducing the sputtered particles into a quadrupole analyzer by working exhaust and performing mass analysis.

エッチング後、マスクを剥離し、さらにＳｉＯ_２を成膜し、表面をイオンミリングにより平滑化し、タンタル（Ｔａ）面を露出させる「頭だし」の工程を行なった。このタンタル面の上に、上側の電極を形成した。このようにして図６相当の素子を作成した。 After etching, the mask was peeled off, and a SiO ₂ film was formed, the surface was smoothed by ion milling, and a “heading” process was performed to expose the tantalum (Ta) surface. An upper electrode was formed on the tantalum surface. In this way, an element corresponding to FIG. 6 was produced.

以上説明したプロセスにより、磁性記録層Ａの上下に配置された磁性固着層Ｃ１、Ｃ２の磁化の方向を反平行に固着することができる。 By the process described above, the magnetization directions of the magnetic pinned layers C1 and C2 arranged above and below the magnetic recording layer A can be pinned antiparallel.

（第３の実施例）
第２実施例と同様のプロセスを用い、図１６に表した構造の磁気セルを試作した。但し、本実施例においても、図１６の上下を逆さにした積層構造の磁気セルを試作した。各層の材料と膜厚は、以下の如くである。

ＡＦ１（ＰｔＭｎ：２０ｎｍ）／ＦＭ１（ＣｏＦｅ：５ｎｍ）／ＡＣ（Ｒｕ：１ｎｍ）／Ｃ１（ＣｏＦｅ：２ｎｍ）／Ｂ１（Ｃｕ：３ｎｍ）／Ａ（ＣｏＦｅ：２ｎｍ）／Ｂ２（Ｃｕ：３ｎｍ）／Ｃ２（ＣｏＦｅ：２ｎｍ）／ＦＣ（Ｃｕ：５ｎｍ）／ＦＭ２（ＣｏＦｅ：５ｎｍ）／ＡＦ２（ＰｔＭｎ：２０ｎｍ）

この構造においても、第２実施例に関して前述したものと同様のプロセスによって、磁性固着層Ｃ１、Ｃ２の磁化の方向を反平行に固着することができた。 (Third embodiment)
A magnetic cell having the structure shown in FIG. 16 was manufactured using the same process as in the second embodiment. However, also in this example, a magnetic cell having a laminated structure in which the top and bottom of FIG. The material and film thickness of each layer are as follows.

AF1 (PtMn: 20 nm) / FM1 (CoFe: 5 nm) / AC (Ru: 1 nm) / C1 (CoFe: 2 nm) / B1 (Cu: 3 nm) / A (CoFe: 2 nm) / B2 (Cu: 3 nm) / C2 (CoFe: 2 nm) / FC (Cu: 5 nm) / FM2 (CoFe: 5 nm) / AF2 (PtMn: 20 nm)

Also in this structure, the magnetization directions of the magnetic pinned layers C1 and C2 could be pinned antiparallel by the same process as described above with respect to the second embodiment.

（第４の実施例）
次に、本発明の第４の実施例として、２つの中間層Ｂ１、Ｂ２に非対称性を付与して磁気抵抗効果の検出が容易となるようなサンプル群（サンプルＩＩからサンプルＶ）を作製し、中間層が対称なサンプル（サンプルＩ）とともにその電流駆動磁化反転に伴う抵抗変化率を評価し、比較検討した。各サンプルの磁気セル中心部の構成は以下の如くである。

サンプルＩ：Ｃ１（ＣｏＦｅ：１０ｎｍ）／Ｂ１（Ｃｕ：８ｎｍ）／Ａ（ＣｏＦｅ：３ｎｍ）／Ｂ２（Ｃｕ：８ｎｍ）／Ｃ２（ＣｏＦｅ：１０ｎｍ）

サンプルＩＩ：Ｃ１（ＣｏＦｅ：１０ｎｍ）／Ｂ１（Ｃｕ：８ｎｍ）／Ａ（ＣｏＦｅ：３ｎｍ）／Ｂ２（Ｃｕ：４ｎｍ）／Ｃ２（ＣｏＦｅ：１０ｎｍ）

サンプルＩＩＩ：Ｃ１（ＣｏＦｅ：１０ｎｍ）／Ｂ１（Ｃｕ：８ｎｍ）／Ａ（ＣｏＦｅ：３ｎｍ）／Ｂ２（Ｃｕ：２ｎｍ）／ＩＥ（Ａｌ−Ｃｕ−Ｏ：０．６ｎｍ）／Ｂ２（Ｃｕ：２ｎｍ）／Ｃ２（ＣｏＦｅ：１０ｎｍ）

サンプルＩＶ：Ｃ１（ＣｏＦｅ：１０ｎｍ）／Ｂ１（Ｃｕ：８ｎｍ）／Ａ（ＣｏＦｅ：３ｎｍ）／Ｂ２（Ａｌ_２Ｏ_３−ＣｏＦｅ：３ｎｍ）／Ｃ２（ＣｏＦｅ：１０ｎｍ）

サンプルＶ：Ｃ１（ＣｏＦｅ：２０ｎｍ）／Ｂ１（Ｃｕ：８ｎｍ）／Ａ（ＣｏＦｅ：３ｎｍ）／Ｂ２（Ｃｕ：８ｎｍ）／Ｃ２（Ｃｏ：２ｎｍ）

ここでサンプルＩは中間層Ｂ１、Ｂ２が対称なもの、サンプルＩＩは中間層Ｂ１、Ｂ２の膜厚が非対称性されたもの（図９（ａ））、サンプルＩＩＩは片方の中間層Ｂ２に極薄の酸化物層（ＩＥ）が添加されたもの（図１０）、サンプルＩＶは片方の中間層Ｂ２がアルミナとＣｏＦｅの同時蒸着によりアルミナ中にＣｏＦｅを析出させて磁性体の微小接点を形成したもの（図１１）、サンプルＶは磁性固着層Ｃ１、Ｃ２の厚さと組成に非対称性を有するもの（図８）である。 (Fourth embodiment)
Next, as a fourth embodiment of the present invention, a sample group (sample II to sample V) is prepared in which asymmetry is imparted to the two intermediate layers B1 and B2 so that the magnetoresistive effect can be easily detected. The resistance change rate accompanying the current-driven magnetization reversal was evaluated together with a sample (sample I) in which the intermediate layer is symmetric, and a comparative study was performed. The structure of the central part of the magnetic cell of each sample is as follows.

Sample I: C1 (CoFe: 10 nm) / B1 (Cu: 8 nm) / A (CoFe: 3 nm) / B2 (Cu: 8 nm) / C2 (CoFe: 10 nm)

Sample II: C1 (CoFe: 10 nm) / B1 (Cu: 8 nm) / A (CoFe: 3 nm) / B2 (Cu: 4 nm) / C2 (CoFe: 10 nm)

Sample III: C1 (CoFe: 10 nm) / B1 (Cu: 8 nm) / A (CoFe: 3 nm) / B2 (Cu: 2 nm) / IE (Al—Cu—O: 0.6 nm) / B2 (Cu: 2 nm) / C2 (CoFe: 10 nm)

Sample IV: C1 (CoFe: 10 nm) / B1 (Cu: 8 nm) / A (CoFe: 3 nm) / B2 (Al ₂ O ₃ —CoFe: 3 nm) / C2 (CoFe: 10 nm)

Sample V: C1 (CoFe: 20 nm) / B1 (Cu: 8 nm) / A (CoFe: 3 nm) / B2 (Cu: 8 nm) / C2 (Co: 2 nm)

Here, sample I has a symmetrical intermediate layer B1, B2, sample II has an asymmetrical thickness of intermediate layer B1, B2 (FIG. 9 (a)), and sample III has a pole on one intermediate layer B2. A thin oxide layer (IE) was added (FIG. 10), and in Sample IV, one intermediate layer B2 deposited CoFe in alumina by co-evaporation of alumina and CoFe to form magnetic microcontacts. Sample (FIG. 11) and sample V have asymmetry in the thickness and composition of the magnetic pinned layers C1 and C2 (FIG. 8).

なお、サンプルＩＶでは、接点部の格子整合をとるためのアニールを行った。また、それぞれのサンプルの下側にはＰｔＭｎ層／ＣｏＦｅ層／Ｒｕ層を設け、上側にはＰｔＭｎ層を設けて、第２実施例と同様の方法で２つの固着層Ｃ１、Ｃ２の磁化を反平行に固着した。 In sample IV, annealing for lattice matching of the contact portion was performed. In addition, a PtMn layer / CoFe layer / Ru layer is provided on the lower side of each sample, and a PtMn layer is provided on the upper side. Fixed in parallel.

得られたサンプルに対して、電流をスイープさせ、磁性記録層Ａの磁化反転に伴う抵抗変化を求めた。その結果は、以下の如くである。

サンプル番号抵抗変化率
サンプルＩ＜０．１％
サンプルＩＩ０．４％
サンプルＩＩＩ５．０％
サンプルＩＶ２０％
サンプルＶ０．６％

この結果から、非対称性を持たせると検出効率が高くなり、特に中間層Ｂ１、Ｂ２に非対称性を付与した場合に信号検出感度が高くなることが分かった。 With respect to the obtained sample, the current was swept to determine the resistance change accompanying the magnetization reversal of the magnetic recording layer A. The results are as follows.

Sample number Resistance change rate
Sample I <0.1%
Sample II 0.4%
Sample III 5.0%
Sample IV 20%
Sample V 0.6%

From this result, it was found that the detection efficiency increases when the asymmetry is given, and the signal detection sensitivity increases especially when the asymmetry is given to the intermediate layers B1 and B2.

（第５の実施例）
次に、本発明の第５の実施例として、第４実施例のサンプルＩＶと同様の構造をもつ磁気セルを、図２６に表したように基板上に並べ、３２×３２のマトリックスを形成した。このマトリックスをさらに３２×３２並べ、合計で１Ｍ（メガ）ビットの記録再生媒体を形成した。そして、この記録再生媒体に対して、３２個×３２個からなるプローブで記録再生を行う磁気メモリを製作した。すなわち、本実施例の磁気メモリにおいては、マトリックス１セットに対してプローブ１個を対応させた。 (Fifth embodiment)
Next, as a fifth embodiment of the present invention, magnetic cells having the same structure as the sample IV of the fourth embodiment are arranged on the substrate as shown in FIG. 26 to form a 32 × 32 matrix. . This matrix was further arranged in 32 × 32 to form a recording / reproducing medium having a total of 1 M (mega) bits. Then, a magnetic memory for recording / reproducing the recording / reproducing medium with 32 × 32 probes was manufactured. That is, in the magnetic memory of this example, one probe is associated with one set of matrices.

プロービングは、図３０に表した如くである。それぞれのプローブ２００に対するセルの選択は、媒体に設けられたＸＹ駆動機構により行なった。ただし、位置関係が相対的に変化するならばプローブ２００に設けられた駆動機構２１０でセル選択を行なってもよい。また、プローブ２００がマルチ化されているため、各プローブはいわゆるワード線ＷＬとビット線ＢＬに繋ぎ、ワード線ＷＬとビット線ＢＬを指定することで、プローブ２００の選択を可能とした。 Probing is as shown in FIG. The cell selection for each probe 200 was performed by an XY drive mechanism provided on the medium. However, if the positional relationship changes relatively, cell selection may be performed by the driving mechanism 210 provided in the probe 200. Since the probes 200 are multi-connected, each probe is connected to a so-called word line WL and a bit line BL, and the probe 200 can be selected by designating the word line WL and the bit line BL.

磁気セル１０への記録再生は、磁気セルにアクセスしたプローブ２００から注入される電流により行った。ここではプラス１．２ｍＡとマイナス１．２ｍＡの電流を流すことで、それぞれ「０」、「１」信号を書き込み、再生は０．５ｍＡ以下の電流を流した場合のセル電圧を読み込み、その大小関係を「０」、「１」にアサインした。また、比較のため、プラス０．５ｍＡとマイナス０．５ｍＡの書き込み電流での書き込みを行い、再生電流０．４ｍＡ以下で読み込みを行なった。その結果、書き込み電流をプラス１．２ｍＡとマイナス１．２ｍＡとした場合には書き込めたが、プラス０．５ｍＡとマイナス０．５ｍＡでは書き込めないことを確認した。 Recording / reproduction to / from the magnetic cell 10 was performed by a current injected from the probe 200 accessing the magnetic cell. Here, by supplying a current of plus 1.2 mA and minus 1.2 mA, the “0” and “1” signals are written, respectively, and the cell voltage when reading a current of 0.5 mA or less is read for reproduction. The relationship was assigned to “0” and “1”. For comparison, writing was performed with a writing current of plus 0.5 mA and minus 0.5 mA, and reading was performed with a reproducing current of 0.4 mA or less. As a result, it was confirmed that writing was possible when the write current was set to plus 1.2 mA and minus 1.2 mA, but writing was not possible at plus 0.5 mA and minus 0.5 mA.

（第６の実施例）
次に本発明の第６の実施例として、第４の実施例のサンプルＩＩＩと同様の構造をもつ磁気セルを用いて磁気メモリを作製した実施例について説明する。 (Sixth embodiment)
Next, as a sixth embodiment of the present invention, an embodiment in which a magnetic memory is manufactured using a magnetic cell having the same structure as that of the sample III of the fourth embodiment will be described.

まず、ウェーハ上に、予め下側ビット線とトランジスタを形成し、この上に、第２実施例に関して前述したプロセスと同等の方法を用いて磁気セルアレイを形成した。さらに、その上にワード線を形成し、磁気セルの電極がビット線とワード線に接続される図３１に表した構造の磁気メモリを形成した。 First, a lower bit line and a transistor were formed on a wafer in advance, and a magnetic cell array was formed thereon using a method equivalent to the process described above with respect to the second embodiment. Further, a word line was formed thereon, and the magnetic memory having the structure shown in FIG. 31 in which the electrodes of the magnetic cells were connected to the bit line and the word line was formed.

磁気セル１０の選択は、磁気セルに繋がったワード線ＷＬとビット線ＢＬを指定することで可能となる。すなわち、ビット線ＢＬを指定することでトランジスタＴＲをオン（ＯＮ）にし、ワード線ＷＬと電極に挟まれた磁気セル１０へ電流を流す。このとき、磁気セルのサイズ、構造、組成等により決定される磁化反転電流をＩｓとすると、Ｉｓよりも大きな書き込み電流Ｉｗをセルに流すことで記録が可能となる。ここで作製した磁気セルは、Ｉｓの平均値が１．８ｍＡであったので、書き込み電流にはこれを越える電流をもつ正負の極性をもつ電流で書き込みが可能となる。また読み込み電流は、１．８ｍＡを超えてはならない。 The magnetic cell 10 can be selected by designating the word line WL and the bit line BL connected to the magnetic cell. That is, by designating the bit line BL, the transistor TR is turned on, and a current flows through the magnetic cell 10 sandwiched between the word line WL and the electrode. At this time, if the magnetization reversal current determined by the size, structure, composition, etc. of the magnetic cell is Is, recording can be performed by passing a write current Iw larger than Is through the cell. Since the magnetic cell produced here has an average value of Is of 1.8 mA, the write current can be written with a current having a positive and negative polarity with a current exceeding this value. Also, the read current must not exceed 1.8 mA.

なお第５実施例及び第６実施例では、プローブあるいはセル選択にトランジスタＴＲを用いたが、他のスイッチング素子を用いてもよい。できれば、オン時の抵抗が低抵抗のものが好ましい。また、ダイオードを用いてもよい。 In the fifth and sixth embodiments, the transistor TR is used for probe or cell selection, but other switching elements may be used. If possible, it is preferable that the on-resistance is low. A diode may be used.

（第７の実施例）
次に、本発明の第７の実施例として、第１実施例と同様の作製方法により、第１実施例におけるサンプルＩの磁性記録層Ａの構造を変形させた次のサンプルを作製した。

ＥＬ１（Ｃｕ）／Ｃ１（Ｃｏ：２０ｎｍ）／Ｂ１（Ｃｕ：１０ｎｍ）／Ａ（Ｃｏ：０．６ｎｍ）／Ａ（Ｎｉ：１．８ｎｍ）／Ａ（Ｃｏ：０．６ｎｍ）／Ｂ２（Ｃｕ：６ｎｍ）／Ｃ２（Ｃｏ：２０ｎｍ）／ＥＬ２（Ｃｕ）

すなわち、磁性記録層Ａとして、Ｃｏ（０．６ｎｍ）／Ｎｉ（１．８ｎｍ）／Ｃｏ（０．６ｎｍ）という積層構造を採用した。このサンプルの磁化反転特性を評価したところ、反転電流は１．１ｍＡであり、第１実施例のサンプルＩよりもさらに反転電流が低減した。これは磁性記録層Ａの磁気的エネルギーが下がったためであると考えられる。

（第８の実施例）
次に、本発明の第８の実施例として、図１５に表した構造の磁気セルを作成した。まず、本実施例において作成した２種類の磁気セル（サンプルＡ１０、サンプルＢ１０）について説明する。 (Seventh embodiment)
Next, as a seventh example of the present invention, the following sample was produced by changing the structure of the magnetic recording layer A of the sample I in the first example by the same production method as in the first example.

EL1 (Cu) / C1 (Co: 20 nm) / B1 (Cu: 10 nm) / A (Co: 0.6 nm) / A (Ni: 1.8 nm) / A (Co: 0.6 nm) / B2 (Cu: 6nm) / C2 (Co: 20nm) / EL2 (Cu)

That is, as the magnetic recording layer A, a laminated structure of Co (0.6 nm) / Ni (1.8 nm) / Co (0.6 nm) was employed. When the magnetization reversal characteristics of this sample were evaluated, the reversal current was 1.1 mA, and the reversal current was further reduced as compared with Sample I of the first example. This is presumably because the magnetic energy of the magnetic recording layer A has decreased.

(Eighth embodiment)
Next, as an eighth embodiment of the present invention, a magnetic cell having the structure shown in FIG. 15 was prepared. First, two types of magnetic cells (sample A10 and sample B10) created in this example will be described.

サンプルＡ１０は、図示しない下側電極の上に、反強磁性層ＡＦ２としてＰｔＭｎ（２０ｎｍ）を形成し、この上に、磁性固着層Ｃ２としてＣｏ_９Ｆｅ_１（２０ｎｍ）、中間層Ｂ２としてＣｕ（４ｎｍ）、磁性記録層ＡとしてＣｏ_９Ｆｅ_１（２．５ｎｍ）、中間層Ｂ１としてＣｕ（６ｎｍ）、磁性固着層Ｃ１としてＣｏ_９Ｆｅ_１（４ｎｍ）、非磁性層ＡＣとしてＲｕ（１ｎｍ）、磁性層ＦＭとしてＣｏ_９Ｆｅ_１（４ｎｍ）が積層され、その上に反強磁性層ＡＦ１としてＰｔＭｎ（１５ｎｍ）、さらに図示しない上側電極が形成された構造からなる「反平行デュアルピン構造」を有する。この構造において、２つの中間層Ｂ１、Ｂ２を介した磁気抵抗効果（ＭＲ）は、それぞれノーマルタイプのＭＲを示す。エレメントサイズとして６０ｎｍ×１１０ｎｍ、８０ｎｍ×１６５ｎｍ、１１０ｎｍ×２４０ｎｍの３通りを作製した。 In sample A10, PtMn (20 nm) is formed as an antiferromagnetic layer AF2 on a lower electrode (not shown), and Co ₉ Fe ₁ (20 nm) is formed as a magnetic pinned layer C2 thereon, and Cu ( 4 nm), Co ₉ Fe ₁ (2.5 nm) as the magnetic recording layer A, Cu (6 nm) as the intermediate layer B1, Co ₉ Fe ₁ (4 nm) as the magnetic pinned layer C1, Ru (1 nm) as the nonmagnetic layer AC, Co ₉ Fe ₁ (4 nm) is laminated as the magnetic layer FM, PtMn (15 nm) is formed thereon as the antiferromagnetic layer AF1, and an “anti-parallel dual pin structure” is formed. . In this structure, the magnetoresistive effect (MR) via the two intermediate layers B1 and B2 is a normal type MR. Three element sizes of 60 nm × 110 nm, 80 nm × 165 nm, and 110 nm × 240 nm were prepared.

一方、サンプルＢ１０は、図示しない下側電極の上に、反強磁性層ＡＦ２としてＰｔＭｎ（２０ｎｍ）を形成し、この上に、磁性固着層Ｃ２としてＣｏ_９Ｆｅ_１（１０ｎｍ）、中間層Ｂ２としてＡｌ_２Ｏ_３（０．８ｎｍ）、磁性記録層ＡとしてＣｏ_９Ｆｅ_１（２．５ｎｍ）、中間層Ｂ１としてＣｕ（６ｎｍ）、磁性固着層Ｃ１としてＣｏ_９Ｆｅ_１（４ｎｍ）、非磁性層ＡＣとしてＲｕ（１ｎｍ）、磁性層ＦＭとしてＣｏ_９Ｆｅ_１（４ｎｍ）が積層され、その上に、反強磁性層ＡＦ１としてＰｔＭｎ（１５ｎｍ）、さらに図示しない上側電極が形成された構造を有する。 On the other hand, in the sample B10, PtMn (20 nm) is formed as the antiferromagnetic layer AF2 on the lower electrode (not shown), and Co ₉ Fe ₁ (10 nm) is formed as the magnetic pinned layer C2 and the intermediate layer B2 is formed thereon. Al ₂ O ₃ (0.8 nm), Co ₉ Fe ₁ (2.5 nm) as the magnetic recording layer A, Cu (6 nm) as the intermediate layer B1, Co ₉ Fe ₁ (4 nm) as the magnetic pinned layer C1, nonmagnetic Ru (1 nm) is stacked as the layer AC, Co ₉ Fe ₁ (4 nm) is stacked as the magnetic layer FM, PtMn (15 nm) is formed as the antiferromagnetic layer AF1, and an upper electrode (not shown) is further formed. .

サンプルＢ１０の構造においては、２つの中間層Ｂ１、Ｂ２の材質が異なるが、これらの中間層Ｂ１、Ｂ２を介したＭＲは、ともにノーマルタイプのＭＲを示すことは事前に確認した。エレメントサイズは、サンプルＡ１０と同様の３通りとした。 In the structure of the sample B10, the materials of the two intermediate layers B1 and B2 are different, but it was confirmed in advance that both MRs through the intermediate layers B1 and B2 show normal type MR. The element sizes were the same as in sample A10.

サンプルＡ１０は、次のように作製した。
まず、ウェーハ上に下側電極を形成したのち、そのウェーハを超高真空スパッタ装置へ導入し、表面をスパッタクリーニングした後、ＰｔＭｎ（２０ｎｍ）／Ｃｏ_９Ｆｅ_１（２０ｎｍ）／Ｃｕ（４ｎｍ）／Ｃｏ_９Ｆｅ_１（２．５ｎｍ）／Ｃｕ（６ｎｍ）／Ｃｏ_９Ｆｅ_１（４ｎｍ）／Ｒｕ（１ｎｍ）／Ｃｏ_９Ｆｅ_１（４ｎｍ）／ＰｔＭｎ（１５ｎｍ）という多層膜を堆積して、装置から取り出した。 Sample A10 was produced as follows.
First, after the lower electrode is formed on the wafer, the wafer is introduced into an ultra-high vacuum sputtering apparatus, and after the surface is sputter-cleaned, PtMn (20 nm) / Co ₉ Fe ₁ (20 nm) / Cu (4 nm) / A multilayer film of Co ₉ Fe ₁ (2.5 nm) / Cu (6 nm) / Co ₉ Fe ₁ (4 nm) / Ru (1 nm) / Co ₉ Fe ₁ (4 nm) / PtMn (15 nm) is deposited and I took it out.

次に、ウェーハを真空磁場炉へ入れ、２７０℃で１０時間、磁場中アニールを行い、固着層Ｃ１、Ｃ２に交換バイアスを付与した。次に、レジストを塗布してＥＢ（電子ビーム）描画装置にて電子ビーム露光した後、上述したエレメントサイズに対応したマスクパターンを形成した。このパターンに対してイオンミリング装置により磁性固着層Ｃ２の上部までミリングしてエレメントを形成した。 Next, the wafer was put into a vacuum magnetic field furnace, annealed in a magnetic field at 270 ° C. for 10 hours, and an exchange bias was applied to the fixed layers C1 and C2. Next, a resist was applied and electron beam exposure was performed with an EB (electron beam) drawing apparatus, and then a mask pattern corresponding to the element size described above was formed. This pattern was milled to the upper part of the magnetic pinned layer C2 by an ion milling device to form an element.

エレメント形状は、エレメントの長手軸方向が磁性固着層Ｃ１、Ｃ２の交換バイアス方向に平行となるように設定した。そしてこのエレメントの周りにＳｉＯ_２を埋めこみ、上側電極を形成して磁気セルを完成した。 The element shape was set so that the longitudinal axis direction of the element was parallel to the exchange bias direction of the magnetic pinned layers C1 and C2. Then, SiO ₂ was embedded around this element, and the upper electrode was formed to complete the magnetic cell.

サンプルＢ１０は、次のように作製した。
まず、ウェーハ上に下側電極を形成したのち、そのウェーハを超高真空スパッタ装置へ導入し、まずＰｔＭｎ（２０ｎｍ）／ＣｏＦｅ（１０ｎｍ）／Ａｌからなる多層膜を堆積させた。次に、スパッタ装置に酸素を導入してアルミニウム（Ａｌ）を酸化させてＡｌ_２Ｏ_３を形成した。なおここで、Ａｌ_２Ｏ_３ではなく、酸素が若干欠損した組成の酸化アルミニウムが形成される場合もある。これは、本願明細書において説明する他の実施例につていも同様である。 Sample B10 was produced as follows.
First, after forming a lower electrode on a wafer, the wafer was introduced into an ultrahigh vacuum sputtering apparatus, and a multilayer film composed of PtMn (20 nm) / CoFe (10 nm) / Al was first deposited. Next, oxygen was introduced into the sputtering apparatus to oxidize aluminum (Al) to form Al ₂ O ₃ . Here, aluminum oxide having a composition in which oxygen is slightly lost may be formed instead of Al ₂ O ₃ . The same applies to the other embodiments described in this specification.

このＡｌ_２Ｏ_３の上に、さらに、Ｃｏ_９Ｆｅ_１（２．５ｎｍ）／Ｃｕ（６ｎｍ）／Ｃｏ_９Ｆｅ_１（４ｎｍ）／Ｒｕ（１ｎｍ）／Ｃｏ_９Ｆｅ_１（４ｎｍ）／ＰｔＭｎ（１５ｎｍ）からなる多層膜を堆積し、装置から取り出した。 On this Al ₂ O ₃ , Co ₉ Fe ₁ (2.5 nm) / Cu (6 nm) / Co ₉ Fe ₁ (4 nm) / Ru (1 nm) / Co ₉ Fe ₁ (4 nm) / PtMn (15 nm) ) Was deposited and removed from the apparatus.

次に、レジストを塗布してＥＢ描画装置にて電子ビーム露光した後、上述したエレメントサイズに対応したマスクパターンを形成した。その後、イオンミリング装置によりＡｌ_２Ｏ_３の上部までミリングしてエレメントを形成した。エレメントは、その長手軸方向が磁性固着層Ｃ１、Ｃ２の交換バイアス方向に対して平行となるように形成した。そして、エレメントの周りにＳｉＯ_２を埋めこみ、上側電極を形成して磁気セルを完成した。 Next, a resist was applied and electron beam exposure was performed with an EB drawing apparatus, and then a mask pattern corresponding to the element size described above was formed. Then, to form the elements by milling to the top of the Al ₂ O ₃ by ion milling device. The element was formed such that the longitudinal axis direction thereof was parallel to the exchange bias direction of the magnetic pinned layers C1 and C2. Then, SiO ₂ was embedded around the element, and the upper electrode was formed to complete the magnetic cell.

さらに、比較のためサンプルＣ１０、サンプルＤ１０、サンプルＥ１０、サンプルＦ１０を作製した。これらの構造は、以下の如くである。 Further, Sample C10, Sample D10, Sample E10, and Sample F10 were prepared for comparison. These structures are as follows.

サンプルＣ１０は、下側電極の上に、反強磁性層ＡＦ２としてＰｔＭｎ（２０ｎｍ）、磁性固着層Ｃ２としてＣｏ_９Ｆｅ_１（１０ｎｍ）、中間層Ｂ２としてＴａＯ１．４（１ｎｍ）、磁性記録層ＡとしてＣｏ_９Ｆｅ_１（２．５ｎｍ）、中間層Ｂ１としてＣｕ（６ｎｍ）、磁性固着層Ｃ１としてＣｏ_９Ｆｅ_１（４ｎｍ）、非磁性層ＡＣとしてＲｕ（１ｎｍ）、磁性層ＦＭとしてＣｏ_９Ｆｅ_１（４ｎｍ）、反強磁性層ＡＦとしてＰｔＭｎ（１５ｎｍ）がこの順に積層され、さらに上側電極が形成された構造を有する。この構造において、中間層Ｂ２のＴａＯ１．４はリバースタイプのＭＲを示し、中間層Ｂ１のＣｕはノーマルタイプのＭＲを示すことを予め事前に確認した。このため、この構造は本発明の磁気セルとしては不適当であった。 Sample C10 has PtMn (20 nm) as the antiferromagnetic layer AF2, Co ₉ Fe ₁ (10 nm) as the magnetic pinned layer C2, TaO1.4 (1 nm) as the intermediate layer B2, and the magnetic recording layer A on the lower electrode. Co ₉ Fe ₁ (2.5 nm) as the intermediate layer B1, Cu (6 nm) as the magnetic pinned layer C1, Co ₉ Fe ₁ (4 nm) as the magnetic pinned layer C1, Ru (1 nm) as the nonmagnetic layer AC, and Co ₉ Fe as the magnetic layer FM ₁ (4 nm), PtMn (15 nm) is laminated in this order as the antiferromagnetic layer AF, and an upper electrode is formed. In this structure, it was confirmed in advance that TaO1.4 of the intermediate layer B2 indicates a reverse type MR, and Cu of the intermediate layer B1 indicates a normal type MR. For this reason, this structure is unsuitable for the magnetic cell of the present invention.

サンプルＤ１０は、下側電極の上に、反強磁性層としてＰｔＭｎ（２０ｎｍ）、磁性固着層としてＣｏ_９Ｆｅ_１（２０ｎｍ）、中間層としてＣｕ（４ｎｍ）、磁性記録層としてＣｏ_９Ｆｅ_１（２．５ｎｍ）、上側電極がこの順に積層されたシングルピン（single pin）構造を有する。 Sample D10 has PtMn (20 nm) as an antiferromagnetic layer, Co ₉ Fe ₁ (20 nm) as a magnetic pinned layer, Cu (4 nm) as an intermediate layer, and Co ₉ Fe ₁ (as a magnetic recording layer) on the lower electrode. 2.5 nm) and has a single pin structure in which the upper electrode is stacked in this order.

サンプルＥ１０は、下側電極の上に、反強磁性層としてＰｔＭｎ（２０ｎｍ）、磁性固着層としてＣｏ_９Ｆｅ_１（２０ｎｍ）、中間層としてＡｌ_２Ｏ_３（０．８ｎｍ）、磁性記録層としてＣｏ_９Ｆｅ_１（２．５ｎｍ）、上側電極がこの順に積層されたシングルピン構造を有する。 Sample E10 has PtMn (20 nm) as an antiferromagnetic layer, Co ₉ Fe ₁ (20 nm) as a magnetic pinned layer, Al ₂ O ₃ (0.8 nm) as an intermediate layer, and a magnetic recording layer on the lower electrode. As Co ₉ Fe ₁ (2.5 nm), and the upper electrode has a single pin structure laminated in this order.

サンプルＦ１０は、下側電極の上に、磁性記録層としてＣｏ_９Ｆｅ_１（２．５ｎｍ）、中間層としてＣｕ（６ｎｍ）、磁性固着層としてＣｏ_９Ｆｅ_１（４ｎｍ）、非磁性層としてＲｕ（１ｎｍ）、磁性層としてＣｏ_９Ｆｅ_１（４ｎｍ）、反強磁性層としてＰｔＭｎ（１５ｎｍ）、上側電極がこの順に積層された構造を有する。 Sample F10 has Co ₉ Fe ₁ (2.5 nm) as the magnetic recording layer, Cu (6 nm) as the intermediate layer, Co ₉ Fe ₁ (4 nm) as the magnetic pinned layer, and Ru as the nonmagnetic layer on the lower electrode. (1 nm), Co ₉ Fe ₁ (4 nm) as a magnetic layer, PtMn (15 nm) as an antiferromagnetic layer, and an upper electrode are stacked in this order.

サイズ６０ｎｍ×１１０ｎｍのサンプルＡ１０およびサイズ６０ｎｍ×１１０ｎｍのサンプルＢ１０について、上側電極と下側電極との間に電流をプラスマイナス１０ｍＡまで流して、微分抵抗の電流依存性を測定した。 With respect to the sample A10 having a size of 60 nm × 110 nm and the sample B10 having a size of 60 nm × 110 nm, a current was allowed to flow between plus and minus 10 mA between the upper electrode and the lower electrode, and the current dependency of the differential resistance was measured.

図３２は、サンプルＡ１０の微分抵抗を表すグラフ図である。
図３３は、サンプルＢ１０の微分抵抗を表すグラフ図である。 FIG. 32 is a graph showing the differential resistance of sample A10.
FIG. 33 is a graph showing the differential resistance of sample B10.

電流の極性は、電子の流れが磁性固着層Ｃ２から磁性固着層Ｃ１へ流れるときに電流がプラスとなるように定義した。サンプルＡ１０の場合（図３２）は、下に凸の曲線が得られ、サンプルＢ１０（図３３）の場合は、上に凸の曲線が得られた。そして、サンプルＡ１０の場合もサンプルＢ１０の場合も、高抵抗状態と低抵抗状態とが電流の変化により出現している。この結果から、磁気セルに流す電流の極性によって磁性記録層Ａの磁化が反転し、信号の書き込みができていることが分かる。 The polarity of the current is defined so that the current becomes positive when the flow of electrons flows from the magnetic pinned layer C2 to the magnetic pinned layer C1. In the case of sample A10 (FIG. 32), a downward convex curve was obtained, and in the case of sample B10 (FIG. 33), an upward convex curve was obtained. In both the sample A10 and the sample B10, a high resistance state and a low resistance state appear due to a change in current. From this result, it can be seen that the magnetization of the magnetic recording layer A is reversed by the polarity of the current flowing in the magnetic cell, and the signal can be written.

図３４は、図３２及び図３３におけるバックグラウンドの曲線成分を除去し、さらに低抵抗状態の微分抵抗によって規格化した微分抵抗変化を表すグラフ図である。図３４には、同じサイズのサンプルＤ１０、Ｅ１０、Ｆ１０の結果を併せて表した。同図から、サンプルＡ１０及びＢ１０は、他のサンプルに比べて磁化反転のための電流が非常に小さいことが分かる。なお、サンプルＣ１０については、プラスマイナス１０ｍＡの電流で磁化の反転が観察されなかった。つまり、サンプルＣ１０の磁化反転電流は、１０ｍＡより大きいことが分かった。 FIG. 34 is a graph showing the differential resistance change normalized by the differential resistance in the low resistance state after removing the background curve component in FIGS. 32 and 33. FIG. 34 also shows the results of the samples D10, E10, and F10 having the same size. From the figure, it can be seen that samples A10 and B10 have a very small current for magnetization reversal compared to the other samples. For sample C10, no magnetization reversal was observed at a current of plus or minus 10 mA. That is, it was found that the magnetization reversal current of sample C10 was larger than 10 mA.

以上の結果から、サンプルＡ１０、Ｂ１０は、サンプルＣ１０、Ｄ１０、Ｅ１０、Ｆ１０に比べて、磁化反転のための臨界電流（Ｉｃ）が低く、低電流で書込みが可能であることがわかる。 From the above results, it can be seen that Samples A10 and B10 have a lower critical current (Ic) for magnetization reversal than Samples C10, D10, E10, and F10, and can be written with a low current.

図３５は、磁化反転臨界電流Ｉｃの平均値とセルサイズとの関係を表すグラフ図である。ここで、臨界電流Ｉｃの平均値は、図３２において高抵抗状態から低抵抗状態へ記録する場合の臨界電流Ｉｃ＋と、低抵抗状態から高抵抗状態へ記録する場合の臨界電流Ｉｃ−とを平均した値である。 FIG. 35 is a graph showing the relationship between the average value of the magnetization reversal critical current Ic and the cell size. Here, the average value of the critical current Ic is the average of the critical current Ic + when recording from the high resistance state to the low resistance state in FIG. 32 and the critical current Ic− when recording from the low resistance state to the high resistance state. It is the value.

いずれのサンプルにおいても、臨界電流Ｉｃは、セルのサイズに対してほぼ比例関係にある。そして、サンプルＡ１０、Ｂ１０は、サンプルＤ１０、Ｅ１０、Ｆ１０に比べて、低い電流密度で記録が可能であることが分かる。 In any sample, the critical current Ic is substantially proportional to the cell size. It can be seen that the samples A10 and B10 can be recorded with a lower current density than the samples D10, E10, and F10.

以上説明した結果から、図１５に表した構造によれば、低消費電力で書込みが可能であることが確認できた。 From the results described above, it was confirmed that writing was possible with low power consumption according to the structure shown in FIG.

なお、サンプルＢ１０の中間層Ｂ２に、ＭｇＯ、ＳｉＯ_２、Ｓｉ−Ｏ−Ｎ、ホールが形成されそのホールに磁性体あるいは導電性金属（Ｃｕ、Ａｇ、Ａｕ）が埋めこまれたＳｉＯ_２あるいはＡｌ_２Ｏ_３を用いた場合にも、上記と同様の傾向が得られることを確認した。

（第９の実施例）
次に、本発明の第９の実施例として、図１９及び図２０に表した構造の磁気セル（サンプルＡ２０、Ｂ２０）を作成した。 It should be noted that SiO ₂ or Al in which MgO, SiO ₂ , Si—O—N, holes are formed in the intermediate layer B2 of sample B10 and a magnetic material or conductive metal (Cu, Ag, Au) is embedded in the holes. It was confirmed that the same tendency as above was obtained when ₂ O ₃ was used.

(Ninth embodiment)
Next, as a ninth embodiment of the present invention, magnetic cells (samples A20 and B20) having the structure shown in FIGS. 19 and 20 were prepared.

サンプルＡ２０（図１９）は、下側電極の上に、ＰｔＭｎ（２０ｎｍ）、磁性固着層Ｃ２としてＣｏ_９Ｆｅ_１（２０ｎｍ）、中間層Ｂ２としてＡｌ_２Ｏ_３（０．８ｎｍ）、磁性層Ａ３としてＣｏ_９Ｆｅ_１（１ｎｍ）、非磁性層ＡＣとしてＲｕ（１ｎｍ）、磁性層Ａ２としてＣｏ_９Ｆｅ_１（１ｎｍ）、非磁性層ＡＣとしてＲｕ（１ｎｍ）、磁性層Ａ１としてＣｏ_９Ｆｅ_１（１ｎｍ）、中間層Ｂ１としてＣｕ（６ｎｍ）、磁性固着層Ｃ１としてＣｏ_９Ｆｅ_１（４ｎｍ）、非磁性層ＡＣとしてＲｕ（１ｎｍ）、磁性層ＦＭとしてＣｏ_９Ｆｅ_１（４ｎｍ）が積層され、その上にＰｔＭｎ（１５ｎｍ）と上側電極が形成された構造を有する。つまり、サンプルＡ２０は、反平行デュアルピン構造を有する。エレメントサイズとして６０ｎｍ×１１０ｎｍ、８０ｎｍ×１６５ｎｍ、１１０ｎｍ×２４０ｎｍの３通りを作製した。 In sample A20 (FIG. 19), PtMn (20 nm) on the lower electrode, Co ₉ Fe ₁ (20 nm) as the magnetic pinned layer C2, Al ₂ O ₃ (0.8 nm) as the intermediate layer B2, and the magnetic layer A3 As Co ₉ Fe ₁ (1 nm), as the nonmagnetic layer AC Ru (1 nm), as the magnetic layer A2 Co ₉ Fe ₁ (1 nm), as the nonmagnetic layer AC Ru (1 nm), and as the magnetic layer A1 Co ₉ Fe ₁ ( 1 nm), Cu (6 nm) as the intermediate layer B1, Co ₉ Fe ₁ (4 nm) as the magnetic pinned layer C1, Ru (1 nm) as the nonmagnetic layer AC, and Co ₉ Fe ₁ (4 nm) as the magnetic layer FM, It has a structure in which PtMn (15 nm) and an upper electrode are formed thereon. That is, sample A20 has an antiparallel dual pin structure. Three element sizes of 60 nm × 110 nm, 80 nm × 165 nm, and 110 nm × 240 nm were prepared.

一方、サンプルＢ２０（図２０）は、下側電極の上に、ＰｔＭｎ（２０ｎｍ）、磁性固着層Ｃ２としてＣｏ_９Ｆｅ_１（２０ｎｍ）、中間層Ｂ２としてＣｕ（４ｎｍ）、磁性層Ａ２としてＣｏ_９Ｆｅ_１（１．２５ｎｍ）、非磁性層ＦＣとしてＣｕ（０．３ｎｍ）、磁性層Ａ１としてＣｏ_９Ｆｅ_１（１．２５ｎｍ）、中間層Ｂ１としてＣｕ（６ｎｍ）、磁性固着層Ｃ１としてＣｏ_９Ｆｅ_１（４ｎｍ）、非磁性層ＡＣとしてＲｕ（１ｎｍ）、磁性層ＦＭとしてＣｏ_９Ｆｅ_１（４ｎｍ）が積層され、その上にＰｔＭｎ（１５ｎｍ）と上側電極が形成された構造を有する。すなわち、サンプルＢ２０も、反平行デュアルピン構造を有する。Ｂ２０のエレメントサイズは、サンプルＡ２０と同様にした。 On the other hand, sample B20 (FIG. 20) has PtMn (20 nm) on the lower electrode, Co ₉ Fe ₁ (20 nm) as the magnetic pinned layer C2, Cu (4 nm) as the intermediate layer B2, and Co ₉ as the magnetic layer A2. Fe ₁ (1.25 nm), Cu (0.3 nm) as the nonmagnetic layer FC, Co ₉ Fe ₁ (1.25 nm) as the magnetic layer A1, Cu (6 nm) as the intermediate layer B1, and Co ₉ as the magnetic pinned layer C1. Fe ₁ (4 nm), Ru (1 nm) as the nonmagnetic layer AC, Co ₉ Fe ₁ (4 nm) as the magnetic layer FM are stacked, and PtMn (15 nm) and an upper electrode are formed thereon. That is, the sample B20 also has an antiparallel dual pin structure. The element size of B20 was the same as that of sample A20.

サンプルＡ２０は、次のように作製した。
まず、ウェーハ上に下側電極を形成したのち、そのウェーハを超高真空スパッタ装置へ導入し、まずＰｔＭｎ（２０ｎｍ）／Ｃｏ_９Ｆｅ_１（２０ｎｍ）／Ａｌを堆積した。次に、スパッタ装置内で酸素プラズマを発生させてＡｌを酸化させてＡｌ_２Ｏ_３を形成した。このＡｌ_２Ｏ_３の上に、さらにＣｏ_９Ｆｅ_１（１ｎｍ）／Ｒｕ（１ｎｍ）／Ｃｏ_９Ｆｅ_１（１ｎｍ）／Ｒｕ（１ｎｍ）／Ｃｏ_９Ｆｅ_１（１ｎｍ）／Ｃｕ（６ｎｍ）／Ｃｏ_９Ｆｅ_１（４ｎｍ）／Ｒｕ（１ｎｍ）／Ｃｏ_９Ｆｅ_１（４ｎｍ）／ＰｔＭｎ（１５ｎｍ）多層膜を積層し、装置から取り出した。 Sample A20 was produced as follows.
First, after forming a lower electrode on a wafer, the wafer was introduced into an ultrahigh vacuum sputtering apparatus, and first, PtMn (20 nm) / Co ₉ Fe ₁ (20 nm) / Al was deposited. Next, oxygen plasma was generated in the sputtering apparatus to oxidize Al to form Al ₂ O ₃ . On top of this Al ₂ O ₃ , Co ₉ Fe ₁ (1 nm) / Ru (1 nm) / Co ₉ Fe ₁ (1 nm) / Ru (1 nm) / Co ₉ Fe ₁ (1 nm) / Cu (6 nm) / Co _{A 9} Fe ₁ (4 nm) / Ru (1 nm) / Co ₉ Fe ₁ (4 nm) / PtMn (15 nm) multilayer film was laminated and taken out from the apparatus.

次に、レジストを塗布してＥＢ描画装置にて電子ビーム露光した後、上述のエレメントサイズに対応したマスクパターンを形成した。次に、イオンミリング装置によりＡｌ_２Ｏ_３の上部までミリングしてエレメントを形成した。エレメントは、その長手軸方向が磁性固着層の交換バイアス方向に対して平行となるように形成した。次に、エレメントの周りにＳｉＯ_２を埋めこみ、上側電極を形成して磁気セルを完成した。 Next, a resist was applied and electron beam exposure was performed with an EB drawing apparatus, and then a mask pattern corresponding to the above element size was formed. Next, the element was formed by milling to the upper part of Al ₂ O ₃ with an ion milling device. The element was formed such that its longitudinal axis direction was parallel to the exchange bias direction of the magnetic pinned layer. Next, SiO ₂ was embedded around the element, and the upper electrode was formed to complete the magnetic cell.

サンプルＢ２０はサンプルＡ２０と同様の方法で作製した。
また、比較のためサンプルＣ２０、Ｄ２０、Ｅ２０を作製した。
図３６は、サンプルＣ２０の断面構造を表す模式図である。
サンプルＣ２０は、下側電極の上に、ＰｔＭｎ（２０ｎｍ）、磁性固着層Ｃ２としてＣｏ_９Ｆｅ_１（２０ｎｍ）、中間層Ｂ２としてＡｌ_２Ｏ_３（０．８ｎｍ）、磁性層Ａ２としてＣｏ_９Ｆｅ_１（１ｎｍ）、非磁性層ＡＣとしてＲｕ（１ｎｍ）、磁性層Ａ１としてＣｏ_９Ｆｅ_１（１ｎｍ）、中間層Ｂ１としてＣｕ（６ｎｍ）、磁性固着層Ｃ１としてＣｏ_９Ｆｅ_１（４ｎｍ）、非磁性層ＡＣとしてＲｕ（１ｎｍ）、磁性層ＦＭとしてＣｏ_９Ｆｅ_１（４ｎｍ）がこの順に積層され、その上にＰｔＭｎ（１５ｎｍ）と上側電極が形成された構造を有する。 Sample B20 was produced in the same manner as Sample A20.
For comparison, Samples C20, D20, and E20 were prepared.
FIG. 36 is a schematic diagram showing a cross-sectional structure of sample C20.
Sample C20 has PtMn (20 nm) on the lower electrode, Co ₉ Fe ₁ (20 nm) as the magnetic pinned layer C2, Al ₂ O ₃ (0.8 nm) as the intermediate layer B2, and Co ₉ Fe as the magnetic layer A2. ₁ (1 nm), Ru (1 nm) as the nonmagnetic layer AC, Co ₉ Fe ₁ (1 nm) as the magnetic layer A1, Cu (6 nm) as the intermediate layer B1, Co ₉ Fe ₁ (4 nm) as the magnetic pinned layer C1, Ru (1 nm) as the magnetic layer AC and Co ₉ Fe ₁ (4 nm) as the magnetic layer FM are stacked in this order, and PtMn (15 nm) and an upper electrode are formed thereon.

つまり、サンプルＣ２０は、反平行デュアルピン構造を有するが、２つの中間層Ｂ１、Ｂ２に接した磁性層Ａ１及び磁性層Ａ２の磁化は互いに反平行であり、本発明の磁気セルとしては不適当である。 That is, the sample C20 has an antiparallel dual pin structure, but the magnetizations of the magnetic layer A1 and the magnetic layer A2 in contact with the two intermediate layers B1 and B2 are antiparallel to each other, which is inappropriate for the magnetic cell of the present invention. It is.

サンプルＤ２０は、下側電極の上に、ＰｔＭｎ（２０ｎｍ）、磁性固着層Ｃ１としてＣｏ_９Ｆｅ_１（２０ｎｍ）、中間層Ｂ２としてＡｌ_２Ｏ_３（０．７ｎｍ）、磁性層Ａ３としてＣｏ_９Ｆｅ_１（１ｎｍ）、非磁性層ＡＣとしてＲｕ（１ｎｍ）、磁性層Ａ２としてＣｏ_９Ｆｅ_１（１ｎｍ）、非磁性層ＡＣとしてＲｕ（１ｎｍ）、磁性層Ａ１としてＣｏ_９Ｆｅ_１（１ｎｍ）が積層され、その上に上側電極が形成された構造を有する。すなわち、サンプルＤ２０は、シングルピン構造を有する。 Sample D20 has PtMn (20 nm) on the lower electrode, Co ₉ Fe ₁ (20 nm) as the magnetic pinned layer C1, Al ₂ O ₃ (0.7 nm) as the intermediate layer B2, and Co ₉ Fe as the magnetic layer A3. _{1 (1nm), Ru (1nm} ) as the non-magnetic layer AC, _Co 9 _Fe 1 as the magnetic layer A2 (1nm), Ru (1nm ) as the non-magnetic layer AC, _Co 9 _Fe 1 as the magnetic layer A1 is (1 nm) layered And an upper electrode is formed thereon. That is, the sample D20 has a single pin structure.

サンプルＥ２０は、下側電極の上に、ＰｔＭｎ（２０ｎｍ）、磁性固着層Ｃ１としてＣｏ_９Ｆｅ_１（２０ｎｍ）、中間層Ｂ２としてＣｕ（４ｎｍ）、磁性層Ａ２としてＣｏ_９Ｆｅ_１（１．２５ｎｍ）、非磁性層ＦＣとしてＣｕ（０．３ｎｍ）、磁性層Ａ１としてＣｏ_９Ｆｅ_１（１．２５ｎｍ）が積層され、その上に上側電極が形成された、シングルピン構造を有する。 Sample E20 has PtMn (20 nm) on the lower electrode, Co ₉ Fe ₁ (20 nm) as the magnetic pinned layer C1, Cu (4 nm) as the intermediate layer B2, and Co ₉ Fe ₁ (1.25 nm as the magnetic layer A2). ), Cu (0.3 nm) as the nonmagnetic layer FC, Co ₉ Fe ₁ (1.25 nm) as the magnetic layer A1, and a single pin structure in which the upper electrode is formed thereon.

図３７は、サイズ６０ｎｍ×１１０ｎｍのサンプルＡ２０、Ｂ２０、Ｄ２０、Ｅ２０について、微分抵抗変化の電流依存性を表すグラフ図である。同図から、本発明のサンプルＡ２０、Ｂ２０は、比較例のサンプルＤ２０、Ｅ２０よりも磁化反転の電流が小さいことが分かる。なおサンプルＣ２０は、磁性層Ａ１、Ａ２の磁化が反転する前にセルが電気的に破壊したため、磁化反転は観察されなかった。 FIG. 37 is a graph showing the current dependence of the differential resistance change for samples A20, B20, D20, and E20 having a size of 60 nm × 110 nm. From the figure, it can be seen that Samples A20 and B20 of the present invention have a smaller magnetization reversal current than Comparative Samples D20 and E20. In sample C20, since the cell was electrically destroyed before the magnetizations of the magnetic layers A1 and A2 were reversed, no magnetization reversal was observed.

以上の結果から、サンプルＡ２０、Ｂ２０は、サンプルＣ２０、Ｄ２０、Ｅ２０に比べて、磁化反転のための臨界電流Ｉｃが低く、低電流で書込みが可能であることがわかる。 From the above results, it can be seen that Samples A20 and B20 have a lower critical current Ic for magnetization reversal than Samples C20, D20 and E20, and can be written with a low current.

図３８は、臨界電流Ｉｃの平均値と、セルサイズとの関係を表すグラフ図である。いずれの素子も面積に対してほぼ比例関係にあり、サンプルＡ２０とＢ２０は、サンプルＤ２０及びＥ２０に比べて、低電流密度で記録が可能であることが分かる。 FIG. 38 is a graph showing the relationship between the average value of the critical current Ic and the cell size. All of the elements are substantially proportional to the area, and it can be seen that the samples A20 and B20 can be recorded at a lower current density than the samples D20 and E20.

以上の結果から、図１９及び図２０に表した構造は、低消費電力で書込みが可能な磁気セルに適していることが確認できた。 From the above results, it was confirmed that the structure shown in FIGS. 19 and 20 is suitable for a magnetic cell capable of writing with low power consumption.

なお、サンプルＡ２０とサンプルＢ２０の中間層Ｂ２として、ＭｇＯ、ＳｉＯ_２、Ｓｉ−Ｏ−Ｎ、孔が形成されその孔に磁性体あるいは導電性金属（Ｃｕ、Ａｇ、Ａｕ）が埋めこまれたＳｉＯ_２あるいはＡｌ_２Ｏ_３を用いた場合にも、上記と同様の傾向が得られることを見出した。

（第１０の実施例）
次に、本発明の第１０の実施例として、図２２に表した構造の磁気セル（サンプルＡ３０、Ｂ３０）を作成した。 As the intermediate layer B2 between the sample A20 and the sample B20, SiO in which MgO, SiO ₂ , Si—O—N, holes are formed and a magnetic material or conductive metal (Cu, Ag, Au) is embedded in the holes is provided. It was found that the same tendency as above was obtained when ₂ or Al ₂ O ₃ was used.

(Tenth embodiment)
Next, magnetic cells (samples A30 and B30) having the structure shown in FIG. 22 were prepared as a tenth example of the present invention.

サンプルＡ３０は、下側電極の上に、ＰｔＭｎ（２０ｎｍ）、磁性層ＦＭとしてＣｏ_９Ｆｅ_１（４ｎｍ）、非磁性層ＡＣとしてＲｕ（１ｎｍ）、磁性層ＦＭとしてＣｏ_９Ｆｅ_１（４ｎｍ）、非磁性層ＡＣとしてＲｕ（１ｎｍ）、磁性固着層Ｃ２としてＣｏ_９Ｆｅ_１（４ｎｍ）、中間層Ｂ２としてＣｕ（３ｎｍ）、磁性記録層ＡとしてＣｏ_９Ｆｅ_１（２．５ｎｍ）、中間層Ｂ１としてＣｕ（６ｎｍ）、磁性固着層Ｃ１としてＣｏ_９Ｆｅ_１（４ｎｍ）、非磁性層ＡＣとしてＲｕ（１ｎｍ）、磁性層ＦＭとしてＣｏ_９Ｆｅ_１（４ｎｍ）が積層され、その上にＰｔＭｎ（１５ｎｍ）とに上側電極が形成された構造を有する。つまり、サンプルＡ３０は、反平行デュアルピン構造を有する。エレメントサイズとして６０ｎｍ×１１０ｎｍ、８０ｎｍ×１６５ｎｍ、１１０ｎｍ×２４０ｎｍの３通りを作製した。 Sample A30 has PtMn (20 nm) on the lower electrode, Co ₉ Fe ₁ (4 nm) as the magnetic layer FM, Ru (1 nm) as the nonmagnetic layer AC, Co ₉ Fe ₁ (4 nm) as the magnetic layer FM, Ru (1 nm) as the nonmagnetic layer AC, Co ₉ Fe ₁ (4 nm) as the magnetic pinned layer C2, Cu (3 nm) as the intermediate layer B2, Co ₉ Fe ₁ (2.5 nm) as the magnetic recording layer A, and the intermediate layer B1 _{_{Cu (6nm), Co 9 Fe}} 1 as magnetic fixed layer C1 (4 nm) as, Ru (1 nm) as the non-magnetic layer _{_{AC, Co 9 Fe 1 (4nm}} ) is laminated as a magnetic layer FM, PtMn (15 nm thereon ) And the upper electrode is formed. That is, the sample A30 has an antiparallel dual pin structure. Three element sizes of 60 nm × 110 nm, 80 nm × 165 nm, and 110 nm × 240 nm were prepared.

一方、サンプルＢ３０は、下側電極の上に、ＰｔＭｎ（２０ｎｍ）、磁性層ＦＭとしてＣｏ_９Ｆｅ_１（４ｎｍ）、非磁性層ＡＣとしてＲｕ（１ｎｍ）、磁性層ＦＭとしてＣｏ_９Ｆｅ_１（４ｎｍ）非磁性層ＡＣとしてＲｕ（１ｎｍ）、磁性固着層Ｃ２としてＣｏ_９Ｆｅ_１（４ｎｍ）、中間層Ｂ２としてＣｕ（６ｎｍ）、磁性記録層ＡとしてＣｏ_９Ｆｅ_１（２．５ｎｍ）、中間層Ｂ１としてＡｌ_２Ｏ_３（０．８ｎｍ）、磁性固着層Ｃ１としてＣｏ_９Ｆｅ_１（４ｎｍ）、非磁性層ＡＣとしてＲｕ（１ｎｍ）、磁性層ＦＭとしてＣｏ_９Ｆｅ_１（４ｎｍ）がこの順に積層され、その上にＰｔＭｎ（１５ｎｍ）と上側電極が形成された構造を有する。つまり、サンプルＢ３０も反平行デュアルピン構造を有する。サンプルＢ３０のエレメントサイズは、サンプルＡ３０と同様とした。サンプルＢ３０の場合、２つの中間層Ｂ１、Ｂ２の材質は異なるが、いずれの場合も中間層を介したＭＲはそれぞれノーマルタイプのＭＲを示す。 On the other hand, sample B30 has PtMn (20 nm) on the lower electrode, Co ₉ Fe ₁ (4 nm) as the magnetic layer FM, Ru (1 nm) as the nonmagnetic layer AC, and Co ₉ Fe ₁ (4 nm as the magnetic layer FM). ) Ru (1 nm) as nonmagnetic layer AC, Co ₉ Fe ₁ (4 nm) as magnetic pinned layer C2, Cu (6 nm) as intermediate layer B2, Co ₉ Fe ₁ (2.5 nm) as magnetic recording layer A, intermediate layer Al ₂ O ₃ (0.8 nm) as B1, Co ₉ Fe ₁ (4 nm) as the magnetic pinned layer C1, Ru (1 nm) as the nonmagnetic layer AC, and Co ₉ Fe ₁ (4 nm) as the magnetic layer FM are stacked in this order. And PtMn (15 nm) and an upper electrode are formed thereon. That is, the sample B30 also has an antiparallel dual pin structure. The element size of sample B30 was the same as that of sample A30. In the case of sample B30, the materials of the two intermediate layers B1 and B2 are different, but in each case, the MR via the intermediate layer is a normal type MR.

サンプルＡ３０は、次のように作製した。
まず、下側電極の上にＳｉＯ_２層とＴａ層をこの順に成長させた。その上にレジストを塗布してＥＢ描画装置にてマスクパターンを描画した。次に、このパターン部のレジストを取り除き、イオンミリングでＴａ層にエレメントサイズに対応した穴を開けた。さらに、反応性イオンエッチングにてＴａ層の下にあるＳｉＯ_２層へエレメントサイズよりも僅かに大きな面積をもつ穴をあけて、下側電極の表面を露出させた。 Sample A30 was produced as follows.
First, an SiO ₂ layer and a Ta layer were grown in this order on the lower electrode. A resist was applied thereon, and a mask pattern was drawn with an EB drawing apparatus. Next, the resist in the pattern portion was removed, and holes corresponding to the element size were formed in the Ta layer by ion milling. Furthermore, a hole having an area slightly larger than the element size was formed in the SiO ₂ layer below the Ta layer by reactive ion etching to expose the surface of the lower electrode.

このウェーハを超高真空スパッタ装置へ導入したのち、真空排気して、エッチングにより表面クリーニングしたのち、Ｒｕ／ＰｔＭｎ（２０ｎｍ）／Ｃｏ_９Ｆｅ_１（４ｎｍ）／Ｒｕ（１ｎｍ）／Ｃｏ_９Ｆｅ_１（４ｎｍ）／Ｒｕ（１ｎｍ）／Ｃｏ_９Ｆｅ_１（４ｎｍ）／Ｃｕ（３ｎｍ）／Ｃｏ_９Ｆｅ_１（２．５ｎｍ）／Ｃｕ（６ｎｍ）／Ｃｏ_９Ｆｅ_１（４ｎｍ）／Ｒｕ（１ｎｍ）／Ｃｏ_９Ｆｅ_１（４ｎｍ）／ＰｔＭｎ（１５ｎｍ）をこの順に成長させた。さらに、その上に上側電極を形成した。このウェーハを真空磁場炉へ入れ、２７０℃にて１２時間、磁場中アニールして、磁性固着層に交換バイアスを導入した。その際、交換バイアスの方向は、エレメントの長手方向に対して平行にした。 After introducing this wafer into an ultra-high vacuum sputtering apparatus, evacuating and cleaning the surface by etching, Ru / PtMn (20 nm) / Co ₉ Fe ₁ (4 nm) / Ru (1 nm) / Co ₉ Fe ₁ ( 4 nm) / Ru (1 nm) / Co ₉ Fe ₁ (4 nm) / Cu (3 nm) / Co ₉ Fe ₁ (2.5 nm) / Cu (6 nm) / Co ₉ Fe ₁ (4 nm) / Ru (1 nm) / Co ₉ Fe ₁ (4 nm) / PtMn (15 nm) was grown in this order. Further, an upper electrode was formed thereon. This wafer was put into a vacuum magnetic field furnace and annealed in a magnetic field at 270 ° C. for 12 hours to introduce an exchange bias into the magnetic pinned layer. At that time, the direction of the exchange bias was made parallel to the longitudinal direction of the element.

サンプルＢ３０は、次のように作製した。
まず、下側電極の上にＳｉＯ_２層およびＴａ層をこの順に成長させた。その上にレジストを塗布してＥＢ描画装置にてマスクパターンを描画した。次に、このパターン部のレジストを抜き、イオンミリングでＴａ層にエレメントサイズに対応した穴を開けた。さらに、反応性イオンエッチングにてＴａ層の下にあるＳｉＯ_２層にエレメントサイズよりも僅かに大きな面積をもつ穴をあけて、下側電極の表面を露出させた。 Sample B30 was produced as follows.
First, a SiO ₂ layer and a Ta layer were grown in this order on the lower electrode. A resist was applied thereon, and a mask pattern was drawn with an EB drawing apparatus. Next, the resist of this pattern portion was removed, and holes corresponding to the element size were formed in the Ta layer by ion milling. Furthermore, a hole having an area slightly larger than the element size was made in the SiO ₂ layer under the Ta layer by reactive ion etching to expose the surface of the lower electrode.

このウェーハを超高真空スパッタ装置へ導入し、真空排気して、表面エッチングにより表面クリーニングしたのち、Ｒｕ／ＰｔＭｎ（２０ｎｍ）／Ｃｏ_９Ｆｅ_１（４ｎｍ）／Ｒｕ（１ｎｍ）／Ｃｏ_９Ｆｅ_１（４ｎｍ）／Ｒｕ（１ｎｍ）／Ｃｏ_９Ｆｅ_１（４ｎｍ）／Ｃｕ（６ｎｍ）／Ｃｏ_９Ｆｅ_１（２．５ｎｍ）／Ａｌを成長させた。この段階でチャンバー内に酸素を導入してアルミを酸化させたのち、再び超高真空まで排気して、残りのＣｏ_９Ｆｅ_１（４ｎｍ）／Ｒｕ（１ｎｍ）／Ｃｏ_９Ｆｅ_１（４ｎｍ）／ＰｔＭｎ（１５ｎｍ）をこの順に堆積した。さらに上側電極を形成した。このウェーハを真空磁場炉へ入れ、２７０℃にて１２時間、磁場中アニールして、磁性固着層に交換バイアスを導入した。その際、交換バイアスの方向は、エレメントの長手方向に対して平行にした。 The wafer was introduced into an ultra-high vacuum sputtering apparatus, evacuated, and surface-cleaned by surface etching, and then Ru / PtMn (20 nm) / Co ₉ Fe ₁ (4 nm) / Ru (1 nm) / Co ₉ Fe ₁ ( 4 nm) / Ru (1 nm) / Co ₉ Fe ₁ (4 nm) / Cu (6 nm) / Co ₉ Fe ₁ (2.5 nm) / Al. At this stage, oxygen was introduced into the chamber to oxidize the aluminum, and then evacuated again to an ultra-high vacuum. The remaining Co ₉ Fe ₁ (4 nm) / Ru (1 nm) / Co ₉ Fe ₁ (4 nm) / PtMn (15 nm) was deposited in this order. Further, an upper electrode was formed. This wafer was put into a vacuum magnetic field furnace and annealed in a magnetic field at 270 ° C. for 12 hours to introduce an exchange bias into the magnetic pinned layer. At that time, the direction of the exchange bias was made parallel to the longitudinal direction of the element.

さらに、比較のためサンプルＣ３０、サンプルＤ３０、サンプルＥ３０を作製した。 Furthermore, Sample C30, Sample D30, and Sample E30 were prepared for comparison.

サンプルＣ３０は、下側電極の上に、ＰｔＭｎ（２０ｎｍ）、磁性固着構造Ｐ２としてＣｏ_９Ｆｅ_１（４ｎｍ）／Ｒｕ（１ｎｍ）／Ｃｏ_９Ｆｅ_１（４ｎｍ）／Ｒｕ（１ｎｍ）／Ｃｏ_９Ｆｅ_１（４ｎｍ）、中間層Ｂ２としてＣｕ（６ｎｍ）、磁性記録層ＡとしてＣｏ_９Ｆｅ_１（２．５ｎｍ）、さらに、中間層Ｂ１としてＴａＯ（１ｎｍ）、磁性固着構造Ｐ１としてＣｏ_９Ｆｅ_１（４ｎｍ）／Ｒｕ（１ｎｍ）／Ｃｏ_９Ｆｅ_１（４ｎｍ）がこの順に積層され、その上にＰｔＭｎ（１５ｎｍ）、上側電極が積層された構造を有する。この構造は、反平行デュアルピン構造である。しかしながら、中間層Ｂ２のＣｕは、ノーマルタイプのＭＲを示すのに対して、中間層Ｂ１のＴａＯはリバースタイプのＭＲを示すので、本発明に適合しない比較サンプルである。 Sample C30 has PtMn (20 nm) on the lower electrode and Co ₉ Fe ₁ (4 nm) / Ru (1 nm) / Co ₉ Fe ₁ (4 nm) / Ru (1 nm) / Co ₉ Fe as the magnetic pinned structure P2. ₁ (4 nm), Cu (6 nm) as the intermediate layer B2, Co ₉ Fe ₁ (2.5 nm) as the magnetic recording layer A, TaO (1 nm) as the intermediate layer B1, and Co ₉ Fe ₁ (as the magnetic pinned structure P1). 4 nm) / Ru (1 nm) / Co ₉ Fe ₁ (4 nm) are laminated in this order, and PtMn (15 nm) and an upper electrode are laminated thereon. This structure is an antiparallel dual pin structure. However, Cu in the intermediate layer B2 exhibits a normal type MR, whereas TaO in the intermediate layer B1 exhibits a reverse type MR, which is a comparative sample that does not conform to the present invention.

サンプルＤ３０は、下側電極の上に、ＰｔＭｎ（２０ｎｍ）、磁性固着層構造Ｐ２としてＣｏ_９Ｆｅ_１（４ｎｍ）／Ｒｕ（１ｎｍ）／Ｃｏ_９Ｆｅ_１（４ｎｍ）／Ｒｕ（１ｎｍ）／Ｃｏ_９Ｆｅ_１（４ｎｍ）、中間層としてＣｕ（３ｎｍ）、磁性記録層ＡとしてＣｏ_９Ｆｅ_１（２．５ｎｍ）、その上に上側電極を有するシングルピン構造からなる。 Sample D30 has PtMn (20 nm) on the lower electrode and Co ₉ Fe ₁ (4 nm) / Ru (1 nm) / Co ₉ Fe ₁ (4 nm) / Ru (1 nm) / Co ₉ as the magnetic pinned layer structure P2. Fe ₁ (4 nm), Cu (3 nm) as an intermediate layer, Co ₉ Fe ₁ (2.5 nm) as a magnetic recording layer A, and a single pin structure having an upper electrode thereon.

サンプルＥ３０は、下側電極の上に、ＰｔＭｎ（２０ｎｍ）、磁性固着構造Ｐ２としてＣｏ_９Ｆｅ_１（４ｎｍ）／Ｒｕ（１ｎｍ）／Ｃｏ_９Ｆｅ_１（４ｎｍ）／Ｒｕ（１ｎｍ）／Ｃｏ_９Ｆｅ_１（４ｎｍ）、中間層としてＡｌ_２Ｏ_３（０．８ｎｍ）、磁性記録層ＡとしてＣｏ_９Ｆｅ_１（２．５ｎｍ）、この上に上側電極を有するシングルピン構造からなる。 Sample E30 has PtMn (20 nm) on the lower electrode, and Co ₉ Fe ₁ (4 nm) / Ru (1 nm) / Co ₉ Fe ₁ (4 nm) / Ru (1 nm) / Co ₉ Fe as the magnetic pinned structure P2. ₁ (4 nm), Al ₂ O ₃ (0.8 nm) as an intermediate layer, Co ₉ Fe ₁ (2.5 nm) as a magnetic recording layer A, and a single pin structure having an upper electrode thereon.

図３９は、サンプルＡ３０、Ｂ３０、Ｄ３０、Ｅ３０について、微分抵抗変化と電流との関係を表すグラフ図である。ここでサンプルのサイズは、６０ｎｍ×１１０ｎｍである。なお、サンプルＣ３０は、磁性記録層Ａの磁化が反転する前に磁気セルが電気的に破壊したため、磁化反転は観察されなかった。 FIG. 39 is a graph showing the relationship between the differential resistance change and the current for samples A30, B30, D30, and E30. Here, the size of the sample is 60 nm × 110 nm. In sample C30, no magnetization reversal was observed because the magnetic cell was electrically destroyed before the magnetization of the magnetic recording layer A was reversed.

以上の結果から、サンプルＡ３０、Ｂ３０は、サンプルＣ３０、Ｄ３０、Ｅ３０に比べて、磁化反転のための臨界電流Ｉｃが低く、低電流で書込みが可能であることがわかる。 From the above results, it can be seen that Samples A30 and B30 have a lower critical current Ic for magnetization reversal than Samples C30, D30 and E30, and can be written with a low current.

図４０は、臨界電流Ｉｃの平均値とセルサイズとの関係を表すグラフ図である。いずれのサンプルにおいても、臨界電流Ｉｃはセルの面積に対してほぼ比例関係にあり、サンプルＡ３０、Ｂ３０は、サンプルＤ３０、Ｅ３０に比べて、低電流密度で記録が可能であることが分かる。 FIG. 40 is a graph showing the relationship between the average value of the critical current Ic and the cell size. In any sample, the critical current Ic is substantially proportional to the cell area, and it can be seen that the samples A30 and B30 can be recorded at a lower current density than the samples D30 and E30.

以上説明したように、図２２に表した構造は、低消費電力で書込みが可能な磁気セルに適していることが確認された。 As described above, it was confirmed that the structure shown in FIG. 22 is suitable for a magnetic cell capable of writing with low power consumption.

なお、サンプルＡ３０の中間層Ｂ１として、ＭｇＯ、ＳｉＯ_２、Ｓｉ−Ｏ−Ｎ、孔が形成されその孔に磁性体あるいは導電性金属（Ｃｕ、Ａｇ、Ａｕ）が埋めこまれたＳｉＯ_２あるいはＡｌ_２Ｏ_３を用いた場合にも、上記と同様の傾向が得られることを見出した。

（第１１の実施例）
次に、本発明の第１１実施例として、図２３及び図２４に表した構造の磁気セル（サンプルＡ４０、Ｂ４０）を作成した。
サンプルＡ４０（図２３）は、下側電極の上に、ＰｔＭｎ（２０ｎｍ）、磁性固着層構造Ｐ２としてＣｏ_９Ｆｅ_１（４ｎｍ）／Ｒｕ（１ｎｍ）／Ｃｏ_９Ｆｅ_１（４ｎｍ）／Ｒｕ（１ｎｍ）／Ｃｏ_９Ｆｅ_１（４ｎｍ）、中間層Ｂ２としてＣｕ（５ｎｍ）、磁性記録層ＡとしてＣｏ_９Ｆｅ_１（１ｎｍ）／Ｒｕ（１ｎｍ）／Ｃｏ_９Ｆｅ_１（１ｎｍ）／Ｒｕ（１ｎｍ）／Ｃｏ_９Ｆｅ_１（１ｎｍ）、中間層Ｂ１としてＣｕ（１０ｎｍ）、磁性固着構造Ｐ１としてＣｏ_９Ｆｅ_１（４ｎｍ）／Ｒｕ（１ｎｍ）／Ｃｏ_９Ｆｅ_１（４ｎｍ）、ＰｔＭｎ（１５ｎｍ）、上側電極がこの順に形成された構造を有する。すなわち、サンプルＡ４０は、反平行デュアルピン構造を有する。エレメントサイズとしては、６０ｎｍ×１１０ｎｍ、８０ｎｍ×１６５ｎｍ、１１０ｎｍ×２４０ｎｍの３通りを作製した。 As the intermediate layer B1 of the sample A30, SiO ₂ or Al in which MgO, SiO ₂ , Si—O—N, holes are formed and a magnetic material or conductive metal (Cu, Ag, Au) is embedded in the holes. It has been found that the same tendency as described above can be obtained when ₂ O ₃ is used.

(Eleventh embodiment)
Next, as eleventh embodiment of the present invention, magnetic cells (samples A40 and B40) having the structure shown in FIGS. 23 and 24 were prepared.
Sample A40 (FIG. 23) has PtMn (20 nm) on the lower electrode, and Co ₉ Fe ₁ (4 nm) / Ru (1 nm) / Co ₉ Fe ₁ (4 nm) / Ru (1 nm) as the magnetic pinned layer structure P2. ) / Co ₉ Fe ₁ (4 nm), Cu (5 nm) as the intermediate layer B 2, Co ₉ Fe ₁ (1 nm) / Ru (1 nm) / Co ₉ Fe ₁ (1 nm) / Ru (1 nm) / Co ₉ Fe ₁ (1 nm), Cu (10 nm) as the intermediate layer B1, Co ₉ Fe ₁ (4 nm) / Ru (1 nm) / Co ₉ Fe ₁ (4 nm), PtMn (15 nm), upper electrode as the magnetic pinned structure P1 Have a structure formed in this order. That is, the sample A40 has an antiparallel dual pin structure. Three element sizes were prepared: 60 nm × 110 nm, 80 nm × 165 nm, and 110 nm × 240 nm.

一方、サンプルＢ４０は、下側電極の上に、ＰｔＭｎ（２０ｎｍ）、磁性固着構造Ｐ２としてＣｏ_９Ｆｅ_１（４ｎｍ）／Ｒｕ（１ｎｍ）／Ｃｏ_９Ｆｅ_１（４ｎｍ）／Ｒｕ（１ｎｍ）／Ｃｏ_９Ｆｅ_１（４ｎｍ）、中間層Ｂ２としてＡｌ_２Ｏ_３（０．８ｎｍ）、磁性記録層ＡとしてＣｏ_９Ｆｅ_１（１．２５ｎｍ）／Ｃｕ（０．３ｎｍ）／Ｃｏ_９Ｆｅ_１（１．２５ｎｍ）、中間層Ｂ１としてＣｕ（６ｎｍ）、磁性固着構造Ｐ１としてＣｏ_９Ｆｅ_１（４ｎｍ）／Ｒｕ（１ｎｍ）／Ｃｏ_９Ｆｅ_１（４ｎｍ）、ＰｔＭｎ（１５ｎｍ）、上側電極がこの順に形成された構造を有する。すなわち、サンプルＢ４０も、反平行デュアルピン構造を有する。この構造において、２つの中間層Ｂ１、Ｂ２の材質は異なるが、これらいずれの場合も、中間層を介したＭＲはそれぞれノーマルタイプのＭＲを示す。エレメントサイズはＡ４０と同様とした。 On the other hand, sample B40 has PtMn (20 nm) on the lower electrode, and Co ₉ Fe ₁ (4 nm) / Ru (1 nm) / Co ₉ Fe ₁ (4 nm) / Ru (1 nm) / Co as the magnetic pinned structure P2. ₉ Fe ₁ (4 nm), Al ₂ O ₃ (0.8 nm) as the intermediate layer B2, and Co ₉ Fe ₁ (1.25 nm) / Cu (0.3 nm) / Co ₉ Fe ₁ (1 as the magnetic recording layer A .25 nm), Cu (6 nm) as the intermediate layer B1, Co ₉ Fe ₁ (4 nm) / Ru (1 nm) / Co ₉ Fe ₁ (4 nm), PtMn (15 nm), and the upper electrode are formed in this order as the magnetic pinned structure P1. Has a structured. That is, the sample B40 also has an antiparallel dual pin structure. In this structure, the materials of the two intermediate layers B1 and B2 are different. In either case, the MR via the intermediate layer is a normal type MR. The element size was the same as A40.

サンプルＡ４０は、前述したＡ１０と同様の方法で作製した。また、サンプルＢ４０は、前述したサンプルＢ１０と同様の方法で作製した。 Sample A40 was produced by the same method as A10 described above. Sample B40 was produced by the same method as Sample B10 described above.

さらに、比較のためサンプルＣ４０、Ｄ４０、Ｅ４０を作製した。
サンプルＣ４０は、下側電極の上に、ＰｔＭｎ（２０ｎｍ）、磁性固着構造Ｐ２としてＣｏ_９Ｆｅ_１（４ｎｍ）／Ｒｕ（１ｎｍ）／Ｃｏ_９Ｆｅ_１（４ｎｍ）／Ｒｕ（１ｎｍ）／Ｃｏ_９Ｆｅ_１（４ｎｍ）、中間層Ｂ２としてＣｕ（５ｎｍ）、磁性記録層ＡとしてＣｏ_９Ｆｅ_１（１ｎｍ）／Ｒｕ（１ｎｍ）／Ｃｏ_９Ｆｅ_１（１ｎｍ）、さらに中間層Ｂ１としてＣｕ（１０ｎｍ）、磁性固着構造Ｐ１としてＣｏ_９Ｆｅ_１（４ｎｍ）／Ｒｕ（１ｎｍ）／Ｃｏ_９Ｆｅ_１（４ｎｍ）、ＰｔＭｎ（１５ｎｍ）、上側電極がこの順に形成された構造を有する。この構造は、反平行デュアルピン構造であるが、２つの中間層Ｂ１、Ｂ２に接した磁性記録層Ａを構成する磁性層の磁化は互いに反平行であり、本発明のものと異なる。 Furthermore, samples C40, D40, and E40 were prepared for comparison.
Sample C40 has PtMn (20 nm) on the lower electrode, and Co ₉ Fe ₁ (4 nm) / Ru (1 nm) / Co ₉ Fe ₁ (4 nm) / Ru (1 nm) / Co ₉ Fe as the magnetic pinned structure P2. ₁ (4 nm), Cu (5 nm) as the intermediate layer B2, Co ₉ Fe ₁ (1 nm) / Ru (1 nm) / Co ₉ Fe ₁ (1 nm) as the magnetic recording layer A, and Cu (10 nm) as the intermediate layer B1, As the magnetic pinned structure P1, Co ₉ Fe ₁ (4 nm) / Ru (1 nm) / Co ₉ Fe ₁ (4 nm), PtMn (15 nm), and an upper electrode are formed in this order. This structure is an antiparallel dual pin structure, but the magnetizations of the magnetic layers constituting the magnetic recording layer A in contact with the two intermediate layers B1 and B2 are antiparallel to each other, which is different from that of the present invention.

サンプルＤ４０は、下側電極の上に、ＰｔＭｎ（２０ｎｍ）、磁性固着構造としてＣｏ_９Ｆｅ_１（４ｎｍ）／Ｒｕ（１ｎｍ）／Ｃｏ_９Ｆｅ_１（４ｎｍ）／Ｒｕ（１ｎｍ）／Ｃｏ_９Ｆｅ_１（４ｎｍ）、中間層Ｂ２としてＣｕ（６ｎｍ）、磁性記録層ＡとしてＣｏ_９Ｆｅ_１（１ｎｍ）／Ｒｕ（１ｎｍ）／Ｃｏ_９Ｆｅ_１（１ｎｍ）／Ｒｕ（１ｎｍ）／Ｃｏ_９Ｆｅ_１（１ｎｍ）が積層され、その上に上側電極が形成された、シングルピン構造を有する。 In the sample D40, PtMn (20 nm) is formed on the lower electrode, and Co ₉ Fe ₁ (4 nm) / Ru (1 nm) / Co ₉ Fe ₁ (4 nm) / Ru (1 nm) / Co ₉ Fe _{1 is used} as the magnetic fixed structure. (4 nm), Cu (6 nm) as the intermediate layer B2, and Co ₉ Fe ₁ (1 nm) / Ru (1 nm) / Co ₉ Fe ₁ (1 nm) / Ru (1 nm) / Co ₉ Fe ₁ (1 nm) as the magnetic recording layer A ) Are stacked, and an upper electrode is formed thereon.

サンプルＥ４０は、下側電極の上にＰｔＭｎ（２０ｎｍ）、磁性固着構造としてＣｏ_９Ｆｅ_１（４ｎｍ）／Ｒｕ（１ｎｍ）／Ｃｏ_９Ｆｅ_１（４ｎｍ）／Ｒｕ（１ｎｍ）／Ｃｏ_９Ｆｅ_１（４ｎｍ）、中間層としてＡｌ_２Ｏ_３（０．７ｎｍ）、磁性記録層ＡとしてＣｏ_９Ｆｅ_１（１．２５ｎｍ）／Ｃｕ（０．３ｎｍ）／Ｃｏ_９Ｆｅ_１（１．２５ｎｍ）、上側電極が形成された、シングルピン構造を有する。 In the sample E40, PtMn (20 nm) is formed on the lower electrode, and Co ₉ Fe ₁ (4 nm) / Ru (1 nm) / Co ₉ Fe ₁ (4 nm) / Ru (1 nm) / Co ₉ Fe ₁ (Co ₉ Fe ₁ ( 4 nm), Al ₂ O ₃ (0.7 nm) as the intermediate layer, Co ₉ Fe ₁ (1.25 nm) / Cu (0.3 nm) / Co ₉ Fe ₁ (1.25 nm) as the magnetic recording layer A, upper electrode Has a single pin structure.

図４１は、サンプルＡ４０、Ｂ４０、Ｄ４０、Ｅ４０について、微分抵抗変化と電流との関係を表すグラフ図である。ここで、セルのサイズは、６０ｎｍ×１１０ｎｍである。図４１から、サンプルＡ４０、Ｂ４０の磁化が反転する電流は、サンプルＤ４０、Ｅ４０に比べて非常に小さいことが分かる。なおサンプルＣ４０については、磁性記録層Ａの磁化が反転する前にセルが電気的に破壊したため、磁化反転は観察されなかった。 FIG. 41 is a graph showing the relationship between differential resistance change and current for samples A40, B40, D40, and E40. Here, the size of the cell is 60 nm × 110 nm. From FIG. 41, it can be seen that the current at which the magnetizations of the samples A40 and B40 are reversed is much smaller than that of the samples D40 and E40. For sample C40, the cell was electrically destroyed before the magnetization of the magnetic recording layer A was reversed, so no magnetization reversal was observed.

以上の結果から、サンプルＡ４０、Ｂ４０は、サンプルＣ４０、Ｄ４０、Ｅ４０に比べて、磁化反転のための臨界電流Ｉｃが低く、低電流で書込みが可能であることがわかる。 From the above results, it can be seen that Samples A40 and B40 have a lower critical current Ic for magnetization reversal than Samples C40, D40 and E40, and can be written with a low current.

図４２は、臨界電流Ｉｃの平均値とセルサイズとの関係を表すグラフ図である。いずれのサンプルでも、臨界電流Ｉｃはセルサイズに対してほぼ比例関係にあることが分かる。また、サンプルＡ４０、Ｂ４０は、サンプルＤ４０、Ｅ４０に比べて、低電流密度で記録が可能であることが分かる。 FIG. 42 is a graph showing the relationship between the average value of the critical current Ic and the cell size. In any sample, it can be seen that the critical current Ic is approximately proportional to the cell size. It can also be seen that the samples A40 and B40 can be recorded with a lower current density than the samples D40 and E40.

以上説明したように、図２３及び図２４に表した構造は、低消費電力で書込みが可能な磁気セルに適していることが確認できた。 As described above, it has been confirmed that the structure shown in FIGS. 23 and 24 is suitable for a magnetic cell capable of writing with low power consumption.

なお、サンプルＡ４０およびサンプルＢ４０の中間層Ｂ２の材料として、ＭｇＯ、ＳｉＯ_２、Ｓｉ−Ｏ−Ｎ、孔が形成されその孔に磁性体あるいは導電性金属（Ｃｕ、Ａｇ、Ａｕ）が埋めこまれたＳｉＯ_２あるいはＡｌ_２Ｏ_３を用いた場合にも、上記と同様の傾向が得られることを見出した。

（第１２の実施例）
次に、本発明の第１２実施例として、図２１及び図２５に表した構造の磁気セル（サンプルＡ５０、Ｂ５０）を作成した。
サンプルＡ５０（図２１）は、下側電極の上に、ＰｔＭｎ（２０ｎｍ）、磁性固着層Ｃ２としてＣｏ_９Ｆｅ_１（２０ｎｍ）、中間層Ｂ２としてＣｕ（６ｎｍ）、磁性記録層ＡとしてＣｏ_９Ｆｅ_１（０．８ｎｍ）／ＮｉＦｅ（０．８ｎｍ）／Ｃｏ_９Ｆｅ_１（０．８ｎｍ）、中間層Ｂ１としてＡｌ_２Ｏ_３（１．０ｎｍ）、磁性固着構造Ｐ１としてＣｏ_９Ｆｅ_１（４ｎｍ）／Ｒｕ（１ｎｍ）／Ｃｏ_９Ｆｅ_１（４ｎｍ）、ＰｔＭｎ（１５ｎｍ）、上側電極が形成された構造を有する。すなわち、サンプルＡ５０も、反平行デュアルピン構造を有する。
エレメントサイズとしては、６０ｎｍ×１１０ｎｍ、８０ｎｍ×１６５ｎｍ、１１０ｎｍ×２４０ｎｍの３通りを作製した。 In addition, as a material of the intermediate layer B2 of the sample A40 and the sample B40, MgO, SiO ₂ , Si—O—N, holes are formed, and the magnetic material or conductive metal (Cu, Ag, Au) is embedded in the holes. It was also found that the same tendency as described above was obtained when SiO ₂ or Al ₂ O ₃ was used.

(Twelfth embodiment)
Next, as a twelfth embodiment of the present invention, magnetic cells (samples A50 and B50) having the structure shown in FIGS. 21 and 25 were prepared.
Sample A50 (FIG. 21) has PtMn (20 nm) on the lower electrode, Co ₉ Fe ₁ (20 nm) as the magnetic pinned layer C2, Cu (6 nm) as the intermediate layer B2, and Co ₉ Fe as the magnetic recording layer A. ₁ (0.8 nm) / NiFe (0.8 nm) / Co ₉ Fe ₁ (0.8 nm), Al ₂ O ₃ (1.0 nm) as the intermediate layer B1, and Co ₉ Fe ₁ (4 nm) as the magnetic pinned structure P1 / Ru (1 nm) / Co ₉ Fe ₁ (4 nm), PtMn (15 nm), and an upper electrode are formed. That is, sample A50 also has an antiparallel dual pin structure.
Three element sizes were prepared: 60 nm × 110 nm, 80 nm × 165 nm, and 110 nm × 240 nm.

一方、サンプルＢ５０は、下側電極の上に、ＰｔＭｎ（２０ｎｍ）、磁性固着構造Ｐ２としてＣｏ_９Ｆｅ_１（４ｎｍ）／Ｒｕ（１ｎｍ）／Ｃｏ_９Ｆｅ_１（４ｎｍ）／Ｒｕ（１ｎｍ）／Ｃｏ_９Ｆｅ_１（４ｎｍ）、中間層Ｂ２としてＣｕ（６ｎｍ）、磁性記録層ＡとしてＣｏ_９Ｆｅ_１（０．８ｎｍ）／ＮｉＦｅ（０．８ｎｍ）／Ｃｏ_９Ｆｅ_１（０．８ｎｍ）、中間層Ｂ１としてＣｕ（９ｎｍ）、磁性固着構造Ｐ１としてＣｏ_９Ｆｅ_１（４ｎｍ）／Ｒｕ（１ｎｍ）／Ｃｏ_９Ｆｅ_１（４ｎｍ）、ＰｔＭｎ（１５ｎｍ）、上側電極がこの順に形成された構造を有する。すなわち、サンプルＢ５０も反平行デュアルピン構造を有する。エレメントサイズはＡ５０と同様とした。
なお、サンプルＡ５０においては、２つの中間層Ｂ１、Ｂ２の材質は異なるが、これらの中間層を介したＭＲは、それぞれノーマルタイプのＭＲを示す。 On the other hand, sample B50 has PtMn (20 nm) on the lower electrode, and Co ₉ Fe ₁ (4 nm) / Ru (1 nm) / Co ₉ Fe ₁ (4 nm) / Ru (1 nm) / Co as the magnetic pinned structure P2. ₉ Fe ₁ (4 nm), Cu (6 nm) as the intermediate layer B2, Co ₉ Fe ₁ (0.8 nm) / NiFe (0.8 nm) / Co ₉ Fe ₁ (0.8 nm) as the magnetic recording layer A, intermediate layer B1 is Cu (9 nm), the magnetic pinned structure P1 is Co ₉ Fe ₁ (4 nm) / Ru (1 nm) / Co ₉ Fe ₁ (4 nm), PtMn (15 nm), and the upper electrode is formed in this order. That is, the sample B50 also has an antiparallel dual pin structure. The element size was the same as A50.
In the sample A50, the materials of the two intermediate layers B1 and B2 are different, but the MR via these intermediate layers is a normal type MR.

サンプルＡ５０は、次のように作製した。
まず、下側電極の上にＳｉＯ_２層とＴａ層をこの順に成長させた。その上にレジストを塗布してＥＢ描画装置にてマスクパターンを描画した。次に、このパターン部のレジストを取り除き、イオンミリングでＴａ層にエレメントサイズに対応した穴を開けた。さらに、反応性イオンエッチングにてＴａ層の下にあるＳｉＯ_２層に、エレメントサイズよりも僅かに大きな面積をもつ穴をあけ、下側電極表面を露出させた。 Sample A50 was produced as follows.
First, an SiO ₂ layer and a Ta layer were grown in this order on the lower electrode. A resist was applied thereon, and a mask pattern was drawn with an EB drawing apparatus. Next, the resist in the pattern portion was removed, and holes corresponding to the element size were formed in the Ta layer by ion milling. Further, a hole having an area slightly larger than the element size was formed in the SiO ₂ layer under the Ta layer by reactive ion etching to expose the lower electrode surface.

次に、このウェーハを超高真空スパッタ装置へ導入したのち、真空排気して、表面エッチングにより表面クリーニングし、Ｒｕ／ＰｔＭｎ（２０ｎｍ）／Ｃｏ_９Ｆｅ_１（２０ｎｍ）／Ｃｕ（６ｎｍ）／Ｃｏ_９Ｆｅ_１（０．８ｎｍ）／ＮｉＦｅ（０．８ｎｍ）／Ｃｏ_９Ｆｅ_１（０．８ｎｍ）／Ａｌを順次成長させた。次に、この状態で、チャンバー内に酸素を導入して表面のアルミを酸化させ、その後再び超高真空まで排気して、残りのＣｏ_９Ｆｅ_１（４ｎｍ）／Ｒｕ（１ｎｍ）／Ｃｏ_９Ｆｅ_１（４ｎｍ）／ＰｔＭｎ（１５ｎｍ）を堆積し、さらに上側電極を形成した。 Next, after introducing this wafer into an ultra-high vacuum sputtering apparatus, it is evacuated and surface-cleaned by surface etching, and Ru / PtMn (20 nm) / Co ₉ Fe ₁ (20 nm) / Cu (6 nm) / Co ₉ Fe ₁ (0.8 nm) / NiFe (0.8 nm) / Co ₉ Fe ₁ (0.8 nm) / Al were sequentially grown. Next, in this state, oxygen is introduced into the chamber to oxidize the aluminum on the surface, and then evacuate again to ultrahigh vacuum, and the remaining Co ₉ Fe ₁ (4 nm) / Ru (1 nm) / Co ₉ Fe ₁ (4 nm) / PtMn (15 nm) was deposited, and an upper electrode was formed.

次に、このウェーハを真空磁場炉へ入れ、２７０℃にて１２時間磁場中アニールして、磁性固着層へ交換バイアスを導入した。その際、交換バイアスの方向は、エレメントの長手方向に対して平行にした。
サンプルＢ５０は、Ａ１０と同様の方法で作製した。 Next, this wafer was put in a vacuum magnetic field furnace and annealed in a magnetic field at 270 ° C. for 12 hours to introduce an exchange bias into the magnetic pinned layer. At that time, the direction of the exchange bias was made parallel to the longitudinal direction of the element.
Sample B50 was produced by the same method as A10.

比較のために、サンプルＣ５０とＤ５０を作製した。
サンプルＣ５０は、下側電極の上に、磁性固着層Ｃ２としてＣｏ_９Ｆｅ_１（１２ｎｍ）、中間層Ｂ２としてＣｕ（６ｎｍ）、磁性記録層ＡとしてＣｏ_９Ｆｅ_１（０．８ｎｍ）／ＮｉＦｅ（０．８ｎｍ）／Ｃｏ_９Ｆｅ_１（０．８ｎｍ）、ＰｔＭｎ（１５ｎｍ）、上側電極がこの順に形成されたシングルピン構造を有する。 Samples C50 and D50 were prepared for comparison.
Sample C50 has Co ₉ Fe ₁ (12 nm) as magnetic pinned layer C2, Cu (6 nm) as intermediate layer B2, and Co ₉ Fe ₁ (0.8 nm) / NiFe (magnetic recording layer A) on the lower electrode. 0.8 nm) / Co ₉ Fe ₁ (0.8 nm), PtMn (15 nm), and an upper electrode have a single pin structure formed in this order.

サンプルＤ５０は、下側電極の上に、ＰｔＭｎ（２０ｎｍ）、磁性固着構造としてＣｏ_９Ｆｅ_１（４ｎｍ）／Ｒｕ（１ｎｍ）／Ｃｏ_９Ｆｅ_１（４ｎｍ）／Ｒｕ（１ｎｍ）／Ｃｏ_９Ｆｅ_１（４ｎｍ）、中間層Ｂ２としてＣｕ（６ｎｍ）、磁性記録層ＡとしてＣｏ_９Ｆｅ_１（０．８ｎｍ）／ＮｉＦｅ（０．８ｎｍ）／Ｃｏ_９Ｆｅ_１（０．８ｎｍ）が積層され、その上に上側電極が形成された、シングルピン構造を有する。 Sample D50 has PtMn (20 nm) on the lower electrode, and Co ₉ Fe ₁ (4 nm) / Ru (1 nm) / Co ₉ Fe ₁ (4 nm) / Ru (1 nm) / Co ₉ Fe ₁ as the magnetic pinned structure. (4 nm), Cu (6 nm) as the intermediate layer B2, and Co ₉ Fe ₁ (0.8 nm) / NiFe (0.8 nm) / Co ₉ Fe ₁ (0.8 nm) as the magnetic recording layer A, It has a single pin structure in which an upper electrode is formed.

図４３は、サンプルＡ５０、Ｂ５０、Ｃ５０、Ｄ５０について、微分抵抗変化と電流との関係を表すグラフ図である。ここでサンプルのサイズは、６０ｎｍ×１１０ｎｍである。図４３から、サンプルＡ５０、Ｂ５０は、サンプルＣ５０、Ｄ５０に比べて、磁化反転のための臨界電流Ｉｃが低く、低電流で書込みが可能であることがわかる。 FIG. 43 is a graph showing the relationship between the differential resistance change and the current for samples A50, B50, C50, and D50. Here, the size of the sample is 60 nm × 110 nm. FIG. 43 shows that samples A50 and B50 have a lower critical current Ic for magnetization reversal than samples C50 and D50, and can be written with a low current.

図４４は、臨界電流Ｉｃの平均値とセルサイズとの関係を表すグラフ図である。いずれのサンプルにおいても、臨界電流Ｉｃはセルサイズに対してほぼ比例関係にある。そして、サンプルＡ５０、Ｂ５０は、サンプルＣ５０、Ｄ５０に比べて、低電流密度で記録が可能であることが分かる。 FIG. 44 is a graph showing the relationship between the average value of the critical current Ic and the cell size. In any sample, the critical current Ic is approximately proportional to the cell size. It can be seen that the samples A50 and B50 can be recorded at a lower current density than the samples C50 and D50.

以上説明したように、図２１及び図２５に表した構造は、低消費電力で書込みが可能な磁気セルに適していることが確認できた。 As described above, it was confirmed that the structure shown in FIGS. 21 and 25 is suitable for a magnetic cell capable of writing with low power consumption.

なお、サンプルＡ５０、Ｂ５０の中間層Ｂ２あるいは中間層Ｂ１に、ＭｇＯ、ＳｉＯ_２、Ｓｉ−Ｏ−Ｎ、孔が形成されその孔に磁性体あるいは導電性金属（Ｃｕ、Ａｇ、Ａｕ）が埋めこまれたＳｉＯ_２あるいはＡｌ_２Ｏ_３を用いた場合にも、上記と同様の傾向が得られることを見出した。

（第１３の実施例）
次に、本発明の第１３実施例として、反強磁性結合した３層膜を磁性固着構造として用いたサンプルと、単一の磁性層を磁性固着層として用いたサンプルの比較を行った。すなわち、図１５（サンプルＡ６０、Ｅ６０）と図１４（サンプルＢ６０、Ｆ６０）、図２２（サンプルＣ６０、Ｇ６０）と図４５（サンプルＤ６０、Ｈ６０）に表した構造を有する磁気セルをそれぞれ作成した。 In addition, MgO, SiO ₂ , Si—O—N, holes are formed in the intermediate layer B2 or the intermediate layer B1 of the samples A50 and B50, and the holes are filled with a magnetic material or conductive metal (Cu, Ag, Au). It has been found that the same tendency as described above can be obtained even when rare SiO ₂ or Al ₂ O ₃ is used.

(Thirteenth embodiment)
Next, as a thirteenth embodiment of the present invention, a sample using an antiferromagnetically coupled three-layer film as a magnetic pinned structure was compared with a sample using a single magnetic layer as a magnetic pinned layer. That is, magnetic cells having the structures shown in FIG. 15 (samples A60 and E60), FIG. 14 (samples B60 and F60), FIG. 22 (samples C60 and G60), and FIG. 45 (samples D60 and H60) were prepared.

サンプルＡ６０（図１５）は、下側電極の上に、ＰｔＭｎ（２０ｎｍ）、磁性固着層Ｃ２としてＣｏ_９Ｆｅ_１（４ｎｍ）、中間層Ｂ２としてＡｌ_２Ｏ_３（０．８ｎｍ）、磁性記録層ＡとしてＣｏ_９Ｆｅ_１（２．５ｎｍ）、中間層Ｂ１としてＣｕ（６ｎｍ）、磁性固着構造Ｐ１としてＣｏ_９Ｆｅ_１（４ｎｍ）／Ｒｕ（１ｎｍ）／Ｃｏ_９Ｆｅ_１（４ｎｍ）が積層され、その上に反強磁性層ＡＦ１としてＰｔＭｎ（１５ｎｍ）、上側電極が形成された構造を有する。すなわち、サンプルＡ６０も、反平行デュアルピン構造を有する。 Sample A60 (FIG. 15) has PtMn (20 nm) on the lower electrode, Co ₉ Fe ₁ (4 nm) as the magnetic pinned layer C2, Al ₂ O ₃ (0.8 nm) as the intermediate layer B2, and a magnetic recording layer Co ₉ Fe ₁ (2.5 nm) as A, Cu (6 nm) as the intermediate layer B1, Co ₉ Fe ₁ (4 nm) / Ru (1 nm) / Co ₉ Fe ₁ (4 nm) as the magnetic pinned structure P1, On top of that, PtMn (15 nm) and an upper electrode are formed as an antiferromagnetic layer AF1. That is, sample A60 also has an antiparallel dual pin structure.

サンプルＢ６０（図１４）は、下側電極の上に、ＰｔＭｎ（２０ｎｍ）、磁性固着層Ｃ２としてＣｏ_９Ｆｅ_１（４ｎｍ）、中間層Ｂ２としてＡｌ_２Ｏ_３（０．８ｎｍ）、磁性記録層ＡとしてＣｏ_９Ｆｅ_１（２．５ｎｍ）、中間層Ｂ１としてＣｕ（６ｎｍ）、磁性固着層Ｃ１としてＣｏ_９Ｆｅ_１（４ｎｍ）が積層され、その上に反強磁性層ＡＦ１としてＰｔＭｎ（１５ｎｍ）、さらに上側電極が形成された構造を有する。つまり、サンプルＢ６０も、反平行デュアルピン構造を有する。 Sample B60 (FIG. 14) has PtMn (20 nm) on the lower electrode, Co ₉ Fe ₁ (4 nm) as the magnetic pinned layer C2, Al ₂ O ₃ (0.8 nm) as the intermediate layer B2, and a magnetic recording layer Co ₉ Fe ₁ (2.5 nm) as A, Cu (6 nm) as the intermediate layer B1, Co ₉ Fe ₁ (4 nm) as the magnetic pinned layer C1, and PtMn (15 nm) as the antiferromagnetic layer AF1 are stacked thereon. The upper electrode is further formed. That is, the sample B60 also has an antiparallel dual pin structure.

サンプルＣ６０（図２２）は、下側電極の上に、ＰｔＭｎ（２０ｎｍ）、磁性固着構造Ｐ２としてＣｏ_９Ｆｅ_１（４ｎｍ）／Ｒｕ（１ｎｍ）／Ｃｏ_９Ｆｅ_１（４ｎｍ）／Ｒｕ（１ｎｍ）／Ｃｏ_９Ｆｅ_１（４ｎｍ）、中間層Ｂ２としてＡｌ_２Ｏ３（０．８ｎｍ）、磁性記録層ＡとしてＣｏ_９Ｆｅ_１（２．５ｎｍ）、中間層Ｂ１としてＣｕ（６ｎｍ）、磁性固着構造Ｐ１としてＣｏ_９Ｆｅ_１（４ｎｍ）／Ｒｕ（１ｎｍ）／Ｃｏ_９Ｆｅ_１（４ｎｍ）が積層され、その上にＰｔＭｎ（１５ｎｍ）さらに上側電極が形成された構造を有する。すなわち、サンプルＣ６０も、反平行デュアルピン構造を有する。 Sample C60 (FIG. 22) has PtMn (20 nm) on the lower electrode, and Co ₉ Fe ₁ (4 nm) / Ru (1 nm) / Co ₉ Fe ₁ (4 nm) / Ru (1 nm) as the magnetic pinned structure P2. / Co ₉ Fe ₁ (4 nm), Al ₂ O 3 (0.8 nm) as the intermediate layer B ₂ , Co ₉ Fe ₁ (2.5 nm) as the magnetic recording layer A, Cu (6 nm) as the intermediate layer B ₁ , and magnetic pinned structure P 1 Co ₉ Fe ₁ (4 nm) / Ru (1 nm) / Co ₉ Fe ₁ (4 nm) is stacked, and PtMn (15 nm) and an upper electrode are formed thereon. That is, the sample C60 also has an antiparallel dual pin structure.

サンプルＤ６０（図４５）は、下側電極の上に、ＰｔＭｎ（２０ｎｍ）、磁性固着構造Ｐ２としてＣｏ_９Ｆｅ_１（４ｎｍ）／Ｒｕ（１ｎｍ）／Ｃｏ_９Ｆｅ_１（４ｎｍ）／Ｒｕ（１ｎｍ）／Ｃｏ_９Ｆｅ_１（４ｎｍ）、中間層Ｂ２としてＡｌ_２Ｏ_３（０．８ｎｍ）、磁性記録層ＡとしてＣｏ_９Ｆｅ_１（２．５ｎｍ）、中間層Ｂ１としてＣｕ（６ｎｍ）、磁性固着層Ｃ１としてＣｏ_９Ｆｅ_１（４ｎｍ）が積層され、その上にＰｔＭｎ（１５ｎｍ）、上側電極が形成された構造を有する。すなわち、サンプルＤ６０も、反平行デュアルピン構造を有する。 Sample D60 (FIG. 45) has PtMn (20 nm) on the lower electrode and Co ₉ Fe ₁ (4 nm) / Ru (1 nm) / Co ₉ Fe ₁ (4 nm) / Ru (1 nm) as the magnetic pinned structure P2. / Co ₉ Fe ₁ (4 nm), Al ₂ O ₃ (0.8 nm) as the intermediate layer B ₂ , Co ₉ Fe ₁ (2.5 nm) as the magnetic recording layer A, Cu (6 nm) as the intermediate layer B ₁ , magnetic pinned layer Co ₉ Fe ₁ (4 nm) is laminated as C1, and PtMn (15 nm) and an upper electrode are formed thereon. That is, the sample D60 also has an antiparallel dual pin structure.

サンプルＥ６０（図１５）は、下側電極の上に、ＰｔＭｎ（２０ｎｍ）、磁性固着層Ｃ２としてＣｏ_９Ｆｅ_１（４ｎｍ）、中間層Ｂ２としてＡｌ_２Ｏ_３（０．８ｎｍ）、磁性記録層ＡとしてＣｏ_９Ｆｅ_１（２．５ｎｍ）、中間層Ｂ１としてＣｕ（６ｎｍ）、磁性固着構造Ｐ１としてＣｏ_９Ｆｅ_１（５ｎｍ）／Ｒｕ（１ｎｍ）／Ｃｏ_９Ｆｅ_１（６ｎｍ）が積層され、その上にＰｔＭｎ（１５ｎｍ）、上側電極が形成された構造からなる反平行デュアルピン構造を有する。 Sample E60 (FIG. 15) has PtMn (20 nm) on the lower electrode, Co ₉ Fe ₁ (4 nm) as magnetic pinned layer C2, Al ₂ O ₃ (0.8 nm) as intermediate layer B2, and magnetic recording layer Co ₉ Fe ₁ (2.5 nm) as A, Cu (6 nm) as the intermediate layer B1, and Co ₉ Fe ₁ (5 nm) / Ru (1 nm) / Co ₉ Fe ₁ (6 nm) as the magnetic pinned structure P1, It has an antiparallel dual pin structure composed of a structure in which PtMn (15 nm) and an upper electrode are formed thereon.

サンプルＦ６０（図１４）は、下側電極の上に、ＰｔＭｎ（２０ｎｍ）、磁性固着層Ｃ２としてＣｏ_９Ｆｅ_１（４ｎｍ）、中間層Ｂ２としてＡｌ_２Ｏ_３（０．８ｎｍ）、磁性記録層ＡとしてＣｏ_９Ｆｅ_１（２．５ｎｍ）、中間層Ｂ１としてＣｕ（６ｎｍ）、磁性固着層Ｃ１としてＣｏ_９Ｆｅ_１（６ｎｍ）が積層され、その上にＰｔＭｎ（１５ｎｍ）、上側電極が形成された構造からなる反平行デュアルピン構造をもつ。 Sample F60 (FIG. 14) has PtMn (20 nm) on the lower electrode, Co ₉ Fe ₁ (4 nm) as the magnetic pinned layer C2, Al ₂ O ₃ (0.8 nm) as the intermediate layer B2, and a magnetic recording layer Co ₉ Fe ₁ (2.5 nm) as A, Cu (6 nm) as the intermediate layer B1, Co ₉ Fe ₁ (6 nm) as the magnetic pinned layer C1, and PtMn (15 nm) and the upper electrode are formed thereon. It has an antiparallel dual pin structure.

サンプルＧ６０（図２２）は、下側電極の上に、ＰｔＭｎ（２０ｎｍ）、磁性固着構造Ｐ２としてＣｏ_９Ｆｅ_１（４ｎｍ）／Ｒｕ（１ｎｍ）／Ｃｏ_９Ｆｅ_１（４ｎｍ）／Ｒｕ（１ｎｍ）／Ｃｏ_９Ｆｅ_１（３ｎｍ）、中間層Ｂ２としてＡｌ_２Ｏ_３（０．８ｎｍ）、磁性記録層ＡとしてＣｏ_９Ｆｅ_１（２．５ｎｍ）、中間層Ｂ１としてＣｕ（６ｎｍ）、磁性固着構造Ｐ１としてＣｏ_９Ｆｅ_１（５ｎｍ）／Ｒｕ（１ｎｍ）／Ｃｏ_９Ｆｅ_１（６ｎｍ）が積層され、その上にＰｔＭｎ（１５ｎｍ）、上側電極が形成された構造からなる反平行デュアルピン構造を有する。 Sample G60 (FIG. 22) has PtMn (20 nm) on the lower electrode, and Co ₉ Fe ₁ (4 nm) / Ru (1 nm) / Co ₉ Fe ₁ (4 nm) / Ru (1 nm) as the magnetic pinned structure P2. / Co ₉ Fe ₁ (3 nm), Al ₂ O ₃ (0.8 nm) as the intermediate layer B2, Co ₉ Fe ₁ (2.5 nm) as the magnetic recording layer A, Cu (6 nm) as the intermediate layer B1, magnetic fixed structure Co ₉ Fe ₁ (5 nm) / Ru (1 nm) / Co ₉ Fe ₁ (6 nm) is laminated as P1, and has an antiparallel dual pin structure composed of PtMn (15 nm) and an upper electrode formed thereon. .

サンプルＨ６０（図４５）は、下側電極の上に、ＰｔＭｎ（２０ｎｍ）、磁性固着構造Ｐ２としてＣｏ_９Ｆｅ_１（４ｎｍ）／Ｒｕ（１ｎｍ）／Ｃｏ_９Ｆｅ_１（４ｎｍ）／Ｒｕ（１ｎｍ）／Ｃｏ_９Ｆｅ_１（３ｎｍ）、中間層Ｂ２としてＡｌ_２Ｏ_３（０．８ｎｍ）、磁性記録層ＡとしてＣｏ_９Ｆｅ_１（２．５ｎｍ）、中間層Ｂ１としてＣｕ（６ｎｍ）、磁性固着層Ｃ１としてＣｏ_９Ｆｅ_１（６ｎｍ）が積層され、その上にＰｔＭｎ（１５ｎｍ）、上側電極が形成された構造からなる反平行デュアルピン構造を有する。 Sample H60 (FIG. 45) has PtMn (20 nm) on the lower electrode, and Co ₉ Fe ₁ (4 nm) / Ru (1 nm) / Co ₉ Fe ₁ (4 nm) / Ru (1 nm) as the magnetic pinned structure P2. / Co ₉ Fe ₁ (3 nm), Al ₂ O ₃ (0.8 nm) as the intermediate layer B ₂ , Co ₉ Fe ₁ (2.5 nm) as the magnetic recording layer A, Cu (6 nm) as the intermediate layer B ₁ , magnetic pinned layer As C1, Co ₉ Fe ₁ (6 nm) is laminated, and PtMn (15 nm) and an upper electrode are formed on the Co ₉ Fe ₁ (6 nm).

エレメントサイズは、全てのサンプルにおいて５０ｎｍ×１２０ｎｍである。サンプルＡ６０〜Ｈ６０について、微分抵抗変化の電流依存性から求めた臨界電流Ｉｃの平均値を求めた。その結果は以下の如くである。

サンプル臨界電流Ｉｃの平均（ｍＡ）
Ａ６００．３６
Ｂ６００．６０
Ｃ６００．２９
Ｄ６００．５４
Ｅ６００．３２
Ｆ６００．５５
Ｇ６００．２８
Ｈ６００．５３

いずれの本発明のサンプルについてもＩｃが低いという結果が得られた。サンプルＡ６０とＢ６０とを比較すると、上部の磁性固着層が単一の磁性層Ｃ１の場合（図１４）よりも、磁化が反平行に配置した磁性固着構造Ｐ１を設けた場合（図１５）のほうが、より小さな臨界電流Ｉｃが得られる。同様に、サンプルＣ６０（図２２）とサンプルＤ６０（図４５）との比較、サンプルＥ６０（図１５）とサンプルＦ６０（図１４）との比較、サンプルＧ６０（図２２）とサンプルＨ６０（図４５）との比較、のいずれにおいても、上部の磁性固着層が単一の磁性層Ｃ１の場合（図１４、図４５）よりも、磁化が反平行に配置した磁性固着構造Ｐ１を設けた場合（図１５、図２２）のほうが、より小さな臨界電流Ｉｃが得られる。 The element size is 50 nm × 120 nm for all samples. For samples A60 to H60, the average value of the critical current Ic determined from the current dependency of the differential resistance change was determined. The results are as follows.

Sample Average of critical current Ic (mA)
A60 0.36
B60 0.60
C60 0.29
D60 0.54
E60 0.32
F60 0.55
G60 0.28
H60 0.53

The results of low Ic were obtained for any of the inventive samples. Comparing samples A60 and B60, the magnetic pinned structure P1 in which the magnetization is arranged in antiparallel is provided (FIG. 15), compared to the case where the upper magnetic pinned layer is a single magnetic layer C1 (FIG. 14). The smaller critical current Ic is obtained. Similarly, comparison between sample C60 (FIG. 22) and sample D60 (FIG. 45), comparison between sample E60 (FIG. 15) and sample F60 (FIG. 14), sample G60 (FIG. 22) and sample H60 (FIG. 45). In both cases, the magnetic pinned structure P1 in which the magnetization is arranged in antiparallel is provided (FIG. 14 and FIG. 45) as compared with the case where the upper magnetic pinned layer is a single magnetic layer C1 (FIGS. 14 and 45). 15, FIG. 22) provides a smaller critical current Ic.

すなわち、磁化固着構造として、反平行結合した磁性層と非磁性層との積層膜を用いることにより、臨界電流Ｉｃを下げる効果が顕著であることが確認できた。なお、中間層Ｂ２の材料が絶縁体以外の場合においても同様の効果が得られた。また、また磁性記録層Ａが３層の磁性層により構成される場合も、同様の効果が得られた。

（第１４の実施例）
次に、本発明の第１４実施例として、エレメントサイズを６０ｎｍ×１３０ｎｍとして、以下に説明する構造をもつセルを作製し、臨界電流Ｉｃの平均を求めた。本実施例のサンプルを下部電極から見た積層構造と、臨界電流Ｉｃの測定結果を以下に表す。この結果から、本発明によれば、低消費電力で書込みが可能な磁気セルを提供できることがわかる。

サンプルＡ７０：ＡＦ２（ＰｔＭｎ：２０ｎｍ）／Ｃ２（Ｃｏ_９Ｆｅ_１：２０ｎｍ）／Ｂ２（ＭｇＯ：１ｎｍ）／Ａ（Ｃｏ_９Ｆｅ_１：２．５ｎｍ）／Ｂ１（Ｃｕ：６ｎｍ）／Ｃ１（Ｃｏ_９Ｆｅ_１：５ｎｍ）／ＡＣ（Ｒｕ：１ｎｍ）／ＦＭ（Ｃｏ_９Ｆｅ_１：５ｎｍ）／ＡＦ１（ＰｔＭｎ：１５ｎｍ）
Ｉｃ平均：０．６７ｍＡ

サンプルＡ７１：ＡＦ２（ＰｔＩｒＭｎ：１７ｎｍ）／ＦＭ（Ｃｏ_９Ｆｅ_１：４ｎｍ）／ＡＣ（Ｒｕ：１ｎｍ）／Ｃ２（Ｃｏ_９Ｆｅ_１：４ｎｍ）／Ｂ２（ＭｇＯ：１ｎｍ）／Ａ３（Ｃｏ_９Ｆｅ_１：０．８ｎｍ）／Ａ２（ＮｉＦｅ：０．８）／Ａ１（Ｃｏ_９Ｆｅ_１：０．８ｎｍ）／Ｂ１（Ｃｕ：６ｎｍ）／Ｃ１（Ｃｏ_９Ｆｅ_１：４ｎｍ）／ＡＦ１（ＰｔＩｒＭｎ：１７ｎｍ）
Ｉｃ平均：０．４１ｍＡ

サンプルＡ７２：ＡＦ２（ＰｔＭｎ：２０ｎｍ）／Ｃ２（Ｃｏ_９Ｆｅ_１：２０ｎｍ）／Ｂ２（Ｓｉ−Ｏ−Ｎ：１ｎｍ）／Ａ３（Ｃｏ_９Ｆｅ_１：０．８ｎｍ）／Ａ２（ＮｉＦｅ：０．８ｎｍ）／Ａ１（Ｃｏ_９Ｆｅ_１：０．８ｎｍ）／Ｂ１（Ｃｕ：６ｎｍ）／Ｃ１（Ｃｏ_９Ｆｅ_１：４ｎｍ）／ＡＣ（Ｒｕ：１ｎｍ）／ＦＭ（Ｃｏ_９Ｆｅ_１：４ｎｍ）／ＡＦ２（ＰｔＭｎ：１５ｎｍ）
Ｉｃ平均：０．６７ｍＡ

サンプルＡ７３：ＡＦ２（ＰｔＭｎ：１５ｎｍ）／Ｃ２（Ｃｏ_９Ｆｅ_１：２０ｎｍ）／Ｂ２（ＳｉＯ_２ｗｉｔｈｈｏｌｅｓ：５ｎｍ）／Ａ（Ｃｏ_９Ｆｅ_１：３ｎｍ）／Ｂ１（Ｃｕ：８ｎｍ）／Ｃ１（Ｃｏ_９Ｆｅ_１：４ｎｍ）／ＡＣ（Ｒｕ：１ｎｍ）／ＦＭ（Ｃｏ_９Ｆｅ_１：４ｎｍ）／ＡＦ１（ＰｔＭｎ：１５ｎｍ）
Ｉｃ平均：０．５９ｍＡ

サンプルＡ７４：ＡＦ２（ＩｒＭｎ：１９ｎｍ）／Ｃ２（Ｃｏ_８Ｆｅ_２：４ｎｍ）／Ｂ２（ＭｇＯ：１ｎｍ）／Ａ３（Ｃｏ_８Ｆｅ_２：０．８ｎｍ）／Ａ２（ＮｉＦｅＣｏ：０．８ｎｍ）／Ａ１（Ｃｏ_８Ｆｅ_２：０．８ｎｍ）／Ｂ１（Ｃｕ：６ｎｍ）／Ｃ１（Ｃｏ_８Ｆｅ_２：４ｎｍ）／ＡＣ（Ｒｕ：１ｎｍ）／ＦＭ（Ｃｏ_８Ｆｅ_２：４ｎｍ）／ＡＦ１（ＩｒＭｎ：１９ｍ）
Ｉｃ平均：０．８２ｍＡ

サンプルＡ７５：ＡＦ２（ＰｔＭｎ：２０ｎｍ）／Ｃ２（Ｃｏ_９Ｆｅ_１：２０ｎｍ）／Ｂ２（Ｃｕ：６ｎｍ）／Ａ３（Ｃｏ_９Ｆｅ_１：０．８ｎｍ）／Ａ２（ＮｉＦｅ：０．８ｎｍ）／Ａ１（Ｃｏ_９Ｆｅ_１：０．８ｎｍ）／Ｂ１（Ｃｕ：０．６ｎｍ）／Ｂ１（Ａｌ_２Ｏ_３ with holes stacked with Ｃｕ：３ｎｍ）／Ｂ１（Ｃｕ：０．６ｎｍ）／Ｃ１（Ｃｏ_９Ｆｅ_１：４ｎｍ）／ＡＣ（Ｒｕ：１ｎｍ）／ＦＭ（Ｃｏ_９Ｆｅ_１：４ｎｍ）／ＡＦ１（ＰｔＭｎ：１５ｎｍ）
Ｉｃ平均：０．５７ｍＡ

サンプルＡ７６：ＡＦ２（ＰｔＭｎ：１０ｎｍ）／ＦＭ（Ｃｏ_９Ｆｅ_１：４ｎｍ）／ＡＣ（Ｒｕ：１ｎｍ）／Ｃ２（Ｃｏ_９Ｆｅ_１：２０ｎｍ）／Ｂ２（ＭｇＯ：０．８ｎｍ）／Ａ（Ｃｏ_９Ｆｅ_１：３ｎｍ）／Ｂ１（Ｃｕ：６ｎｍ）／Ｃ１（Ｃｏ_９Ｆｅ_１：５ｎｍ）／ＡＦ１（ＰｔＭｎ：１５ｎｍ）
Ｉｃ平均：０．８３ｍＡ

サンプルＡ７７：ＡＦ２（ＰｔＭｎ：１５ｎｍ）／ＦＭ（Ｃｏ_９Ｆｅ_１：４ｎｍ）／ＡＣ（Ｒｕ：１ｎｍ）／Ｃ２（Ｃｏ_９Ｆｅ_１：４ｎｍ）／Ｂ２（Ａｌ_２Ｏ_３：０．７ｎｍ）／Ａ３（Ｃｏ_９Ｆｅ_１：０．６ｎｍ）／Ａ２（ＮｉＦｅ：１ｎｍ）／Ａ１（Ｃｏ_９Ｆｅ_１：０．６ｎｍ）／Ｂ１（Ｃｕ：８ｎｍ）／Ｃ１（Ｃｏ_９Ｆｅ_１：５ｎｍ）／ＡＦ１（ＰｔＭｎ：１５ｎｍ）
Ｉｃ平均：０．７８ｍＡ

サンプルＡ７８：ＡＦ２（ＰｔＩｒＭｎ：１５ｎｍ）／Ｃ２（Ｃｏ_９Ｆｅ_１：２０ｎｍ）／Ｂ２（Ａｌ_２Ｏ_３ with holes：３ｎｍ）／Ａ（Ｃｏ_９Ｆｅ_１：３．６ｎｍ）／Ｂ１（Ｃｕ：６ｎｍ）／Ｃ１（Ｃｏ_９Ｆｅ_１：５ｎｍ）／ＡＣ（Ｒｕ：１ｎｍ）／ＦＭ（Ｃｏ_９Ｆｅ_１：５ｎｍ）／ＡＦ１（ＰｔＩｒＭｎ：１５ｎｍ）
Ｉｃ平均：０．９０ｍＡ

サンプルＡ７９：ＡＦ２（ＰｔＭｎ：２０ｎｍ）／ＦＭ（Ｃｏ_９Ｆｅ_１：５ｎｍ）／ＡＣ（Ｒｕ：１ｎｍ）／Ｃ２（Ｃｏ_９Ｆｅ_１：５ｎｍ）／Ｂ２（Ｃｕ：６ｎｍ）／Ａ３（Ｃｏ_９Ｆｅ_１：０．６ｎｍ）／Ａ２（ＮｉＦｅ：１．２）／Ａ１（Ｃｏ_９Ｆｅ_１：０．６ｎｍ）／Ｂ１（Ｓｉ−Ｎ−Ｏ：１ｎｍ）／Ｃ１（Ｃｏ_９Ｆｅ_１：５ｎｍ）／ＡＦ１（ＰｔＭｎ：１５ｎｍ）
Ｉｃ平均：０．７８ｍＡ

（第１５の実施例）
次に、本発明の第１５の実施例として、リバースタイプの磁気抵抗効果を示す組合せを有する磁気セルと、ノーマルタイプとリバースタイプの磁気抵抗効果を示す組合せを有する磁気セルとをそれぞれ作成し評価した。 That is, it was confirmed that the effect of lowering the critical current Ic was significant by using a laminated film of a magnetic layer and a nonmagnetic layer that were antiparallel coupled as the magnetization fixed structure. The same effect was obtained when the material of the intermediate layer B2 was other than an insulator. The same effect was obtained when the magnetic recording layer A was composed of three magnetic layers.

(Fourteenth embodiment)
Next, as a fourteenth embodiment of the present invention, a cell having a structure described below was manufactured with an element size of 60 nm × 130 nm, and the average critical current Ic was obtained. The laminated structure of the sample of this example viewed from the lower electrode and the measurement result of the critical current Ic are shown below. From this result, it can be seen that according to the present invention, a magnetic cell capable of writing with low power consumption can be provided.

Sample A70: AF2 (PtMn: 20 nm) / C2 (Co ₉ Fe ₁ : 20 nm) / B2 (MgO: 1 nm) / A (Co ₉ Fe ₁ : 2.5 nm) / B1 (Cu: 6 nm) / C1 (Co ₉ Fe ₁ : 5 nm) / AC (Ru: 1 nm) / FM (Co ₉ Fe ₁ : 5 nm) / AF1 (PtMn: 15 nm)
Ic average: 0.67 mA

Sample A71: AF2 (PtIrMn: 17 nm) / FM (Co ₉ Fe ₁ : 4 nm) / AC (Ru: 1 nm) / C2 (Co ₉ Fe ₁ : 4 nm) / B2 (MgO: 1 nm) / A3 (Co ₉ Fe ₁ : 0.8 nm) / A2 (NiFe: 0.8) / A1 (Co ₉ Fe ₁ : 0.8 nm) / B1 (Cu: 6 nm) / C1 (Co ₉ Fe ₁ : 4 nm) / AF1 (PtIrMn: 17 nm )
Ic average: 0.41 mA

Sample A72: AF2 (PtMn: 20 nm) / C2 (Co ₉ Fe ₁ : 20 nm) / B2 (Si—O—N: 1 nm) / A3 (Co ₉ Fe ₁ : 0.8 nm) / A2 (NiFe: 0.8 nm) ) / A1 (Co ₉ Fe ₁ : 0.8 nm) / B1 (Cu: 6 nm) / C1 (Co ₉ Fe ₁ : 4 nm) / AC (Ru: 1 nm) / FM (Co ₉ Fe ₁ : 4 nm) / AF2 (PtMn: 15 nm)
Ic average: 0.67 mA

Sample A73: AF2 (PtMn: 15 nm) / C2 (Co ₉ Fe ₁ : 20 nm) / B2 (SiO ₂ with holes: 5 nm) / A (Co ₉ Fe ₁ : 3 nm) / B1 (Cu: 8 nm) / C1 (Co ₉ Fe ₁ : 4 nm) / AC (Ru: 1 nm) / FM (Co ₉ Fe ₁ : 4 nm) / AF1 (PtMn: 15 nm)
Ic average: 0.59 mA

Sample A74: AF2 (IrMn: 19 nm) / C2 (Co ₈ Fe ₂ : 4 nm) / B2 (MgO: 1 nm) / A3 (Co ₈ Fe ₂ : 0.8 nm) / A2 (NiFeCo: 0.8 nm) / A1 ( _{_{_{Co 8 Fe 2: 0.8nm) /}}} B1 (Cu: 6nm) / C1 (Co 8 Fe 2: 4nm) / AC (Ru: 1nm) / FM (Co 8 Fe 2: 4nm) / AF1 (IrMn: 19m)
Ic average: 0.82 mA

Sample A75: AF2 (PtMn: 20 nm) / C2 (Co ₉ Fe ₁ : 20 nm) / B2 (Cu: 6 nm) / A3 (Co ₉ Fe ₁ : 0.8 nm) / A2 (NiFe: 0.8 nm) / A1 (Co ₉ Fe ₁ : 0.8 nm) / B ₁ (Cu: 0.6 nm) / B ₁ (Al ₂ O ₃ with holes stacked with Cu: 3 nm) / B 1 (Cu: 0.6 nm) / C 1 (Co ₉ Fe ₁ : 4 nm) / AC (Ru: 1 nm) / FM (Co ₉ Fe ₁ : 4 nm) / AF1 (PtMn: 15 nm)
Ic average: 0.57 mA

Sample A76: AF2 (PtMn: 10 nm) / FM (Co ₉ Fe ₁ : 4 nm) / AC (Ru: 1 nm) / C2 (Co ₉ Fe ₁ : 20 nm) / B2 (MgO: 0.8 nm) / A (Co ₉ Fe ₁ : 3 nm) / B1 (Cu: 6 nm) / C1 (Co ₉ Fe ₁ : 5 nm) / AF1 (PtMn: 15 nm)
Ic average: 0.83 mA

Sample A77: AF2 (PtMn: 15 nm) / FM (Co ₉ Fe ₁ : 4 nm) / AC (Ru: 1 nm) / C2 (Co ₉ Fe ₁ : 4 nm) / B2 (Al ₂ O ₃ : 0.7 nm) / A3 (Co ₉ Fe ₁ : 0.6 nm) / A2 (NiFe: 1 nm) / A1 (Co ₉ Fe ₁ : 0.6 nm) / B1 (Cu: 8 nm) / C1 (Co ₉ Fe ₁ : 5 nm) / AF1 (PtMn: 15 nm)
Ic average: 0.78 mA

Sample A78: AF2 (PtIrMn: 15 nm) / C2 (Co ₉ Fe ₁ : 20 nm) / B2 (Al ₂ O ₃ with holes: 3 nm) / A (Co ₉ Fe ₁ : 3.6 nm) / B1 (Cu: 6 nm) ) / C1 (Co ₉ Fe ₁ : 5 nm) / AC (Ru: 1 nm) / FM (Co ₉ Fe ₁ : 5 nm) / AF1 (PtIrMn: 15 nm)
Ic average: 0.90 mA

Sample A79: AF2 (PtMn: 20 nm) / FM (Co ₉ Fe ₁ : 5 nm) / AC (Ru: 1 nm) / C2 (Co ₉ Fe ₁ : 5 nm) / B2 (Cu: 6 nm) / A3 (Co ₉ Fe ₁ : 0.6 nm) / A2 (NiFe: 1.2) / A1 (Co ₉ Fe ₁ : 0.6 nm) / B1 (Si—N—O: 1 nm) / C1 (Co ₉ Fe ₁ : 5 nm) / AF1 ( (PtMn: 15 nm)
Ic average: 0.78 mA

(15th Example)
Next, as a fifteenth embodiment of the present invention, a magnetic cell having a combination showing a reverse type magnetoresistance effect and a magnetic cell having a combination showing a normal type and a reverse type magnetoresistance effect are respectively prepared and evaluated. did.

図４６は、本実施において作成した磁気セルの断面構造を表す模式図である。この磁気セル（サンプルＸ）においては、磁性固着層Ｃ１と中間層Ｂ１と磁性記録層Ａは、リバースタイプの磁気抵抗効果を示し、また磁性固着層Ｃ２と中間層Ｂ２と磁性記録層Ａも、リバースタイプの磁気抵抗効果を示す。 FIG. 46 is a schematic diagram showing a cross-sectional structure of a magnetic cell created in the present embodiment. In this magnetic cell (sample X), the magnetic pinned layer C1, the intermediate layer B1, and the magnetic recording layer A exhibit a reverse type magnetoresistance effect, and the magnetic pinned layer C2, the intermediate layer B2, and the magnetic recording layer A also Reverse type magnetoresistance effect is shown.

また、図４７は、比較例の磁気セルの断面構造を表す模式図である。この磁気セル（サンプルＹ）においては、磁性固着層Ｃ１と中間層Ｂ１と磁性記録層Ａは、リバースタイプの磁気抵抗効果を示し、磁性固着層Ｃ２と中間層Ｂ２と磁性記録層Ａは、ノーマルタイプの磁気抵抗効果を示す。それぞれの層構造は次のとおりである。

サンプルＸ：Ｆｅ_３Ｏ_４／ＳｒＴｉＯ_３（ＳＴＯ）／Ｌａ_０．７Ｓｒ_０．３ＭｎＯ_３（ＬＳＭＯ）／ＳｒＴｉＯ_３／ＣｏＦｅ／ＰｔＭｎ

サンプルＹ：Ｆｅ_３Ｏ_４／ＳｒＴｉＯ_３／Ｌａ_０．７Ｓｒ_０．３ＭｎＯ_３／ＳｒＴｉＯ_３／Ｌａ_０．７Ｓｒ_０．３ＭｎＯ_３／ＣｏＦｅ／ＰｔＭｎ

ここでＦｅ_３Ｏ_４／ＳＴＯ／ＬＳＭＯと、ＬＳＭＯ／ＳＴＯ／ＣｏＦｅは、ともに、磁場の印加とともに抵抗は大きくなった。すなわち、２つの磁性層の磁化が平行時の抵抗が反平行の場合のそれよりも大きくなった。つまり、リバースタイプの磁気抵抗効果を示すことが予め確認できた。 FIG. 47 is a schematic diagram showing a cross-sectional structure of a magnetic cell of a comparative example. In this magnetic cell (sample Y), the magnetic pinned layer C1, the intermediate layer B1, and the magnetic recording layer A exhibit a reverse type magnetoresistance effect, and the magnetic pinned layer C2, the intermediate layer B2, and the magnetic recording layer A are normal. Shows the type of magnetoresistive effect. Each layer structure is as follows.

Sample X: Fe ₃ O ₄ / SrTiO ₃ (STO) / La _0.7 Sr _0.3 MnO ₃ (LSMO) / SrTiO ₃ / CoFe / PtMn

Sample _{_{_{_{Y: Fe 3 O 4 / SrTiO}}}} 3 / La 0.7 Sr 0.3 MnO 3 / SrTiO 3 / La 0.7 Sr 0.3 MnO 3 / CoFe / PtMn

Here, in both Fe ₃ O ₄ / STO / LSMO and LSMO / STO / CoFe, the resistance increased as the magnetic field was applied. That is, the resistance when the magnetizations of the two magnetic layers are parallel is greater than that when the resistance is antiparallel. That is, it was confirmed in advance that a reverse type magnetoresistance effect was exhibited.

また、ＬＳＭＯ／ＳｒＴｉＯ_３／ＬＳＭＯ／ＣｏＦｅは、磁場の印加とともに抵抗は小さくなった。すなわち、２つの磁性層の磁化が平行時の抵抗が反平行の場合のそれよりも小さくなった。つまり、ノーマルタイプＭＲを示すことが予め確認できた。 Further, the resistance of LSMO / SrTiO ₃ / LSMO / CoFe decreased with the application of the magnetic field. That is, the resistance when the magnetizations of the two magnetic layers were parallel was smaller than that when the resistance was antiparallel. That is, it has been confirmed in advance that the normal type MR is indicated.

下側の固着磁性層Ｃ２を構成するＦｅ_３Ｏ_４として、単結晶基板を用いることで、下部電極として兼用した。ＳＴＯおよびＬＳＭＯ膜は、パルスレーザ法を用いて加熱基板上で成長させた。そして、スパッタチャンバーへサンプルを真空中で搬送し、ＣｏＦｅ層およびＰｔＭｎ層を形成し、さらに上側電極としてＴａ層を形成した。これらの膜形成のち、基板を磁場中アニール炉に導入し、ＰｔＭｎに接したＣｏＦｅ層に交換バイアスを導入し、一方向へ磁化を固着した。 By using a single crystal substrate as Fe ₃ O ₄ constituting the lower pinned magnetic layer C2, it was also used as a lower electrode. STO and LSMO films were grown on a heated substrate using a pulsed laser method. Then, the sample was transferred to the sputtering chamber in a vacuum, a CoFe layer and a PtMn layer were formed, and a Ta layer was formed as an upper electrode. After forming these films, the substrate was introduced into an annealing furnace in a magnetic field, an exchange bias was introduced into the CoFe layer in contact with PtMn, and magnetization was fixed in one direction.

次に、下部ＳＴＯ層まで削り、素子形成を行った。できあがった素子は、Ｆｅ_３Ｏ_４基板ごとピクチャーフレーム形状に加工されたマグネットの一辺へ載せ、Ｆｅ_３Ｏ_４の磁化方向を上側の磁性固着層Ｃ１と反平行の方向に固着した。 Next, the lower STO layer was shaved to form an element. The completed element was placed on one side of a magnet processed into a picture frame shape together with the Fe ₃ O ₄ substrate, and the magnetization direction of Fe ₃ O ₄ was fixed in an antiparallel direction to the upper magnetic pinned layer C1.

このようにして作製したサンプルＸとＹに対し、７７Ｋにて下部電極と上部電極との間に電流を流して、まず磁気抵抗を調べたところ、それぞれ１７％と５０％の値を得た。 For the samples X and Y produced in this way, current was passed between the lower electrode and the upper electrode at 77K, and when the magnetic resistance was first examined, values of 17% and 50% were obtained, respectively.

次に、７７Ｋにて微分抵抗の電流依存性を調べた。その結果、サンプルＸは、約プラス６０ｍＡおよびマイナス５５ｍＡを中心にして微分抵抗になだらかな、しかしほぼ磁気抵抗の変化に対応する変化が見られた。一方、サンプルＹは、プラスマイナス１００ｍＡの範囲で微分抵抗にある電流値での大きな変化は見られなかった。 Next, the current dependency of the differential resistance was examined at 77K. As a result, the sample X showed a gentle change in the differential resistance centered at about plus 60 mA and minus 55 mA, but a change corresponding to the change in the magnetoresistance. On the other hand, the sample Y did not show a large change in the current value at the differential resistance in the range of plus or minus 100 mA.

以上説明したように、中間層Ｂ１とＢ２を挟んだ積層構造がいずれもリバースタイプの磁気抵抗効果を示す磁気セル（サンプルＸ）は、低消費電力で書込みが可能であった。一方、中間層Ｂ１を介した磁気抵抗効果はリバースタイプであり、中間層Ｂ２を介した磁気抵抗効果がノーマルタイプである場合（サンプルＹ）は、書き込み電流を低減するという効果が得られないことが確認できた。

（第１６の実施例）
次に、本発明の第１６の実施例として、図１４に表した構造の磁気セルを作成した（サンプルＸＸ）。また、比較のため、図４８に表したように磁化が平行配置された２つの磁性固着層Ｃ１、Ｃ２をもつ磁気セル（サンプルＹＹ）を作成した。 As described above, the magnetic cell (sample X) in which the laminated structure sandwiching the intermediate layers B1 and B2 exhibits a reverse type magnetoresistive effect can be written with low power consumption. On the other hand, if the magnetoresistive effect via the intermediate layer B1 is the reverse type and the magnetoresistive effect via the intermediate layer B2 is the normal type (sample Y), the effect of reducing the write current cannot be obtained. Was confirmed.

(Sixteenth embodiment)
Next, as a sixteenth embodiment of the present invention, a magnetic cell having the structure shown in FIG. 14 was prepared (Sample XX). For comparison, a magnetic cell (sample YY) having two magnetic pinned layers C1 and C2 with magnetizations arranged in parallel as shown in FIG. 48 was prepared.

まず、本実施例において作成した２種類の磁気セル（サンプルＸＸ、サンプルＹＹ）について説明する。 First, two types of magnetic cells (sample XX, sample YY) created in the present embodiment will be described.

サンプルＸＸ（図１４）は、図示しない下側電極の上に、反強磁性層ＡＦ２としてＰｔＭｎ（１５ｎｍ）を形成し、この上に、磁性固着層Ｃ２としてＣｏ_９Ｆｅ_１（１２ｎｍ）、中間層Ｂ２として磁性記録層ＡとしてＣｏ_９Ｆｅ_１（２．５ｎｍ）、中間層Ｂ１としてＣｕ（６ｎｍ）、磁性固着層Ｃ１としてＣｏ_９Ｆｅ_１（６ｎｍ）、その上に反強磁性層ＡＦ１としてＩｒＭｎ（１５ｎｍ）、さらに図示しない上側電極が形成された構造からなる「反平行デュアルピン構造」を有する。 In Sample XX (FIG. 14), PtMn (15 nm) is formed as an antiferromagnetic layer AF2 on a lower electrode (not shown), and Co ₉ Fe ₁ (12 nm) is formed as a magnetic pinned layer C2 on the intermediate layer. As B2, Co ₉ Fe ₁ (2.5 nm) as the magnetic recording layer A, Cu (6 nm) as the intermediate layer B1, Co ₉ Fe ₁ (6 nm) as the magnetic pinned layer C1, and IrMn (as the antiferromagnetic layer AF1) 15 nm) and an “anti-parallel dual pin structure” having a structure in which an upper electrode (not shown) is formed.

一方、サンプルＹＹ（図４８）は、図示しない下側電極の上に、反強磁性層ＡＦ２としてＰｔＭｎ（１５ｎｍ）を形成し、この上に、磁性固着層Ｃ２としてＣｏ_９Ｆｅ_１（１２ｎｍ）、中間層Ｂ２としてＣｕ（４ｎｍ）、磁性記録層ＡとしてＣｏ_９Ｆｅ_１（２．５ｎｍ）、中間層Ｂ１としてＣｕ（６ｎｍ）、磁性固着層Ｃ１としてＣｏ_９Ｆｅ_１（６ｎｍ）、その上に、反強磁性層ＡＦ１としてＰｔＭｎ（１５ｎｍ）、さらに図示しない上側電極が形成された構造を有する。 On the other hand, in the sample YY (FIG. 48), PtMn (15 nm) is formed as the antiferromagnetic layer AF2 on the lower electrode (not shown), and Co ₉ Fe ₁ (12 nm) is formed as the magnetic pinned layer C2 thereon. Cu (4 nm) as the intermediate layer B2, Co ₉ Fe ₁ (2.5 nm) as the magnetic recording layer A, Cu (6 nm) as the intermediate layer B1, Co ₉ Fe ₁ (6 nm) as the magnetic pinned layer C1, The antiferromagnetic layer AF1 has a structure in which PtMn (15 nm) and an upper electrode (not shown) are formed.

以下に説明する作製方法により、サンプルＸＸの２つの磁性固着層Ｃ１、Ｃ２は反平行に固着し、一方、サンプルＹＹの２つの磁性固着層Ｃ１、Ｃ２は平行に固着した。 By the manufacturing method described below, the two magnetic pinned layers C1 and C2 of the sample XX were pinned antiparallel, while the two magnetic pinned layers C1 and C2 of the sample YY were pinned in parallel.

サンプルＸＸは、次のように作製した。
まず、ウェーハ上に下側電極を形成したのち、そのウェーハを超高真空スパッタ装置へ導入し、表面をスパッタクリーニングした後、ＰｔＭｎ（１５ｎｍ）／Ｃｏ_９Ｆｅ_１（１２ｎｍ）／Ｃｕ（４ｎｍ）／Ｃｏ_９Ｆｅ_１（２．５ｎｍ）／Ｃｕ（６ｎｍ）／Ｃｏ_９Ｆｅ_１（６ｎｍ）／ＩｒＭｎ（１５ｎｍ）という多層膜を堆積して、装置から取り出した。 Sample XX was produced as follows.
First, after the lower electrode is formed on the wafer, the wafer is introduced into an ultra-high vacuum sputtering apparatus, and after the surface is sputter-cleaned, PtMn (15 nm) / Co ₉ Fe ₁ (12 nm) / Cu (4 nm) / A multilayer film of Co ₉ Fe ₁ (2.5 nm) / Cu (6 nm) / Co ₉ Fe ₁ (6 nm) / IrMn (15 nm) was deposited and taken out from the apparatus.

次に、ウェーハを真空磁場炉へ入れ、２７０℃で１０時間、磁場中アニールを行い、固着層Ｃ１、Ｃ２に同一方向の交換バイアスを付与し、次に温度を２４０℃にして磁場極性を反転させ、１時間磁場中アニールを行い、固着層Ｃ１にＣ２と逆向きの交換バイアスを付与した。 Next, the wafer is put into a vacuum magnetic field furnace, annealed in a magnetic field at 270 ° C. for 10 hours, an exchange bias in the same direction is applied to the fixed layers C1 and C2, and then the temperature is changed to 240 ° C. to reverse the magnetic field polarity Then, annealing was performed in a magnetic field for 1 hour, and an exchange bias opposite to C2 was applied to the pinned layer C1.

次に、レジストを塗布してＥＢ（電子ビーム）描画装置にて電子ビーム露光した後、上述したエレメントサイズに対応したマスクパターンを形成した。このパターンに対してイオンミリング装置により磁性固着層Ｃ２の上部までミリングしてエレメントを形成した。 Next, a resist was applied and electron beam exposure was performed with an EB (electron beam) drawing apparatus, and then a mask pattern corresponding to the element size described above was formed. This pattern was milled to the upper part of the magnetic pinned layer C2 by an ion milling device to form an element.

一方、サンプルＹＹは、次のように作製した。
まず、ウェーハ上に下側電極を形成したのち、そのウェーハを超高真空スパッタ装置へ導入し、表面をスパッタクリーニングした後、ＰｔＭｎ（１５ｎｍ）／Ｃｏ_９Ｆｅ_１（１２ｎｍ）／Ｃｕ（４ｎｍ）／Ｃｏ_９Ｆｅ_１（２．５ｎｍ）／Ｃｕ（６ｎｍ）／Ｃｏ_９Ｆｅ_１（６ｎｍ）／ＰｔＭｎ（１５ｎｍ）という多層膜を堆積して、装置から取り出した。 On the other hand, the sample YY was produced as follows.
First, after the lower electrode is formed on the wafer, the wafer is introduced into an ultra-high vacuum sputtering apparatus, and after the surface is sputter-cleaned, PtMn (15 nm) / Co ₉ Fe ₁ (12 nm) / Cu (4 nm) / A multilayer film of Co ₉ Fe ₁ (2.5 nm) / Cu (6 nm) / Co ₉ Fe ₁ (6 nm) / PtMn (15 nm) was deposited and taken out from the apparatus.

次に、ウェーハを真空磁場炉へ入れ、２７０℃で１０時間、磁場中アニールを行い、固着層Ｃ１、Ｃ２に交換バイアスを付与した。
次に、レジストを塗布してＥＢ（電子ビーム）描画装置にて電子ビーム露光した後、上述したエレメントサイズに対応したマスクパターンを形成した。このパターンに対してイオンミリング装置により磁性固着層Ｃ２の上部までミリングしてエレメントを形成した。 Next, the wafer was put into a vacuum magnetic field furnace, annealed in a magnetic field at 270 ° C. for 10 hours, and an exchange bias was applied to the fixed layers C1 and C2.
Next, a resist was applied and electron beam exposure was performed with an EB (electron beam) drawing apparatus, and then a mask pattern corresponding to the element size described above was formed. This pattern was milled to the top of the magnetic pinned layer C2 by an ion milling device to form an element.

エレメントサイズ５０ｎｍ×１１０ｎｍ、８０ｎｍ×１６０ｎｍの２種類のサイズについて、上側電極と下側電極との間に電流をプラスマイナス１０ｍＡまで流して、微分抵抗の電流依存性を測定し、臨界電流Ｉｃの平均値を求めた。結果は以下の如くである。

サンプルサイズ臨界電流Ｉｃの平均（ｍＡ）
ＸＸ５０ｎｍ×１１０ｎｍ０．７０
ＸＸ８０ｎｍ×１６０ｎｍ１．８３
ＹＹ５０ｎｍ×１１０ｎｍ９．２２
ＹＹ８０ｎｍ×１６０ｎｍ反転せず

以上の結果から、参考サンプルとして作製した平行配置したデュアルピン構造は、反転電流の低減効果が得られないが、図１４に表した「反平行デュアルピン構造」とすることで低電流で書込みが可能であることがわかる。 For two types of element sizes of 50 nm × 110 nm and 80 nm × 160 nm, a current was passed between the upper electrode and the lower electrode up to plus / minus 10 mA, the current dependency of the differential resistance was measured, and the average critical current Ic The value was determined. The results are as follows.

Sample size Average critical current Ic (mA)
XX 50 nm × 110 nm 0.70
XX 80 nm × 160 nm 1.83
YY 50 nm × 110 nm 9.22
YY 80nm × 160nm without inversion

From the above results, the parallel-arranged dual pin structure produced as a reference sample does not have the effect of reducing the inversion current. However, the “anti-parallel dual pin structure” shown in FIG. It turns out that it is possible.

なお、サンプルＸＸの中間層Ｂ２として、ＭｇＯ、ＳｉＯ_２、Ｓｉ−Ｏ−Ｎ、ホールが形成されそのホールに磁性体あるいは導電性金属（Ｃｕ、Ａｇ、Ａｕ）が埋めこまれたＳｉＯ_２あるいはＡｌ_２Ｏ_３を用いた場合にも、上記と同様の傾向が得られることを確認した。

（第１７の実施例）
次に、本発明の第１７実施例として、本発明の磁気セルと、ＭＯＳＦＥＴ（Metal-Semicoductor-Oxide Field Effect Transistor）とを組み込んだ磁気メモリ（Magnetic Random Access Memory：ＭＲＡＭ）について説明する。 In addition, as the intermediate layer B2 of the sample XX, SiO ₂ or Al in which MgO, SiO ₂ , Si—O—N, a hole is formed and a magnetic material or a conductive metal (Cu, Ag, Au) is embedded in the hole. It was confirmed that the same tendency as above was obtained when ₂ O ₃ was used.

(Seventeenth embodiment)
Next, as a seventeenth embodiment of the present invention, a magnetic memory (Magnetic Random Access Memory: MRAM) incorporating the magnetic cell of the present invention and a MOSFET (Metal-Semicoductor-Oxide Field Effect Transistor) will be described.

図４９は、本実施例の磁気メモリのメモリセルの断面構造を表す模式図である。この磁気メモリは、図３１に表した等価回路を有する。ただし、ビット線とワード線の割り当てについては、図示したものとは逆にした。すなわち、このメモリセルは、本発明の磁気セル１０とＭＯＳＦＥＴ（ＴＲ）とを有する。このメモリセルは、マトリクス状に設けられ、それぞれがビット線ＢＬとワード線ＷＬに接続されている。特定のメモリセルの選択は、そのメモリセルに接続されたビット線ＢＬと、ＭＯＳＦＥＴ（ＴＲ）のゲートＧに接続されたワード線ＷＬとを選択することにより実行される。 FIG. 49 is a schematic diagram showing a cross-sectional structure of a memory cell of the magnetic memory of this example. This magnetic memory has an equivalent circuit shown in FIG. However, the assignment of bit lines and word lines was reversed from that shown. That is, this memory cell has the magnetic cell 10 and MOSFET (TR) of the present invention. The memory cells are provided in a matrix and are connected to the bit line BL and the word line WL, respectively. A specific memory cell is selected by selecting a bit line BL connected to the memory cell and a word line WL connected to the gate G of the MOSFET (TR).

図４９（ａ）及び（ｂ）は、書き込み動作を説明するための概念図である。すなわち、磁気セル１０への書きこみは、ビット線ＢＬを通して磁気セル１０へ電流を流すことにより行う。磁化反転電流Ｉｃより大きい書きこみ電流Ｉｗを流すことで、磁性記録層Ａに信号を書きこむ。磁気セル１０がノーマルタイプのＭＲとノーマルタイプのＭＲとの組合せからなる場合には、電子が最初に流れた磁性固着層の磁化の向きと同方向になるように、磁性記録層の磁化が書きこまれる。従って、書き込み電流Ｉｗの極性に応じて、磁性記録層Ａの磁化の方向が変化し、同図（ａ）に表したように「０」を書き込み、同図（ｂ）に表したように「１」を書きこむことができる。なお、「０」と「１」の割り当ては、逆にしてもよい。 49A and 49B are conceptual diagrams for explaining the write operation. That is, the writing to the magnetic cell 10 is performed by flowing a current to the magnetic cell 10 through the bit line BL. A signal is written in the magnetic recording layer A by passing a write current Iw larger than the magnetization reversal current Ic. When the magnetic cell 10 is composed of a combination of a normal type MR and a normal type MR, the magnetization of the magnetic recording layer is written so that the direction of magnetization of the magnetic pinned layer where electrons first flowed is the same. I'm stuck. Therefore, the magnetization direction of the magnetic recording layer A changes according to the polarity of the write current Iw, and “0” is written as shown in FIG. 9A, and “0” is written as shown in FIG. 1 ”can be written. The assignment of “0” and “1” may be reversed.

図４９（ｃ）及び（ｄ）は、読み出し動作を説明するための概念図である。読み出しは、磁気セル１０の抵抗の大きさで検出する。センス電流Ｉｒの向きはどちらの向きでもよいが、センス電流Ｉｒは、磁化反転電流Ｉｃよりも小さくする必要がある。 49 (c) and 49 (d) are conceptual diagrams for explaining a read operation. Reading is detected by the magnitude of the resistance of the magnetic cell 10. The direction of the sense current Ir may be either direction, but the sense current Ir needs to be smaller than the magnetization reversal current Ic.

図４９に表した構造において、下側の中間層Ｂ２の抵抗が上側の中間層Ｂ１の抵抗に比べて大きいとすると、同図（ｃ）に表した方向にセンス電流Ｉｒを流した場合には抵抗が大きく、同図（ｄ）に表した方向にセンス電流Ｉｒを流した場合には抵抗が小さい。この抵抗の違いを電圧として検出することによって読み出しが可能となる。そこで、例えば、同図（ｃ）に表した場合を「０」、同図（ｄ）に表した場合を「１」と割り当てることができる。但し、「０」と「１」の割り当ては、逆にしてもよい。 In the structure shown in FIG. 49, assuming that the resistance of the lower intermediate layer B2 is larger than the resistance of the upper intermediate layer B1, the sense current Ir flows in the direction shown in FIG. The resistance is large, and the resistance is small when the sense current Ir is passed in the direction shown in FIG. Reading is possible by detecting the difference in resistance as a voltage. Therefore, for example, the case shown in FIG. 10C can be assigned “0”, and the case shown in FIG. However, the assignment of “0” and “1” may be reversed.

以下、本実施例の磁気メモリについて、具体例を参照しつつさらに詳細に説明する。
ＭＯＳＦＥＴが形成されたウェーハに、まず下部配線および下側電極部を形成したのち、Ｔａ（５ｎｍ）／Ｒｕ（２ｎｍ）／ＰｔＭｎ（１５ｎｍ）／Ｃｏ_９Ｆｅ_１（１５ｎｍ）／Ａｌ_２Ｏ_３（０．８ｎｍ）／Ｃｏ_９Ｆｅ_１（０．６ｎｍ）／ＮｉＦｅ（１．２ｎｍ）／Ｃｏ_９Ｆｅ_１（０．６ｎｍ）／Ｃｕ（６ｎｍ）／Ｃｏ_９Ｆｅ_１（４ｎｍ）／Ｒｕ（１ｎｍ）／Ｃｏ_９Ｆｅ_１（４ｎｍ）／ＰｔＭｎ（１５ｎｍ）なる多層膜を成長させた。そして、この多層膜に微細加工を施して素子化した。 Hereinafter, the magnetic memory of this embodiment will be described in more detail with reference to specific examples.
First, a lower wiring and a lower electrode portion are formed on a wafer on which a MOSFET is formed, and then Ta (5 nm) / Ru (2 nm) / PtMn (15 nm) / Co ₉ Fe ₁ (15 nm) / Al ₂ O ₃ (0 _{_{_{_{.8nm) / Co 9 Fe 1 (}}}} 0.6nm) / NiFe (1.2nm) / Co 9 Fe 1 (0.6nm) / Cu (6nm) / Co 9 Fe 1 (4nm) / Ru (1nm) / Co _A multilayer film of ₉ Fe ₁ (4 nm) / PtMn (15 nm) was grown. Then, the multilayer film was finely processed to form an element.

その際、図５０に表したように、中間層Ｂ２のＡｌ_２Ｏ_３層上部でイオンミリングを止めた。これは、中間層Ｂ２となるＡｌ_２Ｏ_３層をイオンミリングすると、その側面に、ミリングされた材料が再付着（リデポジション）してＡｌ_２Ｏ_３の側面で電流リークが生ずる場合があるからである。これに対して、図５０に表したように中間層Ｂ２のＡｌ_２Ｏ_３層をイオンミリングによりエッチングしなければ、リデポジションによる電流リークを防ぐことができる。 At that time, as shown in FIG. 50, the ion milling was stopped at the upper part of the Al ₂ O ₃ layer of the intermediate layer B2. This is because when the Al ₂ O ₃ layer serving as the intermediate layer B2 is ion-milled, the milled material is redeposited on the side surface (redeposition), and current leakage may occur on the side surface of the Al ₂ O _3. It is. On the other hand, current leakage due to redeposition can be prevented unless the Al ₂ O ₃ layer of the intermediate layer B2 is etched by ion milling as shown in FIG.

磁気セルの積層構造をパターニングにより形成したら、その上部に配線を形成し、２×２のマトリクス状の磁気メモリを作製した。 When the laminated structure of the magnetic cell was formed by patterning, a wiring was formed on the upper part to produce a 2 × 2 matrix-shaped magnetic memory.

得られた磁気メモリにおいて、ワード線ＷＬとビット線ＢＬとを選択することでメモリセルを選択した。
書き込み電流を（１）プラスマイナス０．１５ｍＡ、２０ミリ秒のパルス電流、（２）プラスマイナス０．５ｍＡ、１０ミリ秒のパルス電流、（３）プラスマイナス２ｍＡ、０．８ナノ秒、の３通りとしてテストした。読み出しは、０．１ｍＡのセンス電流を流し、電圧を読み取ることで行った。その結果、上記（１）の条件の場合、書きこみ後の抵抗変化が見られず、記録されていないことが明らかとなった。 In the obtained magnetic memory, a memory cell was selected by selecting a word line WL and a bit line BL.
Write current (1) plus or minus 0.15 mA, pulse current of 20 milliseconds, (2) plus or minus 0.5 mA, pulse current of 10 milliseconds, (3) plus or minus 2 mA, 0.8 nanoseconds 3 Tested as street. Reading was performed by flowing a sense current of 0.1 mA and reading the voltage. As a result, in the case of the above condition (1), it was clarified that the resistance change after writing was not seen and recorded.

上記（２）の条件の場合、始めにマイナス０．５ｍＡの書き込み電流Ｉｗを流した場合に、低抵抗状態から高抵抗状態へ抵抗が変化した。しかし、その後、極性を反転させた電流パルスで書きこみを行っても、抵抗は高抵抗状態を保ったままであった。これから、一方向のみ信号書き込みできたことが分かる。 Under the condition (2), the resistance changed from the low resistance state to the high resistance state when a write current Iw of minus 0.5 mA was first supplied. However, even after writing with a current pulse with the polarity reversed, the resistance remained in a high resistance state. From this, it can be seen that the signal could be written in only one direction.

上記（３）の条件の場合、書き込み電流Ｉｗの極性に応じて抵抗が変化し、「０」信号と「１」信号ともに書き込むことができた。 Under the condition (3), the resistance changed according to the polarity of the write current Iw, and it was possible to write both the “0” signal and the “1” signal.

また、１０ナノ秒の０．３ｍＡのパルス電流を図示しないワード線へ印加することで、先ほど書き込みが不充分であった（２）の条件においても書き込むことが可能となった。これは、追加したワード線から発生した電流磁界が、スピン偏極電子による磁化反転を促進したからである。 In addition, by applying a pulse current of 0.3 mA for 10 nanoseconds to a word line (not shown), it was possible to write even under the condition (2) where the writing was insufficient earlier. This is because the current magnetic field generated from the added word line promoted magnetization reversal by spin-polarized electrons.

以上より、本発明の磁気メモリは、低電流で記録が可能な磁気メモリに適していることを示した。 From the above, it has been shown that the magnetic memory of the present invention is suitable for a magnetic memory capable of recording at a low current.

なお、本発明の磁気メモリにおいてメモリセルを選択する方法は、ＭＯＳＦＥＴ以外にもある。
図５１は、ダイオードを用いた磁気メモリを表す模式図である。すなわち、縦横マトリクス状に配線されたビット線ＢＬとワード線ＷＬの交差点の付近に、本発明の磁気セル１０と、ダイオードＤとが直列に接続されている。 There are other methods for selecting a memory cell in the magnetic memory of the present invention besides MOSFET.
FIG. 51 is a schematic diagram showing a magnetic memory using a diode. That is, the magnetic cell 10 of the present invention and the diode D are connected in series near the intersection of the bit line BL and the word line WL wired in a matrix form.

この磁気メモリの場合、ワード線ＷＬとビット線ＢＬとを指定することで特定のメモリセルにアクセスできる。この場合、ダイオードＤは、選択されたワード線ＷＬ及びビット線ＢＬに接続された他のメモリセルを流れる電流成分を遮断する役割を有する。

（第１８の実施例）
次に、本発明の第１８の実施例として図２６に表したプローブアクセス型の磁気メモリについて説明する。 In the case of this magnetic memory, a specific memory cell can be accessed by designating the word line WL and the bit line BL. In this case, the diode D has a role of blocking current components flowing through other memory cells connected to the selected word line WL and bit line BL.

(Eighteenth embodiment)
Next, a probe access type magnetic memory shown in FIG. 26 will be described as an eighteenth embodiment of the present invention.

本実施例においては、図２７に表した記録再生一体型の磁気素子を基板上に形成した。
まず、ウェーハに下部配線を形成したのち、複数の磁気セルに共通接続される下側電極ＬＥを形成した。そして、このウェーハ上に、Ｔａ（５ｎｍ）／Ｒｕ（２ｎｍ）／ＰｔＭｎ（１５ｎｍ）／Ｃｏ_９Ｆｅ_１（１５ｎｍ）／Ａｌ_２Ｏ_３（０．８ｎｍ）／Ｃｏ_９Ｆｅ_１（２ｎｍ）／Ｃｕ（６ｎｍ）／Ｃｏ_９Ｆｅ_１（４ｎｍ）／Ｒｕ（１ｎｍ）／Ｃｏ_９Ｆｅ_１（４ｎｍ）／ＰｔＭｎ（１５ｎｍ）／Ｐｔ（２ｎｍ）という積層構造の多層膜を成長させた。 In this example, the recording / reproducing integrated magnetic element shown in FIG. 27 was formed on the substrate.
First, after forming the lower wiring on the wafer, the lower electrode LE commonly connected to the plurality of magnetic cells was formed. And on this wafer, Ta (5 nm) / Ru (2 nm) / PtMn (15 nm) / Co ₉ Fe ₁ (15 nm) / Al ₂ O ₃ (0.8 nm) / Co ₉ Fe ₁ (2 nm) / Cu ( 6 nm) / Co ₉ Fe ₁ (4 nm) / Ru (1 nm) / Co ₉ Fe ₁ (4 nm) / PtMn (15 nm) / Pt (2 nm) was grown.

この多層膜に対して、２相分離型のポリマーを塗布して熱処理することで、セル用マスクを形成した。次に、イオンミリングを行うことで、パターンド媒体を形成できる。イオンミリングは、磁性記録層Ｃｏ_９Ｆｅ_１（２ｎｍ）の下までとし、中間層Ｂ２（Ａｌ_２Ｏ_３（０．８ｎｍ））、磁性固着層Ｃ２（Ｃｏ_９Ｆｅ_１（１５ｎｍ））は複数の磁気セルが共有する構造を形成した。 A cell mask was formed by applying a two-phase separation polymer to the multilayer film and heat-treating it. Next, a patterned medium can be formed by performing ion milling. The ion milling is performed under the magnetic recording layer Co ₉ Fe ₁ (2 nm), and the intermediate layer B2 (Al ₂ O ₃ (0.8 nm)) and the magnetic pinned layer C2 (Co ₉ Fe ₁ (15 nm)) have a plurality of layers. A structure shared by magnetic cells was formed.

この構造においては、中間層Ｂ２をパターニングしないので、その側面へのリデポジションによる予期しない電流パスの形成を防ぐことができる。また、セル抵抗の均一性を得ることができる。これにより、直径約２８ｎｍの複数の磁気セルを形成できる。次に、磁気セル間に絶縁体１００を埋め込み、図２７に表した構造が完成した。 In this structure, since the intermediate layer B2 is not patterned, it is possible to prevent the formation of an unexpected current path due to redeposition on the side surface. Further, uniformity of cell resistance can be obtained. Thereby, a plurality of magnetic cells having a diameter of about 28 nm can be formed. Next, an insulator 100 was embedded between the magnetic cells to complete the structure shown in FIG.

この複数の磁気セル１０に対して、プローブ２００を走査させ、各セルへ電気的に接触させることによってセルを選択できる。
まず、セル１にはプラス０．２ｍＡの電流（ここでは、電子が上側電極から下側電極へ流れる向きをプラスと定義する）を流して信号「１」を書き込み、セル２にはマイナス０．２ｍＡの電流を流して信号「０」を書き込んだ。さらに、セル３へプラス０．２ｍＡの電流を流して信号「１」を、セル４へマイナス０．２ｍＡの電流を流して信号「０」を書き込んだ。 A cell can be selected by scanning the plurality of magnetic cells 10 with the probe 200 and electrically contacting each cell.
First, a current of plus 0.2 mA (here, the direction in which electrons flow from the upper electrode to the lower electrode is defined as plus) is applied to the cell 1 to write a signal “1”, and the cell 2 is minus 0. A signal of “0” was written by passing a current of 2 mA. Further, a signal of “1” was written by passing a plus 0.2 mA current to the cell 3, and a signal “0” was written by feeding a minus 0.2 mA current to the cell 4.

次に、読み出しを行った。すなわち、プラス０．０３ｍＡのセンス電流を流して、各セルの抵抗を調べた。その結果、検出された抵抗は２値であり、セル１からセル４までそれぞれ、高抵抗、低抵抗、高抵抗、低抵抗となった。つまり、それぞれのセルに、「１」あるいは「０」信号が書き込まれていることを確認した。 Next, reading was performed. That is, a sense current of plus 0.03 mA was passed, and the resistance of each cell was examined. As a result, the detected resistance was binary, and from cell 1 to cell 4 were high resistance, low resistance, high resistance, and low resistance, respectively. That is, it was confirmed that a “1” or “0” signal was written in each cell.

なお、書込み電流がプラスマイナス０．０５ｍＡの場合には、安定した信号書込みができなかった。
以上説明したように、本実施例の磁気メモリは、低電流で記録が可能な磁気メモリに適していることが確認できた。 When the write current was plus or minus 0.05 mA, stable signal writing could not be performed.
As described above, it was confirmed that the magnetic memory of this example was suitable for a magnetic memory capable of recording with a low current.

以上、具体例を参照しつつ、本発明の実施の形態について説明した。しかし、本発明は、これらの具体例に限定されるものではない。例えば、磁気セルを構成する各要素の具体的な寸法関係や材料、その他、電極、パッシベーション、絶縁構造などの形状や材質に関しては、当業者が公知の範囲から適宜選択することにより本発明を同様に実施し、同様の効果を得ることができる限り、本発明の範囲に包含される。 The embodiments of the present invention have been described above with reference to specific examples. However, the present invention is not limited to these specific examples. For example, regarding the specific dimensional relationship and materials of each element constituting the magnetic cell, and other shapes and materials such as electrodes, passivation, and insulation structures, those skilled in the art can appropriately select the present invention by appropriately selecting from a known range. As long as the same effect can be obtained, it is included in the scope of the present invention.

また、磁気セルにおける反強磁性層、磁性固着層、中間層、磁性記録層、絶縁層などの構成要素は、それぞれ単層として形成してもよく、あるいは２以上の層を積層した構造としてもよい。 In addition, components such as an antiferromagnetic layer, a magnetic pinned layer, an intermediate layer, a magnetic recording layer, and an insulating layer in a magnetic cell may be formed as a single layer, or a structure in which two or more layers are laminated. Good.

その他、本発明の実施の形態として上述した磁気セルや磁気メモリを基にして、当業者が適宜設計変更して実施しうるすべての磁気セル、磁気メモリも、本発明の要旨を包含する限り、本発明の範囲に属する。 In addition, all magnetic cells and magnetic memories that can be implemented by those skilled in the art based on the magnetic cells and magnetic memories described above as the embodiments of the present invention as long as they include the gist of the present invention. It belongs to the scope of the present invention.

本発明の第１の実施の形態にかかる磁気セルの基本的な断面構造を例示する模式図である。FIG. 3 is a schematic view illustrating the basic cross-sectional structure of the magnetic cell according to the first embodiment of the invention. 磁化が膜面に対して垂直な方向に制御された磁気セルの断面構造を表す模式図である。It is a schematic diagram showing the cross-sectional structure of a magnetic cell in which magnetization is controlled in a direction perpendicular to the film surface. 図１に表した磁気セルにおける「書き込み」のメカニズムを説明するための模式断面図である。FIG. 2 is a schematic cross-sectional view for explaining a “write” mechanism in the magnetic cell shown in FIG. 1. 磁気セルがリバースタイプの磁気抵抗効果を示す場合における「書き込み」のメカニズムを説明するための模式断面図である。FIG. 5 is a schematic cross-sectional view for explaining a “write” mechanism when a magnetic cell exhibits a reverse type magnetoresistive effect. 図２に表した磁気セルにおける「書き込み」のメカニズムを説明するための模式断面図である。FIG. 3 is a schematic cross-sectional view for explaining a “write” mechanism in the magnetic cell shown in FIG. 2. 本発明の実施形態の磁気セルの読み出し方法を説明するための概念図である。It is a conceptual diagram for demonstrating the reading method of the magnetic cell of embodiment of this invention. 磁化の相対的な向きによる磁気抵抗の変化を説明するための概念図である。It is a conceptual diagram for demonstrating the change of the magnetic resistance by the relative direction of magnetization. 非対称構造の第１の具体例を表す模式断面図である。It is a schematic cross section showing the 1st specific example of an asymmetric structure. （ａ）は、非対称構造の第２の具体例を表す模式断面図であり、（ｂ）は、非対称構造の第３の具体例を表す模式断面図である。(A) is a schematic cross section showing a second specific example of an asymmetric structure, and (b) is a schematic cross section showing a third specific example of the asymmetric structure. 非対称構造の第４の具体例を表す模式断面図である。It is a schematic cross section showing the 4th example of an asymmetric structure. 非対称構造の第５の具体例を表す模式断面図である。It is a schematic cross section showing the 5th example of an asymmetric structure. 固着層Ｃ１、Ｃ２の静磁結合を表す模式断面図である。It is a schematic cross section showing magnetostatic coupling of fixed layers C1 and C2. 反強磁性層を設けた磁気セルを表す模式断面図である。It is a schematic cross section showing the magnetic cell which provided the antiferromagnetic layer. 固着層Ｃ１、Ｃ２の磁化をそれぞれ反強磁性層により固着した磁気セルを表す模式断面図である。3 is a schematic cross-sectional view showing a magnetic cell in which magnetizations of fixed layers C1 and C2 are fixed by antiferromagnetic layers, respectively. FIG. 固着層Ｃ１、Ｃ２の磁化をそれぞれ反強磁性層により固着した磁気セルを表す模式図である。It is a schematic diagram showing the magnetic cell which fixed the magnetization of the pinned layers C1 and C2 by the antiferromagnetic layer, respectively. 固着層Ｃ１、Ｃ２の磁化を反強磁性層により固着した磁気セルのもうひとつの具体例を表す模式断面図である。FIG. 5 is a schematic cross-sectional view showing another specific example of a magnetic cell in which the magnetizations of the pinned layers C1 and C2 are pinned by an antiferromagnetic layer. 非磁性層を介した層間交換相互作用の膜厚依存性を表すグラフ図である。It is a graph showing the film thickness dependence of the interlayer exchange interaction through a nonmagnetic layer. ２層の磁性記録層を設けた磁気セルを表す模式断面図である。It is a schematic cross section showing a magnetic cell provided with two magnetic recording layers. 磁性固着層と磁性記録層Ａとをそれぞれ積層構造とした具体例を表す模式断面図である。3 is a schematic cross-sectional view showing a specific example in which a magnetic pinned layer and a magnetic recording layer A are respectively laminated structures. FIG. 磁性固着層と磁性記録層Ａとをそれぞれ積層構造とした具体例を表す模式断面図である。3 is a schematic cross-sectional view showing a specific example in which a magnetic pinned layer and a magnetic recording layer A are respectively laminated structures. FIG. 磁性固着層と磁性記録層Ａとをそれぞれ積層構造とした具体例を表す模式断面図である。3 is a schematic cross-sectional view showing a specific example in which a magnetic pinned layer and a magnetic recording layer A are respectively laminated structures. FIG. ２つの磁性固着構造が設けられた具体例を表す模式断面図である。It is a schematic cross section showing the specific example provided with two magnetic fixation structures. ２つの磁性固着構造とともに磁性記録層も積層構造とした具体例を表す模式断面図である。FIG. 6 is a schematic cross-sectional view showing a specific example in which a magnetic recording layer has a laminated structure as well as two magnetic fixing structures. ２つの磁性固着構造とともに磁性記録層も積層構造とした具体例を表す模式断面図である。FIG. 6 is a schematic cross-sectional view showing a specific example in which a magnetic recording layer has a laminated structure as well as two magnetic fixing structures. ２つの磁性固着構造とともに磁性記録層も積層構造とした具体例を表す模式断面図である。FIG. 6 is a schematic cross-sectional view showing a specific example in which a magnetic recording layer has a laminated structure as well as two magnetic fixing structures. 本発明の磁気セルを用いた磁気メモリを表す模式図である。It is a schematic diagram showing the magnetic memory using the magnetic cell of this invention. 各セル１０が、その一部の層を共有する構造を表す模式図である。It is a schematic diagram showing the structure where each cell 10 shares the one part layer. 本発明の磁気セルを用いた磁気メモリの第２の具体例を表す模式断面図である。It is a schematic cross section showing the 2nd example of the magnetic memory using the magnetic cell of this invention. （ａ）は、本実施例の磁気セルの要部断面構造を表す模式図であり、同図（ｂ）は、比較例の磁気セルの要部断面構造を表す模式図である。(A) is a schematic diagram showing the principal part sectional structure of the magnetic cell of a present Example, The figure (b) is a schematic diagram showing the principal part sectional structure of the magnetic cell of a comparative example. 第５実施例におけるプロービングを表す模式図である。It is a schematic diagram showing the probing in 5th Example. 本発明の第６実施例における磁気メモリを表す概念図である。It is a conceptual diagram showing the magnetic memory in 6th Example of this invention. サンプルＡ１０の微分抵抗を表すグラフ図である。It is a graph showing the differential resistance of sample A10. サンプルＢ１０の微分抵抗を表すグラフ図である。It is a graph showing the differential resistance of sample B10. 図３２及び図３３におけるバックグラウンドの曲線成分を除去し、さらに低抵抗状態の微分抵抗によって規格化した微分抵抗変化を表すグラフ図である。FIG. 34 is a graph showing a differential resistance change obtained by removing the background curve component in FIGS. 32 and 33 and further normalizing with a differential resistance in a low resistance state. 磁化反転臨界電流Ｉｃの平均値とセルサイズとの関係を表すグラフ図である。It is a graph showing the relationship between the average value of magnetization reversal critical current Ic, and cell size. サンプルＣ２０の断面構造を表す模式図である。It is a schematic diagram showing the cross-sectional structure of sample C20. サイズ６０ｎｍ×１１０ｎｍのサンプルＡ２０、Ｂ２０、Ｄ２０、Ｅ２０について、微分抵抗変化の電流依存性を表すグラフ図である。It is a graph showing the current dependence of differential resistance change about sample A20, B20, D20, and E20 of size 60nmx110nm. 臨界電流Ｉｃの平均値と、セルサイズとの関係を表すグラフ図である。It is a graph showing the relationship between the average value of the critical current Ic and the cell size. サンプルＡ３０、Ｂ３０、Ｄ３０、Ｅ３０について、微分抵抗変化と電流との関係を表すグラフ図である。It is a graph showing the relationship between differential resistance change and current for samples A30, B30, D30, and E30. 臨界電流Ｉｃの平均値とセルサイズとの関係を表すグラフ図である。It is a graph showing the relationship between the average value of critical current Ic and cell size. サンプルＡ４０、Ｂ４０、Ｄ４０、Ｅ４０について、微分抵抗変化と電流との関係を表すグラフ図である。It is a graph showing the relationship between differential resistance change and current for samples A40, B40, D40, and E40. 臨界電流Ｉｃの平均値とセルサイズとの関係を表すグラフ図である。It is a graph showing the relationship between the average value of critical current Ic and cell size. サンプルＡ５０、Ｂ５０、Ｃ５０、Ｄ５０について、微分抵抗変化と電流との関係を表すグラフ図である。It is a graph showing the relationship between differential resistance change and current for samples A50, B50, C50, and D50. 臨界電流Ｉｃの平均値とセルサイズとの関係を表すグラフ図である。It is a graph showing the relationship between the average value of critical current Ic and cell size. 本発明の第１３実施例におけるサンプルＤ６０とサンプルＨ６０の構造を表す模式図である。It is a schematic diagram showing the structure of the sample D60 and sample H60 in 13th Example of this invention. 本実施において作成した磁気セルの断面構造を表す模式図である。It is a schematic diagram showing the cross-sectional structure of the magnetic cell created in this implementation. 比較例の磁気セルの断面構造を表す模式図である。It is a schematic diagram showing the cross-sectional structure of the magnetic cell of a comparative example. 磁化が平行配置された２つの磁性固着層Ｃ１、Ｃ２をもつ磁気セルの断面構造を表す模式図である。It is a schematic diagram showing the cross-sectional structure of a magnetic cell having two magnetic pinned layers C1 and C2 whose magnetizations are arranged in parallel. 本発明の実施例の磁気メモリのメモリセルの断面構造を表す模式図である。It is a schematic diagram showing the cross-sectional structure of the memory cell of the magnetic memory of the Example of this invention. 中間層Ｂ２のＡｌ_２Ｏ_３層上部でイオンミリングを止めた構造を表す模式図である。It is a schematic view illustrating the structure stopping the ion milling in the Al ₂ O ₃ layer upper portion of the intermediate layer B2. ダイオードを用いた磁気メモリを表す模式図である。It is a schematic diagram showing the magnetic memory using a diode.

符号の説明Explanation of symbols

１０磁気セル
１００絶縁体
１１０基板（下側電極）
１２０配線
２００プローブ
２１０駆動機構
２２０電源
２３０検出回路
Ａ、Ａ１、Ａ２磁性記録層
ＡＣ非磁性層
ＡＦ、ＡＦ１、ＡＦ２反強磁性層
Ｂ、Ｂ１〜Ｂ４中間層
ＢＬビット線
Ｃ、Ｃ１〜Ｃ３磁性固着層
ＥＬ１、ＥＬ２電極
ＦＣ非磁性層
ＦＭ、ＦＭ１磁性層
Ｉ電流
ＩＥ中間物質層
ＩＬ絶縁層
Ｉｒ再生電流
Ｉｓ磁化反転電流
Ｉｗ電流
Ｍ、Ｍ１、Ｍ２磁化
ＭＹ磁気ヨーク
ＰＨ磁性固着層ホール
ＴＲトランジスタ
ＷＬワード線 10 Magnetic cell 100 Insulator 110 Substrate (lower electrode)
120 Wiring 200 Probe 210 Drive mechanism 220 Power supply 230 Detection circuit A, A1, A2 Magnetic recording layer AC Nonmagnetic layer AF, AF1, AF2 Antiferromagnetic layer B, B1-B4 Intermediate layer BL Bit lines C, C1-C3 Magnetic fixing Layer EL1, EL2 electrode FC nonmagnetic layer FM, FM1 magnetic layer I current IE intermediate material layer IL insulating layer Ir reproduction current Is magnetization reversal current Iw current M, M1, M2 magnetization MY magnetic yoke PH magnetic pinned layer hole TR transistor WL word line

Claims

磁化が膜面に対して垂直な第１の方向に固定された第１の強磁性層と、
磁化が前記第１の方向とは反対の第２の方向に固定された第２の強磁性層と、
前記第１の強磁性層と前記第２の強磁性層との間に設けられ、磁化の方向が可変の第３の強磁性層と、
前記第１の強磁性層と前記第３の強磁性層との間に設けられた第１の中間層と、
前記第２の強磁性層と前記第３の強磁性層との間に設けられた第２の中間層と、
を備え、
前記第１の強磁性層と前記第３の強磁性層との間に前記第１の中間層を設けたもの、及び前記第２の強磁性層と前記第３の強磁性層との間に前記第２の中間層を設けたものは、それぞれ磁気抵抗効果素子を構成し、
前記第１及び第２の強磁性層の間で電流を流すことによりスピン偏極した電子を前記第３の強磁性層に作用させて前記第３の強磁性層の磁化の方向を前記電流の向きに応じた方向に決定可能としたことを特徴とする磁気セル。 A first ferromagnetic layer whose magnetization is fixed in a first direction perpendicular to the film surface;
A second ferromagnetic layer which is fixed to a second direction opposite to the magnetization of the first direction,
A third ferromagnetic layer provided between the first ferromagnetic layer and the second ferromagnetic layer and having a variable magnetization direction;
A first intermediate layer provided between the first ferromagnetic layer and the third ferromagnetic layer;
A second intermediate layer provided between the second ferromagnetic layer and the third ferromagnetic layer;
With
The first intermediate layer provided between the first ferromagnetic layer and the third ferromagnetic layer, and between the second ferromagnetic layer and the third ferromagnetic layer Each provided with the second intermediate layer constitutes a magnetoresistive effect element,
By causing a current to flow between the first and second ferromagnetic layers, spin-polarized electrons are caused to act on the third ferromagnetic layer so that the magnetization direction of the third ferromagnetic layer changes the direction of the current. A magnetic cell characterized in that the direction can be determined according to the direction.

前記第３の強磁性層の磁化容易軸は、前記第１の方向に対して平行であることを特徴とする請求項１記載の磁気セル。 The magnetic cell according to claim 1, wherein an easy axis of magnetization of the third ferromagnetic layer is parallel to the first direction.

前記第１の強磁性層と前記第３の強磁性層との間の電気抵抗は、前記第３の強磁性層の前記磁化の方向が前記第１の方向と同一の状態において第１の値となり、前記第３の強磁性層の前記磁化の方向が前記第２の方向と同一の状態において前記第１の値よりも大なる第２の値となり、
前記第２の強磁性層と前記第３の強磁性層との間の電気抵抗は、前記第３の強磁性層の前記磁化の方向が前記第２の方向と同一の状態において第３の値となり、前記第３の強磁性層の前記磁化の方向が前記第１の方向と同一の状態において前記第３の値よりも大なる第４の値となることを特徴とする請求項１または２に記載の磁気セル。 The electrical resistance between the first ferromagnetic layer and the third ferromagnetic layer is a first value when the direction of the magnetization of the third ferromagnetic layer is the same as the first direction. And when the direction of the magnetization of the third ferromagnetic layer is the same as the second direction, the second value is larger than the first value.
The electrical resistance between the second ferromagnetic layer and the third ferromagnetic layer is a third value when the magnetization direction of the third ferromagnetic layer is the same as the second direction. The direction of the magnetization of the third ferromagnetic layer becomes a fourth value larger than the third value in the same state as the first direction. A magnetic cell according to 1.

前記第１の強磁性層から前記第３の強磁性層を介して前記第２の強磁性層に向けて電子電流を流した場合には、前記第３の強磁性層の磁化の方向は前記第１の方向とされ、
前記第２の強磁性層から前記第３の強磁性層を介して前記第１の強磁性層に向けて電子電流を流した場合には、前記第３の強磁性層の磁化の方向は前記第２の方向とされることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１つに記載の磁気セル。 When an electron current is passed from the first ferromagnetic layer to the second ferromagnetic layer via the third ferromagnetic layer, the magnetization direction of the third ferromagnetic layer is The first direction,
When an electron current flows from the second ferromagnetic layer to the first ferromagnetic layer via the third ferromagnetic layer, the magnetization direction of the third ferromagnetic layer is The magnetic cell according to claim 1, wherein the magnetic cell has a second direction.

磁化が第１の方向に固定された第１の強磁性層と、
磁化が前記第１の方向とは反対の第２の方向に固定された第２の強磁性層と、
前記第１の強磁性層と前記第２の強磁性層との間に設けられ、磁化の方向が可変の第３の強磁性層と、
前記第１の強磁性層と前記第３の強磁性層との間に設けられた第１の中間層と、
前記第２の強磁性層と前記第３の強磁性層との間に設けられた第２の中間層と、
を備え、
前記第１の強磁性層と前記第３の強磁性層との間に前記第１の中間層を設けたもの、及び前記第２の強磁性層と前記第３の強磁性層との間に前記第２の中間層を設けたものは、それぞれ磁気抵抗効果素子を構成し、
前記第１及び第２の強磁性層の間で電流を流すことによりスピン偏極した電子を前記第３の強磁性層に作用させて前記第３の強磁性層の磁化の方向を前記電流の向きに応じた方向に決定可能とし、
前記第１の強磁性層と前記第３の強磁性層との間の電気抵抗は、前記第３の強磁性層の前記磁化の方向が前記第１の方向と同一の状態において第１の値となり、前記第３の強磁性層の前記磁化の方向が前記第２の方向と同一の状態において前記第１の値よりも小なる第２の値となり、
前記第２の強磁性層と前記第３の強磁性層との間の電気抵抗は、前記第３の強磁性層の前記磁化の方向が前記第２の方向と同一の状態において第３の値となり、前記第３の強磁性層の前記磁化の方向が前記第１の方向と同一の状態において前記第３の値よりも小なる第４の値となることを特徴とする磁気セル。 A first ferromagnetic layer whose magnetization is fixed in a first direction;
A second ferromagnetic layer which is fixed to a second direction opposite to the magnetization of the first direction,
A third ferromagnetic layer provided between the first ferromagnetic layer and the second ferromagnetic layer and having a variable magnetization direction;
A first intermediate layer provided between the first ferromagnetic layer and the third ferromagnetic layer;
A second intermediate layer provided between the second ferromagnetic layer and the third ferromagnetic layer;
With
The first intermediate layer provided between the first ferromagnetic layer and the third ferromagnetic layer, and between the second ferromagnetic layer and the third ferromagnetic layer Each provided with the second intermediate layer constitutes a magnetoresistive effect element,
By causing a current to flow between the first and second ferromagnetic layers, spin-polarized electrons act on the third ferromagnetic layer, so that the magnetization direction of the third ferromagnetic layer changes the direction of the current. It is possible to determine the direction according to the direction,
The electrical resistance between the first ferromagnetic layer and the third ferromagnetic layer is a first value when the direction of the magnetization of the third ferromagnetic layer is the same as the first direction. And the magnetization direction of the third ferromagnetic layer becomes a second value smaller than the first value in the same state as the second direction,
The electrical resistance between the second ferromagnetic layer and the third ferromagnetic layer is a third value when the magnetization direction of the third ferromagnetic layer is the same as the second direction. In the magnetic cell, the direction of the magnetization of the third ferromagnetic layer becomes a fourth value smaller than the third value in the same state as the first direction.

前記第１の中間層の電気抵抗と前記第２の中間層の電気抵抗とが互いに異なることを特徴とする請求項１〜５のいずれか１つに記載の磁気セル。 6. The magnetic cell according to claim 1, wherein an electric resistance of the first intermediate layer and an electric resistance of the second intermediate layer are different from each other.

磁化が第１の方向に固定された第１の強磁性層と、
磁化が前記第１の方向とは反対の第２の方向に固定された第２の強磁性層と、
前記第１の強磁性層と前記第２の強磁性層との間に設けられ、磁化の方向が可変の第３の強磁性層と、
前記第１の強磁性層と前記第３の強磁性層との間に設けられた第１の中間層と、
前記第２の強磁性層と前記第３の強磁性層との間に設けられた第２の中間層と、
を備え、
前記第１の強磁性層と前記第３の強磁性層との間に前記第１の中間層を設けたもの、及び前記第２の強磁性層と前記第３の強磁性層との間に前記第２の中間層を設けたものは、それぞれ磁気抵抗効果素子を構成し、
前記第１及び第２の強磁性層の間で電流を流すことによりスピン偏極した電子を前記第３の強磁性層に作用させて前記第３の強磁性層の磁化の方向を前記電流の向きに応じた方向に決定可能とし、
前記第１及び第２の中間層のいずれか一方は、ピンホールを有する絶縁体からなり、前記ピンホールは、前記絶縁体の両側に隣接する前記強磁性層の材料によって充填されてなることを特徴とする磁気セル。 A first ferromagnetic layer whose magnetization is fixed in a first direction;
A second ferromagnetic layer which is fixed to a second direction opposite to the magnetization of the first direction,
A third ferromagnetic layer provided between the first ferromagnetic layer and the second ferromagnetic layer and having a variable magnetization direction;
A first intermediate layer provided between the first ferromagnetic layer and the third ferromagnetic layer;
A second intermediate layer provided between the second ferromagnetic layer and the third ferromagnetic layer;
With
The first intermediate layer provided between the first ferromagnetic layer and the third ferromagnetic layer, and between the second ferromagnetic layer and the third ferromagnetic layer Each provided with the second intermediate layer constitutes a magnetoresistive effect element,
By causing a current to flow between the first and second ferromagnetic layers, spin-polarized electrons act on the third ferromagnetic layer, so that the magnetization direction of the third ferromagnetic layer changes the direction of the current. It is possible to determine the direction according to the direction,
Either one of the first and second intermediate layers is made of an insulator having a pinhole, and the pinhole is filled with a material of the ferromagnetic layer adjacent to both sides of the insulator. Characteristic magnetic cell.

前記第１及び第２の強磁性層の少なくともいずれかは、隣接して設けられた反強磁性層によりその磁化方向が固定されてなることを特徴とする請求項１〜７のいずれか１つに記載の磁気セル。 8. The magnetization direction of at least one of the first and second ferromagnetic layers is fixed by an antiferromagnetic layer provided adjacent to the first and second ferromagnetic layers. A magnetic cell according to 1.

磁化が第１の方向に固定された第１の強磁性層と、
磁化が前記第１の方向とは反対の第２の方向に固定された第２の強磁性層と、
前記第１の強磁性層と前記第２の強磁性層との間に設けられ、磁化の方向が可変の第３の強磁性層と、
前記第１の強磁性層と前記第３の強磁性層との間に設けられた第１の中間層と、
前記第２の強磁性層と前記第３の強磁性層との間に設けられた第２の中間層と、
を備え、
前記第１の強磁性層と前記第３の強磁性層との間に前記第１の中間層を設けたもの、及び前記第２の強磁性層と前記第３の強磁性層との間に前記第２の中間層を設けたものは、それぞれ磁気抵抗効果素子を構成し、
前記第１及び第２の強磁性層の間で電流を流すことによりスピン偏極した電子を前記第３の強磁性層に作用させて前記第３の強磁性層の磁化の方向を前記電流の向きに応じた方向に決定可能とし、
前記第１及び第２の強磁性層の少なくともいずれかに隣接して非磁性層と第４の強磁性層と反強磁性層とがこの順に積層され、
前記非磁性層の両側に隣接する前記強磁性層の磁化の方向は、同一の方向に固定されてなることを特徴とする磁気セル。 A first ferromagnetic layer whose magnetization is fixed in a first direction;
A second ferromagnetic layer which is fixed to a second direction opposite to the magnetization of the first direction,
A third ferromagnetic layer provided between the first ferromagnetic layer and the second ferromagnetic layer and having a variable magnetization direction;
A first intermediate layer provided between the first ferromagnetic layer and the third ferromagnetic layer;
A second intermediate layer provided between the second ferromagnetic layer and the third ferromagnetic layer;
With
The first intermediate layer provided between the first ferromagnetic layer and the third ferromagnetic layer, and between the second ferromagnetic layer and the third ferromagnetic layer Each provided with the second intermediate layer constitutes a magnetoresistive effect element,
By causing a current to flow between the first and second ferromagnetic layers, spin-polarized electrons act on the third ferromagnetic layer, so that the magnetization direction of the third ferromagnetic layer changes the direction of the current. It is possible to determine the direction according to the direction,
A nonmagnetic layer, a fourth ferromagnetic layer, and an antiferromagnetic layer are stacked in this order adjacent to at least one of the first and second ferromagnetic layers,
The magnetic cell according to claim 1, wherein the magnetization directions of the ferromagnetic layers adjacent to both sides of the nonmagnetic layer are fixed in the same direction.

前記第１及び第２の強磁性層の少なくともいずれかに隣接して非磁性層と第４の強磁性層と反強磁性層とがこの順に積層され、
前記非磁性層の両側に隣接する前記強磁性層の磁化の方向は、反対の方向に固定されてなることを特徴とする請求項１〜８のいずれか１つに記載の磁気セル。 A nonmagnetic layer, a fourth ferromagnetic layer, and an antiferromagnetic layer are stacked in this order adjacent to at least one of the first and second ferromagnetic layers,
The magnetic cell according to claim 1, wherein magnetization directions of the ferromagnetic layers adjacent to both sides of the nonmagnetic layer are fixed in opposite directions.

磁化が膜面に対して垂直な第１の方向に固定された第１の強磁性層を含む第１の磁化固着部と、
磁化が前記第１の方向とは反対の第２の方向に固定された第２の強磁性層を含む第２の磁化固着部と、
前記第１の磁化固着部と前記第２の磁化固着部との間に設けられ、磁化の方向が可変の第３の強磁性層と、
前記第１の磁化固着部と前記第３の強磁性層との間に設けられた第１の中間層と、
前記第２の磁化固着部と前記第３の強磁性層との間に設けられた第２の中間層と、
を備え、
前記第３の強磁性層の磁化容易軸は、前記第１の方向に対して平行であり、
前記第１及び第２の磁化固着部の少なくともいずれかは、強磁性層と非磁性層とが交互に積層され前記強磁性層が前記非磁性層を介して反強磁性結合してなる積層体を有し、
前記第１の強磁性層は、前記第１の中間層に隣接し、
前記第２の強磁性層は、前記第２の中間層に隣接し、
前記第１の強磁性層と前記第３の強磁性層との間に前記第１の中間層を設けたもの、及び前記第２の強磁性層と前記第３の強磁性層との間に前記第２の中間層を設けたものは、それぞれ磁気抵抗効果素子を構成し、
前記第１の磁化固着部と前記第２の磁化固着部との間で電流を流すことによりスピン偏極した電子を前記第３の強磁性層に作用させて前記第３の強磁性層の磁化の方向を前記電流の向きに応じた方向に決定可能としたことを特徴とする磁気セル。 A first magnetization pinned portion including a first ferromagnetic layer whose magnetization is fixed in a first direction perpendicular to the film surface;
A second magnetization pinned portion including a second ferromagnetic layer whose magnetization is fixed in a second direction opposite to the first direction;
A third ferromagnetic layer provided between the first magnetization pinned portion and the second magnetization pinned portion and having a variable magnetization direction;
A first intermediate layer provided between the first magnetization pinned portion and the third ferromagnetic layer;
A second intermediate layer provided between the second magnetization pinned portion and the third ferromagnetic layer;
With
The easy axis of magnetization of the third ferromagnetic layer is parallel to the first direction;
At least one of the first and second magnetization pinned portions is a stacked body in which ferromagnetic layers and nonmagnetic layers are alternately stacked and the ferromagnetic layers are antiferromagnetically coupled via the nonmagnetic layers. Have
The first ferromagnetic layer is adjacent to the first intermediate layer;
The second ferromagnetic layer is adjacent to the second intermediate layer;
The first intermediate layer provided between the first ferromagnetic layer and the third ferromagnetic layer, and between the second ferromagnetic layer and the third ferromagnetic layer Each provided with the second intermediate layer constitutes a magnetoresistive effect element,
Magnetization of the third ferromagnetic layer by causing spin-polarized electrons to act on the third ferromagnetic layer by passing a current between the first magnetization fixed portion and the second magnetization fixed portion. The magnetic cell is characterized in that the direction can be determined according to the direction of the current.

前記第１及び第２の磁化固着部のいずれか一方が有する前記強磁性層の数は偶数であり、前記第１及び第２の磁化固着部のいずれか他方が有する前記強磁性層の数は奇数であることを特徴とする請求項１１記載の磁気セル。 One of the first and second magnetization pinned portions has an even number of the ferromagnetic layers, and one of the first and second magnetization pinned portions has the other number of the ferromagnetic layers. 12. The magnetic cell according to claim 11, wherein the magnetic cell is an odd number.

前記第１及び第２の磁化固着部と、前記第３の強磁性層と、前記第１及び第２の中間層と、がその上に積層された基板をさらに備え、
前記第１及び第２の磁化固着部のうちの前記基板から遠い側に設けられたものが有する前記強磁性層の数は、偶数であることを特徴とする請求項１２記載の磁気セル。 A substrate on which the first and second magnetization pinned portions, the third ferromagnetic layer, and the first and second intermediate layers are stacked;
The magnetic cell according to claim 12, wherein the number of the ferromagnetic layers included in the first and second magnetization fixed portions provided on the side far from the substrate is an even number.

磁化が第１の方向に固定された第１の強磁性層と、
磁化が前記第１の方向とは反対の第２の方向に固定された第２の強磁性層と、
前記第１の強磁性層と前記第２の強磁性層との間に設けられ、磁化の方向が可変の第３の強磁性層と、
前記第１の強磁性層と前記第３の強磁性層との間に設けられた第１の中間層と、
前記第２の強磁性層と前記第３の強磁性層との間に設けられた第２の中間層と、
を備え、
前記第１の強磁性層と前記第３の強磁性層との間に前記第１の中間層を設けたもの、及び前記第２の強磁性層と前記第３の強磁性層との間に前記第２の中間層を設けたものは、それぞれ磁気抵抗効果素子を構成し、
前記第１及び第２の強磁性層の間で電流を流すことによりスピン偏極した電子を前記第３の強磁性層に作用させて前記第３の強磁性層の磁化の方向を前記電流の向きに応じた方向に決定可能とし、
前記第３の強磁性層は、強磁性体からなる複数の層を積層させた積層体であることを特徴とする磁気セル。 A first ferromagnetic layer whose magnetization is fixed in a first direction;
A second ferromagnetic layer which is fixed to a second direction opposite to the magnetization of the first direction,
A third ferromagnetic layer provided between the first ferromagnetic layer and the second ferromagnetic layer and having a variable magnetization direction;
A first intermediate layer provided between the first ferromagnetic layer and the third ferromagnetic layer;
A second intermediate layer provided between the second ferromagnetic layer and the third ferromagnetic layer;
With
The first intermediate layer provided between the first ferromagnetic layer and the third ferromagnetic layer, and between the second ferromagnetic layer and the third ferromagnetic layer Each provided with the second intermediate layer constitutes a magnetoresistive effect element,
By causing a current to flow between the first and second ferromagnetic layers, spin-polarized electrons act on the third ferromagnetic layer, so that the magnetization direction of the third ferromagnetic layer changes the direction of the current. It is possible to determine the direction according to the direction,
The magnetic cell according to claim 3, wherein the third ferromagnetic layer is a laminated body in which a plurality of layers made of a ferromagnetic material are laminated.

前記第１及び第２の中間層のいずれか一方は導電体からなり、いずれか他方は絶縁体からなることを特徴とする請求項１〜６及び８〜１４のいずれか１つに記載の磁気セル。 Either one of the first and second intermediate layers is made of a conductor, and the other is made of an insulator. cell.

請求項１〜１５のいずれか１つに記載の複数の磁気セルを絶縁体を間に介しつつマトリクス状に設けたメモリセルを備えたことを特徴とする磁気メモリ。 A magnetic memory comprising a memory cell in which a plurality of magnetic cells according to claim 1 are provided in a matrix with an insulator interposed therebetween.

複数の磁気セルを絶縁体を間に介しつつマトリクス状に設けたメモリセルを備え、
前記複数の磁気セルのそれぞれは、
磁化が膜面に対して垂直な第１の方向に固定された第１の強磁性層と、
磁化が前記第１の方向とは反対の第２の方向に固定された第２の強磁性層と、
前記第１の強磁性層と前記第２の強磁性層との間に設けられ、磁化の方向が可変の第３の強磁性層と、
前記第１の強磁性層と前記第３の強磁性層との間に設けられた第１の中間層と、
前記第２の強磁性層と前記第３の強磁性層との間に設けられた第２の中間層と、
を有し、
前記第１の強磁性層と前記第３の強磁性層との間に前記第１の中間層を設けたもの、及び前記第２の強磁性層と前記第３の強磁性層との間に前記第２の中間層を設けたものは、それぞれ磁気抵抗効果素子を構成し、
前記第１及び第２の強磁性層の間で電流を流すことによりスピン偏極した電子を前記第３の強磁性層に作用させて前記第３の強磁性層の磁化の方向を前記電流の向きに応じた方向に決定可能とし、
前記メモリセル上の前記磁気セルのそれぞれに対して、プローブによりアクセス可能としたことを特徴とする磁気メモリ。 A memory cell having a plurality of magnetic cells arranged in a matrix with an insulator interposed therebetween,
Each of the plurality of magnetic cells is
A first ferromagnetic layer whose magnetization is fixed in a first direction perpendicular to the film surface;
A second ferromagnetic layer which is fixed to a second direction opposite to the magnetization of the first direction,
A third ferromagnetic layer provided between the first ferromagnetic layer and the second ferromagnetic layer and having a variable magnetization direction;
A first intermediate layer provided between the first ferromagnetic layer and the third ferromagnetic layer;
A second intermediate layer provided between the second ferromagnetic layer and the third ferromagnetic layer;
Have
The first intermediate layer provided between the first ferromagnetic layer and the third ferromagnetic layer, and between the second ferromagnetic layer and the third ferromagnetic layer Each provided with the second intermediate layer constitutes a magnetoresistive effect element,
By causing a current to flow between the first and second ferromagnetic layers, spin-polarized electrons act on the third ferromagnetic layer, so that the magnetization direction of the third ferromagnetic layer changes the direction of the current. It is possible to determine the direction according to the direction,
A magnetic memory characterized in that each of the magnetic cells on the memory cell can be accessed by a probe.

前記メモリセル上の前記磁気セルのそれぞれにワード線とビット線とが接続され、
前記ワード線とビット線とを選択することにより、特定の磁気セルに対して情報の記録または読み出しを可能とした請求項１６記載の磁気メモリ。 A word line and a bit line are connected to each of the magnetic cells on the memory cell,
17. The magnetic memory according to claim 16, wherein information can be recorded or read from a specific magnetic cell by selecting the word line and the bit line.