JP2002208681A - 磁気薄膜メモリ素子、磁気薄膜メモリおよび情報記録方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】磁化反転磁界や磁化飽和磁界が大きな磁性体を
用いても、安定した情報の記録および読み出しが可能な
磁気薄膜メモリ素子を提供する。 【解決手段】読み出し層である磁性層１および記録層で
ある磁性層３〜６が非磁性層２を介して積層された磁気
抵抗効果膜を有する磁気薄膜メモリ素子において、磁性
層３〜６は、それぞれの磁性層のキュリー温度が、「磁
性層５＜磁性層３＜磁性層４＜磁性層６」の関係にあ
り、磁性層６の磁化方向が所定の方向に固定されてお
り、記録温度の高低に応じて、磁性層３に１ビットの情
報が記録可能である。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、磁気抵抗効果を利
用する磁気薄膜メモリ素子およびそれを用いた磁気薄膜
メモリに関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、固体メモリである半導体メモリは
情報機器に多く用いられ、ＤＲＡＭ（Dynamic RAM（Ran
dom access Memory））、ＦｅＲＡＭ（Ferroelectric R
AM）、フラッシュＥＥＰＲＯＭ（Electrically Erasabl
e Programmable ROM（Read Only Memory））等その種類
も様々である。これら半導体メモリの特性には一長一短
があり、現在の情報機器において要求されるスペックの
すべてを満たすメモリは存在しない。例えば、ＤＲＡＭ
は記録密度が高く書き換え可能回数も多いが、揮発性で
あるため電源を切ると記憶情報は消えてしまう。また、
フラッシュＥＥＰＲＯＭは不揮発であるが、消去の時間
が長く、情報の高速処理には不向きである。

【０００３】上記のような半導体メモリの現状に対し
て、磁気抵抗効果を用いたメモリ（ＭＲＡＭ）は、記録
時間、読み出し時間、記録密度、書き換え可能回数、消
費電力等において多くの情報機器から求められるスペッ
クをすべて満たすメモリとして有望である。特にスピン
依存トンネル磁気抵抗（ＴＭＲ）効果を利用したＭＲＡ
Ｍは、大きな読み出し信号が得られることから、高記録
密度化あるいは高速読み出しに有利であり、近年の研究
報告によればＭＲＡＭとしての実現性が実証されてい
る。

【０００４】ＭＲＡＭのメモリ素子に用いられる磁気抵
抗効果膜の基本構成は、非磁性層を介して磁性層が隣接
して形成されたサンドイッチ構造である。非磁性膜の材
料としては、ＣｕやＡｌ₂Ｏ₃が良く用いられる。磁気抵
抗効果膜において非磁性層にＣｕ等のような導体を用い
たものを巨大磁気抵抗効果膜（ＧＭＲ膜）といい、Ａｌ
₂Ｏ₃などの絶縁体を用いたものをスピン依存トンネル効
果膜（ＴＭＲ膜）という。ＴＭＲ膜は、ＧＭＲ膜に比べ
て大きな磁気抵抗効果を示すので、ＭＲＡＭのメモリ素
子として好ましい。

【０００５】図１８は面内磁化膜を用いた磁気抵抗効果
膜の電気抵抗を説明するための図で、（ａ）は磁気抵抗
効果膜の磁化が平行な状態を模式的に示す断面図、
（ｂ）は磁気抵抗効果膜の磁化が反平行な状態を模式的
に示す断面図である。図１８中、矢印は磁化の方向を示
す。この図１８の例では、磁気抵抗効果膜は、非磁性層
１４２を介して二つの磁性層１４１、１４３が積層され
たサンドイッチ構造となっている。磁性層１４１、１４
３は、いずれも面内磁化膜である。

【０００６】図１８（ａ）に示すように磁性層１４１、
１４３の磁化方向が平行であると、磁気抵抗効果膜の電
気抵抗は比較的小さく、図１８（ｂ）に示すように磁性
層１４１、１４３の磁化方向が反平行であると、電気抵
抗は比較的大きくなる。したがって、磁性層１４１、１
４３のうち一方の磁性層を記録層、他方を読み出し層と
して、上記の性質を利用することで記憶情報の読み出し
が可能である。

【０００７】図１９は面内磁化膜を用いた磁気抵抗効果
膜における記録再生原理を説明するための図で、（ａ）
および（ｂ）は、記録情報「１」の読み出しを行う場合
の磁化の状態を模式的に示す断面図、（ｃ）および
（ｄ）は、記録情報「０」の読み出しを行う場合の磁化
の状態を模式的に示す断面図である。図１９中、矢印は
磁化の方向を示し、磁気抵抗効果膜の構成は図１８に示
したものと同様のため、同じ符号を付している。また、
この例では、非磁性層１４２の下部に位置する磁性層１
４３を記録層、上部に位置する磁性層１４１を読み出し
層とし、記録層の磁化方向が右向きの場合を「１」、左
向きの場合を「０」とする。

【０００８】図１９（ａ）に示すように両磁性層の磁化
方向がともに右向きの場合は、磁気抵抗効果膜の電気抵
抗は比較的小さくなり、図１９（ｂ）に示すように読み
出し層の磁化方向が左向きで、記録層の磁化方向が右向
きである場合には、電気抵抗は比較的大きくなる。した
がって、「１」が記録された状態（記録層の磁化方向が
右向き）で、読み出し層の磁化方向が右向きとなるよう
に磁界を印加した後、さらに読み出し層の磁化方向が左
向きとなるように磁界を印加する、読み出し操作を行う
と、磁気抵抗効果膜の電気抵抗は大きくなるように変化
し、この変化から記録情報「１」を読み出すことが可能
である。ただし、読み出しのときに印加する磁界は記録
層の磁化方向が変化しないような大きさである。

【０００９】また、図１９（ｃ）に示すように読み出し
層の磁化方向が右向きで、記録層の磁化方向が左向きで
ある場合は、電気抵抗は比較的大きくなり、図１９
（ｄ）に示すように両磁性層の磁化方向がともに左向き
の場合には、電気抵抗は比較的小さくなる。したがっ
て、「０」が記録されているときには、上記読み出しの
操作を行うと、磁気抵抗効果膜の電気抵抗は小さくなる
ように変化し、この変化から記録情報「０」を読み出す
ことが可能である。

【００１０】上述した面内磁化膜を使用したＭＲＡＭに
おいては、ＭＲＡＭの記録密度を高くするために素子サ
イズを小さくしていくと、磁性層内部で生じる反磁界
（自己減磁界）あるいは端面の磁化のカーリングといっ
た影響から情報を保持できなくなる、という問題が生じ
る。この問題を回避する手法としては、例えば磁性層の
形状を長方形にすることが挙げられるが、この場合は、
素子サイズを小さくできないため、記録密度の向上はあ
まり期待できない。そこで、例えば特開平11-213650号
公報で述べられているように、垂直磁化膜を用いること
により上記問題を回避しようとする提案がなされてい
る。この方法によれば、素子サイズが小さくなっても反
磁界は増加しないので、面内磁化膜を用いたＭＲＡＭよ
りも小さなサイズの磁気抵抗効果膜が実現可能である。
垂直磁気異方性を示す磁性体としては、遷移金属−貴金
属系の合金や多層膜、ＣｏＣｒ合金あるいは希土類−遷
移金属系の合金や多層膜が挙げられる。

【００１１】垂直磁化膜を用いたＭＲＡＭも、面内磁化
膜を用いた磁気抵抗効果膜と同様、非磁性層を介して磁
性層が積層されたサンドイッチ構造であり、両磁性層の
磁化方向が平行であると磁気抵抗効果膜の電気抵抗は比
較的小さくなり、磁化方向が反平行であると電気抵抗は
比較的大きくなる。

【００１２】図２０は垂直磁化膜を用いた磁気抵抗効果
膜における記録再生原理を説明するための図で、（ａ）
および（ｂ）は、記録情報「１」の読み出しを行う場合
の磁化の状態を模式的に示す断面図、（ｃ）および
（ｄ）は、記録情報「０」の読み出しを行う場合の磁化
の状態を模式的に示す断面図である。図２０中、矢印は
磁化の方向を示し、磁気抵抗効果膜の構成は磁性層が垂
直磁化膜である以外は基本的には図１８に示したものと
同様であるため、同じ符号を付している。この例では、
非磁性層１４２の下部に位置する磁性層１４３を記録
層、上部に位置する磁性層１４１を読み出し層とし、記
録層の磁化方向が上向きの場合を「１」とし、下向きの
場合を「０」とする。

【００１３】図２０（ａ）に示すように両磁性層の磁化
方向がともに上向きの場合は、磁気抵抗効果膜の電気抵
抗は比較的小さくなり、図２０（ｂ）に示すように読み
出し層の磁化方向が下向きで、記録層の磁化方向が上向
きの場合には、電気抵抗は比較的大きくなる。したがっ
て、「１」が記録された状態で読み出し層の磁化方向が
上向きとなるように磁界を印加した後、さらに読み出し
層の磁化方向が下向きとなるように磁界を印加する、読
み出しの操作を行うと、磁気抵抗効果膜の電気抵抗は大
きくなるように変化し、この変化から記録情報「１」を
読み出すことが可能である。ただし、読み出しのときに
印加する磁界は記録層の磁化方向が変化しないような大
きさである。

【００１４】また、図２０（ｃ）に示すように読み出し
層の磁化方向が上向きで、記録層の磁化方向が下向きで
ある場合は、電気抵抗は比較的大きくなり、図２０
（ｄ）に示すように両磁性層の磁化方向がともに下向き
の場合電気抵抗は比較的小さくなる。したがって、
「０」が記録されているときには、上記読み出しの操作
を行うと、磁気抵抗効果膜の電気抵抗が小さくなるよう
に変化し、この変化から記録情報「０」を読み出すこと
が可能である。

【００１５】

【発明が解決しようとする課題】ＭＲＡＭに用いられる
メモリ素子（磁気薄膜メモリ素子）は、記録時や再生時
に磁界を印加した後は、非磁性層を介して隣接して形成
された磁性層のそれぞれの磁化の大きさが飽和している
こと、すなわちそれぞれの磁性層においてすべてのスピ
ンの方向が一方向に揃っていることが好ましい。ＭＲＡ
Ｍで多く使用されている磁性材料は、Ｃｏ、Ｆｅ、Ｎｉ
Ｆｅあるいはこれらの合金である。例えば、Ｃｏよりな
る磁性層の保磁力（磁気飽和状態の強磁性体の磁化を０
とする磁場の強さ）は、バルク形のものに於いては１ｋ
Ａ／ｍ程度であるが、数十ｎｍの薄膜に於いては数ｋＡ
／ｍ程度になる。また、磁性膜作成条件によっては、飽
和磁界は数十ｋＡ／ｍ程度になることもある。さらに微
細加工を施した磁性体薄膜では、飽和磁界がさらに大き
くなることもある。一方、ＭＲＡＭの情報の記録は、メ
モリ素子の近くに配された導線に電流を流し、これによ
って発生する磁界によって磁性層の磁化方向を反転させ
ることで行われるが、導線に流すことのできる電流に限
界があるため、メモリ素子に印加できる磁界の強さは１
０ｋＡ／ｍ程度までである。従って、導線を用いた記録
方法では、磁性層の磁化を完全に反転させることができ
ず、十分な磁気抵抗変化が得られない場合がある。この
ことは、磁性体の組成、成膜条件、膜構成等を限定して
しまう要因、あるいは製造において歩留まりの低下を招
く原因となり得る。

【００１６】特に、垂直磁化膜の磁化反転磁界や磁化飽
和磁界は、一般に面内磁化膜よりも大きな値を示すこと
から、ＭＲＡＭに垂直磁化膜を用いた場合は、その組成
や成膜条件等はさらに限定されることになる。

【００１７】本発明の目的は、上記の問題を解決し、磁
化反転磁界や磁化飽和磁界が大きな磁性体を用いても、
安定した情報の記録および読み出しが可能な磁気薄膜メ
モリ素子およびそれを用いた磁気薄膜メモリならびにそ
の情報記録方法を提供することにある。

【００１８】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、本発明の磁気薄膜メモリ素子は、読み出し層および
記録層が非磁性層を介して積層された磁気抵抗効果膜を
有する磁気薄膜メモリ素子において、前記記録層は、隣
接する層間で互いに磁気的に交換結合される複数の磁性
層が積層されており、記録温度の高低に応じて、前記非
磁性層に隣接する磁性層の磁化方向が該記録層内で生じ
る交換結合力によって反転可能であり、該磁性層の磁化
方向に応じて、前記読み出し層の磁化方向を反転させた
際に生じる前記磁気抵抗効果膜の磁気抵抗変化が異なる
ことを特徴とする。

【００１９】上記の場合、記録層は、少なくとも第１乃
至第４の磁性層が順次積層されており、該第１乃至第４
の磁性層は、それぞれの磁性層のキュリー温度が、 第３の磁性層＜第１の磁性層＜第２の磁性層＜第４の磁
性層 の関係にあり、第４の磁性層の磁化方向が所定の方向に
固定されており、記録温度の高低に応じて前記第１の磁
性層に１ビットの情報が記録可能に構成されてもよい。

【００２０】上記の場合、高い方の記録温度において所
定の大きさで所定の方向の磁化を持ち、該磁化により発
生する浮遊磁界によって第２の磁性層の磁化の反転が可
能な第５の磁性層をさらに有していてもよい。

【００２１】また、第１の磁性層と第２の磁性層との間
に、これら磁性層の磁化方向が反平行である場合に層内
に所定のエネルギーの磁壁が形成される第６の磁性層を
有していてもよい。

【００２２】さらに、ネール温度が記録温度より高い反
強磁性層が第４の磁性層に隣接して設けられてもよい。

【００２３】さらに、読み出し層がフェリ磁性層であ
り、その補償温度が室温より高く、記録温度より低いも
のであってもよい。

【００２４】本発明の磁気薄膜メモリは、上述のいずれ
かの磁気薄膜メモリ素子を複数有し、該複数の磁気薄膜
メモリ素子の磁気抵抗効果膜を選択的に昇温可能に構成
されていることを特徴とする。

【００２５】本発明の情報記録方法は、隣接する層間で
互いに磁気的に交換結合される複数の磁性層からなる記
録層と読み出し層とが非磁性層を介して積層された磁気
抵抗効果膜を有する磁気薄膜メモリ素子の情報記録方法
であって、前記複数の磁性層のうちの前記非磁性層に隣
接する磁性層の磁化方向を、記録温度の高低に応じて、
前記記録層内で生じる交換結合力によって反転させて情
報を記録することを特徴とする。

【００２６】上記の場合、複数の磁性層として第１乃至
第４の磁性層を用い、該第１乃至第４の磁性層のキュリ
ー温度の関係を、 第３の磁性層＜第１の磁性層＜第２の磁性層＜第４の磁
性層 とするととも、前記第４の磁性層の磁化方向を所定の方
向に固定し、磁気抵抗効果膜を前記第３の磁性層のキュ
リー温度よりも高い第１の記録温度に昇温して、前記第
３の磁性層の磁化を滅磁するとともに、前記第１の磁性
層の磁化反転を容易にし、前記第２の磁性層との交換結
合力により前記第１の磁性層の磁化方向を前記第４の磁
性層の磁化方向として第１の情報を記録し、前記磁気抵
抗効果膜を前記第１の記録温度より高い第２の記録温度
に昇温するとともに、前記第２の磁性層に対して前記第
４の磁性層の磁化方向とは反平行に印加される所定の大
きさの磁界を印加して、前記第２の磁性層の磁化方向を
前記磁界の方向に揃え、該第２の磁性層との交換結合力
により前記第１の磁性層の磁化方向を前記第４の磁性層
の磁化方向とは反平行として第２の情報を記録するよう
にしてもよい。

【００２７】また、第２の記録温度において所定の大き
さで所定の方向の磁化を持つ第５の磁性層を用い、該第
５の磁性層が発生する浮遊磁界を前記第２の記録温度に
よる情報記録時に印加される所定の大きさの磁界として
用いてもよい。

【００２８】さらに、第１の磁性層と第２の磁性層との
間に第６の磁性層を設けて、前記第１の磁性層の磁化方
向と前記第２の磁性層の磁化方向が反平行である場合
に、前記第５の磁性層内に所定のエネルギーの磁壁を形
成してもよい。

【００２９】さらに、ネール温度が記録温度より高い反
強磁性層を用いて第４の磁性層の磁化方向を固定するこ
とにしてもよい。

【００３０】上記のとおりの本発明においては、記録層
は隣接する層間で互いに磁気的に交換結合される複数の
磁性層からなり、非磁性層に隣接する磁性層の磁化方向
を記録温度の高低に応じて反転することで１ビットの情
報が記録されるが、その反転は、外部磁界によらず、記
録層内で生じる交換結合力によって行われる。したがっ
て、従来のように記録層、すなわち非磁性層に隣接する
磁性層に磁化反転磁界や磁化飽和磁界が大きな磁性体が
用いられても、著しく大きな磁界を印加することなく記
録が可能である。

【００３１】具体的には、記録層を構成する複数の磁性
層として第１乃至第４の磁性層が用られ、該第１乃至第
４の磁性層のキュリー温度の関係が、 第３の磁性層＜第１の磁性層＜第２の磁性層＜第４の磁
性層 とされ、第４の磁性層の磁化方向が所定の方向に固定さ
れたものにおいては、第３の磁性層のキュリー温度より
も高く、第１の磁性層の磁化方向が第２の磁性層との交
換結合力により容易に反転する第１の記録温度では、第
３の磁性層の磁化が滅磁するとともに、第１の磁性層の
磁化反転を容易にし、第２の磁性層との交換結合力によ
り第１の磁性層の磁化方向が第４の磁性層の磁化方向と
されて第１の情報が記録され、第１の記録温度より高
く、第２の磁性層の磁化方向が第４の磁性層の磁化方向
とは反平行に印加される所定の大きさの磁界の方向に容
易に揃えられる第２の記録温度においては、第２の磁性
層の磁化方向がその磁界の方向に揃え、該第２の磁性層
との交換結合力により第１の磁性層の磁化方向が第４の
磁性層の磁化方向とは反平行とされて第２の情報が記録
される。

【００３２】上記の場合は、磁界の印加は、第２の磁性
層の磁化方向を反転させるために用いられており、情報
記録が行われる第１の磁性層の磁化方向はその磁界によ
っては反転せずに、第２の磁性層との交換結合力によっ
て反転する。

【００３３】本発明のうち、第２の記録温度において所
定の大きさの磁化を持つ第５の磁性層を有するものにお
いては、この第５の磁性層が発生する浮遊磁界が第２の
記録温度時に第２の磁性層に印加されることにより情報
記録が行われるので、情報記録時に外部磁界を印加する
必要がなくなる。

【００３４】また、本発明のうち、第１の磁性層と第２
の磁性層の間に第６の磁性層が形成されたものにおいて
は、第１の磁性層と第２の磁性層の磁化方向を反平行に
向けることを容易にすることが可能である。この場合、
第２の磁性層に記録された情報はより安定に保存され
る。

【００３５】また、本発明のうち、ネール温度が記録温
度より高い反強磁性層が第４の磁性層に隣接して設けら
れているものにおいては、該反強磁性層との交換結合力
により第４の磁性層の磁化方向が固定される。したがっ
て、第４の磁性層にそれほど保磁力の大きな材料を用い
る必要がなくなり、設計時の第４の磁性層に関する材料
選択の自由度が向上する。

【００３６】

【発明の実施の形態】次に、本発明の実施形態について
図面を参照して説明する。

【００３７】図１は、本発明の磁気薄膜メモリ素子に用
いらる磁気抵抗効果膜の一実施形態を示す断面構造図で
ある。この磁気抵抗効果膜は、磁性層１、非磁性層２、
磁性層３〜６が順次積層されてなる多層膜構造を有す
る。磁性層１が読み出し層であり、磁性層３〜６が記録
層（多層膜）である。磁性層３と磁性層４の間、磁性層
４と磁性層５の間、磁性層５と磁性層６の間は、それぞ
れ交換結合されている。

【００３８】磁性層３〜６の中では、磁性層６のキュリ
ー温度が最も高く、かつ使用温度範囲内では、磁性層６
の磁化方向は固定されている。磁性層４のキュリー温度
が、磁性層６のキュリー温度に次いで高く、磁性層５の
キュリー温度が最も低い。図１には示されていないが、
磁性層６の磁化方向を固定するために、ネール温度が記
録温度よりも高い材料よりなる反強磁性層を設けて、こ
れと磁性層６とを交換結合させてもよい。

【００３９】上記のような多層膜構造を有する磁気抵抗
効果膜は、昇温による記録が可能である。以下、磁気抵
抗効果膜を構成する各磁性層を面内磁化膜とした場合
と、垂直磁化膜とした場合における情報の記録、再生に
ついて詳細に説明する。

【００４０】（１）面内磁化膜の場合 （１−ａ）情報記録 図２は、図１に示す磁気抵抗効果膜の各磁性層に面内磁
化膜を用いた場合の情報記録プロセスを説明するための
概念図で、（ａ）は「１」が記録されているときの磁化
方向を示す模式図、（ｂ）は比較的低い記録温度Ｔ_Lま
で昇温したときの磁化方向を示す模式図、（ｃ）は比較
的高い記録温度Ｔ_Hまで昇温したときの磁化方向を示す
模式図、（ｄ）は「０」が記録されているときの磁化方
向を示す模式図である。図２中、白抜き矢印は磁化の方
向を示し、黒矢印（１０）は外部より印加される磁界を
示す。

【００４１】図２に示す例では、磁気抵抗効果膜はすべ
ての磁性層１、３〜６が面内磁化膜であり、膜面内左向
きの方向に外部磁界１０が印加されるようになってい
る。以下の説明では、磁性層３の磁化方向が右向きのと
きを「１」とし、左向きのときを「０」とする。

【００４２】いま例えば図２（ａ）に示すように磁性層
３〜６の磁化方向がすべて右向きで「１」が記録されて
いる状態であったとして、これを比較的低い記録温度Ｔ
_Lまで昇温する。ただし、この比較的低い記録温度Ｔ
_Lは、磁性層５のキュリー温度よりも高く、磁性層４と
の交換結合力によって磁性層３の磁化の方向が容易に反
転可能であるような温度である。また、磁性層４は、そ
の比較的低い記録温度Ｔ _Lまで昇温された状態では、外
部印加磁界１０の影響により磁化反転しないような保磁
力を有する。このような条件の下では、比較的低い記録
温度Ｔ_Lまで昇温されると、図２（ｂ）に示すように磁
性層５の磁化が巨視的に消失する（またはその保磁力エ
ネルギーが小さくなる）が、各磁性層３、５、６の磁化
方向はいずれも元の磁化状態（右向き）を維持し、外部
印加磁界１０による磁化反転は生じない。

【００４３】上記昇温の後、磁気抵抗効果膜が冷却され
る過程において、膜温度が磁性層５のキュリー温度を下
回ると、磁性層５の磁化が磁性層６の磁化方向と同じ方
向で揃い、図２（ａ）の磁化状態に戻る。

【００４４】次いで、図２（ａ）の状態から比較的高い
記録温度Ｔ_Hまで昇温する。この比較的高い記録温度Ｔ_H
は、磁性層４の磁化方向が外部磁界１０の方向に容易に
揃うような温度である。このような条件の下では、比較
的高い記録温度Ｔ_Hまで昇温されると、図２（ｃ）に示
すように磁性層５の磁化が巨視的に消失し、外部印加磁
界１０により磁性層４の磁化方向が左向きとなり（磁化
反転）、磁性層３の磁化が磁性層４の磁化方向（左向
き）に揃う。ただし、磁性層６は元の磁化状態（右向
き）が維持される。

【００４５】上記昇温の後、磁気抵抗効果膜が冷却され
る過程において、膜温度が磁性層５のキュリー温度を下
回ると、磁性層５の磁化が磁性層６の磁化方向（右向
き）に揃い、さらに交換結合力によって磁性層４の磁化
も磁性層６の磁化方向（右向き）に揃う。ただし、この
ときの磁性層３と磁性層４の界面における磁壁エネルギ
ーは、磁性層３の保磁力エネルギーよりも小さくなるよ
うにしておく。このため、磁性層３の磁化方向は、外部
磁界１０の方向に揃っており、磁性層３と磁性層４の界
面には磁壁が存在する。

【００４６】上記のようにして比較的高い記録温度Ｔ_H
まで昇温されて、膜温度が磁性層５のキュリー温度を下
回った後の磁気抵抗効果膜の磁化状態が、図２（ｄ）に
示す磁化状態であり、「０」が記録されたことになる。

【００４７】次いで、図２（ｄ）の磁化状態、つまり
「０」が記録された状態から比較的低い記録温度Ｔ_Lま
で昇温する。比較的低い記録温度Ｔ_Lまで昇温される
と、磁性層５の磁化は巨視的に消失する（またはその保
磁力エネルギーは小さくなる）ので、磁性層３の磁化は
反転して磁性層４の磁化方向に揃い、図２（ｂ）の磁化
状態となる。その後の冷却過程において、膜温度が磁性
層５のキュリー温度を下回ると、磁性層５の磁化が磁性
層６の磁化方向と同じ方向で揃い、図２（ａ）の磁化状
態に戻る。

【００４８】次いで、図２（ｄ）の状態から比較的高い
記録温度Ｔ_Hまで昇温する。この場合も、図２（ａ）か
ら比較的高い記録温度Ｔ_Hまで昇温した場合と同様に、
磁性層５の磁化は巨視的に消失するため、磁性層４の磁
化方向は外部磁界１０の方向に揃い、図２（ｃ）の磁化
状態となる。

【００４９】以上のことから明らかなように、初期状態
が「０」と「１」のどちらが記録された状態であって
も、比較的低い記録温度Ｔ_Lまで昇温した場合は、
「０」が記録された状態となり、比較的高い記録温度Ｔ
_Hまで昇温した場合は、「１」が記録された状態とな
る。この情報記録では、磁性層を昇温し、交換結合力を
用いて記録を行うので、小さな印加磁界で記録を行うこ
とができる。

【００５０】（１−ｂ）情報再生 次に、記録情報の再生について詳細に説明する。図３
（ａ）に、磁気抵抗効果膜に「０」が記録された状態に
おける外部磁界の方向を反転させたときの各磁性層の磁
化方向と検出される電気抵抗の変化を示し、図３（ｂ）
に、磁気抵抗効果膜に「１」が記録された状態における
外部磁界の方向を反転させたときの各磁性層の磁化方向
と検出される電気抵抗の変化を示す。

【００５１】記録情報の読み出しは、磁性層１の磁化方
向を反転させたときに生じる磁気抵抗効果膜の電気抵抗
の変化を検出することで行う。具体的には、外部磁界１
０をまず左向きに向け、次いで右側に向ける。これによ
り、磁性層１の磁化の方向は、まず左に向き、次いで右
に反転することになる。このとき、外部磁界１０によっ
て磁性層３の磁化は反転してはならない。

【００５２】「０」が記録されている場合は、図３
（ａ）に示すように、磁性層１の磁化と磁性層３の磁化
は、平行状態から反平行状態へと遷移することになるの
で、磁気抵抗効果膜の電気抵抗は低い状態から高い状態
に変化する。「１」が記録されている場合は、図３
（ｂ）に示すように、磁性層１の磁化と磁性層３の磁化
は、反平行状態から平行状態へと遷移することになるの
で、磁気抵抗効果膜の電気抵抗は高い状態から低い状態
へと変化する。この電気抵抗の変化の違いにより記録さ
れた情報を読み出すことが可能である。

【００５３】上記の読み出し方法では、磁性層１の磁化
方向を反転させるために、読み出し層である磁性層１に
印加する磁界１０を反転させるようにしているが、室温
よりも高く記録温度よりも低い温度範囲に補償温度を有
するフェリ磁性体を磁性層１に用いることにより、印加
する磁界１０の方向を変化させることなく読み出しが可
能となる。

【００５４】図４は、読み出し層である磁性層にフェリ
磁性体を用いた磁気抵抗効果膜の情報再生原理を説明す
るための図で、（ａ）は室温における磁化状態を模式的
に示す断面図、（ｂ）は昇温時における磁化状態を模式
的に示す断面図である。この磁気抵抗効果膜は、読み出
し層である磁性層１にフェリ磁性体を用いた以外は、前
述の図１に示した磁気抵抗効果膜と同様のものである。

【００５５】磁性層１は、副格子磁化１１と副格子磁化
１２が反平行に向いており、室温において副格子磁化１
１が優勢となるように構成されている。この磁性層１に
室温において外部磁界１０（右向き）が印加された場合
は、図４（ａ）に示すように、副格子磁化１１が右向
き、副格子磁化１２が左向きとなる。この時点では、副
格子磁化１１（右向き）が優勢となっている。

【００５６】次に、外部磁界１０の向きを変えずに、磁
気抵抗効果膜を比較的低い記録温度Ｔ_Lよりも低く、か
つ磁性層１の補償温度よりも高い温度まで昇温すると、
図４（ｂ）に示すように、副格子磁化１１は副格子磁化
１２よりも小さくなるととも、それぞれの磁化の向きが
反転（副格子磁化１１が左向きになり、副格子磁化１２
が右向きになる）する。つまり、磁気抵抗効果膜の昇温
により、磁性層１の各副格子の磁化方向が反転可能であ
る。この時点では、副格子磁化１２（左向き）が優勢と
なっている。

【００５７】ここで、補償温度について簡単に説明す
る。図５は、フェリ磁性体の温度補償を説明するための
特性図である。縦軸に自発磁化をとり、横軸に温度をと
ってある。ここではフェリ磁性体として希土類金属と遷
移金属からなる合金を例にとって説明する。白抜き矢印
は自発磁化を表し、黒線矢印は遷移金属副格子磁化を表
し、破線矢印は希土類副格子磁化を表している。図５に
示すように、フェリ磁性体の自発磁化は温度上昇ととも
に減少し、ある温度で自発磁化の向きが反転する。この
自発磁化の向きが反転する温度を補償温度といい、この
補償温度では飽和磁化Ｍｓはゼロになる。ただし、飽和
磁化Ｍｓがゼロになっても、図５に示すように副格子は
磁化モーメントを持つ。この補償温度は、磁性層１の組
成比によって変わる。

【００５８】以上説明した磁気抵抗効果膜は外部磁界１
０の印加により情報の記録が行われるようになっている
が、情報記録のための磁界を印加する機能を磁気抵抗効
果膜自体に付加することにより、外部磁界１０を印加す
ることなく情報の記録を行うことも可能である。

【００５９】図６は、外部磁界なしに情報の記録を行う
ことが可能な磁気抵抗効果膜における磁化方向と浮遊磁
界の方向を模式的に示す断面図である。この磁気抵抗効
果膜は、図１に示した構成に加えて、磁性層６の側に新
たな磁性層７が設けられている。この磁性層７は、情報
記録に必要な浮遊磁界２０を発生するもので、記録温度
において大きな磁化を持ち、磁性層６とは直接接しない
ように設けられている。この磁性層７の磁化の向きは固
定されており、その方向は、磁性層５を介して交換結合
力によって生じる、磁性層６の磁化方向に依存した磁性
層４の磁化の方向に対して反平行に浮遊磁界２０が印加
されるような方向である。この磁気抵抗効果膜において
も、外部磁界１０に代えて浮遊磁界２０が利用される点
が異なるだけで、その情報の記録は、前述の図２および
図４に示した磁気抵抗効果膜の情報の記録と同じであ
る。なお、記録情報の読み出しは、前述の図４に示した
構造の磁気抵抗効果膜の場合は、印加磁界の反転を必要
としないため問題とならないが、図２に示した構造の磁
気抵抗効果膜の場合は、何らかの方法で磁界を反転させ
る必要がある（図３参照）。この場合は、磁性層７をフ
ェリ磁性体より構成し、そのフェリ磁性体の温度補償を
境として浮遊磁界の方向を反転させることで、情報の読
み出しを行うことができる。

【００６０】上記図６の例の他に、磁性層４との交換結
合力によって磁性層３の磁化方向が反転して記録情報が
消失することを防ぐために、図７に示すように、磁性層
３と磁性層４の間に、磁壁エネルギーが小さい材料を用
いた磁性層８を形成してもよい。

【００６１】以上説明した、面内磁化膜を用いた磁気抵
抗効果膜の構成において、磁性層１、３〜８として、Ｃ
ｏ、Ｆｅ、Ｎｉやこれらの合金を用いることが可能であ
る。さらにはＳｂ、Ｖ、Ｃｒ、Ｓｉ、Ａｌ、Ｚｎ、Ｍ
ｎ、Ｃｕ、Ｒｈ、Ｒｕ、Ｉｒ、Ｏｓ、Ｗ、Ｍｏ、Ｎｂ、
Ｒｅ、Ｇａ、Ｇｅ、Ｓｎ、Ｐｔ、Ｐｄ等を適量添加する
ことにより、所望のキュリー温度、磁壁エネルギー、保
磁力等の磁気特性を調整することも可能である。

【００６２】さらに、反強磁性層を磁性層６と交換結合
させるように形成し、磁性層６の磁化方向を固定しても
よい。反強磁性層に使用する反強磁性体としては、ネー
ル温度が高いものが好ましく、例えばα−Ｆｅ₂Ｏ₃、Ｎ
ｉＯ、ＭｎＩｒ、ＭｎＰｔ、ＭｎＣｒ、ＣｒＡｌ、Ｃｒ
Ｇａ等が使用可能である。

【００６３】（２）垂直磁化膜の場合 （２−ａ）情報記録 図８は、図１に示す磁気抵抗効果膜の各磁性層に垂直磁
化膜を用いた場合の情報記録プロセスを説明するための
概念図で、（ａ）は「１」が記録されているときの磁化
方向を示す模式図、（ｂ）は比較的低い記録温度Ｔ_Lま
で昇温したときの磁化方向を示す模式図、（ｃ）は比較
的高い記録温度Ｔ_Hまで昇温したときの磁化方向を示す
模式図、（ｄ）は「０」が記録されているときの磁化方
向を示す模式図である。図８中、白抜き矢印は磁化の方
向を示し、黒矢印（１０）は外部より印加される磁界を
示す。

【００６４】図８に示す例では、磁気抵抗効果膜はすべ
ての磁性層１、３〜６が垂直磁化膜であり、垂直磁化の
方向に外部磁界１０が印加されるようになっている。こ
こでは、磁性層３の磁化方向が上向きのときを「１」と
し、下向きのときを「０」とする。この磁気抵抗効果膜
における記録プロセスは、前述の図２に示した面内磁化
膜を用いた場合と同様であり、やはり比較的低い記録温
度Ｔ_Lまで昇温（図８（ｂ）の状態）した場合は、
「１」が記録され（図８（ａ）の状態）、比較的高い記
録温度Ｔ_Hまで昇温（図８（ｃ）の状態）した場合に
は、「０」が記録される（図８（ｄ）の状態）。

【００６５】本例の垂直磁化膜を用いた磁気抵抗効果膜
においても、面内磁化膜を用いた場合と同様に磁性層１
にフェリ磁性体を用いることによって、外部磁界１０の
方向を変えることなく記録された情報の読み出しが可能
である。図９は、読み出し層である磁性層にフェリ磁性
体を用いた磁気抵抗効果膜の情報再生原理を説明するた
めの図で、（ａ）は室温における磁化状態を模式的に示
す断面図、（ｂ）は昇温時における磁化状態を模式的に
示す断面図である。この磁気抵抗効果膜は、読み出し層
である磁性層１にフェリ磁性体を用いた以外は、前述の
図８に示した磁気抵抗効果膜と同様のものである。

【００６６】図９において、磁性層１は、副格子磁化１
１と副格子磁化１２が反平行に向いており、室温におい
て副格子磁化１１が優勢となるように構成されている。
室温において磁性層１に外部磁界１０（下向き）が印加
された状態では、図９（ａ）に示すように、副格子磁化
１１が下向き、副格子磁化１２が上向きとなる。この時
点では、副格子磁化１１（上向き）が優勢となってい
る。

【００６７】外部磁界１０の向きを変えずに、磁気抵抗
効果膜を比較的低い記録温度Ｔ_Lよりも低く、かつ磁性
層１の補償温度よりも高い温度まで昇温すると、図９
（ｂ）に示すように、副格子磁化１１は副格子磁化１２
よりも小さくなるととも、それぞれの磁化の向きが反転
（副格子磁化１１が上向きになり、副格子磁化１２が下
向きになる）する。つまり、磁気抵抗効果膜の昇温によ
り、磁性層１の各副格子の磁化方向が反転可能である。

【００６８】また、本例の垂直磁化膜を用いた磁気抵抗
効果膜においても、前述の面内磁化膜を用いた場合と同
様に、磁気抵抗効果膜に磁界を印加する機能を磁気抵抗
効果膜自体に付加することにより、記録時に外部磁界１
０を印加することなく情報の記録が可能である。

【００６９】図１０は、外部磁界なしに情報の記録を行
うことが可能な磁気抵抗効果膜における磁化方向と浮遊
磁界の方向を模式的に示す断面図である。この磁気抵抗
効果膜は、図８に示した構成に加えて、磁性層６の側に
新たな磁性層７が設けられている。この磁性層７は、情
報記録に必要な浮遊磁界２０を発生するもので、記録温
度において大きな磁化を持ち、磁性層６とは直接接しな
いように設けられている。この磁性層７の磁化の向きは
固定されており、その方向は、磁性層５を介して交換結
合力によって生じる、磁性層６の磁化方向に依存した磁
性層４の磁化の方向に対して反平行に浮遊磁界２０が印
加されるような方向である。この磁気抵抗効果膜におい
ても、外部磁界１０に代えて浮遊磁界２０が利用される
点が異なるだけで、その情報の記録は、前述の図８およ
び図９に示した情報の記録と同じである。なお、記録情
報の読み出しについては、図９に示した構造の磁気抵抗
効果膜の場合は、印加磁界の反転を必要としないため問
題とならないが、図８に示した構造の磁気抵抗効果膜の
場合は、何らかの方法で磁界を反転させる必要がある。
この場合は、磁性層７をフェリ磁性体より構成し、その
フェリ磁性体の温度補償を境として浮遊磁界の方向を反
転させることで、情報の読み出しを行うことができる。

【００７０】上述の垂直磁化膜を用いた磁気抵抗効果膜
において、各磁性層１、３〜７に用いられる材料として
は、Ｔｂ、Ｄｙ、Ｇｄ、Ｎｄ等の希土類金属の中から選
ばれた少なくとも一元素とＦｅ、Ｃｏ、Ｎｉ等の遷移金
属の中から選ばれた少なくとも一元素からなる希土類遷
移金属合金、Ｐｔ／Ｃｏ、Ｐｄ／Ｃｏ等の遷移金属と貴
金属からなる合金や人工格子多層膜、ＣｏＣｒ合金等、
キュリー温度が室温よりも高く垂直磁化を示すものであ
れば使用可能であるが、特に希土類遷移金属合金は、そ
の組成を調整することによって所望の磁気特性を得るこ
とが容易であるので好ましい。また、大きな磁気抵抗変
化を得るためには、磁性層１と磁性層３にスピン分極率
の大きな材料を用いることが好ましい。

【００７１】以上説明した磁気抵抗効果膜により構成さ
れる本形態の磁気薄膜メモリ素子において、磁気抵抗効
果膜を加熱する方法は特に限定するものではないが、例
えば、磁気抵抗効果膜の近くに発熱体を形成して熱伝導
により加熱する方法がある。この場合、発熱体としては
ニッケルクロム合金や鉄クロムアルミニウム合金等が使
用可能である。

【００７２】磁気薄膜メモリでは、磁気薄膜抵抗膜と発
熱体とを有する磁気薄膜メモリ素子が複数配置され、選
択的に発熱体に電流を流すことで、磁気薄膜メモリ素子
の磁気薄膜抵抗膜を加熱して情報を記録する。選択的に
発熱体に電流を流す回路としては、周知のＭＲＡＭの選
択回路を使用することができる。

【００７３】磁気薄膜メモリ素子の磁気薄膜抵抗膜を効
率よく昇温するためには、発熱体と磁気薄膜抵抗膜は極
力近い場所に配置する必要がある反面、両者は電気的に
独立している必要がある。したがって、発熱体と磁気抵
抗効果膜は熱伝導率の高い絶縁層を介して隣接して形成
されていることが好ましい。このような絶縁体として
は、ＢｅＯが挙げられる。また、熱伝導率が著しく高い
材料でなくても電気抵抗率が高く、かつ絶縁破壊が起き
にくい材料であれば、膜厚を薄くすることにより使用可
能である。そのような材料としては、例えばＡｌ₂Ｏ₃や
Ｓｉ₃Ｎ₄等が挙げられる。

【００７４】発熱体や磁気抵抗効果膜を半導体と電気的
に接続する場合は、半導体の熱的ダメージを低減するた
め、または熱効率を高めるために、発熱体または磁気抵
抗効果膜を電気抵抗が低く、かつ、熱伝導率が小さい導
体によって形成された層を介して半導体に接続すること
が好ましい。そのような材料としては、例えばＴｉが挙
げられる。

【００７５】なお、磁気抵抗効果膜の昇温は、上記発熱
体による加熱の他、発光体から発せられた光を磁気抵抗
効果膜に照射して直接加熱する方法によっても可能であ
る。

【００７６】

【実施例】次に、本発明の磁気薄膜メモリについて具体
例を挙げてその構成を説明する。

【００７７】（実施例１）図１１は、本発明の第１の実
施例の磁気薄膜メモリ素子の概略構成を示す断面図、図
１２は、その磁気薄膜メモリ素子に用いられる磁気抵抗
効果膜の断面図である。

【００７８】この磁気薄膜メモリは、基板２１としてＳ
ｉウエハーが用いられており、その表面を酸化処理する
ことで、約１μmのＳｉＯ₂膜２２が形成されている。Ｓ
ｉＯ ₂膜２２上部には、膜厚５０ｎｍのＡｌ₅₀Ｃｕ₅₀膜
によりなるワード線２３が形成され、さらにその上部に
ｎ型半導体２４、ｐ型半導体２５、熱遮断膜２６が順次
積層されている。熱遮断膜２６には、膜厚１００ｎｍの
Ｔｉを用いている。

【００７９】熱遮断膜２６の上部には磁気抵抗効果膜４
０、膜厚５０ｎｍのＡｌ₅₀Ｃｕ₅₀膜よりなるビット線２
７が形成されており、さらにその上部に絶縁膜２８、下
部電極２９、発熱体３０が形成されている。発熱体３０
は、磁気抵抗効果膜４０を昇温するためのもので、磁気
抵抗効果膜４０上にビット線２７上部の電気絶縁膜２８
を介して形成されており、その下部において膜厚５０ｎ
ｍのＡｌ₅₀Ｃｕ₅₀膜よりなる下部電極２９と電気的に接
続されている。ここでは、発熱体３０に膜厚１００ｎｍ
のＮｉ₇₅Ｃｒ₂₃Ｍｎ₂を用いている。

【００８０】発熱体３０の上部には、膜厚１００ｎｍの
Ｔｉ膜よりなる熱遮断膜３１が形成され、さらにその上
にｐ型半導体３２、ｎ型半導体３３、膜厚５０ｎｍのＡ
ｌ₅₀Ｃｕ₅₀膜よりなる上部電極３４が形成されている。
上部電極３４の上部には、記録情報再生時に外部より磁
界を印加するために、絶縁層３５を介して膜厚１００ｎ
ｍのＡｌよりなる導線３６が形成されている。

【００８１】磁気抵抗効果膜４０は、前述の図１に示し
た磁気抵抗効果膜を基本とするもので、図１２に示すよ
うに磁性層４１、非磁性層４２、磁性層４３、４８、４
４〜４６、反強磁性層４９が順次積層されてなる多層膜
構造を有する。磁性層４１、非磁性層４２、磁性層４３
〜４６がそれぞれ図１に示した磁性層１、非磁性層２、
磁性層３〜６に対応する。また、磁性層４８は図７に示
した磁性層８に対応する。反強磁性層４９は、磁性層４
６の磁化方向を固定するためのもので、その一方向異方
性は所定の方向に固定されており、磁性層４６と交換結
合されている。

【００８２】本例では、磁性層４１は膜厚１５ｎｍのＮ
ｉ₇₉Ｆｅ₂₁膜、非磁性層４２は膜厚２ｎｍのＡｌ₂Ｏ
₃膜、磁性層４３は膜厚５ｎｍのＣｏ₅₀Ｆｅ₅₀膜、磁性
層４４は膜厚２ｎｍのＣｏ膜、磁性層４５は膜厚３ｎｍ
のＮｉ₉₂Ｃｒ₈膜、磁性層４６は膜厚５ｎｍのＣｏ膜、
磁性層４８は膜厚５ｎｍのＦｅ₈₀Ｃｒ₂₀膜、反強磁性層
４９は膜厚５ｎｍのＭｎ₇₀Ｉｒ₃₀膜とした。

【００８３】以上のように構成される本例の磁気薄膜メ
モリ素子において、情報の記録は、上部電極３４と下部
電極２９を介して、磁気抵抗効果薄膜４０の上部に形成
された発熱体３０に電流を流して磁気抵抗効果薄膜４０
を適当に昇温することにより行われる。磁気抵抗効果薄
膜４０の温度は、発熱体３０に流す電流の大きさを調整
することで所望の温度とすることができる。情報記録の
際には、磁気抵抗効果薄膜４０の膜面内左方向に磁界を
印加する。

【００８４】記録情報の読み出しは、ビット線２７とワ
ード線２３に定電流を流すとともに、導線３６に電流を
流して磁性層４１に磁界を印加する。このとき、導線３
６に流す電流の方向を変えることで、磁性層４１に印加
する磁界の方向を反転させる。そうすることによって、
磁性層４１の磁化は、印加された磁界の方向に揃って反
転し、その結果、磁気抵抗効果膜４０の抵抗値に記録情
報に伴った磁気抵抗変化を生ずる。

【００８５】本例の磁気薄膜メモリ素子において、磁気
抵抗効果薄膜４０を比較的高い記録温度Ｔ_Hまで昇温し
た後、磁気抵抗効果薄膜４０の抵抗値を測定したとこ
ろ、磁気抵抗の値は増加する方向に変化した。また、磁
気抵抗効果薄膜４０を比較的低い記録温度Ｔ_Lまで昇温
した後、磁気抵抗効果薄膜４０の抵抗値を測定したとこ
ろ、磁気抵抗の値は減少する方向に変化した。この結果
から、記録温度の違い（高低）に応じて１ビットの情報
を記録でき、再生できることが分かる。

【００８６】図１３は、図１１に示した磁気薄膜メモリ
素子を複数有する磁気薄膜メモリの概略構成を示す回路
図である。図１３中、図１１に示した構成と同じものに
は、同じ符号を付している。

【００８７】この磁気薄膜メモリは、ワード線２３、ビ
ット線２７が縦横に複数設けられ、それらの各交差部に
磁気薄膜メモリ素子１００が設けられている。ワード線
２３に沿って磁界印加用の導線３６および上部電極３４
が設けられ、ビット線２７に沿って下部電極２９が設け
られている。磁気薄膜メモリ素子１００は行列状に複数
配置されているが、いずれも同じ構成であるので、ここ
では図１３の右上に位置する磁気薄膜メモリ素子を例に
とってその構成を詳細に説明する。

【００８８】磁気薄膜メモリ素子１００は、図１１に示
した構造のもので、磁気抵抗効果膜４０、発熱体３０、
ダイオードＤ１（ｎ型半導体２４およびｐ型半導体２
５）、ダイオードＤ２（ｎ型半導体３３およびｐ型半導
体３２）を有する。磁気抵抗効果膜４０は、一端がダイ
オードＤ１を介してワード線２３と接続され、他端がビ
ット線２７と接続されている。発熱体３０は、一端がダ
イオードＤ２を介して上部電極３４と接続され、他端が
下部電極２９と接続されている。

【００８９】ワード線２３の一端はトランジスタＴｒ３
の一方の端子と接続されている。トランジスタＴｒ３の
他方の端子は固定抵抗Ｒの一端に接続されるとともに、
センスアンプＳＡの一方の入力端子に接続されている。
固定抵抗Ｒの他端は、電源１０１を介して接地されてい
る。ビット線２７の一端はトランジスタＴｒ４、Ｔｒ５
の一方の端子にそれぞれ接続されている。トランジスタ
Ｔｒ５の他方の端子は接地され、トランジスタＴｒ４の
他方の端子は電源１０２を介して接地されている。

【００９０】上部電極３４の一端はトランジスタＴｒ１
の一方の端子に接続されている。トランジスタＴｒ１の
他方の端子は、電源１０３を介して接地されている。下
部電極２９の一端はトランジスタＴｒ６を介して接地さ
れ、導線３６の一端はトランジスタＴｒ２を介して接地
されている。

【００９１】次に、この磁気薄膜メモリの情報記録動作
について説明する。

【００９２】トランジスタＴｒ１、Ｔｒ６をそれぞれオ
ンにすることにより、上部電極３４と下部電極２９を介
して発熱体３０に所望の大きさの電流を流すことがで
き、これにより、磁気抵抗効果薄膜４０を所望の記録温
度に昇温して情報を記録することができる。情報記録時
には、トランジスタＴｒ２をオンとして、導線３６に所
定の方向に所定の大きさの電流を流し、該導線３６にて
発生する磁界を磁気薄膜メモリ素子１００の磁気抵抗効
果薄膜４０に対して印加する。本例では、磁気薄膜メモ
リ素子１００が行列状に複数配置されており、各上部電
極３４に設けられているトランジスタＴｒ１、各下部電
極２９に設けられているトランジスタＴｒ６、各導線３
６に設けられているトランジスタＴｒ２をそれぞれオン
・オフ制御することにより、特定の磁気薄膜メモリ素子
１００の発熱体３０に選択的に電流を流すことができ、
その磁気抵抗効果薄膜４０に対して磁界を印加すること
ができる。

【００９３】続いて、記録情報の読み出し動作について
説明する。

【００９４】まず、選択する磁気薄膜メモリ素子１０
０に接続されているビット線２７のトランジスタＴｒ５
をオンにし、トランジスタＴｒ４をオフにする。これ以
外のビット線については、その逆の状態、すなわちトラ
ンジスタＴｒ５をオフにし、トランジスタＴｒ４をオン
にする。また、選択する磁気薄膜メモリ素子１００に接
続されているワード線２３のトランジスタＴｒ３をオン
にする。ここで、ワード線２３に電源電圧（電源１０
１）はビット線２７に接続されている電源電圧（電源１
０２）よりも若干低い値であり、その電圧の差は磁気薄
膜メモリ素子１００を構成するダイオードＤ１のツェナ
ー電圧よりも小さくなるように設定されている。このた
め、選択する磁気薄膜メモリ素子１００の磁気抵抗効果
膜４０の一端はダイオードＤ１を介してプラスの電圧が
印加され、他端はグランドに落ちた状態になり、その磁
気抵抗効果膜４０に定電流が流れる。なお、その他の磁
気薄膜メモリ素子では、トランジスタＴｒ４がオンとさ
れているためにビット線側に高い電圧が印加されること
となり、ダイオードの働きにより磁気抵抗効果膜には電
流は流れない。

【００９５】上記のようにして選択された磁気薄膜メ
モリ素子１００の磁気抵抗効果膜４０に定電流を流した
状態で、導線３６に順方向に電流を流して磁界を発生さ
せ、次いで逆方向に電流を流して先の磁界とは逆方向に
磁界を発生させる。この動作によって、選択された磁気
薄膜メモリ素子１００の磁気抵抗効果膜４０の非磁性層
を介して積層されている読み出し層（磁性層４１）およ
び記録層（磁性層４３）の磁化方向は反平行から平行、
あるいは平行から反平行へと変化することとなり、磁気
抵抗効果膜４０の抵抗が変化する。

【００９６】選択された磁気薄膜メモリ素子１００の
磁気抵抗効果膜４０と固定抵抗Ｒは直列に接続されてい
るので、それぞれの抵抗にかかる電位差はそれらの抵抗
値の比率に比例し、それらの抵抗にかかる電位差の和は
２つの電源（１０１、１０２）の電圧の差で一定であ
る。したがって、磁気抵抗効果膜４０の抵抗値が変化す
ると、この磁気抵抗効果膜４０にかかる電位差が変化す
ることになる。この電位差の変化量をセンスアンプＳＡ
で検出することにより、記録情報を読み出す。

【００９７】（実施例２）図１４は、本発明の第２の実
施例の磁気薄膜メモリ素子の概略構成を示す断面図、図
１５は、その磁気薄膜メモリに用いられる磁気抵抗効果
膜の断面図である。

【００９８】この磁気薄膜メモリ素子は、導線３６およ
び絶縁層３５が無いこと、磁気抵抗効果膜４０の構成が
異なること以外は、上述の第１の実施例の磁気薄膜メモ
リ素子の構成と同じである。

【００９９】磁気抵抗効果膜４０は、前述の図９および
図１０に示した磁気抵抗効果膜を基本とするもので、図
１５に示すように磁性層４１、非磁性層４２、磁性層４
３、４８、４４〜４６が順次積層され、さらに磁性層４
６の側に該磁性層４６とは接しないように磁性層４７が
設けられた多層膜構造を有する。磁性層４１、非磁性層
４２、磁性層４３〜４７はそれぞれ図９に示した磁性層
１、非磁性層２、磁性層３〜６および図１０に示した磁
性層７に対応する。また、磁性層４８は、磁性層４４と
の交換結合力によって磁性層４３の磁化方向が反転して
記録情報が消失することを防ぐために設けられたもの
で、図７に示した磁性層８と同様の働きをする。

【０１００】本例では、磁性層４１に膜厚１０ｎｍのＧ
ｄ₂₆Ｃｏ₇₄膜、非磁性層４２に膜厚２ｎｍのＡｌ₂Ｏ
₃膜、磁性層４３に膜厚１０ｎｍのＴｂ₂₂Ｆｅ₇₅Ｃｏ
₃膜、磁性層４４に膜厚２０ｎｍのＤｙ₂₀Ｆｅ₆₂Ｃｏ₁₈
膜、磁性層４５に膜厚３ｎｍのＴｂ ₁₇Ｆｅ₈₃膜、磁性層
４６に膜厚３０ｎｍのＴｂ₂₂Ｃｏ₇₈膜、磁性層４７に膜
厚２０ｎｍのＴｂ₁₈Ｆｅ₄₁Ｃｏ₄₁膜、磁性層４８に膜厚
５ｎｍのＧｄ₃₂Ｃｏ₆₈膜を用いた。情報を保持する磁性
層４３の保磁力は、ここでは６ＭＡ／ｍ以上と著しく大
きくしてある。

【０１０１】本例においても、情報の記録は、上述の第
１の実施例の場合と同様に、発熱体３０に電流を流し、
磁気抵抗効果膜４０を昇温することで磁性層４３に情報
を記録する。ただし、記録時に、磁気抵抗効果膜４０に
印加される磁界は、外部磁界ではなく、磁性層４７にて
発生する浮遊磁界である。

【０１０２】図１６は、情報再生時における抵抗値の変
化を説明するための図で、（ａ）は「０」が記録されて
いる場合の各磁性層の磁化方向および抵抗値の変化を示
す図、（ｂ）は「１」が記録されている場合の各磁性層
の磁化方向および抵抗値の変化を示す図である。

【０１０３】室温において磁性層４１は、Ｇｄ副格子磁
化８１が優勢であり、磁性層４７から発生している浮遊
磁界とＧｄ副格子磁化８１の方向は平行、浮遊磁界とＣ
ｏ副格子磁化８２の方向は反平行となっている（図１６
の（ａ）、（ｂ）の室温のときの磁化状態）。この状態
から、磁性層４１をその補償温度よりも僅かに高い温度
（ただし、記録温度よりは低い）まで昇温する。そうす
ると、磁性層４１の磁化はＣｏ副格子磁化８２が優勢と
なり、昇温に伴う磁化反転により磁性層４７から発生し
ている浮遊磁界とＣｏ副格子磁化８２の方向が平行とな
り、浮遊磁界とＧｄ副格子磁化８１の方向は反平行とな
る（図１６の（ａ）、（ｂ）の昇温時の磁化状態）。こ
のように、磁性層４１を昇温することによって磁化状態
が反転するので、図１６（ａ）、（ｂ）に示すような記
録情報を伴った磁気抵抗変化を生ずる。

【０１０４】本例の磁気薄膜メモリ素子において、比較
的低い記録温度まで昇温した後、図１６（ａ）に示した
ような昇温による検出を行った結果、磁気抵抗の値は減
少する方向に変化し、比較的高い記録温度まで昇温した
後、図１６（ｂ）に示したような昇温による検出を行っ
た結果、磁気抵抗の値は増加する方向に変化した。この
結果から、記録温度の違い（高低）に応じて１ビットの
情報を記録でき、再生できることが分かる。

【０１０５】図１７は、図１４に示した磁気薄膜メモリ
素子を複数有する磁気薄膜メモリの概略構成を示す回路
図である。この磁気薄膜メモリは、導線３６およびトラ
ンジスタＴＲ２が無いこと、磁気薄膜メモリ素子１００
の構成が異なること以外は、上述の図１３に示したもの
と同じである。図１７中、図１３に示した構成と同じも
のには、同じ符号を付している。

【０１０６】この磁気薄膜メモリは、磁気薄膜メモリ素
子１００として図１４に示した磁気薄膜メモリ素子が用
いられている。情報記録は、図１３に示した磁気薄膜メ
モリにおける動作と基本的には同じであるが、情報記録
時に印加される磁界として、導線３６にて発生する磁界
に代えて、磁気薄膜メモリ素子１００を構成する磁性層
４７にて発生する浮遊磁界が用られる。よって、本例の
磁気薄膜メモリにおける記録動作では、図１３に示した
磁気薄膜メモリにおける記録動作で必要であった、「ト
ランジスタＴｒ１をオンとして、導線３６に所定の方向
に所定の大きさの電流を流し、該導線３６にて発生する
磁界を磁気薄膜メモリ素子１００の磁気抵抗効果薄膜４
０に対して印加する」という動作が必要なくなる。これ
以外の記録動作は、図１３に示した磁気薄膜メモリにお
ける動作と同じである。

【０１０７】記録情報の読み出しについては、図１３に
示した磁気薄膜メモリにおける読み出し動作〜のう
ち、の動作が異なるだけで、その他は同じである。以
下、本例におけるの動作について説明する。

【０１０８】本例では、磁気薄膜メモリ素子１００の磁
気抵抗効果膜４０は、図１６に示したように読み出し層
である磁性層４１をその補償温度よりも僅かに高い温度
（ただし、記録温度よりは低い）まで昇温することで、
その磁化（Ｇｄ副格子磁化８１およびＣｏ副格子磁化８
２）の方向を反転させて、記録情報の読み出しを行う。

【０１０９】動作のようにして選択された磁気薄膜メ
モリ素子１００の磁気抵抗効果膜４０に定電流を流した
状態で、トランジスタＴｒ１、Ｔｒ６をそれぞれオンに
することにより、上部電極３４と下部電極２９を介して
発熱体３０に所望の大きさの電流を流し、磁気抵抗効果
薄膜４０の磁性層４１を室温からその補償温度よりも僅
かに高い温度（ただし、記録温度よりは低い）まで昇温
する。この動作によって、選択された磁気薄膜メモリ素
子１００の磁気抵抗効果膜４０の非磁性層を介して積層
されている読み出し層（磁性層４１）および記録層（磁
性層４３）の磁化方向は、磁性層４１の補償温度を境に
して反平行から平行、あるいは平行から反平行へと変化
することとなり、磁気抵抗効果膜４０の抵抗が変化す
る。この抵抗変化に応じた電位差の変化量をセンスアン
プＳＡで検出することにより、記録情報を読み出す。

【０１１０】上記の磁気薄膜メモリにおいては、磁気薄
膜メモリ素子１００の磁気抵抗効果膜４０の磁性層４１
としてフェリ磁性体よりなる磁性層が用いられているた
め、記録情報の読み出しに印加磁界の反転を必要としな
いが、磁性層４１にそのようなフェリ磁性体を用いない
場合には、記録情報の読み出しの際に印加磁界を何らか
の方法で反転させる必要がある。そのような場合は、磁
性層４７をフェリ磁性体より構成し、そのフェリ磁性体
の温度補償を境として浮遊磁界の方向を反転させること
で、情報の読み出しを行うことができる。この場合、上
記のの動作は、磁性層４７の浮遊磁界を反転させるた
めの動作となる。すなわち、動作のようにして選択さ
れた磁気薄膜メモリ素子１００の磁気抵抗効果膜４０に
定電流を流した状態で、トランジスタＴｒ１、Ｔｒ６を
それぞれオンにすることにより、上部電極３４と下部電
極２９を介して発熱体３０に所望の大きさの電流を流
し、磁気抵抗効果薄膜４０の磁性層４７を室温からその
補償温度よりも僅かに高い温度（ただし、記録温度より
は低い）まで昇温する。この動作によって、選択された
磁気薄膜メモリ素子１００の磁気抵抗効果膜４０の非磁
性層を介して積層されている読み出し層（磁性層４１）
および記録層（磁性層４３）の磁化方向は、磁性層４７
の補償温度を境にして反平行から平行、あるいは平行か
ら反平行へと変化することとなり、磁気抵抗効果膜４０
の抵抗が変化する。この抵抗変化に応じた電位差の変化
量をセンスアンプＳＡで検出することにより、記録情報
を読み出す。

【０１１１】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
基本的には記録層内で生じる交換結合力によって情報の
記録が行われるので、小さな印加磁界によって磁化の方
向を反転することが困難な磁性体を用いた場合であって
も、印加磁界を大きくすることなく記録が可能である。
よって、記録層の磁性体の組成、成膜条件、膜構成等の
選択性を向上させることができ、結果的に、製造におけ
る歩留まりの向上を図ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の磁気薄膜メモリ素子に用いらる磁気抵
抗効果膜の一実施形態を示す断面構造図である。

【図２】図１に示す磁気抵抗効果膜を用いた場合の情報
記録プロセスを説明するための概念図で、（ａ）は
「１」が記録されているときの磁化方向を示す模式図、
（ｂ）は比較的低い記録温度Ｔ_Lまで昇温したときの磁
化方向を示す模式図、（ｃ）は比較的高い記録温度Ｔ_H
まで昇温したときの磁化方向を示す模式図、（ｄ）は
「０」が記録されているときの磁化方向を示す模式図で
ある。

【図３】図１に示す磁気抵抗効果膜を用いた場合の情報
再生プロセスを説明するための図で、（ａ）は磁気抵抗
効果膜に「０」が記録された状態における外部磁界の方
向を反転させたときの各磁性層の磁化方向と検出される
電気抵抗の変化を示す模式図、（ｂ）は磁気抵抗効果膜
に「１」が記録された状態における外部磁界の方向を反
転させたときの各磁性層の磁化方向と検出される電気抵
抗の変化を示す模式図である。

【図４】図１に示す磁気抵抗効果膜の読み出し層にフェ
リ磁性体を用いた場合の情報再生原理を説明するための
図で、（ａ）は室温における磁化状態を模式的に示す断
面図、（ｂ）は昇温時における磁化状態を模式的に示す
断面図である。

【図５】フェリ磁性体の温度補償を説明するための特性
図である。

【図６】図１に示す磁気抵抗効果膜の一変形例である、
外部磁界なしに情報の記録を行うことが可能な磁気抵抗
効果膜における磁化方向と浮遊磁界の方向を模式的に示
す断面図である。

【図７】図１に示す磁気抵抗効果膜の一変形例を示す図
である。

【図８】図１に示す磁気抵抗効果膜の各磁性層に垂直磁
化膜を用いた場合の情報記録プロセスを説明するための
概念図で、（ａ）は「１」が記録されているときの磁化
方向を示す模式図、（ｂ）は比較的低い記録温度Ｔ_Lま
で昇温したときの磁化方向を示す模式図、（ｃ）は比較
的高い記録温度Ｔ_Hまで昇温したときの磁化方向を示す
模式図、（ｄ）は「０」が記録されているときの磁化方
向を示す模式図である。

【図９】図１に示す磁気抵抗効果膜の読み出し層にフェ
リ磁性体を用いた磁気抵抗効果膜の情報再生原理を説明
するための図で、（ａ）は室温における磁化状態を模式
的に示す断面図、（ｂ）は昇温時における磁化状態を模
式的に示す断面図である。

【図１０】図１に示す磁気抵抗効果膜の一変形例であ
る、外部磁界なしに情報の記録を行うことが可能な磁気
抵抗効果膜における磁化方向と浮遊磁界の方向を模式的
に示す断面図である。

【図１１】本発明の第１の実施例の磁気薄膜メモリ素子
の概略構成を示す断面図である。

【図１２】図１１に示す磁気薄膜メモリ素子に用いられ
る磁気抵抗効果膜の断面図である。

【図１３】図１１に示す磁気薄膜メモリ素子を複数有す
る磁気薄膜メモリの概略構成を示す回路図である。

【図１４】本発明の第２の実施例の磁気薄膜メモリ素子
の概略構成を示す断面図である。

【図１５】図１４に示す磁気薄膜メモリに用いられる磁
気抵抗効果膜の断面図である。

【図１６】図１４に示す磁気薄膜メモリの情報再生時に
おける抵抗値の変化を説明するための図で、（ａ）は
「０」が記録されている場合の各磁性層の磁化方向およ
び抵抗値の変化を示す模式図、（ｂ）は「１」が記録さ
れている場合の各磁性層の磁化方向および抵抗値の変化
を示す模式図である。

【図１７】図１４に示す磁気薄膜メモリ素子を複数有す
る磁気薄膜メモリの概略構成を示す回路図である。

【図１８】面内磁化膜を用いた従来の磁気抵抗効果膜の
電気抵抗を説明するための図で、（ａ）は磁気抵抗効果
膜の磁化が平行な状態を模式的に示す断面図、（ｂ）は
磁気抵抗効果膜の磁化が反平行な状態を模式的に示す断
面図である。

【図１９】面内磁化膜を用いた従来の磁気抵抗効果膜に
おける記録再生原理を説明するための図で、（ａ）およ
び（ｂ）は、記録情報「１」の読み出しを行う場合の磁
化の状態を模式的に示す断面図、（ｃ）および（ｄ）
は、記録情報「０」の読み出しを行う場合の磁化の状態
を模式的に示す断面図である。

【図２０】垂直磁化膜を用いた従来の磁気抵抗効果膜に
おける記録再生原理を説明するための図で、（ａ）およ
び（ｂ）は、記録情報「１」の読み出しを行う場合の磁
化の状態を模式的に示す断面図、（ｃ）および（ｄ）
は、記録情報「０」の読み出しを行う場合の磁化の状態
を模式的に示す断面図である。

【符号の説明】

１、３〜８、４１、４３〜４８、１４１、１４３ 磁性
層 ２、４２、１４２ 非磁性層 ４９ 反強磁性層 １０ 外部磁界 １１、１２ 副格子磁化 ２０ 浮遊磁界 ２１ 基板 ２２ ＳｉＯ₂膜 ２３ ワード線 ２４、３３ ｎ型半導体 ２５、３２ ｐ型半導体 ２６、３１ 熱遮断膜 ２７ ビット線 ２８、３５ 絶縁膜 ２９ 下部電極 ３０ 発熱体 ３４ 上部電極 ３６ 導線 ４０ 磁気抵抗効果膜 ８１ Ｇｄ副格子磁化 ８２ Ｃｏ副格子磁化 １００ 磁気薄膜メモリ素子 Ｔｒ１〜Ｔｒ６ トランジスタ １０１〜１０３ 電源 ＳＡ センスアンプ Ｒ 固定抵抗 Ｄ１、Ｄ２ ダイオード

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号 ＦＩ テーマコート゛(参考） Ｈ０１Ｆ 10/30 Ｈ０１Ｌ 43/08 Ｚ 10/32 27/10 ４４７ Ｈ０１Ｌ 43/08 Ｇ０１Ｒ 33/06 Ｒ

Claims (17)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 読み出し層および記録層が非磁性層を介
   して積層された磁気抵抗効果膜を有する磁気薄膜メモリ
   素子において、 前記記録層は、隣接する層間で互いに磁気的に交換結合
   される複数の磁性層が積層されており、記録温度の高低
   に応じて、前記非磁性層に隣接する磁性層の磁化方向が
   該記録層内で生じる交換結合力によって反転可能であ
   り、該磁性層の磁化方向に応じて、前記読み出し層の磁
   化方向を反転させた際に生じる前記磁気抵抗効果膜の磁
   気抵抗変化が異なることを特徴とする磁気薄膜メモリ素
   子。
2. 【請求項２】 記録層は、少なくとも第１乃至第４の磁
   性層が順次積層されており、該第１乃至第４の磁性層
   は、それぞれの磁性層のキュリー温度が、 第３の磁性層＜第１の磁性層＜第２の磁性層＜第４の磁
   性層 の関係にあり、第４の磁性層の磁化方向が所定の方向に
   固定されており、記録温度の高低に応じて前記第１の磁
   性層に１ビットの情報が記録可能であることを特徴とす
   る請求項１に記載の磁気薄膜メモリ素子。
3. 【請求項３】 高い方の記録温度において所定の大きさ
   で所定の方向の磁化を持ち、該磁化により発生する浮遊
   磁界によって第２の磁性層の磁化の反転が可能な第５の
   磁性層をさらに有することを特徴とする請求項２に記載
   の磁気薄膜メモリ素子。
4. 【請求項４】 第１の磁性層と第２の磁性層との間に、
   これら磁性層の磁化方向が反平行である場合に層内に所
   定のエネルギーの磁壁が形成される第６の磁性層を有す
   ることを特徴とする請求項２に記載の磁気薄膜メモリ素
   子。
5. 【請求項５】 ネール温度が記録温度より高い反強磁性
   層が第４の磁性層に隣接して設けられていることを特徴
   とする請求項２に記載の磁気薄膜メモリ素子。
6. 【請求項６】 読み出し層がフェリ磁性層であり、その
   補償温度が室温より高く、記録温度より低いことを特徴
   とする請求項１に記載の磁気薄膜メモリ素子。
7. 【請求項７】 読み出し層および記録層を構成する磁性
   層が面内磁化膜であることを特徴とする請求項１に記載
   の磁気薄膜メモリ素子。
8. 【請求項８】 読み出し層および記録層を構成する磁性
   層が垂直磁化膜であることを特徴とする請求項１に記載
   の磁気薄膜メモリ素子。
9. 【請求項９】 垂直磁化膜が希土類と遷移金属の合金か
   らなることを特徴とする請求項８に記載の磁気薄膜メモ
   リ素子。
10. 【請求項１０】 読み出し層および記録層を構成する磁
    性層がスピン依存トンネル効果膜であることを特徴とす
    る請求項１に記載の磁気薄膜メモリ素子。
11. 【請求項１１】 請求項１乃至１０のいずれかに記載の
    磁気薄膜メモリ素子を複数有し、該複数の磁気薄膜メモ
    リ素子の磁気抵抗効果膜を選択的に昇温可能に構成され
    ていることを特徴とする磁気薄膜メモリ。
12. 【請求項１２】 隣接する層間で互いに磁気的に交換結
    合される複数の磁性層からなる記録層と読み出し層とが
    非磁性層を介して積層された磁気抵抗効果膜を有する磁
    気薄膜メモリ素子の情報記録方法であって、 前記複数の磁性層のうちの前記非磁性層に隣接する磁性
    層の磁化方向を、記録温度の高低に応じて、前記記録層
    内で生じる交換結合力によって反転させて情報を記録す
    ることを特徴とする情報記録方法。
13. 【請求項１３】 複数の磁性層として第１乃至第４の磁
    性層を用い、該第１乃至第４の磁性層のキュリー温度の
    関係を、 第３の磁性層＜第１の磁性層＜第２の磁性層＜第４の磁
    性層 とするととも、前記第４の磁性層の磁化方向を所定の方
    向に固定し、 磁気抵抗効果膜を前記第３の磁性層のキュリー温度より
    も高い第１の記録温度に昇温して、前記第３の磁性層の
    磁化を滅磁するとともに、前記第１の磁性層の磁化反転
    を容易にし、前記第２の磁性層との交換結合力により前
    記第１の磁性層の磁化方向を前記第４の磁性層の磁化方
    向として第１の情報を記録し、 前記磁気抵抗効果膜を前記第１の記録温度より高い第２
    の記録温度に昇温するとともに、前記第２の磁性層に対
    して前記第４の磁性層の磁化方向とは反平行に印加され
    る所定の大きさの磁界を印加して、前記第２の磁性層の
    磁化方向を前記磁界の方向に揃え、該第２の磁性層との
    交換結合力により前記第１の磁性層の磁化方向を前記第
    ４の磁性層の磁化方向とは反平行として第２の情報を記
    録することを特徴とする請求項１２に記載の情報記録方
    法。
14. 【請求項１４】 第２の記録温度による情報記録時に印
    加される所定の大きさの磁界として外部磁界を用いるこ
    とを特徴とする請求項１３に記載の情報記録方法。
15. 【請求項１５】 第２の記録温度において所定の大きさ
    で所定の方向の磁化を持つ第５の磁性層を用い、該第５
    の磁性層が発生する浮遊磁界を前記第２の記録温度によ
    る情報記録時に印加される所定の大きさの磁界として用
    いることを特徴とする請求項１３に記載の情報記録方
    法。
16. 【請求項１６】 第１の磁性層と第２の磁性層との間に
    第６の磁性層を設けて、前記第１の磁性層の磁化方向と
    前記第２の磁性層の磁化方向が反平行である場合に、前
    記第５の磁性層内に所定のエネルギーの磁壁を形成する
    ことを特徴とする請求項１３に記載の情報記録方法。
17. 【請求項１７】 ネール温度が記録温度より高い反強磁
    性層を用いて第４の磁性層の磁化方向を固定することを
    特徴とする請求項１３に記載の情報記録方法。