[go: up one dir, main page]

JP2022034728A - Wiring layer, domain wall moving element and magnetic array - Google Patents

Wiring layer, domain wall moving element and magnetic array Download PDF

Info

Publication number
JP2022034728A
JP2022034728A JP2020138565A JP2020138565A JP2022034728A JP 2022034728 A JP2022034728 A JP 2022034728A JP 2020138565 A JP2020138565 A JP 2020138565A JP 2020138565 A JP2020138565 A JP 2020138565A JP 2022034728 A JP2022034728 A JP 2022034728A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
domain wall
wall moving
layer
magnetic
wiring layer
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
JP2020138565A
Other languages
Japanese (ja)
Other versions
JP7470599B2 (en
Inventor
章悟 山田
Shogo Yamada
竜雄 柴田
Tatsuo Shibata
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
TDK Corp
Original Assignee
TDK Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by TDK Corp filed Critical TDK Corp
Priority to JP2020138565A priority Critical patent/JP7470599B2/en
Publication of JP2022034728A publication Critical patent/JP2022034728A/en
Application granted granted Critical
Publication of JP7470599B2 publication Critical patent/JP7470599B2/en
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Landscapes

  • Mram Or Spin Memory Techniques (AREA)
  • Magnetic Heads (AREA)
  • Recording Or Reproducing By Magnetic Means (AREA)
  • Thin Magnetic Films (AREA)
  • Hall/Mr Elements (AREA)

Abstract

Figure 2022034728000001

【課題】単磁区化を防止できる配線層、磁壁移動素子及び磁気アレイを提供する。
【解決手段】磁壁移動素子100において、配線層10は、第1方向に延び、内部に磁壁を有することができる磁壁移動層11と、磁壁移動層に埋め込まれた部分を有し、材料又は積層構造が磁壁移動層と異なる磁性体12、13と、を有する。配線層において、磁壁移動層は、第1方向Xにおいて磁性体の端部のうち磁壁移動層の中心側の端部より外側の第1領域A1と、第1領域以外の第2領域A2とを有する。磁性体は、第1領域と接してもよい。
【選択図】図3

Figure 2022034728000001

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a wiring layer, a domain wall moving element and a magnetic array capable of preventing a single magnetic domain.
SOLUTION: In a domain wall moving element 100, a wiring layer 10 has a domain wall moving layer 11 extending in a first direction and having a domain wall inside, and a portion embedded in the domain wall moving layer, and is made of a material or laminated. It has magnetic bodies 12 and 13 whose structure is different from that of the domain wall moving layer. In the wiring layer, the domain wall moving layer includes a first region A1 outside the central end of the magnetic domain wall end portion of the magnetic material in the first direction X, and a second region A2 other than the first region. Have. The magnetic material may be in contact with the first region.
[Selection diagram] Fig. 3

Description

本発明は、配線層、磁壁移動素子および磁気アレイに関する。 The present invention relates to a wiring layer, a domain wall moving element and a magnetic array.

微細化に限界が見えてきたフラッシュメモリ等に代わる次世代の不揮発性メモリに注目が集まっている。例えば、MRAM(Magnetoresistive Random Access Memory)、ReRAM(Resistive Randome Access Memory)、PCRAM(Phase Change Random Access Memory)等が次世代の不揮発性メモリとして知られている。 Next-generation non-volatile memory is attracting attention as an alternative to flash memory, etc., whose miniaturization has reached its limit. For example, MRAM (Magnetoresistive Random Access Memory), ReRAM (Resitive Random Access Memory), PCRAM (Phase Change Random Access Memory), and the like are known as next-generation non-volatile memory.

MRAMは、磁化の向きの変化によって生じる抵抗値変化をデータ記録に利用している。データ記録は、MRAMを構成する磁気抵抗変化素子のそれぞれが担っている。例えば、特許文献1には、第1強磁性層(磁壁移動層)内における磁壁を移動させることで、多値のデータを記録することができる磁気抵抗変化素子(磁壁移動素子)が記載されている。特許文献1には、磁壁の移動範囲を制御し、第1強磁性層の単磁区化を防ぐために、第1強磁性層の両端に磁化固定領域を形成することが記載されている。 The MRAM utilizes the change in resistance value caused by the change in the direction of magnetization for data recording. Data recording is carried out by each of the magnetoresistance changing elements constituting the MRAM. For example, Patent Document 1 describes a magnetoresistance changing element (domain wall moving element) capable of recording multi-valued data by moving a magnetic wall in a first ferromagnetic layer (domain wall moving layer). There is. Patent Document 1 describes that magnetizing fixed regions are formed at both ends of the first ferromagnetic layer in order to control the moving range of the domain wall and prevent the first ferromagnetic layer from becoming a single magnetic domain.

特許第5445970号公報Japanese Patent No. 5445970

磁壁が移動する磁壁移動層は、磁壁がいずれかの端部に至り、磁壁が消滅することを防ぐために、両端に磁化固定領域を有する場合が多い。磁壁が磁化固定領域に侵入すると、磁壁が消滅してしまう場合がある。磁壁移動素子は、磁壁の位置でデータを記録するため、磁壁が消滅するとデータを記録できなくなる。 The domain wall moving layer to which the domain wall moves often has a magnetization fixing region at both ends in order to prevent the domain wall from reaching one end and disappearing. When the domain wall invades the magnetization fixed region, the domain wall may disappear. Since the domain wall moving element records data at the position of the domain wall, data cannot be recorded when the domain wall disappears.

本発明は上記問題に鑑みてなされたものであり、単磁区化をより防止できる配線層、磁壁移動素子及び磁気アレイを提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of the above problems, and an object of the present invention is to provide a wiring layer, a domain wall moving element, and a magnetic array that can further prevent single magnetic domain formation.

(1)第1の態様にかかる配線層は、第1方向に延び、内部に磁壁を有することができる磁壁移動層と、前記磁壁移動層に埋め込まれた部分を有し、材料又は積層構造が前記磁壁移動層と異なる磁性体と、を有する。 (1) The wiring layer according to the first aspect has a domain wall moving layer that extends in the first direction and can have a domain wall inside, and a portion embedded in the domain wall moving layer, and has a material or a laminated structure. It has a magnetic material different from that of the domain wall moving layer.

(2)上記態様にかかる配線層において、前記磁壁移動層は、前記第1方向において前記磁性体の端部のうち前記磁壁移動層の中心側の端部より外側の第1領域と、前記第1領域以外の第2領域とを有し、前記磁性体は、前記第1領域と接してもよい。 (2) In the wiring layer according to the above aspect, the domain wall moving layer includes a first region of the ends of the magnetic material outside the central end of the domain wall moving layer in the first direction, and the first region. It has a second region other than one region, and the magnetic material may be in contact with the first region.

(3)上記態様にかかる配線層は、前記磁性体を2つ有し、2つの前記磁性体は、前記第1方向に離間していてもよい。 (3) The wiring layer according to the above aspect has two magnetic materials, and the two magnetic materials may be separated from each other in the first direction.

(4)上記態様にかかる配線層は、前記磁性体と前記磁壁移動層との間に、層間領域をさらに備えてもよい。 (4) The wiring layer according to the above aspect may further include an interlayer region between the magnetic material and the domain wall moving layer.

(5)上記態様にかかる配線層において、前記磁性体は、前記磁壁移動層との界面において、前記第1方向と直交する面に対して傾斜する傾斜面を有してもよい。 (5) In the wiring layer according to the above aspect, the magnetic material may have an inclined surface inclined with respect to a surface orthogonal to the first direction at the interface with the domain wall moving layer.

(6)上記態様にかかる配線層において、前記磁性体は、前記磁壁移動層との界面において、湾曲する湾曲面を有してもよい。 (6) In the wiring layer according to the above aspect, the magnetic material may have a curved curved surface at the interface with the domain wall moving layer.

(7)上記態様にかかる配線層において、前記磁性体が厚さ方向の第1面に露出していてもよい。 (7) In the wiring layer according to the above aspect, the magnetic material may be exposed on the first surface in the thickness direction.

(8)上記態様にかかる配線層において、前記磁性体の前記第1方向と直交する第2方向の幅は、前記磁壁移動層の前記第2方向の幅より広くてもよい。 (8) In the wiring layer according to the above aspect, the width of the magnetic material in the second direction orthogonal to the first direction may be wider than the width of the domain wall moving layer in the second direction.

(9)上記態様にかかる配線層において、前記磁性体は、前記第1方向において、前記磁壁移動層の第1端と重なる位置にあってもよい。 (9) In the wiring layer according to the above aspect, the magnetic material may be located at a position overlapping with the first end of the domain wall moving layer in the first direction.

(10)上記態様にかかる配線層において、前記磁性体は、前記磁壁移動層を厚さ方向に貫通してもよい。 (10) In the wiring layer according to the above aspect, the magnetic material may penetrate the domain wall moving layer in the thickness direction.

(11)上記態様にかかる配線層は、前記磁性体のうち前記磁壁移動層から露出する部分に接続された第2磁性体をさらに備えてもよい。 (11) The wiring layer according to the above aspect may further include a second magnetic material connected to a portion of the magnetic material exposed from the domain wall moving layer.

(12)上記態様にかかる配線層において、前記第2磁性体は、前記第1方向と直交する面に対して傾斜する傾斜面を有してもよい。 (12) In the wiring layer according to the above aspect, the second magnetic material may have an inclined surface inclined with respect to a surface orthogonal to the first direction.

(13)上記態様にかかる配線層において、前記第2磁性体は、前記磁壁移動層にも接してもよい。 (13) In the wiring layer according to the above aspect, the second magnetic material may also be in contact with the domain wall moving layer.

(14)上記態様にかかる配線層において、前記磁性体と前記第2磁性体とが一体化していてもよい。 (14) In the wiring layer according to the above aspect, the magnetic material and the second magnetic material may be integrated.

(15)上記態様にかかる配線層は、前記磁性体と前記第2磁性体との間にスペーサ層をさらに備えてもよい。 (15) The wiring layer according to the above aspect may further include a spacer layer between the magnetic material and the second magnetic material.

(16)第2の態様にかかる磁壁移動素子は、上記態様にかかる配線層と、前記配線層に接続された導電体と、を備え、前記導電体は、前記磁性体に接続されている。 (16) The domain wall moving element according to the second aspect includes a wiring layer according to the above aspect and a conductor connected to the wiring layer, and the conductor is connected to the magnetic body.

(17)第3の態様にかかる磁壁移動素子は、上記態様にかかる配線層と、前記配線層に接続された導電体と、を備え、前記導電体は、前記第2磁性体に接続されている。 (17) The domain wall moving element according to the third aspect includes the wiring layer according to the above aspect and the conductor connected to the wiring layer, and the conductor is connected to the second magnetic body. There is.

(18)第4の態様にかかる磁壁移動素子は、厚み方向において前記磁壁移動層と重なる位置にある強磁性層と、前記配線層と前記強磁性層との間にある非磁性層と、を備えてもよい。 (18) The magnetic wall moving element according to the fourth aspect includes a ferromagnetic layer located at a position overlapping the magnetic wall moving layer in the thickness direction, and a non-magnetic layer between the wiring layer and the ferromagnetic layer. You may prepare.

(19)上記態様にかかる磁壁移動素子は、前記配線層に接続された導電体と、を備え、前記磁性体は、厚み方向から見て、前記第1方向に前記導電体と前記非磁性層との間にあってもよい。 (19) The domain wall moving element according to the above aspect includes a conductor connected to the wiring layer, and the magnetic body has the conductor and the non-magnetic layer in the first direction when viewed from the thickness direction. It may be between.

(20)第5の態様にかかる磁気アレイは、上記態様にかかる磁壁移動素子を複数有する。 (20) The magnetic array according to the fifth aspect has a plurality of domain wall moving elements according to the above aspect.

上記態様にかかる配線層、磁壁移動素子及び磁気アレイは、配線層が単磁区化しにくい。 In the wiring layer, the domain wall moving element, and the magnetic array according to the above aspect, the wiring layer is difficult to be in a single magnetic domain.

第1実施形態に係る磁気アレイの構成図である。It is a block diagram of the magnetic array which concerns on 1st Embodiment. 第1実施形態に係る磁気アレイの特徴部分の断面図である。It is sectional drawing of the characteristic part of the magnetic array which concerns on 1st Embodiment. 第1実施形態に係る磁壁移動素子の断面図である。It is sectional drawing of the domain wall moving element which concerns on 1st Embodiment. 第1実施形態に係る磁壁移動素子の平面図である。It is a top view of the domain wall moving element which concerns on 1st Embodiment. 第1変形例に係る磁壁移動素子の断面図である。It is sectional drawing of the domain wall moving element which concerns on 1st modification. 第2変形例に係る磁壁移動素子の断面図である。It is sectional drawing of the domain wall moving element which concerns on 2nd modification. 第3変形例に係る磁壁移動素子の断面図である。It is sectional drawing of the domain wall moving element which concerns on 3rd modification. 第4変形例に係る磁壁移動素子の断面図である。It is sectional drawing of the domain wall moving element which concerns on 4th modification. 第5変形例に係る磁壁移動素子の断面図である。It is sectional drawing of the domain wall moving element which concerns on 5th modification. 第6変形例に係る磁壁移動素子の断面図である。It is sectional drawing of the domain wall moving element which concerns on 6th modification. 第7変形例に係る磁壁移動素子の断面図である。It is sectional drawing of the domain wall moving element which concerns on 7th modification. 第8変形例に係る磁壁移動素子の断面図である。It is sectional drawing of the domain wall moving element which concerns on 8th modification. 第9変形例に係る磁壁移動素子の平面図である。It is a top view of the domain wall moving element which concerns on 9th modification. 第10変形例に係る磁壁移動素子の断面図である。It is sectional drawing of the domain wall moving element which concerns on 10th modification. 第11変形例に係る磁壁移動素子の断面図である。It is sectional drawing of the domain wall moving element which concerns on 11th modification.

以下、本実施形態について、図を適宜参照しながら詳細に説明する。以下の説明で用いる図面は、本発明の特徴をわかりやすくするために便宜上特徴となる部分を拡大して示している場合があり、各構成要素の寸法比率などは実際とは異なっていることがある。以下の説明において例示される材料、寸法等は一例であって、本発明はそれらに限定されるものではなく、本発明の効果を奏する範囲で適宜変更して実施することが可能である。 Hereinafter, the present embodiment will be described in detail with reference to the drawings as appropriate. The drawings used in the following description may be enlarged for convenience in order to make the features of the present invention easy to understand, and the dimensional ratios of each component may differ from the actual ones. be. The materials, dimensions, and the like exemplified in the following description are examples, and the present invention is not limited thereto, and can be appropriately modified and carried out within the range in which the effects of the present invention are exhibited.

まず方向について定義する。x方向及びy方向は、後述する基板Sub(図2参照)の一面と略平行な方向である。x方向は、後述する配線層10が延びる方向である。x方向は、第1方向の一例である。y方向は、x方向と直交する方向である。y方向は、第2方向の一例である。z方向は、後述する基板Subから磁壁移動素子100へ向かう方向である。z方向は、例えば、配線層10の積層方向と一致する。z方向は、厚み方向の一例である。また本明細書で「x方向に延びる」とは、例えば、x方向、y方向、及びz方向の各寸法のうち最小の寸法よりもx方向の寸法が大きいことを意味する。他の方向に延びる場合も同様である。 First, define the direction. The x-direction and the y-direction are directions substantially parallel to one surface of the substrate Sub (see FIG. 2) described later. The x direction is the direction in which the wiring layer 10 described later extends. The x direction is an example of the first direction. The y direction is a direction orthogonal to the x direction. The y direction is an example of the second direction. The z-direction is a direction from the substrate Sub, which will be described later, toward the domain wall moving element 100. The z direction coincides with, for example, the stacking direction of the wiring layer 10. The z direction is an example of the thickness direction. Further, in the present specification, "extending in the x direction" means that, for example, the dimension in the x direction is larger than the smallest dimension among the dimensions in the x direction, the y direction, and the z direction. The same applies when extending in other directions.

[第1実施形態]
図1は、第1実施形態にかかる磁気アレイの構成図である。磁気アレイ200は、複数の磁壁移動素子100と、複数の第1配線Wpと、複数の第2配線Cmと、複数の第3配線Rpと、複数の第1スイッチング素子SW1と、複数の第2スイッチング素子SW2と、複数の第3スイッチング素子SW3と、を備える。磁気アレイ200は、例えば、磁気メモリ、積和演算器、ニューロモーフィックデバイス、磁気光学素子に利用できる。
[First Embodiment]
FIG. 1 is a block diagram of a magnetic array according to the first embodiment. The magnetic array 200 includes a plurality of domain wall moving elements 100, a plurality of first wiring Wp, a plurality of second wiring Cm, a plurality of third wiring Rp, a plurality of first switching elements SW1, and a plurality of second wiring elements. It includes a switching element SW2 and a plurality of third switching elements SW3. The magnetic array 200 can be used, for example, in a magnetic memory, a product-sum calculator, a neuromorphic device, and a magneto-optical element.

<第1配線、第2配線、第3配線>
第1配線Wpのそれぞれは、書き込み配線である。第1配線Wpはそれぞれ、電源と1つ以上の磁壁移動素子100とを電気的に接続する。電源は、使用時に磁気アレイ200の一端に接続される。
<1st wiring, 2nd wiring, 3rd wiring>
Each of the first wiring Wp is a writing wiring. Each of the first wirings Wp electrically connects a power source and one or more domain wall moving elements 100. The power supply is connected to one end of the magnetic array 200 during use.

第2配線Cmのそれぞれは、共通配線である。共通配線は、データの書き込み時及び読み出し時の両方に用いることができる配線である。第2配線Cmのそれぞれは、基準電位と1つ以上の磁壁移動素子100とを電気的に接続する。基準電位は、例えば、グラウンドである。第2配線Cmは、複数の磁壁移動素子100のそれぞれに設けられてもよいし、複数の磁壁移動素子100に亘って設けられてもよい。 Each of the second wiring Cm is a common wiring. The common wiring is wiring that can be used both when writing data and when reading data. Each of the second wiring Cm electrically connects the reference potential and one or more domain wall moving elements 100. The reference potential is, for example, ground. The second wiring Cm may be provided in each of the plurality of domain wall moving elements 100, or may be provided over the plurality of domain wall moving elements 100.

第3配線Rpのそれぞれは、読み出し配線である。第3配線Rpはそれぞれ、電源と1つ以上の磁壁移動素子100とを電気的に接続する。電源は、使用時に磁気アレイ200の一端に接続される。 Each of the third wiring Rp is a read wiring. Each of the third wiring Rp electrically connects the power supply and one or more domain wall moving elements 100. The power supply is connected to one end of the magnetic array 200 during use.

<第1スイッチング素子、第2スイッチング素子、第3スイッチング素子>
図1において、複数の磁壁移動素子100のそれぞれに、第1スイッチング素子SW1、第2スイッチング素子SW2、第3スイッチング素子SW3が接続されている。第1スイッチング素子SW1は、磁壁移動素子100と第1配線Wpとの間に接続されている。第2スイッチング素子SW2は、磁壁移動素子100と第2配線Cmとの間に接続されている。第3スイッチング素子SW3は、磁壁移動素子100と第3配線Rpとの間に接続されている。
<1st switching element, 2nd switching element, 3rd switching element>
In FIG. 1, a first switching element SW1, a second switching element SW2, and a third switching element SW3 are connected to each of the plurality of domain wall moving elements 100. The first switching element SW1 is connected between the domain wall moving element 100 and the first wiring Wp. The second switching element SW2 is connected between the domain wall moving element 100 and the second wiring Cm. The third switching element SW3 is connected between the domain wall moving element 100 and the third wiring Rp.

第1スイッチング素子SW1及び第2スイッチング素子SW2をONにすると、所定の磁壁移動素子100に接続された第1配線Wpと第2配線Cmとの間に書き込み電流が流れる。第2スイッチング素子SW2及び第3スイッチング素子SW3をONにすると、所定の磁壁移動素子100に接続された第2配線Cmと第3配線Rpとの間に読み出し電流が流れる。 When the first switching element SW1 and the second switching element SW2 are turned on, a write current flows between the first wiring Wp and the second wiring Cm connected to the predetermined domain wall moving element 100. When the second switching element SW2 and the third switching element SW3 are turned on, a read current flows between the second wiring Cm and the third wiring Rp connected to the predetermined domain wall moving element 100.

第1スイッチング素子SW1、第2スイッチング素子SW2及び第3スイッチング素子SW3は、電流の流れを制御する素子である。第1スイッチング素子SW1、第2スイッチング素子SW2及び第3スイッチング素子SW3は、例えば、トランジスタ、オボニック閾値スイッチ(OTS:Ovonic Threshold Switch)のように結晶層の相変化を利用した素子、金属絶縁体転移(MIT)スイッチのようにバンド構造の変化を利用した素子、ツェナーダイオード及びアバランシェダイオードのように降伏電圧を利用した素子、原子位置の変化に伴い伝導性が変化する素子である。 The first switching element SW1, the second switching element SW2, and the third switching element SW3 are elements that control the flow of current. The first switching element SW1, the second switching element SW2, and the third switching element SW3 are, for example, a transistor, an element utilizing a phase change of a crystal layer such as an Ovonic Threshold Switch (OTS), and a metal insulator transition. An element such as a (MIT) switch that utilizes a change in band structure, an element that utilizes a breakdown voltage such as a Zener diode and an avalanche diode, and an element whose conductivity changes as the atomic position changes.

第1スイッチング素子SW1、第2スイッチング素子SW2、第3スイッチング素子SW3のいずれかは、同じ配線に接続された磁壁移動素子100で、共用してもよい。例えば、第1スイッチング素子SW1を共有する場合は、第1配線Wpの上流に一つの第1スイッチング素子SW1を設ける。例えば、第2スイッチング素子SW2を共有する場合は、第2配線Cmの上流に一つの第2スイッチング素子SW2を設ける。例えば、第3スイッチング素子SW3を共有する場合は、第3配線Rpの上流に一つの第3スイッチング素子SW3を設ける。 Any one of the first switching element SW1, the second switching element SW2, and the third switching element SW3 may be shared by the domain wall moving element 100 connected to the same wiring. For example, when sharing the first switching element SW1, one first switching element SW1 is provided upstream of the first wiring Wp. For example, when sharing the second switching element SW2, one second switching element SW2 is provided upstream of the second wiring Cm. For example, when sharing the third switching element SW3, one third switching element SW3 is provided upstream of the third wiring Rp.

図2は、第1実施形態に係る磁気アレイ200の要部の断面図である。図2は、図1における一つの磁壁移動素子100を配線層10のy方向の幅の中心を通るxz平面で切断した断面である。 FIG. 2 is a cross-sectional view of a main part of the magnetic array 200 according to the first embodiment. FIG. 2 is a cross section of one domain wall moving element 100 in FIG. 1 cut along an xz plane passing through the center of the width of the wiring layer 10 in the y direction.

図2に示す第1スイッチング素子SW1及び第2スイッチング素子SW2は、トランジスタTrである。トランジスタTrは、ゲート電極Gと、ゲート絶縁膜GIと、基板Subに形成されたソース領域S及びドレイン領域Dと、を有する。基板Subは、例えば、半導体基板である。第3スイッチング素子SW3は、第3配線Rpと電気的に接続され、例えば、図2においてy方向にずれた位置にある。 The first switching element SW1 and the second switching element SW2 shown in FIG. 2 are transistor Trs. The transistor Tr has a gate electrode G, a gate insulating film GI, and a source region S and a drain region D formed on the substrate Sub. The substrate Sub is, for example, a semiconductor substrate. The third switching element SW3 is electrically connected to the third wiring Rp, and is located, for example, at a position displaced in the y direction in FIG.

トランジスタTrのそれぞれと磁壁移動素子100とは、配線w1、w2を介して、電気的に接続されている。配線w1、w2は、導電性を有する材料を含む。配線w1は、z方向に延びるビア配線である。配線w2は、xy面内のいずれかの方向に延びる面内配線である。配線w1、w2は、絶縁層90の開口内に形成される。 Each of the transistor Tr and the domain wall moving element 100 are electrically connected to each other via wirings w1 and w2. Wiring w1 and w2 include a material having conductivity. The wiring w1 is a via wiring extending in the z direction. The wiring w2 is an in-plane wiring extending in any direction in the xy plane. The wirings w1 and w2 are formed in the opening of the insulating layer 90.

絶縁層90は、多層配線の配線間や素子間を絶縁する絶縁層である。磁壁移動素子100とトランジスタTrとは、配線w1、w2を除いて、絶縁層90によって電気的に分離されている。絶縁層90は、例えば、酸化シリコン(SiO)、窒化シリコン(SiN)、炭化シリコン(SiC)、窒化クロム、炭窒化シリコン(SiCN)、酸窒化シリコン(SiON)、酸化アルミニウム(Al)、酸化ジルコニウム(ZrO)等である。 The insulating layer 90 is an insulating layer that insulates between the wirings of the multilayer wiring and between the elements. The domain wall moving element 100 and the transistor Tr are electrically separated by an insulating layer 90 except for the wirings w1 and w2. The insulating layer 90 is, for example, silicon oxide (SiO x ), silicon nitride (SiN x ), silicon carbide (SiC), chromium nitride, silicon carbide (SiCN), silicon oxynitride (SiON), aluminum oxide (Al 2 O). 3 ), zirconium oxide (ZrO x ) and the like.

「磁壁移動素子」
図3は、磁壁移動素子100を配線層10のy方向の中心を通るxz平面で切断した断面図である。図4は、磁壁移動素子100をz方向から平面視した平面図である。
"Domain wall moving element"
FIG. 3 is a cross-sectional view of the domain wall moving element 100 cut along the xz plane passing through the center of the wiring layer 10 in the y direction. FIG. 4 is a plan view of the domain wall moving element 100 in a plan view from the z direction.

磁壁移動素子100は、配線層10と非磁性層30と強磁性層20とを有する。磁壁移動素子100は、絶縁層90に覆われている。磁壁移動素子100にデータを書き込む際は、配線層10に沿って書き込み電流を流す。磁壁移動素子100からデータを読み出す際は、磁壁移動素子100のz方向に電流を印加し、電極Eと配線層10に接続されたいずれかの配線w1との間に読み出し電流を流す。 The domain wall moving element 100 has a wiring layer 10, a non-magnetic layer 30, and a ferromagnetic layer 20. The domain wall moving element 100 is covered with an insulating layer 90. When writing data to the domain wall moving element 100, a writing current is passed along the wiring layer 10. When reading data from the domain wall moving element 100, a current is applied in the z direction of the domain wall moving element 100, and a reading current is passed between the electrode E and any wiring w1 connected to the wiring layer 10.

配線層10は、磁壁移動層11と磁性体12と磁性体13とを有する。磁性体13は、第2磁性体の一例である。配線層10は、データの書き込み時に、書き込み電流が流れる配線である。 The wiring layer 10 has a domain wall moving layer 11, a magnetic body 12, and a magnetic body 13. The magnetic material 13 is an example of the second magnetic material. The wiring layer 10 is wiring through which a write current flows when data is written.

磁壁移動層11は、x方向に延びる。磁壁移動層11は、内部に複数の磁区を有し、複数の磁区の境界に磁壁DWを有する。磁壁移動層11は、例えば、磁気的な状態の変化により情報を磁気記録可能な層である。磁壁移動層11は、強磁性層、磁気記録層と呼ばれる場合がある。 The domain wall moving layer 11 extends in the x direction. The domain wall moving layer 11 has a plurality of magnetic domains inside, and has a domain wall DW at the boundary of the plurality of magnetic domains. The domain wall moving layer 11 is, for example, a layer capable of magnetically recording information by changing the magnetic state. The domain wall moving layer 11 may be referred to as a ferromagnetic layer or a magnetic recording layer.

磁壁移動層11は、第1領域A1と第2領域A2とを有する。第1領域A1は、磁壁移動層11のx方向において、磁性体12の端部のうち磁壁移動層11のx方向の中心側の端部より外側の領域である。第1領域A1は例えば2つあり、2つの第1領域A1は、第2領域A2をx方向に挟む。第1領域A1は、例えば、z方向から見て、磁性体12と重なる領域である。第2領域A2は、磁壁移動層11の第1領域A1以外の領域である。 The domain wall moving layer 11 has a first region A1 and a second region A2. The first region A1 is a region outside the end portion of the magnetic body 12 in the x direction of the domain wall moving layer 11 on the central side of the magnetic wall moving layer 11 in the x direction. There are, for example, two first regions A1, and the two first regions A1 sandwich the second region A2 in the x direction. The first region A1 is, for example, a region that overlaps with the magnetic body 12 when viewed from the z direction. The second region A2 is a region other than the first region A1 of the domain wall moving layer 11.

第1領域A1は、磁化の向きが一方向に固定された領域である。「磁化の向きが一方向に固定された」とは、第2領域A2の磁化が反転する程度の外力が印加された際に、磁化の向きが変化しないことをいう。第2領域A2を挟む2つの第1領域A1の磁化の配向方向は、反対である。 The first region A1 is a region in which the direction of magnetization is fixed in one direction. "The direction of magnetization is fixed in one direction" means that the direction of magnetization does not change when an external force is applied to the extent that the magnetization of the second region A2 is reversed. The orientation directions of the magnetizations of the two first regions A1 sandwiching the second region A2 are opposite.

第2領域A2は、磁化の向きが変化し、磁壁DWが移動できる領域である。第2領域A2は、第1磁区A21と第2磁区A22とを有する。第1磁区A21の磁化MA21と第2磁区A22の磁化MA22とは、配向方向が反対である。第1磁区A21は、隣接する第1領域A1と磁化の配向方向が同じであり、第2磁区A22は、隣接する第1領域A1と磁化の配向方向が同じである。 The second region A2 is a region where the direction of magnetization changes and the domain wall DW can move. The second domain A2 has a first magnetic domain A21 and a second magnetic domain A22. The magnetization MA21 of the first magnetic domain A21 and the magnetization MA22 of the second magnetic domain A22 have opposite orientation directions. The first magnetic domain A21 has the same magnetization orientation direction as the adjacent first region A1, and the second magnetic domain A22 has the same magnetization orientation direction as the adjacent first region A1.

第1磁区A21と第2磁区A22との境界が磁壁DWである。磁壁DWは、原則、第2領域A2内を移動し、第1領域A1内に侵入しない。 The boundary between the first magnetic domain A21 and the second magnetic domain A22 is the domain wall DW. In principle, the domain wall DW moves in the second region A2 and does not invade the first region A1.

第2領域A2内における第1磁区A21と第2磁区A22との比率が変化すると、磁壁DWが移動する。磁壁DWは、第2領域A2のx方向に書き込み電流を流すことによって移動する。例えば、第2領域A2に+x方向の書き込み電流(例えば、電流パルス)を印加すると、電子は電流と逆の-x方向に流れるため、磁壁DWは-x方向に移動する。第1磁区A21から第2磁区A22に向って電流が流れる場合、第2磁区A22でスピン偏極した電子は、第1磁区A21の磁化MA21を磁化反転させる。第1磁区A21の磁化MA21が磁化反転することで、磁壁DWは-x方向に移動する。 When the ratio of the first magnetic domain A21 and the second magnetic domain A22 in the second domain A2 changes, the domain wall DW moves. The domain wall DW moves by passing a write current in the x direction of the second region A2. For example, when a write current in the + x direction (for example, a current pulse) is applied to the second region A2, electrons flow in the −x direction opposite to the current, so that the domain wall DW moves in the −x direction. When a current flows from the first magnetic domain A21 to the second magnetic domain A22, the electrons spin-polarized in the second magnetic domain A22 reverse the magnetization MA21 of the first magnetic domain A21 . When the magnetization MA21 of the first magnetic domain A21 is magnetized and inverted, the domain wall DW moves in the −x direction.

磁壁移動層11は、磁性体により構成される。磁壁移動層11は、Co、Ni、Fe、Pt、Pd、Gd、Tb、Mn、Ge、Gaからなる群から選択される少なくとも一つの元素を有することが好ましい。磁壁移動層11に用いられる材料として、例えば、CoとNiの積層膜、CoとPtの積層膜、CoとPdの積層膜、MnGa系材料、GdCo系材料、TbCo系材料が挙げられる。MnGa系材料、GdCo系材料、TbCo系材料等のフェリ磁性体は飽和磁化が小さく、磁壁DWを移動するために必要な閾値電流が小さくなる。またCoとNiの積層膜、CoとPtの積層膜、CoとPdの積層膜は、保磁力が大きく、磁壁DWの移動速度が遅くなる。 The domain wall moving layer 11 is made of a magnetic material. The domain wall moving layer 11 preferably has at least one element selected from the group consisting of Co, Ni, Fe, Pt, Pd, Gd, Tb, Mn, Ge, and Ga. Examples of the material used for the domain wall moving layer 11 include a Co and Ni laminated film, a Co and Pt laminated film, a Co and Pd laminated film, a MnGa-based material, a GdCo-based material, and a TbCo-based material. Ferrimagnetic materials such as MnGa-based materials, GdCo-based materials, and TbCo-based materials have a small saturation magnetization, and the threshold current required to move the domain wall DW is small. Further, the Co and Ni laminated film, the Co and Pt laminated film, and the Co and Pd laminated film have a large coercive force, and the moving speed of the domain wall DW becomes slow.

磁性体12は、その一部が磁壁移動層11に埋め込まれている。磁性体12は、磁壁移動層11に形成された開口に嵌合している。磁性体12は、その一部が第1領域A1に埋め込まれている。磁性体12の一部は、例えば、磁壁移動層11から露出していてもよい。例えば、磁性体12は2つあり、互いに離間している。例えば、2つの磁性体12は、z方向から見て、非磁性層30をx方向に挟む。 A part of the magnetic body 12 is embedded in the domain wall moving layer 11. The magnetic body 12 is fitted in an opening formed in the domain wall moving layer 11. A part of the magnetic body 12 is embedded in the first region A1. A part of the magnetic body 12 may be exposed from, for example, the domain wall moving layer 11. For example, there are two magnetic bodies 12, which are separated from each other. For example, the two magnetic bodies 12 sandwich the non-magnetic layer 30 in the x direction when viewed from the z direction.

磁性体12は、例えば、底面及び側面で磁壁移動層11と接している。図3に示す磁性体12は、配線層10の第1面10aに露出している。配線層10の第2面10bは、平坦である。第1面10aは、配線層10の非磁性層30と接する側の面であり、第2面10bは第1面10aと反対の面である。磁性体12は、磁壁移動層11に内包されていてもよく、第2面10bに露出していてもよい。 The magnetic body 12 is in contact with the domain wall moving layer 11 on the bottom surface and the side surface, for example. The magnetic material 12 shown in FIG. 3 is exposed on the first surface 10a of the wiring layer 10. The second surface 10b of the wiring layer 10 is flat. The first surface 10a is the surface of the wiring layer 10 on the side in contact with the non-magnetic layer 30, and the second surface 10b is the surface opposite to the first surface 10a. The magnetic material 12 may be contained in the magnetic wall moving layer 11 or may be exposed on the second surface 10b.

磁性体12は、磁壁移動層11と同様の材料を用いることができる。ただし、磁性体12は、材料又は積層構造が磁壁移動層11と異なる。積層構造が異なるとは、積層される層の組成、材質、層数等の層構成が異なることを意味する。磁性体12は、単一の磁性体でも、複数の層の積層体でもよい。磁性体12が単一の磁性体の場合は製造が容易であり、磁性体12が複数の層からなる場合は保磁力等を細かく調整できる。 As the magnetic material 12, the same material as that of the domain wall moving layer 11 can be used. However, the material or laminated structure of the magnetic body 12 is different from that of the domain wall moving layer 11. The difference in the laminated structure means that the layer structure such as the composition, the material, and the number of layers of the laminated layers is different. The magnetic material 12 may be a single magnetic material or a laminated body having a plurality of layers. When the magnetic material 12 is a single magnetic material, it is easy to manufacture, and when the magnetic material 12 is composed of a plurality of layers, the coercive force and the like can be finely adjusted.

磁性体12は、磁壁移動層11との界面において、x方向と直交するyz面に対して傾斜する傾斜面12cを有する。傾斜面12cは、例えば、磁性体12の非磁性層30側の側面である。磁性体12の側面が傾斜すると、磁性体12と磁壁移動層11との接触面積が増え、磁性体12と磁壁移動層11との磁気結合が強まる。また磁性体12と磁壁移動層11との界面がx方向に幅を有することで、磁壁DWの第1領域A1への侵入をより防止できる。 The magnetic body 12 has an inclined surface 12c inclined with respect to the yz plane orthogonal to the x direction at the interface with the domain wall moving layer 11. The inclined surface 12c is, for example, a side surface of the magnetic body 12 on the non-magnetic layer 30 side. When the side surface of the magnetic body 12 is inclined, the contact area between the magnetic body 12 and the domain wall moving layer 11 increases, and the magnetic bond between the magnetic body 12 and the domain wall moving layer 11 is strengthened. Further, since the interface between the magnetic body 12 and the magnetic wall moving layer 11 has a width in the x direction, it is possible to further prevent the magnetic wall DW from invading the first region A1.

図4に示すように、磁性体12をz方向から見た形状は、例えば、矩形である。磁性体12をz方向から見た形状は、この場合に限られない。例えば、磁性体12をz方向から見た形状は、矩形、円形、楕円形、オーバル等でもよい。 As shown in FIG. 4, the shape of the magnetic material 12 seen from the z direction is, for example, a rectangle. The shape of the magnetic body 12 as viewed from the z direction is not limited to this case. For example, the shape of the magnetic material 12 as viewed from the z direction may be rectangular, circular, elliptical, oval, or the like.

また図4に示すように、例えば、磁性体12のy方向の幅L12は、磁壁移動層11の幅L11より長い。磁性体12と磁壁移動層11の境界が磁壁移動層11のy方向に延びることで、磁壁移動層11内のy方向の磁気特性分布が均一になる。磁壁移動層11内のy方向の磁気特性分布が均一になると、磁壁DWがy方向に対して傾くことを抑制できる。 Further, as shown in FIG. 4, for example, the width L12 of the magnetic body 12 in the y direction is longer than the width L11 of the domain wall moving layer 11. By extending the boundary between the magnetic body 12 and the domain wall moving layer 11 in the y direction of the domain wall moving layer 11, the magnetic property distribution in the domain wall moving layer 11 in the y direction becomes uniform. When the magnetic property distribution in the y direction in the domain wall moving layer 11 becomes uniform, it is possible to suppress the tilt of the domain wall DW with respect to the y direction.

磁性体13は、磁性体12のうち磁壁移動層11内に埋め込まれておらず、磁壁移動層11から露出する部分に接続されている。磁性体13は、例えば、磁壁移動層11のz方向の上面から突出する。磁性体13は、磁性体12と接する。磁性体13の磁化M13の向きは、例えば、隣接する磁性体12の磁化M12の向きと同じである。磁性体12上に磁性体13を積み増すことで、第1領域A1の磁化がより反転しにくくなり、磁壁DWの第1領域A1への侵入をより防ぐことができる。 The magnetic body 13 is not embedded in the magnetic wall moving layer 11 of the magnetic body 12, but is connected to a portion exposed from the magnetic wall moving layer 11. The magnetic body 13 projects from, for example, the upper surface of the domain wall moving layer 11 in the z direction. The magnetic body 13 is in contact with the magnetic body 12. The direction of the magnetization M 13 of the magnetic body 13 is, for example, the same as the direction of the magnetization M 12 of the adjacent magnetic body 12. By stacking the magnetic material 13 on the magnetic material 12, the magnetization of the first region A1 is less likely to be inverted, and the invasion of the domain wall DW into the first region A1 can be further prevented.

磁性体13は、磁性体12と同様の材料を用いることができる。磁性体13と磁性体12とは、同じ材料からなり、一体化されていてもよい。磁性体13は導電体であり、配線w1と配線層10とを接続する電極を兼ねる。また強磁性層20で生じた熱が磁性体13を介して排熱され、磁壁移動素子100の放熱性が高まる。 As the magnetic material 13, the same material as the magnetic material 12 can be used. The magnetic material 13 and the magnetic material 12 are made of the same material and may be integrated. The magnetic body 13 is a conductor, and also serves as an electrode for connecting the wiring w1 and the wiring layer 10. Further, the heat generated in the ferromagnetic layer 20 is exhausted through the magnetic body 13, and the heat dissipation of the domain wall moving element 100 is enhanced.

磁性体13は、例えば、yz面に対して傾斜する傾斜面13cを有する。傾斜面13cは、例えば、磁性体13の非磁性層30側の側面である。磁性体13の側面が傾斜すると、傾斜面13cからの漏れ磁場が第1領域A1に印加され、第1領域A1への磁壁DWの侵入をより防ぐことができる。 The magnetic body 13 has, for example, an inclined surface 13c inclined with respect to the yz surface. The inclined surface 13c is, for example, a side surface of the magnetic body 13 on the non-magnetic layer 30 side. When the side surface of the magnetic body 13 is inclined, the leakage magnetic field from the inclined surface 13c is applied to the first region A1, and the invasion of the domain wall DW into the first region A1 can be further prevented.

また図4に示すように、磁性体13をz方向から見た形状は、磁性体12と略同一である。また例えば、磁性体13のy方向の幅は、磁性体12のy方向の幅と略同一である。磁性体13のy方向の幅は、磁性体12のy方向の幅より広くてもよい。 Further, as shown in FIG. 4, the shape of the magnetic material 13 when viewed from the z direction is substantially the same as that of the magnetic material 12. Further, for example, the width of the magnetic body 13 in the y direction is substantially the same as the width of the magnetic body 12 in the y direction. The width of the magnetic body 13 in the y direction may be wider than the width of the magnetic body 12 in the y direction.

磁性体13には、導電体である配線w1が接続されている。磁性体13は、配線w1等を介してトランジスタTrに接続されている。 Wiring w1, which is a conductor, is connected to the magnetic body 13. The magnetic body 13 is connected to the transistor Tr via the wiring w1 or the like.

非磁性層30は、磁壁移動層11と強磁性層20との間に位置する。非磁性層30は、磁壁移動層11の一面に積層される。 The non-magnetic layer 30 is located between the domain wall moving layer 11 and the ferromagnetic layer 20. The non-magnetic layer 30 is laminated on one surface of the domain wall moving layer 11.

非磁性層30は、例えば、非磁性の絶縁体、半導体又は金属からなる。非磁性の絶縁体は、例えば、Al、SiO、MgO、MgAl、およびこれらのAl、Si、Mgの一部がZn、Be等に置換された材料である。これらの材料は、バンドギャップが大きく、絶縁性に優れる。非磁性層30が非磁性の絶縁体からなる場合、非磁性層30はトンネルバリア層である。非磁性の金属は、例えば、Cu、Au、Ag等である。非磁性の半導体は、例えば、Si、Ge、CuInSe、CuGaSe、Cu(In,Ga)Se等である。 The non-magnetic layer 30 is made of, for example, a non-magnetic insulator, a semiconductor or a metal. The non-magnetic insulator is, for example, Al 2 O 3 , SiO 2 , MgO, MgAl 2 O 4 , and a material in which some of these Al, Si, and Mg are replaced with Zn, Be, and the like. These materials have a large bandgap and excellent insulation. When the non-magnetic layer 30 is made of a non-magnetic insulator, the non-magnetic layer 30 is a tunnel barrier layer. The non-magnetic metal is, for example, Cu, Au, Ag or the like. Non-magnetic semiconductors are, for example, Si, Ge, CuInSe 2 , CuGaSe 2 , Cu (In, Ga) Se 2 and the like.

非磁性層30の厚みは、例えば、20Å以上であり、25Å以上でもよい。非磁性層30の厚みが厚いと、磁壁移動素子100の抵抗面積積(RA)が大きくなる。磁壁移動素子100の抵抗面積積(RA)は、1×10Ωμm以上であることが好ましく、5×10Ωμm以上であることがより好ましい。磁壁移動素子100の抵抗面積積(RA)は、一つの磁壁移動素子100の素子抵抗と磁壁移動素子100の素子断面積(非磁性層30をxy平面で切断した切断面の面積)の積で表される。 The thickness of the non-magnetic layer 30 is, for example, 20 Å or more, and may be 25 Å or more. When the thickness of the non-magnetic layer 30 is large, the resistance area product (RA) of the domain wall moving element 100 becomes large. The resistance area product (RA) of the domain wall moving element 100 is preferably 1 × 10 4 Ω μm 2 or more, and more preferably 5 × 10 4 Ω μm 2 or more. The resistance area product (RA) of the domain wall moving element 100 is the product of the element resistance of one domain wall moving element 100 and the element cross-sectional area of the domain wall moving element 100 (the area of the cut surface obtained by cutting the non-magnetic layer 30 in the xy plane). expressed.

強磁性層20は、非磁性層30に積層されている。強磁性層20は、磁壁移動層11の第2領域A2とz方向に重なる位置にある。強磁性層20の磁化M20は、磁壁移動層11の第2領域A2の磁化MA21,MA22より反転しにくい。強磁性層20の磁化M20は、第2領域A2の磁化が反転する程度の外力が印加された際に向きが変化せず、固定されている。強磁性層20は、磁化固定層、磁化参照層と言われる場合がある。 The ferromagnetic layer 20 is laminated on the non-magnetic layer 30. The ferromagnetic layer 20 is located at a position overlapping the second region A2 of the domain wall moving layer 11 in the z direction. The magnetization M 20 of the ferromagnetic layer 20 is less likely to be inverted than the magnetization MA 21 and MA 22 of the second region A2 of the domain wall moving layer 11. The magnetization M 20 of the ferromagnetic layer 20 does not change its direction when an external force is applied to the extent that the magnetization of the second region A2 is reversed, and is fixed. The ferromagnetic layer 20 may be referred to as a magnetization fixed layer or a magnetization reference layer.

強磁性層20は、強磁性体を含む。強磁性層20は、例えば、磁壁移動層11との間で、コヒーレントトンネル効果を得やすい材料を含む。強磁性層20は、例えば、Cr、Mn、Co、Fe及びNiからなる群から選択される金属、これらの金属を1種以上含む合金、これらの金属とB、C、及びNの少なくとも1種以上の元素とが含まれる合金等を含む。強磁性層20は、例えば、Co-Fe、Co-Fe-B、Ni-Feである。 The ferromagnetic layer 20 includes a ferromagnet. The ferromagnetic layer 20 contains, for example, a material that easily obtains a coherent tunnel effect with the domain wall moving layer 11. The ferromagnetic layer 20 is, for example, a metal selected from the group consisting of Cr, Mn, Co, Fe and Ni, an alloy containing one or more of these metals, and at least one of these metals and B, C, and N. Includes alloys and the like containing the above elements. The ferromagnetic layer 20 is, for example, Co—Fe, Co—Fe—B, Ni—Fe.

強磁性層20は、例えば、ホイスラー合金でもよい。ホイスラー合金はハーフメタルであり、高いスピン分極率を有する。ホイスラー合金は、XYZ又はXYZの化学組成をもつ金属間化合物であり、Xは周期表上でCo、Fe、Ni、あるいはCu族の遷移金属元素または貴金属元素であり、YはMn、V、CrあるいはTi族の遷移金属又はXの元素種であり、ZはIII族からV族の典型元素である。ホイスラー合金として例えば、CoFeSi、CoFeGe、CoFeGa、CoMnSi、CoMn1-aFeAlSi1-b、CoFeGe1-cGa等が挙げられる。 The ferromagnetic layer 20 may be, for example, a Whistler alloy. The Whisler alloy is a half metal and has a high spin polarizability. The Whisler alloy is an intermetallic compound having a chemical composition of XYZ or X 2 YZ, where X is a transition metal element or noble metal element of the Co, Fe, Ni or Cu group on the periodic table, and Y is Mn, V. , Cr or a transition metal of Group Ti or an elemental species of X, and Z is a typical element of Group III to Group V. Examples of the Whisler alloy include Co 2 FeSi, Co 2 FeGe, Co 2 FeGa, Co 2 MnSi, Co 2 Mn 1-a Fe a Al b Si 1-b , and Co 2 FeGe 1-c Ga c .

磁壁移動素子100の各層の磁化の向きは、例えば磁化曲線を測定することにより確認できる。磁化曲線は、例えば、MOKE(Magneto Optical Kerr Effect)を用いて測定できる。MOKEによる測定は、直線偏光を測定対象物に入射させ、その偏光方向の回転等が起こる磁気光学効果(磁気Kerr効果)を用いることにより行う測定方法である。 The direction of magnetization of each layer of the domain wall moving element 100 can be confirmed, for example, by measuring the magnetization curve. The magnetization curve can be measured using, for example, MOKE (Magneto Optical Kerr Effect). The measurement by MOKE is a measurement method performed by incident linearly polarized light on an object to be measured and using a magneto-optical effect (magnetic Kerr effect) in which rotation in the polarization direction occurs.

次いで、磁気アレイ200の製造方法について説明する。磁気アレイ200は、各層の積層工程と、各層の一部を所定の形状に加工する加工工程により形成される。各層の積層は、スパッタリング法、化学気相成長(CVD)法、電子ビーム蒸着法(EB蒸着法)、原子レーザデポジッション法等を用いることができる。各層の加工は、フォトリソグラフィー等を用いて行うことができる。 Next, a method of manufacturing the magnetic array 200 will be described. The magnetic array 200 is formed by a laminating step of each layer and a processing step of processing a part of each layer into a predetermined shape. For the lamination of each layer, a sputtering method, a chemical vapor deposition (CVD) method, an electron beam vapor deposition method (EB vapor deposition method), an atomic laser deposit method, or the like can be used. Processing of each layer can be performed using photolithography or the like.

まず基板Subの所定の位置に、不純物をドープしソース領域S、ドレイン領域Dを形成する。次いで、ソース領域Sとドレイン領域Dとの間に、ゲート絶縁膜GI、ゲート電極Gを形成する。ソース領域S、ドレイン領域D、ゲート絶縁膜GI及びゲート電極GがトランジスタTrとなる。 First, impurities are doped at a predetermined position on the substrate Sub to form a source region S and a drain region D. Next, a gate insulating film GI and a gate electrode G are formed between the source region S and the drain region D. The source region S, the drain region D, the gate insulating film GI, and the gate electrode G form the transistor Tr.

次いで、トランジスタTrを覆うように絶縁層90を形成する。また絶縁層90に開口部を形成し、開口部内に導電体を充填することで配線w1が形成される。第1配線Wp、第2配線Cm、第3配線Rp、配線w2は、絶縁層90を所定の厚みまで積層した後、絶縁層90に溝を形成し、溝に導電体を充填することで形成される。 Next, the insulating layer 90 is formed so as to cover the transistor Tr. Further, the wiring w1 is formed by forming an opening in the insulating layer 90 and filling the opening with a conductor. The first wiring Wp, the second wiring Cm, the third wiring Rp, and the wiring w2 are formed by laminating the insulating layer 90 to a predetermined thickness, forming a groove in the insulating layer 90, and filling the groove with a conductor. Will be done.

磁壁移動層11は絶縁層90上に積層される。非磁性層30及び強磁性層20は、磁壁移動層11上に積層される。非磁性層30及び強磁性層20は所定の形状に加工される。磁壁移動層11の所定の位置に開口を設け、開口内を磁性体12で埋める。磁性体12上に磁性体13を積み増してもよい。磁壁移動層11、磁性体12、13で配線層10となる。上記の手順で、磁壁移動素子100が得られる。 The domain wall moving layer 11 is laminated on the insulating layer 90. The non-magnetic layer 30 and the ferromagnetic layer 20 are laminated on the domain wall moving layer 11. The non-magnetic layer 30 and the ferromagnetic layer 20 are processed into predetermined shapes. An opening is provided at a predetermined position of the domain wall moving layer 11, and the inside of the opening is filled with the magnetic material 12. The magnetic material 13 may be stacked on the magnetic material 12. The domain wall moving layer 11, the magnetic bodies 12, and 13 form the wiring layer 10. By the above procedure, the domain wall moving element 100 is obtained.

第1実施形態に係る磁壁移動素子100は、磁性体12が磁壁移動層11に埋め込まれていることで、第1領域A1の磁化が強く固定される。その結果、意図せぬ外力等が生じた場合でも、磁壁DWが第1領域A1に侵入せず、磁壁移動層11の単磁区化を防ぐことができる。 In the domain wall moving element 100 according to the first embodiment, the magnetization of the first region A1 is strongly fixed by embedding the magnetic body 12 in the domain wall moving layer 11. As a result, even when an unintended external force or the like is generated, the domain wall DW does not invade the first region A1 and the domain wall moving layer 11 can be prevented from becoming a single magnetic domain.

第1実施形態に係る磁気アレイ200及び磁壁移動素子100の一例について詳述したが、第1実施形態に係る磁気アレイ200及び磁壁移動素子100は、本発明の要旨の範囲内において、種々の変形・変更が可能である。 Although an example of the magnetic array 200 and the domain wall moving element 100 according to the first embodiment has been described in detail, the magnetic array 200 and the domain wall moving element 100 according to the first embodiment are variously modified within the scope of the gist of the present invention.・ Can be changed.

(第1変形例)
図5は、第1変形例にかかる磁壁移動素子101を配線層10のy方向の中心を通るxz平面で切断した断面図である。図5において、図3と同様の構成についての説明は省く。
(First modification)
FIG. 5 is a cross-sectional view of the domain wall moving element 101 according to the first modification cut in the xz plane passing through the center of the wiring layer 10 in the y direction. In FIG. 5, the description of the same configuration as in FIG. 3 is omitted.

磁壁移動素子101は、磁性体12と磁性体13との間にスペーサ層14を有する。スペーサ層14は、非磁性層である。スペーサ層14は、例えば、Ru、Ir、Rhである。磁性体12、スペーサ層14及び磁性体13は、絶縁層90及び磁壁移動層11に形成した開口に沿って積層される。開口は、例えば、磁壁移動層11、非磁性層30、強磁性層20を順に積層し、その周囲を絶縁層90で埋めた後に、所定の位置に形成する。 The domain wall moving element 101 has a spacer layer 14 between the magnetic body 12 and the magnetic body 13. The spacer layer 14 is a non-magnetic layer. The spacer layer 14 is, for example, Ru, Ir, Rh. The magnetic material 12, the spacer layer 14, and the magnetic material 13 are laminated along the openings formed in the insulating layer 90 and the domain wall moving layer 11. For example, the opening is formed at a predetermined position after the magnetic wall moving layer 11, the non-magnetic layer 30, and the ferromagnetic layer 20 are laminated in this order, and the periphery thereof is filled with the insulating layer 90.

磁性体12と磁性体13とは、例えば、反強磁性結合している。磁性体12の磁化M12と磁性体13の磁化M13とは、磁化の配向方向が反対である。磁性体13は、例えば、磁性体12と同様の材料、反強磁性膜等を用いることができる。磁性体12と磁性体13とは強磁性結合していてもよい。磁性体12の磁化M12は、磁性体13の磁化M13と結合することで強く固定される。 The magnetic body 12 and the magnetic body 13 are, for example, antiferromagnetic bonded. The magnetization M 12 of the magnetic body 12 and the magnetization M 13 of the magnetic body 13 have opposite magnetization orientation directions. As the magnetic material 13, for example, the same material as the magnetic material 12, an antiferromagnetic film, or the like can be used. The magnetic material 12 and the magnetic material 13 may be ferromagnetically coupled. The magnetization M 12 of the magnetic body 12 is strongly fixed by being coupled with the magnetization M 13 of the magnetic body 13.

磁性体12の膜厚と飽和磁化との積は、磁性体13の膜厚と飽和磁化との積と略同一である。例えば、磁性体12と磁性体13とは、スペーサ層14を挟んで、シンセティック反強磁性構造をしている。磁性体12の膜厚と飽和磁化との積は、磁性体13の膜厚と飽和磁化との積と異なっていてもよい。膜厚と飽和磁化との積が、磁性体12と磁性体13とで異なると、製造時において磁化の初期状態を決定しやすくなる。外部磁場を印加した後に外部磁場の印加をやめると、膜厚と飽和磁化との積が大きい方の磁性体の磁化が外部磁場の印加方向に配向し、膜厚と飽和磁化との積が小さい方の磁性体の磁化が外部磁場の印加方向と反対方向に配向する。また磁壁移動層11の第1端部に接続する磁性体12の膜厚と飽和磁化との積を磁性体13の膜厚と飽和磁化との積より大きくし、磁壁移動層11の第2端部に接続する磁性体12の膜厚と飽和磁化との積を磁性体13の膜厚と飽和磁化との積より小さくしてもよい。当該構成であれば、外部磁場は一方向に印加するだけで、磁化の初期状態を簡単に決定できる。 The product of the film thickness of the magnetic material 12 and the saturation magnetization is substantially the same as the product of the film thickness of the magnetic material 13 and the saturation magnetization. For example, the magnetic material 12 and the magnetic material 13 have a synthetic antiferromagnetic structure with the spacer layer 14 interposed therebetween. The product of the film thickness of the magnetic material 12 and the saturation magnetization may be different from the product of the film thickness of the magnetic material 13 and the saturation magnetization. When the product of the film thickness and the saturation magnetization is different between the magnetic material 12 and the magnetic material 13, it becomes easy to determine the initial state of the magnetization at the time of manufacturing. When the application of the external magnetic field is stopped after the application of the external magnetic field is applied, the magnetization of the magnetic material having the larger product of the film thickness and the saturation magnetization is oriented in the direction of application of the external magnetic field, and the product of the film thickness and the saturation magnetization is small. The magnetization of the magnetic material is oriented in the direction opposite to the direction in which the external magnetic field is applied. Further, the product of the film thickness of the magnetic material 12 connected to the first end of the domain wall moving layer 11 and the saturation magnetization is made larger than the product of the film thickness of the magnetic body 13 and the saturation magnetization, and the second end of the domain wall moving layer 11 is made larger. The product of the film thickness of the magnetic body 12 connected to the portion and the saturation magnetization may be smaller than the product of the film thickness of the magnetic body 13 and the saturation magnetization. With this configuration, the initial state of magnetization can be easily determined by simply applying an external magnetic field in one direction.

第1変形例に係る磁壁移動素子101は、第1実施形態にかかる磁壁移動素子100と同様の効果が得られる。また磁性体12と磁性体13とが反強磁性結合すると、磁性体12及び磁性体13からの漏れ磁場の影響を小さくできる。 The domain wall moving element 101 according to the first modification has the same effect as the domain wall moving element 100 according to the first embodiment. Further, when the magnetic body 12 and the magnetic body 13 are antiferromagnetically coupled, the influence of the leakage magnetic field from the magnetic body 12 and the magnetic body 13 can be reduced.

(第2変形例)
図6は、第2変形例にかかる磁壁移動素子102を配線層10のy方向の中心を通るxz平面で切断した断面図である。図6において、図3と同様の構成についての説明は省く。
(Second modification)
FIG. 6 is a cross-sectional view of the domain wall moving element 102 according to the second modification cut in the xz plane passing through the center of the wiring layer 10 in the y direction. In FIG. 6, the description of the same configuration as in FIG. 3 is omitted.

磁壁移動素子102の磁性体12は、磁壁移動層11との界面において、湾曲する湾曲面12dを有する。磁性体12と磁壁移動層11との界面が湾曲すると、書き込み電流の局所的な集中を避けることができる。電流は、角等の形状が急激に変化する部分に集中しやすいためである。 The magnetic body 12 of the domain wall moving element 102 has a curved curved surface 12d that curves at the interface with the domain wall moving layer 11. When the interface between the magnetic material 12 and the domain wall moving layer 11 is curved, local concentration of the writing current can be avoided. This is because the current tends to concentrate on a portion where the shape such as a corner changes rapidly.

第2変形例に係る磁壁移動素子102は、第1実施形態にかかる磁壁移動素子100と同様の効果が得られる。また書き込み電流の局所的な集中を抑制することで、磁性体12と磁壁移動層11との界面における電流密度の偏り、発熱を抑制できる。 The domain wall moving element 102 according to the second modification has the same effect as the domain wall moving element 100 according to the first embodiment. Further, by suppressing the local concentration of the writing current, it is possible to suppress the deviation of the current density and the heat generation at the interface between the magnetic material 12 and the domain wall moving layer 11.

(第3変形例)
図7は、第3変形例にかかる磁壁移動素子103を配線層10のy方向の中心を通るxz平面で切断した断面図である。図7において、図3と同様の構成についての説明は省く。
(Third modification example)
FIG. 7 is a cross-sectional view of the domain wall moving element 103 according to the third modification cut in the xz plane passing through the center of the wiring layer 10 in the y direction. In FIG. 7, the description of the same configuration as in FIG. 3 is omitted.

磁壁移動素子103は、磁性体12と磁壁移動層11との間に、層間領域15を有する。層間領域15は、例えば、磁壁移動層11を構成する元素と異種元素とが混在している。異種元素は、例えば、Fe、Co、Ni、Cu、Ta、Ru、Pd、Pt、W等の重金属元素や、Ar、Kr、Xe等の希ガス元素である。 The domain wall moving element 103 has an interlayer region 15 between the magnetic body 12 and the domain wall moving layer 11. In the interlayer region 15, for example, elements constituting the domain wall moving layer 11 and dissimilar elements are mixed. The dissimilar elements are, for example, heavy metal elements such as Fe, Co, Ni, Cu, Ta, Ru, Pd, Pt, and W, and rare gas elements such as Ar, Kr, and Xe.

異種元素は、磁壁DWのトラップサイトとなり、磁壁DWの移動を阻害する。また異種元素が打ち込まれることで、磁壁移動層11と磁性体12との界面に凹凸が生じ、磁壁移動層11と磁性体12の接触面積が増える。磁壁移動層11と磁性体12との接触面積が増えると、磁壁移動層11と磁性体12との磁気結合が強まり、第1領域A1の磁化が強く固定される。 The dissimilar element becomes a trap site of the domain wall DW and inhibits the movement of the domain wall DW. Further, when a different element is driven, the interface between the domain wall moving layer 11 and the magnetic body 12 becomes uneven, and the contact area between the domain wall moving layer 11 and the magnetic body 12 increases. When the contact area between the domain wall moving layer 11 and the magnetic body 12 increases, the magnetic coupling between the domain wall moving layer 11 and the magnetic body 12 is strengthened, and the magnetization of the first region A1 is strongly fixed.

この他、第3変形例に係る磁壁移動素子103は、第1実施形態にかかる磁壁移動素子100と同様の効果が得られる。 In addition, the domain wall moving element 103 according to the third modification can obtain the same effect as the domain wall moving element 100 according to the first embodiment.

(第4変形例)
図8は、第4変形例にかかる磁壁移動素子104を配線層10のy方向の中心を通るxz平面で切断した断面図である。図8において、図3と同様の構成についての説明は省く。
(Fourth modification)
FIG. 8 is a cross-sectional view of the domain wall moving element 104 according to the fourth modification cut in the xz plane passing through the center of the wiring layer 10 in the y direction. In FIG. 8, the description of the same configuration as in FIG. 3 is omitted.

磁壁移動素子104は、磁性体12がz方向において磁壁移動層11の第1端と重なる位置にある。磁性体12の一部は、磁壁移動層11からx方向に突出している。 The domain wall moving element 104 is at a position where the magnetic body 12 overlaps the first end of the domain wall moving layer 11 in the z direction. A part of the magnetic body 12 protrudes from the domain wall moving layer 11 in the x direction.

磁性体12が磁壁移動層11の端部にあると、第2領域A2を広く確保できる。磁壁DWは、第2領域A2内を移動し、磁壁移動素子104は磁壁DWの位置によってデータを記憶する。磁壁DWの移動範囲が広がることで、磁壁移動素子104のデータの階調を増やすことができる。 When the magnetic body 12 is located at the end of the domain wall moving layer 11, the second region A2 can be widely secured. The domain wall DW moves in the second region A2, and the domain wall moving element 104 stores data according to the position of the domain wall DW. By expanding the moving range of the domain wall DW, it is possible to increase the gradation of the data of the domain wall moving element 104.

この他、第4変形例に係る磁壁移動素子104は、第1実施形態にかかる磁壁移動素子100と同様の効果が得られる。 In addition, the domain wall moving element 104 according to the fourth modification can obtain the same effect as the domain wall moving element 100 according to the first embodiment.

(第5変形例)
図9は、第5変形例にかかる磁壁移動素子105を配線層10のy方向の中心を通るxz平面で切断した断面図である。図9において、図3と同様の構成についての説明は省く。
(Fifth modification)
FIG. 9 is a cross-sectional view of the domain wall moving element 105 according to the fifth modification cut in the xz plane passing through the center of the wiring layer 10 in the y direction. In FIG. 9, the description of the same configuration as in FIG. 3 is omitted.

磁壁移動素子105は、磁性体12が磁壁移動層11をz方向に貫通している。磁性体12の一部は、磁壁移動層11の下面から突出している。 In the domain wall moving element 105, the magnetic body 12 penetrates the domain wall moving layer 11 in the z direction. A part of the magnetic body 12 protrudes from the lower surface of the domain wall moving layer 11.

第5変形例に係る磁壁移動素子105は、第1実施形態にかかる磁壁移動素子100と同様の効果が得られる。また磁性体12が磁壁移動層11を貫通することで、磁性体12が磁壁移動層11をx方向に分断することで、磁壁DWが磁壁移動層11の端部まで至ることをより防止できる。 The domain wall moving element 105 according to the fifth modification has the same effect as the domain wall moving element 100 according to the first embodiment. Further, when the magnetic body 12 penetrates the magnetic wall moving layer 11, the magnetic body 12 divides the magnetic wall moving layer 11 in the x direction, so that the magnetic wall DW can be further prevented from reaching the end of the magnetic wall moving layer 11.

(第6変形例)
図10は、第6変形例にかかる磁壁移動素子106を配線層10のy方向の中心を通るxz平面で切断した断面図である。図10において、図3と同様の構成についての説明は省く。
(6th modification)
FIG. 10 is a cross-sectional view of the domain wall moving element 106 according to the sixth modification cut in the xz plane passing through the center of the wiring layer 10 in the y direction. In FIG. 10, the description of the same configuration as in FIG. 3 is omitted.

磁壁移動素子106は、磁性体13が磁性体12及び磁壁移動層11と接している。磁性体13の下面のx方向の幅は、例えば、磁性体12の上面のx方向の幅より広い。 In the domain wall moving element 106, the magnetic body 13 is in contact with the magnetic body 12 and the domain wall moving layer 11. The width of the lower surface of the magnetic body 13 in the x direction is, for example, wider than the width of the upper surface of the magnetic body 12 in the x direction.

第6変形例に係る磁壁移動素子106は、第1実施形態にかかる磁壁移動素子100と同様の効果が得られる。また第1領域A1の磁化が磁性体12及び磁性体13によって固定されることで、第1領域A1の磁化がより反転しにくくなる。 The domain wall moving element 106 according to the sixth modification has the same effect as the domain wall moving element 100 according to the first embodiment. Further, since the magnetization of the first region A1 is fixed by the magnetic material 12 and the magnetic material 13, the magnetization of the first region A1 is less likely to be inverted.

(第7変形例)
図11は、第7変形例にかかる磁壁移動素子107を配線層10のy方向の中心を通るxz平面で切断した断面図である。図11において、図3と同様の構成についての説明は省く。
(7th modification)
FIG. 11 is a cross-sectional view of the domain wall moving element 107 according to the seventh modification cut in the xz plane passing through the center of the wiring layer 10 in the y direction. In FIG. 11, the description of the same configuration as in FIG. 3 will be omitted.

磁壁移動素子107は、磁性体13を有さない。磁壁移動素子107の磁性体12には、導電体である配線w1が直接接続されている。 The domain wall moving element 107 does not have a magnetic body 13. Wiring w1, which is a conductor, is directly connected to the magnetic body 12 of the domain wall moving element 107.

第7変形例に係る磁壁移動素子107は、第1実施形態にかかる磁壁移動素子100と同様の効果が得られる。 The domain wall moving element 107 according to the seventh modification has the same effect as the domain wall moving element 100 according to the first embodiment.

(第8変形例)
図12は、第8変形例にかかる磁壁移動素子108を配線層10のy方向の中心を通るxz平面で切断した断面図である。図12において、図3と同様の構成についての説明は省く。
(8th modification)
FIG. 12 is a cross-sectional view of the domain wall moving element 108 according to the eighth modification cut in the xz plane passing through the center of the wiring layer 10 in the y direction. In FIG. 12, the description of the same configuration as in FIG. 3 is omitted.

磁壁移動素子108は、z方向から見て、配線w1と磁性体12とが重ならない位置にある。磁性体12は、x方向に、配線w1と非磁性層30との間にある。配線w1は、磁壁移動層11と磁性体12以外の位置で接続される。 The domain wall moving element 108 is located at a position where the wiring w1 and the magnetic body 12 do not overlap when viewed from the z direction. The magnetic body 12 is located between the wiring w1 and the non-magnetic layer 30 in the x direction. The wiring w1 is connected to the domain wall moving layer 11 at a position other than the magnetic body 12.

第8変形例に係る磁壁移動素子108は、第1実施形態にかかる磁壁移動素子100と同様の効果が得られる。書き込み電流が配線w1に流れる点より手前に磁性体12が存在することで、磁壁DWが磁壁移動層11の端部まで至ることをより防止できる。また第1領域A1の面積が大きくなることで、第2領域A2に至る電子のスピン偏極が強まる。 The domain wall moving element 108 according to the eighth modification can obtain the same effect as the domain wall moving element 100 according to the first embodiment. Since the magnetic body 12 is present in front of the point where the write current flows in the wiring w1, it is possible to further prevent the domain wall DW from reaching the end of the domain wall moving layer 11. Further, as the area of the first region A1 becomes larger, the spin polarization of the electrons reaching the second region A2 becomes stronger.

(第9変形例)
図13は、第9変形例にかかる磁壁移動素子109をz方向から見た平面図である。図13において、図4と同様の構成についての説明は省く。
(9th modification)
FIG. 13 is a plan view of the domain wall moving element 109 according to the ninth modification as viewed from the z direction. In FIG. 13, the description of the same configuration as in FIG. 4 will be omitted.

磁性体12のy方向の幅L12は、磁壁移動層11の幅L11より短い。磁性体12は、磁壁移動層11と底面及び側面で接する。磁性体12のy方向の側面も磁壁移動層11と接することで、磁壁移動層11と磁性体12との接触面積が増える。 The width L12 of the magnetic body 12 in the y direction is shorter than the width L11 of the domain wall moving layer 11. The magnetic body 12 is in contact with the domain wall moving layer 11 on the bottom surface and the side surface. By also contacting the side surface of the magnetic body 12 in the y direction with the magnetic wall moving layer 11, the contact area between the magnetic wall moving layer 11 and the magnetic body 12 increases.

第9変形例に係る磁壁移動素子109は、第1実施形態にかかる磁壁移動素子100と同様の効果が得られる。 The domain wall moving element 109 according to the ninth modification has the same effect as the domain wall moving element 100 according to the first embodiment.

(第10変形例)
図14は、第10変形例にかかる磁壁移動素子110を配線層10のy方向の中心を通るxz平面で切断した断面図である。図14において、図3と同様の構成についての説明は省く。
(10th modification)
FIG. 14 is a cross-sectional view of the domain wall moving element 110 according to the tenth modification cut in the xz plane passing through the center of the wiring layer 10 in the y direction. In FIG. 14, the description of the same configuration as in FIG. 3 is omitted.

磁壁移動素子110は、非磁性層30、強磁性層20を有さない。磁壁移動素子110は、磁気光学効果を利用して光学素子である。磁壁移動層11における磁壁DWの位置によって、磁壁移動層11に入射した光の反射光又は透過光の位相が変化する。 The domain wall moving element 110 does not have the non-magnetic layer 30 and the ferromagnetic layer 20. The domain wall moving element 110 is an optical element utilizing the magneto-optical effect. Depending on the position of the domain wall DW in the domain wall moving layer 11, the phase of the reflected light or the transmitted light of the light incident on the domain wall moving layer 11 changes.

第10変形例に係る磁壁移動素子110は、第1実施形態にかかる磁壁移動素子100と同様の効果が得られる。 The domain wall moving element 110 according to the tenth modification has the same effect as the domain wall moving element 100 according to the first embodiment.

この他、磁性体12の側面は傾斜又は湾曲していなくてもよい。また磁性体12は、磁壁移動層11の表面に露出せず、磁壁移動層11に内包されていてもよい。また図15に示す磁壁移動素子111のように、磁壁移動層11に対して配線w1が接続された面と、磁性体12が露出する面とが一致しなくてもよい。 In addition, the side surface of the magnetic material 12 does not have to be inclined or curved. Further, the magnetic material 12 may not be exposed on the surface of the domain wall moving layer 11 and may be included in the domain wall moving layer 11. Further, unlike the domain wall moving element 111 shown in FIG. 15, the surface to which the wiring w1 is connected to the domain wall moving layer 11 and the surface to which the magnetic body 12 is exposed do not have to coincide.

以上、本発明の好ましい実施の形態について詳述した。実施形態及び変形例における特徴的な構成は、それぞれ組み合わせてもよい。 The preferred embodiments of the present invention have been described in detail above. The characteristic configurations in the embodiments and modifications may be combined.

10 配線層
10a 第1面
10b 第2面
11 磁壁移動層
12、13 磁性体
12c、13c 傾斜面
12d 湾局面
14 スペーサ層
15 層間領域
20 強磁性層
30 非磁性層
90 絶縁層
100、101、102、103、104、105、106、107、108、109、110 磁壁移動素子
200 磁気アレイ
A1 第1領域
A2 第2領域
A21 第1磁区
A22 第2磁区
DW 磁壁
10 Wiring layer 10a 1st surface 10b 2nd surface 11 Domain wall moving layer 12, 13 Magnetic material 12c, 13c Inclined surface 12d Bay surface 14 Spacer layer 15 Interlayer region 20 Ferromagnetic layer 30 Non-magnetic layer 90 Insulation layer 100, 101, 102 , 103, 104, 105, 106, 107, 108, 109, 110 Domain wall moving element 200 Magnetic array A1 1st region A2 2nd region A21 1st magnetic domain A22 2nd magnetic domain DW domain wall

Claims (20)

第1方向に延び、内部に磁壁を有することができる磁壁移動層と、
前記磁壁移動層に埋め込まれた部分を有し、材料又は積層構造が前記磁壁移動層と異なる磁性体と、を有する、配線層。
A domain wall moving layer that extends in the first direction and can have a domain wall inside,
A wiring layer having a portion embedded in the domain wall moving layer and having a magnetic material having a material or a laminated structure different from that of the domain wall moving layer.
前記磁壁移動層は、前記第1方向において前記磁性体の端部のうち前記磁壁移動層の中心側の端部より外側にある第1領域と、前記第1領域以外の第2領域とを有し、
前記磁性体は、前記第1領域と接する、請求項1に記載の配線層。
The domain wall moving layer has a first region outside the central end of the domain wall moving layer among the ends of the magnetic material in the first direction, and a second region other than the first region. death,
The wiring layer according to claim 1, wherein the magnetic material is in contact with the first region.
前記磁性体を2つ有し、
2つの前記磁性体は、前記第1方向に離間している、請求項1又は2に記載の配線層。
It has two magnetic materials,
The wiring layer according to claim 1 or 2, wherein the two magnetic materials are separated from each other in the first direction.
前記磁性体と前記磁壁移動層との間に、層間領域をさらに備える、請求項1~3のいずれか一項に記載の配線層。 The wiring layer according to any one of claims 1 to 3, further comprising an interlayer region between the magnetic material and the domain wall moving layer. 前記磁性体は、前記磁壁移動層との界面において、前記第1方向と直交する面に対して傾斜する傾斜面を有する、請求項1~4のいずれか一項に記載の配線層。 The wiring layer according to any one of claims 1 to 4, wherein the magnetic material has an inclined surface inclined with respect to a surface orthogonal to the first direction at an interface with the domain wall moving layer. 前記磁性体は、前記磁壁移動層との界面において、湾曲する湾曲面を有する、請求項1~5のいずれか一項に記載の配線層。 The wiring layer according to any one of claims 1 to 5, wherein the magnetic material has a curved curved surface at an interface with the domain wall moving layer. 前記磁性体が厚さ方向の第1面に露出している、請求項1~6のいずれか一項に記載の配線層。 The wiring layer according to any one of claims 1 to 6, wherein the magnetic material is exposed on the first surface in the thickness direction. 前記磁性体の前記第1方向と直交する第2方向の幅は、前記磁壁移動層の前記第2方向の幅より広い、請求項1~7のいずれか一項に記載の配線層。 The wiring layer according to any one of claims 1 to 7, wherein the width of the magnetic material in the second direction orthogonal to the first direction is wider than the width of the domain wall moving layer in the second direction. 前記磁性体は、前記第1方向において、前記磁壁移動層の第1端と重なる位置にある、請求項1~8のいずれか一項に記載の配線層。 The wiring layer according to any one of claims 1 to 8, wherein the magnetic material is located at a position overlapping with the first end of the domain wall moving layer in the first direction. 前記磁性体は、前記磁壁移動層を厚さ方向に貫通する、請求項1~9のいずれか一項に記載の配線層。 The wiring layer according to any one of claims 1 to 9, wherein the magnetic material penetrates the domain wall moving layer in the thickness direction. 前記磁性体のうち前記磁壁移動層から露出する部分に接続された第2磁性体をさらに備える、請求項1~10のいずれか一項に記載の配線層。 The wiring layer according to any one of claims 1 to 10, further comprising a second magnetic material connected to a portion of the magnetic material exposed from the domain wall moving layer. 前記第2磁性体は、前記第1方向と直交する面に対して傾斜する傾斜面を有する、請求項11に記載の配線層。 The wiring layer according to claim 11, wherein the second magnetic material has an inclined surface inclined with respect to a surface orthogonal to the first direction. 前記第2磁性体は、前記磁壁移動層にも接する、請求項11又は12に記載の配線層。 The wiring layer according to claim 11 or 12, wherein the second magnetic material is also in contact with the domain wall moving layer. 前記磁性体と前記第2磁性体とが一体化している、請求項11~13のいずれか一項に記載の配線層。 The wiring layer according to any one of claims 11 to 13, wherein the magnetic material and the second magnetic material are integrated. 前記磁性体と前記第2磁性体との間にスペーサ層をさらに備える、請求項11~14のいずれか一項に記載の配線層。 The wiring layer according to any one of claims 11 to 14, further comprising a spacer layer between the magnetic material and the second magnetic material. 請求項1~15のいずれか一項に記載の配線層と、
前記配線層に接続された導電体と、を備え、
前記導電体は、前記磁性体に接続されている、磁壁移動素子。
The wiring layer according to any one of claims 1 to 15, and the wiring layer.
With a conductor connected to the wiring layer,
The conductor is a domain wall moving element connected to the magnetic body.
請求項11~15のいずれか一項に記載の配線層と、
前記配線層に接続された導電体と、を備え、
前記導電体は、前記第2磁性体に接続されている、磁壁移動素子。
The wiring layer according to any one of claims 11 to 15, and the wiring layer.
With a conductor connected to the wiring layer,
The conductor is a domain wall moving element connected to the second magnetic body.
請求項1~15のいずれか一項に記載の配線層と、
厚み方向において前記磁壁移動層と重なる位置にある強磁性層と、
前記配線層と前記強磁性層との間にある非磁性層と、を備える磁壁移動素子。
The wiring layer according to any one of claims 1 to 15, and the wiring layer.
A ferromagnetic layer located at a position overlapping the domain wall moving layer in the thickness direction,
A domain wall moving element including a non-magnetic layer between the wiring layer and the ferromagnetic layer.
前記配線層に接続された導電体をさらに備え、
前記磁性体は、厚み方向から見て、前記第1方向に前記導電体と前記非磁性層との間にある、請求項18に記載の磁壁移動素子。
Further provided with a conductor connected to the wiring layer,
The magnetic domain wall moving element according to claim 18, wherein the magnetic material is located between the conductor and the non-magnetic layer in the first direction when viewed from the thickness direction.
請求項16~19のいずれか一項に記載の磁壁移動素子を複数有する磁気アレイ。 A magnetic array having a plurality of domain wall moving elements according to any one of claims 16 to 19.
JP2020138565A 2020-08-19 2020-08-19 Wiring layer, domain wall motion element and magnetic array Active JP7470599B2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2020138565A JP7470599B2 (en) 2020-08-19 2020-08-19 Wiring layer, domain wall motion element and magnetic array

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2020138565A JP7470599B2 (en) 2020-08-19 2020-08-19 Wiring layer, domain wall motion element and magnetic array

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JP2022034728A true JP2022034728A (en) 2022-03-04
JP7470599B2 JP7470599B2 (en) 2024-04-18

Family

ID=80443063

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2020138565A Active JP7470599B2 (en) 2020-08-19 2020-08-19 Wiring layer, domain wall motion element and magnetic array

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP7470599B2 (en)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2025134192A1 (en) * 2023-12-18 2025-06-26 Tdk株式会社 Domain wall-moving element, magnetic array, neuromorphic device, and method for manufacturing domain wall-moving element

Citations (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2005150303A (en) * 2003-11-13 2005-06-09 Toshiba Corp Magnetoresistive element and magnetic memory
WO2007119748A1 (en) * 2006-04-11 2007-10-25 Nec Corporation Magnetic random access memory and method for manufacturing the same
WO2009122990A1 (en) * 2008-04-02 2009-10-08 日本電気株式会社 Magnetoresistive effect element and magnetic random access memory
JP2009536420A (en) * 2006-05-09 2009-10-08 インジェニア・ホールディングス・(ユー・ケイ)・リミテッド Data storage apparatus and method thereof
JP2009295607A (en) * 2008-06-02 2009-12-17 Fujitsu Ltd Domain wall displacement type memory device
JP2015138863A (en) * 2014-01-22 2015-07-30 ルネサスエレクトロニクス株式会社 Semiconductor device
JP2016181598A (en) * 2015-03-24 2016-10-13 ルネサスエレクトロニクス株式会社 Semiconductor device and manufacturing method thereof
WO2016182085A1 (en) * 2015-05-14 2016-11-17 国立大学法人東北大学 Magnetoresistive effect element and magnetic memory device
WO2019138535A1 (en) * 2018-01-12 2019-07-18 Tdk株式会社 Magnetic domain wall displacement type magnetic recording element and magnetic recording array
JP2020021857A (en) * 2018-08-02 2020-02-06 Tdk株式会社 Domain wall displacement type magnetic recording element and magnetic recording array

Patent Citations (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2005150303A (en) * 2003-11-13 2005-06-09 Toshiba Corp Magnetoresistive element and magnetic memory
WO2007119748A1 (en) * 2006-04-11 2007-10-25 Nec Corporation Magnetic random access memory and method for manufacturing the same
JP2009536420A (en) * 2006-05-09 2009-10-08 インジェニア・ホールディングス・(ユー・ケイ)・リミテッド Data storage apparatus and method thereof
WO2009122990A1 (en) * 2008-04-02 2009-10-08 日本電気株式会社 Magnetoresistive effect element and magnetic random access memory
JP2009295607A (en) * 2008-06-02 2009-12-17 Fujitsu Ltd Domain wall displacement type memory device
JP2015138863A (en) * 2014-01-22 2015-07-30 ルネサスエレクトロニクス株式会社 Semiconductor device
JP2016181598A (en) * 2015-03-24 2016-10-13 ルネサスエレクトロニクス株式会社 Semiconductor device and manufacturing method thereof
WO2016182085A1 (en) * 2015-05-14 2016-11-17 国立大学法人東北大学 Magnetoresistive effect element and magnetic memory device
WO2019138535A1 (en) * 2018-01-12 2019-07-18 Tdk株式会社 Magnetic domain wall displacement type magnetic recording element and magnetic recording array
JP2020021857A (en) * 2018-08-02 2020-02-06 Tdk株式会社 Domain wall displacement type magnetic recording element and magnetic recording array

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2025134192A1 (en) * 2023-12-18 2025-06-26 Tdk株式会社 Domain wall-moving element, magnetic array, neuromorphic device, and method for manufacturing domain wall-moving element

Also Published As

Publication number Publication date
JP7470599B2 (en) 2024-04-18

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP7173311B2 (en) domain wall motion element, magnetic recording array and semiconductor device
US11653573B2 (en) Magnetic domain wall movement element and magnetic recording array
JPWO2019049591A1 (en) Spin current magnetization reversal element, spin orbit torque type magnetoresistive element, and method of manufacturing spin current magnetization reversal element
JP2020141132A (en) Domain wall moving element and magnetic recording array
US12225830B2 (en) Magnetoresistance effect element and magnetic recording array
US11963461B2 (en) Magnetic domain wall movement element and magnetic recording array
WO2021166137A1 (en) Magnetic domain wall motion element and magnetic recording array
JP7211564B1 (en) Domain wall motion element, magnetic array, and method for manufacturing domain wall motion element
JP2022059565A (en) Domain wall moving element and magnetic array
US11257533B2 (en) Magnetic memory and method for controlling the same
JP2022094645A (en) Domain wall moving element and magnetic array
JP7470599B2 (en) Wiring layer, domain wall motion element and magnetic array
JP2020188138A (en) Storage element, semiconductor device, and magnetic recording array
US11696512B2 (en) Magnetic domain wall moving element and magnetic array
JP2021190690A (en) Domain wall moving element and magnetic recording array
CN115700065A (en) Magnetized Rotary Elements, Magnetoresistive Effect Elements, and Magnetic Memory
JP7024914B2 (en) Domain wall moving element and magnetic recording array
JP7081694B2 (en) Magnetic recording layer, domain wall moving element and magnetic recording array
US12369498B2 (en) Magnetic domain wall moving element and magnetic array
US20240420785A1 (en) Magnetic domain wall motion element, magnetic recording array, and magnetic memory

Legal Events

Date Code Title Description
A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20220627

A977 Report on retrieval

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007

Effective date: 20230525

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20230704

A521 Request for written amendment filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20230725

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20231107

A521 Request for written amendment filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20231225

TRDD Decision of grant or rejection written
A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

Effective date: 20240319

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20240408

R150 Certificate of patent or registration of utility model

Ref document number: 7470599

Country of ref document: JP

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150