阅读说明：本技术 磁壁移动型磁记录元件及磁记录阵列 (Magnetic wall moving type magnetic recording element and magnetic recording array ) 是由 山田章悟 佐佐木智生 寺崎幸夫 柴田龙雄 于 2019-07-03 设计创作，主要内容包括：本发明提供一种磁壁移动型磁记录元件,其具备：在第一方向上层叠的第一磁化固定部、在与所述第一方向交叉的第二方向上延伸且包含磁壁的磁记录层、夹持于所述第一磁化固定部和所述磁记录层之间的非磁性层、和与所述磁记录层电连接的第一通孔部,从所述第一方向俯视,所述第一通孔部的至少一部分位于在所述第二方向上从所述第一磁化固定部离开的位置,从所述第一方向俯视,所述磁记录层具有包含与所述第一磁化固定部重叠的位置的第一部分,在与所述第二方向正交的第三方向上,所述第一通孔部的宽度比所述磁记录层的第一部分的所述位置的宽度宽。(The invention provides a magnetic wall moving type magnetic recording element, which comprises: the magnetic recording medium includes a first magnetization fixing section stacked in a first direction, a magnetic recording layer extending in a second direction intersecting the first direction and including a magnetic wall, a nonmagnetic layer interposed between the first magnetization fixing section and the magnetic recording layer, and a first through hole section electrically connected to the magnetic recording layer, at least a part of the first through hole section is located at a position apart from the first magnetization fixing section in the second direction when viewed from the first direction, the magnetic recording layer has a first portion including a position overlapping the first magnetization fixing section when viewed from the first direction, and a width of the first through hole section is wider than a width of the position of the first portion of the magnetic recording layer in a third direction orthogonal to the second direction.)

磁壁移动型磁记录元件及磁记录阵列

技术领域

本发明涉及磁壁移动型磁记录元件及磁记录阵列。

本申请针对2018年8月2日申请的日本国专利申请案第2018－145584号主张优先权，将其内容引用于此。

背景技术

替代已极微细化的闪存存储器等的下一代非易失性存储器备受关注。例如，作为下一代非易失性存储器，已知有MRAM(Magnetoresistive Random Access Memory)、ReRAM(Resistance Randome Access Memory)、PCRAM(Phase Change Random Access Memory)等。

MRAM将由磁化的方向产生的电阻值变化用于数据记录。为了实现记录存储器的大容量化，研究了构成存储器的元件的小型化、构成存储器的元件每个记录位的多值化。

在专利文献1中记载有磁壁移动型磁记录元件。磁壁移动型磁记录元件通过磁壁的位置改变电阻值。通过读出该电阻值变化，磁壁移动型磁记录元件作为多值的存储器发挥功能。

磁壁移动型磁记录元件通过控制磁壁而记录数据。磁壁的稳定的控制提高数据记录的可靠性。但是，在迄今为止的磁壁移动型磁记录元件中，因在写入时流动的电流而引起磁记录层发热，受其影响，难以使磁壁稳定地连续动作。其结果为，作为多值存储器的数据记录的可靠性存在降低的可能性。

现有技术文献

专利文献

专利文献1日本专利第5360596号公报

发明内容

本发明是鉴于上述问题而创建的，其目的在于，提供一种磁壁控制性好的磁壁移动型磁记录元件及磁记录阵列。

本发明提供一种磁壁移动型磁记录元件，其具备：在第一方向上层叠的第一磁化固定部、在与所述第一方向交叉的第二方向上延伸且包含磁壁的磁记录层、夹持于所述第一磁化固定部和所述磁记录层之间的非磁性层、和与所述磁记录层电连接的第一通孔部，上述第一通孔部位于比上述第一磁化固定部靠上述第二方向的位置，在与上述第二方向正交的第三方向上，上述第一通孔部的宽度比与上述第一磁化固定部重叠的位置上的上述磁记录层的第一部分的宽度宽。即，提供以下的记录元件。

(1)第一方式的磁壁移动型磁记录元件具备：在第一方向上层叠的第一磁化固定部、在与所述第一方向交叉的第二方向上延伸且包含磁壁的磁记录层、夹持于所述第一磁化固定部和所述磁记录层之间的非磁性层、和与所述磁记录层电连接的第一通孔部，

从所述第一方向俯视，所述第一通孔部的至少一部分位于在所述第二方向上从所述第一磁化固定部离开的位置，

从所述第一方向俯视，所述磁记录层具有包含与所述第一磁化固定部重叠的位置的第一部分，

在与所述第二方向正交的第三方向上，所述第一通孔部的宽度比所述磁记录层的第一部分的所述位置的宽度宽。

上述第一方式的磁壁移动型磁记录元件优选包含以下特征(2)～(20)。也可以是，优选组合两个以上的以下特征。

(2)也可以是，在上述方式的磁壁移动型磁记录元件中，所述磁记录层包含所述第一部分和与所述第一部分连续的第二部分，所述第二部分位于比第一部分靠近所述第一通孔部的一侧的位置，与所述第一通孔部接触或不接触，在所述磁记录层上，就以与所述第二方向垂直的面切断的截面积而言，所述第二部分比所述第一部分大。

(3)也可以是，在上述方式的磁壁移动型磁记录元件中，从所述第一方向俯视，所述第二部分的靠近所述第一磁化固定部的一侧的第一端位于所述第一磁化固定部和所述第一通孔部之间。

(4)也可以是，在上述方式的磁壁移动型磁记录元件中，在所述第三方向上，所述第二部分的宽度比所述第一部分的宽度宽。

(5)也可以是，在上述方式的磁壁移动型磁记录元件中，所述第二部分的厚度比所述第一部分的厚度厚。

(6)也可以是，在上述方式的磁壁移动型磁记录元件中，所述第二部分的截面积朝向所述第一通孔部逐渐变大。

(7)也可以是，在上述方式的磁壁移动型磁记录元件中，以与所述第一方向垂直的面切断的所述第一通孔部的截面积连续地变化。

(8)也可以是，在上述方式的磁壁移动型磁记录元件中，构成为，从所述第一方向俯视，所述第一通孔部的靠近所述第一磁化固定部的一侧的第一端形成直线，所述直线主要在所述第三方向上延伸。

(9)也可以是，在上述方式的磁壁移动型磁记录元件中，还具备第二通孔，从所述第一方向俯视，所述第一磁化固定部配置在设置于所述第一通孔部和所述第二通孔之间的位置上，所述第二通孔与所述磁记录层电连接，在所述第三方向上，所述第二通孔部的宽度比所述磁记录层的宽度宽。

(10)也可以是，在上述方式的磁壁移动型磁记录元件中，在所述第二通孔部和所述磁记录层之间还具备第二磁化固定部。

(11)也可以是，在上述方式的磁壁移动型磁记录元件中，所述第二通孔部和所述第一通孔部的所述第二方向上的距离比所述第一磁化固定部的所述第二方向的宽度窄。

(12)也可以是，在上述方式的磁壁移动型磁记录元件中，所述第一磁化固定部及所述第二磁化固定部中的至少一个，从靠近所述磁记录层的一侧起具备磁化固定层、间隔层、耦合层，所述磁化固定层与所述耦合层反铁磁性耦合。

(13)第二方式的磁记录阵列具备多个上述方式的磁壁移动型磁记录元件。

(14)也可以是，在上述方式的磁壁移动型磁记录元件中，从所述第一方向俯视，所述第一通孔部整***于在所述第二方向上从所述第一磁化固定部离开的位置。

(15)也可以是，在上述方式的磁壁移动型磁记录元件中，从所述第一方向俯视，所述第一通孔部的一部分与所述第一磁化固定部重合。

(16)也可以是，在上述方式的磁壁移动型磁记录元件中，第一方向和第二方向正交。

(17)也可以是，在上述方式的磁壁移动型磁记录元件中，所述第一通孔部为圆柱，所述第一通孔部的宽度为所述圆柱的圆形表面的直径。

(18)也可以是，在上述方式的磁壁移动型磁记录元件中，从所述第一方向俯视，所述磁记录层的宽度恒定。

(19)也可以是，在上述方式的磁壁移动型磁记录元件中，从所述第一方向俯视，所述磁记录层的所述第一部分的宽度恒定，所述第二部分的至少一部分的宽度比所述第一部分的宽度宽。

(20)也可以是，在上述方式的磁壁移动型磁记录元件中，所述第二部分与所述第一通孔部直接接触。

发明效果

根据上述方式的磁壁移动型磁记录元件，能够提高磁壁的控制性。

附图说明

图1是表示本发明的第一实施方式的磁壁移动型磁记录元件的优选的例子的概略立体图。

图2是表示本发明的第一实施方式的磁壁移动型磁记录元件的优选的例子的概略俯视图。

图3是表示本发明的第二实施方式的磁壁移动型磁记录元件的优选的例子的概略俯视图。

图4是比较例的磁壁移动型磁记录元件的概略俯视图。

图5A表示在如图4所示对比较例的磁壁移动型磁记录元件的磁记录层施加写入电流时，在以虚线表示的磁记录层的Y1－Y1面上，在y方向上产生的温度分布。

图5B表示在如图4所示对比较例的磁壁移动型磁记录元件的磁记录层施加写入电流时，在以虚线表示的磁记录层的Y2－Y2面上，在y方向上产生的温度分布。

图6A表示在如图3所示对本发明的第二实施方式的磁壁移动型磁记录元件的磁记录层施加写入电流时，在以虚线表示的磁记录层的Y1－Yl面上，在y方向上产生的温度分布。

图6B表示在如图3所示对本发明的第二实施方式的磁壁移动型磁记录元件的磁记录层施加写入电流时，在以虚线表示的磁记录层的Y2－Y2面上，在y方向上产生的温度分布。

图7是表示第二实施方式的磁壁移动型磁记录元件的另一优选的例子的概略俯视图。

图8是表示第二实施方式的磁壁移动型磁记录元件的另一优选的例子的概略剖视图。

图9是表示本发明的第三实施方式的磁壁移动型磁记录元件的优选的例子的概略俯视图。

图10是表示第四实施方式的磁壁移动型磁记录元件的优选的例子的概略俯视图。

图11是表示第五实施方式的磁壁移动型磁记录元件的优选的例子的概略立体图。

图12是表示第六实施方式的磁壁移动型磁记录元件的优选的例子的概略立体图。

图13是表示第七实施方式的磁壁移动型磁记录元件的优选的例子的概略立体图。

图14是表示第八实施方式的磁记录阵列的优选的例子的概略俯视图。

具体实施方式

以下，适当参照附图详细说明本实施方式。为了使本发明的特征易于理解，方便起见，有时将以下的说明所使用的附图放大表示，各结构要素的尺寸比例等可以与实际不同，也可以相同。以下的说明中列举的材料和尺寸等是一例，本发明不限于此，能够在发挥本发明的效果的范围内适当变更并实施。例如，只要没有特别限定，也可以根据需要将材料、量、重量、数量、尺寸、温度等条件等变更、追加、及省略。

另外，能够组合各实施方式的特征或例子。

(磁壁移动型磁记录元件)

“第一实施方式”

图1是示意性表示第一实施方式的磁壁移动型磁记录元件100的立体图。图1所示的磁壁移动型磁记录元件100具备第一磁化固定部10、磁记录层20、非磁性层30、磁化转印层35、第二磁化固定部40、第一通孔部50、和第二通孔部60。在以下的图中，将第一磁化固定部10、磁记录层20、非磁性层、磁化转印层、及第二磁化固定部在俯视图中显示为四边形，但不限于这种情况，例如，可以是圆形，也可以是楕圆形。另外，第一通孔部50及第二通孔部60也不限于俯视圆形。第一通孔部50、及第二通孔部60以圆柱状表示，但也可以是其他的形状。可以是俯视为四边形、梯形、多边形、椭圆、或缺一部分的圆等。也可以是俯视为左右对称。

以下，将层叠第一磁化固定部10的方向即第一方向设定为z方向，将磁记录层20延伸的方向即第二方向设定为x方向，将与x方向及z方向正交的第三方向设定为y方向。此外，也可以是，第一方向和第二方向正交。

〈第一磁化固定部〉

图1所示的第一磁化固定部10具备第一磁化固定层11、间隔层12、和第一耦合层13，并且是层叠体。第一磁化固定层11位于磁记录层20侧。第一耦合层13位于从磁记录层20离开的位置。间隔层12位于第一磁化固定层11和第一耦合层13之间。第一磁化固定层11和第一耦合层13反铁磁性耦合。

第一磁化固定层11包含强磁性体。例如，能够使用选自Cr、Mn、Co、Fe及Ni构成的组的金属，包含这些金属中的一种以上的合金，包含这些金属和B、C、及N的至少一种以上的元素的合金等作为构成第一磁化固定层11的强磁性材料。具体而言，可举出Co－Fe、Co－Fe－B、Ni－Fe。

构成第一磁化固定层11的材料也可以是惠斯勒合金。惠斯勒合金为半金属，具有高的自旋极化率。惠斯勒合金是具有XYZ或X₂YZ的化学成分的金属间化合物，X是周期表上Co、Fe、Ni、或者Cu族的过度金属元素或者贵金属元素，Y是Mn、V、Cr或者Ti族的过渡金属或者X的元素种类，Z是III族～V族的典型元素。作为惠斯勒合金，例如可举出：Co₂FeSi、Co₂FeGe、Co₂FeGa、Co₂MnSi、Co₂Mn_1－aFe_aAl_bSi_1－b、Co₂FeGe_1－cGa_c等。

在以第一磁化固定层11的易磁化轴为z方向(成为垂直磁化膜)的情况下，第一磁化固定层11的膜厚优选为1.5nm以下，更优选1.0nm以下。如果使第一磁化固定层11的膜厚变薄，则能够在第一磁化固定层11与其他的层(非磁性层30)的界面上，对第一磁化固定层11附加垂直磁各向异性(界面垂直磁各向异性)。即，能够以第一磁化固定层11的磁化的方向作为z方向。

第一耦合层13包含强磁性体。第一耦合层13形成第一磁化固定层11和合成强磁性结合结构(SAF结构)。第一耦合层13提高第一磁化固定层11的矫顽力。第一耦合层13减少来自第一磁化固定层11的漏磁场的影响。第一耦合层13能够使用例如IrMn、PtMn等反强铁磁性材料。

间隔层12为非磁性。第一磁化固定层11的磁化和第一耦合层13的磁化通过夹持间隔层12而反铁磁性耦合。

优选间隔层12包含选自Ru、Ir、Rh组成的组中的至少一个。这些元素具有很多自旋，自旋轨道相互作用大。因此，强烈地作用于相邻的两个强磁性层(第一磁化固定层11及第一耦合层13)的磁化，强烈地反铁磁性耦合。优选间隔层12的膜厚根据所用的材料在

以上

以下。

〈磁记录层〉

磁记录层20在x方向上延伸。磁记录层20在内部具有磁壁21。磁壁21是具有方向相反的磁化的第一磁区22和第二磁区23的边界。图1所示的磁壁移动型磁记录元件100的第一磁区22具有向+z方向取向的磁化，第二磁区23具有向－z方向取向的磁化。

另外，如后述，从z方向俯视，本发明的磁记录层具有包含与第一磁化固定部重叠的位置的部分作为第一部分。另外，磁记录层能够具有第二部分。此外，第二部分经由磁壁与上述第一部分结合，位于比第一部分靠第一通孔部侧的位置。从z方向俯视，第二部分至少一部分与第一通孔部重合。

磁壁移动型磁记录元件100通过磁记录层20的磁壁21的位置，多值或连续地记录数据。磁记录层20所记录的数据作为例如第一磁化固定部10和第一通孔部50之间的电阻值变化被读出。如果磁壁21运动，即移动，则磁记录层20上的第一磁区22和第二磁区23的比例变化。第一磁化固定层11的磁化与第一磁区22的磁化方向相同(平行)，与第二磁区23的磁化方向相反(反平行)。如果磁壁21在x方向上移动，从z方向俯视，与第一磁化固定层11重叠的部分上的第一磁区22的面积变大，则磁壁移动型磁记录元件100的电阻值降低。相反，如果磁壁21在－x方向上移动，从z方向俯视，与第一磁化固定层11重叠的部分上的第二磁区23的面积变大，则磁壁移动型磁记录元件100的电阻值升高。

磁壁21通过在磁记录层20的延伸方向上流过电流或施加外部磁场而移动。例如，在磁记录层20为主要利用自旋转移矩(STT)效应的结构的情况下，如果从第一通孔部50对第二通孔部60施加电流脉冲，则第一磁区22内在+z方向上自旋极化后的电子流入第二磁区23，从而磁壁21朝向第二磁区23的方向移动。通过设定磁记录层20内流动的电流的方向和强度，控制磁壁21的位置。此外，在磁记录层20为主要利用自旋转移矩(SOT)效应的结构的情况下，能够与电流同方向地移动磁壁21。

磁记录层20由磁性体构成。构成磁记录层20的磁性体能够使用与第一磁化固定层11相同的物质。另外，优选磁记录层20具有选自Co、Ni、Pt、Pd、Gd、Tb、Mn、Ge、Ga构成的组的至少一种元素。例如可举出：Co和Ni的层叠膜、Co和Pt的层叠膜、Co和Pd的层叠膜、MnGa系材料、GdCo系材料、TbCo系材料。MnGa系材料、GdCo系材料、TbCo系材料等亚铁磁性体的饱和磁化小，能够降低移动磁壁所需要的阈值电流。另外，Co和Ni的层叠膜、Co和Pt的层叠膜、Co和Pd的层叠膜的矫顽力大，能够抑制磁壁的移动速度。

〈非磁性层〉

非磁性层30能够使用公知的材料。

例如，在非磁性层30由绝缘体构成的情况(为隧道势垒层的情况)下，能够使用Al₂O₃、SiO₂、MgO、及MgAl₂O₄等作为其材料。除此之外，能够使用Al、Si、Mg的一部分置换为Zn、Be等的材料等。其中，MgO或MgAl₂O₄为能够实现相干隧道的材料，因此，能够有效地注入自旋。在非磁性层30由金属构成的情况下，能够使用Cu、Au、Ag等作为其材料。进而，在非磁性层30由半导体构成的情况下，能够使用Si、Ge、CuInSe₂、CuGaSe₂、Cu(In，Ga)Se₂等作为其材料。

〈磁化转印层〉

磁化转印层35包含磁性体。构成磁化转印层35的磁性体能够使用与第一磁化固定层11相同的物质。

磁化转印层35与磁记录层20相邻。磁化转印层35的磁化与磁记录层20的磁化磁耦合。磁化转印层35反映磁记录层20的磁状态。在磁化转印层35和磁记录层20铁磁性耦合的情况下，磁化转印层35的磁状态变得与磁记录层20的磁状态相同，在磁化转印层35和磁记录层20反铁磁性耦合的情况下，磁化转印层35的磁状态变得与磁记录层20的磁状态相反。

磁化转印层35能够提高磁壁移动型磁记录元件100的磁电阻变化率(MR比)。磁壁移动型磁记录元件100的MR比通过夹持非磁性层30的两个磁性体(第一磁化固定层11和磁化转印层35)的磁化状态的变化产生。

在不存在磁化转印层35的情况下，能够用于磁记录层20的材料有限。其原因在于，需要选择提高MR比，且容易控制磁壁21的材料。与之相对，如果设置磁化转印层35，则能够分担各层的功能。例如，磁化转印层35主要分担提高MR比的功能，磁记录层20主要分担使磁壁21移动的功能。磁化转印层35采用能够获得与第一磁化固定层11的相干隧道效果的材料，磁记录层20采用磁壁的移动速度变慢的材料。

〈第二磁化固定部〉

第二磁化固定部40是具备第二磁化固定层41、间隔层42和第二耦合层43的层叠体。第二磁化固定层41位于磁记录层20侧。第二耦合层43位于从磁记录层20离开的位置。间隔层42位于第二磁化固定层41和第二耦合层43之间。第二磁化固定层41和第二耦合层43反铁磁性耦合。

第二磁化固定部40防止磁记录层20的磁壁21到达磁记录层20的端部而磁记录层20整体单磁区化。磁壁21受第二磁化固定层41的磁化的影响，只能移动至第二磁化固定部40的第一磁化固定部10侧的端面。

第二磁化固定层41、间隔层42及第二耦合层43能够分别使用与第一磁化固定层11、间隔层12及第一耦合层13相同的结构和材料。

〈第一通孔部〉

第一通孔部50与磁记录层20电连接。第一通孔部50可以与磁记录层20直接连接，也可以在之间经由别的层连接。从z方向俯视，第一通孔部50以第一通孔部50和第二磁化固定部40夹持第一磁化固定部10。第一通孔部50从磁记录层20起在z方向上延伸。

第一通孔部50能够使用导电性高的材料。具体而言，优选第一通孔部50使用与磁记录层20相比电阻率低的材料。例如可举出铜、铝、银等。除此之外，能够使用具有导电性的氮化膜等。

图2是第一实施方式的磁壁移动型磁记录元件100的俯视图。图2对应于从z方向观察的俯视图。此外，图2在磁壁移动这一点上与图1不同。如图2所示，第一通孔部50的宽度W₅₀比磁记录层20的宽度W₂₀宽。图2所示的磁记录层20在y方向上的宽度恒定。因此，磁记录层20的宽度W₂₀与磁记录层的第一部分20A的宽度相等。此外，第一部分20A是磁记录层20的一部分，从z方向俯视，包含磁记录层20在x方向上与第一磁化固定部10重叠的位置。各部分的宽度意味着y方向的宽度。即使在第一磁化固定部10在y方向上的宽度比磁记录层20在y方向上的宽度窄的情况下，第一部分20A上的宽度也意味着磁记录层20的宽度，而不是磁记录层的与第一磁化固定部10重合的部分的宽度(第一磁化固定部10的宽度)。

如果第一通孔部50的宽度W₅₀比磁记录层20的宽度W₂₀宽，则磁记录层20的磁壁21的控制性高。此外，在图2中，第一通孔部50具有圆柱形状，第一通孔部50的宽度W₅₀是圆形的上表面的直径。

如果第一通孔部50的宽度W₅₀比磁记录层20的宽度W₂₀宽，则从z方向俯视，在磁记录层20和第一通孔部50重叠的部分，电流密度急剧降低。电流密度的降低限制磁壁移动即磁壁21的移动(运动)。在x方向上移动的磁壁21在磁记录层和第一通孔部50的边界面B上移动受限。如果磁壁21无法抵达磁记录层20的第一端20a，则磁记录层20不会单磁区化。即，通过使第一通孔部50的宽度W₅₀比磁记录层20的宽度W₂₀宽，能够限制磁壁21的移动范围。磁记录层20和第一通孔部50之间不需要磁化固定部，磁壁移动型磁记录元件100的元件结构被简化。

另外，如果第一通孔部50的宽度W₅₀比磁记录层20的宽度W₂₀宽，则在写入数据时产生的热分布变小。即温度差变小。第一通孔部50由与磁记录层20相比热传导性好的材料构成。磁记录层20的各点的温度在很大程度上受与排热部即第一通孔部50的距离的影响。如果第一通孔部50的宽度W₅₀比磁记录层20的宽度W₂₀宽，则能够使磁记录层20在y方向上的热分布变小。即，在y方向上，能够缩小热分布的温度的高低差(分布的最高温度和最低温度的差)和/或者使热分布平缓且低的分布。在第一通孔部50的宽度W₅₀比磁记录层20的宽度W₂₀窄的情况下，热分布的高低差会变大和/或者热分布上的热分布会突然增高。

磁壁21的移动速度受温度的影响。磁壁21的移动速度在温度高的部分速度快，在温度低的部分速度慢。如果磁记录层20在y方向上的热分布小，则磁壁21能够在保持与y方向接***行的状态下，在x方向上移动。即，通过使第一通孔部50的宽度W₅₀比磁记录层20的宽度W₂₀宽，能够限制磁壁21产生倾斜或坡度。

如果磁壁21不相对于y方向平行，即相对于y方向倾斜，则磁壁21相对于y方向的倾斜角等也会影响磁壁移动型磁记录元件100的电阻值。如果影响磁壁移动型磁记录元件100的电阻值的参数增加，则变得难以稳定地记录数据。

〈第二通孔部〉

第二通孔部60位于与第一通孔部50之间夹持第一磁化固定部10的位置。第二通孔部60位于第二磁化固定部40上磁记录层20的相反侧。

第二通孔部60能够使用导电性高的材料。例如可举出铜、铝、银等。除此之外，能够使用具有导电性的氮化膜等。

图1所示的第二通孔部60在y方向上的宽度比磁记录层20在y方向上的宽度宽。第二通孔部60由与磁记录层20相比热传导性好的材料构成。如果第二通孔部60的宽度比磁记录层20的宽度宽，则在写入数据时产生的热分布变小。

能够采用公知的方法制作第一实施方式的磁壁移动型磁记录元件100。将磁壁移动型磁记录元件100的各层成膜，能够加工成规定的形状。能够使用溅射法、化学气相生长法(CVD)等作为成膜法。能够使用光刻等技术作为加工法。

如上述，根据第一实施方式的磁壁移动型磁记录元件100，能够控制磁壁21的移动范围。

磁记录层20的第一磁区22和第二磁区23的磁化的取向方向分别相反。为了固定第一磁区22和第二磁区23的各自的磁化，一般而言，在磁记录层20上设置两个磁化方向不同的磁化固定部。但是，难以在同一面内制作磁化方向不同的磁化固定部。第一实施方式的磁壁移动型磁记录元件100只要调整第一通孔部50和磁记录层20的宽度即可控制磁壁21的移动范围，能够减少磁化固定部的数量。

另外，根据第一实施方式的磁壁移动型磁记录元件100，能够控制磁壁21的倾斜。通过使磁壁21在与y方向接***行的状态下移动，能够减少影响磁壁移动型磁记录元件100的电阻值的噪音，稳定地记录数据。

“第二实施方式”

在第二实施方式中，说明在磁记录层上具有两个以上宽度和/或者厚度不同的部分的元件。

图3是示意性表示第二实施方式的磁壁移动型磁记录元件101的例子的俯视图。第二实施方式的磁壁移动型磁记录元件101的磁记录层70的形状与第一实施方式的磁壁移动型磁记录元件100的磁记录层20不同。其他的结构相同，标记相同的符号。省略相同的结构的说明。

磁记录层70具有第一部分70A和第二部分70B。从z方向俯视，第一部分70A包含在x方向上第一磁化固定部10和磁记录层70重叠的区域，是磁记录层70的一部分。第二部分70B位于比第一部分70A靠第一通孔部50侧的位置。俯视时，第二部分70B的至少一部分与第一通孔部50的至少一部分重合。在图3中，从z方向俯视，第二部分70B具有长方形的形状。

第二部分70B在y方向上的宽度W_70B比第一部分70A在y方向上的宽度W_70A宽。图3所示的磁记录层70与第一部分70A和第二部分70B的厚度相等。因此第二部分70B以yz平面切断的截面积比第一部分70A以yz平面切断的截面积大。

第一通孔部50在y方向上的宽度W₅₀比第一部分70A在y方向上的宽度W_70A宽，比第二部分70B在y方向上的宽度W_70B宽。磁记录层70在第一磁区72和第二磁区73之间具有磁壁71。

从z方向俯视，在图3中，第二部分70B的靠近第一磁化固定部10的一侧的第一端70B1位于第一磁化固定部10和第一通孔部50之间。第一端70B1是第一部分70A和第二部分70B的边界。在第一端70B1及第一通孔部50和磁记录层70的边界面B上，写入电流的电流密度急剧降低。其结果为，磁壁71的移动被这两个位置抑制。通过设置多个抑制磁壁71的移动的位置，能够进一步抑制磁记录层70的单磁区化。

图4是比较例的磁壁移动型磁记录元件的俯视图。图4所示的磁壁移动型磁记录元件102的第一通孔部50’的结构与图3所示的磁壁移动型磁记录元件101不同。第一通孔部50’与第一通孔部50相比直径小。如图4所示，第一通孔部50’在y方向上的宽度W_50’比第一部分70A在y方向上的宽度W_70A窄。

图5A、5B表示在对图4所示的磁壁移动型磁记录元件102的磁记录层70施加写入电流时，在y方向上产生的温度分布。图5A是图4中的第一部分70A和第二部分70B的边界即Y1－Y1面在y方向上的温度分布。图5B是图4中的通过第一通孔部50’的Y2－Y2面在y方向上的温度分布。

第一通孔部50’由与磁记录层70相比热传导性好的材料构成。因此，与磁记录层70的第一通孔部50’相接的部分比其他的部分容易排热。磁记录层70的各点的温度在很大程度上受与排热部即第一通孔部50’的距离的影响。因此，在Y2－Y2面上形成有如图5B所示的温度分布。该关系与Y1－Y1面相同。即，与第一通孔部50’的距离近的y方向上的中央部温度降低，其结果为，形成图5A所示的温度分布。图5A、5B显示了温度呈左右对称而急剧倾斜地从中央朝向两端上升的分布。

磁壁71的移动速度受温度的影响。磁壁71的移动速度在温度高的部分速度快，温度低的部分速度慢。受温度的影响，磁壁71的形状弯曲。如果磁壁71弯曲，则相对于第一部分70A和第二部分70B的边界面，磁壁71斜着即以不与边界面平行的状态进入。如果磁壁71相对于边界面斜着进入，则第一磁区72的一部分变得容易向第二部分70B渗透。即，有时无法充分抑制磁壁71的移动而磁记录层70单磁区化。

图6表示在如图3所示对本发明的磁壁移动型磁记录元件101的磁记录层70施加写入电流时，在y方向上产生的温度分布。图6A是图3中的第一部分70A和第二部分70B的边界即Y1－Y1面在y方向上的温度分布。图6B是图3中的通过第二部分70B的Y2－Y2面在y方向上的温度分布。在图6A、6B中，显示了左右对称而平缓倾斜的分布。

第一通孔部50由与磁记录层70相比热传导性好的材料构成。磁记录层70的各点的温度很大程度上受与排热部即第一通孔部50的距离的影响。如果第一通孔部50的宽度W₅₀比第二部分70B在y方向上的宽度W_70B宽，则如图6B所示，Y2－Y2面在y方向上的热分布变小。即，能够在宽度方向上缓和温度差。另外，如果第一通孔部50的宽度W₅₀比第一部分70A在y方向上的宽度W_70A宽，则如图6A所示，Y1－Y1面在y方向上的热分布变小。

如果磁记录层70在y方向上的热分布小，则磁壁71在与y方向接***行的状态下移动。即，限制磁壁71产生倾斜，磁壁移动型磁记录元件101能够稳定地记录数据。

如上述，根据第二实施方式的磁壁移动型磁记录元件101，能够进一步控制磁壁71的移动范围，防止磁记录层70的单磁区化。另外，通过使磁壁71能够在与y方向接***行的状态下移动，能够减少影响磁壁移动型磁记录元件101的电阻值的噪音，稳定地记录数据。

此外，第二实施方式的磁壁移动型磁记录元件不限于图3所示的例子。图3所示的磁壁移动型磁记录元件102示出了磁记录层70具有两个宽度不同的部分(第一部分70A和第二部分70B)的结构。但是，也可以是，磁记录层70为具有3个以上宽度不同的部分的结构。图7是磁记录层70具有3个宽度不同的部分(第一部分70A、第二部分70B及第三部分70C)的磁壁移动型磁记录元件103的俯视图。

此外，图3所示的磁壁移动型磁记录元件102根据宽度方向上宽度的差异，使第二部分70B的截面积比第一部分70A的截面积大。但是，也可以是，改变厚度而调整这些截面积。图8是表示第二实施方式中的磁记录层70具有两个以上厚度不同的部分的磁壁移动型磁记录元件104的例子的xz平面上的剖视图。图8所示的磁壁移动型磁记录元件104将磁记录层70使厚度不同的部分为2个。即，具有第一部分70A和与第一部分70A相比厚度厚的第二部分70B。在第一部分70A和第二部分70B的边界面上能够控制磁壁71的移动。

“第三实施方式”

在第三实施方式中，说明在磁记录层上逐渐增大第二部分的宽度和/或者厚度的元件。

图9是示意性地表示第三实施方式的磁壁移动型磁记录元件105的例子的俯视图。第三实施方式的磁壁移动型磁记录元件105的磁记录层80的形状与第一实施方式的磁壁移动型磁记录元件100的磁记录层20不同。其他的结构相同，标记相同的符号。省略相同的结构的说明。

磁记录层80具有第一部分80A和第二部分80B。第一部分80A是磁记录层80的一部分，从z方向俯视，包含在x方向上与第一磁化固定部10重叠的位置。第二部分80B位于比第一部分80A靠第一通孔部50侧的位置。从z方向俯视，图9的第二部分80B具有梯形型。第二通孔部50的W₅₀与第二部分80B的梯形型的长底边大致同长度。

第二部分80B在y方向上的宽度随着从第一部分80A离开，即朝向第一通孔部50，逐渐增大。第二部分80B的宽度即使在与第一通孔部50重合的位置上，也逐渐增大。逐渐增大意味着，阶段性或者连续地增大。图9所示的磁记录层80的第一部分80A的厚度和第二部分80B的厚度相等。因此，第二部分80B以yz平面切断的截面积朝向第一通孔部50的方向逐渐增大。

第一通孔部50在y方向上的宽度W₅₀比第一部分80A在y方向上的宽度W_80A宽。磁记录层80在第一磁区82和第二磁区83之间具有磁壁81。

在第一部分80A和第二部分80B的边界面及第一通孔部50和磁记录层80的边界面B上，写入电流的电流密度降低，磁壁81的移动被抑制。通过设置多个抑制磁壁81的移动的位置，能够抑制磁记录层80的单磁区化。

此外，电流密度急剧变化的部分可能是引起电流流动受干扰，产生电阻的原因。通过使第二部分80B在y方向上的宽度逐渐增大，能够抑制不必要的电阻得到产生。不必要的电阻可能导致磁壁移动型磁记录元件105的噪音。通过减少磁壁移动型磁记录元件105的噪音，磁壁移动型磁记录元件105能够稳定的记录数据。

另外，图9所示的磁壁移动型磁记录元件105通过逐渐增大宽度方向的宽度，使第二部分70B的截面积逐渐增大。也可以是，改变第二部分70B的厚度而逐渐增大截面积。

“第四实施方式”

在第四实施方式中，说明第一通孔部的形状不同的元件。

图10是示意性地表示第四实施方式的磁壁移动型磁记录元件106的例子的俯视图。第四实施方式的磁壁移动型磁记录元件106的从第一通孔部51的z方向观察的俯视形状与第二实施方式的磁壁移动型磁记录元件101的第一通孔部50不同。其他的结构相同，标记相同的符号。省略相同的结构的说明。

从z方向俯视，第一通孔部51具有从圆上删除圆弧和弦所包围的弓形部分的形状。从z方向俯视，第一通孔部51的第一端51B1形成直线。第一端51B1是第一通孔部51靠近第一磁化固定部10的一侧的端面。第一端51B1主要在y方向上延伸。主要在y方向上延伸意味着第一端51B1的矢量成分的主方向为y方向。

如果第一通孔部51的第一端51B1沿y方向取向，则磁记录层70在y方向上的热分布进一步被抑制。这是由于，从x方向的同位置上的磁记录层70的各部分到第一通孔部51的最短距离成为从x方向的同位置上的磁记录层70的各部分下划到第一端51B1的垂线的长度，自各部分的距离成为恒定。

另外，磁壁71和第一端51B1大致平行。因此，第一端51B1强烈抑制磁壁71的移动。即使在磁壁71通过第一部分70A和第二部分70B的边界到达第一端50B1的情况下，也能够进一步抑制磁壁71通过第一端51B1而单磁区化。

“第五实施方式”

在第五实施方式中，说明第一通孔部及第二通孔部以一部分与第一磁化固定部重合的元件。

图11是示意性地表示第五实施方式的磁壁移动型磁记录元件107的例子的立体图。第五实施方式的磁壁移动型磁记录元件107的第一通孔部50和第二通孔部60之间的距离与第一实施方式的磁壁移动型磁记录元件100不同。其他的结构基本相同，标记相同的符号。省略相同结构的说明。

第五实施方式的磁壁移动型磁记录元件107的第二通孔部60和第一通孔部50在x方向上的距离L2比第一磁化固定部10的长度即x方向的宽度L1窄。从z方向观察，第一通孔部50及第二通孔部60以一部分与第一磁化固定部10重叠。

磁记录层20与第一磁化固定部10、第一通孔部50及第二通孔部60相比，热传导性差。磁记录层20在施加写入电流时发热。产生的热传导给第一磁化固定部10、第一通孔部50及第二通孔部60，由它们排热。不与第一磁化固定部10、第一通孔部50及第二通孔部60相接的区域排热性差，容易发热。例如，如果从排热部离开500nm，则温度有时会上升160℃左右。

如果设计为第二通孔部60和第一通孔部50在x方向上的距离L2比第一磁化固定部10在x方向上的宽度L1窄，则磁记录层20内的区域在y方向上与第一磁化固定部10、第一通孔部50及第二通孔部60中的任一个相接。因此，能够抑制磁记录层20的发热。另外，通过有效地排热，y方向上的热分布变得更小。

另外，在从z方向观察，第一磁化固定部10和第一通孔部50及第二通孔部60不重叠的情况下，为了形成一个元件，面积需要满足第一磁化固定部10和第一通孔部50及第二通孔部60的各自的面积的和。与之相对，如果从z方向观察，第一通孔部50及第二通孔部60和第一磁化固定部10至少一部分重叠，则一个元件所需要的面积减小其重叠面积的量。即，能够更有效地将多个元件集成于集成电路内。

第一通孔部50及第二通孔部60在x方向及y方向上的宽度是设计好的，无法自由变更。例如，据说现有的半导体中的最小加工尺寸(feature size：F)为7nm，第一通孔部50及第二通孔部60在x方向及y方向上的宽度最小为7nm。换言之，第一通孔部50及第二通孔部60在x方向及y方向上的宽度难以在该尺寸的基础上缩小，难以通过改变第一通孔部50及第二通孔部60的面积提高集成性。

“第六实施方式”

在第六实施方式中，说明不具有第二磁化固定部的元件。

图12是示意性地表示第六实施方式的磁壁移动型磁记录元件108的例子的立体图。第六实施方式的磁壁移动型磁记录元件108在不具有第二磁化固定部40这一点上与第一实施方式的磁壁移动型磁记录元件100不同。其他的结构基本相同，标记相同的符号。省略相同结构的说明。

第一通孔部50在y方向上的宽度W₅₀及第二通孔部60在y方向上的宽度W₆₀均比磁记录层20在y方向上的宽度W₂₀宽。

从z方向俯视，在磁记录层20和第一通孔部50重叠的部分及磁记录层20和第二通孔部60重叠的部分上，流过磁记录层20的写入电流的电流密度急剧降低。电流密度的降低限制磁壁21的移动。因此，磁壁21无法到达磁记录层20的第一端20a及第二端20b，磁记录层20不会单磁区化。即，通过使第一通孔部50及第二通孔部60的宽度W₅₀、W₆₀比磁记录层20的宽度W₂₀宽，能够限制磁壁21的移动范围。在磁记录层20和第一通孔部50之间及磁记录层20和第二通孔部60之间，不再需要磁化固定部，磁壁移动型磁记录元件108的元件结构被简化。

另外，如果第一通孔部50及第二通孔部60的宽度W₅₀、W₆₀比磁记录层20的宽度W₂₀宽，则磁记录层20在y方向上的热分布(热的差)变小。如果磁记录层20在y方向上的热分布小，则磁壁21能够在与y方向接***行的状态下移动。即，磁壁21的倾斜被限制，磁壁移动型磁记录元件108能够稳定地记录数据。

“第七实施方式”

在第七实施方式中，说明第二磁化固定部的大小不同的元件。

图13是示意性地表示第七实施方式的磁壁移动型磁记录元件109的例子的立体图。第七实施方式的磁壁移动型磁记录元件109在第二磁化固定部40在xy方向上的大小不同这一点上，与第一实施方式的磁壁移动型磁记录元件100不同。其他的结构基本相同，标记相同的符号。省略相同的结构的说明。

第二磁化固定部40在y方向上的宽度W₄₀比磁记录层20在y方向上的宽度W₂₀宽。另外，第二磁化固定部40在y方向上的宽度W₄₀在第二通孔部60的宽度W₆₀以下。在图13中，俯视时，第二磁化固定部40是正方形。

如果第二磁化固定部40在y方向上的宽度W₄₀比磁记录层20在y方向上的宽度W₂₀宽，则磁记录层20在y方向上的热分布即y方向上的热的差变得更小。另外，如果第二通孔部60的宽度W₆₀与第二磁化固定部40的宽度W₄₀处于同等以上的程度，则避免在第二通孔部60和第二磁化固定部40的接触界面上沿y方向形成热分布。因此，磁记录层20在y方向上的热分布变得更小。

以上，参照附图详细说明上述实施方式的磁壁移动型磁记录元件，但各实施方式中的各结构及它们的组合等为一例，在不脱离本发明的趣旨的范围内，能够进行结构的追加、省略、置换、及其他的变更。

例如，在任一实施方式中，磁化转印层35都可以去除。在不存在磁化转印层35的情况下，磁壁移动型磁记录元件的MR比通过夹持非磁性层30的磁记录层20和第一磁化固定层11的磁化状态的变化产生。

另外，例如，也可以是，第一磁化固定部10仅由第一磁化固定层11构成。另外，也可以是，第二磁化固定部40仅由第二磁化固定层41构成。

另外，在上述实施方式中示出了第一通孔部50及第二通孔部60以xy平面切断的截面积恒定，但也可以不恒定。例如，第一通孔部50及第二通孔部60可以是直径从磁记录层20侧的第一端朝向相反侧的第二端连续地增大的结构，也可以是连续缩小的结构。优选第一通孔部50及第二通孔部60的直径连续地变化。如果第一通孔部50及第二通孔部60的直径变大，则在其边界面上产生热分布。如果第一通孔部50及第二通孔部60的直径连续地变化，则能够抑制热分布的产生。

“第八实施方式”

(磁记录阵列)

说明本发明的磁记录阵列的优选的例子。

图14是表示第八实施方式的磁记录阵列200的例子的俯视图。图14所示的磁记录阵列200的图1所示的磁壁移动型磁记录元件100设计为3×3的矩阵配置。图14是磁记录阵列的一例，磁壁移动型磁记录元件100的种类、数量及配置随意。另外，也可以是，代替图1所示的磁壁移动型磁记录元件100，而使用图3、图7～13所示的磁壁移动型磁记录元件101、103～109。

在各磁壁移动型磁记录元件100上，分别连接有1条字线WL1～3、1条位线BL1～3、1条引线RL1～3。

通过选择施加电流的字线WL1～3及位线BL1～3，在任意的磁壁移动型磁记录元件100的磁记录层20上流过脉冲电流，进行写入动作。另外，通过选择施加电流的引线RL1～3及位线BL1～3，在任意的磁壁移动型磁记录元件100的层叠方向上流过电流，进行读入动作。能够通过晶体管等选择施加电流的字线WL1～3、位线BL1～3、及引线RL1～3。通过分别将数据记录于能够多值地记录信息的多个磁壁移动型磁记录元件100，能够实现磁记录阵列的高容量化。

另外，磁壁移动型磁记录元件100能够记录模拟数据而非“1”和“0”这样的数字信号。因此，能够将磁记录阵列用于模仿大脑的神经形态装置等。

如以上所示，本发明能够提供磁壁控制性好的磁壁移动型磁记录元件及磁记录阵列。

以上，详细说明了本发明的优选的实施方式，但本发明不限于具体实施方式，在权利要求的范围内所记载的本发明的宗旨的范围内，能够进行各种的变形·变更。

符号说明

10 第一磁化固定部

11 第一磁化固定层

12、42 间隔层

13 第一耦合层

20、70、80 磁记录层

21、71、81 磁壁

22、72、82 第一磁区

23、73、83 第二磁区

20A、70A、80A 磁记录层的第一部分

20B、70B、80B 磁记录层的第二部分

20a、磁记录层的第一端

20b 磁记录层的第二端

30 非磁性层

35 磁化转印层

40 第二磁化固定部

41 第二磁化固定层

43 第二耦合层

50、50’、51 第一通孔部

51B1 第一通孔部的第一端

60 第二通孔部

70B1、磁记录层的第二部分的第一端

70C 磁记录层的第三部分

100、101、102、103、104、105、106、107、108、109 磁壁移动型磁记录元件

200 磁记录阵列

B 第一通孔部和磁记录层的边界面

L1 第一磁化固定部的x方向的宽度

L2 第一通孔部和第二通孔部在x方向上的距离

W20 磁记录层在y方向上的宽度

W40 第二磁化固定部在y方向上的宽度

W50、W50’、W51 第一通孔部在y方向上的宽度

W60 第二通孔部在y方向上的宽度

W70A、W80A 第一部分在y方向上的宽度

W70B、W70B’ 第二部分在y方向上的宽度