具体实施方式

以下，适当地参照附图对本实施方式详细地进行说明。在以下的说明中使用的附图为了使特征容易理解有时便宜地扩大表示成为特征的部分，各构成要素的尺寸比率等有时与实际不同。在以下的说明中例示的材料、尺寸等为一例，本发明不限于此，能够在实现本发明的效果的范围内适当地变更并实施。

首先，对方向进行定义。将后述的基板Sub(参照图2)的一面的一方向设为x方向，将与x方向正交的方向设为y方向。x方向例如是在后述的磁记录阵列中自旋元件排列的行方向。y方向例如是在后述的磁记录阵列中自旋元件排列的列方向。z方向是与x方向及y方向正交的方向。z方向是层叠方向的一例。以下，有时将+z方向表达为“上”，将－z方向表达为“下”。上下不一定与施加重力的方向一致。

(第一实施方式)

图1是第一实施方式的磁记录阵列200的电路图。磁记录阵列200具有集成区域IA和周边区域PA。

集成区域IA是多个磁阻效应元件100集成的区域。磁阻效应元件100是自旋元件的一例。集成区域IA例如具有多个磁阻效应元件100、多个共用晶体管STr、多个第一配线L1、多个第二配线L2、多个第一栅极配线GL1以及多个第二栅极配线GL2。如果提高集成区域IA内的集成性，则磁记录阵列200的记录密度提高。

磁阻效应元件100例如以矩阵状排列。共用晶体管STr例如处于沿x方向相邻的磁阻效应元件100之间。共用晶体管STr是将两个晶体管Tr结合的部件。共用晶体管STr例如与沿x方向相邻的两个磁阻效应元件100的每一个连接。有时将与共用晶体管STr连接的一磁阻效应元件100称为第一磁阻效应元件，将另一磁阻效应元件100称为第二磁阻效应元件。第一磁阻效应元件是第一自旋元件的一例，第二磁阻效应元件是第二自旋元件的一例。

第一配线L1例如经由晶体管Tr与磁阻效应元件100的后述的配线20连接。第一配线L1例如分别沿y方向延伸，并沿x方向排列。第一配线L1例如与相同列的磁阻效应元件100的每一个连接。

第二配线L2例如与磁阻效应元件100的后述的层叠体10连接。在层叠体10与第二配线L2之间也可以具有开关元件(例如，晶体管)。第二配线L2例如分别沿y方向延伸，并沿x方向排列。第二配线L2例如与相同列的磁阻效应元件100的每一个连接。

第一栅极配线GL1与共用晶体管STr的后述的第一栅极G1连接。第一栅极配线GL1例如分别沿x方向延伸，并沿y方向排列。第一栅极配线GL1例如与相同行的共用晶体管STr连接。

第二栅极配线GL2与共用晶体管STr的后述的第二栅极G2连接。第二栅极配线GL2例如分别沿x方向延伸，并沿y方向排列。第二栅极配线GL2例如与相同行的共用晶体管STr连接。

周边区域PA是安装有控制集成区域IA内的磁阻效应元件100的动作的控制元件的区域。周边区域PA例如处于集成区域IA的外侧。周边区域PA例如具有多个第一配线控制晶体管Tr3、多个第二配线控制晶体管Tr4、多个第一栅极晶体管GTr1以及多个第二栅极晶体管GTr2。

第一配线控制晶体管Tr3分别与第一配线L1连接。第一配线控制晶体管Tr3例如与第一配线L1的端部连接。第一配线控制晶体管Tr3控制在第一配线L1中流通的电流。通过控制第一配线控制晶体管Tr3及晶体管Tr，能够控制数据向磁阻效应元件100的写入。

第二配线控制晶体管Tr4分别与第二配线L2连接。第二配线控制晶体管Tr4例如与第二配线L2的端部连接。第二配线控制晶体管Tr4控制在第二配线L2中流通的电流。通过控制第二配线控制晶体管Tr4及晶体管Tr，能够控制数据从磁阻效应元件100的读出。

第一栅极晶体管GTr1分别与第一栅极配线GL1连接。第一栅极晶体管GTr1与第一栅极配线GL1的端部连接。第一栅极晶体管GTr1控制在第一栅极配线GL1中流通的电流，控制共用晶体管STr中的一晶体管Tr的接通、断开。

第二栅极晶体管GTr2分别与第二栅极配线GL2连接。第二栅极晶体管GTr2与第二栅极配线GL2的端部连接。第二栅极晶体管GTr2控制在第二栅极配线GL2中流通的电流，控制共用晶体管STr中的一晶体管Tr的接通、断开。

第一配线控制晶体管Tr3、第二配线控制晶体管Tr4、第一栅极晶体管GTr1及第二栅极晶体管GTr2例如是电场效应型的晶体管。也可以将第一配线控制晶体管Tr3、第二配线控制晶体管Tr4、第一栅极晶体管GTr1及第二栅极晶体管GTr2置换成别的开关元件。开关元件例如是如双向阈值开关(OTS：Ovonic Threshold Switch)那样利用结晶层的相变化的元件、如金属绝缘体转变(MIT)开关那样利用带结构的变化的元件、如齐纳二极管及雪崩二极管那样利用击穿电压的元件、随着原子位置的变化而传导性变化的元件。

图2是第一实施方式的磁记录阵列200的剖视图。图2是穿过磁阻效应元件100的y方向的中心的xz截面。在图2中，为了进行说明，由虚线图示处于y方向的不同的位置的第一栅极配线GL1及第二栅极配线GL2。图3是从第一实施方式的磁记录阵列200的z方向观察的俯视图。图3仅抽出具有导电性的部分进行图示。

磁阻效应元件100及共用晶体管STr处于基板Sub上。磁阻效应元件100和共用晶体管STr由通孔配线V1连接。磁阻效应元件100和共用晶体管STr的z方向的位置不同，处于不同的层。

磁阻效应元件100、共用晶体管STr及通孔配线V1的周围由绝缘层In覆盖。绝缘层In是使多层配线的配线间或元件间绝缘的绝缘层。绝缘层In为例如氧化硅(SiO_x)、氮化硅(SiN_x)、碳化硅(SiC)、氮化铬、碳氮化硅(SiCN)、氮氧化硅(SiON)、氧化铝(Al₂O₃)、氧化锆(ZrO_x)等。

共用晶体管STr例如是电场效应型的晶体管。共用晶体管STr具有第一栅极G1、第二栅极G2、栅极绝缘膜GI、第一区域A1、第二区域A2以及第三区域A3。

第一区域A1、第二区域A2及第三区域A3是晶体管的源极区域或漏极区域。第一区域A1、第二区域A2及第三区域A3形成于基板Sub。基板Sub例如是半导体基板。在从z方向俯视时，第一区域A1被第一栅极G1和第二栅极G2夹着。在从z方向俯视时，第二区域A2和第一区域A1夹着第一栅极G1。在从z方向俯视时，第三区域A3和第一区域A1夹着第二栅极G2。

第一栅极G1控制第一区域A1与第二区域A2之间的电荷的流动。第二栅极G2控制第二区域A2与第三区域A3之间的电荷的流动。由第一区域A1、第二区域A2和第一栅极G1作为一个晶体管Tr发挥作用，由第一区域A1、第三区域A3和第二栅极G2作为一个晶体管Tr发挥作用。

第一区域A1例如与第一配线L1相接。第一配线L1例如遍及沿y方向相邻的多个共用晶体管STr的第一区域A1地连接。

第二区域A2和第三区域A3经由磁阻效应元件100及通孔配线V1连接。第二区域A2和第三区域A3与不同的磁阻效应元件100连接。例如，第二区域A2经由通孔配线V1与第一磁阻效应元件100A连接，第三区域经由通孔配线V1与第二磁阻效应元件100B连接。

第一栅极G1与第一栅极配线GL1连接。第二栅极G2与第二栅极配线GL2连接。第一栅极配线GL1和第二栅极配线GL2例如处于z方向上的不同的高度。如果第一栅极配线GL1和第二栅极配线GL2的z方向的高度不同，则配线的连接变得容易，集成区域IA的集成性提高。

在沿x方向相邻的共用晶体管STr中，构成共用晶体管STr的构成要素的排列顺序倒转。例如，将共用晶体管STr中沿x方向排列的三个共用晶体管称为第一共用晶体管STr1、第二共用晶体管STr2、第三共用晶体管STr3。第一共用晶体管STr1沿x方向按照第三区域A3、第二栅极G2、第一区域A1、第一栅极G1、第二区域A2的顺序排列，与此相对，第二共用晶体管STr2沿x方向按照第二区域A2、第一栅极G1、第一区域A1、第二栅极G2、第三区域A3的顺序排列。

第一共用晶体管STr1和第二共用晶体管STr2例如与第一磁阻效应元件100A连接。第二共用晶体管STr2和第三共用晶体管STr3例如与第二磁阻效应元件100B连接。

第一磁阻效应元件100A分别与第一共用晶体管STr1及第二共用晶体管STr2的第二区域A2连接。即，数据向第一磁阻效应元件100A的写入由第一共用晶体管STr1及第二共用晶体管STr2的第一栅极G1控制。

第二磁阻效应元件100B分别与第二共用晶体管STr2及第三共用晶体管STr3的第三区域A3连接。即，数据向第二磁阻效应元件100B的写入由第二共用晶体管STr2及第三共用晶体管STr3的第二栅极G2控制。

磁阻效应元件100中，通过第一栅极G1控制写入的元件(例如，第一磁阻效应元件100A)和通过第二栅极G2控制写入的元件(例如，第二磁阻效应元件100B)沿x方向交替排列。

图4是第一实施方式的磁阻效应元件100的剖视图。图4是由穿过配线20的y方向的宽度的中心的xz平面切断磁阻效应元件100的截面。

磁阻效应元件100例如具备层叠体10、配线20和导电部31、32。层叠体10的z方向的阻值由于自旋从配线20注入层叠体10而变化。磁阻效应元件100是利用自旋轨道扭矩(SOT)的自旋元件，有时被叫做自旋轨道扭矩型磁阻效应元件、自旋注入型磁阻效应元件、自旋流磁阻效应元件。另外，配线20有时被叫做自旋轨道扭矩配线。

层叠体10层叠于配线20上。在层叠体10与配线20之间也可以具有其他层。层叠体10沿z方向被配线20和电极E夹着。层叠体10为柱状体。从层叠体10的z方向俯视时，形状例如为圆形、椭圆形、四边形。

层叠体10具有第一铁磁性层1、第二铁磁性层2和非磁性层3。第一铁磁性层1例如与配线20相接，并层叠于配线20上。自旋从配线20注入第一铁磁性层1。第一铁磁性层1的磁化通过注入的自旋接收自旋轨道扭矩(SOT)，取向方向变化。第二铁磁性层2处于第一铁磁性层1的z方向。第一铁磁性层1和第二铁磁性层2沿z方向夹着非磁性层3。

第一铁磁性层1及第二铁磁性层2分别具有磁化。在施加规定的外力时，第二铁磁性层2的磁化与第一铁磁性层1的磁化相比，取向方向不易变化。有时将第一铁磁性层1叫做磁化自由层，将第二铁磁性层2叫做磁化固定层、磁化参照层。层叠体10根据夹着非磁性层3的第一铁磁性层1和第二铁磁性层2的磁化的相对角的不同而阻值变化。

第一铁磁性层1及第二铁磁性层2包括铁磁性体。铁磁性体为例如选自由Cr、Mn、Co、Fe及Ni构成的组中的金属、包含一种以上这些金属的合金、包含这些金属和B、C及N中的至少一种以上的元素的合金等。铁磁性体例如为Co－Fe、Co－Fe－B、Ni－Fe、Co－Ho合金、Sm－Fe合金、Fe－Pt合金、Co－Pt合金、CoCrPt合金。

第一铁磁性层1及第二铁磁性层2也可以包含惠斯勒合金。惠斯勒合金包含具有XYZ或X₂YZ的化学成分的金属间化合物。X在周期表上是Co、Fe、Ni、或者Cu族的过渡金属元素或贵金属元素，Y是Mn、V、Cr或者Ti族的过渡金属或X的元素种类，Z是III族～V族的典型元素。惠斯勒合金为例如Co₂FeSi、Co₂FeGe、Co₂FeGa、Co₂MnSi、Co₂Mn_1－aFe_aAl_bSi_1－b、Co₂FeGe_1－cGa_c等。惠斯勒合金具有高的自旋极化率。

层叠体10也可以在第二铁磁性层2的与非磁性层3相反侧的面隔着隔离层具有反铁磁性层。第二铁磁性层2、隔离层、反铁磁性层为合成反铁磁性结构(SAF结构)。合成反铁磁性结构由夹着非磁性层的两个磁性层构成。由于第二铁磁性层2和反铁磁性层进行反铁磁性耦合，从而与没有反铁磁性层的情况相比，第二铁磁性层2的矫顽力变大。反铁磁性层为例如IrMn、PtMn等。隔离层例如包含选自由Ru、Ir、Rh构成的组中的至少一个。

层叠体10也可以具有第一铁磁性层1、第二铁磁性层2及非磁性层3以外的层。例如，在配线20与层叠体10之间也可以具有基底层。基底层提高构成层叠体10的各层的结晶性。

配线20例如与层叠体10的一面相接。配线20是用于向磁阻效应元件100写入数据的写入配线。配线20沿x方向延伸。配线20的至少一部分在z方向上与非磁性层3一起夹着第一铁磁性层1。

配线20通过电流I流通时的自旋霍尔效应而产生自旋流，并将自旋注入第一铁磁性层1。配线20例如将能够将第一铁磁性层1的磁化反转的量的自旋轨道扭矩(SOT)赋予第一铁磁性层1的磁化。自旋霍尔效应是在使电流流通时基于自旋轨道相互作用沿与电流的流通方向正交的方向感应自旋流的现象。自旋霍尔效应在运动(移动)的电荷(电子)使运动(移动)方向弯曲的点上与通常的霍尔效应共通。就通常的霍尔效应而言，在磁场中运动的带电粒子的运动方向由于洛伦兹力而弯曲。与此相对，就自旋霍尔效应而言，即使不存在磁场，自旋的移动方向也以电子移动的量(电流流通的量)弯曲。

例如，如果电流在配线20中流通，则向一方向取向的第一自旋和向与第一自旋相反方向取向的第二自旋分别沿与电流I流通的方向正交的方向通过自旋霍尔效应弯曲。例如，向－y方向取向的第一自旋向+z方向弯曲，向+y方向取向的第二自旋向－z方向弯曲。

非磁性体(不是铁磁性体的材料)中，通过自旋霍尔效应产生的第一自旋的电子数和第二自旋的电子数相等。即，朝向+z方向的第一自旋的电子数和朝向－z方向的第二自旋的电子数相等。第一自旋和第二自旋向消除自旋的偏聚的方向流动。在第一自旋及第二自旋向z方向的移动中，因为电荷的流动相互抵消，所以电流量为零。将不伴随电流的自旋流特别称为纯自旋流。

如果将第一自旋的电子流表示为J_↑，将第二自旋的电子流表示为J_↓，将自旋流表示为J_S，则按照J_S＝J_↑－J_↓定义。自旋流J_S沿z方向产生。第一自旋从配线20注入第一铁磁性层1。

配线20包含具有通过电流I流通时的自旋霍尔效应而产生自旋流的功能的金属、合金、金属间化合物、金属硼化物、金属碳化物、金属硅化物、金属磷化物中的任一者。

配线20例如包含非磁性的重金属作为主元素。主元素是构成配线20的元素中比例最高的元素。配线20例如包含具有钇(Y)以上的比重的重金属。非磁性的重金属因为原子序数为39以上的原子序数大且在最外层具有d电子或f电子，所以产生强的自旋轨道相互作用。自旋霍尔效应通过自旋轨道相互作用产生，在配线20内自旋容易偏聚，容易产生自旋流J_S。配线20例如包含选自由Au、Hf、Mo、Pt、W、Ta构成的组中的任一者。

配线20也可以包含磁性金属。磁性金属是铁磁性金属或反铁磁性金属。非磁性体包含的微量的磁性金属为自旋的散射因子。微量例如为构成配线20的元素的总摩尔比的3％以下。如果自旋由于磁性金属而散射，则自旋轨道相互作用增强，相对于电流的自旋流的生成效率提高。

配线20也可以包含拓扑绝缘体。拓扑绝缘体是物质内部为绝缘体或高阻体，但在其表面产生了自旋极化的金属状态的物质。拓扑绝缘体通过自旋轨道相互作用产生内部磁场。拓扑绝缘体即使没有外部磁场，也通过自旋轨道相互作用的效果表现新的拓扑相。拓扑绝缘体能够通过强的自旋轨道相互作用和边缘的反转对称性的破坏而高效地生成纯自旋流。

拓扑绝缘体为例如SnTe、Bi_1.5Sb_0.5Te_1.7Se_1.3、TlBiSe₂、Bi₂Te₃、Bi_1－xSb_x、(Bi_{1－ x}Sb_x)₂Te₃等。拓扑绝缘体能够高效地生成自旋流。

在从z方向俯视时，导电部31和导电部32沿x方向夹着层叠体10。导电部31、32例如与通孔配线V1连接。导电部31、32由导电性优异的材料构成。导电部31、32例如包含选自由Ag、Cu、Co、Al、Au构成的组中的任一者。

接下来，对磁记录阵列200的集成区域IA的制造方法进行说明。集成区域IA由各层的层叠工序和将各层的一部分加工成规定的形状的加工工序形成。各层的层叠能够使用溅射法、化学气相生长(CVD)法、电子束蒸发法(EB蒸发法)、原子激光沉积法等。各层的加工能够使用光刻法等来进行。

首先，在基板Sub的规定的位置掺杂杂质，形成第一区域A1、第二区域A2和第三区域A3。

接下来，在基板Sub上形成一定的厚度的绝缘层。例如，通过各向异性蚀刻来在绝缘层形成开口。从z方向俯视时，开口形成于第一区域A1与第三区域A3之间的位置。开口未贯通至基板Sub，在底部留有绝缘膜。留在底部的绝缘膜成为栅极绝缘膜GI。开口由导体填充，成为第二栅极G2。

接下来，在绝缘层上层叠导电层，对导电层进行加工，形成第二栅极配线GL2。第二栅极配线GL2连接沿x方向排列的第二栅极G2。

接下来，层叠覆盖第二栅极配线GL2的绝缘层。例如，通过各向异性蚀刻来在绝缘层形成开口。在从z方向俯视时，开口形成于第一区域A1与第二区域A2之间的位置。开口未贯通至基板Sub，在底部留有绝缘膜。留在底部的绝缘膜成为栅极绝缘膜GI。开口由导体填充，成为第一栅极G1。

接下来，在绝缘层上层叠导电层，对导电层进行加工，形成第一栅极配线GL1。第一栅极配线GL1连接沿x方向排列的第一栅极G1。

接下来，层叠覆盖第二栅极配线GL2的绝缘层。例如，通过各向异性蚀刻在绝缘层形成开口。在从z方向俯视时，开口形成于与第二区域A2及第三区域A3重叠的位置。开口到达基板Sub的表面。开口由导体填充，成为通孔配线V1。

接下来，在重叠覆盖通孔配线V1的绝缘层之后，在与通孔配线V1重叠的位置形成导电部31、32。导电部31、32例如使用比通孔配线V1硬的材料。对绝缘层和导电部31、32的表面进行化学机械抛光(CMP)。通过在导电部31、32中使用硬材料，表面的平坦性提高。

接下来，在绝缘层、导电部31、32的表面依次重叠配线层、铁磁性层、非磁性层、铁磁性层。接下来，将配线层加工成规定的形状。配线层通过加工成规定的形状，成为配线20。接下来，将形成于配线层上的层叠体加工成规定的形状，形成层叠体10，由此，获得磁阻效应元件100。通过上述的步骤，能够制造磁记录阵列200的集成区域IA。

接下来，对第一实施方式的磁记录阵列200的动作进行说明。磁记录阵列200的动作有向磁阻效应元件100的写入动作和读出动作。

首先，对向任意的磁阻效应元件100的写入动作进行说明。以将数据写入作为任意的磁阻效应元件100的第一磁阻效应元件100A的情况为例进行说明。

首先，将与第一磁阻效应元件100A相连的第一栅极晶体管GTr1设为接通(ON)。如果将第一栅极晶体管GTr1设为接通，则与第一栅极配线GL1相连的第一栅极G1开放。而且，共用晶体管STr的第一区域A1和第二区域A2电连接。

接下来，将与第一配线L1连接的第一配线控制晶体管Tr3设为接通，上述第一配线控制晶体管Tr3与第一共用晶体管STr1及第二共用晶体管STr2相连。因为隔着第一磁阻效应元件100A相邻的两个第一配线L1电连接，所以写入电流在配线20中流通。另一方面，因为第二栅极G2未开放，所以写入电流不会向第二磁阻效应元件100B流通。

如果写入电流在配线20中流通，则产生自旋霍尔效应，自旋注入第一铁磁性层1。注入第一铁磁性层1的自旋将自旋轨道扭矩(SOT)施加到第一铁磁性层1的磁化，改变第一铁磁性层1的磁化的取向方向。如果使电流的流通方向相反，则注入第一铁磁性层1的自旋的朝向相反，因此，能够自由控制磁化的取向方向。

层叠体10的层叠方向的阻值在第一铁磁性层1的磁化和第二铁磁性层2的磁化平行时变小，在第一铁磁性层1的磁化和第二铁磁性层2的磁化反平行时变大。在磁阻效应元件100中记录数据作为层叠体10的层叠方向的阻值。

接下来，首先，对于来自任意的磁阻效应元件100的数据的读出动作进行说明。以从作为任意的磁阻效应元件100的第一磁阻效应元件100A读出数据的情况为例进行说明。

在读出数据的情况下，首先，也将与第一磁阻效应元件100A相连的第一栅极晶体管GTr1设为接通(ON)。如果将第一栅极晶体管GTr1设为接通，则与第一栅极配线GL1相连的第一栅极G1开放。而且，共用晶体管STr的第一区域A1和第二区域A2电连接。

接下来，将与第二配线L2连接的第二配线控制晶体管Tr4设为接通，上述第二配线控制晶体管Tr4与第一磁阻效应元件100A相连。另外，将与第一配线L1连接的第一配线控制晶体管Tr3设为接通，上述第一配线L1与第一共用晶体管STr1或第二共用晶体管STr2连接。因为第一配线L1和第二配线L2电连接，所以读出电流沿层叠体10的层叠方向流通。另一方面，因为第二栅极G2未开放，所以读出电流不会向第二磁阻效应元件100B流通。

如果层叠体10的层叠方向的阻值根据欧姆定律变化，则输出的电压变化。因此，例如通过读出层叠体10的层叠方向的电压，能够读出记录于第一磁阻效应元件100A的数据。

第一实施方式的磁记录阵列200能够提高集成区域IA的集成性。共用晶体管STr因为作为两个晶体管Tr发挥作用的共用晶体管STr的第一区域A1兼做两个晶体管的源极区域或漏极区域，所以比排列两个晶体管Tr的情况相比，需要的面积小。因此，能够缩短沿x方向相邻的磁阻效应元件100之间的距离，集成区域IA的集成性提高。

至此例示了第一实施方式的一例，但本发明不限于该例。

(第二实施方式)

图5是第二实施方式的磁记录阵列201的电路图。就第二实施方式的磁记录阵列201而言，集成区域IA1内的磁阻效应元件100的一部分是第一参考元件101和第二参考元件102的点与第一实施方式的磁记录阵列200不同。在第二实施方式中，对与第一实施方式相同的结构省略说明。

第一参考元件101和第二参考元件102例如逐一存在于一列。第一参考元件101和第二参考元件102例如分别逐一与一根第一配线L1连接。第一参考元件101及第二参考元件102的个数不限于该情况。第一参考元件101及第二参考元件102分别至少逐一存在于磁记录阵列201内。

第一参考元件101除了配线20的电阻比磁阻效应元件100的电阻高的点之外，由与磁阻效应元件100相同的结构构成。第一参考元件101的配线20的电阻例如为磁阻效应元件100的配线20的电阻的105％以上，也可以为110％以上。

第一参考元件101和磁阻效应元件100的电阻的不同能够通过改变配线20的宽度、厚度、构成的材料来自由设计。例如，第一参考元件101的配线20的宽度比磁阻效应元件100的配线20的宽度窄。第一参考元件101的配线20的宽度例如为磁阻效应元件100的配线20的宽度的95％以下，也可以为90％以下。

第二参考元件102除了配线20的电阻比磁阻效应元件100的电阻低的点之外，由与磁阻效应元件100相同的结构构成。第二参考元件102的配线20的电阻例如为磁阻效应元件100的配线20的电阻的95％以下，也可以为90％以下。

第二参考元件102和磁阻效应元件100的电阻的不同能够通过改变配线20的宽度、厚度、构成的材料来自由设计。例如，第二参考元件102的配线20的宽度比磁阻效应元件100的配线20的宽度宽。第二参考元件102的配线20的宽度例如为磁阻效应元件100的配线20的宽度的105以上，也可以为110％以上。

第一参考元件101及第二参考元件102在确认是否对磁阻效应元件100适当地进行了写入时使用。

例如，在对磁阻效应元件100进行了写入动作的情况下，也对与磁阻效应元件100配对的第一参考元件101及第二参考元件102进行相同的写入动作。与磁阻效应元件100配对的第一参考元件101及第二参考元件102例如是与磁阻效应元件100相同地与第一配线L1连接的第一参考元件101及第二参考元件102。将施加到第一参考元件101及第二参考元件102各自的配线的电压设为与磁阻效应元件100相同。对第一参考元件101及第二参考元件施加与磁阻效应元件100相同的负载，写入相同的数据。

接下来，比较磁阻效应元件100、第一参考元件101及第二参考元件102的阻值。阻值例如是电极E与导电部32之间的电阻。各个阻值通过施加读出电流来获得。在适当地动作的情况下，第一参考元件101的电阻比磁阻效应元件100的电阻高。另外，第二参考元件102的电阻比磁阻效应元件100的电阻低。

在磁阻效应元件100的电阻不在第一参考元件101的电阻与第二参考元件102的电阻之间的情况下，能够判断为在磁阻效应元件100中产生了故障。

作为磁阻效应元件100的故障的一方式，有层叠体10和导电部31、32之间的配线20的劣化、断裂。如果配线20劣化、断裂，则不能进行适当的写入动作。例如，在层叠体10与导电部31之间的配线20劣化、断裂的情况下，不能进行写入动作，但能够进行读出动作。其原因在于，在导电部31与导电部32之间流通的写入电流不正常流通，但层叠体10与导电部32之间的读出电流正常地流通。在该情况下，在没有注意到未写入数据的情况下读出数据，数据的错误读出的风险提高。如果对比磁阻效应元件100的电阻和第一参考元件101及第二参考元件102的电阻，则能够适当地检测该故障模式。

第二实施方式的磁记录阵列201与第一实施方式的磁记录阵列200相同地集成性优异。

另外，第二实施方式的磁记录阵列201中，通过比较第一参考元件101及第二参考元件102的电阻和磁阻效应元件100的电阻，能够实时评价磁阻效应元件100的故障的有无。

而且，因为第一参考元件101及第二参考元件102处于与磁阻效应元件100相同的温度环境下，所以能够抑制由于温度变化而成为数据的记录的阈值的基准点变动。而且，因为第一参考元件101及第二参考元件102被赋予与磁阻效应元件100相同的负载，所以能够抑制由于劣化而成为数据的记录的阈值的基准点变动。

(第三实施方式)

图6是第三实施方式的磁记录阵列202的电路图。第三实施方式的磁记录阵列202中，相邻的第一配线L1经由短路晶体管Tr5连接的点与第一实施方式的磁记录阵列200不同。在第三实施方式中，对与第一实施方式相同的结构省略说明。

短路晶体管Tr5属于周边区域PA1。短路晶体管Tr5不影响集成区域IA的集成性。

短路晶体管Tr5将相邻的第一配线L1的第二端彼此相连。第二端是与连接第一配线控制晶体管Tr3的第一配线L1的端部相反侧的端部。短路晶体管Tr5在写入数据时是截止(OFF)，在读出数据时为接通(ON)。如果短路晶体管Tr5为接通，则相邻的第一配线L1短路。

如果相邻的第一配线L1短路，则读出电流从层叠体10朝向配线20的两端分流。通过基于分流的两个读出电流来求出磁阻效应元件100的阻值，能够更高精度地读出数据。

另外，第三实施方式的磁记录阵列202与第一实施方式的磁记录阵列200相同地集成性优异。

(第四实施方式)

图7是第四实施方式的磁化旋转元件110的剖视图。图7是由穿过配线20的y方向的宽度的中心的xz平面切断磁化旋转元件110的截面。第四实施方式的磁化旋转元件110中，没有非磁性层3及第二铁磁性层2的点与第一实施方式的磁阻效应元件100不同。其他结构与第一实施方式的磁阻效应元件100相同，省略说明。

磁化旋转元件110是自旋元件的一例。磁化旋转元件110例如评价对第一铁磁性层1入射光并由第一铁磁性层1反射的光。如果由于磁光克尔效应而磁化的取向方向变化，则反射的光的偏向状态变化。磁化旋转元件110例如能够用作利用光的偏向状态的不同的例如影像显示装置等光学元件。

此外，磁化旋转元件110也能够单独用作利用各向异性磁传感器、磁法拉第效应的光学元件等。

第四实施方式的磁化旋转元件110仅去除非磁性层3及第二铁磁性层2，能够获得与第一实施方式的磁阻效应元件100相同的效果。另外，也可以将第二实施方式及第三实施方式的磁阻效应元件100置换成磁化旋转元件110。

(第五实施方式)

图8是第五实施方式的磁阻效应元件120的剖视图。图8是由穿过配线40的y方向的宽度的中心的xz平面切断磁阻效应元件120的截面。磁阻效应元件120中，层叠体11从靠近配线40的一侧起由非磁性层5及第一铁磁性层4构成的点与磁阻效应元件100不同。对与磁阻效应元件100相同的结构标注相同的符号，并省略说明。

磁阻效应元件120具备层叠体11、配线40和导电部31、32。层叠体11从靠近配线40的一侧起由非磁性层5及第一铁磁性层4构成。磁阻效应元件120是由于磁畴壁DW的移动而阻值变化的元件，有时被叫做磁畴壁移动元件、磁畴壁移动型磁阻效应元件。磁阻效应元件120是自旋元件的一例。

配线40是磁性层。配线40包含铁磁性体。构成配线40的磁性体能够使用选自由Cr、Mn、Co、Fe及Ni构成的组中的金属、包含一种以上这些金属的合金、包含这些金属和B、C及N中的至少一种以上的元素的合金等。具体而言，可举出Co－Fe、Co－Fe－B、Ni－Fe。

配线40是能够通过内部的磁状态的变化对信息进行磁记录的层。配线40在内部具有第一磁区41和第二磁区42。第一磁区41的磁化和第二磁区42的磁化例如向相反方向取向。第一磁区41和第二磁区42的边界是磁畴壁DW。配线40能够在内部具有磁畴壁DW。

磁阻效应元件120能够根据配线40的磁畴壁DW的位置以多个值的方式或连续地记录数据。在施加读出电流时，将记录到配线40的数据作为磁阻效应元件120的阻值变化读出。

磁畴壁DW通过使写入电流沿配线40的x方向流通或施加外部磁场而移动。例如，如果向配线40的+x方向施加写入电流(例如，电流脉冲)，则电子向与电流相反的－x方向流动，因此，磁畴壁DW向－x方向移动。在电流从第一磁区41朝向第二磁区42流通的情况下，在第二磁区42自旋极化的电子使第一磁区41的磁化反转。由于第一磁区41的磁化反转，从而磁畴壁DW向－x方向移动。

第一铁磁性层4和非磁性层5分别与第一实施方式的第一铁磁性层1和非磁性层3相同。

第五实施方式的磁阻效应元件120也能够获得与第一实施方式的磁阻效应元件100相同的效果。另外，也能够将第二实施方式及第三实施方式的磁阻效应元件100置换成磁阻效应元件120。

第一实施方式～第五实施方式的磁记录阵列能够应用于神经形态设备。神经形态设备是通过神经网络模仿人脑的元件。神经形态设备人工模仿人脑中的神经元和突触的关系。

神经形态设备例如具有以分层状配置的芯片(脑中的神经元)和将它们之间相连的传递单元(脑中的突触)。神经形态设备通过传递单元(突触)进行学习来提高问题的正解率。学习从信息中发现将来可能使用的知识，对在神经形态设备中输入的数据加权。

各个突触在数学上进行积和运算。第一实施方式～第五实施方式的磁记录阵列能够通过将磁阻效应元件或磁化旋转元件以阵列状排列来进行积和运算。例如，如果使电流在磁阻效应元件的读出路径流通，则输出输入的电流和磁阻效应元件的电阻的积，进行积运算。如果由共同配线连接多个磁阻效应元件，则积运算由共同配线相加，进行和运算。因此，第一实施方式～第三实施方式的磁记录阵列能够作为积和运算器应用于神经形态设备。

符号说明

1、4第一铁磁性层

2第二铁磁性层

3、5非磁性层

4第一铁磁性层

10、11层叠体

20、40配线

100磁阻效应元件

100A第一磁阻效应元件

100B第一磁阻效应元件

101第一参考元件

102第二参考元件

200、201、202磁记录阵列

A1第一区域

A2第二区域

A3第三区域

DW磁畴壁

G1第一栅极

G2第二栅极

GL1第一栅极配线

GL2第二栅极配线

L1第一配线

L2第二配线

STr共用晶体管

STr1第一共用晶体管

STr2第二共用晶体管

STr3第三共用晶体管

Tr3第一配线控制晶体管

Tr4第二配线控制晶体管

Tr5短路晶体管。