環狀單磁疇結構微小磁體及其製造方法以及採用該磁體的磁記錄元件的製作方法
2023-08-08 19:45:11 1
專利名稱：環狀單磁疇結構微小磁體及其製造方法以及採用該磁體的磁記錄元件的製作方法
技術領域：
本發明涉及可控制磁化的環線方向且具有靜態環狀單磁疇結構的微小磁體，以及將該微小磁體配置在襯底上的磁記錄元件及其製造方法，特別是涉及採用該磁記錄元件的磁隨機存取存儲器。
背景技術：
作為下一代主存儲用存儲器，要求具有接近SRAM的高速性、接近DRAM的集成度以及可無限改寫且非易失，基於這些理由，MRAM倍受關注。
MRAM指的是磁隨機存取存儲器(magnetic random accessmemory)，是組合磁阻元件與標準半導體技術的存儲器，具有非易失性、低壓工作、無限次讀出/寫入、高速的讀出/寫入速度及優秀的耐輻射性等特徵。
這裡，磁阻元件指的是根據磁化的狀態具有高的阻抗值與低的阻抗值的狀態的元件，通過檢出該阻抗值來判定磁化的狀態。該阻抗值的檢出方法，可考慮例如測量夾著薄的非磁性層的兩個強磁層間的隧道電流的方式(TMR(隧道磁阻)tunneling magneto resistive)等。
不久的將來現在的MRAM方式也能實現與該SRAM同等以下的單元面積和存取時間，此外通過非易失性的特性，至少用作SRAM的代替而得以實用。另外，設想用於閃速EEPROM的利用領域。
另一方面，超高密度磁記錄時的記錄區已經進入納米級的領域。還有，已知納米級磁體的磁疇結構、磁化反轉過程等的動作完全不同於所謂空間磁性。已知在例如微米、超微尺寸的磁碟中，中心部採用渦旋狀的渦旋(vortex)磁疇結構。
這是由於在納米領域形成磁疇壁反而不利於能量轉換，在納米級磁體中，其中心部採用同心圓狀的渦旋結構來消除磁疇壁，並實現減少靜磁能量。特別是，在納米級的圓形狀或環狀的強磁體具有封閉的磁疇結構，報告觀測到同心圓狀的渦旋結構。(參照非專利文獻1)但是，這種納米級的圓盤狀強磁體中撤消外部磁場時的磁化方向有時為順時針方向有時為逆時針方向，因此不能進行穩定的控制。(參照非專利文獻2、3)另外，已知在納米級的環狀強磁體中，通過施加或撤消外部磁場，經過局部的渦旋結構的發生、生長，整個環區域由一方向磁化的狀態變化到渦旋結構，以及其逆現象。(參照非專利文獻4)還有，在過渡性發生的局部的磁化歪曲有C型模式和S型模式，已知C型模式在更小尺寸時有優勢。(參照非專利文獻5)非專利文獻1「日本應用物理學會雜誌」，Vol.26，No.12(2002)pp.1168-1173非專利文獻2「APPLIED PHYSICS LETTERS」，Vol.77，No.18(2000)，pp.2909-2911非專利文獻3「PHYSICAL REVIEW LETTERS」，Vol.88，No.15(2002)，pp.157203-1～157203-4非專利文獻4「JOURNAL OF APPLIED PHYSICS」，Vol.92，No.12(2002)，pp.7397-7403非專利文獻5「JOURNAL OF APPLIED PHYSICS」，Vol.92，No.3(2002)，PP.1466-1472在考慮擴展這種MRAM的用途時，成為最大障礙的就是單元面積的問題。特別是，在考慮與DRAM混裝時，MRAM的單元面積會達到DRAM的數倍，存在不能採用同一設計標準的問題。
至少，現在的MRAM原理上在寫入時利用感應磁場，因此不僅難以降低寫入電流，而且難以減小布線寬度或外圍電路面積，以避免來自其它感應磁場的影響。於是，需要在小的寫入電流下可穩定控制磁化的元件。
另一方面，以單元面積的小型化為目標採用納米級強磁體時，可預測其磁化的狀態採用渦旋結構，但這時的磁化方向控制極為困難，根據過渡狀態中發生的磁化分布的歪曲狀況，有時成為順時針方向有時成為逆時針方向。
這樣，由於不能控制磁化方向，不能利用例如磁阻效應，由阻抗值的高低讀出磁化的狀態。因而，採用該數量級的單元時，將不能用作存儲器。
這樣看來，MRAM的實用化中單元面積的納米級化是不可缺少的，但這時通常的磁化方式存在不能控制單元的磁化狀態即磁化的旋轉方向的問題。因而，現在方式的MRAM雖然可取代SRAM或閃速EEPROM，但不適合與DRAM混裝，而且難以取代DRAM。
本發明的目的在於解決上述技術上的課題，提供可與DRAM混裝並取代DRAM用於主存儲的磁存儲元件。其由以下技術項目構成。
發明的公開本發明為了達成上述目的而採用以下解決手段。
解決課題的手段本發明(1)是一種微小磁體，其特徵在於由平板狀強磁體構成，其平面部形狀具有線對稱軸的同時在與該線對稱軸垂直的方向上非對稱，在平行外部磁場堙沒時顯示環狀單磁疇結構。
本發明(2)是一種微小磁體，其特徵在於由強磁材料構成，並具有與可導通、截止及反轉控制的平行外部磁場平行的平面部；該平面部形狀相對於所述平行外部磁場非對稱，並具有在與所述平行外部磁場垂直的方向上左右對稱的線對稱軸；
在施加所述平行外部磁場後撤消時顯示環狀單磁疇結構。
本發明(3)是本發明(1)或本發明(2)任一發明的微小磁體，其特徵在於所述平面部形狀在其具有互相垂直的兩個線對稱軸的形狀中，在外周部設有相對於一個線對稱軸左右對稱且相對於另一線對稱軸左右非對稱的切口；在施加所述平行外部磁場時，所述磁性材料的邊緣部上的磁通方位顯示包含磁通方位不連續變化的部位的圓周方向分布。
本發明(4)是本發明(1)或本發明(2)任一發明的微小磁體，其特徵在於所述平面部形狀是具有互相垂直的兩個線對稱軸的形狀和將一個線對稱軸作為長邊並將另一線對稱軸的小於一半的長度作為短邊的長方形被投影時的外緣形狀；在施加所述平行外部磁場時，所述磁性材料的邊緣部上的磁化方位顯示包含磁化方位不連續變化的部位的圓周方向分布。
本發明(5)是本發明(1)～(4)中任一發明的微小磁體，其特徵在於所述平面部形狀的最大寬度為10nm以下。
本發明(6)是一種磁記錄元件，其特徵在於在非強磁體襯底上設有至少一個以上的強磁區域層，並設有可對該強磁區域層施加可導通、截止及反轉控制的平行磁場的外部磁場發生部件；所述強磁區域層的平面形狀相對所述外部磁場發生部件的平行磁場為左右非對稱，並具有相對與該平行磁場垂直的方向成為左右對稱的線對稱軸，通過所述外部磁場發生部件，在施加外部磁場後使該外部磁場堙沒，從而使所述強磁區域層成為環狀單磁疇結構，而在反轉所述外部磁場後施加，然後使該外部磁場堙沒，從而使所述強磁區域層成為具有反向的磁化方向的環狀單磁疇結構。
本發明(7)是一種磁記錄元件，其特徵在於在非強磁體襯底上設有至少一個以上的強磁區域層，並設有可對該強磁區域層施加可導通、截止及反轉控制的平行磁場的外部磁場發生部件；
所述強磁區域層的平面形狀相對所述外部磁場發生部件的平行磁場為左右非對稱，並具有相對與該平行磁場垂直的方向成為左右對稱的線對稱軸，通過所述外部磁場發生部件施加的磁場方向，並不與所述強磁體區域層的左右非對稱軸平行時，所述強磁體區域層的環狀單磁疇結構在磁場堙沒後不變化。
本發明(8)是本發明(6)或(7)任一發明的磁記錄元件，其特徵在於所述強磁區域層夾著非磁性層在上下方向成為層疊結構，通過至少使上下任一方的強磁區域層的長寬比大於另一方強磁體區域層地形成，使長寬比小的強磁體區域的磁化方向相對長寬比大的強磁體區域的磁化方向可獨立控制地構成，基於所述強磁區域層間的阻抗值，檢出所述強磁區域層的磁化方向。
本發明(9)是本發明(8)的磁記錄元件，其特徵在於所述長寬比取決於同一平面形狀的強磁區域層厚度的差異。
本發明(10)是本發明(8)的磁記錄元件，其特徵在於所述長寬比取決於強磁區域層的平面部面積的差異。
本發明(11)是本發明(6)～(10)中任一發明的磁記錄元件，其特徵在於所述平面部形狀在其具有互相垂直的兩個線對稱軸的形狀中，在外周部設有相對於一個線對稱軸左右對稱且相對於另一線對稱軸左右非對稱的切口；在施加所述平行外部磁場時，所述強磁區域層的邊緣部上的磁化方位顯示包含磁化方位不連續變化的部位的圓周方向分布。
本發明(12)是本發明(6)～(10)中任一發明的磁記錄元件，其特徵在於所述平面部形狀是具有互相垂直的兩個線對稱軸的形狀和將一個線對稱軸作為長邊並將另一線對稱軸的小於一半的長度作為短邊的長方形被投影時的外緣形狀；在施加所述平行外部磁場時，所述磁性材料的邊緣部上的磁化方位顯示包含磁化方位不連續變化的部位的圓周方向分布。
本發明(13)是本發明(6)～(12)中任一發明的磁記錄元件，其特徵在於所述平面部形狀中最大部分寬度是10nm以下。
本發明(14)是本發明(6)～(14)中任一發明的磁記錄元件，其特徵在於在所述強磁區域層的上下面還分別布置寫入用位線與寫入用字線，配置所述強磁區域層的線對稱軸，使得通過向這些布線通電來產生的合成感應磁場作為所述平行外部磁場起作用。
本發明(15)是本發明(6)～(14)中任一發明的磁記錄元件，其特徵在於將所述強磁體區域層在垂直方向多層層疊，使各強磁體區域層的平面部平行且使各強磁體區域層間夾著非磁性層，各平面部的線對稱軸的方位沿垂直方向配置成彼此間具有相位差，根據由寫入位線和寫入用字線產生的合成感應磁場的方向，可獨立控制除最下層和/或最上層的強磁體區域層的任何一層以上中間的各強磁體區域層的磁化方向。
本發明(16)是一種磁隨機存取存儲器，其特徵在於在所述非強磁體襯底上配置多個本發明(14)或(15)任一發明的磁記錄元件，可獨立選擇各磁記錄元件。
本發明(17)是本發明(16)的磁隨機存取存儲器，其特徵在於在所述非強磁體襯底上配置的多個所述磁記錄元件配置成使相鄰的磁記錄元件的同一高度的強磁體區域層的各平面部線對稱軸彼此不在同一方位。
本發明(18)是一種環狀單磁疇結構的微小磁體的製造方法，其特徵在於至少包含平板狀的強磁體是其平面部形狀具有線對稱軸且在與該線對稱軸垂直的方向上非對稱的微小磁體，將該微小磁體在可施加平行外部磁場的區域內，使所述線對稱軸與該平行外部磁場的施加方向垂直地配置的工序；以及配置向所述微小磁體施加所述平行外部磁場的外部磁場形成部件的工序。
本發明(19)是本發明(18)的環狀單磁疇結構的微小磁體的製造方法，其特徵在於所述平行外部磁場形成部件可使施加的磁場方向反轉並可導通、截止。
本發明(20)是本發明(18)或(19)任一發明的環狀單磁疇結構的微小磁體的製造方法，其特徵在於所述微小磁體通過濺鍍法、電子束蒸鍍法、分子束外延法中任一種或其組合，形成圖案。
本發明(21)是由環狀單磁疇結構的微小磁體構成的磁記錄元件的製造方法，其特徵在於在至少包含非磁體襯底上至少描繪寫入用字線的工序、描繪磁阻效應元件的工序和描繪寫入用位線的工序的微小磁記錄元件的製造方法中，描繪所述磁阻效應元件的工序至少還包括平板狀的強磁體是其平面部形狀具有線對稱軸且在與該線對稱軸垂直的方向上為非對稱的第一微小磁體，將該第一微小磁體配置成使所述線對稱軸與因在所述寫入用字線和寫入用位線上通電而產生的合成感應磁場的方向垂直的工序；覆蓋所述平板狀強磁體頂面地沉積非磁性層的工序；以及在所述第一微小磁體垂直上方的所述非磁性層上，將與所述第一微小磁體相同材料且長寬比不同的形狀的第二微小磁體配置成使其界面平行的工序，通過所述合成感應磁場的控制，至少可控制長寬比小的微小磁體的感應磁場堙沒時的磁化方向。
本發明(22)是本發明(21)的磁記錄元件的製造方法，其特徵在於所述長寬比取決於同一平面形狀的強磁區域層厚度的差異。
本發明(23)是本發明(21)的磁記錄元件的製造方法，其特徵在於所述長寬比取決於強磁區域層的平面部面積的差異。
本發明(24)是本發明(18)～(23)中任一發明的磁記錄元件的製造方法，其特徵在於所述平面部形狀在其具有互相垂直的兩個線對稱軸的形狀中，在外周部設有相對於一個線對稱軸左右對稱且相對於另一線對稱軸左右非對稱的切口；
在施加所述平行外部磁場時，所述強磁區域層的邊緣部上的磁化方位顯示包含磁化方位不連續變化的部位的圓周方向分布。
本發明(25)是本發明(18)～(23)中任一發明的磁記錄元件的製造方法，其特徵在於所述平面部形狀是具有互相垂直的兩個線對稱軸的形狀和將一個線對稱軸作為長邊並將另一線對稱軸的小於一半的長度作為短邊的長方形被投影時的外緣形狀；在施加所述平行外部磁場時，所述磁性材料的邊緣部上的磁化方位顯示包含磁化方位不連續變化的部位的圓周方向分布。
本發明(26)是本發明(18)～(25)中任一發明的磁記錄元件的製造方法，其特徵在於所述平面部形狀的最大部分寬度為10nm以下。
本發明(27)是本發明(18)～(26)中任一發明的磁記錄元件，其特徵在於在所述強磁區域層的上下面還分別布置寫入用位線與寫入用字線，配置所述強磁區域層的線對稱軸，使得通過向這些布線通電產生的合成感應磁場作為所述平行外部磁場起作用。
本發明(28)是本發明(18)～(27)中任一發明的磁記錄元件的製造方法，其特徵在於將所述強磁體區域層在垂直方向多層層疊使各強磁體區域層的平面部平行且使各強磁體區域層間夾著非磁性層，各平面部的線對稱軸的方位沿垂直方向配置成彼此間具有相位差，根據由寫入位線和寫入用字線產生的合成感應磁場的方向，可獨立控制除最下層和/或最上層的強磁體區域層的任何一層以上中間的各強磁體區域層的磁化方向。
本發明(29)是一種磁隨機存取存儲器的製造方法，其特徵在於利用本發明(27)或(28)任一發明的磁記錄元件的製造方法，在所述非強磁體襯底上配置多個該磁記錄元件，可獨立選擇各磁記錄元件。
本發明(30)是本發明(29)的磁隨機存取存儲器的製造方法，其特徵在於在所述非強磁體襯底上配置的多個所述磁記錄元件配置成使相鄰的磁記錄元件的同一高度的強磁體區域層的各平面部線對稱軸彼此不在同一方位。
這裡，根據強磁體區域的形狀各向異性的效果，局部區域的磁化方向(極化方向)即便在外部磁場的下方，也未必與外部磁場平行，沿著強磁體區域的外緣形狀發生磁化方位分布的不連續。認為由於該磁化方位分布上的不連續，在撤消外部磁場時，局部的C型渦旋結構導入強磁體區域，並在整個強磁體區域傳播，從而產生渦旋結構的環狀單磁疇結構。
附圖的簡單說明
圖1是關於本發明的微小磁體的平面部形狀的說明圖。
圖2是本發明的微小磁體對應於外部磁場的磁化履歷的示圖。
圖3是關於本發明的微小磁體的磁記錄方式的說明圖。
圖4是渦旋堙沒磁場的磁體厚度依存性的示圖。
圖5是渦旋堙沒磁場的磁體直徑依存性的示圖。
圖6是用本發明的微小磁體構成MRAM時的元件剖視圖。
圖7是用本發明的微小磁體構成MRAM時單元配置的一形態的示圖。
圖8是本發明的多值記錄元件的元件結構的示圖。
實施本發明的最佳方式圖1表示一例採用本發明的強磁體的平面部形狀。該平面部形狀是由圓形切去一部分或在一部分上設置凸部的形狀，基本上具有在外部磁場的方向上左右非對稱，而在其垂直方向上左右對稱的形狀。
圖1中，採用直徑(D)1μm的圓上，將該圓直徑D為長邊並其0.25×D為短邊的長方形，使長邊通過圓中心地重疊時的投影形狀作為平面形狀。另外，其厚度為50nm。還有，本發明並不限於該圖1的形狀。
實施例1
對該圖1所示的強磁體施加1000Oe的外部磁場時模擬試驗的磁化方向的樣子如圖2所示。本例中，將外部磁場的施加方向與所述長方形的長邊平行地配置，設成對外部磁場非對稱且與外部磁場的垂直方向左右對稱。
首先，將1000Oe的外部磁場按圖中由左到右方向施加時磁化的樣子顯示在右側的方塊。外部磁場貫通強磁體內，從而強磁體內的磁化也大致與外部磁場平行。這裡，由圓的外周突出的長方形部分的磁化方向並不與外部磁場完全平行，判斷在強磁體的外周部的磁化方向的變化上發生了不連續。認為是由端面效應引起的。
接著，由該狀態撤消外部磁場時的磁化的樣子顯示在圖中央上側的方塊中。其結果，形成順時針方向渦旋結構的封閉單磁疇。
另外，對成為該渦旋結構的試料反向施加1000Oe的外部磁場時的樣子顯示在圖中左側的方塊中。觀察到與外部磁場平行地箭頭方向(磁化方向)大致左方向對齊。
然後，由該左方向對齊的狀態一旦撤消外部磁場(成為0Oe)，則如圖中央下側的方塊所示，觀察到逆時針方向的磁化。
還有，對該逆時針卷繞的磁體，又施加右方向或左方向的外部磁場時，也同樣能按外部磁場相同的方向磁化，表示具有再現性。同樣地，根據由圖中央上側的狀態施加外部磁場的方向，能夠自由地將磁化方向向一方對齊。
由這結果可確認通過切換外部磁場的磁場方向，能夠自由控制強磁體區域內的磁化方向分布，尤其能夠控制渦旋結構的旋轉方向。並且，判斷該磁化方向的控制為可逆且可無限次重複進行。
通過比較實施例，明確了沿著上述磁化方向變化時不連續的部位的磁化方向，渦旋卷繞。認為該磁化方向上的不連續是因對應於外部磁場伴隨形狀各向異性的端面效應而產生，在該外部磁場的方向上不左右對稱的磁化分量，在撤消外部磁場時殘留，由於該局部的磁化歪曲，確定在整個磁體上擴散的渦旋方向。
實施例2圖3是利用本發明的微小磁體構成磁記錄元件時的原理說明圖。在中間夾著薄的非磁性層(2)地將本發明的磁體上下兩層配置，並將這種結構在平面上配置多個。使下側磁體的層厚較大並作為固定層(3)，並將上側較薄的磁性層作為自由層(1)。
這裡，兩個強磁體的磁化方向相同時，兩個強磁體層間的阻抗值較小，而在磁化方向相反時阻抗值較大，這種效應作為磁阻效應眾所周知。因而，本發明的磁記錄元件，根據外部磁場控制自由層的渦旋磁場方向，從而進行寫入，且利用磁阻效應，通過判定該磁化方向來進行讀出。
這裡，關於渦旋磁場的形狀依存性，在圖4和圖5中示出其測定結果。圖4是使直徑1微米的強磁體的厚度進行各種變化，測定渦旋磁場堙沒的外部磁場大小的結果。另一方面，圖5是使厚度50nm的強磁體的直徑進行各種變化，同樣測定渦旋磁場堙沒的外部磁場大小的結果。
由這些結果判斷出能夠通過使夾著非磁性層的兩個強磁體形狀的長寬比不同，使渦旋磁場的堙沒磁場上存在差異。因而，將強磁體形狀中長寬比大的一方作為固定了磁化方向的固定層，並通過施加兩個強磁體的渦旋堙沒磁場之間的磁場來控制另一方的自由層的磁化方位。從而，本發明需要用以固定一方的磁化方向的定位層。
實施例3本發明的微小磁體中，與磁體的左右對稱軸垂直的方向配置成與寫入用位線和寫入用字線(ww1，ww2)發生的合成磁場方向平行，構成磁隨機存取存儲器。該元件剖視圖如圖6所示。另外敷設了讀出位線及讀出用的字線(rw1，rw2)。這些讀出用線的電流量小於寫入用線，因此不影響磁阻效應元件的磁化方向。
這裡，寫入用位線與寫入用字線(ww1，ww2)交叉點單元以外的單元上，不與感應磁場合成，因此寫入用字線與寫入用位線的電流量設定為感應磁場不超過自由層的渦旋堙沒磁場。
磁阻效應元件上下的強磁層上的磁化方向相同時，兩個強磁層間的阻抗值變小，相反地在反向時阻抗值變大，因此如果通過讀出用的位線和讀出用的字線選擇所需單元並檢出隧道電流大小，就能讀出該單元的自由層(1)的磁化方向。
還有，如果如圖7那樣在相鄰的單元間使自由層(1)的線對稱軸方位彼此差異地配置，就不易受選擇相鄰單元時的感應磁場的影響，因此緩和單元分離的問題，並能進一步實現單元配置的高密度化。
實施例4圖8概略表示在一個單元上記錄多值的單元結構。基本上強磁體區域沿垂直方向配置多層。首先，固定層(fx1，fx2)構成為不具有與自由層(fr1～fr)相同的平面形狀。從而，能夠取較大的長寬比，能夠將因形狀各向異性的自由層周邊部上磁化方位散亂而產生的對磁阻的影響抑制為最小。
在層間插入隧道勢壘層(tb1～tb5)，並使各自由層(fr1～fr4)的平面部線對稱軸每90度移相地沿垂直方向層疊配置。還有，各自由層間的相位差並不限於90度，但考慮寫入用字線和寫入用位線的布線設計，在90度的場合容易多層化。
還有，對寫入用字線和寫入用位線施加電流時，該電流大小能夠發生使一個自由層的線對稱軸和垂直方向的磁場成為渦旋堙沒磁場以上，且其它自由層的線對稱軸和垂直方向的磁場分量成為自由層的渦旋堙沒磁場以下以及固定相的渦旋堙沒磁場以下的強度的感應磁場，能夠只控制所要的自由層的磁化方位。
但是，由於讀出時檢出固定層(rb1，rb2)間的阻抗值，本實施例中，每一單元上不能記錄2的4(自由層數)次方的信息量。但是，在自由層為一層時，與只有0，1的2值的情況相比，能夠在一個單元上存儲3值，而且該值也成為0，2，4的強度，因此取得較大的S/N比，即便將單元小型化，也可期待足夠大小的阻抗值變化。
發明的效果依據本發明，即使是納米級的微小磁體，也能控制其渦旋結構上的磁化方向。因而，能夠進一步減小單元面積，因此也能實現與DRAM的混裝或取代DRAM等技術目標。
還有，在本發明的磁體的場合，由於具有形狀各向異性，如果將各磁阻效應元件的形狀各向異性的對稱軸移相後沿垂直方向配置，能夠將由其它層的寫入用字線施加的感應磁場的影響抑制得較小，因此可多層配置，並可期待更高的高集成化。另外，本發明中，不需要用以固定一方的磁化方向的定位層，因此能簡化MRAM等器件製造的步驟，並可減小相對集成密度的製造成本。
權利要求
1.一種微小磁體，其特徵在於由平板狀強磁體構成，其平面部形狀具有線對稱軸的同時在與該線對稱軸垂直的方向上非對稱，在平行外部磁場堙沒時顯示環狀單磁疇結構。
2.一種微小磁體，其特徵在於由強磁材料構成，並具有與可導通、截止及反轉控制的平行外部磁場平行的平面部；該平面部形狀相對於所述平行外部磁場非對稱，並具有在與所述平行外部磁場垂直的方向上左右對稱的線對稱軸；在施加所述平行外部磁場後撤消時顯示環狀單磁疇結構。
3.如權利要求1或2所述的微小磁體，其特徵在於所述平面部形狀在其具有互相垂直的兩個線對稱軸的形狀中，在外周部設有相對於一個線對稱軸左右對稱且相對於另一線對稱軸左右非對稱的切口；在施加所述平行外部磁場時，所述磁性材料的邊緣部上的磁通方位顯示包含磁通方位不連續變化的部位的圓周方向分布。
4.如權利要求1或2所述的微小磁體，其特徵在於所述平面部形狀是具有互相垂直的兩個線對稱軸的形狀和將一個線對稱軸作為長邊並將另一線對稱軸的小於一半的長度作為短邊的長方形被投影時的外緣形狀；在施加所述平行外部磁場時，所述磁性材料的邊緣部上的磁化方位顯示包含磁化方位不連續變化的部位的圓周方向分布。
5.如權利要求1至4中任一項所述的微小磁體，其特徵在於所述平面部形狀的最大寬度為10nm以下。
6.一種磁記錄元件，其特徵在於在非強磁體襯底上設有至少一個以上的強磁區域層，並設有可對該強磁區域層施加可導通、截止及反轉控制的平行磁場的外部磁場發生部件；所述強磁區域層的平面形狀相對所述外部磁場發生部件的平行磁場為左右非對稱，並具有相對與該平行磁場垂直的方向成為左右對稱的線對稱軸，通過所述外部磁場發生部件，在施加外部磁場後使該外部磁場堙沒，從而使所述強磁區域層成為環狀單磁疇結構，而在反轉所述外部磁場後施加，然後使該外部磁場堙沒，從而使所述強磁區域層成為具有反向的磁化方向的環狀單磁疇結構。
7.一種磁記錄元件，其特徵在於在非強磁體襯底上設有至少一個以上的強磁區域層，並設有可對該強磁區域層施加可導通、截止及反轉控制的平行磁場的外部磁場發生部件；所述強磁區域層的平面形狀相對所述外部磁場發生部件的平行磁場為左右非對稱，並具有相對與該平行磁場垂直的方向成為左右對稱的線對稱軸，通過所述外部磁場發生部件施加的磁場方向，並不與所述強磁體區域層的左右非對稱軸平行時，所述強磁體區域層的環狀單磁疇結構在磁場堙沒後不變化。
8.如權利要求6或7所述的磁記錄元件，其特徵在於所述強磁區域層夾著非磁性層在上下方向成為層疊結構，通過至少使上下任一方的強磁區域層的長寬比大於另一方強磁體區域層地形成，使長寬比小的強磁體區域的磁化方向相對長寬比大的強磁體區域的磁化方向可獨立控制地構成，基於所述強磁區域層間的阻抗值，檢出所述強磁區域層的磁化方向。
9.如權利要求8所述的磁記錄元件，其特徵在於所述長寬比取決於同一平面形狀的強磁區域層厚度的差異。
10.如權利要求8所述的磁記錄元件，其特徵在於所述長寬比取決於強磁區域層的平面部面積的差異。
11.如權利要求6至10中任一項所述的磁記錄元件，其特徵在於所述平面部形狀在其具有互相垂直的兩個線對稱軸的形狀中，在外周部設有相對於一個線對稱軸左右對稱且相對於另一線對稱軸左右非對稱的切口；在施加所述平行外部磁場時，所述強磁區域層的邊緣部上的磁化方位顯示包含磁化方位不連續變化的部位的圓周方向分布。
12.如權利要求6至10中任一項所述的磁記錄元件，其特徵在於所述平面部形狀是具有互相垂直的兩個線對稱軸的形狀和將一個線對稱軸作為長邊並將另一線對稱軸的小於一半的長度作為短邊的長方形被投影時的外緣形狀；在施加所述平行外部磁場時，所述磁性材料的邊緣部上的磁化方位顯示包含磁化方位不連續變化的部位的圓周方向分布。
13.如權利要求6至12中任一項所述的磁記錄元件，其特徵在於所述平面部形狀中最大部分寬度是10nm以下。
14.如權利要求6至14中任一項所述的磁記錄元件，其特徵在於在所述強磁區域層的上下面還分別布置寫入用位線與寫入用字線，配置所述強磁區域層的線對稱軸，使得通過向這些布線通電產生的合成感應磁場作為所述平行外部磁場起作用。
15.如權利要求6至14中任一項所述的磁記錄元件，其特徵在於將所述強磁體區域層在垂直方向多層層疊使各強磁體區域層的平面部平行且使各強磁體區域層間夾著非磁性層，各平面部的線對稱軸的方位沿垂直方向配置成彼此間具有相位差，根據由寫入位線和寫入用字線產生的合成感應磁場的方向，可獨立控制除最下層和/或最上層的強磁體區域層的任何一層以上中間的各強磁體區域層的磁化方向。
16.一種磁隨機存取存儲器，其特徵在於在所述非強磁體襯底上配置多個權利要求14或15所述的磁記錄元件，可獨立選擇各磁記錄元件。
17.如權利要求16所述的磁隨機存取存儲器，其特徵在於在所述非強磁體襯底上配置的多個所述磁記錄元件配置成使相鄰的磁記錄元件的同一高度的強磁體區域層的各平面部線對稱軸彼此不在同一方位。
18.一種環狀單磁疇結構的微小磁體的製造方法，其特徵在於至少包含平板狀的強磁體是其平面部形狀具有線對稱軸且在與該線對稱軸垂直的方向上非對稱的微小磁體，將該微小磁體在可施加平行外部磁場的區域內，使所述線對稱軸與該平行外部磁場的施加方向垂直地配置的工序；以及配置向所述微小磁體施加所述平行外部磁場的外部磁場形成部件的工序。
19.如權利要求18所述的環狀單磁疇結構的微小磁體的製造方法，其特徵在於所述平行外部磁場形成部件可使施加的磁場方向反轉並可導通、截止。
20.如權利要求18或19所述的環狀單磁疇結構的微小磁體的製造方法，其特徵在於所述微小磁體通過濺鍍法、電子束蒸鍍法、分子束外延法中任一種或其組合，形成圖案。
21.一種由環狀單磁疇結構的微小磁體構成的磁記錄元件的製造方法，其特徵在於在至少包含非磁體襯底上至少描繪寫入用字線的工序、描繪磁阻效應元件的工序和描繪寫入用位線的工序的微小磁記錄元件的製造方法中，描繪所述磁阻效應元件的工序至少還包括平板狀的強磁體是其平面部形狀具有線對稱軸且在與該線對稱軸垂直的方向上為非對稱的第一微小磁體，將該第一微小磁體配置成使所述線對稱軸與因在所述寫入用字線和寫入用位線上通電而產生的合成感應磁場的方向垂直的工序；覆蓋所述平板狀強磁體頂面地沉積非磁性層的工序；以及在所述第一微小磁體垂直上方的所述非磁性層上，將與所述第一微小磁體相同材料且長寬比不同的形狀的第二微小磁體配置成使其界面平行的工序，通過所述合成感應磁場的控制，至少可控制長寬比小的微小磁體的感應磁場堙沒時的磁化方向。
22.如權利要求21所述的磁記錄元件的製造方法，其特徵在於所述長寬比取決於同一平面形狀的強磁區域層厚度的差異。
23.如權利要求21所述的磁記錄元件的製造方法，其特徵在於所述長寬比取決於強磁區域層的平面部面積的差異。
24.如權利要求18至23中任一項所述的磁記錄元件的製造方法，其特徵在於所述平面部形狀在其具有互相垂直的兩個線對稱軸的形狀中，在外周部設有相對於一個線對稱軸左右對稱且相對於另一線對稱軸左右非對稱的切口；在施加所述平行外部磁場時，所述強磁區域層的邊緣部上的磁化方位顯示包含磁化方位不連續變化的部位的圓周方向分布。
25.如權利要求18至23中任一項所述的磁記錄元件的製造方法，其特徵在於所述平面部形狀是具有互相垂直的兩個線對稱軸的形狀和將一個線對稱軸作為長邊並將另一線對稱軸的小於一半的長度作為短邊的長方形被投影時的外緣形狀；在施加所述平行外部磁場時，所述磁性材料的邊緣部上的磁化方位顯示包含磁化方位不連續變化的部位的圓周方向分布。
26.如權利要求18至25中任一項所述的磁記錄元件的製造方法，其特徵在於所述平面部形狀的最大部分寬度為10nm以下。
27.如權利要求18至26中任一項所述的磁記錄元件，其特徵在於在所述強磁區域層的上下面還分別布置寫入用位線與寫入用字線，配置所述強磁區域層的線對稱軸，使得通過向這些布線通電產生的合成感應磁場作為所述平行外部磁場起作用。
28.如權利要求18至27中任一項所述的磁記錄元件的製造方法，其特徵在於將所述強磁體區域層在垂直方向多層層疊使各強磁體區域層的平面部平行且使各強磁體區域層間夾著非磁性層，各平面部的線對稱軸的方位沿垂直方向配置成彼此間具有相位差，根據由寫入位線和寫入用字線產生的合成感應磁場的方向，可獨立控制除最下層和/或最上層的強磁體區域層的任何一層以上中間的各強磁體區域層的磁化方向。
29.一種磁隨機存取存儲器的製造方法，其特徵在於利用權利要求27或28所述的磁記錄元件的製造方法，在所述非強磁體襯底上配置多個該磁記錄元件，可獨立選擇各磁記錄元件。
30.如權利要求29所述的磁隨機存取存儲器的製造方法，其特徵在於在所述非強磁體襯底上配置的多個所述磁記錄元件配置成使相鄰的磁記錄元件的同一高度的強磁體區域層的各平面部線對稱軸彼此不在同一方位。
全文摘要
由平板狀強磁體構成，其平面部形狀具有線對稱軸的同時在與該線對稱軸垂直的方向上非對稱，在平行外部磁場堙沒時顯示環狀單磁疇結構，通過這種結構的微小磁體和採用該微小磁體的MRAM或它們的製造方法，能夠在納米級的微小磁體上控制磁化方向，並可消除改寫及寫入次數的限制。
文檔編號H01L43/08GK1833320SQ20048002250
公開日2006年9月13日 申請日期2004年6月4日 優先權日2003年6月5日
發明者秋永廣幸, 小野寬太, 尾島正治, 谷內敏之 申請人:獨立行政法人產業技術綜合研究所