磁気装置

本発明の実施形態は、磁気装置に関する。

半導体を用いた記憶装置や論理回路装置がある。記憶装置や論理回路装置として、磁性体を用いる構成も考えられる。例えば、このような装置の高い密度化のために、新規な構成が望まれる。

米国特許出願公開第2011/0149649A1号明細書

本発明の実施形態は、高密度の磁気装置を提供する。

本発明の実施形態によれば、第1延在磁性部と、第1導電部と、第1挿入磁性部と、1中間部と、を含む磁気装置が提供される。前記第1延在磁性部は、導電性である。前記第1延在磁性部は、第1延在方向に延び可変の第1磁化を有し第1部分を含む第1磁性領域と、前記第1延在方向に延び前記第1磁化とは異なる方向の可変の磁化を有する第2磁性領域と、を含む。前記第1導電部は、前記第1延在方向と交差する積層方向において前記第1部分と離間する。前記第1挿入磁性部は、前記第1導電部と前記第1部分との間に設けられ可変の第2磁化を有する。前記第1中間部は、前記第1部分と前記第1挿入磁性部との間に設けられる。

図1(a)及び図1(b)は、第1の実施形態に係る磁気装置を示す模式的斜視図である。

図2(a)〜図2(d)は、第1の実施形態に係る磁気装置を示す模式的断面図である。

第1の実施形態に係る磁気装置の動作を示す模式図である。

図4(a)及び図4(b)は、第1の実施形態に係る磁気装置の動作を示すフローチャート図である。

第1の実施形態に係る別の磁気装置を示す模式的斜視図である。

第1の実施形態に係る別の磁気装置を示す模式的斜視図である。

図7(a)及び図7(b)は、第2の実施形態に係る磁気装置を示す模式的斜視図である。

図8(a)〜図8(c)は、第3の実施形態に係る磁気装置を示す模式図である。

図9(a)〜図9(g)は、第3の実施形態に係る別の磁気装置を示す模式図である。

図10(a)及び図10(b)は、第3の実施形態に係る別の磁気装置を示す模式図である。

第4の実施形態に係る磁気装置を示す模式的斜視図である。

図12(a)〜図12(c)は、第5の実施形態に係る磁気装置を示す模式的斜視図である。

図13(a)及び図13(b)は、第5の実施形態に係る別の磁気装置を示す模式的斜視図である。

以下に、各実施の形態について図面を参照しつつ説明する。 なお、図面は模式的または概念的なものであり、部分間の大きさの比率などは、必ずしも現実のものと同一とは限らない。また、同じ部分を表す場合であっても、図面により互いの寸法や比率が異なって表される場合もある。 なお、本願明細書と各図において、既出の図に関して前述したものと同様の要素には同一の符号を付して詳細な説明は適宜省略する。

(第1の実施形態) 図1(a)及び図1(b)は、第1の実施形態に係る磁気装置を例示する模式的斜視図である。 これらの図は、本実施形態に係る磁気装置110の構成を例示している。これらの図は、互いに異なる2つの動作状態も例示している。図1(a)は、第1状態ST01を示す。図1(b)は、第2状態ST02を示す。

図1(a)及び図1(b)に例示したように、磁気装置110は、第1延在磁性部11と、第1導電部51と、第1挿入磁性部21と、第1中間部31と、を含む。

第1延在磁性部11は、導電性である。第1延在磁性部11は、第1磁性領域11aと、第2磁性領域11bと、を含む。

第1磁性領域11aは、第1延在方向De1に延びる。第1磁性領域11aは、第1磁化11amを有する。第1磁化11amは、可変である。第1磁性領域11aは、第1部分p1を有する。

第2磁性領域11bは、第1延在方向De1に延びる。第2磁性領域11bは、磁化11bmを有する。磁化11bmは、可変である。磁化11bmは、第1磁化11amとは異なる方向である。例えば、第2磁性領域11bの磁化11bmは、第1磁化11amとは逆である。

例えば、第1延在磁性部11は、第1延在方向De1に延びる。後述するように、複数の延在磁性部が設けられても良い。これらの延在磁性部は、例えば、配線10となっても良い。

この例では、第1延在磁性部11は、磁壁11wをさらに含む。磁壁11wは、第1磁性領域11aと第2磁性領域11bとの間に設けられる。磁壁11wは、第1延在方向De1に延びる。

第1導電部51は、積層方向Dsにおいて、第1部分p1と離間する。積層方向Dsは、第1延在方向De1と交差する。この例では、第1導電部51は、第1延在方向De1と交差する方向に延びる。

第1挿入磁性部21は、第1導電部51と第1部分p1との間に設けられる。第1挿入磁性部21は、第2磁化21mを有する。第2磁化21mは、可変である。

第1中間部31は、第1部分p1と第1挿入磁性部21との間に設けられる。第1中間部31は、例えば、非磁性である。

例えば、第1延在方向De1をX軸方向とする。積層方向DsをZ軸方向とする。X軸方向とZ軸方向とに対して垂直な方向をY軸方向とする。この例では、第1導電部51は、Y軸方向に沿って延びている。

X−Y平面(積層方向Dsに対して垂直な平面)に投影したときに、第1挿入磁性部21は、第1磁性領域11aと重なる。X−Y平面に投影したときに、第1挿入磁性部21は、第2磁性領域11bと重ならない。

例えば、第1延在方向De1に対して交差し、積層方向Dsに対して交差する方向を幅方向Dwとする。幅方向Dwは、例えば、第1延在方向De1に対して垂直で、積層方向Dsに対して垂直である。幅方向Dwは、例えばY軸方向である。

幅方向Dwに沿った第1挿入磁性部21の長さ21wは、幅方向Dwに沿った第1磁性領域11aの長さ11aw以下である。例えば、長さ21wは、長さ11awよりも短い。

例えば、第1磁性領域11aの第1磁化11amは、積層方向Dsに沿う成分を有する。例えば、第2磁性領域11bの磁化11bmは、積層方向Dsに沿う成分を有する。

例えば、第1磁化11amは、積層方向Dsに沿う。例えば、第2磁性領域11bの磁化11bmは、積層方向Dsに沿う。

例えば、図1(a)に例示した第1状態ST01においては、第1延在磁性部11に第1電流I1が流れる。第1電流I1は、第1延在方向De1に沿う。第1状態ST01において、第1磁性領域11aの第1磁化11amを第1方向とする。図1(a)の例では、第1方向は、例えば、「下向き」である。第1状態ST01において、第2磁性領域11bの磁化11bmは、「上向き」である。

本明細書において、説明を簡単にするために、「下向き」または「上向き」の表現を用いる。これらの表現は、「下」または「上」に限定されず、互いに逆方向であることを示す。

図1(b)に例示した第2状態ST02においては、第1延在磁性部11に第2電流I2が流れる。第2電流I2は、第1電流I1の方向とは逆の方向に流れる。第2状態ST02において、第1磁性領域11aの第1磁化11amの方向を第2方向とする。図1(b)の例では、第2方向は、例えば、「上向き」である。第2状態ST02において、第2磁性領域11bの磁化11bmは、「下向き」である。

このように、第1方向(第1状態ST01の第1磁性領域11aの第1磁化11amの方向)は、第2方向(第2状態ST02の第1磁性領域11aの第1磁化11amの方向)と、逆である。

そして、第1状態ST01における第2磁性領域11bの磁化11bmは、第2状態ST02における第2磁性領域11bの磁化11bmと、逆である。

例えば、第1状態ST01における第2磁性領域11bの磁化11bmは、第1方向と逆である。第2状態ST02における第2磁性領域11bの磁化11bmは、第2方向と逆である。

一方、第1挿入磁性部21の第2磁化21mは、例えば、第1磁性領域11aの第1磁化11amに沿う成分を有する。例えば、第2磁化21mは、第1磁化11amに沿う。

図1(a)及び図1(b)に示した例では、第2磁化21mは、「下向き」である。

例えば、第1延在磁性部11と第1導電部51との間の電気抵抗は、第1磁化11amと第2磁化21mとの関係に応じて変化する。例えば、この変化は、磁気抵抗効果に基づく。

電気抵抗の変化が、例えば、論理回路の動作に用いられる。電気抵抗の変化は、例えば、情報の記憶に用いられる。例えば、磁気装置110は、論理回路装置に応用できる。磁気装置110は、例えば、記憶装置に応用できる。例えば、第1磁化11am及び第2磁化21mの少なくともいずれかにより情報が記憶される。

上記のように、第1延在磁性部11における磁化は、例えば、上記の電流により変化する。この例では、磁気装置110は、駆動部70をさらに含む。駆動部70は、第1延在磁性部11に電気的に接続される。後述するように、第1延在磁性部11と第1導電部51との間に電流を流すことができる。駆動部70は、第1導電部51にさらに電気的に接続されても良い。

駆動部70は、第1電流I1及び第2電流I2を第1延在磁性部11に供給する。駆動部70の動作により、第1状態ST01及び第2状態ST02が形成できる。

例えば、電流により生じる磁界により、第1磁性領域11aの第1磁化11amと、第2磁性領域11bの磁化11bmと、が形成される。第1電流I1の方向は、第2電流I2の方向とは逆である。電流の方向により、異なる磁化が形成される。磁化の形成は、例えば、エルステッド磁界に基づく。

例えば、2つの配線の間に、自由層と、参照層と、自由層と参照層との間の中間層と、が設けられる第1参考例がある。自由層の磁化、及び、参照層の磁化の状態により、電気抵抗が変化する。第1参考例においては、配線とは別に参照層が設けられる。

これに対して、磁気装置110においては、例えば、第1磁性領域11aの第1磁化11amと、第1挿入磁性部21の第2磁化21mと、により、電気抵抗の状態が得られる。例えば、第1延在磁性部11は、配線として機能することができる。このため、実施形態においては、参照層が省略できる。装置の小型化が容易である。

一方、例えば、線状の磁性線の延在方向に沿って、複数の磁性領域を設ける第2参考例がある。この場合には、磁壁は、延在方向と直交する。この第2参考例においては、複数の磁性領域を磁性線の延在方向に形成するために、動作が複雑である。従って、駆動部も複雑になる。

これに対して、実施形態においては、複数の磁性領域のそれぞれは、磁性線の延在方向に延びる。すなわち、第1磁性領域11aは、第1延在方向De1に沿って延びる。磁壁は、第1延在方向De1に沿って延びる。実施形態においては、例えば、電流の向きによって、磁性領域の磁化が制御される。これにより、磁化を簡単に、精度良く制御できる。装置の小型化が容易である。 実施形態によれば、高密度の磁気装置が提供できる。

実施形態において、例えば、第1延在磁性部11には、垂直磁化異方性を有する磁性材料が用いられる。垂直磁化異方性を有する磁性材料においては、磁化が積層方向Dsに沿っていることが好ましい。例えば、第1延在磁性部11は、コバルト、鉄及びニッケルの少なくともいずれかを含む。例えば、第1延在磁性部11は、クロム(Cr)、ジルコニア(Zr)、銅(Cu)、ルテニウム(Ru)、テルビウム(Tb)、シリコン(Si)、ゲルマニウム(Ge)、ガリウム(Ga)、マグネシウム(Mg)、マンガン(Mn)、ビスマス(Bi)、ボロン(B)、アンチモン(Sb)、白金(Pt)、タンタル(Ta)、タングステン(W)、パラジウム(Pd)、銀(Ag)、イリジウム(Ir)、金(Au)及びアルミニウム(Al)の少なくともいずれかをさらに含んでも良い。

実施形態において、例えば、第1挿入磁性部21には、垂直磁化異方性を有する磁性材料が用いられる。例えば、第1挿入磁性部21は、コバルト、鉄及びニッケルの少なくともいずれかを含む。第1挿入磁性部21は、クロム(Cr)、ジルコニア(Zr)、銅(Cu)、ルテニウム(Ru)、テルビウム(Tb)、シリコン(Si)、ゲルマニウム(Ge)、ガリウム(Ga)、マグネシウム(Mg)、マンガン(Mn)、ビスマス(Bi)、ボロン(B)、アンチモン(Sb)、白金(Pt)、タンタル(Ta)、タングステン(W)、パラジウム(Pd)、銀(Ag)、イリジウム(Ir)、金(Au)及びアルミニウム(Al)の少なくともいずれかをさらに含んでも良い。

例えば、第1中間部31には、酸化物が用いられる。第1中間部31は、例えばマグネシウムの酸化物を含むことが好ましい。第1中間部31には、MR比を向上させる材料を用いることができる。例えば、第1中間部31は、アルミニウム(Al)、チタン(Ti)、タンタル(Ta)、コバルト(Co)、ニッケル(Ni)、シリコン(Si)、マグネシウム(Mg)及び鉄(Fe)の少なくともいずれかの酸化物を含む。例えば、第1中間部31は、アルミニウム(Al)、チタン(Ti)、タンタル(Ta)、コバルト(Co)、ニッケル(Ni)、シリコン(Si)、マグネシウム(Mg)及び鉄(Fe)の少なくともいずれかの窒化物を含む。例えば、第1中間部31は、アルミニウム(Al)、チタン(Ti)、タンタル(Ta)、コバルト(Co)、ニッケル(Ni)、シリコン(Si)、マグネシウム(Mg)及び鉄(Fe)のフッ化物を含む。

例えば、第1延在磁性部11の厚さは、0.2nm以上400nm以下である。厚さは、Z軸方向に沿った長さである。第1延在磁性部11の幅は、例えば、10nm以上5000nm以下である。第1磁性領域11aの幅(長さ11aw)は、例えば、5nm以上5000nm以下である。第2磁性領域11bの幅は、例えば、5nm以上5000nm以下である。磁壁11wの幅は、例えば、1nm以上500nm以下である。幅は、例えば、Y軸方向に沿った長さである。第1延在磁性部11の長さ(X軸方向に沿った長さ)は、例えば、0.01μm以上1000μm以下である。

第1挿入磁性部21の厚さは、例えば、0.2nm以上400nm以下である。第1挿入磁性部21の幅(例えば長さ21w)は、例えば、5nm以上5000nm以下である。

第1中間部31の厚さは、例えば、0.5nm以上50nm以下である。

上記の厚さ、幅及び長さは、例である。実施形態において、これらの値は、任意である。

この例では、第1磁性領域11aから第2磁性領域11bに向かう方向は、第1延在方向De1と交差し、積層方向Dsと交差する。実施形態において、第1磁性領域11aから第2磁性領域11bに向かう方向が積層方向Dsに対して平行でも良い。例えば、第2磁性領域11bと第1導電部51との間に、第1磁性領域11aが設けられても良い。以下では、第1磁性領域11aから第2磁性領域11bに向かう方向が、第1延在方向De1と交差し、積層方向Dsと交差する場合について説明する。

磁気装置110においては、第1磁化11am及び第2磁化21mにより、例えば、4種類の状態が形成される。以下、これらの状態の例について、説明する。

図2(a)〜図2(d)は、第1の実施形態に係る磁気装置を例示する模式的断面図である。 図2(a)に例示した第1状態ST01においては、第1電流I1が流れる。第1磁化11amは、下向きである。第2磁化21mは、下向きである。例えば、第1延在磁性部11と第1導電部51との間に、第3電流I3が流される。第3電流I3の方向は、例えば、第1導電部51から第1延在磁性部11に向かう。例えば、第1磁性領域11aと第1挿入磁性部21との間において、例えば、スピントランスファトルクが作用する。これにより、第2磁化21mは、第1磁化11amに応じた方向となる。この場合は、第2磁化21mは、第1磁化11amと同じ(平行)である。

図2(b)に例示した第2状態ST02においては、第2電流I2が流れる。第1磁化11amは、上向きである。第2磁化21mは、下向きである。例えば、第1延在磁性部11と第1導電部51との間に、第4電流I4が流される。第4電流I4の方向は、例えば、第1延在磁性部11から第1導電部51に向かう。この場合も、第1磁性領域11aと第1挿入磁性部21との間において、例えば、スピントランスファトルクが作用する。これにより、第2磁化21mは、第1磁化11amに応じた方向となる。この場合は、第2磁化21mは、第1磁化11amと逆(反平行)になる。

図2(c)に例示した第3状態ST03においては、第1電流I1が流れる。第1磁化11amは、下向きである。第2磁化21mは、上向きである。例えば、第1延在磁性部11と第1導電部51との間に、第4電流I4が流される。この場合も、スピントランスファトルクが作用する。これにより、第2磁化21mは、第1磁化11amに応じた方向となる。この場合は、第2磁化21mは、第1磁化11amと逆(反平行)である。

図2(d)に例示した第4状態ST04においては、第2電流I2が流れる。第1磁化11amは、上向きである。第2磁化21mは、上向きである。例えば、第1延在磁性部11と第1導電部51との間に、第3電流I3が流される。この場合も、スピントランスファトルクが作用する。これにより、第2磁化21mは、第1磁化11amに応じた方向となる。この場合は、第2磁化21mは、第1磁化11amと同じ(平行)である。

例えば、第2磁化21mの方向が第1磁化11amの方向と同じとき、第1延在磁性部11と第1導電部51との間の電気抵抗は、第1抵抗である。例えば、第2磁化21mの方向が第1磁化11amの方向と逆のとき、第1延在磁性部11と第1導電部51との間の電気抵抗は、第2抵抗である。第2抵抗は、第1抵抗とは異なる。例えば、第2抵抗は、第1抵抗よりも高い。 例えば、この抵抗の変化を利用して、論理回路が得られる。

図3は、第1の実施形態に係る磁気装置の動作を例示する模式図である。 図3に例示したように、第1磁化11amの2つ状態を、例えば「0」と「1」とに対応させる。例えば、第1磁化11amが「下向き」である状態が、「0」に対応する。第1磁化11amが「上向き」である状態が、「1」に対応する。例えば、第1磁化11amの状態を第1入力IN1とする。

第2磁化21mの2つ状態を、例えば「0」と「1」とに対応させる。例えば、第2磁化21mが「下向き」である状態が、「0」に対応する。第2磁化21mが「上向き」である状態が、「1」に対応する。第2磁化21mの状態を第2入力IN2とする。

第1延在磁性部11と第1導電部51との間の電気抵抗は、第1抵抗または第2抵抗となる。第1抵抗(例えば低抵抗)を「0」に対応させる。第2抵抗(例えば高抵抗)を「1」に対応させる。電気抵抗の状態を出力OPとする。

出力OPは、第1入力IN1と第2入力IN2との排他的論理和(XOR)となる。すなわち、第1延在磁性部11と第1導電部51との間の電気的状態は、第1磁化11amの第1入力IN1と、第2磁化21mの第2入力IN2と、の排他的論理和に応じた状態となる。この例では、磁気装置110は、XORの論理回路として用いられる。

図4(a)及び図4(b)は、第1の実施形態に係る磁気装置の動作を例示するフローチャート図である。 図4(a)に例示したように、磁化を設定する(ステップS110)。磁化は、例えば、第1磁化11am及び第2磁化21mを含む。磁化の設定は、例えば、書き込み動作に対応する。書き込み動作は、消去動作を含む。

さらに、抵抗を測定する(ステップS120)。すなわち、第1延在磁性部11と第1導電部51との間の抵抗を測定する。この抵抗は、磁気抵抗効果に基づいて変化する。抵抗の測定は、例えば、読み出し動作に対応する。

図4(b)は、書き込み動作を例示しておる。例えば、第1磁化11amを設定する(ステップS111)。例えば、第1電流I1または第2電流I2を、第1延在磁性部11に供給する。第2磁化21mを設定する(ステップS112)。例えば、第3電流I3または第4電流I4を供給する。実施形態において、ステップS111及びステップS112は、互いに入れ替えが可能である。

図5は、第1の実施形態に係る別の磁気装置を例示する模式的斜視図である。 図5に表したように、本実施形態に係る別の磁気装置111においては、基板68がさらに設けられている。基板68の上に、第1延在磁性部11、第1導電部51、第1挿入磁性部21、及び、第1中間部31が設けられる。この例では、例えば、基板68の主面は、Y−Z平面に対して実質的に平行である。第1延在方向De1は、例えば、基板68に対して垂直である。

この例では、第1絶縁部67a及び第2絶縁部67bが設けられている。第1絶縁部67aと第2絶縁部67bとの間に、第1挿入磁性部21及び第1中間部31が配置される。この例では、第1絶縁部67aと第2絶縁部67bとの間に、第1導電部51が設けられる。

実施形態はこれに限らない。第1延在方向De1は、基板68に対して任意の方向でも良い。

図6は、第1の実施形態に係る別の磁気装置を例示する模式的斜視図である。 図6に表したように、本実施形態に係る別の磁気装置112においては、第1スイッチ素子55が設けられる。この例では、第1スイッチ素子55として、トランジスタが用いられる。第1スイッチ素子55は、例えば、第1半導体領域55aと、第2半導体領域55bと、チャネル領域55cと、ゲート55gと、ゲート絶縁層55iと、を含む。チャネル領域55cは、第1半導体領域55aと第2半導体領域55bとの間に設けられる。ゲート絶縁層55iは、ゲート55gとチャネル領域55cとの間に設けられる。例えば、第1半導体領域55aは、ソース領域である。第2半導体領域55bは、例えばドレン領域である。

例えば、基板68が設けられる。基板68の上に半導体層55lが設けられる。半導体層55lの上の一部に、第1半導体領域55a、第2半導体領域55b、及び、チャネル領域55cが設けられる。これらの半導体領域には、例えば、シリコンを用いても良い。半導体の材料は任意である。

この例では、第2半導体領域55bと第1延在磁性部11との間に、第1導電部51が配置される。第1導電部51は、例えば、Z軸方向に沿って延びる。第1導電部51は、第2半導体領域55bと電気的に接続される。

この例では、配線57及び接続部56がさらに設けられる。接続部56は、配線57と第1半導体領域55aとの間に設けられる。配線57は、接続部56を介して、第1半導体領域55aと電気的に接続される。

例えば、ゲート55gに供給される信号によって、配線57と第1導電部51との間の電気的接続状態が制御される。これにより、所望の書き込み動作、及び、所望の読み出し動作が可能になる。

実施形態において、第1スイッチ素子55として、ダイオードを用いても良い。

(第2の実施形態) 図7(a)及び図7(b)は、第2の実施形態に係る磁気装置を例示する模式的斜視図である。 これらの図は、本実施形態に係る磁気装置120の構成を例示する。これらの図は、互いに異なる2つの動作状態も例示している。図7(a)は、状態ST11を示す。図7(b)は、状態ST12を示す。

図7(a)及び図7(b)に例示したように、磁気装置120は、第1延在磁性部11、第1導電部51、第1挿入磁性部21及び第1中間部31を含む。磁気装置120においては、第1導電部51は、磁性領域51a(第7磁性領域)と、磁性領域51b(第8磁性領域)と、を含む。この例では、第1他側中間部41が、磁性領域51aと第1挿入磁性部21との間に設けられている。磁性領域51aと第1挿入磁性部21との間の磁気抵抗効果がさらに得られる。第1他側中間部41は、例えば、非磁性である。これ以外は磁気装置110と同様である。なお、第1他側中間部41は、磁性領域51bと第1挿入磁性部21との間に配置されても良い。以下、これらの磁性領域の例について説明する。

磁性領域51aは、第1導電部方向Dc1に延びる。磁性領域51aは、磁化51amを有する。磁化51amは、可変である。

第1導電部方向Dc1は、第1延在方向De1と交差する。第1導電部方向Dc1は、積層方向Dsとさらに交差する。この例では、第1導電部方向Dc1は、第1延在方向De1に対して垂直である。第1導電部方向Dc1は、積層方向Dsに対して垂直である。第1導電部方向Dc1は、例えば、Y軸方向である。

磁性領域51bは、第1導電部方向Dc1に延びる。磁性領域51bは、磁化51bmを有する。磁化51bmは、可変である。磁化51bmは、磁化51amとは異なる。例えば、磁性領域51bの磁化51bmは、磁性領域51aの磁化51amとは逆である。

第1導電部51は、第1導電部方向Dc1に延びる。すなわち、第1導電部51は、第1延在方向De1と交差する方向に延びる。第1他側中間部41と第1中間部31との間に、第1挿入磁性部21が配置される。第1中間部31は、第1挿入磁性部21と第1磁性領域11aとの間に配置される。第1中間部31は、第1挿入磁性部21と第2磁性領域11bとの間に配置されても良い。

例えば、第1導電部51に磁壁51wが設けられる。磁壁51wは、磁性領域51aと磁性領域51bとの間に設けられる。磁壁51wは、第1導電部方向Dc1に延びる。

例えば、磁性領域51aの磁化51amは、積層方向Dsに沿う成分を有する。磁性領域51bの磁化51bmは、積層方向Dsに沿う成分を有する。例えば、磁性領域51aの磁化51amは、積層方向Dsに沿う。例えば、磁性領域51bの磁化51bmは、積層方向Dsに沿う。

例えば、磁化51am及び磁化51bmは、第1導電部51に供給される電流により制御できる。

図7(a)に例示した状態ST11においては、第1導電部51に電流I5(第5電流)が流れる。電流I5は、第1導電部方向Dc1に沿う。このとき、例えば、磁性領域51aの磁化51amは、「下向き」である。磁性領域51bの磁化51bmは、「上向き」である。

図7(b)に例示した状態ST12においては、第1導電部51に電流I6(第6電流)が流れる。電流I6は、電流I5とは逆向きである。このとき、例えば、磁性領域51aの磁化51amは、「上向き」である。磁性領域51bの磁化51bmは、「下向き」である。

すなわち、状態ST11における磁化51amは、状態ST12における磁化51amとは逆である。状態ST11における磁化51bmは、状態ST12における磁化51bmとは逆である。

そして、状態ST11における磁化51bmは、状態ST11における磁化51amとは逆である。状態ST12における磁化51bmは、状態ST12における磁化51amとは逆である。

電流I5及び電流I6は、例えば、駆動部70により供給できる。これらの電流により、磁性領域51aの磁化51am、及び、磁性領域51bの磁化51bmが制御できる。

磁気装置120においては、例えば、磁気抵抗効果のMR比を、さらに向上できる。安定した動作が可能になる。装置を小型化しても、安定した動作が可能になる。磁気装置120においては、さらなる小型化が可能になる。

例えば、第1挿入磁性部21の幅は、磁性領域51aの幅以下である。第1挿入磁性部21の幅は、磁性領域51aの幅よりも小さい。磁性領域51aの幅の方向は、第1導電部方向Dc1に対して直交する方向である。第1挿入磁性部21の幅の方向は、第1導電部方向Dc1に対して直交する方向である。

例えば、X−Y平面に投影したときに、第1挿入磁性部21は、磁性領域51aと重なる。例えば、X−Y平面に投影したときに、第1挿入磁性部21は、磁性領域51bと重ならない。

(第3の実施形態) 図8(a)〜図8(c)は、第3の実施形態に係る磁気装置を例示する模式図である。 図8(a)は、模式的斜視図である。図8(b)は、一部を例示する模式的断面図である。図8(c)は、別の一部を例示する模式的断面図である。

図8(a)に例示したように、本実施形態に係る磁気装置130は、複数の要素60を含む。複数の要素60は、例えば、第1要素61、第2要素62及び第3要素63などを含む。

第1要素61は、例えば、第1挿入磁性部21、第1中間部31及び第1他側中間部41を含む。第2要素62は、第2挿入磁性部22、第2中間部32及び第2他側中間部42を含む。第3要素63は、第3挿入磁性部23、第3中間部33及び第3他側中間部43を含む。

第1延在磁性部11の第1部分p1が、第1要素61に含まれる。第1延在磁性部11の第2部分p2が、第2要素62に含まれる。この例では、第2延在磁性部12がさらに設けられている。第2延在磁性部12の一部(第3部分p3)が、第3要素63に含まれる。

図8(b)は、第2要素62を例示している。磁気装置120は、第2導電部52、第2挿入磁性部22、第2中間部32、及び、第2他側中間部42をさらに含む。第2挿入磁性部22は、磁化22mを有する。磁化22mは、可変である。

第1磁性領域11aは、第2部分p2を含む。第2部分p2は、第1部分p1と、第1延在方向De1に沿って離間する。

第2導電部52は、積層方向Dsにおいて、第2部分p1と離間する。この例では、第2導電部52は、Y軸方向に延びる。第2導電部52は、第1延在方向De1において、第1導電部51と離間する。

第2挿入磁性部22は、第2部分p2と第2導電部52との間に配置される。第2中間部32は、第2部分p2と第2挿入磁性部22との間に配置される。第2他側中間部42は、第2挿入磁性部22と第2導電部52との間に配置される。

図8(c)は、第3要素63を例示している。磁気装置120は、第2延在磁性部12、第3挿入磁性部23、第3中間部33及び第3他側中間部43をさらに含む。例えば、第2延在磁性部12は、複数の配線10に含まれる。第2延在磁性部12は、導電性である。第2延在磁性部12は、第3磁性領域12aと、第4磁性領域12bと、を含む。

第3磁性領域12aは、第1延在方向De1に延びる。第3磁性領域12aは、磁化12amを有する。磁化12amは、可変である。第3磁性領域12aは、第3部分p3を含む。

第4磁性領域12bは、第1延在方向De1に延びる。第4磁性領域12bは、磁化12bmを有する。磁化12bmは、第3磁性領域12aの磁化12amとは異なる方向である。磁化12bmは、可変である。

第3挿入磁性部23は、第1導電部51と第3部分p3との間に設けられる。第3挿入磁性部23は、磁化23mを有する。磁化23mは、可変である。第3他側中間部43は、第3挿入磁性部23と第1導電部51との間に設けられる。

第3中間部33は、第3部分p3と第3挿入磁性部23との間に設けられる。

第2延在磁性部12の構成は、例えば、第1延在磁性部11の構成と同様である。第2延在磁性部12の材料は、例えば、第1延在磁性部11の材料と同様である。

第2導電部52の構成は、例えば、第1導電部51の構成と同様である。第2導電部52の材料は、例えば、第1導電部51の材料と同様である。

第2挿入磁性部22及び第3挿入磁性部23の構成は、例えば、第1挿入磁性部21の構成と同じである。第2挿入磁性部22及び第3挿入磁性部23の材料は、例えば、第1挿入磁性部21の材料と同じである。

第2中間部32及び第3中間部33の構成は、例えば、第1中間部31の構成と同じである。第2中間部32及び第3中間部33の材料は、例えば、第1中間部31の材料と同じである。 第2他側中間部42及び第3他側中間部43の構成は、例えば、第1他側中間部41の構成と同じである。第2他側中間部42及び第3他側中間部43の材料は、例えば、第1他側中間部41の材料と同じである。

第2要素62及び第3要素63において、第1要素61と同様の動作が実施できる。複数の要素60を設けることで、例えば、複数のメモリセルが得られる。例えば、複数の論理回路が得られる。第2要素62において、第2磁性領域11bは、第5部分p5を有する。第2挿入磁性部22は、第5部分p5と第2導電部52との間に配置されても良い。 磁気装置130において、第1他側中間部41、第2他側中間部42及び第3他側中間部43は、省略しても良い。

図9(a)〜図9(g)は、第3の実施形態に係る別の磁気装置を例示する模式図である。 図9(a)は、模式的斜視図である。図9(b)〜図9(g)は、一部を例示する模式的断面図である。

図9(a)に例示したように、本実施形態に係る磁気装置131は、複数の要素60を含む。複数の要素60は、例えば、第1要素61、第2要素62及び第3要素63などを含む。

図9(b)及び図9(e)は、第1要素61の部分を例示している。第1要素61は、例えば、第1挿入磁性部21と、第1中間部31と、第1他側中間部41と、を含む。図9(c)及び図9(f)は、第2要素62の部分を例示している。第2要素62は、例えば、第2挿入磁性部22と、第2中間部32と、第2他側中間部42と、を含む。図9(d)及び図9(g)は、第3要素63の部分を例示している。第3要素63は、例えば、第3挿入磁性部23と、第3中間部33と、第3他側中間部43と、を含む。

これらの図に表したように、この例では、第1導電部51に、磁性領域51aと、磁性領域51bと、が設けられる。第2導電部52に、磁性領域52aと、磁性領域52bと、が設けられる。磁性領域52aには、磁性領域51aに関して説明した構成が適用される。磁性領域52bには、磁性領域51bに関して説明した構成が適用できる。 磁気装置131においても、高密度の磁気装置が提供できる。 第2要素62において、第2磁性領域11bは、第5部分p5を有している。磁性領域52bは、第6部分p6を有している。第2挿入磁性部22は、第5部分p5と第6部分p6との間に設けられても良い。

図10(a)及び図10(b)は、第3の実施形態に係る別の磁気装置を例示する模式図である。 図10(a)に表したように、本実施形態に係る磁気装置132においては、複数の第1配線Lx、及び、複数の第2配線Lyが設けられる。複数の第1配線Lxのそれぞれは、複数の第2配線Lyのそれぞれと交差する。複数の第1配線Lxと、複数の第2配線Lyと、の間のそれぞれの位置に、例えば、素子部Erが設けられる。素子部Erとして、例えば、磁気装置110が設けられる。この例では、磁気装置110が設けられているが、第1の実施形態に係る磁気装置及びその変形を用いても良い。第2の実施形態に係る磁気装置及びその変形を用いても良い。

例えば、第1配線Lxとして、第1延在磁性部11及び第1導電部51の一方を用いても良い。第2配線Lyとして、第1延在磁性部11及び第1導電部51の他方を用いても良い。この場合は、例えば、素子部Erは、第1挿入磁性部21と第1中間部31とを含む。さらに、第1他側中間部41を設けても良い。第1延在磁性部11及び第1導電部51とは別に、配線を設けても良い。この場合には、素子部Erには、第1延在磁性部11及び第1導電部51の少なくともいずれかが含まれる。

この例では、第1回路71及び第2回路72が設けられる。第1回路71は、複数の第1配線Lxに電気的に接続される。第2回路72は、複数の第2配線Lyに電気的に接続される。例えば、第1回路71は、例えば、X線デコーダである。第2回路72は、例えば、Y線デコーダである。これらの回路により、配線の電位(及び電流)が制御される。これらの回路により、素子部Er(例えば磁気装置110)の動作が制御される。これらの回路は、駆動部70に含まれる。

図10(b)に表したように、本実施形態に係る磁気装置133においては、複数の第1配線Lx、複数の第2配線Ly、及び、複数のセル部CLが設けられる。複数のセル部CLのそれぞれは、素子部Er及び第1スイッチ素子55を含む。

1つのセル部CLにおいて、素子部Erは、第1スイッチ素子55と接続される。1つのセル部CLの一端は、第1配線Lxの1つと電気的に接続される。1つのセル部CLの他端(例えば、第1スイッチ素子55のゲート55gなど)は、第2配線Lyの1つと電気的に接続される。

第1スイッチ素子55を用いることで、任意のセル部CLにおいて、所望の動作を実施することできる。

(第4の実施形態) 図11は、第4の実施形態に係る磁気装置を例示する模式的斜視図である。 図11に表したように、本実施形態に係る磁気装置140においては、X−Y平面に配置されたセルが、さらにZ軸方向に積層される。

例えば、磁気装置140は、第1延在磁性部11、第1導電部51、第1挿入磁性部21、第1中間部31及び第1他側中間部41に加え、構造体80をさらに含む。

構造体80は、第1延在磁性部11、第1導電部51、第1挿入磁性部21、第1中間部31及び第1他側中間部41と、積層方向Dsに沿って離間する。

構造体80は、第3延在磁性部13、第3導電部53、第4挿入磁性部24、第4中間部34及び第4他側中間部44を含む。

第3延在磁性部13は、導電性である。第3延在磁性部13は、第5磁性領域13aと、第6磁性領域13bと、を含む。第5磁性領域13aは、第2延在方向De2に延びる。第5磁性領域13aは、磁化13amを有する。磁化13amは、可変である。第5磁性領域13aは、第4部分p4を含む。

第6磁性領域13bは、第2延在方向De2に延びる。第6磁性領域13bは、磁化13bmを有する。磁化13bmは、第5磁性領域13aの磁化13amとは異なる方向である。磁化13bmは、可変である。

第3導電部53は、積層方向Dsにおいて第4部分p4と離間する。第4挿入磁性部24は、第3導電部53と第4部分p4との間に設けられる。第4挿入磁性部24は、磁化24mを有する。磁化24mは、可変である。第4中間部34は、第4部分p4と第4挿入磁性部24との間に設けられる。第4他側中間部44は、第3導電部53と第4挿入磁性部24との間に設けられる。

この例では、第2延在方向De2は、第1延在方向De1に対して実質的に平行である。第2延在方向De2は、例えば、第1延在方向De1に対して実質的に垂直でも良い。

第3延在磁性部13には、例えば、第1延在磁性部11と同様の構成及び材料を適用できる。第3導電部53には、例えば、第1導電部51と同様の構成及び材料を適用できる。第4挿入磁性部24には、例えば、第1挿入磁性部21と同様の構成及び材料を適用できる。第4中間部34には、例えば、第1中間部31と同様の構成及び材料を適用できる。第4他側中間部44には、例えば、第1他側中間部41と同様の構成及び材料を適用できる。

磁気装置140においては、3次元的にセルが配置される。高密度の磁気装置を提供することができる。 磁気装置140において、第1他側中間部41、第2他側中間部42、第3他側中間部43及び第4他側中間部44は、省略しても良い。

(第5の実施形態) 図12(a)〜図12(c)は、第5の実施形態に係る磁気装置を例示する模式的斜視図である。 図12(a)に表したように、本実施形態に係る磁気装置150においては、第1延在磁性部11の一端11eが、第2スイッチ素子65に電気的に接続される。この例では、第1延在磁性部11の一端11eと、第2スイッチ素子65との間に、接続導電部11vが設けられる。これにより、一端11eは、第2スイッチ素子65と接続される。この例では、複数の延在磁性部(第1延在磁性部11など)が設けられる。複数の第2スイッチ素子65が設けられる。複数の延在磁性部のそれぞれが、複数の第2スイッチ素子65のそれぞれに接続されている。一方、複数の導電部(第1導電部51)は、1つの第1スイッチ素子55に接続されている。例えば、磁気装置150は、第1挿入磁性部21、第1中間部31及び第1他側中間部41を含む。

図12(b)に表したように、本実施形態に係る磁気装置151においては、複数の延在磁性部(第1延在磁性部11など)が、1つの第2スイッチ素子65に接続される。複数の第1スイッチ素子55が設けられている。複数の導電部(第1導電部51など)のそれぞれが、複数の第1スイッチ素子55のそれぞれに接続されている。

図12(c)に表したように、本実施形態に係る磁気装置152においては、図12(a)に例示した延在磁性部の構成が、複数、積層方向Dsに沿って、積層される。 磁気装置150、151及び152において、第1他側中間部41は、省略しても良い。

図13(a)及び図13(b)は、第5の実施形態に係る別の磁気装置を例示する模式的斜視図である。 図13(a)に表したように、本実施形態に係る磁気装置153においては、基板68が設けられる。第1延在方向De1は、基板68の主面に対して実質的に垂直である。例えば、第1延在磁性部11と第2延在磁性部12との間に、第1導電部51が設けられる。第1延在磁性部11と第1導電部51との間に、第1挿入磁性部21が設けられる。第2延在磁性部12と第1導電部51との間に、第2挿入磁性部22が設けられる。この例では、第1導電部51が、2つのセル部により兼用される。磁気装置153において、第1挿入磁性部21、第1中間部31及び第1他側中間部41が設けられている。

図13(b)に表したように、本実施形態に係る磁気装置154においては、第1導電部51に、磁性領域51a(第7磁性領域)、及び、磁性領域51b(第8磁性領域)が設けられる。これ以外は磁気装置153と同様である。 磁気装置150〜154においても、高密度の磁気装置を提供することができる。

実施形態によれば、高密度の磁気装置を提供することができる。 なお、本願明細書において、「垂直」及び「平行」は、厳密な垂直及び厳密な平行だけではなく、例えば製造工程におけるばらつきなどを含むものであり、実質的に垂直及び実質的に平行であれば良い。

以上、具体例を参照しつつ、本発明の実施の形態について説明した。しかし、本発明の実施形態は、これらの具体例に限定されるものではない。例えば、磁気装置に含まれる延在磁性部、導電部、挿入磁性部、中間部、駆動部及びスイッチ素子などの各要素の具体的な構成に関しては、当業者が公知の範囲から適宜選択することにより本発明を同様に実施し、同様の効果を得ることができる限り、本発明の範囲に包含される。

また、各具体例のいずれか2つ以上の要素を技術的に可能な範囲で組み合わせたものも、本発明の要旨を包含する限り本発明の範囲に含まれる。

その他、本発明の実施の形態として上述した磁気装置を基にして、当業者が適宜設計変更して実施し得る全ての磁気装置も、本発明の要旨を包含する限り、本発明の範囲に属する。

その他、本発明の思想の範疇において、当業者であれば、各種の変更例及び修正例に想到し得るものであり、それら変更例及び修正例についても本発明の範囲に属するものと了解される。

以上、本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明及びその等価物の範囲に含まれる。また、前述の各実施形態は、相互に組み合わせて実施することができる。

10…配線、 11…第1延在磁性部、 11a…第1磁性領域、 11am…第1磁化、 11aw…長さ、 11b…第2磁性領域、 11bm…磁化、 11e…一端、 11v…接続導電部、 11w…磁壁、 12…第2延在磁性部、 12a…第3磁性領域、 12am…磁化、 12b…第4磁性領域、 12bm…磁化、 13…第3延在磁性部、 13a…第5磁性領域、 13am…磁化、 13b…第6磁性領域、 13bm…磁化、 21〜24…第1〜第4挿入磁性部、 21m…第2磁化、 21w…長さ、 22m、23m、24m…磁化、 31〜34…第1〜第4中間部、 41〜44…第1〜第4他側中間部、 51〜53…第1〜第3導電部、 51a…磁性領域(第7磁性領域)、 51am…磁化、 51b…磁性領域(第8磁性領域)、 51bm…磁化、 51w…磁壁、 52a、52b…磁性領域、 55…第1スイッチ素子、 55a…第1半導体領域、 55b…第2半導体領域、 55c…チャネル領域、 55g…ゲート、 55i…ゲート絶縁層、 55l…半導体層、 56…接続部、 57…配線、 60…要素、 61〜63…第1〜第3要素、 65…第2スイッチ素子、 67a、67b…第1、第2絶縁部、 68…基板、 70…駆動部、 71、72…第1、第2回路部、 80…構造体、 110〜112、120、130〜133、140、150〜154…磁気装置、 CL…セル部、 Dc1…第1導電部方向、 De1…第1延在方向、 De2…第2延在方向、 Ds…積層方向、 Dw…幅方向、 Er…素子部、 I1〜I6…第1〜第6電流、 IN1、IN2…第1、第2入力、 Lx…第1配線、 Ly…第2配線、 OP…出力、 ST01〜ST04…第1〜第4状態、 ST11、ST12…状態、 p1〜p6…第1〜第6部分