环状单磁畴结构微小磁体及其制造方法以及采用该磁体的磁记录元件技术

由平板状强磁体构成，其平面部形状具有线对称轴的同时在与该线对称轴垂直的方向上非对称，在平行外部磁场堙没时显示环状单磁畴结构，通过这种结构的微小磁体和采用该微小磁体的ＭＲＡＭ或它们的制造方法，能够在纳米级的微小磁体上控制磁化方向，并可消除改写及写入次数的限制。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及可控制磁化的环线方向且具有静态环状单磁畴结构的微小磁体，以及将该微小磁体配置在衬底上的磁记录元件及其制造方法，特别是涉及采用该磁记录元件的磁随机存取存储器。
技术介绍
作为下一代主存储用存储器，要求具有接近SRAM的高速性、接近DRAM的集成度以及可无限改写且非易失，基于这些理由，MRAM倍受关注。MRAM指的是磁随机存取存储器(magnetic random accessmemory)，是组合磁阻元件与标准半导体技术的存储器，具有非易失性、低压工作、无限次读出/写入、高速的读出/写入速度及优秀的耐辐射性等特征。这里，磁阻元件指的是根据磁化的状态具有高的阻抗值与低的阻抗值的状态的元件，通过检出该阻抗值来判定磁化的状态。该阻抗值的检出方法，可考虑例如测量夹着薄的非磁性层的两个强磁层间的隧道电流的方式(TMR(隧道磁阻)tunneling magneto resistive)等。不久的将来现在的MRAM方式也能实现与该SRAM同等以下的单元面积和存取时间，此外通过非易失性的特性，至少用作SRAM的代替而得以实用。另外，设想用于闪速EEPROM的利用领域。另一方面，超高密度磁记录时的记录区已经进入纳米级的领域。还有，已知纳米级磁体的磁畴结构、磁化反转过程等的动作完全不同于所谓空间磁性。已知在例如微米、超微尺寸的磁盘中，中心部采用涡旋状的涡旋(vortex)磁畴结构。这是由于在纳米领域形成磁畴壁反而不利于能量转换，在纳米级磁体中，其中心部采用同心圆状的涡旋结构来消除磁畴壁，并实现减少静磁能量。特别是，在纳米级的圆形状或环状的强磁体具有封闭的磁畴结构，报告观测到同心圆状的涡旋结构。(参照非专利文献1)但是，这种纳米级的圆盘状强磁体中撤消外部磁场时的磁化方向有时为顺时针方向有时为逆时针方向，因此不能进行稳定的控制。(参照非专利文献2、3)另外，已知在纳米级的环状强磁体中，通过施加或撤消外部磁场，经过局部的涡旋结构的发生、生长，整个环区域由一方向磁化的状态变化到涡旋结构，以及其逆现象。(参照非专利文献4)还有，在过渡性发生的局部的磁化歪曲有C型模式和S型模式，已知C型模式在更小尺寸时有优势。(参照非专利文献5)非专利文献1“日本应用物理学会杂志”，Vol.26，No.12(2002)pp.1168-1173非专利文献2“APPLIED PHYSICS LETTERS”，Vol.77，No.18(2000)，pp.2909-2911非专利文献3“PHYSICAL REVIEW LETTERS”，Vol.88，No.15(2002)，pp.157203-1～157203-4非专利文献4“JOURNAL OF APPLIED PHYSICS”，Vol.92，No.12(2002)，pp.7397-7403非专利文献5“JOURNAL OF APPLIED PHYSICS”，Vol.92，No.3(2002)，PP.1466-1472在考虑扩展这种MRAM的用途时，成为最大障碍的就是单元面积的问题。特别是，在考虑与DRAM混装时，MRAM的单元面积会达到DRAM的数倍，存在不能采用同一设计标准的问题。至少，现在的MRAM原理上在写入时利用感应磁场，因此不仅难以降低写入电流，而且难以减小布线宽度或外围电路面积，以避免来自其它感应磁场的影响。于是，需要在小的写入电流下可稳定控制磁化的元件。另一方面，以单元面积的小型化为目标采用纳米级强磁体时，可预测其磁化的状态采用涡旋结构，但这时的磁化方向控制极为困难，根据过渡状态中发生的磁化分布的歪曲状况，有时成为顺时针方向有时成为逆时针方向。这样，由于不能控制磁化方向，不能利用例如磁阻效应，由阻抗值的高低读出磁化的状态。因而，采用该数量级的单元时，将不能用作存储器。这样看来，MRAM的实用化中单元面积的纳米级化是不可缺少的，但这时通常的磁化方式存在不能控制单元的磁化状态即磁化的旋转方向的问题。因而，现在方式的MRAM虽然可取代SRAM或闪速EEPROM，但不适合与DRAM混装，而且难以取代DRAM。本专利技术的目的在于解决上述技术上的课题，提供可与DRAM混装并取代DRAM用于主存储的磁存储元件。其由以下技术项目构成。专利技术的公开本专利技术为了达成上述目的而采用以下解决手段。解决课题的手段本专利技术(1)是一种微小磁体，其特征在于由平板状强磁体构成，其平面部形状具有线对称轴的同时在与该线对称轴垂直的方向上非对称，在平行外部磁场堙没时显示环状单磁畴结构。本专利技术(2)是一种微小磁体，其特征在于由强磁材料构成，并具有与可导通、截止及反转控制的平行外部磁场平行的平面部；该平面部形状相对于所述平行外部磁场非对称，并具有在与所述平行外部磁场垂直的方向上左右对称的线对称轴； 在施加所述平行外部磁场后撤消时显示环状单磁畴结构。本专利技术(3)是本专利技术(1)或本专利技术(2)任一专利技术的微小磁体，其特征在于所述平面部形状在其具有互相垂直的两个线对称轴的形状中，在外周部设有相对于一个线对称轴左右对称且相对于另一线对称轴左右非对称的切口；在施加所述平行外部磁场时，所述磁性材料的边缘部上的磁通方位显示包含磁通方位不连续变化的部位的圆周方向分布。本专利技术(4)是本专利技术(1)或本专利技术(2)任一专利技术的微小磁体，其特征在于所述平面部形状是具有互相垂直的两个线对称轴的形状和将一个线对称轴作为长边并将另一线对称轴的小于一半的长度作为短边的长方形被投影时的外缘形状；在施加所述平行外部磁场时，所述磁性材料的边缘部上的磁化方位显示包含磁化方位不连续变化的部位的圆周方向分布。本专利技术(5)是本专利技术(1)～(4)中任一专利技术的微小磁体，其特征在于所述平面部形状的最大宽度为10nm以下。本专利技术(6)是一种磁记录元件，其特征在于在非强磁体衬底上设有至少一个以上的强磁区域层，并设有可对该强磁区域层施加可导通、截止及反转控制的平行磁场的外部磁场发生部件；所述强磁区域层的平面形状相对所述外部磁场发生部件的平行磁场为左右非对称，并具有相对与该平行磁场垂直的方向成为左右对称的线对称轴，通过所述外部磁场发生部件，在施加外部磁场后使该外部磁场堙没，从而使所述强磁区域层成为环状单磁畴结构，而在反转所述外部磁场后施加，然后使该外部磁场堙没，从而使所述强磁区域层成为具有反向的磁化方向的环状单磁畴结构。本专利技术(7)是一种磁记录元件，其特征在于在非强磁体衬底上设有至少一个以上的强磁区域层，并设有可对该强磁区域层施加可导通、截止及反转控制的平行磁场的外部磁场发生部件； 所述强磁区域层的平面形状相对所述外部磁场发生部件的平行磁场为左右非对称，并具有相对与该平行磁场垂直的方向成为左右对称的线对称轴，通过所述外部磁场发生部件施加的磁场方向，并不与所述强磁体区域层的左右非对称轴平行时，所述强磁体区域层的环状单磁畴结构在磁场堙没后不变化。本专利技术(8)是本专利技术(6)或(7)任一专利技术的磁记录元件，其特征在于所述强磁区域层夹着非磁性层在上下方向成为层叠结构，通过至少使上下任一方的强磁区域层的长宽比大于另一方强磁体区域层地形成，使长宽比小的强磁体区域的磁化方向相对长宽比大的强磁体区域的磁化方向可独立控制地构成，基于所述强磁区域层间的阻抗值，检出所述强磁区域层的磁化方向。本专利技术本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种微小磁体，其特征在于：由平板状强磁体构成，其平面部形状具有线对称轴的同时在与该线对称轴垂直的方向上非对称，在平行外部磁场堙没时显示环状单磁畴结构。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】JP 2003-6-5 160325/20031.一种微小磁体，其特征在于由平板状强磁体构成，其平面部形状具有线对称轴的同时在与该线对称轴垂直的方向上非对称，在平行外部磁场堙没时显示环状单磁畴结构。2.一种微小磁体，其特征在于由强磁材料构成，并具有与可导通、截止及反转控制的平行外部磁场平行的平面部；该平面部形状相对于所述平行外部磁场非对称，并具有在与所述平行外部磁场垂直的方向上左右对称的线对称轴；在施加所述平行外部磁场后撤消时显示环状单磁畴结构。3.如权利要求1或2所述的微小磁体，其特征在于所述平面部形状在其具有互相垂直的两个线对称轴的形状中，在外周部设有相对于一个线对称轴左右对称且相对于另一线对称轴左右非对称的切口；在施加所述平行外部磁场时，所述磁性材料的边缘部上的磁通方位显示包含磁通方位不连续变化的部位的圆周方向分布。4.如权利要求1或2所述的微小磁体，其特征在于所述平面部形状是具有互相垂直的两个线对称轴的形状和将一个线对称轴作为长边并将另一线对称轴的小于一半的长度作为短边的长方形被投影时的外缘形状；在施加所述平行外部磁场时，所述磁性材料的边缘部上的磁化方位显示包含磁化方位不连续变化的部位的圆周方向分布。5.如权利要求1至4中任一项所述的微小磁体，其特征在于所述平面部形状的最大宽度为10nm以下。6.一种磁记录元件，其特征在于在非强磁体衬底上设有至少一个以上的强磁区域层，并设有可对该强磁区域层施加可导通、截止及反转控制的平行磁场的外部磁场发生部件；所述强磁区域层的平面形状相对所述外部磁场发生部件的平行磁场为左右非对称，并具有相对与该平行磁场垂直的方向成为左右对称的线对称轴，通过所述外部磁场发生部件，在施加外部磁场后使该外部磁场堙没，从而使所述强磁区域层成为环状单磁畴结构，而在反转所述外部磁场后施加，然后使该外部磁场堙没，从而使所述强磁区域层成为具有反向的磁化方向的环状单磁畴结构。7.一种磁记录元件，其特征在于在非强磁体衬底上设有至少一个以上的强磁区域层，并设有可对该强磁区域层施加可导通、截止及反转控制的平行磁场的外部磁场发生部件；所述强磁区域层的平面形状相对所述外部磁场发生部件的平行磁场为左右非对称，并具有相对与该平行磁场垂直的方向成为左右对称的线对称轴，通过所述外部磁场发生部件施加的磁场方向，并不与所述强磁体区域层的左右非对称轴平行时，所述强磁体区域层的环状单磁畴结构在磁场堙没后不变化。8.如权利要求6或7所述的磁记录元件，其特征在于所述强磁区域层夹着非磁性层在上下方向成为层叠结构，通过至少使上下任一方的强磁区域层的长宽比大于另一方强磁体区域层地形成，使长宽比小的强磁体区域的磁化方向相对长宽比大的强磁体区域的磁化方向可独立控制地构成，基于所述强磁区域层间的阻抗值，检出所述强磁区域层的磁化方向。9.如权利要求8所述的磁记录元件，其特征在于所述长宽比取决于同一平面形状的强磁区域层厚度的差异。10.如权利要求8所述的磁记录元件，其特征在于所述长宽比取决于强磁区域层的平面部面积的差异。11.如权利要求6至10中任一项所述的磁记录元件，其特征在于所述平面部形状在其具有互相垂直的两个线对称轴的形状中，在外周部设有相对于一个线对称轴左右对称且相对于另一线对称轴左右非对称的切口；在施加所述平行外部磁场时，所述强磁区域层的边缘部上的磁化方位显示包含磁化方位不连续变化的部位的圆周方向分布。12.如权利要求6至10中任一项所述的磁记录元件，其特征在于所述平面部形状是具有互相垂直的两个线对称轴的形状和将一个线对称轴作为长边并将另一线对称轴的小于一半的长度作为短边的长方形被投影时的外缘形状；在施加所述平行外部磁场时，所述磁性材料的边缘部上的磁化方位显示包含磁化方位不连续变化的部位的圆周方向分布。13.如权利要求6至12中任一项所述的磁记录元件，其特征在于所述平面部形状中最大部分宽度是10nm以下。14.如权利要求6至14中任一项所述的磁记录元件，其特征在于在所述强磁区域层的上下面还分别布置写入用位线与写入用字线，配置所述强磁区域层的线对称轴，使得通过向这些布线通电产生的合成感应磁场作为所述平行外部磁场起作用。15.如权利要求6至14中任一项所述的磁记录元件，其特征在于将所述强磁体区域层在垂直方向多层层叠使各强磁体区域层的平面部平行且使各强磁体区域层间夹着非磁性层，各平面部的线对称轴的方位沿垂直...

【专利技术属性】
技术研发人员：秋永广幸，小野宽太，尾岛正治，谷内敏之，
申请(专利权)人：独立行政法人产业技术综合研究所，
类型：发明
国别省市：JP[]