JP2010010683A - 情報保存装置及びその動作方法 - Google Patents

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Abstract

【課題】情報保存装置及びその動作方法を提供する。
【解決手段】複数の磁区領域及びそれらの間に磁区壁領域を有する磁性層と、複数の磁区領域のうち一つである第１領域に設けられ、第１領域に情報を記録するための第１ユニットと、第１ユニットに連結されたものであって、第１領域に情報を記録するための磁場を誘導する第２ユニットと、を備える情報保存装置である。
【選択図】図１

Description

本発明は、情報保存装置に係り、特に磁区壁の移動を利用した情報保存装置及びその動作方法に関する。
電源が遮断されても記録された情報が保持される不揮発性の情報保存装置は、ＨＤＤ（Ｈａｒｄ Ｄｉｓｋ Ｄｒｉｖｅ）及び不揮発性ＲＡＭ（Ｒａｎｄｏｍ Ａｃｃｅｓｓ Ｍｅｍｏｒｙ）などがある。
一般的に、ＨＤＤは、回転する部分を有する保存装置であって磨耗される傾向があり、動作時にフェイル（ｆａｉｌｕｒｅ）が発生する可能性が大きいために信頼性が低下する。
一方、不揮発性ＲＡＭの代表的な例としてフラッシュメモリが挙げられる。フラッシュメモリは、回転する機械装置を使用しないが、読み取り／書き込み動作速度が遅く、寿命が短く、ＨＤＤに比べて相対的に非常に小さい保存容量を有する。また、フラッシュメモリの生産コストは相対的に高い。
これにより、最近には、従来の不揮発性の情報保存装置の問題点を克服するための方案として、磁性物質の磁区壁移動原理を利用する新たな情報保存装置に関する研究及び開発がなされている。強磁性体を構成する磁気的な微小領域を磁気区域（以下、磁区という）とし、相異なる磁化方向を有する磁区の境界部分を磁区壁という。かかる磁区及び磁区壁は、磁性層に印加される電流により移動する。
しかし、磁区壁の移動を利用した情報保存装置は、まだ開発初期段階にあり、その実用化のためには、幾つかの問題点が解決されねばならない。特に、磁区壁の移動を利用した情報保存装置の実用化のためには、情報を記録する方法の改善が要求される。
米国特許第７２３６３８６号明細書 米国特許第６８３４００５号明細書 大韓民国特許第１０−６９５１７１号明細書 大韓民国特許第１０−７８５０２６号明細書 米国特許出願公開第２００４／２５２５３８号明細書 米国特許出願公開第２００６／２２１６７７号明細書
本発明の目的は、情報の記録が容易な情報保存装置及びその動作方法を提供することである。
前記目的を達成するために、本発明の一実施形態は、複数の磁区領域及びそれらの間に磁区壁領域を有する磁性層と、前記複数の磁区領域のうちの一つである第１領域に設けられ、前記第１領域に情報を記録するための第１ユニットと、前記第１ユニットに連結されたものであって、前記第１領域に情報を記録するための磁場を誘導する第２ユニットと、を備える情報保存装置を提供する。
前記第２ユニットを通じて前記第１ユニットに電流が印加され、前記第２ユニットを通過する電流により前記磁場が発生する。
前記第１ユニットは、スピン転移トルクを利用して情報を記録する装置でありうる。
前記第１ユニットは、前記第１領域の下面及び上面のうち一つに設けられた第１固定層と、前記第１固定層と前記第１領域との間に介在する第１分離層と、を備える。
この場合、前記第１ユニットは、前記第１領域の下面及び上面のうち他の一つに設けられ、前記第１固定層と逆の磁化方向を有する第２固定層と、前記第２固定層と前記第１領域との間に介在する第２分離層と、をさらに備える。
または、前記第１ユニットは、前記第１領域の下面及び上面のうち他の一つに設けられた電極層と、前記電極層と前記第１領域との間に介在し、前記磁性層より電気抵抗が高い抵抗性層と、をさらに備える。
前記第２ユニットは、前記第１ユニットに連結された少なくとも一つの導線を備える。
前記第１ユニットは、前記第１領域の下面及び上面にそれぞれ設けられた下部ユニットと上部ユニットとを備え、前記下部ユニット及び前記上部ユニットのうちいずれか一つは第１導線に連結され、他の一つは第２導線に連結され、前記第１及び第２導線のうち少なくとも一つは、前記第２ユニットに設けられる。
前記第１導線は、前記第１ユニットから延びた第１部分を備え、前記第１導線の前記第１部分は、前記磁性層と平行した第１平面に設けられる。
前記第２導線は、前記第１ユニットから延びた第１部分を備え、前記第２導線の前記第１部分は、前記磁性層と平行した第２平面に設けられる。
前記第１導線の前記第１部分と前記第２導線の前記第１部分とは、同じ方向に延びる。
前記第１導線は、前記第１導線の前記第１部分から延びたものであって、前記第１平面上で前記第１ユニットの少なくとも一部を取り囲むように形成された第２部分をさらに備える。
前記第２導線は、前記第２導線の前記第１部分から延びたものであって、前記第２平面上で前記第１ユニットの少なくとも一部を取り囲むように形成された第２部分をさらに備える。
前記第１導線の前記第２部分が延びる方向と前記第２導線の前記第２部分が延びる方向とは、互いに逆でありうる。
本実施形態による情報保存装置は、前記磁性層と平行した第１配線と、前記第１配線と交差する第２及び第３配線と、前記第１配線と前記第２配線との交差点に設けられたスイッチング素子と、を備え、前記スイッチング素子及び前記第３配線は、それぞれ前記第１導線及び前記第２導線に連結される。
前記第２配線は、前記第１ユニットの上側を過ぎるように儲けられ、前記第３配線は、前記第２配線と所定間隔ほど離隔して設けられる。
前記第２及び第３配線は、前記第１ユニットの一側に前記第１ユニットと所定間隔ほど離隔して設けられる。
前記磁性層の一端及び他端とそれぞれ連結された第４及び第５配線をさらに備える。
前記磁性層の一端と前記第４配線との間及び前記磁性層の他端と前記第５配線との間のうち少なくとも一つに設けられた他のスイッチング素子をさらに備える。
前記他のスイッチング素子に連結され、前記第４及び第５配線と交差する第６配線をさらに備える。
前記第１及び第６配線はワードラインであり、前記第２ないし第５配線はビットラインでありうる。
前記第１ユニットは、情報再生機能を有する装置でありうる。
前記第１ユニットは、前記磁性層の中央部に設けられる。
前記磁性層、前記第１ユニット、前記第１導線及び前記第２導線は、一つの単位メモリ領域に設けられ、本実施形態による情報保存装置は、前記単位メモリ領域と等価の複数の単位メモリ領域を備える。
本発明の他の実施形態は、前述した情報保存装置の動作方法を提供する。前記動作方法は、前記第２ユニットを通じて前記第１ユニットに書き込み電流を印加して、前記第１領域に情報を記録するステップを含む。
本実施形態の動作方法は、前記磁性層の一端と他端との間に電流を印加して、前記磁性層内で磁区及び磁区壁をビット単位ほど移動させるステップをさらに含む。
また、本実施形態の動作方法は、前記磁性層に記録された情報を再生するステップをさらに含む。
前記情報の再生のために、前記磁性層の両端のうち一つと前記第１ユニットとの間に読み取り電流を印加できる。
本発明の実施形態による情報保存装置を示す斜視図である。 本発明の実施形態による情報保存装置を示す斜視図である。 本発明の実施形態による情報保存装置を示す斜視図である。 本発明の実施形態による情報保存装置を利用した書き込み動作を説明するための断面図である。 本発明の実施形態による情報保存装置を利用した書き込み動作を説明するための断面図である。 本発明の実施形態による情報保存装置に書き込み電流を印加した時に発生する磁場を説明するための斜視図である。 図５Ａの磁性層に印加される磁場の強度を成分別に示す図面である。 本発明の実施形態による情報保存装置に書き込み電流を印加した時に発生する磁場を説明するための斜視図である。 図６Ａの磁性層に印加される磁場の強度を成分別に示す図面である。 本発明の実施形態による情報保存装置に書き込み電流を印加した時に発生する磁場を説明するための斜視図である。 図７Ａの磁性層に印加される磁場の強度を成分別に示す図面である。 本発明の他の実施形態による情報保存装置を示す斜視図である。 本発明の実施形態による情報保存装置及び比較例による情報保存装置の磁性層の磁化反転特性を示すグラフである。 本発明の実施形態による情報保存装置の単位メモリの構成を示す回路図である。 図１０の情報保存装置の動作方法を説明するための回路図である。 図１０の情報保存装置の動作方法を説明するための回路図である。 図１０の情報保存装置の動作方法を説明するための回路図である。 本発明の実施形態による情報保存装置のレイアウト図である。 図１４のＩ−Ｉ′線の断面図である。 本発明の他の実施形態による情報保存装置のレイアウト図である。 図１６のＩＩ−ＩＩ′線の断面図である。
以下、本発明の実施形態による情報保存装置及びその動作方法を、添付した図面を参照して詳細に説明する。この過程で図面に示した層や領域の厚さは、明細書の明確性のために多少誇張されて示したものである。詳細な説明の全体にわたって、同じ参照番号は同じ構成要素を表す。
図１は、本発明の一実施形態による情報保存装置を示す。
図１に示すように、所定の方向、例えばＸ軸方向に延びている磁性層１００が存在する。磁性層１００は、連続した複数の磁区領域Ｄを有する。隣接した二つの磁区領域Ｄの間には、磁区壁領域ＤＷが設けられる。磁区領域Ｄに位置する磁区及び磁区壁領域ＤＷに位置する磁区壁は、磁性層１００に印加される電流により所定の方向に移動する。すなわち、磁性層１００は、磁区壁移動特性を有する。かかる磁性層１００は、強磁性物質で形成された情報保存層でありうる。
磁性層１００の磁区領域Ｄのうち一つである第１領域Ｒ１に、書き込みユニット２００を備える。書き込みユニット２００は、スピン転移トルクを利用して第１領域Ｒ１に情報を記録する装置でありうる。例えば、書き込みユニット２００は、ＴＭＲ（Ｔｕｎｎｅｌ Ｍａｇｎｅｔｏ Ｒｅｓｉｓｔａｎｃｅ）効果を利用した装置（以下、ＴＭＲ装置）またはＧＭＲ（Ｇｉａｎｔ Ｍａｇｎｅｔｏ Ｒｅｓｉｓｔａｎｃｅ）効果を利用する装置（以下、ＧＭＲ装置）でありうる。さらに具体的に説明すれば、書き込みユニット２００は、第１領域Ｒ１の下面及び上面のうち一つ、例えば下面に設けられた第１固定層４０ａを備え、第１固定層４０ａと第１領域Ｒ１との間に介在された第１分離層２０ａを備える。このように、第１領域Ｒ１の下面に設けられた第１分離層２０ａと第１固定層４０ａとは、書き込みユニット２００の下部ユニットといえる。また、書き込みユニット２００は、第１領域Ｒ１の下面及び上面のうち他の一つ、例えば上面に設けられた第２固定層４０ｂをさらに備え、第２固定層４０ｂと第１領域Ｒ１との間に介在された第２分離層２０ｂをさらに備える。第１領域Ｒ１の上面に設けられた第２分離層２０ｂと第２固定層４０ｂとは、書き込みユニット２００の上部ユニットといえる。第１分離層２０ａと第２分離層２０ｂとは、絶縁層または導電層でありうる。第１分離層２０ａと第２分離層２０ｂとが絶縁層である場合、書き込みユニット２００はＴＭＲ装置であり、第１分離層２０ａと第２分離層２０ｂとが導電層である場合、書き込みユニット２００はＧＭＲ装置である。第１分離層２０ａと第２分離層２０ｂとが導電層である場合、第１領域Ｒ１と第１分離層２０ａとの間及び第１領域Ｒ１と第２分離層２０ｂとの間に、磁性層１００より電気抵抗が高い抵抗性層（図示せず）がさらに設けられることが望ましい。前記抵抗性層は、磁性層１００に磁区及び磁区壁の移動のための電流を印加したとき、前記電流の書き込みユニット２００への漏れを防止する電気的バリヤーのような役割を行い、第１導線３００ａと第２導線３００ｂとの間に電流を印加したときは、その流れをほとんど妨害しない。このために、前記抵抗性層は、適切な電気抵抗を有する物質で適当に薄い厚さに形成することが望ましい。例えば、前記抵抗性層の比抵抗は、磁性層１００の比抵抗の５００ないし１００００倍、望ましくは、１０００ないし３０００倍でありうる。かかる比抵抗差のために、磁性層１００は、ＮｉＦｅ，Ｃｏ，ＣｏＮｉ，ＣｏＦｅ，ＣｏＣｒ，ＣｏＣｕ，ＮｉＣｕ，ＦｅＰｔ，ＦｅＰｄ，ＣｏＣｒＰｔ，ＣｏＦｅＴｂ，ＣｏＦｅＧｄ，ＣｏＴｂ及びＣｏＦｅＮｉのうちいずれか一つで形成し、前記抵抗性層は、非晶質のＣｏＺｒＮｂ及びＣｏＦｅＢのうちいずれか一つで形成するか、またはＳｉ，Ｂなどの不純物を含んで高い比抵抗を有する磁性物質で形成することもできる。第１固定層４０ａと第２固定層４０ｂとは、磁化方向が固定された強磁性層であり、それら４０ａ，４０ｂの磁化方向は互いに逆でありうる。図１の第１固定層４０ａ、第２固定層４０ｂ及び第１領域Ｒ１に示した矢印は、それらのそれぞれが磁化方向を表す。図示した矢印の方向は、Ｚ軸方向またはその逆方向である。すなわち、この矢印は、第１固定層４０ａ、第２固定層４０ｂ及び第１領域Ｒ１が垂直磁気異方性を有する場合、それらの磁化方向の一例を表す。第１固定層４０ａと第２固定層４０ｂとの磁化方向は互いに変わり、第１領域Ｒ１の磁化方向も図示したものの逆方向に変わりうる。第１領域Ｒ１は、特定の方向に磁化されていない状態であることもある。磁性層１００、第１固定層４０ａ及び第２固定層４０ｂが水平磁気異方性を有する場合、第１領域Ｒ１、第１固定層４０ａ及び第２固定層４０ｂは、Ｘ軸（または、Ｙ軸）と平行した磁化方向を有する。また、図１に示していないが、磁性層１００から第１領域Ｒ１を除いた他の磁区領域Ｄも、第１領域Ｒ１と同じ方向またはその逆方向に磁化されうる。
書き込みユニット２００の下面及び上面にそれぞれ第１導線３００ａ及び第２導線３００ｂが設けられる。換言すれば、書き込みユニット２００の前記下部ユニットの下面に第１導線３００ａが設けられ、書き込みユニット２００の前記上部ユニットの上面に第２導線３００ｂが設けられる。第１導線３００ａ及び第２導線３００ｂを通じて、書き込みユニット２００に所定の書き込み電流が印加される。第１導線３００ａは、書き込みユニット２００の下面から所定の方向に延びた第１部分１ａを備える。これと同様に、第２導線３００ｂは、書き込みユニット２００の上面から所定の方向に延びた第１部分１ｂを備える。第１導線３００ａの第１部分１ａ及び第２導線３００ｂの第１部分１ｂは、書き込みユニット２００と垂直した方向に延びる。換言すれば、第１導線３００ａの第１部分１ａ及び第２導線３００ｂの第１部分１ｂは、磁性層１００が形成された面と平行した相異なる平面（以下、第１ＸＹ面及び第２ＸＹ面）（図示せず）に設けられる。第１導線３００ａの第１部分１ａ及び第２導線３００ｂの第１部分１ｂは、同じ方向に延びることが望ましい。本実施形態では、第１導線３００ａの第１部分１ａ及び第２導線３００ｂの第１部分１ｂがＹ軸方向に延びているが、これは一例に過ぎず、それら１ａ，１ｂの延長方向は多様に変化する。すなわち、第１導線３００ａの第１部分１ａ及び第２導線３００ｂの第１部分１ｂの延長方向は、それら１ａ，１ｂのそれぞれが設けられた前記第１ＸＹ面及び前記第２ＸＹ面内で任意に決定される。
図１に示していないが、第１固定層４０ａと第１導線３００ａとの間に、第１固定層４０ａの磁化方向を固定させるための少なくとも一つの層がさらに設けられ、これと同様に、第２固定層４０ｂと第２導線３００ｂとの間にも、第２固定層４０ｂの磁化方向を固定させるための少なくとも一つの層がさらに設けられる。前記第１固定層４０ａまたは第２固定層４０ｂの磁化方向を固定させるための少なくとも一つの層は、反強磁性層を備え、多様な構成を有するが、その構成については当業者ならば容易に分かるであろう。そして、当業者ならば、第１導線３００ａと書き込みユニット２００との間及び第２導線３００ｂと書き込みユニット２００との間それぞれにコンタクト電極層がさらに設けられることが分かるであろう。
本発明の他の実施形態によれば、図１の装置において第１導線３００ａ及び／または第２導線３００ｂの形態は多様に変形する。その例が図２及び図３に示されている。
図２の斜視図及び部分平面図に示すように、第１導線３００ａ′は、書き込みユニット２００の下面から延びた第１部分１ａ、及び第１部分１ａから延びた第２部分２ａをさらに備える。第２部分２ａは、第１部分１ａが形成された面、すなわち前記第１ＸＹ面上で書き込みユニット２００の少なくとも一部を取り囲む形態を有する。第２部分２ａは、少なくとも一つの直線成分が連結された角のある形態を有する。本実施形態において、第２部分２ａは、第１部分１ａからＸ軸方向に延びた第１成分２ａａ、第１成分２ａａからＹ軸の逆方向に延びた第２成分２ａｂ、第２成分２ａｂからＸ軸の逆方向に延びた第３成分２ａｃ、及び第３成分２ａｃからＹ軸方向に延びた第４成分２ａｄを備える。しかし、本発明はこれに限定されない。例えば、第２部分２ａで第４成分２ａｄ、または第３成分２ａｃと第４成分２ａｄ、または第２成分２ａｂないし第４成分２ａｄは設けられず、第２部分２ａの端部に他の導線成分がさらに設けられる。また、第２部分２ａは、角のある形態ではない曲線形態であることもある。
図２の第２導線３００ｂも、第１導線３００ａ′と同様に変形させる。その例が図３に示されている。
図３に示すように、第２導線３００ｂ′は、書き込みユニット２００の上面から延びた第１部分１ｂ、及び第１部分１ｂから延びた第２部分２ｂをさらに備える。第２部分２ｂは、第１部分１ｂが形成された面、すなわち前記第２ＸＹ面上で書き込みユニット２００の少なくとも一部を取り囲む形態を有する。第２導線３００ｂ′の第２部分２ｂが第１部分１ｂから延びる方向は、第１導線３００ａ′の第２部分２ａが第１部分１ａから延びる方向と逆であることが望ましい。第２導線３００ｂ′の第２部分２ｂも、第１導線３００ａ′の第２部分２ａと同様に多様な変形構造を有し、第１導線３００ａ′の第２部分２ａの延長方向と第２導線３００ｂ′の第２部分２ｂの延長方向とは互いに変わりうる。また、図３において、第１導線３００ａ′は、図１の第１導線３００ａのように変形する。そして、図１ないし図３において、第１導線３００ａ，３００ａ′及び第２導線３００ｂ，３００ｂ′は、第１領域Ｒ１に近接して形成されることが望ましい。
図１ないし図３の情報保存装置において、第１導線３００ａ，３００ａ′及び第２導線３００ｂ，３００ｂ′は、書き込み動作時に第１領域Ｒ１に所定の磁場を印加するように形成されている。前記磁場は、前記書き込み動作を助ける方向に第１領域Ｒ１に印加される。すなわち、第１導線３００ａ，３００ａ′及び第２導線３００ｂ，３００ｂ′は、それらを通過する電流により第１領域Ｒ１に情報を記録するための磁場を誘導できる。したがって、第１導線３００ａ，３００ａ′及び第２導線３００ｂ，３００ｂ′は、第１領域Ｒ１に情報の記録のための磁場を印加する手段の一例であって、情報の記録のための“第２ユニット”といえる。さらに詳細に説明すれば、第１導線３００ａ，３００ａ′及び第２導線３００ｂ，３００ｂ′を通じて書き込みユニット２００に書き込み電流を印加して、第１領域Ｒ１に情報を記録する書き込み動作を行うとき、前記書き込み電流により第１導線３００ａ，３００ａ′及び第２導線３００ｂ，３００ｂ′で前記書き込み動作を助ける磁場が発生する。もちろん、前記書き込み電流により書き込みユニット２００から第１領域Ｒ１にスピン転移トルクが印加される。換言すれば、本発明の実施形態では、書き込みユニット２００のスピン転移トルク、及び第１導線３００ａ，３００ａ′及び第２導線３００ｂ，３００ｂ′で発生する磁場を利用して書き込み動作を行える。したがって、本発明の実施形態によれば、低い密度の電流でも書き込み動作を容易に行える。このように書き込み電流の密度を低くすれば、消費電力を低減できることはいうまでもなく、書き込みユニット２００の信頼性を高めることができる。従来のように書き込み電流の密度が高い場合、書き込みユニット２００の特性が劣化しやすく、また、第１及び第２分離層２０ａ，２０ｂが絶縁層である場合、それら２０ａ，２０ｂが絶縁破壊されることもある。
以下、本発明の実施形態による情報保存装置を利用した情報の記録方法をさらに詳細に説明する。
図４Ａ及び図４Ｂは、本発明の実施形態による情報保存装置の書き込み方法を示す。図４Ａ及び図４Ｂは、本発明の実施形態による情報保存装置の部分断面構造を示し、かかる断面構造は、図１ないし図３で同一でありうる。
図４Ａに示すように、第１導線３００ａまたは３００ａ′から第２導線３００ｂまたは３００ｂ′に第１書き込み電流を印加して、第２導線３００ｂまたは３００ｂ′から第１導線３００ａまたは３００ａ′に電子が移動する場合、第２固定層４０ｂの磁化方向と同じ磁化方向（以下、第１方向）Ｍ１を有する電子Ｅ１が第２導線３００ｂまたは３００ｂ′から第１領域Ｒ１に移動する。かかる電子Ｅ１が第１領域Ｒ１を第１方向Ｍ１に磁化させる役割を行う。一方、第１固定層４０ａの部分では、第１固定層４０ａの磁化方向と同じ磁化方向（以下、第２方向）Ｍ２を有する電子は、第１固定層４０ａを通じて第１導線３００ａまたは３００ａ′に抜け出すが、第１固定層４０ａの磁化方向と逆の磁化方向を有する電子Ｅ２は、第１固定層４０ａを通じて抜け出せずに第１領域Ｒ１に戻って溜まる。かかる電子Ｅ２が第１領域Ｒ１を第１方向Ｍ１に磁化させる役割を行う。
このように、第１固定層４０ａ及び第２固定層４０ｂから第１領域Ｒ１に印加されるスピン転移トルクにより、第１領域Ｒ１は第１方向Ｍ１に磁化される。前記第１書き込み電流の印加前に、第１領域Ｒ１が第２方向Ｍ２に磁化されたならば、前記第１書き込み電流により、第１領域Ｒ１の磁化方向は、第２方向Ｍ２から第１方向Ｍ１に反転される。
図４Ｂに示すように、第２導線３００ｂまたは３００ｂ′から第１導線３００ａまたは３００ａ′に第２書き込み電流を印加して、第１導線３００ａまたは３００ａ′から第２導線３００ｂまたは３００ｂ′に電子が移動する場合、第２方向Ｍ２に磁化された電子Ｅ３が第１導線３００ａまたは３００ａ′から第１領域Ｒ１に移動する。かかる電子Ｅ３が第１領域Ｒ１を第２方向Ｍ２に磁化させる役割を行う。一方、第２固定層４０ｂの部分では、第１方向Ｍ１に磁化された電子は、第２固定層４０ｂを通じて第２導線３００ｂまたは３００ｂ′に抜け出すが、第２方向Ｍ２に磁化された電子Ｅ４は、第２固定層４０ｂを通じて抜け出せずに第１領域Ｒ１に戻って溜まる。かかる電子Ｅ４が第１領域Ｒ１を第２方向Ｍ２に磁化させる役割を行う。
前記第２書き込み電流の印加前に、第１領域Ｒ１が第１方向Ｍ１に磁化されたならば、前記第２書き込み電流により、第１領域Ｒ１の磁化方向は、第１方向Ｍ１から第２方向Ｍ２に反転される。
図４Ａのステップと図４Ｂのステップとの間に、または図４Ａのステップ転移や図４Ｂのステップ後、磁性層１００に所定の電流を印加して、磁性層１００内で磁区及び磁区壁を１ビット距離ほど所定の方向に移動させうる。磁性層１００内で磁区及び磁区壁をビット単位で移動させつつ、図４Ａまたは図４Ｂの方法で第１領域Ｒ１に位置する磁区を所望の方向に磁化させれば、磁性層１００の一部または全体に所定の情報を記録できる。
このように、本発明の実施形態による情報保存装置では、磁性層１００の下面及び上面に互いに逆方向に磁化された第１固定層４０ａ及び第２固定層４０ｂがあるため、それら４０ａ，４０ｂから誘導されるスピン転移トルクによる情報記録が行われる。したがって、一つの固定層を使用する場合に比べて、書き込み電流密度を低めることができ、書き込み動作を速く行える。
また、本発明の実施形態による情報保存装置では、前述したように、書き込み電流（前記第１及び第２書き込み電流）により、第１導線３００ａまたは３００ａ′及び第２導線３００ｂまたは３００ｂ′で書き込み動作に助けになる磁場が発生する。したがって、前記磁場により書き込み電流はさらに低くなり、書き込み動作速度はさらに速くなる。これについては、図５Ａないし図７Ｂを参照してさらに詳細に説明する。
図５Ａは、図１の第１導線３００ａから第２導線３００ｂに書き込み電流を印加したとき、前記書き込み電流により、第１導線３００ａから誘発される第１磁場Ｆ１及び第２導線３００ｂから誘発される第２磁場Ｆ２を表す。かかる第１及び第２磁場Ｆ１，Ｆ２の発生は、右ねじの法則による。図５Ａに示していないが、書き込みユニット２００を通過する書き込み電流によっても、書き込みユニット２００の周囲に磁場が発生する。これは、図６Ａ及び図７Ａで同一である。
図５Ｂは、図５Ａの磁性層１００に印加された磁場の強度を成分別に示す。図５Ｂにおいて、（Ｘ），（Ｙ）及び（Ｚ）は、それぞれ磁場のＸ軸成分、Ｙ軸成分及びＺ軸成分を表す。これは、図６Ｂ及び図７Ｂでも同一である。
図５Ｂの（Ｘ）に示すように、第１領域Ｒ１の第１地点ｐ１に約−４７ＯｅのＸ軸磁場が印加される。これは、第１地点ｐ１にＸ軸の逆方向に比較的強い磁場が印加されるということを意味する。第１地点ｐ１は、第１領域Ｒ１のＹ軸方向への一端の中央地点である。第１地点ｐ１にＸ軸の逆方向に比較的強い磁場が印加される理由は、図５Ａの第１及び第２導線３００ａ，３００ｂがＹ軸方向に延びており、それら３００ａ，３００ｂから発生した第１及び第２磁場Ｆ１，Ｆ２が第１地点ｐ１でＸ軸の逆方向を有するためである。図５Ｂの（Ｘ）で第１地点ｐ１の周囲の色及び明暗の変化から、第１地点ｐ１を中心としてほとんどの第１領域Ｒ１にＸ軸の逆方向に磁場が印加されるということが分かる。かかるＸ軸成分の磁場は、図４Ａのような書き込み動作で第１領域Ｒ１の磁化反転を助ける役割を行う。すなわち、図４Ａの第１領域Ｒ１を第２方向Ｍ２からその逆方向である第１方向Ｍ１に反転させるとき、前記Ｘ軸成分の磁場が第１領域Ｒ１の磁化反転に非常に有利に作用できる。
図５Ｂの（Ｙ）に示すように、第１領域Ｒ１の両側の二つの地点（以下、第２及び第３地点）ｐ２，ｐ３にそれぞれ約２０Ｏｅ及び−２０ＯｅのＹ軸磁場が印加される。これは、図５Ａの書き込みユニット２００により、第２地点ｐ２にＹ軸方向に磁場が印加され、第３地点ｐ３にＹ軸方向の逆方向に磁場が印加されるためである。しかし、第１領域Ｒ１のほとんどには、Ｙ軸成分の磁場が印加されない。したがって、第１領域Ｒ１の磁化反転にＹ軸成分の磁場は大きい影響を与えない。
図５Ｂの（Ｚ）に示すように、磁性層１００に印加されるＺ軸成分の磁場は、０Ｏｅである。これは、Ｚ軸方向またはその逆方向に磁性層１００に印加される有効な磁場成分がないということを意味する。
図６Ａは、図２の第１導線３００ａ′から第２導線３００ｂに書き込み電流を印加したとき、前記書き込み電流により、第１導線３００ａ′から誘発される第１磁場Ｆ１′及び第２導線３００ｂから誘発される第２磁場Ｆ２を示す。第１磁場Ｆ１′は、第１部分１ａから誘発される第１部分磁場Ｆ１ａと、第２部分２ａから誘発される第２部分磁場Ｆ２ａａ＋Ｆ２ａｂ＋Ｆ２ａｃ＋Ｆ２ａｄとに区分される。第１部分磁場Ｆ１ａは、図５Ａの第１磁場Ｆ１と等価でありうる。
図６Ｂは、図６Ａの磁性層１００に印加された磁場の強度を成分別に示す。
図６Ｂの（Ｘ）及び（Ｙ）は、それぞれ図５Ｂの（Ｘ）及び（Ｙ）と非常に類似している。しかし、図６Ｂの（Ｚ）に示すように、図５Ｂの（Ｚ）とは異なり、第１領域Ｒ１にＺ軸方向に約６．６Ｏｅの磁場が印加されるということが分かる。これは、主に図６Ａの第２部分磁場Ｆ２ａａ＋Ｆ２ａｂ＋Ｆ２ａｃ＋Ｆ２ａｄによることでありうる。かかるＺ軸成分の磁場は、図４Ａのような書き込み動作で第１領域Ｒ１の磁化反転を助ける役割を行う。さらに詳細に説明すれば、図４Ａの第１領域Ｒ１を第２方向Ｍ２からその逆方向である第１方向Ｍ１に反転させるとき、前記Ｚ軸成分の磁場が第１領域Ｒ１に印加されることが前記磁化反転に非常に有利である。すなわち、前記Ｚ軸成分の磁場は、図４Ａの第１方向Ｍ１に印加されるため、それにより、第１領域Ｒ１は、第１方向Ｍ１にさらによく反転される。
図６Ａの実施形態では、Ｘ軸及びＺ軸成分の磁場が第１領域Ｒ１の磁化反転に寄与するので、Ｚ軸成分の磁場が第１領域Ｒ１に印加されていない図５Ａの場合より第１領域Ｒ１の磁化反転が容易である。
図７Ａは、図３の第１導線３００ａ′から第２導線３００ｂ′に書き込み電流を印加したとき、前記書き込み電流により第１導線３００ａ′から第１磁場（図示せず）が誘発され、第２導線３００ｂ′から第２磁場Ｆ２′が誘発される。前記第１磁場は、図６Ａの第１磁場Ｆ１′と同一でありうる。第２磁場Ｆ２′は、第１部分１ｂから誘発される第１部分磁場Ｆ１ｂと、第２部分２ｂから誘発される第２部分磁場Ｆ２ｂａ＋Ｆ２ｂｂ＋Ｆ２ｂｃ＋Ｆ２ｂｄとに区分される。
図７Ｂは、図７Ａの磁性層１００に印加された磁場の強度を成分別に示す。
図７Ｂの（Ｘ）及び（Ｙ）は、それぞれ図５Ｂの（Ｘ）及び（Ｙ）と類似している。一方、図７Ｂの（Ｚ）に示すように、第１領域Ｒ１にＺ軸方向に約１３Ｏｅの磁場が印加されるということが分かる。これは、図６ＢのＺ軸成分の磁場の強度の約２倍である。かかるＺ軸成分の磁場は、主に図７Ａの第１導線３００ａの第２部分２ａで発生する磁場（図６ＡのＦ２ａａ＋Ｆ２ａｂ＋Ｆ２ａｃ＋Ｆ２ａｄと同一）、及び第２導線３００ｂの第２部分２ｂで発生する第２部分磁場Ｆ２ｂａ＋Ｆ２ｂｂ＋Ｆ２ｂｃ＋Ｆ２ｂｄによるものでありうる。このように、図７ＢのＺ軸成分の磁場は、図６ＢのＺ軸成分の磁場より強いため、図７Ａで第１領域Ｒ１の磁化反転はさらに容易である。
図５Ａないし図７Ｂでは、第１導線３００ａ，３００ａ′から第２導線３００ｂ，３００ｂ′に書き込み電流を印加して、第１領域Ｒ１をＺ軸方向に磁化させる場合について示したが、第２導線３００ｂ，３００ｂ′から第１導線３００ａ，３００ａ′に書き込み電流を印加して、第１領域Ｒ１をＺ軸の逆方向に磁化させる場合についても、前述した磁場の効果は同様である。すなわち、図５Ａ、図６Ａ及び図７Ａの第２導線３００ｂ，３００ｂ′から第１導線３００ａ，３００ａ′に書き込み電流を印加する場合、図５Ａ、図６Ａ及び図７Ａの第１領域Ｒ１にＸ軸方向の磁場が印加され、図６Ａ及び図７Ａの第１領域Ｒ１にＺ軸方向と逆方向の磁場が印加される。かかる磁場により、第１領域Ｒ１をＺ軸の逆方向に磁化させる書き込み動作が容易になる。
また、図５Ａないし図７Ｂでは、第１導線３００ａ，３００ａ′及び第２導線３００ｂ，３００ｂ′いずれもから前記書き込み動作に助けになる磁場が発生するが、本発明の他の実施形態によれば、第１導線３００ａ，３００ａ′及び第２導線３００ｂ，３００ｂ′のうちいずれか一つは、前記書き込み動作に実質的に助けになる磁場を発生しない構造に変形されることもある。すなわち、本発明の効果のために、必ずしも第１導線３００ａ，３００ａ′及び第２導線３００ｂ，３００ｂ′いずれもから発生する磁場が必要なものではない。換言すれば、第１導線３００ａ，３００ａ′及び第２導線３００ｂ，３００ｂ′のうちいずれか一つから発生する磁場のみでも本発明の効果が得られる。
図１ないし図３の情報保存装置は、磁性層１００の第１領域Ｒ１の下面及び上面にそれぞれ第１固定層４０ａ及び第２固定層４０ｂを有するが、本発明の他の実施形態では、固定層を一つのみ使用してもよい。その一例が図８に示されている。
図８に示すように、第１領域Ｒ１上に抵抗性層３０及び電極層５０が順次に設けられており、電極層５０上に第２導線３００ｂが設けられる。抵抗性層３０は、磁性層１００より電気抵抗が高い層であって、磁区壁の移動のための電流を磁性層１００に流すとき、前記電流の電極層５０側への漏れを防止する電気的バリヤーのように作用できる。しかし、第１導線３００ａから第２導線３００ｂに、またはその逆方向に書き込み電流を印加する場合、抵抗性層３０は、前記書き込み電流の流れを妨害しない。抵抗性層３０の物性及び具体的な物質構成は、図１で説明した抵抗性層のものと同一である。場合によっては、電極層５０なしに抵抗性層３０上に第２導線３００ｂが直接形成されることもある。第１領域Ｒ１の下部の構造は、図１のものと同一である。すなわち、第１領域Ｒ１の下面に第１分離層２０ａ、第１固定層４０ａ及び第１導線３００ａが順次に設けられる。第１分離層２０ａが導電層である場合、第１領域Ｒ１と第１分離層２０ａとの間に他の抵抗性層（図示せず）を備えることが望ましい。前記他の抵抗性層は、前述した抵抗性層３０と類似した役割を行える。図示していないが、図８の第１導線３００ａ及び／または第２導線３００ｂが図３の第１導線３００ａ′及び／または第２導線３００ｂ′のように変形する。
図９は、本発明の実施形態による情報保存装置及び比較例による情報保存装置の磁性層の磁化反転特性を示すグラフである。図９において、第１グラフＧ１は、図１の構造を有する情報保存装置を利用した第１領域Ｒ１の磁化反転特性を示し、第２グラフＧ２は、図１で第１及び第２導線３００ａ，３００ｂが除去された構造で第１固定層４０ａと第２固定層４０ｂとの間に書き込み電流を印加した場合、第１領域Ｒ１の磁化反転特性を示す。すなわち、第２グラフＧ２の結果は、図１の第１及び第２導線３００ａ，３００ｂから誘発される磁場が影響を除去した場合に対応する。図９の結果を得るのに使用した磁性層１００のダンピング定数は約０．１、磁気異方性エネルギー密度は約１０６ｅｒｇ／ｃｃ、飽和磁化量Ｍｓは約２００ｅｍｕ／ｃｃ、交換定数は約１０６ｅｒｇ／ｃｍであった。そして、磁化反転のために使われた書き込み電流の密度は、約３．８×１０７Ａ／ｃｍ２であった。
図９に示すように、第１グラフＧ１のＺ軸磁化量Ｍｚの変化時点は、第２グラフＧ２のＺ軸磁化量Ｍｚの変化時点より約５ｎｓ速いということが分かる。これは、本発明の実施形態による情報保存装置の第１及び第２導線３００ａ，３００ｂから誘発される磁場により、磁化反転（すなわち、情報の記録）が速くて容易になされることを意味する。
図１０は、本発明の実施形態による情報保存装置の単位メモリ領域を示す回路図である。図１０において、ＸＹ座標を表す方向表示器は、第１及び第２ワードラインＷＬ１，ＷＬ２及び第１ないし第４ビットラインＢＬ１ないしＢＬ４の方向を表すものであり、磁性層１００と第１ユニット２００との方向は、図１に示した方向表示器による。
図１０に示すように、所定の方向、例えばＸ軸方向に延びた第１及び第２ワードラインＷＬ１，ＷＬ２、及びそれらＷＬ１，ＷＬ２と交差する第１ないし第４ビットラインＢＬ１ないしＢＬ４を備える。第１ワードラインＷＬ１と第１ビットラインＢＬ１との交差点に第１トランジスタＴ１を備え、第１ワードラインＷＬ１と第４ビットラインＢＬ４との交差点に第２トランジスタＴ２を備える。第１及び第２トランジスタＴ１，Ｔ２のゲートが第１ワードラインＷＬ１に連結されている。第１及び第２トランジスタＴ１，Ｔ２の間には、それらＴ１，Ｔ２とそれぞれ一端及び他端が連結された磁性層１００を備える。磁性層１００の所定の領域、望ましくは、中央部（以下、第１領域）Ｒ１に第１ユニット２００を備える。磁性層１００及び第１ユニット２００の構成は、図１ないし図３の磁性層１００及び書き込みユニット２００と同一である。第１ユニット２００の一端、例えば上面は、第３ビットラインＢＬ３に連結され、他端、例えば下面は、第２ワードラインＷＬ２と第２ビットラインＢＬ２との交差点に設けられた第３トランジスタＴ３に連結される。第３トランジスタＴ３のゲートが第２ワードラインＷＬ２に連結されている。第１ユニット２００の前記他端と第３トランジスタＴ３とを連結する導線Ｗ１、及び第１ユニット２００の前記一端と第３ビットラインＢＬ３とを連結する導線Ｗ２は、図１ないし図３の第１導線３００ａ，３００ａ′及び第２導線３００ｂ，３００ｂ′と同じ構造またはそれから変形された構造を含む。
図１０において、第１ないし第３トランジスタＴ１ないしＴ３は、一種のスイッチング素子であって、他の構造のスイッチング素子、例えばダイオードに代替され、第１及び第２トランジスタＴ１，Ｔ２のうち少なくとも一つは設けられず、第２トランジスタＴ２の位置は変更される。例えば、第３トランジスタＴ３は、第２ワードラインＷＬ２と第２ビットラインＢＬ２との交差点でない第２ワードラインＷＬ２と第３ビットラインＢＬ３との交差点に設けられる。また、図１０の第１ユニット２００の構造は、図８の書き込みユニットの構造に代替される。
以下、図１１ないし図１３を参照して、図１０の構造を有する情報保存装置の動作方法を説明する。
＜書き込み動作＞
図１１に示すように、第２ワードラインＷＬ２に所定の電圧Ｖ２を印加して第３トランジスタＴ３のゲートを開けた状態で、第２ビットラインＢＬ２及び第３ビットラインＢＬ３のうちいずれか一つの所定の正（＋）の電圧を印加し、他の一つに０Ｖ電圧を印加する。これにより、第１ユニット２００を通じて第１領域Ｒ１に所定の方向の書き込み電流が流れる。前記書き込み電流の方向により、第１領域Ｒ１の磁化方向が変わりうる。また、前述したように、前記書き込み電流により第１ユニット２００の上下の導線のうち少なくともいずれか一つから発生する磁場が、第１領域Ｒ１の磁化方向を反転させるのに助けになる。
図１２に示すように、第１ワードラインＷＬ１に所定の電圧Ｖ１を印加して第１及び第２トランジスタＴ１，Ｔ２のゲートを開けた状態で、第１ビットラインＢＬ１及び第４ビットラインＢＬ４のうちいずれか一つの所定の正（＋）のパルス電圧を印加し、他の一つに０Ｖ電圧を印加する。これにより、前記パルス電圧により磁性層１００内にパルス電流が流れ、これにより磁区及び磁区壁が所定の方向に単位ビットほど移動する。
図１１及び図１２の動作を反復して交互に行えば、第１ユニット２００の一側、例えば左側にある磁区領域Ｄを第１ユニット２００の他側、例えば右側に移動させつつそれらＤに所定の情報を記録できる。
＜読み取り動作＞
図１３に示すように、第１及び第２ワードラインＷＬ１，ＷＬ２に所定の電圧Ｖ１，Ｖ２を印加して第１ないし第３トランジスタＴ１ないしＴ３のゲートを開けた状態で、第１ビットラインＢＬ１と第２ビットラインＢＬ２との間に所定の読み取り電流を印加できる。前記読み取り電流は、第１ユニット２００の一部（例えば、第１領域Ｒ１の下部分）及び第１領域Ｒ１を経由して流れるが、前記読み取り電流の大きさは、第１領域Ｒ１の磁化方向に大きい影響を受ける。すなわち、第１領域Ｒ１の磁化方向によって、第１ビットラインＢＬ１と第２ビットラインＢＬ２との間の電気抵抗が大きく変りうる。したがって、前記読み取り電流を印加することによって、第１領域Ｒ１に記録された情報がいかなるものであるか判別できる。前記読み取り電流は、前述した書き込み電流より相対的に小さいため、第１領域Ｒ１の磁化状態を変化させない。第１ビットラインＢＬ１と第２ビットラインＢＬ２との間に所定の読み取り電流を印加する代わりに、第２ビットラインＢＬ２と第４ビットラインＢＬ４との間に所定の読み取り電流を印加して読み取り動作を行うこともできる。また、第３トランジスタＴ３が、第２ワードラインＷＬ２と第２ビットラインＢＬ２との交差点でない第２ワードラインＷＬ２と第３ビットラインＢＬ３との交差点に設けられた場合、第３ビットラインＢＬ３と第１ビットラインＢＬ１、または第３ビットラインＢＬ３と第４ビットラインＢＬ４との間に読み取り電流を印加して情報再生を行える。したがって、本発明の実施形態によれば、第１ユニット２００の両端のうちいずれか一つと磁性層１００の両端のうちいずれか一つとの間に読み取り電流を印加することによって、第１領域Ｒ１に記録された情報を再生できる。このように、本発明の実施形態では、第１ユニット２００の少なくとも一部が情報を再生するための装置として利用される。したがって、第１ユニット２００は、書き込み機能と読み取り機能とを同時に有する読み取り／書き込みユニットといえる。しかし、第１ユニット２００を書き込みユニットとしてのみ使用し、読み取りユニットを別途に設置することもできる。この場合、前記読み取りユニットは、ＴＭＲセンサー、ＧＭＲセンサーまたはその他のセンサーでありうる。
図１３の情報を読み取るステップと、図１２の磁区及び磁区壁を単位ビットほど移動させるステップとを交互に反復して行える。かかる方法により、第１ユニット２００の一側、例えば左側にある磁区領域Ｄを第１ユニット２００の他側、例えば右側に移動させつつ、それらＤに記録された情報を再生できる。
本発明の他の実施形態による情報保存装置は、図１０の単位メモリ領域を複数備える。その例が図１４及び図１６に示されている。
図１４は、本発明の実施形態による情報保存装置のレイアウト図である。
図１４に示すように、第１ないし第４ワードラインＷＬ１ないしＷＬ４、及びそれらＷＬ１ないしＷＬ４と交差する第１ないし第４ビットラインＢＬ１ないしＢＬ４を備えている。第１ワードラインＷＬ１と第１ビットラインＢＬ１との交差点付近に第１トランジスタＴ１を備えており、第１ワードラインＷＬ１と第４ビットラインＢＬ４との交差点付近に第２トランジスタＴ２を備えている。第１トランジスタＴ１は、第１ワードラインＷＬ１の両側に第１ソースＳ１及び第１ドレインＤ１を有し、第２トランジスタＴ２は、第１ワードラインＷＬ１の両側に第２ソースＳ２及び第２ドレインＤ２を有する。第１及び第２ワードラインＷＬ１，ＷＬ２の間に、一端及び他端がそれぞれ第１及び第２トランジスタＴ１，Ｔ２に連結された第１磁性層１００を備えている。第１トランジスタＴ１の第１ソースＳ１及び第１ドレインＤ１は、第１ビットラインＢＬ１及び第１磁性層１００の一端にそれぞれ連結され、第２トランジスタＴ２の第２ソースＳ２及び第２ドレインＤ２は、第４ビットラインＢＬ４及び第１磁性層１００の他端にそれぞれ連結される。第１磁性層１００の所定の領域、例えば中央部に第１ユニット２００を備え、第２ビットラインＢＬ２は、前記第１ユニット２００の上側を過ぎ、第３ビットラインＢＬ３は、第２ビットラインＢＬ２と所定の間隔ほど離隔して配置される。第１ユニット２００の上面は、第３ビットラインＢＬ３及び第２導線３００ｂｂにより電気的に連結される。第１ユニット２００の上面と第３ビットラインＢＬ３との連結関係及び第１ユニット２００の下面と第３ソースＳ３との連結関係は、図１５を参照して詳細に説明する。第２ワードラインＷＬ２と第２ビットラインＢＬ２との交差点付近に第３トランジスタＴ３を備えている。第３トランジスタＴ３は、第２ワードラインＷＬ２の両側にそれぞれ第３ソースＳ３及び第３ドレインＤ３を有する。第３ソースＳ３は、第１ユニット２００の下面に電気的に連結され、第３ドレインＤ３は、第２ビットラインＢＬ２に電気的に連結されている。第１ないし第３トランジスタＴ１ないしＴ３それぞれでソースＳ１ないしＳ３及びドレインＤ１ないしＤ３の役割が互いに変わりうる。
図１４において、単位メモリ領域ＣＢ１は、図１０の構造に対応する。図１４では、単位メモリ領域ＣＢ１がＹ軸方向に反復配置された場合について示したが、単位メモリ領域ＣＢ１は、Ｘ軸及びＹ軸方向に複数の列及び行をなすように複数配列される。
図１５は、図１４のＩ−Ｉ′線の断面図である。
図１５に示すように、第１ユニット２００の下面は、第３ソースＳ３及び第１導線３００ａａにより連結されており、第１ユニット２００の上面は、第３ビットラインＢＬ３及び第２導線３００ｂｂにより連結されている。第２導線３００ｂｂは、図１の第２導線３００ｂと類似した構造を含む。したがって、第２導線３００ｂｂから発生する磁場及び第１ユニット２００のスピン転移トルクにより情報の記録が行われる。図１５において、１０は基板を表し、第３ソースＳ３が基板１０内に設けられる。これは、図１７でも同一である。
図１６は、本発明の他の実施形態による情報保存装置のレイアウト図である。本実施形態は、図１４から変形されたものであって、反復説明は排除し、変形された部分についてのみ説明する。
図１６に示すように、第２及び第３ビットラインＢＬ２，ＢＬ３が図１４でより図面の右側に移動している。すなわち、第２及び第３ビットラインＢＬ２，ＢＬ３が第１ユニット２００の一側、例えば右側に第１ユニット２００と所定の間隔ほど離隔して配置されている。第１ユニット２００の上面は、第３ビットラインＢＬ３及び第２導線３００ｂｂ′により電気的に連結される。第１ユニット２００、第３ビットラインＢＬ３及び第３ソースＳ３の連結関係は、図１７を参照して詳細に説明する。
図１７は、図１６のＩＩ−ＩＩ′線の断面図である。
図１７に示すように、第１ユニット２００の下面は、第３ソースＳ３及び第１導線３００ａａ′により連結されており、第１ユニット２００の上面は、第３ビットラインＢＬ３及び第２導線３００ｂｂ′により連結されている。第１導線３００ａａ′及び第２導線３００ｂｂ′は、図１の第１導線３００ａ及び第２導線３００ｂと類似した構造を含む。したがって、第１導線３００ａａ′及び第２導線３００ｂｂ′から発生する磁場及び第１ユニット２００のスピン転移トルクにより情報の記録が行われる。
図１４ないし図１７で示した第１ユニット２００、第３ビットラインＢＬ３及び第３ソースＳ３の連結構造は、一例に過ぎない。すなわち、第１導線３００ａａ，３００ａａ′及び第２導線３００ｂｂ，３００ｂｂ′の形態は、一例に過ぎない。素子のレイアウトを変更すれば、第１導線３００ａａ，３００ａａ′及び／または第２導線３００ｂｂ，３００ｂｂ′は、図３の第１導線３００ａ′及び／または第２導線３００ｂ′と類似した形態またはそれから変形された形態を有する。
前記した説明で多くの事項が具体的に記載されているが、それらは発明の範囲を限定するというより、望ましい実施形態の例示として解釈されねばならない。例えば、当業者ならば、図１ないし図３、図８、図１０及び図１４ないし図１７の構造は多様に変形され、図１１ないし図１３の動作方法も多様に変形されるということが分かるであろう。また、本発明の思想は、磁区壁の移動を利用した情報保存装置だけでなく、その他の情報保存装置にも適用されることが分かるであろう。したがって、本発明の範囲は、説明された実施形態により決められるものではなく、特許請求の範囲に記載された技術的思想により決められねばならない。
本発明は、情報保存装置関連の技術分野に適用可能である。
１００・・・磁性層
２０ａ・・・第１分離層
２０ｂ・・・第２分離層
４０ａ・・・第１固定層
４０ｂ・・・第２固定層
２００・・・書き込みユニット
３００ａ・・・第１導線
３００ｂ・・・第２導線
Ｄ・・・磁区領域
ＤＷ・・・磁区壁領域
Ｒ１・・・第１領域

Claims (25)

  1. 複数の磁区領域及びそれらの間に磁区壁領域を有する磁性層と、
    前記複数の磁区領域のうちの一つである第１領域に設けられ、前記第１領域に情報を記録するための第１ユニットと、
    前記第１ユニットに連結されたものであって、前記第１領域に情報を記録するための磁場を誘導する第２ユニットと、を備えることを特徴とする情報保存装置。
  2. 前記第２ユニットを通じて前記第１ユニットに電流が印加され、
    前記第２ユニットを通過する電流により前記磁場が発生することを特徴とする請求項１に記載の情報保存装置。
  3. 前記第１ユニットは、スピン転移トルクを利用して情報を記録することを特徴とする請求項１に記載の情報保存装置。
  4. 前記第１ユニットは、
    前記第１領域の下面及び上面のうち一つに設けられた第１固定層と、
    前記第１固定層と前記第１領域との間に介在する第１分離層と、を備えることを特徴とする請求項３に記載の情報保存装置。
  5. 前記第１ユニットは、
    前記第１領域の下面及び上面のうち他の一つに設けられ、前記第１固定層と逆の磁化方向を有する第２固定層と、
    前記第２固定層と前記第１領域との間に介在する第２分離層と、をさらに備えることを特徴とする請求項４に記載の情報保存装置。
  6. 前記第１ユニットは、
    前記第１領域の下面及び上面のうち他の一つに設けられた電極層と、
    前記電極層と前記第１領域との間に介在し、前記磁性層より電気抵抗が高い抵抗性層と、をさらに備えることを特徴とする請求項４に記載の情報保存装置。
  7. 前記第２ユニットは、前記第１ユニットに連結された少なくとも一つの導線を備えることを特徴とする請求項１に記載の情報保存装置。
  8. 前記第１ユニットは、前記第１領域の下面及び上面にそれぞれ設けられた下部ユニットと上部ユニットとを備え、
    前記下部ユニット及び前記上部ユニットのうちいずれか一つは第１導線に連結され、他の一つは第２導線に連結され、
    前記第１及び第２導線のうち少なくとも一つは、前記第２ユニットに設けられることを特徴とする請求項７に記載の情報保存装置。
  9. 前記第１導線は、前記第１ユニットから延びた第１部分を備え、
    前記第１導線の前記第１部分は、前記磁性層と平行した第１平面に設けられたことを特徴とする請求項８に記載の情報保存装置。
  10. 前記第２導線は、前記第１ユニットから延びた第１部分を備え、
    前記第２導線の前記第１部分は、前記磁性層と平行した第２平面に設けられたことを特徴とする請求項９に記載の情報保存装置。
  11. 前記第１導線の前記第１部分と前記第２導線の前記第１部分とは、同じ方向に延びたことを特徴とする請求項１０に記載の情報保存装置。
  12. 前記第１導線は、前記第１部分から延びたものであって、前記第１平面上で前記第１ユニットの少なくとも一部を取り囲むように形成された第２部分をさらに備えることを特徴とする請求項９に記載の情報保存装置。
  13. 前記第１導線は、前記第１導線の前記第１部分から延びたものであって、前記第１平面上で前記第１ユニットの少なくとも一部を取り囲むように形成された第２部分をさらに備えることを特徴とする請求項１１に記載の情報保存装置。
  14. 前記第２導線は、前記第２導線の前記第１部分から延びたものであって、前記第２平面上で前記第１ユニットの少なくとも一部を取り囲むように形成された第２部分をさらに備えることを特徴とする請求項１３に記載の情報保存装置。
  15. 前記第１導線の前記第２部分が延びる方向と前記第２導線の前記第２部分が延びる方向とは、互いに逆であることを特徴とする請求項１４に記載の情報保存装置。
  16. 前記磁性層と平行した第１配線と、
    前記第１配線と交差する第２及び第３配線と、
    前記第１配線と前記第２配線との交差点に設けられたスイッチング素子と、を備え、
    前記スイッチング素子及び前記第３配線は、それぞれ前記第１導線及び前記第２導線に連結されたことを特徴とする請求項８に記載の情報保存装置。
  17. 前記磁性層の一端及び他端とそれぞれ連結された第４及び第５配線を備えることを特徴とする請求項１６に記載の情報保存装置。
  18. 前記磁性層の一端と前記第４配線との間及び前記磁性層の他端と前記第５配線との間のうち少なくとも一つに設けられた他のスイッチング素子をさらに備えることを特徴とする請求項１７に記載の情報保存装置。
  19. 前記他のスイッチング素子に連結され、前記第４及び第５配線と交差する第６配線をさらに備えることを特徴とする請求項１８に記載の情報保存装置。
  20. 前記第１ユニットは、情報再生機能をさらに有することを特徴とする請求項１に記載の情報保存装置。
  21. 前記第１ユニットは、前記磁性層の中央部に設けられたことを特徴とする請求項１に記載の情報保存装置。
  22. 前記磁性層、前記第１ユニット、前記第１導線及び前記第２導線は、一つの単位メモリ領域に設けられ、
    前記単位メモリ領域と等価の複数の単位メモリ領域を備えることを特徴とする請求項８に記載の情報保存装置。
  23. 請求項１に記載の情報保存装置の動作方法において、
    前記第２ユニットを通じて前記第１ユニットに書き込み電流を印加して、前記第１領域に情報を記録するステップを含むことを特徴とする情報保存装置の動作方法。
  24. 前記磁性層の一端と他端との間に電流を印加して、前記磁性層内で磁区及び磁区壁をビット単位ほど移動させるステップをさらに含むことを特徴とする請求項２３に記載の情報保存装置の動作方法。
  25. 前記磁性層の両端のうち一つと前記第１ユニットとの間に読み取り電流を印加して、前記磁性層に記録された情報を再生するステップをさらに含むことを特徴とする請求項２３に記載の情報保存装置の動作方法。
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