JP2000100153A - 磁気メモリ・セル - Google Patents
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 磁気メモリ・セルの予測可能な切換挙動の原
因となる端領域内のランダムな向きの磁化パターンを除
去し、安定化した磁気メモリを提供する。 【解決手段】磁気メモリ・セル４０は、変更可能な磁界
を記憶するデータ記憶層５０と、磁化方向がピン留めさ
れた基準層５４と、トンネル障壁５２とを有する。磁気
メモリ・セル４０は、さらに、データ記憶層５０の両側
の縁に近い一対の端領域５７および５８の磁化方向をピ
ン留めする安定化材料５５および５６の層を有する。デ
ータ記憶層５０の磁化容易軸はｘ軸と平行である。安定
化材料５５および５６は、端領域５７および５８の磁化
方向を実質上ｙ軸と平行な向きにピン留めする。また、
安定化材料５５および５６は、層５０〜５４の縁の絶縁
を提供し、磁気メモリ・セル４０に対する読み書きアク
セスを提供するために使用される導体への電気的結合を
防ぐ。
因となる端領域内のランダムな向きの磁化パターンを除
去し、安定化した磁気メモリを提供する。 【解決手段】磁気メモリ・セル４０は、変更可能な磁界
を記憶するデータ記憶層５０と、磁化方向がピン留めさ
れた基準層５４と、トンネル障壁５２とを有する。磁気
メモリ・セル４０は、さらに、データ記憶層５０の両側
の縁に近い一対の端領域５７および５８の磁化方向をピ
ン留めする安定化材料５５および５６の層を有する。デ
ータ記憶層５０の磁化容易軸はｘ軸と平行である。安定
化材料５５および５６は、端領域５７および５８の磁化
方向を実質上ｙ軸と平行な向きにピン留めする。また、
安定化材料５５および５６は、層５０〜５４の縁の絶縁
を提供し、磁気メモリ・セル４０に対する読み書きアク
セスを提供するために使用される導体への電気的結合を
防ぐ。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、磁気メモリにおけ
る安定化（ stabilized ）した磁気メモリ・セルに関す
る。
る安定化（ stabilized ）した磁気メモリ・セルに関す
る。
【０００２】
【従来の技術】磁気ランダム・アクセス・メモリ（ mag
netic random access memory, ＭＲＡＭ）などの磁気メ
モリは、一般に、磁気メモリ・セルのアレイを有する。
それぞれの磁気メモリ・セルは、通常、データ記憶層
（ data storage layer ）と基準層（ reference laye
r）とを有する。データ記憶層は、通常、外部磁界を印
加することによって変化可能な向きに磁化パターンを記
憶する磁性材料（ magneticmaterial）の層または薄膜
である。基準層は、通常、磁化が特定の方向に固定また
は「ピン留め（ pinned ）」された磁性体材料の層であ
る。
netic random access memory, ＭＲＡＭ）などの磁気メ
モリは、一般に、磁気メモリ・セルのアレイを有する。
それぞれの磁気メモリ・セルは、通常、データ記憶層
（ data storage layer ）と基準層（ reference laye
r）とを有する。データ記憶層は、通常、外部磁界を印
加することによって変化可能な向きに磁化パターンを記
憶する磁性材料（ magneticmaterial）の層または薄膜
である。基準層は、通常、磁化が特定の方向に固定また
は「ピン留め（ pinned ）」された磁性体材料の層であ
る。
【０００３】磁気メモリ・セルのデータ記憶層の磁化パ
ターンは、通常、内部領域（ interior region）と縁領
域（ edge region）の２つの別個の磁化領域からなる。
内部領域の磁化は、通常、データ記憶層の磁化容易軸
（ easy axis）と一致する。縁領域の磁化は、対応する
縁と平行になる傾向がある。磁気メモリ・セルのデータ
記憶層の磁化の全体的な向きは、内部領域の磁化と縁領
域の磁化に起因する。
ターンは、通常、内部領域（ interior region）と縁領
域（ edge region）の２つの別個の磁化領域からなる。
内部領域の磁化は、通常、データ記憶層の磁化容易軸
（ easy axis）と一致する。縁領域の磁化は、対応する
縁と平行になる傾向がある。磁気メモリ・セルのデータ
記憶層の磁化の全体的な向きは、内部領域の磁化と縁領
域の磁化に起因する。
【０００４】一般に、磁気メモリ・セルの状態は、その
データ記憶層と基準層の磁化の相対的な向きに依存す
る。磁気メモリ・セルは、一般に、データ記憶層の磁化
の全体的な向きが、その基準層の磁化方向と平行な場合
に低抵抗（ low resistance ）の状態にある。これと反
対に、磁気メモリ・セルは、一般に、データ記憶層の磁
化の全体的な向きが、その基準層の磁化方向と逆平行
（ anti parallel）の場合に高抵抗（ high resistanc
e）の状態である。
データ記憶層と基準層の磁化の相対的な向きに依存す
る。磁気メモリ・セルは、一般に、データ記憶層の磁化
の全体的な向きが、その基準層の磁化方向と平行な場合
に低抵抗（ low resistance ）の状態にある。これと反
対に、磁気メモリ・セルは、一般に、データ記憶層の磁
化の全体的な向きが、その基準層の磁化方向と逆平行
（ anti parallel）の場合に高抵抗（ high resistanc
e）の状態である。
【０００５】磁気メモリ・セルに記憶されたビットの論
理状態は、一般に、データ記憶層の磁化の全体的な向き
を変更する外部磁界を印加（ apply）することにより書
き込まれる。外部磁界は、磁気メモリ・セルを高抵抗状
態と低抵抗状態に切り替える切換磁界（ switching fi
eld ）と呼ばれることがある。安定化した磁気メモリ・
セル（以下、安定化磁気メモリ・セルという。）は、適
切に定義された切換磁界によって切り替えられるまで高
抵抗状態または低抵抗状態に留まるものと定義すること
ができる。
理状態は、一般に、データ記憶層の磁化の全体的な向き
を変更する外部磁界を印加（ apply）することにより書
き込まれる。外部磁界は、磁気メモリ・セルを高抵抗状
態と低抵抗状態に切り替える切換磁界（ switching fi
eld ）と呼ばれることがある。安定化した磁気メモリ・
セル（以下、安定化磁気メモリ・セルという。）は、適
切に定義された切換磁界によって切り替えられるまで高
抵抗状態または低抵抗状態に留まるものと定義すること
ができる。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】磁気メモリの製造方法
では、一般に、個々の磁気メモリ・セルのデータ記憶層
の縁の近くに凹凸が形成される。たとえば、そのような
凹凸は、データ記憶層の縁を形成するパターニング段階
の不正確さによって生じることがある。これは、通常、
磁気メモリの記憶密度を高めるために使用されるリソグ
ラフィ（ lithography）の範囲でより小さな要素を形成
するときにより明らかになる。しかしながら、そのよう
な凹凸は、個々の磁気メモリ・セルを不安定にすること
がある。たとえば、そのような凹凸は、データ記憶層の
縁領域に、予測不可能かまたはランダムな向き（ orien
tation）と切換挙動（ switching behavior ）を有する
磁気パターンを発生させる。
では、一般に、個々の磁気メモリ・セルのデータ記憶層
の縁の近くに凹凸が形成される。たとえば、そのような
凹凸は、データ記憶層の縁を形成するパターニング段階
の不正確さによって生じることがある。これは、通常、
磁気メモリの記憶密度を高めるために使用されるリソグ
ラフィ（ lithography）の範囲でより小さな要素を形成
するときにより明らかになる。しかしながら、そのよう
な凹凸は、個々の磁気メモリ・セルを不安定にすること
がある。たとえば、そのような凹凸は、データ記憶層の
縁領域に、予測不可能かまたはランダムな向き（ orien
tation）と切換挙動（ switching behavior ）を有する
磁気パターンを発生させる。
【０００７】このような悪影響を最小限に抑える１つの
従来の解決策は、各データ記憶層を、その磁化容易軸の
方向に長い寸法を有する長方形として形成することであ
る。そのような構造により、通常、磁化容易軸がデータ
記憶層の磁化方向に与える影響が、縁から受ける影響よ
りも大きくなる。しかしながら、そのような長方形の構
造は、通常、書込み操作中にデータ記憶層の磁化方向を
反転させるためにより多くのエネルギーを必要とし、そ
れにより、そのような構造を使用するＭＲＡＭの電力消
費は大きくなる。さらに、そのような長方形の磁気メモ
リ・セルは、通常、ＭＲＡＭで達成できる全体的な記憶
セル密度（ memory cell density）を制限する。
従来の解決策は、各データ記憶層を、その磁化容易軸の
方向に長い寸法を有する長方形として形成することであ
る。そのような構造により、通常、磁化容易軸がデータ
記憶層の磁化方向に与える影響が、縁から受ける影響よ
りも大きくなる。しかしながら、そのような長方形の構
造は、通常、書込み操作中にデータ記憶層の磁化方向を
反転させるためにより多くのエネルギーを必要とし、そ
れにより、そのような構造を使用するＭＲＡＭの電力消
費は大きくなる。さらに、そのような長方形の磁気メモ
リ・セルは、通常、ＭＲＡＭで達成できる全体的な記憶
セル密度（ memory cell density）を制限する。
【０００８】本発明は上記事情に鑑みてなされたもの
で、無駄な消費電力を使用する、或いは、記憶セル密度
を制限することなく、磁気メモリ・セルの予測可能な切
換挙動の原因となる端領域内のランダムな向きの磁化パ
ターンを除去することにより安定化した磁気メモリを提
供することを目的とする。
で、無駄な消費電力を使用する、或いは、記憶セル密度
を制限することなく、磁気メモリ・セルの予測可能な切
換挙動の原因となる端領域内のランダムな向きの磁化パ
ターンを除去することにより安定化した磁気メモリを提
供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】本実施形態の磁気メモリ
・セルは、内部領域と、データ記憶層の一対の対向する
（両側の）縁の近くに一対の端領域を有するデータ記憶
層を備える。安定化磁気メモリ・セルは、端領域の磁化
を所定方向にピン留めし、それにより磁気メモリ・セル
の予測可能な切換挙動の原因となる端領域内のランダム
な向きの磁化パターンを除去する安定化材料（ stabili
zing material ）を有する。
・セルは、内部領域と、データ記憶層の一対の対向する
（両側の）縁の近くに一対の端領域を有するデータ記憶
層を備える。安定化磁気メモリ・セルは、端領域の磁化
を所定方向にピン留めし、それにより磁気メモリ・セル
の予測可能な切換挙動の原因となる端領域内のランダム
な向きの磁化パターンを除去する安定化材料（ stabili
zing material ）を有する。
【００１０】また、本実施形態の磁気メモリ・セルを安
定化する磁気メモリ・セル安定化方法は、一連の書込み
磁界を使用して磁気メモリ・セルの縁領域のランダムな
向きの磁化パターンを除去する。
定化する磁気メモリ・セル安定化方法は、一連の書込み
磁界を使用して磁気メモリ・セルの縁領域のランダムな
向きの磁化パターンを除去する。
【００１１】
【発明の実施の形態】以下、本発明の好適な実施の形態
を図面を参照して説明する。図１は一実施形態に係る安
定化した磁気メモリ・セル４０の説明図である。磁気メ
モリ・セル４０は、変更可能な磁界を記憶するデータ記
憶層５０と、磁化方向がピン留めされた基準層５４とを
有する。磁気メモリ・セル４０は、さらに、データ記憶
層５０の両側の縁に近い一対の端領域５７および５８の
磁化方向をピン留めする安定化材料５５および５６の層
を有する。
を図面を参照して説明する。図１は一実施形態に係る安
定化した磁気メモリ・セル４０の説明図である。磁気メ
モリ・セル４０は、変更可能な磁界を記憶するデータ記
憶層５０と、磁化方向がピン留めされた基準層５４とを
有する。磁気メモリ・セル４０は、さらに、データ記憶
層５０の両側の縁に近い一対の端領域５７および５８の
磁化方向をピン留めする安定化材料５５および５６の層
を有する。
【００１２】この実施形態において、磁気メモリ・セル
４０は、データ記憶層５０と基準層５４の間にトンネル
障壁（ tunnel barrier ）５２を有する。このような構
造の磁気メモリ・セル４０は、読取り操作中に電荷がト
ンネル障壁５２を通り抜けるため、スピン・トンネル装
置（ spin tunneling device）と呼ばれることがある。
このトンネル障壁５２の電荷の通り抜けは、スピン・ト
ンネル効果として知られる現象によるものであり、読取
り電圧が磁気メモリ・セル４０に印加されるときに生じ
る。代替の実施形態において、磁気メモリ・セル４０に
巨大磁石抵抗（giant magneto-resistive, GMR ）構造
が使用されることもある。
４０は、データ記憶層５０と基準層５４の間にトンネル
障壁（ tunnel barrier ）５２を有する。このような構
造の磁気メモリ・セル４０は、読取り操作中に電荷がト
ンネル障壁５２を通り抜けるため、スピン・トンネル装
置（ spin tunneling device）と呼ばれることがある。
このトンネル障壁５２の電荷の通り抜けは、スピン・ト
ンネル効果として知られる現象によるものであり、読取
り電圧が磁気メモリ・セル４０に印加されるときに生じ
る。代替の実施形態において、磁気メモリ・セル４０に
巨大磁石抵抗（giant magneto-resistive, GMR ）構造
が使用されることもある。
【００１３】図１（ａ）は、磁気メモリ・セル４０の側
面断面図を示す。また、図１（ｂ）は、磁気メモリ・セ
ル４０の切開平面図を示す。端領域５７および５８は、
データ記憶層５０の磁化容易軸と垂直なデータ記憶層５
０の一対の両側の縁にある。データ記憶層５０の磁化容
易軸は、同図のｘ軸と平行である。
面断面図を示す。また、図１（ｂ）は、磁気メモリ・セ
ル４０の切開平面図を示す。端領域５７および５８は、
データ記憶層５０の磁化容易軸と垂直なデータ記憶層５
０の一対の両側の縁にある。データ記憶層５０の磁化容
易軸は、同図のｘ軸と平行である。
【００１４】１つの実施形態において、安定化材料５５
および５６は、端領域５７および５８の磁化方向を実質
上ｙ軸と平行な向きにピン留めする。代替の実施形態に
おいて、安定化材料５５および５６は、端領域５７およ
び５８の磁化方向を実質上ｙ軸と逆平行にピン留めす
る。
および５６は、端領域５７および５８の磁化方向を実質
上ｙ軸と平行な向きにピン留めする。代替の実施形態に
おいて、安定化材料５５および５６は、端領域５７およ
び５８の磁化方向を実質上ｙ軸と逆平行にピン留めす
る。
【００１５】安定化材料５５および５６は、端領域５７
および５８の磁界の向きをピン留めするだけでなく、層
５０〜５４の縁の絶縁を提供し、磁気メモリ・セル４０
に対する読み書きアクセスを提供するために使用される
導体への電気的結合を防ぐ。１つの実施形態において、
安定化材料５５および５６は、端領域５７および５８を
ピン留めするために反強磁性特性（ antiferromagnetic
property ）を提供し、適切な絶縁特性を提供するニッ
ケル酸化物材料（ nickel-oxide materia;）である。他
の実施形態において、安定化材料５５および５６に、Ｆ
ｅ2Ｏ3や永久磁石材料などの他の反強磁性体材料を使用
することができる。
および５８の磁界の向きをピン留めするだけでなく、層
５０〜５４の縁の絶縁を提供し、磁気メモリ・セル４０
に対する読み書きアクセスを提供するために使用される
導体への電気的結合を防ぐ。１つの実施形態において、
安定化材料５５および５６は、端領域５７および５８を
ピン留めするために反強磁性特性（ antiferromagnetic
property ）を提供し、適切な絶縁特性を提供するニッ
ケル酸化物材料（ nickel-oxide materia;）である。他
の実施形態において、安定化材料５５および５６に、Ｆ
ｅ2Ｏ3や永久磁石材料などの他の反強磁性体材料を使用
することができる。
【００１６】磁気メモリ・セル４０がＧＭＲ構造である
実施形態において、安定化材料５５および５６の絶縁特
性が必要とされず、そのためニッケル・マンガンなどの
材料が適切な場合がある。そのような実施形態では、安
定化材料５５および５６は、隣接したＧＭＲセルの導体
ならびに個々のＧＭＲセルの縁のピン留め材料としては
たらく。
実施形態において、安定化材料５５および５６の絶縁特
性が必要とされず、そのためニッケル・マンガンなどの
材料が適切な場合がある。そのような実施形態では、安
定化材料５５および５６は、隣接したＧＭＲセルの導体
ならびに個々のＧＭＲセルの縁のピン留め材料としては
たらく。
【００１７】１つの実施形態において、寸法ｄxおよび
ｄyは、実質上等しく、正方形のデータ記憶層５０を形
成するように選択される。正方形のデータ記憶層５０
は、ＭＲＡＭで得られる密度を、長方形のメモリ・セル
を使用するとき得られる密度よりも高める。これは、所
与の最小特徴サイズ（ given minimum feature）の場
合、所与の基板面積に、長方形の磁気メモリ・セルより
も多くの正方形の磁気メモリ・セルを形成できるためで
ある。他の実施形態では、長方形の形状を使用すること
ができる。
ｄyは、実質上等しく、正方形のデータ記憶層５０を形
成するように選択される。正方形のデータ記憶層５０
は、ＭＲＡＭで得られる密度を、長方形のメモリ・セル
を使用するとき得られる密度よりも高める。これは、所
与の最小特徴サイズ（ given minimum feature）の場
合、所与の基板面積に、長方形の磁気メモリ・セルより
も多くの正方形の磁気メモリ・セルを形成できるためで
ある。他の実施形態では、長方形の形状を使用すること
ができる。
【００１８】基準層５４は、磁化方向をパーマロイ層
（ permalloy layer）にピン留めする反強磁性層に結合
されたニッケル鉄（ＮｉＦｅ）などのパーマロイ層でも
よい。反強磁性体材料は、鉄マンガン（ＦｅＭｎ）やニ
ッケル・マンガン（ＮｉＭｎ）でもよい。反強磁性体材
料の代替材料は、ＮｉＯ、ＴｂＣｏ、ＰｔＭｎおよびＩ
ｒＭｎを含む。
（ permalloy layer）にピン留めする反強磁性層に結合
されたニッケル鉄（ＮｉＦｅ）などのパーマロイ層でも
よい。反強磁性体材料は、鉄マンガン（ＦｅＭｎ）やニ
ッケル・マンガン（ＮｉＭｎ）でもよい。反強磁性体材
料の代替材料は、ＮｉＯ、ＴｂＣｏ、ＰｔＭｎおよびＩ
ｒＭｎを含む。
【００１９】図２は、磁気メモリ・セル４０の２つの安
定状態に関するデータ記憶層５０の磁化方向の説明図で
ある。図２（ａ）は、第１の安定状態を示し、図２
（ｂ）は、第２の安定状態を示す。
定状態に関するデータ記憶層５０の磁化方向の説明図で
ある。図２（ａ）は、第１の安定状態を示し、図２
（ｂ）は、第２の安定状態を示す。
【００２０】データ記憶層５０の内部の磁化は、印加さ
れた切換磁界に応答してｘ軸とデータ記憶層５０の磁化
容易軸のまわりに回転する。データ記憶層５０の内部の
磁化は、第１の安定状態でｘ軸と実質上逆平行に向けら
れ、第２の安定状態でｘ軸と実質上平行に向けられる。
れた切換磁界に応答してｘ軸とデータ記憶層５０の磁化
容易軸のまわりに回転する。データ記憶層５０の内部の
磁化は、第１の安定状態でｘ軸と実質上逆平行に向けら
れ、第２の安定状態でｘ軸と実質上平行に向けられる。
【００２１】端領域５７および５８の磁界は、データ記
憶層５０の磁化容易軸と実質上垂直な方向にピン留めさ
れる。これにより、第１と第２の安定状態の一方が他方
よりも優先的に過度に安定したり長く安定したりするの
が防止される。
憶層５０の磁化容易軸と実質上垂直な方向にピン留めさ
れる。これにより、第１と第２の安定状態の一方が他方
よりも優先的に過度に安定したり長く安定したりするの
が防止される。
【００２２】図３は、磁気メモリ・セル安定化方法を示
すフローチャートである。この方法は、バイアス磁界
（ bias field ）を使用して、切換磁界を印加する前に
データ記憶層５０にランダムな向きの磁化パターンの小
さな領域を最小にする。バイアス磁界は、データ記憶層
５０の側領域（ side region）の自由磁極（ free pol
e ）の数を減少させ、不適切な磁区（ domain ）の核形
成部位（ nucleation site）を減少させる。データ記憶
層５０の側領域は、データ記憶層５０の磁化容易軸と平
行な両側の縁近くの領域である。
すフローチャートである。この方法は、バイアス磁界
（ bias field ）を使用して、切換磁界を印加する前に
データ記憶層５０にランダムな向きの磁化パターンの小
さな領域を最小にする。バイアス磁界は、データ記憶層
５０の側領域（ side region）の自由磁極（ free pol
e ）の数を減少させ、不適切な磁区（ domain ）の核形
成部位（ nucleation site）を減少させる。データ記憶
層５０の側領域は、データ記憶層５０の磁化容易軸と平
行な両側の縁近くの領域である。
【００２３】ステップＳ１００〜１０６を有する磁気メ
モリ・セル４０を安定化する磁気メモリ・セル安定化方
法は、たとえば、データ記憶層４０の内部の磁化方向
が、実質上正のｘ方向であり、領域５７および５８の磁
化方向が、正のｙ方向であることを示す。
モリ・セル４０を安定化する磁気メモリ・セル安定化方
法は、たとえば、データ記憶層４０の内部の磁化方向
が、実質上正のｘ方向であり、領域５７および５８の磁
化方向が、正のｙ方向であることを示す。
【００２４】ステップＳ１０２において、端領域５７お
よび５８における磁化を所望の向きに回転させ、端領域
５７および５８の自由磁極を減少させるように磁界を印
加する。１つの実施形態において、所望の方向は正のｙ
方向である。例において、ステップＳ１０２で印加され
た磁界は、正のｙ方向（Ｈy+）の磁界である。磁化の反
転は、データ記憶層５０の側領域の磁化が、ステップＳ
１０２の最初に正のｘ方向にあるため、磁区の核形成で
はなく回転によって進行する。Ｈy+の磁界は、バイアス
磁界として端領域５７および５８に作用し、自由磁極の
数を減少させ、端領域５７および５８内の磁化を正のｙ
方向に合わせる。
よび５８における磁化を所望の向きに回転させ、端領域
５７および５８の自由磁極を減少させるように磁界を印
加する。１つの実施形態において、所望の方向は正のｙ
方向である。例において、ステップＳ１０２で印加され
た磁界は、正のｙ方向（Ｈy+）の磁界である。磁化の反
転は、データ記憶層５０の側領域の磁化が、ステップＳ
１０２の最初に正のｘ方向にあるため、磁区の核形成で
はなく回転によって進行する。Ｈy+の磁界は、バイアス
磁界として端領域５７および５８に作用し、自由磁極の
数を減少させ、端領域５７および５８内の磁化を正のｙ
方向に合わせる。
【００２５】ステップＳ１０４において、データ記憶層
５０の内部の磁化方向を所望の論理状態の方に回転させ
るように磁界が印加される。このステップは、磁気メモ
リ・セル４０を、対応するビットの所望の第１または第
２の論理状態に書き込む。この例において、磁化方向
は、負のｘ方向（Ｈx-）に印加された磁界を使用して負
のｘ方向に回転される。ステップＳ１０４の後で、デー
タ記憶層５０の端領域５７および５８と側領域の磁化
は、ほとんど正のｙ方向である。磁化の反転は、磁区の
核形成ではなく磁化の回転によるものである。ステップ
Ｓ１０４の後のデータ記憶層の全体の磁化は、負のｘ方
向と磁化容易軸に最も近い。
５０の内部の磁化方向を所望の論理状態の方に回転させ
るように磁界が印加される。このステップは、磁気メモ
リ・セル４０を、対応するビットの所望の第１または第
２の論理状態に書き込む。この例において、磁化方向
は、負のｘ方向（Ｈx-）に印加された磁界を使用して負
のｘ方向に回転される。ステップＳ１０４の後で、デー
タ記憶層５０の端領域５７および５８と側領域の磁化
は、ほとんど正のｙ方向である。磁化の反転は、磁区の
核形成ではなく磁化の回転によるものである。ステップ
Ｓ１０４の後のデータ記憶層の全体の磁化は、負のｘ方
向と磁化容易軸に最も近い。
【００２６】ステップＳ１０６において、ステップＳ１
０２で印加された磁界が除去（ remove ）される。デー
タ記憶層５０の内部領域の磁化は、ほとんどｘ軸の方向
に向けられる。
０２で印加された磁界が除去（ remove ）される。デー
タ記憶層５０の内部領域の磁化は、ほとんどｘ軸の方向
に向けられる。
【００２７】ステップＳ１０８において、ステップＳ１
０４で印加された磁界が除去される。データ記憶層５０
の磁化は、この例では負のｘ方向の所望の論理状態を定
義した方向のままである。
０４で印加された磁界が除去される。データ記憶層５０
の磁化は、この例では負のｘ方向の所望の論理状態を定
義した方向のままである。
【００２８】もう１つの実施形態において、ステップＳ
１０２の前に、データ記憶層５０の側領域の自由磁極を
減少させるために磁界が適用される。磁界の方向は、ビ
ットの現在の状態を読み取ることによって決定される。
磁界は、ビットの現在の状態と同じ向きに印加される。
この例では、ステップＳ１００で印加される磁界は、正
のｘ方向（Ｈx+）の磁界である。
１０２の前に、データ記憶層５０の側領域の自由磁極を
減少させるために磁界が適用される。磁界の方向は、ビ
ットの現在の状態を読み取ることによって決定される。
磁界は、ビットの現在の状態と同じ向きに印加される。
この例では、ステップＳ１００で印加される磁界は、正
のｘ方向（Ｈx+）の磁界である。
【００２９】図１に示したように、この方法のステップ
Ｓ１００〜１０８は、端領域５７および５８がピン留め
されいるかピン留めされていないかに関係なく磁気メモ
リ・セル４０に利用することができる。
Ｓ１００〜１０８は、端領域５７および５８がピン留め
されいるかピン留めされていないかに関係なく磁気メモ
リ・セル４０に利用することができる。
【００３０】図４は、磁気メモリ・セルのアレイを有す
る磁気メモリの平面図であり、磁気メモリ１０は、追加
の磁気メモリ・セル４１〜４３と共に磁気メモリ・セル
４０を有する磁気メモリ・セルのアレイを備えている。
磁気メモリ１０は、また、磁気メモリ・セル４０〜４３
への読取りと書込みのアクセスを可能にする導体２０お
よび２１と３０および３１とを有する。導体３０および
３１は、上の（ top）導体であり、導体２０および２１
は、それらと直角な下の（ bottom ）導体である。磁気
メモリ・セル４０〜４３はそれぞれ、寸法ｄxとｄyを有
する。
る磁気メモリの平面図であり、磁気メモリ１０は、追加
の磁気メモリ・セル４１〜４３と共に磁気メモリ・セル
４０を有する磁気メモリ・セルのアレイを備えている。
磁気メモリ１０は、また、磁気メモリ・セル４０〜４３
への読取りと書込みのアクセスを可能にする導体２０お
よび２１と３０および３１とを有する。導体３０および
３１は、上の（ top）導体であり、導体２０および２１
は、それらと直角な下の（ bottom ）導体である。磁気
メモリ・セル４０〜４３はそれぞれ、寸法ｄxとｄyを有
する。
【００３１】磁気メモリ・セル４０〜４３は安定化さ
れ、その論理状態は、導体２０および２１と３０〜３２
に電流を印加することにより操作される。たとえば、導
体３０に＋ｘ方向の電流が印加されると、右手の法則に
より、データ記憶層５０に＋ｙ方向の磁界（Ｈy+）が発
生する。導体３０に−ｘ方向の電流が印加されると、デ
ータ記憶層５０に−ｙ方向の磁界（Ｈy-）が発生する。
同様に、導体２０に−ｙ方向の電流が印加されると、デ
ータ記憶層５０に−ｘ方向の磁界（Ｈx+）が発生し、導
体２０に＋ｙ方向の電流が印加されると、データ記憶層
５０に＋ｘ方向の磁界（Ｈx-）が発生する。これらの誘
起磁界Ｈx+、Ｈx-、Ｈy+およびＨy-を使用して、磁気メ
モリ・セル４０の論理状態を安定化させかつ／または書
き込むことができる。
れ、その論理状態は、導体２０および２１と３０〜３２
に電流を印加することにより操作される。たとえば、導
体３０に＋ｘ方向の電流が印加されると、右手の法則に
より、データ記憶層５０に＋ｙ方向の磁界（Ｈy+）が発
生する。導体３０に−ｘ方向の電流が印加されると、デ
ータ記憶層５０に−ｙ方向の磁界（Ｈy-）が発生する。
同様に、導体２０に−ｙ方向の電流が印加されると、デ
ータ記憶層５０に−ｘ方向の磁界（Ｈx+）が発生し、導
体２０に＋ｙ方向の電流が印加されると、データ記憶層
５０に＋ｘ方向の磁界（Ｈx-）が発生する。これらの誘
起磁界Ｈx+、Ｈx-、Ｈy+およびＨy-を使用して、磁気メ
モリ・セル４０の論理状態を安定化させかつ／または書
き込むことができる。
【００３２】以下に本発明の実施の形態を要約する。
【００３３】１．内部領域と、データ記憶層（５０）の
一対の対向した縁近くに一対の端領域（５７および５
８）とを有するデータ記憶層（５０）と、前記データ記
憶層（５０）の上面において前記端領域（５７および５
８）に重なり、前記端領域（５７および５８）の磁化を
所定の方向にピン留めし、磁気メモリ・セルに絶縁層を
提供することによって磁気メモリ・セルを安定化する安
定化材料（５５および５６）と、備える磁気メモリ・セ
ル。
一対の対向した縁近くに一対の端領域（５７および５
８）とを有するデータ記憶層（５０）と、前記データ記
憶層（５０）の上面において前記端領域（５７および５
８）に重なり、前記端領域（５７および５８）の磁化を
所定の方向にピン留めし、磁気メモリ・セルに絶縁層を
提供することによって磁気メモリ・セルを安定化する安
定化材料（５５および５６）と、備える磁気メモリ・セ
ル。
【００３４】２．前記所定の方向が、前記データ記憶層
（５０）の磁化容易軸と実質上垂直である上記１に記載
の磁気メモリ・セル。
（５０）の磁化容易軸と実質上垂直である上記１に記載
の磁気メモリ・セル。
【００３５】３．前記対向した縁が、前記データ記憶層
（５０）の磁化容易軸と垂直である上記１に記載の磁気
メモリ・セル。
（５０）の磁化容易軸と垂直である上記１に記載の磁気
メモリ・セル。
【００３６】４．前記安定化材料（５５および５６）
が、絶縁特性も提供する反強磁性体材料である上記１に
記載の磁気メモリ・セル。
が、絶縁特性も提供する反強磁性体材料である上記１に
記載の磁気メモリ・セル。
【００３７】５．前記反強磁性体材料が、ニッケル酸化
物である上記４に記載の磁気メモリ・セル。
物である上記４に記載の磁気メモリ・セル。
【００３８】６．前記反強磁性体材料が、Ｆｅ2Ｏ3であ
る上記４に記載の磁気メモリ・セル。
る上記４に記載の磁気メモリ・セル。
【００３９】７．前記安定化材料（５５および５６）
が、永久磁石である上記１に記載の磁気メモリ・セル。
が、永久磁石である上記１に記載の磁気メモリ・セル。
【００４０】８．前記データ記憶層（５０）の端領域
（５７および５８）の磁化を回転させ、前記端領域（５
７および５８）内の自由磁極を減少させる磁界を印加す
るステップと、論理状態に関して内部領域の磁化方向を
所望の方向まで回転させる磁界を印加するステップと、
を使用して前記論理状態を磁気メモリ・セルに書き込む
上記１に記載の磁気メモリ・セル。
（５７および５８）の磁化を回転させ、前記端領域（５
７および５８）内の自由磁極を減少させる磁界を印加す
るステップと、論理状態に関して内部領域の磁化方向を
所望の方向まで回転させる磁界を印加するステップと、
を使用して前記論理状態を磁気メモリ・セルに書き込む
上記１に記載の磁気メモリ・セル。
【００４１】９．前記端領域（５７および５８）の磁化
を回転させる磁界を印加する前に、前記データ記憶層
（５０）の一対の対向した側領域の自由磁極を減少させ
る磁界を印加する追加のステップを使用して前記論理状
態を磁気メモリ・セルに書き込む上記８に記載の磁気メ
モリ。
を回転させる磁界を印加する前に、前記データ記憶層
（５０）の一対の対向した側領域の自由磁極を減少させ
る磁界を印加する追加のステップを使用して前記論理状
態を磁気メモリ・セルに書き込む上記８に記載の磁気メ
モリ。
【００４２】１０．前記端領域（５７および５８）の磁
化を回転させる磁界を除去するステップと、前記内部領
域の磁化方向を回転させる磁界を除去するステップと、
をさらに使用して前記論理状態を磁気メモリ・セルに書
き込む上記８に記載の磁気メモリ・セル。
化を回転させる磁界を除去するステップと、前記内部領
域の磁化方向を回転させる磁界を除去するステップと、
をさらに使用して前記論理状態を磁気メモリ・セルに書
き込む上記８に記載の磁気メモリ・セル。
【００４３】１１．端領域（５７および５８）の自由磁
極を減少させるために、磁気メモリ・セルのデータ記憶
層（５０）の一対の対向した端領域（５７および５８）
の磁化を回転させて、磁界を印加するステップと、論理
状態に関して前記データ記憶層（５０）の内部領域の磁
化方向を所望の方向に回転させる磁界を印加するステッ
プと、を有する磁気メモリ・セル安定化方法。
極を減少させるために、磁気メモリ・セルのデータ記憶
層（５０）の一対の対向した端領域（５７および５８）
の磁化を回転させて、磁界を印加するステップと、論理
状態に関して前記データ記憶層（５０）の内部領域の磁
化方向を所望の方向に回転させる磁界を印加するステッ
プと、を有する磁気メモリ・セル安定化方法。
【００４４】１２．前記所望の方向が、前記データ記憶
層（５０）の磁化容易軸と実質上平行である上記１１に
記載の磁気メモリ・セル安定化方法。
層（５０）の磁化容易軸と実質上平行である上記１１に
記載の磁気メモリ・セル安定化方法。
【００４５】１３．前記所望の方向が、前記データ記憶
層（５０）の磁化容易軸と実質上逆平行である上記１１
に記載の磁気メモリ・セル安定化方法。
層（５０）の磁化容易軸と実質上逆平行である上記１１
に記載の磁気メモリ・セル安定化方法。
【００４６】１４．前記対向した端領域（５７および５
８）の磁化を回転させる磁界が、前記内部領域の磁化方
向を回転させる磁界と実質上直角である上記１１に記載
の磁気メモリ・セル安定化方法。
８）の磁化を回転させる磁界が、前記内部領域の磁化方
向を回転させる磁界と実質上直角である上記１１に記載
の磁気メモリ・セル安定化方法。
【００４７】１５．前記データ記憶層（５０）の一対の
対向した側領域の自由磁極を減少させる磁界を適用する
ステップをさらに有する上記１１に記載の磁気メモリ・
セル安定化方法。
対向した側領域の自由磁極を減少させる磁界を適用する
ステップをさらに有する上記１１に記載の磁気メモリ・
セル安定化方法。
【００４８】１６．前記対向した端領域（５７および５
８）の磁化を回転させる磁界を印加するステップの前
に、前記データ記憶層（５０）の一対の対向した側領域
内の自由磁極を減少させる磁界を印加するステップを有
する上記１１に記載の磁気メモリ・セル安定化方法。
８）の磁化を回転させる磁界を印加するステップの前
に、前記データ記憶層（５０）の一対の対向した側領域
内の自由磁極を減少させる磁界を印加するステップを有
する上記１１に記載の磁気メモリ・セル安定化方法。
【００４９】１７．前記側領域内の自由磁極を減少させ
る磁界が、前記内部領域の磁化方向を回転させる磁界と
実質上平行であることを特徴とする上記１６に記載の磁
気メモリ・セル安定化方法。
る磁界が、前記内部領域の磁化方向を回転させる磁界と
実質上平行であることを特徴とする上記１６に記載の磁
気メモリ・セル安定化方法。
【００５０】１８．前記データ記憶層（５０）の対向し
た端領域（５７および５８）の磁化を回転させる磁界を
除去するステップをさらに有する上記１１に記載の磁気
メモリ・セル安定化方法。
た端領域（５７および５８）の磁化を回転させる磁界を
除去するステップをさらに有する上記１１に記載の磁気
メモリ・セル安定化方法。
【００５１】１９．前記データ記憶層（５０）の内部領
域の磁化方向を回転させる磁界を除去するステップをさ
らに有する上記１１に記載の磁気メモリ・セル安定化方
法。
域の磁化方向を回転させる磁界を除去するステップをさ
らに有する上記１１に記載の磁気メモリ・セル安定化方
法。
【００５２】２０．前記端領域（５７および５８）の磁
化を前記所定の方向にピン留めする磁気メモリ・セル内
に安定化材料（５５および５６）を提供するステップを
さらに有する上記１１に記載の磁気メモリ・セル安定化
方法。
化を前記所定の方向にピン留めする磁気メモリ・セル内
に安定化材料（５５および５６）を提供するステップを
さらに有する上記１１に記載の磁気メモリ・セル安定化
方法。
【００５３】
【発明の効果】本発明によれば、無駄な消費電力を使用
する、或いは、記憶セル密度を制限することなく、磁気
メモリ・セルの予測可能な切換挙動の原因となる端領域
内のランダムな向きの磁化パターンを除去することがで
き、それにより安定化した磁気メモリを提供することが
できる。
する、或いは、記憶セル密度を制限することなく、磁気
メモリ・セルの予測可能な切換挙動の原因となる端領域
内のランダムな向きの磁化パターンを除去することがで
き、それにより安定化した磁気メモリを提供することが
できる。
【図１】一実施形態に係る安定化した磁気メモリ・セル
の説明図である。
の説明図である。
【図２】磁気メモリ・セルの２つの安定状態に関するデ
ータ記憶層の磁化方向の説明図である。
ータ記憶層の磁化方向の説明図である。
【図３】磁気メモリ・セル安定化方法を示すフローチャ
ートである。
ートである。
【図４】磁気メモリ・セルのアレイを有する磁気メモリ
の平面図である。
の平面図である。
４０ 磁気メモリ・セル ５０ データ記憶層 ５２ トンネル障壁 ５４ 基準層 ５５，５６ 安定化材料 ５７，５８ 端領域
フロントページの続き (72)発明者 トーマス・シー・アンソニー アメリカ合衆国 カリフォルニア，サニー ヴェイル，ピメント・アベニュー 1161 (72)発明者 マノジ・ケイ・バハッタチャルヤ アメリカ合衆国 カリフォルニア，キュー パーティーノ，パーム・アベニュー 22423
Claims (1)
- 【請求項１】内部領域と、データ記憶層（５０）の一対
の対向した縁近くに一対の端領域（５７および５８）と
を有するデータ記憶層（５０）と、 前記データ記憶層（５０）の上面において前記端領域
（５７および５８）に重なり、前記端領域（５７および
５８）の磁化を所定の方向にピン留めし、磁気メモリ・
セルに絶縁層を提供することによって磁気メモリ・セル
を安定化する安定化材料（５５および５６）と、 備えることを特徴とする磁気メモリ・セル。
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| US09/146819 | 1998-09-04 | ||
| US09/146,819 US6072717A (en) | 1998-09-04 | 1998-09-04 | Stabilized magnetic memory cell |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2000100153A true JP2000100153A (ja) | 2000-04-07 |
| JP2000100153A5 JP2000100153A5 (ja) | 2006-09-07 |
Family
ID=22519125
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP11247566A Pending JP2000100153A (ja) | 1998-09-04 | 1999-09-01 | 磁気メモリ・セル |
Country Status (4)
| Country | Link |
|---|---|
| US (2) | US6072717A (ja) |
| EP (1) | EP0986065A3 (ja) |
| JP (1) | JP2000100153A (ja) |
| CN (1) | CN1186781C (ja) |
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