JP2001230468A - 磁気トンネル接合素子及びそれを用いた磁気メモリ - Google Patents
磁気トンネル接合素子及びそれを用いた磁気メモリInfo
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 従来の積層して高感度化を図った磁気トンネ
ル接合（ＭＴＪ）素子ではメモリ層となる強磁性層の磁
化が面内方向であるため、素子の微細化にともない両端
部の磁極による反磁界の影響が大きくなり、メモリ層の
磁化が不安定になる。 【解決手段】 積層したＭＴＪ素子１のメモリ層となる
強磁性層１４の上に閉磁路層１５を設け、メモリ層とな
る強磁性層を閉磁路で構成する。
ル接合（ＭＴＪ）素子ではメモリ層となる強磁性層の磁
化が面内方向であるため、素子の微細化にともない両端
部の磁極による反磁界の影響が大きくなり、メモリ層の
磁化が不安定になる。 【解決手段】 積層したＭＴＪ素子１のメモリ層となる
強磁性層１４の上に閉磁路層１５を設け、メモリ層とな
る強磁性層を閉磁路で構成する。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は磁気トンネル接合素
子及びそれを用いた磁気メモリに関するものである。
子及びそれを用いた磁気メモリに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】近年、磁気トンネル接合（ＭＴＪ）素子
は、従来の異方性磁気抵抗効果（ＡＭＲ）素子や巨大磁
気抵抗効果（ＧＭＲ）素子に比べて大きな出力が得られ
ることから、ＨＤＤ（ハード・ディスク・ドライブ）用
再生ヘッドや磁気メモリへの応用が考えられている。
は、従来の異方性磁気抵抗効果（ＡＭＲ）素子や巨大磁
気抵抗効果（ＧＭＲ）素子に比べて大きな出力が得られ
ることから、ＨＤＤ（ハード・ディスク・ドライブ）用
再生ヘッドや磁気メモリへの応用が考えられている。
【０００３】特に、磁気メモリは、半導体メモリと同じ
く稼動部の無い固体メモリであるが、電源が断たれても
情報を失わない、繰り返し回数が無限回である、放射線
が入射しても記録内容が消失する危険性が無い等、半導
体メモリと比較して有用である。
く稼動部の無い固体メモリであるが、電源が断たれても
情報を失わない、繰り返し回数が無限回である、放射線
が入射しても記録内容が消失する危険性が無い等、半導
体メモリと比較して有用である。
【０００４】このような磁気ヘッドや磁気メモリへの応
用を考えた場合、高い抵抗変化率が重要となる。このよ
うな要請に対し、材料的な観点からの抵抗変化率の改善
は限られていることから、膜構成による出力電圧の向上
が考えられている。
用を考えた場合、高い抵抗変化率が重要となる。このよ
うな要請に対し、材料的な観点からの抵抗変化率の改善
は限られていることから、膜構成による出力電圧の向上
が考えられている。
【０００５】例えば、特開平１１―１６３４３６号公報
では複数のＭＴＪ素子を積層することにより、出力電圧
の増加を実現している。
では複数のＭＴＪ素子を積層することにより、出力電圧
の増加を実現している。
【０００６】従来のＭＴＪ素子の構成として、特開平１
１―１６３４３６号公報に記載されたものを図７に示
す。
１―１６３４３６号公報に記載されたものを図７に示
す。
【０００７】図７において、ＭＴＪ素子は、第1の強磁
性層５１、第1の絶縁層５２、第２の強磁性層５３、第
２の絶縁層５４、第３の強磁性層５５を積層したもので
ある。ここでは磁気ヘッドへの応用を主目的としている
が、磁気メモリへ応用することも可能である。
性層５１、第1の絶縁層５２、第２の強磁性層５３、第
２の絶縁層５４、第３の強磁性層５５を積層したもので
ある。ここでは磁気ヘッドへの応用を主目的としている
が、磁気メモリへ応用することも可能である。
【０００８】図７の構造のＭＴＪ素子を磁気メモリに使
用する場合は、強磁性層５１、強磁性層５３及び強磁性
層５５の磁化がいずれも膜面内にあり、平行もしくは反
平行となるように実効的な一軸磁気異方性を有していれ
ばよい。
用する場合は、強磁性層５１、強磁性層５３及び強磁性
層５５の磁化がいずれも膜面内にあり、平行もしくは反
平行となるように実効的な一軸磁気異方性を有していれ
ばよい。
【０００９】強磁性層５１及び強磁性層５５の磁化は反
強磁性層との交換結合などにより実質的に一方向に固定
され、強磁性層５３の磁化の方向で記憶を保持する。メ
モリ層となる強磁性層５４の磁化が平行もしくは反平行
でＭＴＪ素子の抵抗が異なることを検出することにより
読み出しを行う。図５に示す構造では、磁気トンネル接
合部が二つ直列に接続されていることから、単一の磁気
トンネル接合部を有する従来のＭＴＪ素子に比して略二
倍の出力を得ることができる。
強磁性層との交換結合などにより実質的に一方向に固定
され、強磁性層５３の磁化の方向で記憶を保持する。メ
モリ層となる強磁性層５４の磁化が平行もしくは反平行
でＭＴＪ素子の抵抗が異なることを検出することにより
読み出しを行う。図５に示す構造では、磁気トンネル接
合部が二つ直列に接続されていることから、単一の磁気
トンネル接合部を有する従来のＭＴＪ素子に比して略二
倍の出力を得ることができる。
【００１０】また、書込みはＭＴＪ素子の近傍に配置し
た電流線が発生する磁界を利用して強磁性層５３の磁化
の向きを変えることで実現される。
た電流線が発生する磁界を利用して強磁性層５３の磁化
の向きを変えることで実現される。
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】上記構造のＭＴＪ素子
では強磁性層５１、強磁性層５３及び強磁性層５５の磁
化が面内方向であるため、両端部には磁極が発生する。
磁気メモリの高密度化を図るにはＭＴＪ素子を微細化す
る必要があるが、素子の微細化にともない両端部の磁極
による反磁界の影響が大きくなる。
では強磁性層５１、強磁性層５３及び強磁性層５５の磁
化が面内方向であるため、両端部には磁極が発生する。
磁気メモリの高密度化を図るにはＭＴＪ素子を微細化す
る必要があるが、素子の微細化にともない両端部の磁極
による反磁界の影響が大きくなる。
【００１２】強磁性層５１及び５５が反強磁性層と交換
結合している場合には、上記の反磁界の影響は少ない。
また、強磁性層５１及び５５を反強磁性結合する二つの
強磁性層で構成することにより、端部に発生する磁極を
実質的にゼロにすることができる。
結合している場合には、上記の反磁界の影響は少ない。
また、強磁性層５１及び５５を反強磁性結合する二つの
強磁性層で構成することにより、端部に発生する磁極を
実質的にゼロにすることができる。
【００１３】しかしながら、メモリ層となる強磁性層５
３については同様の手法を取ることができないことか
ら、パターンが微細化するに連れて端部磁極の影響によ
り磁化が不安定となり、記憶の保持が困難となる。
３については同様の手法を取ることができないことか
ら、パターンが微細化するに連れて端部磁極の影響によ
り磁化が不安定となり、記憶の保持が困難となる。
【００１４】本発明は上記課題を解決するために、パタ
ーンが微細化してもメモリ層に記録された磁化状態が安
定に存在することのできる磁気トンネル接合素子及びそ
れを用いた磁気メモリを提供することを目的とする。
ーンが微細化してもメモリ層に記録された磁化状態が安
定に存在することのできる磁気トンネル接合素子及びそ
れを用いた磁気メモリを提供することを目的とする。
【００１５】
【課題を解決するための手段】本発明の磁気トンネル接
合素子は、少なくとも第１磁性層、第１絶縁層、第２磁
性層、第２絶縁層、第３磁性層を積層する磁気トンネル
接合素子であって、前記第２磁性層の前記第１絶縁層積
層側または前記第２絶縁層積層側のいずれかに第４磁性
層を設け、前記第２磁性層及び第４磁性層により閉磁路
を構成したことを特徴とする。
合素子は、少なくとも第１磁性層、第１絶縁層、第２磁
性層、第２絶縁層、第３磁性層を積層する磁気トンネル
接合素子であって、前記第２磁性層の前記第１絶縁層積
層側または前記第２絶縁層積層側のいずれかに第４磁性
層を設け、前記第２磁性層及び第４磁性層により閉磁路
を構成したことを特徴とする。
【００１６】さらに、前記第１磁性層に交換結合する第
１反強磁性層を積層し、前記第３磁性層に交換結合する
第２反強磁性層を積層したことを特徴とする。
１反強磁性層を積層し、前記第３磁性層に交換結合する
第２反強磁性層を積層したことを特徴とする。
【００１７】さらに、前記第１反強磁性層と前記第１磁
性層の交換結合の消失する温度と、前記第２反強磁性層
と前記第３磁性層の交換結合の消失する温度が異なるこ
とを特徴とする。
性層の交換結合の消失する温度と、前記第２反強磁性層
と前記第３磁性層の交換結合の消失する温度が異なるこ
とを特徴とする。
【００１８】また、少なくとも前記第１磁性層または第
２磁性層のいずれかを、金属層を介して反強磁性結合す
る２つ以上の強磁性層で構成したことを特徴とする。
２磁性層のいずれかを、金属層を介して反強磁性結合す
る２つ以上の強磁性層で構成したことを特徴とする。
【００１９】また、前記第４磁性層は、中央部を離間す
るとともに、両端において直接又は第５磁性層を介し
て、前記第２磁性層と接合することを特徴とする。
るとともに、両端において直接又は第５磁性層を介し
て、前記第２磁性層と接合することを特徴とする。
【００２０】さらに、前記２磁性層と第４磁性層の離間
部に少なくとも１つのリード線を設けたことを特徴とす
る。
部に少なくとも１つのリード線を設けたことを特徴とす
る。
【００２１】また、本発明の磁気メモリは、少なくとも
第１磁性層、第１絶縁層、第２磁性層、第２絶縁層、第
３磁性層を積層し、前記第２磁性層の前記第１絶縁層積
層側または前記第２絶縁層積層側のいずれかに第４磁性
層を設け、前記第２磁性層及び第４磁性層により閉磁路
を構成した磁気トンネル接合素子を用いたことを特徴と
する。
第１磁性層、第１絶縁層、第２磁性層、第２絶縁層、第
３磁性層を積層し、前記第２磁性層の前記第１絶縁層積
層側または前記第２絶縁層積層側のいずれかに第４磁性
層を設け、前記第２磁性層及び第４磁性層により閉磁路
を構成した磁気トンネル接合素子を用いたことを特徴と
する。
【００２２】
【発明の実施の形態】以下、本発明について、図１から
図６を用いて説明する。
図６を用いて説明する。
【００２３】［実施例１］図１に実施例１のＭＴＪ素子
の構成を示す。
の構成を示す。
【００２４】図１において、ＭＴＪ素子１は、反強磁性
層１１、強磁性層１２、絶縁層１３、強磁性層１４、閉
磁路層（強磁性層）１５、絶縁層１６、強磁性層１７、
反強磁性層１８からなる。強磁性層１４と閉磁路層（強
磁性層）１５は両端部で直接接合し、中央部では離間し
ている。
層１１、強磁性層１２、絶縁層１３、強磁性層１４、閉
磁路層（強磁性層）１５、絶縁層１６、強磁性層１７、
反強磁性層１８からなる。強磁性層１４と閉磁路層（強
磁性層）１５は両端部で直接接合し、中央部では離間し
ている。
【００２５】図１に示すように、強磁性層１４と閉磁路
層（強磁性層）１５を積層することにより、強磁性層１
４と閉磁路層（強磁性層）１５との磁化は閉ループを構
成するようになり、これにより強磁性層１４の端部に磁
極が発生することを回避することができる。
層（強磁性層）１５を積層することにより、強磁性層１
４と閉磁路層（強磁性層）１５との磁化は閉ループを構
成するようになり、これにより強磁性層１４の端部に磁
極が発生することを回避することができる。
【００２６】また、反強磁性層１１と強磁性層１２、反
強磁性層１８と強磁性層１７はそれぞれ交換結合し、強
磁性層１２、１７の磁化の向きは固定されている。
強磁性層１８と強磁性層１７はそれぞれ交換結合し、強
磁性層１２、１７の磁化の向きは固定されている。
【００２７】強磁性層１２、１４、１７及び閉磁路層
（強磁性層）１５の材料としては、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉ或
はこれらの合金を用いることができる。また、反強磁性
層１１、１８の材料としては、ＦｅＭｎ、ＮｉＭｎ、Ｐ
ｔＭｎ、ＩｒＭｎ等の合金を用いることができる。
（強磁性層）１５の材料としては、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉ或
はこれらの合金を用いることができる。また、反強磁性
層１１、１８の材料としては、ＦｅＭｎ、ＮｉＭｎ、Ｐ
ｔＭｎ、ＩｒＭｎ等の合金を用いることができる。
【００２８】絶縁層１３、１６としては抵抗変化率の点
からＡｌ2Ｏ3膜が望ましいが、その他の酸化膜、窒化膜
等の絶縁膜も使用できる。また、Ｓｉ膜、ダイヤモンド
膜、ダイヤモンドライクカーボン（ＤＬＣ）膜等の共有
結合を有する絶縁膜も使用できる。
からＡｌ2Ｏ3膜が望ましいが、その他の酸化膜、窒化膜
等の絶縁膜も使用できる。また、Ｓｉ膜、ダイヤモンド
膜、ダイヤモンドライクカーボン（ＤＬＣ）膜等の共有
結合を有する絶縁膜も使用できる。
【００２９】ＭＴＪ素子１は、強磁性層１４と閉磁路層
（強磁性層）１５が作る閉ループの磁化方向で記憶を保
持しており、強磁性層１４と閉磁路層（強磁性層）１５
が作る閉ループの磁化方向と強磁性層１２、１７との磁
化方向が平行もしくは反平行となることによる抵抗変化
で記憶状態を読み出す。
（強磁性層）１５が作る閉ループの磁化方向で記憶を保
持しており、強磁性層１４と閉磁路層（強磁性層）１５
が作る閉ループの磁化方向と強磁性層１２、１７との磁
化方向が平行もしくは反平行となることによる抵抗変化
で記憶状態を読み出す。
【００３０】このように、強磁性層１４と閉磁路層（強
磁性層）１５が作る閉ループの磁化方向で記憶を保持し
ていることから、強磁性層１２、１７の磁化は反強磁性
層１１、１８との交換結合で互いに逆方向に固定されて
いなければならない。
磁性層）１５が作る閉ループの磁化方向で記憶を保持し
ていることから、強磁性層１２、１７の磁化は反強磁性
層１１、１８との交換結合で互いに逆方向に固定されて
いなければならない。
【００３１】このような磁化の配置は、反強磁性層１
１、１８に交換結合磁界の消失する温度（ブロッキング
温度）Ｔｂが異なる材料を用いることで実現される。
１、１８に交換結合磁界の消失する温度（ブロッキング
温度）Ｔｂが異なる材料を用いることで実現される。
【００３２】例えば、反強磁性層１１にＰｔＭｎ膜を用
い、反強磁性層１８にＩｒＭｎ膜を用いた例で説明す
る。ＰｔＭｎはＡｕＣｕＩ型の規則相をもつ反強磁性体
であり、そのＴｂ１は３８０℃である。一方、ＩｒＭｎ
は面心立方構造をもつ反強磁性体であり、そのＴｂ２は
２７０℃である。
い、反強磁性層１８にＩｒＭｎ膜を用いた例で説明す
る。ＰｔＭｎはＡｕＣｕＩ型の規則相をもつ反強磁性体
であり、そのＴｂ１は３８０℃である。一方、ＩｒＭｎ
は面心立方構造をもつ反強磁性体であり、そのＴｂ２は
２７０℃である。
【００３３】まず、同一真空中で全ての層（１１〜１
８）を形成後に、ＰｔＭｎ膜からなる反強磁性層１１を
規則化させるためにある方向に磁界を印加しながら２５
０℃で６時間の熱処理を行う。これにより、ＰｔＭｎ膜
（反強磁性層１１）は規則化し、そのスピンは印加磁界
方向を向いた強磁性層１２の磁化の影響を受けながら冷
却の過程で配列する。その結果発生する交換結合によ
り、強磁性層１１は印加磁界方向に固定される。
８）を形成後に、ＰｔＭｎ膜からなる反強磁性層１１を
規則化させるためにある方向に磁界を印加しながら２５
０℃で６時間の熱処理を行う。これにより、ＰｔＭｎ膜
（反強磁性層１１）は規則化し、そのスピンは印加磁界
方向を向いた強磁性層１２の磁化の影響を受けながら冷
却の過程で配列する。その結果発生する交換結合によ
り、強磁性層１１は印加磁界方向に固定される。
【００３４】次に、Ｔｂ１以下かつＴｂ２以上の温度ま
で加熱し、最初とは逆（１８０°）の方向に磁界を印加
しながら冷却する。これにより、ＩｒＭｎ膜からなる反
強磁性層１８のスピンは隣接する逆方向を向いた強磁性
層１７の磁化の影響を受けながら冷却の過程で再配列
し、その結果隣接する強磁性層１７の磁化は最初の熱処
理とは反平行の方向に固定される。
で加熱し、最初とは逆（１８０°）の方向に磁界を印加
しながら冷却する。これにより、ＩｒＭｎ膜からなる反
強磁性層１８のスピンは隣接する逆方向を向いた強磁性
層１７の磁化の影響を受けながら冷却の過程で再配列
し、その結果隣接する強磁性層１７の磁化は最初の熱処
理とは反平行の方向に固定される。
【００３５】この時、ＰｔＭｎ膜からなる反強磁性層１
１と強磁性層１２の磁化方向は、Ｔｂ１以下であるため
に、影響を受けずにはじめの熱処理後の方向が維持され
る。その結果、強磁性層１２と強磁性層１７の磁化方向
は反平行となる。
１と強磁性層１２の磁化方向は、Ｔｂ１以下であるため
に、影響を受けずにはじめの熱処理後の方向が維持され
る。その結果、強磁性層１２と強磁性層１７の磁化方向
は反平行となる。
【００３６】なお、反強磁性層の材料及び磁化の配向方
法は、上記に限定されるものではなく、Ｔｂが異なる２
つの反強磁性層であればよい。また、磁化の配向方法と
しても磁界中で熱処理する方法以外に、成膜時の磁界方
向を制御する、或いはこれらを組み合わせる等の方法で
も実現できる。また、反強磁性層に不規則合金膜を使用
する場合には、規則合金膜の場合のような規則化のため
の熱処理が必要ないことは明らかである。
法は、上記に限定されるものではなく、Ｔｂが異なる２
つの反強磁性層であればよい。また、磁化の配向方法と
しても磁界中で熱処理する方法以外に、成膜時の磁界方
向を制御する、或いはこれらを組み合わせる等の方法で
も実現できる。また、反強磁性層に不規則合金膜を使用
する場合には、規則合金膜の場合のような規則化のため
の熱処理が必要ないことは明らかである。
【００３７】強磁性層１２、１４、１７及び閉磁路層
（強磁性層）１５の膜厚は、１０Å以上であることが望
ましい。これは膜厚が薄すぎると熱エネルギーの影響で
超常磁性化するためである。
（強磁性層）１５の膜厚は、１０Å以上であることが望
ましい。これは膜厚が薄すぎると熱エネルギーの影響で
超常磁性化するためである。
【００３８】また、前記絶縁層１３、１６は３Å以上３
０Å以下であることが望ましい。これは、絶縁層１３、
１６の膜厚が３Å以下である場合、強磁性層１２と強磁
性層１４又は閉磁路層１５と強磁性層１７が電気的にシ
ョートする可能性があり、絶縁層１３、１６の膜厚が３
０Å以上である場合、電子のトンネルが起きにくく、磁
気抵抗比が小さくなってしまうからである。
０Å以下であることが望ましい。これは、絶縁層１３、
１６の膜厚が３Å以下である場合、強磁性層１２と強磁
性層１４又は閉磁路層１５と強磁性層１７が電気的にシ
ョートする可能性があり、絶縁層１３、１６の膜厚が３
０Å以上である場合、電子のトンネルが起きにくく、磁
気抵抗比が小さくなってしまうからである。
【００３９】さらに、強磁性層１２又は強磁性層１７を
２つの強磁性層で構成することにより、端部に実効的に
磁極が生じないようにすることができる。また、３層以
上であっても、構成する強磁性層の膜厚を調整すること
で端部に実効的に磁極が生じないようにすることも可能
である。
２つの強磁性層で構成することにより、端部に実効的に
磁極が生じないようにすることができる。また、３層以
上であっても、構成する強磁性層の膜厚を調整すること
で端部に実効的に磁極が生じないようにすることも可能
である。
【００４０】また、本発明のＭＴＪ素子としては、図
２、図３に示すように、強磁性層１４と閉磁路層（強磁
性層）１５を両端部で強磁性層１９、１９′を介して接
合し、中央部では離間している構造にすることもでき
る。
２、図３に示すように、強磁性層１４と閉磁路層（強磁
性層）１５を両端部で強磁性層１９、１９′を介して接
合し、中央部では離間している構造にすることもでき
る。
【００４１】次に、本発明のＭＴＪ素子１をランダムア
クセス可能な磁気メモリ３に用いた場合の概略図を図４
に示す。
クセス可能な磁気メモリ３に用いた場合の概略図を図４
に示す。
【００４２】トランジスタ３１は読み出し時にＭＴＪ素
子１を選択する役割を有している。“０”、“１”の情
報は図１に示すＭＴＪ素子１の強磁性層１４及び閉磁路
層（強磁性層）１５の磁化方向によって記録されてお
り、強磁性層１２及び強磁性層１７の磁化方向は固定さ
れている。強磁性層１２と強磁性層１４の磁化が平行及
び強磁性層１７と閉磁路層（強磁性層）１５の磁化が平
行の時は抵抗値が低く、反平行の時は抵抗値が高くなる
磁気抵抗効果を利用して情報を読み出す。一方、書込み
は、ビット線３２とワード線３３が形成する合成磁界に
よって強磁性層１４及び閉磁路層（強磁性層）１５の磁
化の向きを反転することで実現される。なお、３４はプ
レートラインである。
子１を選択する役割を有している。“０”、“１”の情
報は図１に示すＭＴＪ素子１の強磁性層１４及び閉磁路
層（強磁性層）１５の磁化方向によって記録されてお
り、強磁性層１２及び強磁性層１７の磁化方向は固定さ
れている。強磁性層１２と強磁性層１４の磁化が平行及
び強磁性層１７と閉磁路層（強磁性層）１５の磁化が平
行の時は抵抗値が低く、反平行の時は抵抗値が高くなる
磁気抵抗効果を利用して情報を読み出す。一方、書込み
は、ビット線３２とワード線３３が形成する合成磁界に
よって強磁性層１４及び閉磁路層（強磁性層）１５の磁
化の向きを反転することで実現される。なお、３４はプ
レートラインである。
【００４３】図５にビット線３２とワード線３３の配置
の例を示す。
の例を示す。
【００４４】図５において、強磁性層１４と閉磁路層
（強磁性層）１５の中央離間部内にビット線３２とワー
ド線３３を貫通させることにより、強磁性層１４及び閉
磁路層（強磁性層）１５の磁化の向きを反転するのに要
する電流値が小さくなり、磁気メモリの消費電力を低減
することができる。
（強磁性層）１５の中央離間部内にビット線３２とワー
ド線３３を貫通させることにより、強磁性層１４及び閉
磁路層（強磁性層）１５の磁化の向きを反転するのに要
する電流値が小さくなり、磁気メモリの消費電力を低減
することができる。
【００４５】また、ビット線３２とワード線３３はとも
に強磁性層１４及び閉磁路層（強磁性層）１５から電気
的に絶縁されている。
に強磁性層１４及び閉磁路層（強磁性層）１５から電気
的に絶縁されている。
【００４６】なお、ビット線及びワード線の配置として
は、図５に制限されることはなく、ビット線とワード線
を同一平面上に設けることも可能である。或いはまた、
両方もしくはどちらか一方の配線をＭＴＪ素子の外部近
傍に設けることも可能であり、プロセスが簡単になる。
は、図５に制限されることはなく、ビット線とワード線
を同一平面上に設けることも可能である。或いはまた、
両方もしくはどちらか一方の配線をＭＴＪ素子の外部近
傍に設けることも可能であり、プロセスが簡単になる。
【００４７】［実施例２］図６は実施例２のＭＴＪ素子
の構成を示す。
の構成を示す。
【００４８】図６において、ＭＴＪ素子２は、反強磁性
層２１、強磁性層２２、絶縁層２３、強磁性層２４、閉
磁路層（強磁性層）２５、絶縁層２６、強磁性層２７、
反強磁性層２８からなる。強磁性層２４と閉磁路層（強
磁性層）２５は両端部で直接接合し、中央部では離間し
ている。
層２１、強磁性層２２、絶縁層２３、強磁性層２４、閉
磁路層（強磁性層）２５、絶縁層２６、強磁性層２７、
反強磁性層２８からなる。強磁性層２４と閉磁路層（強
磁性層）２５は両端部で直接接合し、中央部では離間し
ている。
【００４９】図６に示すように、強磁性層２４と閉磁路
層（強磁性層）２５を積層することにより、強磁性層２
４と閉磁路層（強磁性層）２５との磁化は閉ループを構
成するようになり、これにより強磁性層２４の端部に磁
極が発生することを回避することができる。
層（強磁性層）２５を積層することにより、強磁性層２
４と閉磁路層（強磁性層）２５との磁化は閉ループを構
成するようになり、これにより強磁性層２４の端部に磁
極が発生することを回避することができる。
【００５０】実施例２のＭＴＪ素子２は実施例１のＭＴ
Ｊ素子１と異なり、強磁性層２２が、金属層２２ｂを介
して反強磁性結合する２つ強磁性層２２ａと２２ｃとか
らなり、強磁性層２２ｃは反強磁性層２１と交換結合し
ている。また、実施例１同様に、反強磁性層２８と強磁
性層２７とは交換結合している。
Ｊ素子１と異なり、強磁性層２２が、金属層２２ｂを介
して反強磁性結合する２つ強磁性層２２ａと２２ｃとか
らなり、強磁性層２２ｃは反強磁性層２１と交換結合し
ている。また、実施例１同様に、反強磁性層２８と強磁
性層２７とは交換結合している。
【００５１】つまり、強磁性層２７は固定層で反強磁性
層２８との交換結合で磁化が固定され、強磁性層２２ｃ
は反強磁性層２１との交換結合で磁化が固定され、更に
強磁性層２２ａは金属層２２ｂを介して反強磁性結合し
ていることから、強磁性層２２ｃとは逆方向に磁化が固
定されている。
層２８との交換結合で磁化が固定され、強磁性層２２ｃ
は反強磁性層２１との交換結合で磁化が固定され、更に
強磁性層２２ａは金属層２２ｂを介して反強磁性結合し
ていることから、強磁性層２２ｃとは逆方向に磁化が固
定されている。
【００５２】ＭＴＪ素子２は、強磁性層２４と閉磁路層
（強磁性層）２５が作る閉ループの磁化方向で記憶を保
持し、強磁性層２４と閉磁路層（強磁性層）２５が作る
閉ループの磁化方向と強磁性層２２ａ、２７との磁化方
向が平行もしくは反平行となることによる抵抗変化で記
憶状態を読み出す。
（強磁性層）２５が作る閉ループの磁化方向で記憶を保
持し、強磁性層２４と閉磁路層（強磁性層）２５が作る
閉ループの磁化方向と強磁性層２２ａ、２７との磁化方
向が平行もしくは反平行となることによる抵抗変化で記
憶状態を読み出す。
【００５３】このように、強磁性層２４と閉磁路層（強
磁性層）２５が作る閉ループの磁化方向と強磁性層２２
ａ、２７との磁化方向が平行もしくは反平行となること
による抵抗変化で記憶状態を読み出すためには、強磁性
層２２ｃの磁化方向は強磁性層２７と同じ方向に固定さ
れていなければならない。
磁性層）２５が作る閉ループの磁化方向と強磁性層２２
ａ、２７との磁化方向が平行もしくは反平行となること
による抵抗変化で記憶状態を読み出すためには、強磁性
層２２ｃの磁化方向は強磁性層２７と同じ方向に固定さ
れていなければならない。
【００５４】従って、本実施例２によれば、一回の処理
或いは同じ磁界方向で強磁性層２２と強磁性層２７の磁
化方向を固定することが可能となり、実施例１に比べ、
処理が簡略化できる。
或いは同じ磁界方向で強磁性層２２と強磁性層２７の磁
化方向を固定することが可能となり、実施例１に比べ、
処理が簡略化できる。
【００５５】本実施例２では、強磁性層２２を強磁性層
２層で、強磁性層２７を単層で構成したが、固定層とな
る２つの層で強磁性層の層数を１層異なるようにすれば
同じ効果を得ることができる。
２層で、強磁性層２７を単層で構成したが、固定層とな
る２つの層で強磁性層の層数を１層異なるようにすれば
同じ効果を得ることができる。
【００５６】また、本実施例２では反強磁性層２１と反
強磁性層２８に同じ反強磁性材料を用いることもでき
る。
強磁性層２８に同じ反強磁性材料を用いることもでき
る。
【００５７】また、本実施例２では、実施例１（図２お
よび図３）と同様に強磁性層１４と強磁性層１５を両端
部で他の強磁性層を介して接合し、中央部では離間して
いる構造にすることもできる。
よび図３）と同様に強磁性層１４と強磁性層１５を両端
部で他の強磁性層を介して接合し、中央部では離間して
いる構造にすることもできる。
【００５８】なお、ＭＴＪ素子２はＭＴＪ素子１同様に
磁気メモリに用いることができる。
磁気メモリに用いることができる。
【００５９】上述の実施例１および２においては、ＭＴ
Ｊ素子部分のみを示したが、実際の素子形成においては
電流供給用の電極、基板、保護層及び密着層等が必要と
なることは明らかである。
Ｊ素子部分のみを示したが、実際の素子形成においては
電流供給用の電極、基板、保護層及び密着層等が必要と
なることは明らかである。
【００６０】
【発明の効果】以上のように、本発明によれば、高い出
力を持ち、端部磁極の影響を低減できることから、パタ
ーンが微細化されても安定した磁化状態を保持すること
ができ、メモリ層となる強磁性層が閉磁路構造を取るこ
とから、外部漏洩磁界に対して安定となる。
力を持ち、端部磁極の影響を低減できることから、パタ
ーンが微細化されても安定した磁化状態を保持すること
ができ、メモリ層となる強磁性層が閉磁路構造を取るこ
とから、外部漏洩磁界に対して安定となる。
【００６１】また、高い出力を持ち、端部磁極の影響を
低減できることから、パターンが微細化されても安定し
た磁化状態を保持することができることにより、より高
い集積度の磁気メモリを実現することができ、磁気メモ
リの消費電力を低減することができる。
低減できることから、パターンが微細化されても安定し
た磁化状態を保持することができることにより、より高
い集積度の磁気メモリを実現することができ、磁気メモ
リの消費電力を低減することができる。
【図１】本発明の実施例１における構成例を示す図であ
る。
る。
【図２】本発明の実施例１における他の構成例を示す図
である。
である。
【図３】本発明の実施例１における他の構成例を示す図
である。
である。
【図４】本発明のＭＴＪ素子を用いた磁気メモリの構成
例を示す図である。
例を示す図である。
【図５】本発明のＭＴＪ素子を用いた磁気メモリのワー
ド線とビット線の配置例を示す図である。
ド線とビット線の配置例を示す図である。
【図６】本発明の実施例２における構成例を示す図であ
る。
る。
【図７】従来のＭＴＪ素子の構成例を示す図である。
１、２： ＭＴＪ素子 ３：磁気メモリ １１、１８、２１、２８、４１、４８：反強磁性層 １２、１４、１７、２２、２２ａ、２２ｃ、２４、２
７、４２、４４、４７、５１、５３、５５：強磁性層 １３、１６、２３、２６、４３、４６、５２、５４：絶
縁層 ２２ｂ：金属層 １５、２５、４５：閉磁路層 ３１：トランジスタ ３２：ビット線 ３３：ワード線 ３４：プレートライン
７、４２、４４、４７、５１、５３、５５：強磁性層 １３、１６、２３、２６、４３、４６、５２、５４：絶
縁層 ２２ｂ：金属層 １５、２５、４５：閉磁路層 ３１：トランジスタ ３２：ビット線 ３３：ワード線 ３４：プレートライン
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 南方 量二 大阪府大阪市阿倍野区長池町22番22号 シ ャープ株式会社内 Ｆターム(参考） 5D034 BA03 BA05 BA15 CA08
Claims (7)
- 【請求項１】 少なくとも第１磁性層、第１絶縁層、第
２磁性層、第２絶縁層、第３磁性層を積層する磁気トン
ネル接合素子であって、 前記第２磁性層の前記第１絶縁層積層側または前記第２
絶縁層積層側のいずれかに第４磁性層を設け、前記第２
磁性層及び第４磁性層により閉磁路を構成したことを特
徴とする磁気トンネル接合素子。 - 【請求項２】 前記第１磁性層に交換結合する第１反強
磁性層を積層し、前記第３磁性層に交換結合する第２反
強磁性層を積層したことを特徴とする請求項１記載の磁
気トンネル接合素子。 - 【請求項３】 前記第１反強磁性層と前記第１磁性層の
交換結合の消失する温度と、前記第２反強磁性層と前記
第３磁性層の交換結合の消失する温度が異なることを特
徴とする請求項２記載の磁気トンネル接合素子。 - 【請求項４】 少なくとも前記第１磁性層または第２磁
性層のいずれかを、金属層を介して反強磁性結合する２
つ以上の強磁性層で構成したことを特徴とする請求項１
または２記載の磁気トンネル接合素子。 - 【請求項５】 前記第４磁性層は、中央部を離間すると
ともに、両端において直接又は第５磁性層を介して、前
記第２磁性層と接合することを特徴とする請求項１乃至
４のいずれかに記載の磁気トンネル接合素子。 - 【請求項６】 前記２磁性層と第４磁性層の離間部に少
なくとも１つのリード線を設けたことを特徴とする請求
項５記載の磁気トンネル接合素子。 - 【請求項７】 少なくとも第１磁性層、第１絶縁層、第
２磁性層、第２絶縁層、第３磁性層を積層し、前記第２
磁性層の前記第１絶縁層積層側または前記第２絶縁層積
層側のいずれかに第４磁性層を設け、前記第２磁性層及
び第４磁性層により閉磁路を構成した磁気トンネル接合
素子を用いたことを特徴とする磁気メモリ。
Priority Applications (4)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2000039167A JP2001230468A (ja) | 2000-02-17 | 2000-02-17 | 磁気トンネル接合素子及びそれを用いた磁気メモリ |
| DE10106860A DE10106860A1 (de) | 2000-02-17 | 2001-02-14 | MTJ-Element und Magnetspeicher unter Verwendung eines solchen |
| US09/785,635 US6442064B1 (en) | 2000-02-17 | 2001-02-17 | Magnetic tunnel junction element and magnetic memory using the same |
| CNB01111942XA CN1214473C (zh) | 2000-02-17 | 2001-02-17 | 磁隧道结元件和使用它的磁存储器 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2000039167A JP2001230468A (ja) | 2000-02-17 | 2000-02-17 | 磁気トンネル接合素子及びそれを用いた磁気メモリ |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2001230468A true JP2001230468A (ja) | 2001-08-24 |
Family
ID=18562777
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2000039167A Pending JP2001230468A (ja) | 2000-02-17 | 2000-02-17 | 磁気トンネル接合素子及びそれを用いた磁気メモリ |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2001230468A (ja) |
Cited By (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US7227771B2 (en) | 2003-03-14 | 2007-06-05 | Tdk Corporation | Magnetoresistive effect element and magnetic memory device |
| US7266011B2 (en) | 2002-10-31 | 2007-09-04 | Kabushiki Kaisha Toshiba | Magneto-resistance effect element and magnetic memory |
| US7295460B2 (en) | 2003-03-28 | 2007-11-13 | Tdk Corporation | Magnetic memory cell, magnetic memory device, and method of manufacturing magnetic memory device |
| KR100855573B1 (ko) * | 2001-03-09 | 2008-09-03 | 삼성전자주식회사 | 상부 컨덕터 클래딩 방법, 강자성 클래딩 제조 방법 및자기 메모리 장치 |
| WO2010021213A1 (ja) * | 2008-08-18 | 2010-02-25 | 日本電気株式会社 | 磁気抵抗記憶装置 |
| JP2011114151A (ja) * | 2009-11-26 | 2011-06-09 | Hitachi Global Storage Technologies Netherlands Bv | 高い交換結合エネルギーを有する交換結合膜、それを用いた磁気抵抗効果ヘッド、磁気センサおよび磁気メモリ、並びにその製造方法 |
-
2000
- 2000-02-17 JP JP2000039167A patent/JP2001230468A/ja active Pending
Cited By (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR100855573B1 (ko) * | 2001-03-09 | 2008-09-03 | 삼성전자주식회사 | 상부 컨덕터 클래딩 방법, 강자성 클래딩 제조 방법 및자기 메모리 장치 |
| US7266011B2 (en) | 2002-10-31 | 2007-09-04 | Kabushiki Kaisha Toshiba | Magneto-resistance effect element and magnetic memory |
| US7227771B2 (en) | 2003-03-14 | 2007-06-05 | Tdk Corporation | Magnetoresistive effect element and magnetic memory device |
| US7295460B2 (en) | 2003-03-28 | 2007-11-13 | Tdk Corporation | Magnetic memory cell, magnetic memory device, and method of manufacturing magnetic memory device |
| WO2010021213A1 (ja) * | 2008-08-18 | 2010-02-25 | 日本電気株式会社 | 磁気抵抗記憶装置 |
| JP2011114151A (ja) * | 2009-11-26 | 2011-06-09 | Hitachi Global Storage Technologies Netherlands Bv | 高い交換結合エネルギーを有する交換結合膜、それを用いた磁気抵抗効果ヘッド、磁気センサおよび磁気メモリ、並びにその製造方法 |
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