JP2003197872A - Memory using magneto-resistance effect film - Google Patents

Memory using magneto-resistance effect film

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JP2003197872A
JP2003197872A JP2001394551A JP2001394551A JP2003197872A JP 2003197872 A JP2003197872 A JP 2003197872A JP 2001394551 A JP2001394551 A JP 2001394551A JP 2001394551 A JP2001394551 A JP 2001394551A JP 2003197872 A JP2003197872 A JP 2003197872A
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a memory which has a large readout signal and high recording density. <P>SOLUTION: One bit is recorded to two magneto-resistance effect film which are stacked so that one is a magnetism array with large resistance and the other is a magnetism array with small resistance. Here, a magnetic body is a vertically magnetized film. The two magneto-resistance effect films can share recording wires. Magnetism fixed layers 011 and 014 are reversely parallel, so the resistance is large when the magnetization directions of magnetism free layers 012 and 015 are reversely parallel with the direction of a storage magnetic field and small when parallel. <P>COPYRIGHT: (C)2003,JPO

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は磁気抵抗効果膜を用
いたメモリに関する。
TECHNICAL FIELD The present invention relates to a memory using a magnetoresistive effect film.

【0002】[0002]

【従来の技術】近年、固体メモリである半導体メモリは
情報機器に多く用いられ、DRAM、FeRAM、フラッシュEEP
ROM等その種類も様々である。これら半導体メモリの特
性は一長一短であり、現在の情報機器において要求され
るスペックのすべてを満たすメモリが存在しない。例え
ば、DRAMは記録密度が高く書き換え可能回数も多いが、
揮発性であり電源を切ると情報は消えてしまう。また、
フラッシュEEPROMは不揮発であるが消去の時間が長く、
情報の高速処理には不向きである。
2. Description of the Related Art In recent years, semiconductor memories, which are solid-state memories, have been widely used in information equipment, and DRAM, FeRAM, flash EEP
There are various types such as ROM. The characteristics of these semiconductor memories have advantages and disadvantages, and there is no memory that meets all of the specifications required in current information devices. For example, DRAM has a high recording density and a large number of rewritable times,
It is volatile and loses information when the power is turned off. Also,
Flash EEPROM is non-volatile, but it takes a long time to erase,
It is not suitable for high-speed processing of information.

【0003】上記のような半導体メモリの現状に対し
て、磁気抵抗効果を用いたメモリ(MRAM)は、記録時間、
読み出し時間、記録密度、書き換え可能回数、消費電力
等において多くの情報機器から求められるスペックをす
べて満たすメモリとして有望である。特にスピントンネ
ル磁気抵抗(TMR)効果を利用したMRAMは、大きな読み
出し信号が得られることから、高記録密度化あるいは高
速読み出しに有利であり、近年の研究報告においてMRAM
としての実現性が実証されている。
In contrast to the current state of the semiconductor memory as described above, a memory (MRAM) using the magnetoresistive effect is
It is promising as a memory that meets all the specifications required by many information devices in terms of read time, recording density, number of rewritable times, power consumption, and the like. In particular, MRAM using the spin tunneling magnetoresistance (TMR) effect is advantageous for high recording density or high-speed read because a large read signal can be obtained.
The feasibility as is proved.

【0004】MRAMの素子として用いられる磁気抵抗効果
膜の基本構成は、非磁性層を介して磁性層が隣接して形
成されたサンドイッチ構造である。非磁性膜として良く
用いられる材料としてCuやAl2O3が挙げられる。磁気抵
抗効果膜において非磁性層にCu等のような導体を用いた
ものを巨大磁気抵抗効果膜(GMR膜)といい、Al2O3など
の絶縁体を用いたものをスピントンネル効果膜(TMR
膜)という。一般にTMR膜はGMR膜に比べて大きな磁気抵
抗効果を示す。
The basic structure of the magnetoresistive film used as an element of the MRAM is a sandwich structure in which magnetic layers are formed adjacent to each other with a nonmagnetic layer interposed therebetween. Cu and Al 2 O 3 are examples of materials that are often used as the non-magnetic film. A magnetoresistive film that uses a conductor such as Cu for the nonmagnetic layer is called a giant magnetoresistive film (GMR film), and a film that uses an insulator such as Al 2 O 3 is a spin tunneling film ( TMR
Membrane). Generally, the TMR film exhibits a larger magnetoresistive effect than the GMR film.

【0005】図21(a)に示すように二つの磁性層の磁
化方向が平行であると磁気抵抗効果膜の電気抵抗は比較
的小さく、図21(b)に示すように磁化方向が反平行で
あると電気抵抗は比較的大きくなる。したがって、一方
の磁性層を記録層、他方を読み出し層とし、上記の性質
を利用することで情報の読み出しが可能である。例えば
非磁性層002の上部に位置する磁性層003を記録層、下部
に位置する磁性層004を読み出し層とし、記録層の磁化
方向が右向きの場合を『1』、左向きの場合を『0』とす
る。図22(a)に示すように両磁性層の磁化方向が右向
きの場合、磁気抵抗効果膜の電気抵抗は比較的小さく、
図22(b)に示すように読み出し層の磁化方向が右向き
でかつ記録層の磁化方向が左向きであると電気抵抗は比
較的大きい。また、図22(c)に示すように読み出し層
の磁化方向が左向きでかつ記録層の磁化方向が右向きで
あると電気抵抗は比較的大きく、図22(d)に示すよう
に両磁性層の磁化方向が左向きの場合電気抵抗は比較的
小さい。つまり、読み出し層の磁化方向が右向きに固定
されている場合に、電気抵抗が大きければ、記録層には
『0』が記録されていることになり、電気抵抗が小さけ
れば、『1』が記録されていることになる。あるいは、
読み出し層の磁化方向が左向きに固定されている場合
に、電気抵抗が大きければ、記録層には『1』が記録さ
れていることになり、電気抵抗が小さければ、『0』が
記録されていることになる。
When the magnetization directions of the two magnetic layers are parallel as shown in FIG. 21 (a), the electric resistance of the magnetoresistive film is relatively small, and the magnetization directions are antiparallel as shown in FIG. 21 (b). Then, the electric resistance becomes relatively large. Therefore, it is possible to read information by using one of the magnetic layers as a recording layer and the other as a reading layer and utilizing the above properties. For example, the magnetic layer 003 located above the non-magnetic layer 002 is used as a recording layer, and the magnetic layer 004 located below is used as a reading layer. The magnetization direction of the recording layer is “1” when the magnetization direction is rightward, and “0” when the magnetization direction is leftward. And When the magnetization directions of both magnetic layers are rightward as shown in FIG. 22A, the electric resistance of the magnetoresistive film is relatively small,
As shown in FIG. 22B, when the magnetization direction of the read layer is rightward and the magnetization direction of the recording layer is leftward, the electric resistance is relatively large. Further, as shown in FIG. 22 (c), when the magnetization direction of the read layer is leftward and the magnetization direction of the recording layer is rightward, the electric resistance is relatively large, and as shown in FIG. When the magnetization direction is leftward, the electric resistance is relatively small. In other words, if the magnetization direction of the readout layer is fixed to the right, if the electric resistance is large, then "0" is recorded in the recording layer, and if the electric resistance is small, then "1" is recorded. Has been done. Alternatively,
When the magnetization direction of the readout layer is fixed to the left, if the electric resistance is large, then "1" is recorded in the recording layer, and if the electric resistance is small, "0" is recorded. Will be there.

【0006】磁気抵抗効果膜の磁性体として主に用いら
れている材料として、Co、CoFe、NiFe等の面内磁化膜が
挙げられる。これらの材料の中でNiFeは比較的小さな磁
界で磁化が反転し、CoFeは大きな磁気抵抗効果を示すこ
とが知られている。そこで例えばNiFeとCoFeを交換結合
させた磁性膜とCoFeで非磁性層を挟む膜構造とすること
によって、小さな磁界で大きな磁気抵抗変化が生じる磁
気抵抗効果膜とすることが可能である。
In-plane magnetized films of Co, CoFe, NiFe and the like are mentioned as materials mainly used as the magnetic material of the magnetoresistive effect film. It is known that among these materials, NiFe reverses the magnetization in a relatively small magnetic field, and CoFe exhibits a large magnetoresistive effect. Therefore, for example, a magnetic film in which NiFe and CoFe are exchange-coupled and a film structure in which a nonmagnetic layer is sandwiched by CoFe can be used as a magnetoresistive film in which a large magnetoresistance change occurs with a small magnetic field.

【0007】ところでISSCC2000で発表されているよう
に面内磁化膜を用いた2つの磁気抵抗効果膜に1ビット
の情報を記録し、大きな読み出し信号を得ようとする方
法が提案されている。図23にこの方法の読み出し部の回
路図を示す。1つのメモリセルは2つの磁気抵抗効果膜
と2つのトランジスタを用いるので2T2R型と呼ばれてい
る。1ビットを記録する2つの磁気抵抗効果膜のうち一
方は抵抗が小さくなるように磁化が配向し、他方は抵抗
が大きくなるように磁化が配向している。そうすること
によってセンスアンプの入力の一方には比較的高い電圧
が入力され、他方には比較的低い電圧が入力されるの
で、1つの磁気抵抗効果膜を用いた場合の2倍の大きさ
の読み出し信号が得られ、デバイスの製造ばらつきやノ
イズによる影響を軽減することが可能である。
By the way, as disclosed in ISSCC2000, a method has been proposed in which 1-bit information is recorded on two magnetoresistive films using in-plane magnetized films to obtain a large read signal. FIG. 23 shows a circuit diagram of the reading section of this method. Since one memory cell uses two magnetoresistive films and two transistors, it is called a 2T2R type. Of the two magnetoresistive films that record 1 bit, the magnetization is oriented so that the resistance becomes small, and the other is oriented so that the resistance becomes large. By doing so, a relatively high voltage is input to one of the inputs of the sense amplifier, and a relatively low voltage is input to the other, so that it is twice as large as when one magnetoresistive film is used. A read signal can be obtained, and it is possible to reduce the influence of device manufacturing variations and noise.

【0008】[0008]

【発明が解決しようとする課題】上述のように2T2R型で
は読み出し時にメモリ素子を選択するためにトランジス
タを用いているが、トランジスタは多くの面積を要する
ために、メモリセルサイズはトランジスタのサイズによ
り決まっているのが現状である。ISSCC2000における2T2
R型のセルサイズは設計ルールをFとすると約50F2である
と報告されており、高い記録密度を達成させるには2T2R
型では困難である。
As described above, the 2T2R type uses a transistor to select a memory element at the time of reading. However, since the transistor requires a large area, the memory cell size depends on the size of the transistor. The current situation is that it has been decided. 2T2 at ISSCC2000
The cell size of R type is reported to be about 50F 2 when the design rule is F, and 2T2R is required to achieve high recording density.
Difficult to type.

【0009】これに対して、USP5640343で提案されてい
るようにメモリ素子とダイオードを直列に接続すること
により、メモリセルサイズを小さくし、メモリ素子を選
択することが可能である。磁性体に面内磁化膜を用いた
磁気抵抗効果膜では、形状を正方形にすると反磁界の影
響に磁化方向が維持できないという現象が生じるため
に、形状は長方形にする必要があるので磁気抵抗効果膜
の大きさは最低でも2F2が必要である。したがって、1
つの磁気抵抗効果膜と1つのダイオードを上下に積層し
1つのセルとするとセルサイズは6F2となる。しかし、
従来の2T2R型にこの方法を適用した場合には、2つの磁
気抵抗効果膜が横に並んでいるために、メモリセルのサ
イズはその2倍の12F2になってしまう。
On the other hand, by connecting the memory element and the diode in series as proposed in USP 5640343, it is possible to reduce the memory cell size and select the memory element. In a magnetoresistive effect film that uses an in-plane magnetized film as a magnetic material, if the shape is square, the phenomenon that the magnetization direction cannot be maintained due to the effect of the demagnetizing field occurs, so the shape must be rectangular. The membrane size should be at least 2F 2 . Therefore, 1
If one magnetoresistive film and one diode are stacked on top of each other to make one cell, the cell size will be 6F 2 . But,
When this method is applied to the conventional 2T2R type, since the two magnetoresistive effect films are arranged side by side, the size of the memory cell is doubled to 12F 2 .

【0010】本発明は、この点に鑑み、読み出し信号が
大きくかつ記録密度の高いメモリを提供することを目的
とする。
In view of this point, an object of the present invention is to provide a memory having a large read signal and a high recording density.

【0011】[0011]

【課題を解決するための手段】本発明の磁気抵抗効果膜
を用いたメモリは、非磁性膜が磁性膜に挟まれている構
造を有する磁気抵抗効果膜が一対と、一対の磁気抵抗効
果膜に磁界を印加して、各磁気抵抗効果膜の抵抗が異な
る状態とし1ビットの記録を行なう第1の磁界印加手段
と、磁気抵抗効果膜の抵抗値により生じる電位を検出す
るためのビット線とを有するメモリであって、一対の磁
気抵抗効果膜は膜面法線方向に積層されている。
A memory using a magnetoresistive effect film of the present invention comprises a pair of magnetoresistive effect films having a structure in which a nonmagnetic film is sandwiched between magnetic films, and a pair of magnetoresistive effect films. First magnetic field applying means for applying a magnetic field to each of the magnetoresistive films so that the resistances of the magnetoresistive films are different from each other, and a bit line for detecting a potential generated by the resistance value of the magnetoresistive film. And a pair of magnetoresistive effect films are laminated in the direction normal to the film surface.

【0012】また、基板上に一対の磁気抵抗効果膜が複
数配され、磁気抵抗効果膜にダイオードが直列に接続さ
れ、ダイオードの他方の端子にはワード線が接続されて
メモリセルが構成され、特定のメモリセルに記録された
情報を選択的に読み出してもよい。
A plurality of pairs of magnetoresistive films are arranged on the substrate, diodes are connected in series to the magnetoresistive films, and word lines are connected to the other terminals of the diodes to form memory cells. Information recorded in a specific memory cell may be selectively read.

【0013】また、第1の磁界印加手段は導線であり、
導線に電流を流すことにより誘起される磁界を磁気抵抗
効果膜に印加して磁化状態を変化させてもよい。
Further, the first magnetic field applying means is a conductor,
A magnetic field induced by passing a current through the conductor may be applied to the magnetoresistive film to change the magnetization state.

【0014】また、更に、第1の磁界印加手段により印
加される磁界とは異なる方向から磁気抵抗効果膜に対し
て磁界を印加する第2の磁界印加手段を有し、第1及び第
2の磁界印加手段から印加される磁界を、任意の磁気抵
抗効果膜に作用させることによって、複数の磁気抵抗効
果膜の中から特定の磁気抵抗効果膜を選択して記録を行
なってもよい。
Further, it further comprises a second magnetic field applying means for applying a magnetic field to the magnetoresistive effect film from a direction different from the magnetic field applied by the first magnetic field applying means.
Recording may be performed by selecting a specific magnetoresistive effect film from a plurality of magnetoresistive effect films by causing a magnetic field applied from the second magnetic field applying means to act on an arbitrary magnetoresistive effect film.

【0015】また、磁性膜が面内磁化膜であってもよ
い。
Further, the magnetic film may be an in-plane magnetized film.

【0016】また、第1の磁界印加手段による磁界が膜
面内方向の磁界であり、第2の磁界印加手段による磁界
が第1の磁界印加手段による磁界と直交しかつ膜面内方
向に向いていてもよい。
Further, the magnetic field by the first magnetic field applying means is a magnetic field in the in-plane direction of the film, and the magnetic field by the second magnetic field applying means is orthogonal to the magnetic field by the first magnetic field applying means and is oriented in the in-plane direction of the film. May be.

【0017】また、磁性膜の一方は記録時に印加される
磁界によって反転可能である磁化自由層であり他方は反
転しない磁化固定層であってもよい。
Further, one of the magnetic films may be a magnetization free layer which is reversible by a magnetic field applied during recording, and the other may be a magnetization fixed layer which is not reversible.

【0018】また、初期化の際に、一方向の磁界印加で
一対の磁気抵抗効果膜の磁化固定層の正味の磁化が平行
となってもよい。
In addition, at the time of initialization, the net magnetizations of the magnetization fixed layers of the pair of magnetoresistive films may be parallel by applying a magnetic field in one direction.

【0019】また、記録磁界を発生させる導線の上方と
下方に1ビットを記録する2つの磁気抵抗効果膜がそれ
ぞれ1つ配されていてもよい。
Also, two magnetoresistive films for recording 1 bit may be provided above and below the conducting wire for generating the recording magnetic field.

【0020】また、2つの磁気抵抗効果膜のうち、一方
は積層フェリ構造を有していてもよい。
Further, one of the two magnetoresistive films may have a laminated ferri structure.

【0021】また、磁性膜が垂直磁化膜であってもよ
い。
The magnetic film may be a perpendicular magnetization film.

【0022】また、第1の磁界印加手段による磁界が膜
面法線方向であり、第2の磁界印加手段による磁界が,
膜面内方向の磁界であってもよい。
Further, the magnetic field by the first magnetic field applying means is in the direction normal to the film surface, and the magnetic field by the second magnetic field applying means is
It may be a magnetic field in the in-plane direction of the film.

【0023】また、磁性膜の一方は記録時に印加される
磁界によって反転可能である磁化自由層であり他方は反
転しない磁化固定層であってもよい。
Further, one of the magnetic films may be a magnetization free layer which is reversible by a magnetic field applied during recording, and the other may be a magnetization fixed layer which is not reversible.

【0024】また、初期化の際に、一方向の磁界印加で
一対の磁気抵抗効果膜の磁化固定層の正味の磁化が平行
となってもよい。
In addition, at the time of initialization, the net magnetizations of the magnetization fixed layers of the pair of magnetoresistive films may be parallel by applying a magnetic field in one direction.

【0025】また、磁化固定層が遷移金属を含有する材
料からなるフェロ磁性であり、磁化固定層の磁化方向
が、2つの磁気抵抗効果膜の間で反平行に向いていても
よい。
Further, the magnetization fixed layer may be ferromagnetism made of a material containing a transition metal, and the magnetization direction of the magnetization fixed layer may be antiparallel between the two magnetoresistive films.

【0026】また、磁化固定層が遷移金属を含有する材
料からなるフェロ磁性であり、磁化固定層の磁化方向
が、2つの磁気抵抗効果膜の間で平行に向いており、か
つ磁化自由層が希土類と遷移金属からなるフェリ磁性で
一方の磁気抵抗効果膜の磁化自由層は希土類副格子磁化
優勢で他方の磁気抵抗効果膜の磁化自由層は遷移金属副
格子磁化優勢であってもよい。
Further, the magnetization fixed layer is a ferromagnet made of a material containing a transition metal, the magnetization direction of the magnetization fixed layer is parallel between the two magnetoresistive films, and the magnetization free layer is The magnetization free layer of one magnetoresistive film of ferrimagnetism composed of a rare earth and a transition metal may have a rare earth sublattice magnetization dominance and the magnetization free layer of the other magnetoresistive film may have a transition metal sublattice magnetization dominance.

【0027】また、磁性膜が希土類金属と遷移金属から
なるフェリ磁性であってもよい。
The magnetic film may be ferrimagnetic composed of a rare earth metal and a transition metal.

【0028】また、磁性膜が遷移金属副格子磁化優勢で
あり、一方の磁気抵抗効果膜の磁化固定層の磁化方向に
対して他方の磁気抵抗効果膜の磁化固定層の磁化方向は
反平行に向いていてもよい。
Further, the magnetic film has a transition metal sublattice magnetization predominant, and the magnetization direction of the magnetization pinned layer of one magnetoresistance effect film is antiparallel to the magnetization direction of the magnetization pinned layer of the other magnetoresistance effect film. You may face.

【0029】また、磁性膜が希土類金属副格子磁化優勢
であり、一方の磁気抵抗効果膜の磁化固定層の磁化方向
に対して他方の磁気抵抗効果膜の磁化固定層の磁化方向
は反平行に向いていてもよい。
The magnetic film has a rare earth metal sublattice magnetization predominant, and the magnetization direction of the magnetization pinned layer of one magnetoresistance effect film is antiparallel to the magnetization direction of the magnetization pinned layer of the other magnetoresistance effect film. You may face.

【0030】また、一方の磁気抵抗効果膜の前記磁化固
定層は希土類金属副格子磁化優勢で、他方の磁気抵抗効
果膜の磁化固定層は遷移金属副格子磁化優勢であり、2
つの磁化固定層の磁化方向は平行に向いており、2つの
磁気抵抗効果膜の磁化自由層はどちらも遷移金属副格子
磁化優勢であってもよい。
The magnetization pinned layer of one magnetoresistive film has a rare earth metal sublattice magnetization predominance, and the magnetization pinned layer of the other magnetoresistive film has a transition metal sublattice magnetization predominant.
The magnetization directions of the two magnetization fixed layers are parallel to each other, and the magnetization free layers of the two magnetoresistive films may both have the transition metal sublattice magnetization dominant.

【0031】また、一方の磁気抵抗効果膜の磁化固定層
は希土類金属副格子磁化優勢で、他方の磁気抵抗効果膜
の磁化固定層は遷移金属副格子磁化優勢であり、2つの
磁化固定層の磁化方向は平行に向いており、2つの磁気
抵抗効果膜の磁化自由層はどちらも希土類金属副格子磁
化優勢であってもよい。
The magnetization fixed layer of one magnetoresistive effect film has a rare earth metal sublattice magnetization predominant, and the magnetization fixed layer of the other magnetoresistive effect film has a transition metal sublattice magnetization predominant. The magnetization directions are parallel to each other, and the magnetization free layers of the two magnetoresistive films may both have a rare earth metal sublattice magnetization predominant.

【0032】また、2つの磁化固定層はどちらも遷移金
属副格子磁化優勢で、かつそれらの磁化方向は平行に向
いており、一方の磁気抵抗効果膜の磁化自由層は希土類
金属副格子磁化優勢で、他方の磁気抵抗効果膜の磁化自
由層は遷移金属副格子磁化優勢であってもよい。
Further, both of the two magnetization pinned layers are dominant in the transition metal sublattice magnetization, and their magnetization directions are parallel to each other, and the magnetization free layer of one magnetoresistive film is dominant in the rare earth metal sublattice magnetization. The magnetization free layer of the other magnetoresistive film may have a transition metal sublattice magnetization dominant.

【0033】また、2つの磁化固定層はどちらも希土類
金属副格子磁化優勢で、かつそれらの磁化方向は平行に
向いており、一方の磁気抵抗効果膜の磁化自由層は希土
類金属副格子磁化優勢で、他方の磁気抵抗効果膜の磁化
自由層は遷移金属副格子磁化優勢であってもよい。
Further, both of the two magnetization fixed layers have a rare earth metal sub-lattice magnetization dominant and their magnetization directions are parallel, and the magnetization free layer of one of the magnetoresistive films has a rare earth metal sub-lattice magnetization dominant. The magnetization free layer of the other magnetoresistive film may have a transition metal sublattice magnetization dominant.

【0034】また、基板上に2つの磁気抵抗効果膜で1
ビットが形成される素子がマトリックス状に複数個配さ
れたメモリであって、磁気抵抗効果膜の間に少なくとも
1本の書き込み線が形成され、書き込み線に、所望の素
子に対して膜法線方向に磁界が印加されるように電流を
流すことによって記録を行ってもよい。
Further, two magnetoresistive films are formed on the substrate.
In a memory in which a plurality of elements in which bits are formed are arranged in a matrix, at least one write line is formed between magnetoresistive films, and the write line has a film normal to a desired element. Recording may be performed by passing an electric current so that a magnetic field is applied in the direction.

【0035】また、行方向にのみ素子の間に書き込み線
が形成され、かつ素子の上部あるいは下部にさらに導線
を設け、書き込み線に、隣接する2つの素子に対して膜
法線方向で逆方向に磁界が印加されるように電流を流す
とともに、所望の素子の上部あるいは下部に設けられた
導線に電流を流すことにより所望の素子に対して膜面内
方向に磁界を印加することによって記録を行ってもよ
い。
Further, a write line is formed between the elements only in the row direction, and a conductive wire is further provided above or below the element, and the write line is opposite to the two adjacent elements in the film normal direction. A current is applied so that a magnetic field is applied to the device, and a magnetic field is applied to the desired device in the in-plane direction by applying a current to a conductor provided above or below the desired device for recording. You can go.

【0036】また、膜面内方向に磁界を印加するための
導線がビット線もしくはワード線であってもよい。
Further, the conducting wire for applying the magnetic field in the in-plane direction of the film may be a bit line or a word line.

【0037】また、磁気抵抗効果膜がスピントンネル磁
気抵抗効果膜であってもよい。
The magnetoresistive film may be a spin tunnel magnetoresistive film.

【0038】従って、印加磁界に対する抵抗変化が相反
する2つの磁気抵抗効果膜を上下に積層し、その2つの
磁気抵抗効果膜に1ビットを記録することによって、読
み出し信号が大きくかつ記録密度の高いメモリとすると
ともに、その2つの磁気抵抗効果膜の記録手段を共有す
ることによって、記録時の消費電力を低減させることが
できる。
Therefore, by stacking two magnetoresistive films whose resistance changes with respect to the applied magnetic field are opposite to each other and recording 1 bit on the two magnetoresistive films, a read signal is large and a recording density is high. By using it as a memory and sharing the recording means of the two magnetoresistive films, it is possible to reduce the power consumption during recording.

【0039】また、垂直磁化膜を用いかつ印加磁界に対
する抵抗変化が相反する2つの磁気抵抗効果膜を上下に
積層し、その2つの磁気抵抗効果膜に1ビットを記録す
ることによって、読み出し信号が大きくかつ記録密度の
高いメモリとするとともに、2つの磁気抵抗効果膜の記
録手段を共有することによって、記録時の消費電力を低
減させることができる。また、記録磁界発生用の導線を
共有することが可能である。
Further, by using a perpendicular magnetization film and stacking two magnetoresistive effect films whose resistance changes with respect to an applied magnetic field are opposite to each other and recording 1 bit on the two magnetoresistive effect films, a read signal is obtained. By making the memory large and having high recording density, and sharing the recording means of the two magnetoresistive films, it is possible to reduce power consumption during recording. Further, it is possible to share the conductive wire for generating the recording magnetic field.

【0040】[0040]

【発明の実施の形態】(第1実施形態)本実施形態にお
いては、磁性膜として膜面内方向に磁化が配向した面内
磁化膜を用いている。図21で示したように、磁気抵抗効
果膜の抵抗が低い状態と高い状態は非磁性層の両側にあ
る磁性層の磁化が平行に向いているか反平行に向いてい
るかで決まる。本実施形態のメモリは、1ビットを形成
するメモリセル内に、一対の磁気抵抗効果膜を有し、記
録動作によって、各々が異なる抵抗値となるようにする
必要がある。
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION (First Embodiment) In this embodiment, an in-plane magnetized film whose magnetization is oriented in the in-plane direction is used as the magnetic film. As shown in FIG. 21, the low resistance state and the high resistance state of the magnetoresistive film depend on whether the magnetizations of the magnetic layers on both sides of the nonmagnetic layer are parallel or antiparallel. The memory of the present embodiment needs to have a pair of magnetoresistive films in the memory cells forming one bit so that they have different resistance values depending on the recording operation.

【0041】図1に本実施形態の磁化状態の概念図を示
す。磁気抵抗効果膜の2つの磁性膜のうち一方の磁化は
記録磁界では反転しない磁化固定層022、025とし、他方
の磁性膜は磁化反転可能である磁化自由層021、024とし
ておき、磁化固定層022、025の磁化方向が2つの磁気抵
抗効果膜の間で反平行の関係であるようにしておく。例
えば図1(a)のように,磁化固定層022の磁化が左向き、
025は右向きとする。このような状態にしておき、両磁
気抵抗効果膜に同じ方向の磁界を印加すると、磁化自由
層021、024の磁化が反転し、印加された磁界の方向に配
向する。例えば図1(a)においては、磁化自由層021と磁
化固定層022の磁化の向きが反平行となり、磁化自由層0
24と磁化固定層025の磁化は平行となる。すなわち、一
方の磁気抵抗効果膜の抵抗は低く、他方の抵抗は高くな
る。
FIG. 1 shows a conceptual diagram of the magnetization state of this embodiment. The magnetization of one of the two magnetic films of the magnetoresistive film is a magnetization fixed layer 022, 025 which is not reversed by the recording magnetic field, and the other magnetic film is a magnetization free layer 021, 024 capable of reversing the magnetization. The magnetization directions of 022 and 025 are set to be antiparallel between the two magnetoresistive films. For example, as shown in FIG. 1A, the magnetization of the magnetization fixed layer 022 is directed to the left,
025 is to the right. When a magnetic field in the same direction is applied to both magnetoresistive films in such a state, the magnetizations of the magnetization free layers 021 and 024 are inverted and oriented in the direction of the applied magnetic field. For example, in FIG. 1A, the magnetization directions of the magnetization free layer 021 and the magnetization fixed layer 022 are antiparallel, and the magnetization free layer 0
The magnetizations of 24 and the magnetization fixed layer 025 are parallel to each other. That is, the resistance of one magnetoresistive film is low and the resistance of the other is high.

【0042】ここで、初期設定において磁化固定層02
2、025の磁化を反平行に向けるには、磁性膜を作成する
ときに所望の方向に磁界を印加することによって達成さ
れる。すなわち一方の磁気抵抗効果膜を作成するときに
印加する磁界の方向に対して、他方の磁気抵抗効果膜を
作成するときに印加する磁界の方向を逆方向にする。
Here, in the initial setting, the magnetization fixed layer 02
The antiparallel magnetization of 2,025 can be achieved by applying a magnetic field in a desired direction when forming the magnetic film. That is, the direction of the magnetic field applied when forming one magnetoresistive effect film is opposite to the direction of the magnetic field applied when forming the other magnetoresistive effect film.

【0043】あるいは、2つの磁化固定層022、025の保
磁力の大きさに差をつけておき、両磁性層の磁化が反転
する磁界を印加し、2つの磁化固定層の磁化を平行状態
にした後、一方の磁化は反転可能で、他方は反転しない
ような大きさの磁界を先程の磁界の方向とは逆方向に印
加し、一方の磁化のみ反転させ、2つの磁化固定層の磁
化方向を反平行にすることが可能である。
Alternatively, the coercive forces of the two magnetization fixed layers 022 and 025 are made different from each other, and a magnetic field in which the magnetizations of the two magnetic layers are reversed is applied to bring the magnetizations of the two magnetization fixed layers into a parallel state. After that, one of the magnetizations is reversible and the other is not reversed, and a magnetic field is applied in the direction opposite to the direction of the previous magnetic field, and only one of the magnetizations is reversed, and the magnetization directions of the two magnetization fixed layers are reversed. Can be antiparallel.

【0044】また、磁化固定層022、025の磁化の向きを
平行に初期設定した場合においては、図2に示すよう
に、導線801の上下にそれぞれ一つずつ磁気抵抗効果膜
を配し、導線801に電流を流せば、2つの磁気抵抗効果
膜には逆向きの記録磁界が印加されるために、一方の磁
気抵抗効果膜の抵抗は低く他方は高くなる。
When the magnetization directions of the magnetization fixed layers 022 and 025 are initially set to be parallel, as shown in FIG. 2, one magnetoresistive film is provided above and below the conducting wire 801, respectively. When a current is passed through 801 the recording magnetic fields in opposite directions are applied to the two magnetoresistive films, so that the resistance of one magnetoresistive film is low and the other is high.

【0045】さらに、各々の磁化固定層の磁化を平行に
初期設定した場合においては、図3に示すように一方の
磁化自由層に積層フェリ構造030を用いた磁気抵抗効果
膜を用いることも有効である。積層フェリ構造とは、例
えばFe/Ru/Feのような多層膜で、このようにすると2つ
の強磁性膜の磁化は反強磁性結合するという特徴があ
る。2つの磁気抵抗効果膜のうち一方の磁化自由層に積
層フェリ構造030を用いた磁気抵抗効果膜、他方を基本
的な構造の磁気抵抗効果膜とすることにより、同一方向
の磁界印加により一方の磁気抵抗効果膜の抵抗を低く他
方を高くすることが可能である。
Further, when the magnetizations of the respective magnetization pinned layers are initialized to be parallel, it is also effective to use a magnetoresistive film using the laminated ferri structure 030 for one of the magnetization free layers as shown in FIG. Is. The laminated ferri structure is a multilayer film such as Fe / Ru / Fe, and is characterized in that the magnetizations of the two ferromagnetic films are antiferromagnetically coupled. One of the two magnetoresistive films is a magnetoresistive film using the laminated ferri structure 030 for the magnetization free layer, and the other is a basic structure of the magnetoresistive film. It is possible to lower the resistance of the magnetoresistive film and increase the other.

【0046】次に、基板上に複数形成されたメモリセル
のうち、所望のセルにのみ情報を記録するには『1』、
『0』に対応する方向に印加する磁界と、その磁界に直
交する膜面内方向の磁界を所望のセルにのみ同時に印加
する。このようにすると2つの方向に磁界が印加された
メモリセルの磁化自由層の磁化のみ反転可能となり、選
択的な記録が行われる。記録磁界は導線に電流を流し、
これによって発生する磁界を利用することが好ましい。
また、磁界を発生させる導線として、メモリ素子の上部
あるいは下部に配されたビット線やワード線を利用すれ
ば、新たに記録磁界発生用の磁界印加手段を設ける必要
が無くなり好ましい。
Next, to record information only in a desired cell among a plurality of memory cells formed on the substrate, "1",
A magnetic field applied in the direction corresponding to "0" and a magnetic field in the in-plane direction orthogonal to the magnetic field are simultaneously applied only to a desired cell. By doing so, only the magnetization of the magnetization free layer of the memory cell to which a magnetic field is applied in two directions can be reversed, and selective recording is performed. The recording magnetic field causes a current to flow in the conductor,
It is preferable to utilize the magnetic field generated by this.
Further, it is preferable to use a bit line or a word line arranged above or below the memory element as a conducting wire for generating a magnetic field because it is not necessary to newly provide a magnetic field applying means for generating a recording magnetic field.

【0047】(第2実施形態)本実施例においては、磁
性膜として垂直磁化膜を用いる。MRAMの記録密度を高く
するために、素子サイズを小さくしていくと、面内磁化
膜を使用したMRAMは反磁界あるいは端面の磁化のカーリ
ングといった影響から、情報を保持できなくなるという
問題が生じる場合がある。この問題を回避するために
は、例えば磁性膜の形状を長方形にすることが挙げられ
るが、この方法では素子サイズが小さくできないために
記録密度の向上があまり期待されない。そこで、例えば
特開平11-213650号公報で述べられているように垂直磁
化膜を用いることにより上記問題を回避しようとする提
案がなされている。この方法では素子サイズが小さくな
っても反磁界は増加しないので、面内磁化膜を用いたMR
AMよりも小さなサイズの磁気抵抗効果膜が実現可能であ
る。
(Second Embodiment) In this embodiment, a perpendicular magnetization film is used as the magnetic film. When the element size is reduced in order to increase the recording density of MRAM, MRAM using an in-plane magnetized film may have a problem that it cannot retain information due to the influence of demagnetizing field or curling of end surface magnetization. There is. In order to avoid this problem, for example, the shape of the magnetic film may be made rectangular. However, since the element size cannot be reduced by this method, improvement in recording density is not expected so much. Therefore, for example, as described in Japanese Patent Laid-Open No. 11-213650, a proposal has been made to avoid the above problem by using a perpendicular magnetization film. With this method, the demagnetizing field does not increase even when the element size is reduced.
It is possible to realize a magnetoresistive film having a size smaller than that of AM.

【0048】垂直磁化膜としては、Gd、Dy、Tb等の希土
類金属から選ばれる少なくとも1種類の元素とCo、Fe、
Ni等の遷移金属から選ばれる少なくとも1種類の元素の
合金膜や人工格子膜、Co/Pt等遷移金属と貴金属の人工
格子膜、CoCr等の膜面垂直方向の結晶磁気異方性を有す
る合金膜が主として挙げられる。
As the perpendicular magnetization film, at least one element selected from rare earth metals such as Gd, Dy, Tb and Co, Fe,
An alloy film or artificial lattice film of at least one element selected from transition metals such as Ni, an artificial lattice film of a transition metal such as Co / Pt and a noble metal, an alloy such as CoCr having a crystal magnetic anisotropy in the direction perpendicular to the film surface. Membranes are mainly mentioned.

【0049】これらの材料の中で、希土類金属と遷移金
属の合金膜や人工格子膜は、角型比が1である磁化曲線
を示し、磁界を印加した場合に急峻な磁化反転を生じ
る。また、希土類金属原子のスピンと遷移金属原子のス
ピンは反平行に結合することから、面内磁化膜で主とし
て用いられるFe、Co、Niあるいはこれらの合金よりも飽
和磁化が小さく、非磁性膜を介して積層されている2つ
の磁性膜の間に働く静磁結合力が小さいため、希土類金
属と遷移金属の合金あるいは人工格子膜は、メモリ素子
として用いる磁気抵抗効果膜に適している。
Among these materials, the alloy film of rare earth metal and transition metal and the artificial lattice film show a magnetization curve having a squareness ratio of 1, and a sharp magnetization reversal occurs when a magnetic field is applied. Further, since spins of rare earth metal atoms and spins of transition metal atoms are coupled antiparallel to each other, the saturation magnetization is smaller than that of Fe, Co, Ni or their alloys which are mainly used for in-plane magnetized films, and nonmagnetic films are Since the magnetostatic coupling force acting between the two magnetic films laminated via the thin film is small, an alloy of rare earth metal and transition metal or an artificial lattice film is suitable for a magnetoresistive film used as a memory element.

【0050】まず、図9に磁気抵抗効果膜に用いられて
いる磁性膜がすべてフェロ磁性を示す場合の磁化状態を
示す。012、015が磁化自由層であり、011、014が磁化固
定層、013、016が非磁性層であり、スピントンネル磁気
抵抗効果膜を用いる場合には絶縁体とする。また、800
は記録磁界の向きである。
First, FIG. 9 shows the magnetization state when all the magnetic films used for the magnetoresistive film exhibit ferromagnetism. 012 and 015 are magnetization free layers, 011 and 014 are magnetization fixed layers, and 013 and 016 are nonmagnetic layers, and when a spin tunnel magnetoresistive film is used, they are insulators. Also, 800
Is the direction of the recording magnetic field.

【0051】2つの磁化自由層の磁化は記録磁界の方向
に向く。初期設定において、磁化固定層は一対の磁気抵
抗効果膜において反平行となっているために、図9(a)
のように記録磁界が上向きの場合には上の磁気抵抗効果
膜は、反平行状態となって抵抗は高くなり、下の磁気抵
抗効果膜は磁化が平行となり抵抗は低くなる。また、記
録磁界の向きが下向きの場合には、図9(b)のようにな
り、(a)とは逆の状態となる。従って、一方向の磁界
印加によって、一対の磁気抵抗効果膜において抵抗の異
なる状態とすることができる。
The magnetizations of the two magnetization free layers are oriented in the direction of the recording magnetic field. In the initial setting, the magnetization pinned layer is anti-parallel in the pair of magnetoresistive films, so that
As described above, when the recording magnetic field is upward, the upper magnetoresistive effect film is in an antiparallel state and the resistance is high, and the lower magnetoresistive effect film is in parallel magnetization and the resistance is low. Further, when the recording magnetic field is directed downward, the state is as shown in FIG. 9B, which is the reverse of the state shown in FIG. Therefore, by applying a magnetic field in one direction, the pair of magnetoresistive effect films can have different resistances.

【0052】次に、磁化固定層としてフェロ磁性体を用
い、磁化自由層にフェリ磁性体を用いた場合の例を図1
0、11に示す。
Next, an example in which a ferromagnetic material is used as the magnetization fixed layer and a ferrimagnetic material is used as the magnetization free layer is shown in FIG.
Shown in 0 and 11.

【0053】フェリ磁性体の組成は大きく分けて希土類
金属副格子磁化優勢であるものと遷移金属副格子磁化優
勢であるものがある。図10に示すように磁化固定層の磁
化方向を2つの磁気抵抗効果膜の間で反平行となる様に
初期設定した場合には、磁化自由層は両磁気抵抗効果膜
において希土類金属副格子磁化優勢とするかあるいは遷
移金属副格子磁化優勢とするかどちらかにしておく。
尚、821は遷移金属副格子磁化を示し、822は希土類金属
副格子磁化を示す。従って、図10に示すように、磁化自
由層は遷移金属副格子磁化が優勢となっている。磁気抵
抗効果は遷移金属原子のスピンの向きに大きく依存する
ため、磁化固定層の磁化が遷移金属原子によるものであ
り、磁化自由層が遷移金属副格子磁化優勢であるとする
と、遷移金族と希土類金属の磁化を合わせた正味の磁化
方向が平行であれば抵抗は小さく、反平行であれば抵抗
は大きい。また磁化自由層が希土類金属優勢であるとす
ると、正味の磁化方向が平行であれば抵抗は大きく、反
平行であれば抵抗は小さくなる。図10に示すように、や
はり一方向の記録磁界の印加により、一対の磁気抵抗効
果膜において異なる抵抗の状態を作り出すことができ
る。
The composition of the ferrimagnetic material is roughly classified into a rare earth metal sublattice magnetization dominant and a transition metal sublattice magnetization dominant. As shown in FIG. 10, when the magnetization direction of the magnetization fixed layer is initially set to be antiparallel between the two magnetoresistive films, the magnetization free layer has a rare earth metal sublattice magnetization in both magnetoresistive films. Either the dominant or the transition metal sublattice magnetization is dominant.
821 indicates a transition metal sublattice magnetization, and 822 indicates a rare earth metal sublattice magnetization. Therefore, as shown in FIG. 10, the transition metal sublattice magnetization is dominant in the magnetization free layer. Since the magnetoresistive effect largely depends on the spin direction of the transition metal atom, if the magnetization of the magnetization fixed layer is due to the transition metal atom and the magnetization free layer has the transition metal sublattice magnetization dominant, The resistance is small when the net magnetization directions of the magnetizations of the rare earth metals are parallel, and is large when they are antiparallel. If the magnetization free layer is predominantly a rare earth metal, the resistance is large when the net magnetization directions are parallel, and the resistance is small when the net magnetization directions are antiparallel. As shown in FIG. 10, by applying a recording magnetic field in one direction, different resistance states can be created in the pair of magnetoresistive films.

【0054】また、図11に示すように磁化固定層の磁
化方向を2つの磁気抵抗効果膜の間で平行にした場合に
おいては、磁化自由層の組成を調整し、2つの磁気抵抗
効果膜のうち一方の磁化自由層を希土類金属副格子磁化
優勢とし他方を遷移金属副格子磁化優勢とする。このよ
うにすると同方向の磁界を印加しても一方の磁気抵抗効
果膜は抵抗が大きく、他方の磁気抵抗効果膜は抵抗が小
さくすることができ、抵抗が異なる状態を作り出すこと
ができる。図11(a)(b)は、上の磁気抵抗効果膜が
遷移金属副格子磁化821が優勢な組成であり、下の磁気
抵抗効果膜が希土類金属副格子磁化822が優勢な組成、
図11(c)(d)はその逆となっている。
Further, as shown in FIG. 11, when the magnetization direction of the magnetization fixed layer is made parallel between the two magnetoresistive effect films, the composition of the magnetization free layer is adjusted and the two magnetoresistive effect films are adjusted. One of the magnetization free layers is made to have a rare earth metal sublattice magnetization dominant, and the other is made to be a transition metal sublattice magnetization dominant. By doing so, even if a magnetic field in the same direction is applied, one of the magnetoresistive effect films can have a high resistance, and the other magnetoresistive effect film can have a low resistance, so that different resistance states can be created. In FIGS. 11A and 11B, the composition of the upper magnetoresistive film is dominated by the transition metal sublattice magnetization 821, and the composition of the lower magnetoresistive film is dominated by the rare earth metal sublattice magnetization 822.
11 (c) and (d) are the opposite.

【0055】さらに、磁化固定層、磁化自由層の両方と
もをフェリ磁性層とする構成も可能である。
Further, it is possible to adopt a structure in which both the magnetization fixed layer and the magnetization free layer are ferrimagnetic layers.

【0056】まず、図12に、磁化固定層を遷移金属副格
子磁化優勢な組成で反平行となった構成を示す。図12
(a)(b)は、磁化自由層が遷移金属副格子磁化821優勢
な組成となっている。また、図12(c)(d)において
は、磁化自由層が希土類金属副格子磁化優勢な組成とな
っている。このような組成においては、初期状態におい
て、磁化固定層の遷移金属副格子磁化が各々反平行とな
っているために、磁化自由層の遷移金属副格子磁化は各
々平行になるように組成を調整すればよい。そうするこ
とによって、一方向の磁界印加によって、それぞれ異な
る抵抗値を有する磁化状態が達成される。
First, FIG. 12 shows a structure in which the magnetization fixed layer is antiparallel with a composition in which the transition metal sublattice magnetization is dominant. Figure 12
In (a) and (b), the magnetization free layer has a composition in which the transition metal sublattice magnetization 821 is dominant. Further, in FIGS. 12C and 12D, the magnetization free layer has a composition in which the rare earth metal sublattice magnetization is dominant. In such a composition, since the transition metal sublattice magnetizations of the magnetization fixed layer are antiparallel in the initial state, the composition is adjusted so that the transition metal sublattice magnetizations of the magnetization free layer are parallel to each other. do it. By doing so, by applying a magnetic field in one direction, magnetization states having different resistance values are achieved.

【0057】次に、図13に磁化固定層の組成が一方は遷
移金属副格子磁化優勢、他方は希土類金属副格子磁化優
勢な組成とし、磁化固定層の遷移金属副格子磁化が各々
反平行な構成を示す。図13(a)(b)は磁化自由層
はどちらも遷移金属副格子磁化優勢である組成、図13
(c)(d)は磁化自由層はどちらも希土類金属副格子
磁化優勢である組成を示す。ただし、2つの磁気抵抗効
果膜において磁化固定層011,014の正味の磁化方向は平
行としておく。ここで正味の磁化方向とは、希土類金属
副格子磁化と遷移金属副格子磁化の合成磁化を示す。こ
のような構成においても、初期設定において、遷移金属
副格子磁化が反平行となっているために、磁化自由層の
遷移金属副格子磁化は平行となるような組成とする。図
からも明らかなように、一方の磁界印加によって、それ
ぞれ異なる抵抗値を有する磁化状態が達成される。
Next, in FIG. 13, the composition of the magnetization fixed layer is such that one of the magnetizations of the transition metal sublattice is dominant and the other of the magnetizations of the rare earth metal sublattice is dominant, and the magnetizations of the magnetization pinned layers are antiparallel to each other. The configuration is shown. 13 (a) and 13 (b) show a composition in which the magnetization free layers are both dominant in the transition metal sublattice.
(C) and (d) show compositions in which the magnetization free layers are both dominant in the rare earth metal sublattice. However, in the two magnetoresistive films, the net magnetization directions of the magnetization fixed layers 011 and 014 are set to be parallel. Here, the net magnetization direction refers to a composite magnetization of a rare earth metal sublattice magnetization and a transition metal sublattice magnetization. Even in such a configuration, since the transition metal sublattice magnetization is antiparallel in the initial setting, the composition is such that the transition metal sublattice magnetization of the magnetization free layer is parallel. As is clear from the figure, by applying one magnetic field, magnetization states having different resistance values are achieved.

【0058】次に、図14に2つの磁気抵抗効果膜の磁化
固定層がどちらも遷移金属副格子磁化優勢あるいは希土
類金属副格子磁化優勢であり、遷移金属副格子磁化が平
行となった構成を示す。図14(a)(b)においては磁化
固定層が遷移金属副格子磁化優勢となっており、図14
(c)(d)においては、希土類金属副格子磁化優勢な
組成となっている。磁化自由層は、図14(a)(b)
(c)(d)いずれも上の磁気抵抗効果膜においては、
遷移金属副格子磁化が優勢な組成となっており、下の磁
気抵抗効果膜は希土類金属副格子磁化が優勢な組成とな
っている。ただし、磁化固定層の正味の磁化方向は2つ
の磁気抵抗効果膜の間で平行にしておく。このような構
成においては、初期設定において、磁化固定層の遷移金
属副格子磁化が平行となっているために、一方向の記録
磁界の印加によって、磁化自由層の遷移金属副格子磁化
が反平行となるような組成としておけばよい。図からも
明らかなように、一方向の磁界印加によって、それぞれ
異なる抵抗値を有する磁化状態が達成される。
Next, FIG. 14 shows a configuration in which the magnetization fixed layers of the two magnetoresistive films both have the transition metal sublattice magnetization dominant or the rare earth metal sublattice magnetization dominant and the transition metal sublattice magnetizations are parallel. Show. In FIGS. 14 (a) and 14 (b), the magnetization fixed layer has the transition metal sublattice magnetization predominant.
In (c) and (d), the composition has a rare earth metal sublattice magnetization dominant. The magnetization free layer is shown in FIGS.
(C) (d) In both of the above magnetoresistive films,
The composition of the transition metal sublattice magnetization is dominant, and the magnetoresistive film below has a composition of the rare earth metal sublattice magnetization predominant. However, the net magnetization direction of the magnetization fixed layer is set to be parallel between the two magnetoresistive films. In such a configuration, since the transition metal sublattice magnetization of the magnetization fixed layer is parallel in the initial setting, the transition metal sublattice magnetization of the magnetization free layer is antiparallel due to the application of the recording magnetic field in one direction. The composition may be such that As is clear from the figure, magnetization states having different resistance values are achieved by applying a magnetic field in one direction.

【0059】まとめると、フェリ磁性体を磁化自由層に
用いた構成においては、初期設定において、2つの磁気
抵抗効果膜の磁化固定層の遷移金属副格子磁化が平行で
ある場合には、記録時の磁界印加によって2つの磁気抵
抗効果素子の磁化自由層の遷移金属副格子磁化が反平行
となるような組成とし、磁化固定層の遷移金属副格子磁
化が反平行な場合には、やはり記録時の磁界印加によっ
て磁化自由層の遷移金属の磁化が平行となる様に組成を
調整すればよい。また、記録時の磁界は、0と1を記録
するために2方向適宜印加されるわけであるが、図にも
示したように、例えば上向きの磁界によって、一方の磁
気抵抗効果膜の抵抗が高い状態とし、他方の磁気抵抗効
果膜の抵抗は低い状態、下向きの磁界印加によってその
逆の状態となるように磁化自由層、磁化固定層の組成、
初期設定における磁化方向を規定する。
In summary, in the configuration in which the ferrimagnetic material is used for the magnetization free layer, when the transition metal sublattice magnetizations of the magnetization fixed layers of the two magnetoresistive films are parallel in the initial setting, at the time of recording. When the composition is such that the transition metal sublattice magnetizations of the magnetization free layers of the two magnetoresistive effect elements are antiparallel due to the application of the magnetic field, and the transition metal sublattice magnetizations of the magnetization fixed layer are antiparallel, the recording is also performed. The composition may be adjusted so that the magnetization of the transition metal in the magnetization free layer becomes parallel by applying the magnetic field. Further, the magnetic field at the time of recording is appropriately applied in two directions to record 0 and 1, but as shown in the figure, for example, an upward magnetic field causes the resistance of one magnetoresistive film to be increased. In the high state, the resistance of the other magnetoresistive film is low state, the composition of the magnetization free layer, the magnetization fixed layer, so that the opposite state by the downward magnetic field application,
Specifies the magnetization direction in the initial setting.

【0060】次に、基板上に複数配されたメモリセルの
中から選択的に所望のものだけに記録を行なう方法を説
明する。図15にメモリを上面から見た平面図を示す。メ
モリセルの間に電流を流して記録磁界を誘起させるため
の導線を配し、記録磁界が膜面垂直方向の同方向に発生
するように、所望の磁気抵抗効果膜の周りの導線に電流
を流す。そうすることにより所望のメモリセルのみに強
い磁界が印加され選択的に記録が行われる。例えば図15
中のメモリセル150に記録を行う場合、導線713、722、7
12、723に図中に記載した矢印の方向に電流を流す。す
るとメモリ素子150には紙面裏方向に向かって記録磁界
が印加される。また、各導線の上下にさらに導線を設け
4本以上の導線を用いて磁界を印加しても良い。
Next, a method of selectively recording only desired ones out of a plurality of memory cells arranged on the substrate will be described. FIG. 15 shows a plan view of the memory as viewed from above. A conductor wire is arranged between the memory cells to induce a recording magnetic field, and a current is applied to the conductor wire around the desired magnetoresistive film so that the recording magnetic field is generated in the same direction as the film surface perpendicular direction. Shed. By doing so, a strong magnetic field is applied only to the desired memory cell, and recording is selectively performed. For example, Figure 15
When recording to the memory cell 150 in the
Current is applied to 12,723 in the direction of the arrow shown in the figure. Then, a recording magnetic field is applied to the memory element 150 toward the back side of the paper. In addition, additional conductors are provided above and below each conductor.
The magnetic field may be applied using four or more conducting wires.

【0061】あるいは別の方法として図16に示すように
メモリセル間と上部に導線を配し、メモリセル間にある
導線によって磁気抵抗効果膜に対して膜面垂直方向に磁
界を印加し、同時にメモリ上部の導線によってメモリ素
子に対して膜面内方向に磁界を印加する。このようにす
ると膜面内方向と膜面垂直方向の両方向に磁界が印加さ
れているメモリセルにのみ記録を行うことが可能であ
り、図15の構成に比べて記録密度を高めることも可能
である。
Alternatively, as shown in FIG. 16, conductors are arranged between the memory cells and above, and a magnetic field is applied to the magnetoresistive film in the direction perpendicular to the film surface by the conductors between the memory cells. A magnetic field is applied to the memory element in the in-plane direction of the film by the conductive wire on the memory. By doing so, recording can be performed only in the memory cell to which the magnetic field is applied in both the in-plane direction and the direction perpendicular to the film plane, and the recording density can be increased as compared with the configuration of FIG. is there.

【0062】上記のように磁界を発生させるための導線
を別に設けても良いが、読み出し時に用いるビット線や
ワード線を利用しても良い。
As described above, a conductive wire for generating a magnetic field may be separately provided, but a bit line or word line used for reading may be used.

【0063】[0063]

【実施例】以下、実施例をあげて本発明を更に詳細に説
明する。
EXAMPLES The present invention will be described in more detail with reference to examples.

【0064】(実施例1)図4に、本実施例のメモリの
断面の概略図を示す。
(Embodiment 1) FIG. 4 shows a schematic sectional view of a memory of this embodiment.

【0065】表面酸化処理されたSiウエハー001上に、
ビット線642、スピントンネル磁気抵抗効果膜124〜12
6、メモリセル選択用のダイオード224〜226、ワード線6
21〜623を形成する。その後、Al2O3からなる絶縁体700
を形成し、さらにワード線611〜613、ダイオード214〜2
16、スピントンネル磁気抵抗効果膜114〜116そしてビッ
ト線632を形成する。114と124、115と125、116と126が
それぞれ対となって1ビットを形成している。また、一
対のスピントンネル磁気抵抗効果膜とビット線とダイオ
ード、ワード線でメモリセルが形成されている。ビット
線およびワード線はAlにより作成した。また,ダイオー
ドは例えばアモルファスシリコンなどで作成すればよ
い。
On the surface-oxidized Si wafer 001,
Bit line 642, spin tunnel magnetoresistive film 124-12
6, memory cell selection diodes 224-226, word line 6
Form 21-623. Then, an insulator 700 made of Al 2 O 3
To form word lines 611 to 613 and diodes 214 to 2
16, spin tunnel magnetoresistive films 114 to 116 and bit line 632 are formed. 114 and 124, 115 and 125, and 116 and 126 are paired to form one bit. A memory cell is formed by a pair of spin tunnel magnetoresistive film, a bit line, a diode, and a word line. Bit lines and word lines were made of Al. The diode may be made of, for example, amorphous silicon.

【0066】図5にスピントンネル磁気抵抗効果膜の膜
構成を示す。一対のスピントンネル磁気抵抗効果膜は同
じ膜構成を持ち、30nmの膜厚のNi80Fe20膜005と20nmの
膜厚のCo70Fe30膜006により1.5nmの膜厚のAl2O3薄膜007
を挟んだ多層膜である。なお,この際の磁化方向は膜面
内方向となっている。磁性膜の成膜時には磁界を印加し
て一軸磁気異方性を持たせている。一軸磁気異方性の方
向にNi80Fe20膜005の磁化反転磁界は約800A/mでCo70Fe
30膜006の磁化反転磁界は約5kA/mであった。したがって
2つの磁気抵抗効果膜の一軸磁気異方性を有する方向に
印加される記録磁界の大きさを800A/mよりも大きくかつ
5kA/mよりも小さい値とすることで、Ni8 0Fe20膜005の磁
化のみ反転させることが可能である。あるいは、膜面内
方向でかつ一軸磁気異方性の方向と直交する方向にさら
なる磁界を印加した場合、一軸磁気異方性の方向に印加
する磁界の大きさは、上記磁界範囲よりも小さな値で磁
化反転可能となる。
FIG. 5 shows the film structure of the spin tunnel magnetoresistive film. The pair of spin tunnel magnetoresistive films have the same film structure. A Ni 80 Fe 20 film 005 with a film thickness of 30 nm and a Co 70 Fe 30 film 006 with a film thickness of 20 nm are used to form an Al 2 O 3 thin film with a film thickness of 1.5 nm. 007
It is a multi-layered film sandwiching. At this time, the magnetization direction is the in-plane direction. A magnetic field is applied at the time of forming the magnetic film to give uniaxial magnetic anisotropy. The magnetization reversal field of Ni 80 Fe 20 film 005 is about 800 A / m in the direction of uniaxial magnetic anisotropy and Co 70 Fe is
The magnetization reversal magnetic field of the 30th film 006 was about 5 kA / m. Therefore, the magnitude of the recording magnetic field applied in the direction having the uniaxial magnetic anisotropy of the two magnetoresistive films is larger than 800 A / m and
With less than 5 kA / m, it is possible to reverse only the magnetization of the Ni 8 0 Fe 20 film 005. Alternatively, when a further magnetic field is applied in the in-plane direction and in the direction orthogonal to the direction of uniaxial magnetic anisotropy, the magnitude of the magnetic field applied in the direction of uniaxial magnetic anisotropy is smaller than the above magnetic field range. The magnetization can be reversed.

【0067】また、2つの磁気抵抗効果膜の磁化固定層
となるCo70Fe30膜006の磁化は平行に初期設定する。ま
た本実施例においては、ワード線に電流を流して発生す
る磁界によって、磁化自由層の磁化方向を決定する。
The magnetization of the Co 70 Fe 30 film 006, which is the magnetization fixed layer of the two magnetoresistive films, is initially set to be parallel. Further, in the present embodiment, the magnetization direction of the magnetization free layer is determined by the magnetic field generated by passing a current through the word line.

【0068】記録時にはワード線とビット線に電流を流
し、磁性膜の一軸磁気異方性を有する方向および、一軸
磁気異方性を有する方向に垂直でかつ膜面内方向に磁界
を印加し、特定のメモリセルを選択して記録を行う。本
実施例では、ビット線から生じる磁界は磁性膜に対して
一軸磁気異方性と直交する方向に印加され、ワード線か
ら生じる磁界は一軸磁気異方性の方向に印加される。こ
のとき上下に積層されている2本のワード線から発生す
る記録磁界は、その上下に積層されている2つのスピン
トンネル磁気抵抗効果膜のどちらにも作用する。例え
ば、ワード線611から発生する記録磁界はスピントンネ
ル磁気抵抗効果膜114と124の両方に作用し、ワード線62
1から発生する記録磁界についても同様である。このよ
うにすると、一本のワード線から発生する磁界のみで記
録を行う場合よりも少ない電流で記録可能となる。また
ワード線に流す電流の方向を変えることにより『0』と
『1』を区別して記録している。
At the time of recording, an electric current is applied to the word line and the bit line to apply a magnetic field in a direction having uniaxial magnetic anisotropy of the magnetic film and in a direction perpendicular to the direction having uniaxial magnetic anisotropy and in the film plane. Recording is performed by selecting a specific memory cell. In this embodiment, the magnetic field generated from the bit line is applied to the magnetic film in a direction orthogonal to the uniaxial magnetic anisotropy, and the magnetic field generated from the word line is applied in the uniaxial magnetic anisotropy direction. At this time, the recording magnetic fields generated from the two word lines stacked above and below act on both of the two spin tunnel magnetoresistive films stacked above and below. For example, the recording magnetic field generated from the word line 611 acts on both the spin tunnel magnetoresistive films 114 and 124, and the word line 62
The same applies to the recording magnetic field generated from 1. By doing so, it is possible to perform recording with a smaller current than when recording is performed only with the magnetic field generated from one word line. By changing the direction of the current flowing through the word line, "0" and "1" are recorded separately.

【0069】図6は本実施例の等価回路図である。本実
施例においては上述したように、磁気抵抗効果膜として
スピントンネル磁気抵抗効果膜を用いている。図6にお
いては、説明のために、対となって1ビットのメモリセ
ルを形成するスピントンネル磁気抵抗効果膜111、121な
どを上下に分けて書いている。まず基板上に、スピント
ンネル磁気抵抗効果膜121〜129が形成され、膜面法線方
向にスピントンネル磁気抵抗効果素子111〜119が積層さ
れた構成となり、上下2つのスピントンネル磁気抵抗効
果膜が対となって1ビットのメモリセルを形成してい
る。例えばスピントンネル磁気抵抗効果膜115と125を有
するメモリセルに記録を行う場合、トランジスタ333、3
25、322、337、332、312、315、336、363、355、352、3
68、362、342、345、366をONにし、その他のトランジス
タはOFFにしておく。そのようにすると、電源402により
ビット線632に、電源406によりビット線642に電流が流
れ、スピントンネル磁気抵抗効果膜114、115、116およ
び124、125、126の一軸磁気異方性の方向と垂直な方向
に磁界が印加される。また同時に電源401によりワード
線612に、電源405によりワード線622に電流が流れ、ス
ピントンネル磁気抵抗効果膜112、115、118および122、
125、128の一軸磁気異方性の方向に磁界が印加される。
ただし、ワード線612と622から発生する磁界の方向は同
方向となる様に電流を流す。複数のスピントンネル磁気
抵抗効果膜の中で、2方向の磁界が同時に印加されるも
のは115と125のみであり、したがって選択的に記録が行
われることになる。また、スピントンネル磁気抵抗効果
膜115および125に電流が流れないようにするためにワー
ド線の電位はビット線の電位よりも高くしておく。
FIG. 6 is an equivalent circuit diagram of this embodiment. In this embodiment, as described above, the spin tunnel magnetoresistive effect film is used as the magnetoresistive effect film. In FIG. 6, for the sake of explanation, the spin tunnel magnetoresistive effect films 111 and 121 and the like which form a 1-bit memory cell in pairs are shown separately. First, the spin tunnel magnetoresistive effect films 121 to 129 are formed on the substrate, and the spin tunnel magnetoresistive effect elements 111 to 119 are laminated in the film surface normal direction. Pairs form a 1-bit memory cell. For example, when recording is performed in the memory cell having the spin tunnel magnetoresistive films 115 and 125, the transistors 333, 3
25, 322, 337, 332, 312, 315, 336, 363, 355, 352, 3
Turn on 68, 362, 342, 345, and 366, and turn off other transistors. By doing so, a current flows through the bit line 632 by the power supply 402 and through the bit line 642 by the power supply 406, and the directions of the uniaxial magnetic anisotropy of the spin tunnel magnetoresistive films 114, 115, 116 and 124, 125, 126. A magnetic field is applied in the vertical direction. At the same time, a current flows through the word line 612 by the power supply 401 and through the word line 622 by the power supply 405, and the spin tunnel magnetoresistive films 112, 115, 118 and 122,
A magnetic field is applied in the direction of uniaxial magnetic anisotropy of 125 and 128.
However, the currents flow so that the magnetic fields generated from the word lines 612 and 622 are in the same direction. Of the plurality of spin tunnel magnetoresistive films, only 115 and 125 are applied with magnetic fields in two directions at the same time, so that recording is selectively performed. Further, the potential of the word line is set higher than that of the bit line in order to prevent current from flowing through the spin tunnel magnetoresistive films 115 and 125.

【0070】上述の記録が例えば『1』を記録する動作
であるとすると、『0』を記録する場合は、トランジス
タ333、325、322、337、335、315、312、331、363、35
5、352、368、365、345、342、361をONにし、その他の
トランジスタはOFFにしておく。そのようにすると、先
程と同様にビット線632と642から磁界が発生し、ワード
線612と622から先程とは逆の方向の磁界が発生し、スピ
ントンネル磁気抵抗効果膜115と125に『0』が記録され
る。
If the above-mentioned recording is an operation of recording "1", for example, when recording "0", the transistors 333, 325, 322, 337, 335, 315, 312, 331, 363, 35 are used.
Turn on 5, 352, 368, 365, 345, 342, 361, and turn off other transistors. By doing so, a magnetic field is generated from the bit lines 632 and 642 as in the previous case, a magnetic field in the opposite direction from the word lines 612 and 622 is generated, and “0” is generated in the spin tunnel magnetoresistive films 115 and 125. Is recorded.

【0071】読み出しは固定抵抗とスピントンネル磁気
抵抗効果膜を直列に接続し、この2つの抵抗の接続点の
電位を検出することにより達成される。例えば、スピン
トンネル磁気抵抗効果膜115と125に記録された情報を読
み出すには、トランジスタ334、325、322、338、315、3
36、364、355、352、367、345、366をONにし、その他の
トランジスタをOFFにしておく。このようにすると、電
源403、固定抵抗101、スピントンネル磁気抵抗効果膜11
5が直列に接続され、電源電圧は、この2つの抵抗に分
圧される。つまり、スピントンネル磁気抵抗効果膜115
の抵抗値が高い場合と低い場合で、2つの抵抗の接続点
の電位は異なる。また、電源407、固定抵抗102、スピン
トンネル磁気抵抗効果膜125も直列に接続されており、
上記と同様にこの2つの抵抗の接続点の電位はスピント
ンネル磁気抵抗効果膜125の抵抗値によって異なる。
Reading is accomplished by connecting a fixed resistance and a spin tunneling magnetoresistive film in series and detecting the potential at the connection point of these two resistances. For example, to read the information recorded on the spin tunneling magnetoresistive films 115 and 125, the transistors 334, 325, 322, 338, 315, and 3 are used.
Turn on 36, 364, 355, 352, 367, 345, 366, and turn off other transistors. By doing so, the power supply 403, the fixed resistance 101, the spin tunnel magnetoresistive effect film 11 are formed.
5 are connected in series, and the power supply voltage is divided into these two resistors. That is, the spin tunnel magnetoresistive film 115
The potential at the connection point of the two resistors is different depending on whether the resistance value of is high or low. Further, the power supply 407, the fixed resistance 102, and the spin tunnel magnetoresistive effect film 125 are also connected in series,
Similar to the above, the potential at the connection point of these two resistors differs depending on the resistance value of the spin tunnel magnetoresistive film 125.

【0072】上述したように1ビットを記録する一対の
スピントンネル磁気抵抗効果膜は、一方の抵抗が高くな
っている場合は他方の抵抗は低くなっているので、セン
スアンプ500の入力側には必ず、一方は高い電圧が他方
は低い電圧が入力され、どちらの電圧が高いかを検出す
ることにより記録されている情報を読み出すことが可能
である。
As described above, in the pair of spin tunnel magnetoresistive films for recording 1 bit, when one resistance is high, the other resistance is low. The high voltage is input to one side and the low voltage is input to the other side, and it is possible to read the recorded information by detecting which voltage is higher.

【0073】(実施例2)図7に本実施形態のメモリの断
面を概略的に示す。表面酸化処理されたSiウエハー001
上に、ビット線642、スピントンネル磁気抵抗効果膜124
〜126、ダイオード224〜226、ワード線621〜623を形成
する。その後、Al2O3により絶縁体700を形成し、さらに
その上にビット線632、スピントンネル磁気抵抗効果膜1
14〜116、ダイオード214〜216そしてワード線611〜613
を形成する。ビット線およびワード線はAlにより作成す
る。またダイオードはアモルファスシリコンにより作成
した。スピントンネル磁気抵抗効果膜は図5で示した実
施例1と同じ膜構成のものを用いている。ただし、1つ
のメモリセルを構成する2つのスピントンネル磁気抵抗
効果膜はCo70Fe30膜006の磁化方向がお互いに反平行に
向くように成膜時に印加する磁界の方向を変えて初期設
定して作成している。
Example 2 FIG. 7 schematically shows a cross section of the memory of this embodiment. Surface oxidized Si wafer 001
The bit line 642 and the spin tunnel magnetoresistive film 124 are formed on the upper surface.
~ 126, diodes 224-226, and word lines 621-623 are formed. After that, the insulator 700 is formed of Al 2 O 3 , and the bit line 632 and the spin tunnel magnetoresistive effect film 1 are further formed thereon.
14-116, diodes 214-216 and word lines 611-613
To form. Bit lines and word lines are made of Al. The diode was made of amorphous silicon. The spin tunnel magnetoresistive film has the same film structure as that of the first embodiment shown in FIG. However, the two spin tunneling magnetoresistive films that form one memory cell are initialized by changing the direction of the magnetic field applied during film formation so that the magnetization directions of the Co 70 Fe 30 film 006 are antiparallel to each other. I am creating it.

【0074】図8は本実施例の等価回路図である。実施
例1と同様にスピントンネル磁気抵抗効果膜111と121、1
12と122、113と123、114と124、115と125、116と126、1
17と127、118と128、119と129はそれぞれ膜面法線方向
に積層して形成され、1ビットのメモリセルを構成して
いる。
FIG. 8 is an equivalent circuit diagram of this embodiment. Spin tunnel magnetoresistive films 111 and 121, 1 as in Example 1
12 and 122, 113 and 123, 114 and 124, 115 and 125, 116 and 126, 1
17 and 127, 118 and 128, and 119 and 129 are formed by stacking in the film surface normal direction, respectively, and form a 1-bit memory cell.

【0075】記録はビット線とワード線に電流を流して
磁界を発生させて行う。例えばスピン磁気抵抗効果膜11
5および125を有するメモリセルに記録を行う場合、トラ
ンジスタ332、312、315、336、363、355、352、368、36
2、341、342、343をONにし、その他のトランジスタはOF
Fにしておく。このようにするとワード線612に流れる電
流によりスピントンネル磁気抵抗効果膜112、115、118
および122、125、128の一軸磁気異方性の方向に磁界が
印加され、さらにビット線642に流れる電流によりスピ
ントンネル磁気抵抗効果膜114、115、116および124、12
5、126の一軸磁気異方性の方向に対して垂直な方向に磁
界が印加される。したがって、ビット線,ワード線によ
る磁界が同時に印加されるスピントンネル磁気抵抗効果
膜115および125のみ記録が行われる。さらに、逆の情報
を記録するにはワード線から発生する磁界の方向を先程
とは逆にすればよい。つまりトランジスタ331、312、31
5、335、363、355、352、368、362、341、342、343をON
にし、その他のトランジスタはOFFにし、ワード線612に
逆方向の電流を流す。
Recording is performed by passing a current through the bit line and the word line to generate a magnetic field. For example, spin magnetoresistive film 11
When recording to a memory cell having 5 and 125, transistors 332, 312, 315, 336, 363, 355, 352, 368, 36
Turn on 2, 341, 342, 343, and other transistors are OF
Leave it at F. In this way, the spin tunnel magnetoresistive film 112, 115, 118 is generated by the current flowing through the word line 612.
And 122, 125, 128 a magnetic field is applied in the direction of uniaxial magnetic anisotropy, and the current flowing in the bit line 642 causes spin tunnel magnetoresistive films 114, 115, 116 and 124, 12
A magnetic field is applied in a direction perpendicular to the uniaxial magnetic anisotropy direction of 5,126. Therefore, recording is performed only on the spin tunnel magnetoresistive films 115 and 125 to which the magnetic fields from the bit lines and the word lines are simultaneously applied. Furthermore, in order to record the reverse information, the direction of the magnetic field generated from the word line may be reversed. That is, transistors 331, 312, 31
Turn ON 5, 335, 363, 355, 352, 368, 362, 341, 342, 343
The other transistors are turned off, and a current in the reverse direction is passed through the word line 612.

【0076】また、このときワード線の電圧はビット線
の電圧よりも高い値にしておき、スピントンネル磁気抵
抗効果膜に電流が流れないようにする。
At this time, the voltage of the word line is set to a value higher than the voltage of the bit line so that no current flows in the spin tunnel magnetoresistive film.

【0077】また、スピントンネル磁気抵抗効果膜115
および125に記録された情報の読み出しは、トランジス
タ325、312、331、322、364、355、342、361、352、367
をONにし、その他のトランジスタはOFFにしておく。こ
のようにすると、電源403、固定抵抗101およびスピント
ンネル磁気抵抗効果膜115が直列に接続され、電源403の
電圧は固定抵抗101とスピントンネル磁気抵抗効果膜115
に分圧される。また、電源407、固定抵抗102およびスピ
ントンネル磁気抵抗効果膜125についても同様である。
情報が記録された後の一対のスピントンネル磁気抵抗効
果膜は、一方は抵抗が高くなるように磁化配向し、他方
は抵抗が低くなるように磁化配向している。したがっ
て、センスアンプ500へ入力される2つの電圧値は異な
り、この差を検出することで読み出し可能となる。
Further, the spin tunnel magnetoresistive effect film 115.
And the information recorded in 125 is read by transistors 325, 312, 331, 322, 364, 355, 342, 361, 352, 367.
Is turned on, and other transistors are turned off. In this way, the power supply 403, the fixed resistance 101 and the spin tunnel magnetoresistive effect film 115 are connected in series, and the voltage of the power supply 403 is the fixed resistance 101 and the spin tunnel magnetoresistive effect film 115.
Is divided into. The same applies to the power supply 407, the fixed resistor 102, and the spin tunnel magnetoresistive effect film 125.
After the information is recorded, the pair of spin tunnel magnetoresistive effect films are magnetically oriented so that one has a high resistance and the other has a magnetic orientation so as to have a low resistance. Therefore, the two voltage values input to the sense amplifier 500 are different, and it is possible to read by detecting this difference.

【0078】(実施例3)本実施例においては、実施例2
と同様に1つのワード線とビット線を用いて記録を行な
う。本実施例の磁気抵抗効果膜の膜構成を図3を用いて
説明する。スピントンネル磁気抵抗効果膜121〜129は、
30nmの膜厚のNi80Fe20膜024と20nmの膜厚のCo70Fe30膜0
25により1.5nmの膜厚のAl2O3薄膜026を挟んだ構成と
し、スピントンネル磁気抵抗効果膜111〜119は、50nmの
膜厚のNi80Fe20膜、0.7nmのRu薄膜さらに10nmのNi80Fe
20膜を積層した積層フェリ構造030とし、さらに1.5nmの
膜厚のAl2O3薄膜023、20nmの膜厚のCo70Fe30膜022を順
次積層した。積層フェリ構造では、2つのNi80Fe20膜は
反強磁性結合しており、磁化方向が反平行を向くように
なっている。また、印加した磁界に対して膜厚の厚いNi
80Fe20膜の磁化が平行となり、反強磁性結合により膜厚
の薄いNi80Fe20膜は印加磁界に対して反平行となる。つ
まり記録時には、スピントンネル磁気抵抗効果膜121〜1
29の磁化の抵抗が低くなるように配向している場合に
は、スピントンネル磁気抵抗効果膜111〜119の磁化は抵
抗が高くなるように配向することになる。
Example 3 In this example, Example 2 is used.
Recording is performed using one word line and one bit line in the same manner as in. The film structure of the magnetoresistive film of this example will be described with reference to FIG. The spin tunnel magnetoresistive films 121 to 129 are
30 nm Ni 80 Fe 20 film 024 and 20 nm Co 70 Fe 30 film 0
25 by a configuration sandwiching the Al 2 O 3 thin film 026 having a thickness of 1.5 nm, TMR element 111-119 is the 50nm film thickness Ni 80 Fe 20 film, the Ru film further 10nm of 0.7nm Ni 80 Fe
A laminated ferri structure 030 in which 20 films were laminated was further formed, and an Al 2 O 3 thin film 023 having a film thickness of 1.5 nm and a Co 70 Fe 30 film 022 having a film thickness of 20 nm were sequentially laminated. In the laminated ferri structure, the two Ni 80 Fe 20 films are antiferromagnetically coupled, and the magnetization directions are antiparallel. In addition, a thick Ni film against the applied magnetic field
The magnetization of the 80 Fe 20 film becomes parallel, and the thin Ni 80 Fe 20 film becomes antiparallel to the applied magnetic field due to antiferromagnetic coupling. That is, at the time of recording, the spin tunnel magnetoresistive films 121-1
When the magnetization of 29 is oriented so as to have a low resistance, the magnetizations of the spin tunnel magnetoresistive effect films 111 to 119 are oriented so as to have a high resistance.

【0079】(実施例4)図17に本実施例のメモリの断
面を概略的に示す。本実施例においては、磁性膜に垂直
磁化膜を用いた構成となっている。表面酸化処理された
Siウエハー001上に、ビット線642、スピントンネル磁気
抵抗効果膜124〜126、メモリセル選択用のダイオード22
4〜226、ワード線621〜623を形成する。その後、Al2O3
により絶縁体700を形成し、さらにその上にワード線611
〜613、ダイオード214〜216、スピントンネル磁気抵抗
効果膜114〜116そしてビット線632を形成する。また、
対になって形成された磁気抵抗効果膜の間には記録磁界
発生用のX方向の導線711、712、713およびY方向の導線7
21〜728が設けてある。ビット線、ワード線および磁界
発生用の導線はAlにより作成した。2つのスピントンネ
ル磁気抵抗効果膜は同じ膜構成を持ち、Pt(4nm)/Co(1.4
nm)/Pt(1.5nm)/Co(0.4nm)の人工格子膜を作成し、その
後、1.5nmの膜厚のAl2O3薄膜からなる非磁性絶縁膜を形
成し、さらにその上にCo(0.6nm)/Pt(1.5nm)/Co(1.4nm)/
Pt(5nm)の人工格子膜を作成した。すなわち、磁化固定
層、磁化自由層の両磁性層ともフェロ磁性となってい
る。
(Embodiment 4) FIG. 17 schematically shows a cross section of a memory of this embodiment. In this embodiment, the perpendicular magnetic film is used as the magnetic film. Surface oxidized
Bit line 642, spin tunnel magnetoresistive films 124 to 126, and diode 22 for memory cell selection on Si wafer 001.
4 to 226 and word lines 621 to 623 are formed. Then Al 2 O 3
To form an insulator 700 on which a word line 611 is formed.
˜613, diodes 214˜216, spin tunnel magnetoresistive films 114˜116 and bit line 632. Also,
Between the magnetoresistive film formed as a pair, the X-direction conducting wires 711, 712, 713 and the Y-direction conducting wire 7 for generating the recording magnetic field are formed.
21 to 728 are provided. The bit line, the word line, and the conducting wire for magnetic field generation were made of Al. The two spin tunneling magnetoresistive films have the same film structure, and Pt (4nm) / Co (1.4
(nm) / Pt (1.5 nm) / Co (0.4 nm) artificial lattice film is formed, and then a nonmagnetic insulating film consisting of an Al 2 O 3 thin film with a thickness of 1.5 nm is formed, and Co is further formed on it. (0.6nm) / Pt (1.5nm) / Co (1.4nm) /
An artificial lattice film of Pt (5 nm) was created. That is, both the magnetic pinned layer and the magnetic free layer are ferromagnetic.

【0080】膜の作成はすべてマグネトロンスパッタリ
ングにより行なった。人工格子膜はどちらも垂直磁化膜
であり、下部の人工格子膜の保磁力は約32kA/mで上部の
人工格子膜の保磁力は約23kA/mである。本実施例では下
部の人工格子膜を磁化固定層、上部の人工格子膜を磁化
自由層とする。記録時には所望のメモリセルに対して膜
面垂直方向に32kA/mよりも小さく23kA/mよりも大きな磁
界を印加することにより記録が可能である。記録磁界は
導線に流す電流の方向を変えることによって所望の方向
に印加可能である。磁化固定層の磁化方向は2つの磁気
抵抗効果膜の間では反平行に向いている。ただし、その
ような方向に磁化を向けるために、磁化固定層を成膜す
るときには初期設定したい方向に磁界を印加した。本実
施例の1ビットを形成する一対の磁気抵抗効果膜の磁化
状態を図9に示す。
All films were formed by magnetron sputtering. Both artificial lattice films are perpendicular magnetization films, and the coercive force of the lower artificial lattice film is about 32 kA / m and the coercive force of the upper artificial lattice film is about 23 kA / m. In this embodiment, the lower artificial lattice film is the magnetization fixed layer and the upper artificial lattice film is the magnetization free layer. At the time of recording, recording can be performed by applying a magnetic field smaller than 32 kA / m and larger than 23 kA / m to the desired memory cell in the direction perpendicular to the film surface. The recording magnetic field can be applied in a desired direction by changing the direction of the current flowing through the conductor. The magnetization direction of the magnetization fixed layer is antiparallel between the two magnetoresistive films. However, in order to direct the magnetization in such a direction, a magnetic field was applied in the direction desired to be initially set when the magnetization fixed layer was formed. FIG. 9 shows the magnetization states of the pair of magnetoresistive films forming one bit in this example.

【0081】図18は本実施例の主に読み出しに関わる等
価回路図である。スピントンネル磁気抵抗効果膜111は1
21の膜面法線方向に積層され、この一対のスピントンネ
ル磁気抵抗効果膜にそれぞれ異なる磁化状態となる様に
し、1ビットを記録する。また、スピントンネル磁気抵
抗効果膜112と122、113と123、114と124、115と125、11
6と126、117と127、118と128、119と129についても同様
である。
FIG. 18 is an equivalent circuit diagram mainly relating to reading in this embodiment. Spin tunnel magnetoresistive film 111 is 1
21 bits are stacked in the direction normal to the film surface, and a pair of spin tunnel magnetoresistive films are made to have different magnetization states, and 1 bit is recorded. In addition, spin tunnel magnetoresistive films 112 and 122, 113 and 123, 114 and 124, 115 and 125, 11
The same applies to 6 and 126, 117 and 127, 118 and 128, and 119 and 129.

【0082】読み出しは固定抵抗とスピントンネル磁気
抵抗効果膜を直列に接続し、この2つの抵抗の接続点の
電位を検出することにより達成される。例えば、スピン
トンネル磁気抵抗効果膜115と125に記録された情報を読
み出すには、トランジスタ325、322、312、345、342、3
32をONにし、その他のトランジスタをOFFにしておく。
このようにすると、電源401、固定抵抗101、スピントン
ネル磁気抵抗効果膜115が直列に接続され、電源電圧
は、この2つの抵抗に分圧される。つまり、スピントン
ネル磁気抵抗効果膜115の抵抗値が高い場合と低い場合
で、2つの抵抗の接続点の電位は異なる。また、電源40
2、固定抵抗102、スピントンネル磁気抵抗効果膜125も
直列に接続されており、この2つの抵抗の接続点の電位
はスピントンネル磁気抵抗効果膜125の抵抗値によって
異なる。1ビットを記録する2つのスピントンネル磁気
抵抗効果膜は、一方の抵抗が高くなっている場合は他方
の抵抗は低くなっているので、センスアンプ500の入力
側には必ず、一方は高い電圧が他方は低い電圧が入力さ
れ、どちらの電圧が高いかを検出することにより記録さ
れている情報を読み出すことが可能である。
Reading is accomplished by connecting a fixed resistance and a spin tunneling magnetoresistive film in series and detecting the potential at the connection point of these two resistances. For example, to read the information recorded in the spin tunnel magnetoresistive films 115 and 125, the transistors 325, 322, 312, 345, 342, 3 are used.
Turn on 32 and turn off other transistors.
By doing so, the power supply 401, the fixed resistance 101, and the spin tunnel magnetoresistive effect film 115 are connected in series, and the power supply voltage is divided into these two resistances. That is, the potential at the connection point of the two resistors is different depending on whether the resistance value of the spin tunnel magnetoresistive effect film 115 is high or low. Also power 40
2. The fixed resistor 102 and the spin tunnel magnetoresistive effect film 125 are also connected in series, and the potential at the connection point of these two resistors differs depending on the resistance value of the spin tunnel magnetoresistive effect film 125. The two spin tunnel magnetoresistive films for recording one bit have a lower resistance when the resistance of one is higher, so that one side always has a high voltage on the input side of the sense amplifier 500. A low voltage is input to the other, and it is possible to read the recorded information by detecting which voltage is higher.

【0083】(実施例5)本実施例においては、図19に
示すように1ビットを形成する一対の磁気抵抗効果膜及
び隣接するビットにおいて、磁界を印加する導線を共有
化した構成となっている。図17と同様の機能を有するも
のには同様の番号を付し、詳細な説明は省くものとす
る。2つのスピントンネル磁気抵抗効果膜は同じ膜構成
のものを用い、磁化固定層は実施例4と同じ人工格子膜
を用い、磁化自由層は10nmの膜厚のGd2 0(Fe50Co50)80
らなるフェリ磁性体を用いている。ここでGd20(Fe50Co
50)80膜は遷移金属副格子磁化優勢で、保磁力は約2.4kA
/mである。非磁性膜は1.5nmの膜厚のAl2O3薄膜である。
磁化固定層の磁化方向は2つの磁気抵抗効果膜の間で反
平行に向けてある。磁化状態の概略図を図10(a)
(b)に示す。
(Embodiment 5) In this embodiment, as shown in FIG. 19, a pair of magnetoresistive films that form one bit and adjacent bits share a conductor for applying a magnetic field. There is. Components having the same functions as those in FIG. 17 are designated by the same reference numerals, and detailed description thereof will be omitted. The two spin tunnel magnetoresistive films have the same film structure, the magnetization fixed layer uses the same artificial lattice film as in Example 4, and the magnetization free layer has a thickness of 10 nm of Gd 2 0 (Fe 50 Co 50 ). A ferrimagnetic material consisting of 80 is used. Where Gd 20 (Fe 50 Co
50 ) 80 film is dominant in transition metal sublattice magnetization and has coercive force of about 2.4 kA
/ m. The non-magnetic film is an Al 2 O 3 thin film with a thickness of 1.5 nm.
The magnetization direction of the magnetization fixed layer is oriented antiparallel between the two magnetoresistive films. Fig. 10 (a) shows a schematic diagram of the magnetization state.
It shows in (b).

【0084】図20は本実施例の等価回路図である。図1
8と同様の機能を有するものには同様の番号を付し。詳
細な説明は省くものとする。本実施例においては、垂直
磁化膜からなる磁化自由層に対して、ビット線は磁気抵
抗効果膜の膜面内方向の磁界を印加する導線としても利
用している。
FIG. 20 is an equivalent circuit diagram of this embodiment. Figure 1
Those having the same function as 8 are given the same numbers. Detailed explanation is omitted. In this embodiment, the bit line is also used as a conductor for applying a magnetic field in the in-plane direction of the magnetoresistive effect film to the magnetization free layer formed of the perpendicular magnetization film.

【0085】図19、20を参照して、記録方法を説明
する。記録は所望の磁気抵抗効果膜に膜面垂直方向の磁
界を印加するための導線とメモリ素子に接続されている
ビット線に電流を流して磁界を発生させて行なう。例え
ばスピントンネル磁気抵抗効果膜115および125に記録を
行う場合、記録発生用の導線722、723に電流を流し、ス
ピントンネル磁気抵抗効果膜112、115、118、122、12
5、128に膜面垂直方向に磁界を印加する。また同時にト
ランジスタ311、312、313、322、325、351、353、356、
331、332、333、342、345、361、363、366をONにし、そ
の他のトランジスタはOFFにしておく。このようにする
とビット線632および642に電流が流れスピントンネル磁
気抵抗効果膜114、115、116および124、125、126の膜面
内方向に磁界が印加される。垂直磁化膜では膜面内方向
に磁界を印加した状態で膜面垂直方向で磁化反転させる
と、面内磁化膜が印加されていない場合に比べて小さな
保磁力を示すようになる。また、上記スピントンネル磁
気抵抗効果膜の中で膜面内方向の磁界と膜面垂直方向の
磁界が両方印加されている115および125のみ記録するこ
とが可能である。ただし、電源405および406は記録中に
スピン磁気抵抗効果膜に電流が流れないようにするもの
であり、各ダイオードにおいて逆電圧が印加されるよう
な大きさの電圧を持つものである。
The recording method will be described with reference to FIGS. Recording is performed by passing a current through a conductor wire for applying a magnetic field perpendicular to the film surface to a desired magnetoresistive film and a bit line connected to a memory element to generate a magnetic field. For example, when recording is performed on the spin tunnel magnetoresistive films 115 and 125, an electric current is passed through the recording lines 722 and 723 to generate spin tunnel magnetoresistive films 112, 115, 118, 122 and 12.
A magnetic field is applied to 5 and 128 in the direction perpendicular to the film surface. At the same time, the transistors 311, 312, 313, 322, 325, 351, 353, 356,
Turn on 331, 332, 333, 342, 345, 361, 363, 366, and turn off other transistors. In this way, a current flows through the bit lines 632 and 642, and a magnetic field is applied in the in-plane direction of the spin tunnel magnetoresistive effect films 114, 115, 116 and 124, 125, 126. When the magnetization of the perpendicular magnetization film is reversed in the direction perpendicular to the film surface while the magnetic field is applied in the direction of the film surface, the coercive force becomes smaller than that in the case where the in-plane magnetization film is not applied. Further, in the spin tunnel magnetoresistive effect film, only 115 and 125 to which both the magnetic field in the in-plane direction and the magnetic field in the direction perpendicular to the film plane are applied can be recorded. However, the power supplies 405 and 406 prevent current from flowing in the spin magnetoresistive film during recording, and have a voltage having a magnitude such that a reverse voltage is applied to each diode.

【0086】また情報の読み出しは実施例4と同様に行
なえばよい。
Information reading may be performed in the same manner as in the fourth embodiment.

【0087】(実施例6)実施例5で用いた1ビットを構
成する一対のスピントンネル磁気抵抗効果膜の一方の磁
化自由層の組成をGd25(Fe50Co50)75としてその他は同じ
ものとした。ここでGd25(Fe50Co50)75膜は希土類金属副
格子磁化優勢で、保磁力は約3.1kA/mである。磁化状態
を示す概略図を図11に示す。本実施例においても、一
方向の磁界を印加することによって、1ビットを形成す
る一対の磁気抵抗効果膜を各々異なる磁化状態とし、異
なる抵抗値を有する状態とすることができる。
(Embodiment 6) The composition of one magnetization free layer of the pair of spin tunnel magnetoresistive films constituting one bit used in Embodiment 5 is Gd 25 (Fe 50 Co 50 ) 75 , and the other is the same. And Here, the Gd 25 (Fe 50 Co 50 ) 75 film has a rare earth metal sublattice magnetization dominant and a coercive force of about 3.1 kA / m. A schematic diagram showing the magnetization state is shown in FIG. Also in this embodiment, by applying a magnetic field in one direction, a pair of magnetoresistive effect films forming one bit can have different magnetization states and different resistance values.

【0088】(実施例7)実施例5で用いたスピントンネ
ル磁気抵抗効果膜の磁化固定層を10nmの膜厚のTb22(Fe
60Co40)78としてその他は同じものとした。ここでTb
22(Fe60Co40)78膜は遷移金属副格子磁化優勢で、保磁力
は約1.5MA/mである。図12(a)(b)に磁化状態の概略
図を示す。図12に示すように磁化固定層の正味の磁化
方向は反平行となる。本実施形態においても、一方向の
磁界の印加により、一対の磁気抵抗効果膜のそれぞれ
が,異なる抵抗値を有する状態とすることができる。
(Example 7) The magnetization fixed layer of the spin tunnel magnetoresistive film used in Example 5 was formed of Tb 22 (Fe) with a film thickness of 10 nm.
Others are the same as 60 Co 40 ) 78 . Where Tb
The 22 (Fe 60 Co 40 ) 78 film is dominated by the transition metal sublattice magnetization and has a coercive force of about 1.5 MA / m. 12 (a) and 12 (b) show schematic views of the magnetization state. As shown in FIG. 12, the net magnetization directions of the magnetization fixed layer are antiparallel. Also in this embodiment, by applying a magnetic field in one direction, each of the pair of magnetoresistive films can have a different resistance value.

【0089】(実施例8)実施例7で用いたスピントンネ
ル磁気抵抗効果膜の磁化自由層の組成をGd25(Fe 50Co50)
75としてその他は同じものとした。なお、磁化自由層、
Gd25(Fe50Co50)7 5は希土類金属副格子磁化優勢な構成と
なっている。図12(c)(d)に本実施例の磁化状態
の概略図を示す。本実施形態においても、一方向の磁界
の印加により、一対の磁気抵抗効果膜のそれぞれが,異
なる抵抗値を有する状態とすることができる。
(Example 8) Spin tunnel used in Example 7
Gd of the composition of the magnetization free layer of the magnetoresistive filmtwenty five(Fe 50Co50)
75Others are the same. The magnetization free layer,
Gdtwenty five(Fe50Co50)7 FiveIs a rare earth metal sublattice magnetization predominant composition and
Has become. FIG. 12C and FIG. 12D show the magnetization state of this example.
The schematic diagram of is shown. Also in this embodiment, the magnetic field in one direction
Is applied, the pair of magnetoresistive films are different from each other.
Can have a resistance value of

【0090】(実施例9)実施例7で用いたスピントンネ
ル磁気抵抗効果膜の磁化固定層を10nmの膜厚のTb24(Fe
60Co40)76としてその他は同じものとした。ここでTb
24(Fe60Co40)76膜は希土類金属副格子磁化優勢で、保磁
力は約1.2MA/mである。実施例8において説明した、図
12(c)(d)の磁化状態において。遷移金属副格子磁
化と希土類金属副格子磁化とが入れ替わった構成となっ
ている。本実施形態においても、一方向の磁界の印加に
より、一対の磁気抵抗効果膜のそれぞれが,異なる抵抗
値を有する状態とすることができる。
(Example 9) The magnetization fixed layer of the spin tunnel magnetoresistive film used in Example 7 was formed of Tb 24 (Fe) with a film thickness of 10 nm.
Others are the same as 60 Co 40 ) 76 . Where Tb
The 24 (Fe 60 Co 40 ) 76 film has a predominantly rare earth metal sublattice magnetization and a coercive force of about 1.2 MA / m. In the magnetization states of FIGS. 12C and 12D described in the eighth embodiment. The transition metal sublattice magnetization and the rare earth metal sublattice magnetization are interchanged. Also in this embodiment, by applying a magnetic field in one direction, each of the pair of magnetoresistive films can have a different resistance value.

【0091】(実施例10)実施例9で用いたスピントン
ネル磁気抵抗効果膜の磁化自由層の組成を希土類金属副
格子磁化優勢なGd25(Fe50Co50)75としてその他は同じも
のとした。本実施例の磁化状態は図12(a)(b)に
示した磁化状態における、遷移金属副格子磁化と希土類
金属副格子磁化が入れ替わったものであると考えればよ
い。本実施形態においても、一方向の磁界の印加によ
り、一対の磁気抵抗効果膜のそれぞれが,異なる抵抗値
を有する状態とすることができる。
(Example 10) The composition of the magnetization free layer of the spin tunnel magnetoresistive film used in Example 9 was the same except that the rare earth metal sublattice magnetization dominant Gd 25 (Fe 50 Co 50 ) 75 was used. . It can be considered that the magnetization state of the present embodiment is such that the transition metal sublattice magnetization and the rare earth metal sublattice magnetization in the magnetization states shown in FIGS. 12A and 12B are exchanged. Also in this embodiment, by applying a magnetic field in one direction, each of the pair of magnetoresistive films can have a different resistance value.

【0092】(実施例11)実施例5で用いたスピントン
ネル磁気抵抗効果膜のうち121、122、123、124、125、1
26、127、128、129については磁化自由層の組成を希土
類金属優勢のGd25(Fe50Co50)75とし、111、112、113、1
14、115、116、117、118、119の磁化自由層の組成を遷
移金属優勢のGd20(Fe50Co50)80とした。また、磁化固定
層の磁化方向は平行とし、その他は同じものとした。本
実施例の磁化状態を示す概略図を図11に示す。本実施
形態においても、一方向の磁界の印加により、一対の磁
気抵抗効果膜のそれぞれが,異なる抵抗値を有する状態
とすることができる。
(Example 11) Of the spin tunnel magnetoresistive effect films used in Example 5, 121, 122, 123, 124, 125, 1
For 26, 127, 128, and 129, the composition of the magnetization free layer was set to Gd 25 (Fe 50 Co 50 ) 75 with the rare earth metal predominant, and 111, 112, 113, 1
The composition of the magnetization free layer of 14, 115, 116, 117, 118, and 119 was set to Gd 20 (Fe 50 Co 50 ) 80 having a transition metal dominant. In addition, the magnetization directions of the magnetization fixed layers were parallel, and the other directions were the same. FIG. 11 is a schematic diagram showing the magnetization state of this example. Also in this embodiment, by applying a magnetic field in one direction, each of the pair of magnetoresistive films can have a different resistance value.

【0093】(実施例12)実施例11で用いたスピントン
ネル磁気抵抗効果膜の磁化固定層を遷移金属副格子磁化
優勢であるTb22(Fe60Co40)78とし、その他は同じものと
した。本実施例の磁化状態を示す概略図を図14に示
す。本実施形態においても、一方向の磁界の印加によ
り、一対の磁気抵抗効果膜のそれぞれが,異なる抵抗値
を有する状態とすることができる。
(Example 12) The magnetization fixed layer of the spin tunnel magnetoresistive film used in Example 11 was Tb 22 (Fe 60 Co 40 ) 78 , which has a dominant magnetization of the transition metal sublattice, and the others were the same. . FIG. 14 is a schematic diagram showing the magnetization state of this example. Also in this embodiment, by applying a magnetic field in one direction, each of the pair of magnetoresistive films can have a different resistance value.

【0094】(実施例13)実施例12で用いたスピントン
ネル磁気抵抗効果膜の磁化固定層を希土類金属副格子磁
化優勢であるTb24(Fe60Co40)76とし、その他は同じもの
とした。本実施例の磁化状態は、図14における磁化固
定層の磁化状態を希土類金属副格子磁化優勢とした構成
である。本実施形態においても、一方向の磁界の印加に
より、一対の磁気抵抗効果膜のそれぞれが,異なる抵抗
値を有する状態とすることができる。
(Example 13) The magnetization fixed layer of the spin tunnel magnetoresistive film used in Example 12 was Tb 24 (Fe 60 Co 40 ) 76 which has a dominant rare earth metal sublattice magnetization, and the others were the same. . The magnetization state of the present embodiment is a configuration in which the magnetization state of the magnetization fixed layer in FIG. 14 has a rare earth metal sublattice magnetization dominant. Also in this embodiment, by applying a magnetic field in one direction, each of the pair of magnetoresistive films can have a different resistance value.

【0095】(実施例14)実施例5で用いたスピントン
ネル磁気抵抗効果膜のうち121、122、123、124、125、1
26、127、128、129については磁化固定層の組成を希土
類金属優勢のTb24(Fe60Co40)76とし、111、112、113、1
14、115、116、117、118、119の磁化固定層の組成を遷
移金属優勢のTb22(Fe60Co40)78とした。また、磁化固定
層の磁化方向は平行とし、その他は同じものとした。図
13に本実施例の磁化状態の概略図を示す。本実施形態
においても、一方向の磁界の印加により、一対の磁気抵
抗効果膜のそれぞれが,異なる抵抗値を有する状態とす
ることができる。
Example 14 Of the spin tunnel magnetoresistive effect films used in Example 5, 121, 122, 123, 124, 125, 1
For 26, 127, 128, and 129, the composition of the magnetization fixed layer was set to Tb 24 (Fe 60 Co 40 ) 76 with the rare earth metal predominant, and 111, 112, 113, 1
The composition of the magnetization fixed layers of 14, 115, 116, 117, 118, and 119 was Tb 22 (Fe 60 Co 40 ) 78 with a transition metal dominant. In addition, the magnetization directions of the magnetization fixed layers were parallel, and the other directions were the same. FIG. 13 shows a schematic view of the magnetization state of this example. Also in this embodiment, by applying a magnetic field in one direction, each of the pair of magnetoresistive films can have a different resistance value.

【0096】(実施例15)実施例14で用いたスピントン
ネル磁気抵抗効果膜の磁化自由層の組成を希土類副格子
磁化優勢のGd25(Fe50Co50)75としてその他は同じものと
した。本実施形態においても、一方向の磁界の印加によ
り、一対の磁気抵抗効果膜のそれぞれが,異なる抵抗値
を有する状態とすることができる。
(Example 15) The composition of the magnetization free layer of the spin tunnel magnetoresistive film used in Example 14 was the same except that the rare earth sublattice magnetization predominant Gd 25 (Fe 50 Co 50 ) 75 was used. Also in this embodiment, by applying a magnetic field in one direction, each of the pair of magnetoresistive films can have a different resistance value.

【0097】[0097]

【発明の効果】以上説明したように本発明には以下の効
果がある。
As described above, the present invention has the following effects.

【0098】印加磁界に対する抵抗変化が相反する2つ
の磁気抵抗効果膜を上下に積層し、その2つの磁気抵抗
効果膜に1ビットを記録することによって、読み出し信
号が大きくかつ記録密度の高いメモリとするとともに、
その2つの磁気抵抗効果膜の記録手段を共有することに
よって、記録時の消費電力を低減させるという効果があ
る。
By stacking two magnetoresistive films whose resistance changes with respect to the applied magnetic field are opposite to each other and recording 1 bit on the two magnetoresistive films, a memory having a large read signal and a high recording density can be obtained. Along with
By sharing the recording means of the two magnetoresistive films, it is possible to reduce the power consumption during recording.

【0099】また、垂直磁化膜を用いかつ印加磁界に対
する抵抗変化が相反する2つの磁気抵抗効果膜を上下に
積層し、その2つの磁気抵抗効果膜に1ビットを記録す
ることによって、読み出し信号が大きくかつ記録密度の
高いメモリとするとともに、2つの磁気抵抗効果膜の記
録手段を共有することによって、記録時の消費電力を低
減させるという効果がある。また、記録磁界発生用の導
線を共有することが可能である。
Further, by using a perpendicular magnetization film and stacking two magnetoresistive effect films whose resistance changes with respect to an applied magnetic field are opposite to each other and recording 1 bit on the two magnetoresistive effect films, a read signal is obtained. By making the memory large and having high recording density, and sharing the recording means of the two magnetoresistive films, there is an effect of reducing power consumption during recording. Further, it is possible to share the conductive wire for generating the recording magnetic field.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】本発明の磁気磁気抵抗効果膜の一例における磁
化方向と記録磁界の方向を模式的に示す図である。
FIG. 1 is a diagram schematically showing a magnetization direction and a recording magnetic field direction in an example of a magnetoresistive effect film of the present invention.

【図2】本発明の磁気磁気抵抗効果膜の一例における磁
化方向と記録磁界の方向を模式的に示す図である。
FIG. 2 is a diagram schematically showing a magnetization direction and a recording magnetic field direction in an example of the magneto-resistive effect film of the present invention.

【図3】本発明の磁気磁気抵抗効果膜の一例における磁
化方向と記録磁界の方向を模式的に示す図である。
FIG. 3 is a diagram schematically showing a magnetization direction and a recording magnetic field direction in an example of the magneto-resistive effect film of the present invention.

【図4】実施例−1のメモリの断面を模式的に示した図
である。
FIG. 4 is a diagram schematically showing a cross section of a memory of Example-1.

【図5】実施例−1のスピントンネル磁気抵抗効果膜を
示す図である。
FIG. 5 is a diagram showing a spin tunnel magnetoresistive film of Example-1.

【図6】実施例−1のメモリの電気回路の簡略図であ
る。
FIG. 6 is a simplified diagram of an electric circuit of the memory of the first embodiment.

【図7】実施例−2のメモリの断面を模式的に示した図
である。
FIG. 7 is a diagram schematically showing a cross section of a memory of Example-2.

【図8】実施例−2のメモリの電気回路の簡略図であ
る。
FIG. 8 is a simplified diagram of an electric circuit of the memory of Example-2.

【図9】本発明のメモリに用いられる磁気抵抗効果膜の
磁化状態を模式的に示す概略図で、磁化固定層と磁化自
由層の両方にフェロ磁性を用いたものである。(a)は記
録磁界を上向きに印加した場合の磁化状態を示し、(b)
は記録磁界を下向きに印加した場合の磁化状態を示す。
FIG. 9 is a schematic view schematically showing the magnetization state of a magnetoresistive film used in the memory of the present invention, in which ferromagnetism is used for both the magnetization fixed layer and the magnetization free layer. (a) shows the magnetization state when a recording magnetic field is applied upward, (b)
Indicates the magnetization state when the recording magnetic field is applied downward.

【図10】本発明のメモリに用いられる磁気抵抗効果膜
の磁化状態を模式的に示す概略図で、磁化固定層にフェ
ロ磁性を用い、磁化自由層に希土類金属と遷移金属から
なるフェリ磁性を用いたものである。(a)および(b)はフ
ェリ磁性の組成が遷移金属副格子磁化優勢で(a)は記録
磁界を上向きに印加した場合の磁化状態を示し、(b)は
記録磁界を下向きに印加した場合の磁化状態を示す。ま
た、(c)および(d)はフェリ磁性の組成が希土類金属副格
子磁化優勢で(c)は記録磁界を上向きに印加した場合の
磁化状態を示し、(d)は記録磁界を下向きに印加した場
合の磁化状態を示す。
FIG. 10 is a schematic diagram schematically showing a magnetization state of a magnetoresistive film used in the memory of the present invention, in which ferromagnetism is used for the magnetization fixed layer and ferrimagnetism composed of a rare earth metal and a transition metal is used for the magnetization free layer. Used. (a) and (b) show that the ferrimagnetic composition is dominant in the transition metal sublattice magnetization, (a) shows the magnetization state when the recording magnetic field is applied upward, and (b) shows the recording magnetic field when applied downward. Shows the magnetization state of. Further, (c) and (d) show that the ferrimagnetic composition is dominant in the rare earth metal sublattice magnetization, (c) shows the magnetization state when the recording magnetic field is applied upward, and (d) shows the recording magnetic field applied downward. The magnetization state in the case of doing is shown.

【図11】本発明のメモリに用いられる磁気抵抗効果膜
の磁化状態を模式的に示す概略図で、磁化固定層にフェ
ロ磁性を用い、磁化自由層に希土類金属と遷移金属から
なるフェリ磁性を用いたものである。(a)および(b)は上
部の磁気抵抗効果膜の磁化自由層の組成が遷移金属副格
子磁化優勢でかつ下部の磁気抵抗効果膜の磁化自由層の
組成が希土類金属副格子磁化優勢であり(a)は記録磁界
を上向きに印加した場合の磁化状態を示し、(b)は記録
磁界を下向きに印加した場合の磁化状態を示す。また、
(c)および(d)は上部の磁気抵抗効果膜の磁化自由層の組
成が希土類金属副格子磁化優勢でかつ下部の磁気抵抗効
果膜の磁化自由層の組成が遷移金属副格子磁化優勢であ
り(c)は記録磁界を上向きに印加した場合の磁化状態を
示し、(d)は記録磁界を下向きに印加した場合の磁化状
態を示す。
FIG. 11 is a schematic view schematically showing a magnetization state of a magnetoresistive effect film used in the memory of the present invention, in which ferromagnetism is used for the magnetization fixed layer and ferrimagnetism composed of a rare earth metal and a transition metal is used for the magnetization free layer. Used. In (a) and (b), the composition of the magnetization free layer of the upper magnetoresistive effect film is dominant in the transition metal sublattice magnetization, and the composition of the magnetization free layer of the lower magnetoresistive effect film is dominant in the rare earth metal sublattice magnetization. (a) shows the magnetization state when the recording magnetic field is applied upward, and (b) shows the magnetization state when the recording magnetic field is applied downward. Also,
In (c) and (d), the composition of the magnetization free layer of the upper magnetoresistive film is the rare earth metal sublattice magnetization dominant and the composition of the magnetization free layer of the lower magnetoresistive film is the transition metal sublattice magnetization dominant. (c) shows the magnetization state when the recording magnetic field is applied upward, and (d) shows the magnetization state when the recording magnetic field is applied downward.

【図12】本発明のメモリに用いられる磁気抵抗効果膜
の磁化状態を模式的に示す概略図で、磁化固定層と磁化
自由層の両方にフェリ磁性を用いたものである。(a)お
よび(b)は磁化自由層と磁化固定層のどちらも遷移金属
副格子磁化優勢であり、(a)は記録磁界を上向きに印加
した場合の磁化状態を示し、(b)は記録磁界を下向きに
印加した場合の磁化状態を示す。また、(c)および(d)は
磁化自由層と磁化固定層のどちらも希土類金属副格子磁
化優勢であり、(c)は記録磁界を上向きに印加した場合
の磁化状態を示し、(d)は記録磁界を下向きに印加した
場合の磁化状態を示す。
FIG. 12 is a schematic view schematically showing a magnetization state of a magnetoresistive effect film used in the memory of the present invention, in which ferrimagnetism is used for both the magnetization fixed layer and the magnetization free layer. (a) and (b) show the transition metal sublattice magnetization dominant in both the magnetization free layer and the magnetization fixed layer, (a) shows the magnetization state when a recording magnetic field is applied upward, and (b) shows the recording state. The magnetization state when a magnetic field is applied downward is shown. Further, (c) and (d) are both the rare earth metal sublattice magnetization dominant in both the magnetization free layer and the magnetization fixed layer, and (c) shows the magnetization state when the recording magnetic field is applied upward, (d) Indicates the magnetization state when the recording magnetic field is applied downward.

【図13】本発明のメモリに用いられる磁気抵抗効果膜
の磁化状態を模式的に示す概略図で、磁化固定層と磁化
自由層の両方にフェリ磁性を用いたものである。(a)お
よび(b)は上部の磁気抵抗効果膜の磁化固定層の組成が
遷移金属副格子磁化優勢でかつ下部の磁気抵抗効果膜の
磁化固定層の組成が希土類金属副格子磁化優勢であり、
磁化自由層はどちらも遷移金属副格子磁化優勢である。
(a)は記録磁界を上向きに印加した場合の磁化状態を示
し、(b)は記録磁界を下向きに印加した場合の磁化状態
を示す。また、(c)および(d)は上部の磁気抵抗効果膜の
磁化固定層の組成が遷移金属副格子磁化優勢でかつ下部
の磁気抵抗効果膜の磁化固定層の組成が希土類金属副格
子磁化優勢であり、磁化自由層はどちらも希土類金属副
格子磁化優勢である。(c)は記録磁界を上向きに印加し
た場合の磁化状態を示し、(d)は記録磁界を下向きに印
加した場合の磁化状態を示す。
FIG. 13 is a schematic view schematically showing a magnetization state of a magnetoresistive film used in the memory of the present invention, in which ferrimagnetism is used for both the magnetization fixed layer and the magnetization free layer. In (a) and (b), the composition of the magnetization fixed layer of the upper magnetoresistive effect film is dominant in the transition metal sublattice magnetization and the composition of the magnetization fixed layer of the lower magnetoresistive effect film is dominant in the rare earth metal sublattice magnetization. ,
Both of the magnetization free layers are dominant in the transition metal sublattice magnetization.
(a) shows the magnetization state when the recording magnetic field is applied upward, and (b) shows the magnetization state when the recording magnetic field is applied downward. Also, (c) and (d) show that the composition of the magnetization fixed layer of the upper magnetoresistive effect film is dominant in the transition metal sublattice magnetization and the composition of the magnetization fixed layer of the lower magnetoresistive effect film is dominant in the rare earth metal sublattice magnetization. And both of the magnetization free layers have the rare earth metal sublattice magnetization predominant. (c) shows the magnetization state when the recording magnetic field is applied upward, and (d) shows the magnetization state when the recording magnetic field is applied downward.

【図14】本発明のメモリに用いられる磁気抵抗効果膜
の磁化状態を模式的に示す概略図で、磁化固定層と磁化
自由層の両方にフェリ磁性を用いたものである。(a)お
よび(b)は上部の磁気抵抗効果膜の磁化自由層の組成が
遷移金属副格子磁化優勢でかつ下部の磁気抵抗効果膜の
磁化自由層の組成が希土類金属副格子磁化優勢であり、
磁化固定層はどちらも遷移金属副格子磁化優勢である。
(a)は記録磁界を上向きに印加した場合の磁化状態を示
し、(b)は記録磁界を下向きに印加した場合の磁化状態
を示す。また、(c)および(d)は上部の磁気抵抗効果膜の
磁化自由層の組成が遷移金属副格子磁化優勢でかつ下部
の磁気抵抗効果膜の磁化自由層の組成が希土類金属副格
子磁化優勢であり、磁化固定層はどちらも希土類金属副
格子磁化優勢である。(c)は記録磁界を上向きに印加し
た場合の磁化状態を示し、(d)は記録磁界を下向きに印
加した場合の磁化状態を示す。
FIG. 14 is a schematic diagram schematically showing a magnetization state of a magnetoresistive film used in the memory of the present invention, in which ferrimagnetism is used for both the magnetization fixed layer and the magnetization free layer. In (a) and (b), the composition of the magnetization free layer of the upper magnetoresistive effect film is dominant in the transition metal sublattice magnetization, and the composition of the magnetization free layer of the lower magnetoresistive effect film is dominant in the rare earth metal sublattice magnetization. ,
Both of the magnetization pinned layers are dominant in the transition metal sublattice magnetization.
(a) shows the magnetization state when the recording magnetic field is applied upward, and (b) shows the magnetization state when the recording magnetic field is applied downward. Also, (c) and (d) show that the composition of the magnetization free layer of the upper magnetoresistive effect film is dominant in the transition metal sublattice magnetization and the composition of the magnetization free layer of the lower magnetoresistive effect film is dominant in the rare earth metal sublattice magnetization. And both of the magnetization pinned layers have the rare earth metal sublattice magnetization predominant. (c) shows the magnetization state when the recording magnetic field is applied upward, and (d) shows the magnetization state when the recording magnetic field is applied downward.

【図15】メモリ素子と記録磁界発生用の導線の配置お
よび記録時に流す電流の方向を模式的に示した概略図で
ある。
FIG. 15 is a schematic view schematically showing the arrangement of a memory element and a conductor for generating a recording magnetic field, and the direction of a current flowing during recording.

【図16】メモリ素子と記録磁界発生用の導線の配置お
よび記録時に流す電流の方向を模式的に示した概略図で
ある。
FIG. 16 is a schematic view schematically showing the arrangement of a memory element and a conductor for generating a recording magnetic field and the direction of a current flowing during recording.

【図17】実施例−1のメモリを模式的に示した断面図
である。
FIG. 17 is a cross-sectional view schematically showing the memory of Example-1.

【図18】実施例−1の読み出し回路の簡略図である。FIG. 18 is a schematic diagram of a read circuit according to a first embodiment.

【図19】実施例−2のメモリを模式的に示した断面図
である。
FIG. 19 is a cross-sectional view schematically showing the memory of Example-2.

【図20】実施例−2の読み出し回路および面内磁界発
生用の回路の簡略図である。
FIG. 20 is a simplified diagram of a read circuit and a circuit for generating an in-plane magnetic field according to the second embodiment.

【図21】(a)は磁気抵抗効果膜の磁化が平行な状態
を模式的に示す断面図、(b)は磁気抵抗効果膜の磁化
が反平行な状態を模式的に示す断面図である。
21A is a sectional view schematically showing a state where the magnetizations of the magnetoresistive effect film are parallel, and FIG. 21B is a sectional view schematically showing a state where the magnetizations of the magnetoresistive effect film are antiparallel. .

【図22】従来の磁気抵抗効果膜における記録再生原理
を説明するための図で、(a)および(c)記録情報
「1」の読み出しを行う場合の磁化の状態を模式的に示
す断面図、(b)および(d)は、記録情報「0」の読
み出しを行う場合の磁化の状態を模式的に示す断面図で
ある。
FIG. 22 is a diagram for explaining the recording / reproducing principle in the conventional magnetoresistive film, and is a cross-sectional view schematically showing the magnetization state when (a) and (c) the recording information “1” is read. , (B) and (d) are cross-sectional views schematically showing the state of magnetization when the recorded information "0" is read.

【図23】磁気抵抗効果膜を用いたメモリで2T2R型の構
成における読み出し回路の簡略図である。
FIG. 23 is a simplified diagram of a read circuit in a 2T2R type configuration of a memory using a magnetoresistive effect film.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

001 表面酸化処理済みSi基板 002、013、016、023、026 非磁性層 003、004 磁性層 005 Ni80Fe20膜 006 Co70Fe30膜 007 Al2O3薄膜 011、014、021、024 磁化自由層 012、015、022、025 磁化固定層 030 積層フェリ構造 101、102 固定抵抗 110、120、130、140、150、160、170、180、190 メ
モリ素子 111〜119、121〜129 磁気抵抗効果膜 211〜219、221〜229 ダイオード 311〜316、321〜326、331〜338、341〜346、351〜356、
361〜368 トランジスタ 401〜408 電源 500 センスアンプ 611〜613、621〜623 ワード線 631〜633、641〜643 ビット線 700 絶縁体 711〜714、721〜728 記録磁界発生用導線 800 記録磁界 801 導線 810 磁化 821 遷移金属副格子磁化 822 希土類金属副格子磁化
001 Surface oxidized Si substrate 002, 013, 016, 023, 026 Non-magnetic layer 003, 004 Magnetic layer 005 Ni 80 Fe 20 film 006 Co 70 Fe 30 film 007 Al 2 O 3 thin film 011, 014, 021, 024 Magnetization Free layer 012, 015, 022, 025 Magnetization fixed layer 030 Laminated ferri structure 101, 102 Fixed resistance 110, 120, 130, 140, 150, 160, 170, 180, 190 Memory element 111-119, 121-129 Magnetoresistive effect Membranes 211-219, 221-229 Diodes 311-316, 321-326, 331-338, 341-346, 351-356,
361 to 368 Transistor 401 to 408 Power supply 500 Sense amplifier 611 to 613, 621 to 623 Word line 631 to 633, 641 to 643 Bit line 700 Insulator 711 to 714, 721 to 728 Recording magnetic field generating conductor 800 Recording magnetic field 801 Conductor 810 Magnetization 821 Transition metal sublattice magnetization 822 Rare earth metal sublattice magnetization

Claims (27)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 非磁性膜が磁性膜に挟まれている構造を
有する磁気抵抗効果膜が一対と、前記一対の磁気抵抗効
果膜に磁界を印加して、各磁気抵抗効果膜の抵抗が異な
る状態とし1ビットの記録を行なう第1の磁界印加手段
と、前記磁気抵抗効果膜の抵抗値により生じる電位を検
出するためのビット線とを有するメモリであって、前記
一対の磁気抵抗効果膜は膜面法線方向に積層されている
ことを特徴とするメモリ。
1. A pair of magnetoresistive effect films having a structure in which a nonmagnetic film is sandwiched between magnetic films, and a magnetic field is applied to the pair of magnetoresistive effect films so that the magnetoresistive effect films have different resistances. A pair of magnetoresistive effect films, wherein the pair of magnetoresistive effect films is a memory having first magnetic field applying means for performing 1-bit recording in a state and a bit line for detecting a potential generated by a resistance value of the magnetoresistive effect film. A memory characterized by being stacked in a direction normal to a film surface.
【請求項2】 基板上に前記一対の磁気抵抗効果膜が複
数配され、前記磁気抵抗効果膜にダイオードが直列に接
続され、該ダイオードの他方の端子にはワード線が接続
されてメモリセルが構成され、特定のメモリセルに記録
された情報を選択的に読み出すことを特徴とする請求項
1に記載のメモリ。
2. A plurality of the pair of magnetoresistive films are arranged on a substrate, a diode is connected in series to the magnetoresistive film, and a word line is connected to the other terminal of the diode to form a memory cell. A device configured to selectively read information recorded in a specific memory cell.
Memory described in 1.
【請求項3】 前記第1の磁界印加手段は導線であり、
該導線に電流を流すことにより誘起される磁界を前記磁
気抵抗効果膜に印加して磁化状態を変化させることを特
徴とする請求項1に記載のメモリ。
3. The first magnetic field applying means is a conductive wire,
2. The memory according to claim 1, wherein a magnetic field induced by passing a current through the conductor is applied to the magnetoresistive film to change the magnetization state.
【請求項4】 更に,前記第1の磁界印加手段により印
加される磁界とは異なる方向から前記磁気抵抗効果膜に
対して磁界を印加する第2の磁界印加手段を有し、前記
第1及び第2の磁界印加手段から印加される磁界を、任意
の前記磁気抵抗効果膜に作用させることによって、複数
の磁気抵抗効果膜の中から特定の磁気抵抗効果膜を選択
して記録を行なうことを特徴とする請求項1から3のい
ずれか1項に記載のメモリ。
4. Further comprising a second magnetic field applying means for applying a magnetic field to the magnetoresistive film from a direction different from the magnetic field applied by the first magnetic field applying means, By applying a magnetic field applied from the second magnetic field applying means to any of the magnetoresistive effect films, a specific magnetoresistive effect film is selected from a plurality of magnetoresistive effect films to perform recording. A memory according to any one of claims 1 to 3, characterized in that it is a memory.
【請求項5】 前記磁性膜が面内磁化膜であることを特
徴とする請求項4に記載のメモリ。
5. The memory according to claim 4, wherein the magnetic film is an in-plane magnetized film.
【請求項6】 前記第1の磁界印加手段による磁界が膜
面内方向の磁界であり、前記第2の磁界印加手段による
磁界が前記第1の磁界印加手段による磁界と直交しかつ
膜面内方向に向いていることを特徴とする特徴とする請
求項8に記載のメモリ。
6. The magnetic field produced by the first magnetic field applying means is an in-plane magnetic field, and the magnetic field produced by the second magnetic field applying means is orthogonal to the magnetic field produced by the first magnetic field applying means and is in the film plane. The memory according to claim 8, wherein the memory is oriented in a direction.
【請求項7】 前記磁性膜の一方は記録時に印加される
磁界によって反転可能である磁化自由層であり他方は反
転しない磁化固定層であることを特徴とする請求項5ま
たは6に記載のメモリ。
7. The memory according to claim 5, wherein one of the magnetic films is a magnetization free layer that is reversible by a magnetic field applied during recording, and the other is a magnetization fixed layer that is not reversible. .
【請求項8】 初期化の際に、一方向の磁界印加で前記
一対の磁気抵抗効果膜の磁化固定層の正味の磁化が平行
となることを特徴とする請求項5に記載のメモリ。
8. The memory according to claim 5, wherein at the time of initialization, the net magnetizations of the magnetization fixed layers of the pair of magnetoresistive films become parallel by applying a magnetic field in one direction.
【請求項9】 前記記録磁界を発生させる導線の上方と
下方に1ビットを記録する前記2つの磁気抵抗効果膜が
それぞれ1つ配されていることを特徴とする請求項5〜
8のいずれか1項に記載のメモリ。
9. The magnetoresistive effect film for recording one bit is provided above and below the conducting wire for generating the recording magnetic field, respectively.
8. The memory according to any one of 8.
【請求項10】 前記2つの磁気抵抗効果膜のうち、一
方は積層フェリ構造を有していることを特徴とする請求
項5〜9のいずれか1項に記載のメモリ。
10. The memory according to claim 5, wherein one of the two magnetoresistive films has a laminated ferri structure.
【請求項11】 前記磁性膜が垂直磁化膜であることを
特徴とする請求項4に記載のメモリ。
11. The memory according to claim 4, wherein the magnetic film is a perpendicular magnetization film.
【請求項12】 前記第1の磁界印加手段による磁界が
膜面法線方向であり、前記第2の磁界印加手段による磁
界が,膜面内方向の磁界であることを特徴とする請求項
11に記載のメモリ。
12. The magnetic field produced by the first magnetic field applying means is in a film surface normal direction, and the magnetic field produced by the second magnetic field applying means is a magnetic field in a film surface in-plane direction. Memory described in.
【請求項13】 前記磁性膜の一方は記録時に印加され
る磁界によって反転可能である磁化自由層であり他方は
反転しない磁化固定層であることを特徴とする請求項1
1または12に記載のメモリ。
13. The magnetic free layer, one of which is reversible by a magnetic field applied during recording, and the other is a non-reversible magnetization fixed layer.
The memory according to 1 or 12.
【請求項14】 初期化の際に、一方向の磁界印加で前
記一対の磁気抵抗効果膜の磁化固定層の正味の磁化が平
行となることを特徴とする請求項11に記載のメモリ。
14. The memory according to claim 11, wherein the net magnetization of the magnetization fixed layers of the pair of magnetoresistive films becomes parallel by applying a magnetic field in one direction during initialization.
【請求項15】 前記磁化固定層が遷移金属を含有する
材料からなるフェロ磁性であり、該磁化固定層の磁化方
向が、前記2つの磁気抵抗効果膜の間で反平行に向いて
いることを特徴とする請求項13に記載のメモリ。
15. The magnetization pinned layer is ferromagnetic made of a material containing a transition metal, and the magnetization direction of the magnetization pinned layer is antiparallel between the two magnetoresistive films. The memory of claim 13, wherein the memory is a memory.
【請求項16】 前記磁化固定層が遷移金属を含有する
材料からなるフェロ磁性であり、該磁化固定層の磁化方
向が、前記2つの磁気抵抗効果膜の間で平行に向いてお
り、かつ磁化自由層が希土類と遷移金属からなるフェリ
磁性で一方の磁気抵抗効果膜の磁化自由層は希土類副格
子磁化優勢で他方の磁気抵抗効果膜の磁化自由層は遷移
金属副格子磁化優勢であることを特徴とする請求項13
に記載のメモリ。
16. The magnetization pinned layer is ferromagnetic made of a material containing a transition metal, and the magnetization direction of the magnetization pinned layer is parallel between the two magnetoresistive films, and The free layer is ferrimagnetic consisting of rare earth and transition metal, and the magnetization free layer of one magnetoresistive film has a rare-earth sublattice magnetization dominant and the magnetization free layer of the other magnetoresistive film has a transition metal sublattice dominant magnetization. 14. The method according to claim 13,
Memory described in.
【請求項17】 前記磁性膜が希土類金属と遷移金属か
らなるフェリ磁性であることを特徴とする請求項13に
記載のメモリ。
17. The memory according to claim 13, wherein the magnetic film is ferrimagnetic composed of a rare earth metal and a transition metal.
【請求項18】 前記磁性膜が遷移金属副格子磁化優勢
であり、一方の磁気抵抗効果膜の磁化固定層の磁化方向
に対して他方の磁気抵抗効果膜の磁化固定層の磁化方向
は反平行に向いていることを特徴とする請求項17に記
載のメモリ。
18. The magnetization direction of the magnetic pinned layer of one of the magnetoresistive effect films is antiparallel to the magnetization direction of the pinned layer of one of the magnetoresistive effect films. 18. The memory according to claim 17, which is suitable for.
【請求項19】 前記磁性膜が希土類金属副格子磁化優
勢であり、一方の磁気抵抗効果膜の磁化固定層の磁化方
向に対して他方の磁気抵抗効果膜の磁化固定層の磁化方
向は反平行に向いていることを特徴とする請求項17に
記載のメモリ。
19. The magnetization direction of the magnetization pinned layer of one magnetoresistive effect film is antiparallel to the magnetization direction of the magnetization pinned layer of the other magnetoresistive film. 18. The memory according to claim 17, which is suitable for.
【請求項20】 一方の磁気抵抗効果膜の前記磁化固定
層は希土類金属副格子磁化優勢で、他方の磁気抵抗効果
膜の前記磁化固定層は遷移金属副格子磁化優勢であり、
2つの前記磁化固定層の磁化方向は平行に向いており、
前記2つの磁気抵抗効果膜の磁化自由層はどちらも遷移
金属副格子磁化優勢であることを特徴とする請求項17
に記載のメモリ。
20. The magnetization pinned layer of one magnetoresistive effect film has a rare earth metal sub-lattice magnetization predominant, and the magnetization pinned layer of the other magnetoresistive film has a transition metal sublattice magnetization predominant.
The magnetization directions of the two magnetization fixed layers are parallel to each other,
18. The magnetization free layers of the two magnetoresistive films are both dominant in transition metal sublattice magnetization.
Memory described in.
【請求項21】 一方の磁気抵抗効果膜の前記磁化固定
層は希土類金属副格子磁化優勢で、他方の磁気抵抗効果
膜の前記磁化固定層は遷移金属副格子磁化優勢であり、
2つの前記磁化固定層の磁化方向は平行に向いており、
前記2つの磁気抵抗効果膜の磁化自由層はどちらも希土
類金属副格子磁化優勢であることを特徴とする請求項1
7に記載のメモリ。
21. The magnetization pinned layer of one magnetoresistive effect film has a rare earth metal sublattice magnetization predominance, and the magnetization pinned layer of the other magnetoresistive effect film has a transition metal sublattice magnetization predominant.
The magnetization directions of the two magnetization fixed layers are parallel to each other,
2. The rare-earth metal sublattice magnetization predominant in both magnetization free layers of the two magnetoresistive films.
7. The memory according to 7.
【請求項22】 2つの前記磁化固定層はどちらも遷移
金属副格子磁化優勢で、かつそれらの磁化方向は平行に
向いており、一方の磁気抵抗効果膜の前記磁化自由層は
希土類金属副格子磁化優勢で、他方の磁気抵抗効果膜の
前記磁化自由層は遷移金属副格子磁化優勢であることを
特徴とする請求項17に記載のメモリ。
22. The two magnetization pinned layers are both dominant in transition metal sublattice magnetization, and their magnetization directions are parallel to each other, and the magnetization free layer of one magnetoresistive film is a rare earth metal sublattice. The memory according to claim 17, wherein the magnetization free layer of the other magnetoresistive film has a transition metal sublattice magnetization dominant.
【請求項23】 2つの前記磁化固定層はどちらも希土
類金属副格子磁化優勢で、かつそれらの磁化方向は平行
に向いており、一方の磁気抵抗効果膜の前記磁化自由層
は希土類金属副格子磁化優勢で、他方の磁気抵抗効果膜
の前記磁化自由層は遷移金属副格子磁化優勢であること
を特徴とする請求項17に記載のメモリ。
23. Both of the two magnetization fixed layers have a rare earth metal sublattice magnetization dominant and their magnetization directions are parallel to each other, and the magnetization free layer of one magnetoresistive film is a rare earth metal sublattice. The memory according to claim 17, wherein the magnetization free layer of the other magnetoresistive film has a transition metal sublattice magnetization dominant.
【請求項24】 基板上に2つの磁気抵抗効果膜で1ビ
ットが形成される素子がマトリックス状に複数個配され
たメモリであって、前記磁気抵抗効果膜の間に少なくと
も1本の書き込み線が形成され、該書き込み線に、所望
の素子に対して膜法線方向に磁界が印加されるように電
流を流すことによって記録を行うことを特徴とするメモ
リ。
24. A memory in which a plurality of elements in which one bit is formed by two magnetoresistive films on a substrate are arranged in a matrix, and at least one write line is provided between the magnetoresistive films. Is formed, and recording is performed by applying a current to the write line so that a magnetic field is applied to a desired element in the film normal direction.
【請求項25】 行方向にのみ該素子の間に書き込み線
が形成され、かつ素子の上部あるいは下部にさらに導線
を設け、該書き込み線に、隣接する2つの素子に対して
膜法線方向で逆方向に磁界が印加されるように電流を流
すとともに、所望の素子の上部あるいは下部に設けられ
た導線に電流を流すことにより所望の素子に対して膜面
内方向に磁界を印加することによって記録を行うことを
特徴とする請求項24に記載のメモリ。
25. A write line is formed between the elements only in a row direction, and a conductive wire is further provided above or below the element, and the write line is formed in a film normal direction with respect to two adjacent elements. By applying an electric current in such a way that a magnetic field is applied in the opposite direction, and by applying an electric current to a conducting wire provided above or below the desired element in the in-plane direction of the desired element, The memory according to claim 24, wherein recording is performed.
【請求項26】 前記膜面内方向に磁界を印加するため
の導線がビット線もしくはワード線であることを特徴と
する請求項25に記載のメモリ。
26. The memory according to claim 25, wherein the conducting wire for applying a magnetic field in the in-plane direction of the film is a bit line or a word line.
【請求項27】 前記磁気抵抗効果膜がスピントンネル
磁気抵抗効果膜であることを特徴とする請求項1〜26
のいずれか1項に記載のメモリ。
27. The magnetoresistive effect film is a spin tunnel magnetoresistive effect film.
The memory according to any one of 1.
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