JP2004172155A

JP2004172155A - Magnetic storage element, its recording method, and magnetic storage device

Info

Publication number: JP2004172155A
Application number: JP2002332561A
Authority: JP
Inventors: Hiroyuki Omori; 広之大森
Original assignee: Sony Corp
Current assignee: Sony Corp
Priority date: 2002-11-15
Filing date: 2002-11-15
Publication date: 2004-06-17

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a magnetic storage element that can correctly record information without causing miswriting, and to provide the recording method of the storage element and a magnetic storage device that is provided with magnetic storage elements composed of the storage element, and can stably and accurately record information even when the magnetic characteristics of each magnetic storage element vary. <P>SOLUTION: The magnetic storage element 10 has a storage layer 1 and an auxiliary storage layer 2 which is composed of a ferromagnetic material and can maintain a magnetized state even after the impression of a magnetic field upon the layer 2 is stopped. After the magnetized state is recorded on the auxiliary storage layer 2 by impressing the magnetic field upon the layer 2, the information is recorded on the storage layer 1 by utilizing the magnetic field from the layer 2 by lowering the coercive force of the layer 1 by heating. The magnetic storage device is constituted of the magnetic storage elements 10, first wiring 11 which impresses a galvanomagnetic field upon the auxiliary storage layer 2, and second wiring 12 which heats the storage layer 1. The magnetic storage elements 10 are respectively disposed at an intersection of the first wiring 11 and the second wiring 12. <P>COPYRIGHT: (C)2004,JPO

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、不揮発性メモリに用いて好適な、磁気記憶素子及びその記録方法、並びに磁気記憶素子を用いて構成された磁気記憶装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
コンピュータ等の情報機器においては、ランダム・アクセス・メモリとして、動作が高速で、高密度のＤＲＡＭが広く使用されている。
しかし、ＤＲＡＭは電源を切ると情報が消えてしまう揮発性メモリであるため、情報が消えない不揮発のメモリが望まれている。
【０００３】
そして、不揮発メモリとして、磁性体の磁化状態により情報を記録する磁気記憶素子を用いた磁気ランダム・アクセス・メモリ（ＭＲＡＭ）の開発が進められている（例えば非特許文献１参照）。
【０００４】
【非特許文献１】
日経エレクトロニクス２００１．２．１２号（第１６４頁−第１７１頁）
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
上述のＭＲＡＭは、直交する２種類の配線（例えばワード線とビット線）がそれぞれ複数本形成され、これら２種類の配線の各交点に磁気記憶素子が設けられることにより、多数の磁気記憶素子がマトリクス状に配置された磁気記憶装置を構成している。そして、２種類の配線について、それぞれ特定の配線に電流を流すことにより、電流を流した配線の交点に位置する磁気記憶素子のみを選択して、その磁気記憶素子の記憶層の磁化を電流磁界によって反転させて、情報の記録を行っている。
【０００６】
しかしながら、ＭＲＡＭを構成する各磁気記憶素子の磁気特性にばらつきがあると、目的の（記録を行うべき）磁気記憶素子以外の磁気記憶素子で磁化の反転が起きてしまうことがあり、正しい記録を行うことができなくなるため好ましくない。また、目的の磁気記憶素子以外の磁気記憶素子で磁化が全く反転しないようにするために、電流磁界を充分小さくしてしまうと、目的の磁気記憶素子のうち一部に対して記録を失敗する可能性もある。
【０００７】
今後、ＭＲＡＭにおいても、記憶容量を増加するために、高密度化を図る必要があり、メモリセルを構成する磁気記憶素子の縮小化が求められることから、磁気記憶素子の記憶層に用いられる磁性体の寸法も小さくする必要がある。
そして、磁性体は寸法の縮小化に従って保磁力が増加する傾向を有するため、ＭＲＡＭの磁気記憶素子においても、縮小化に伴い記録層の保磁力が増加していく。このように保磁力が増加すると、各磁気記憶素子の保磁力のばらつきを小さくすることが難しくなってくる。
【０００８】
上述した問題の解決のために、本発明においては、書き損じがなく正しく情報の記録を行うことが可能な磁気記憶素子及びその記録方法を提供する。また、この磁気記憶素子を備えて、各磁気記憶素子に磁気特性のばらつきがあっても、安定して正確に情報を記録することができる磁気記憶装置を提供するものである。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明の磁気記憶素子は、磁化状態を情報として保持する記憶層と、この記憶層に対して非磁性層を介して配置され、強磁性体から成る記憶補助層とを少なくとも有して成り、この記憶補助層は、磁界の印加を停止した後も一定時間以上磁化状態が保存される特性を有するものである。
【００１０】
また、上記本発明の磁気記憶素子において、記憶層を加熱する配線が設けられ、かつこの配線が記憶層に電気的に接続されている構成とするを可とする。
【００１１】
本発明の磁気記憶素子の記録方法は、磁化状態を情報として保持する記憶層と、この記憶層に対して非磁性層を介して配置され、強磁性体から成る記憶補助層とを少なくとも有して成り、記憶補助層が磁界の印加を停止した後も一定時間以上磁化状態が保存される特性を有する磁気記憶素子に対して、記憶補助層に磁界を印加して、この記憶補助層に磁化状態の記録を行う工程と、その後、記憶層を加熱することにより、この記憶層の保磁力を低下させて、記憶補助層からの磁界によって記憶層に磁化状態の記録を行う工程とを行うものである。
【００１２】
本発明の磁気記憶装置は、磁化状態を情報として保持する記憶層と、この記憶層に対して非磁性層を介して配置され強磁性体から成る記憶補助層とを少なくとも有し、記憶補助層が磁界の印加を停止した後も一定時間以上磁化状態が保存される特性を有する磁気記憶素子と、記憶補助層に対して電流磁界を印加する第１の配線と、記憶層を加熱する第２の配線とを有し、第１の配線と第２の配線とが交差する交点に、それぞれ上記磁気記憶素子が配置されて成るものである。
【００１３】
また、上記本発明の磁気記憶装置において、第２の配線が記憶層に電気的に接続されている構成とするを可とする。
【００１４】
上述の本発明の磁気記憶素子の構成によれば、磁化状態を情報として保持する記憶層と、この記憶層に対して非磁性層を介して配置され、強磁性体から成る記憶補助層とを少なくとも有して成り、記憶補助層が磁界の印加を停止した後も一定時間以上磁化状態が保存される特性を有することにより、記憶補助層に磁界を印加して磁化状態を記録すれば、磁界の印加を停止した後も記憶補助層に記録した磁化状態が保存される。そして、記憶層を加熱して温度上昇させると、記憶層の保磁力が低下して、磁化状態が記録された記憶補助層からの磁界により、記憶層の磁化の向きを変化させることができる。これにより、記憶補助層に記録された磁化状態に対応して、記憶層の磁化状態を変化させて、記憶層に情報の記録を行うことが可能になる。
磁化状態が記録された記憶補助層からの磁界は比較的小さいため、記憶層を加熱していない場合には、この磁界によって記憶層の磁化の向きが変化することはなく、記憶層への記録が行われない。
従って、磁界の印加による記憶補助層への磁化状態の記録の有無と記録層の加熱の有無とを選択することにより、記憶層への記録を選択して行うことが可能になる。
【００１５】
さらに、上記本発明の磁気記憶素子において、記憶層を加熱する配線が設けられ、かつこの配線が記憶層に電気的に接続されている構成としたときには、配線から記憶層に電流を流すことができ、記憶層に流した電流により、記憶層を加熱したり、電流磁界を発生させたりすることが可能になるため、記憶層の保磁力を効率良く低減することができる。
【００１６】
上述の本発明の磁気記憶素子の記録方法によれば、上述の本発明の磁気記憶素子に対して、記憶補助層に磁界を印加して、この記憶補助層に磁化状態の記録を行う工程と、その後、記憶層を加熱することにより、この記憶層の保磁力を低下させて、記憶補助層からの磁界によって記憶層に磁化状態の記録を行う工程とを行うことにより、記憶補助層に磁化状態の記録を行った後、磁界の印加を停止しても記憶補助層に記録された磁化状態が保持され、その後記憶層を加熱して記憶層の保磁力を低下させたときに、記憶補助層からの磁界により、この記憶補助層に記録された磁化状態に対応して、記憶層の磁化状態を変化させて、記憶層に情報の記録を行うことが可能になる。
磁化状態が記録された記憶補助層からの磁界は比較的小さいため、記憶層を加熱していない場合には、この磁界によって記憶層の磁化の向きが変化することはなく、記憶層への記録が行われないことから、記憶層を加熱していない場合に、誤って記憶層に記録が行われることがない。
即ち、上述の２つの工程を行った場合には記憶層の記録を行うことができる一方で、記憶層を加熱しない、即ち後の工程を行わない場合には記憶層に誤って記録が行われることがない。
従って、記憶層への記録を選択して行うことが可能になり、安定して正確に記録を行うことが可能になる。
【００１７】
上述の本発明の磁気記憶装置の構成によれば、上述の本発明の磁気記憶素子と、記憶補助層に対して電流磁界を印加する第１の配線と、記憶層を加熱する第２の配線とを有し、第１の配線と第２の配線とが交差する交点に、それぞれ磁気記憶素子が配置されて成ることにより、磁気記憶素子に対して上述した記録方法により記録を行うことが可能である。
即ち第１の配線により記憶補助層に対して電流磁界を印加して、記憶補助層に磁化状態の記録を行い、その後第２の配線により記憶層を加熱することにより、記憶層の保磁力を低下させて、記憶補助層からの磁界により、記憶補助層に記録された磁化状態に対応して記憶層の磁化の向きを変化させて、その結果として記憶層に磁化状態（情報）を記録させることができる。
そして、対応する第１の配線と第２の配線とを共に選択した磁気記憶素子では、上述したように記憶層に情報の記録が行われるのに対して、対応する第２の配線が選択されていない磁気記憶素子では、記憶層が加熱されず記憶層の保磁力が低下しないため、記憶補助層からの磁界では記憶層の磁化の向きが変化せず、記憶層へ誤って記録されることがない。
即ち、選択された磁気記憶素子以外の磁気記憶素子に対して、書き損じを生じることがない。
また、第２の配線により記憶層を加熱して記憶層の保磁力が低下することにより記録が行われるため、磁気記憶素子の記憶層の保磁力にばらつきがあっても、加熱により確実に保磁力を低下させて記録を行うことができる。
即ち、磁気記憶素子の磁気特性（保磁力等）のばらつきの影響を受けにくい磁気記憶装置を構成することができる。
【００１８】
また、上記本発明の磁気記憶装置において、第２の配線を記憶層に電気的に接続した構成としたときには、第２の配線から記憶層に電流を流すことができ、記憶層に流した電流により、記憶層を加熱したり、電流磁界を発生させたりすることが可能になるため、記憶層の保磁力を効率良く低減することができる。
【００１９】
【発明の実施の形態】
本発明の磁気記憶素子の一実施の形態の概略構成図（断面図）を図１に示す。この磁気記憶素子１０は、情報が磁化の向きにより記録される記憶層１と磁化の向きが固定された磁化固定層５とが、トンネル絶縁膜４とを挟んで配置されて磁気トンネル接合素子（ＭＴＪ）６が構成されている。
この磁気トンネル接合素子６は、図中左右方向が磁性層の磁化容易軸方向になり、紙面に垂直な方向が磁性層の磁化困難軸方向になるように配置されている。磁化固定層５は、図示しないが、強磁性層と反強磁性層との積層膜から成り、反強磁性層により強磁性層の磁化の向きを一方に固定している。
【００２０】
また、本実施の形態の磁気記憶素子１０では、特に、記憶層１の上方に、非磁性層３を挟んで記憶補助層２が設けられている。
この記憶補助層２は強磁性体により構成され、記憶層１に記録する磁化情報を一定時間保存しておくために設けられている。
【００２１】
さらに、記憶補助層２上に紙面に垂直な方向（磁性層の磁化困難軸方向）に伸びる第１の配線１１が直接接続して設けられ、磁化固定層５の下に左右方向（磁性層の磁化容易軸方向）に伸びる第２の配線１２が設けられている。
即ち、記憶補助層２は、第１の配線１１の下面（記憶層１側の面）に形成されている。
そして、第１の配線１１に電流を流すことにより、記憶補助層２に対して図中右向き或いは左向きの電流磁界が印加される。
この第１の配線１１に電流を流したときに発生する電流磁界は、第１の配線１１の表面で最も大きく、遠ざかるにつれて小さくなる。
従って、第１の配線１１に近接して配置された記憶補助層２は、第１の配線１１の電流磁場によって有効に磁化される。
【００２２】
記憶補助層２の保磁力は、第１の配線１１に流す電流を停止した後でも磁化を一定時間以上保持することができる大きさであれば良く、熱擾乱等により長期間経過後は磁化情報が消失してしまっても構わない。
記憶補助層２に対して、このような大きさの保磁力を付与する方法としては、例えば磁場中で熱処理を行ってもよいし、例えば形状による異方性により付与しても良い。
また、記憶補助層２が記憶層１の磁化の影響を受けて磁化反転を起こさないためには、記憶補助層２の磁化量が記憶層１の磁化量の２倍以上である必要がある。
【００２３】
さらに、記憶層１の保磁力を、記憶補助層２からの磁場だけでは反転しない程度の大きさに設定しておく。
そして、第２の配線１２に電流を流して、このとき発生する電流磁界（記憶層の磁化困難軸方向の磁界）や熱によって記憶層１の保磁力を低下させると、磁化状態が保存された記憶補助層２からの磁界により、記憶層１へ記録が転写されるようになる。
【００２４】
このうち、第２の配線１２に電流を流したときに発生する熱を利用して、記憶層１の保磁力を低下させる場合には、例えば第２の配線１２の磁気記憶素子１０近傍の部分を比抵抗の大きい材料としたり薄くしたりすることにより抵抗を大きくして発熱量を多くしてもよい。また、第２の配線１２の磁気記憶素子１０近傍の部分に発熱抵抗体を設けてもよい。
【００２５】
なお、本実施の形態の磁気記憶素子１０においては、この他にも記憶層１の磁化状態を検出するために、磁気トンネル接合素子６に電流を供給するための配線（第３の配線等）が別に必要になるが、情報を記憶層１に書き込む記録動作には本質的に影響しない部品であるため、図示を省略している。
【００２６】
続いて、上述の構成を有する本実施の形態の磁気記憶素子１０において、情報を記録する方法を説明する。
【００２７】
まず、図２Ａに示すように、第１の配線１１に紙面に垂直な向こう向きの電流Ｉを流す。この電流Ｉにより、時計回りの電流磁界Ｈが発生して、この電流磁界Ｈが記憶補助層２に対して図中左向きに作用する。これにより、記憶補助層２が左向きに磁化される。
【００２８】
次に、図２Ｂに示すように、第１の配線１１の電流Ｉを停止する。このとき、補助記憶層２の特性により、記憶補助層２の磁化Ｍ２がそのまま、即ち左向きの状態で保持される。
【００２９】
次に、前述したように第２の配線１２（図１参照）に電流を流して、その電流による電流磁界や発熱によって記憶層１の保磁力を低下させる。
これにより、図２Ｃに示すように、記憶補助層２からの磁界Ｈ２により、記憶層１の磁化Ｍ１が影響を受けるようになり、記憶層１の磁化Ｍ１が記憶補助層２の磁化Ｍ２とは反対の向き（図中右向き）に磁化される。
【００３０】
一方、記憶層１の磁化Ｍ１を、図２Ｃとは反対に図中左向きに磁化するときには、第１の配線１１に紙面に垂直な手前向きの電流を流し、反時計回りの電流磁界を発生させて、記憶補助層２を図中右向きに磁化すればよい。
【００３１】
このようにして、記憶層１に、記録する情報に対応して、右向き或いは左向きの磁化情報が記録される。
【００３２】
そして、記憶層１に記録された磁化情報の検出（読み出し）は、従来のＭＲＡＭに用いられている磁気記憶素子と同様にして行うことができる。
即ち、記憶層１の磁化Ｍ１の向きと磁化固定層５の磁化の向きとが平行（同じ向き）の関係にあるか、反平行（反対向き）の関係にあるかによって、トンネル絶縁膜４を流れるトンネル電流に対する抵抗が変化するので、この抵抗値又は電流値によって、記憶層１に記録された磁化情報を検出することができる。
【００３３】
上述の本実施の形態の磁気記憶素子１０の構成によれば、第１の配線１１の下面に記憶補助層２が設けられ、この記憶補助層２が記憶層１の上方に配置されていることにより、第１の配線１１に電流を流すことにより発生する電流磁界を記憶補助層２に印加して、記憶補助層２に磁化の向きによる情報の記録を行うことができ、さらにその後第２の配線１２に電流を流して記憶層１を加熱して記憶層１の保磁力を下げることにより、記憶補助層２からの磁界により記憶層１に磁化の向きによる情報の記録を行うことができる。
これにより、第１の配線１１及び第２の配線１２に共に電流を流した場合には、上述した記録動作が行われる。
【００３４】
これに対し、第１の配線１１のみに電流を流した場合には、記憶補助層２に第１の配線１１からの電流磁界が印加されて記録が行われるが、記憶層１が加熱されず記憶層１の保磁力が下がらないため、記憶補助層２からの磁界では記憶層１の磁化が反転せず、記憶層１への記録は行われない。
【００３５】
なお、第２の配線１２のみに電流を流した場合には、記憶補助層２に記録が行われないため、上述した記録動作が行われないが、記憶層１が加熱されて記憶層１の保磁力が低下するため、記憶補助層２に前回記録した内容が記憶層１に転写されてしまう。従って、第２の配線１２に電流を流すときには、第１の配線１１にも情報の内容に対応した向きの電流を流して、記憶層１の記録内容が失われないようにする。
【００３６】
上述のように、第２の配線１２に電流を流していなければ、第１の配線１１に電流を流しても記録が行われない。
このため、複数の磁気記憶素子１０を有する磁気記憶装置を構成したときに、電流を流す第２の配線１２を適切に選択すれば、選択された第２の配線１２に対応する、選択した磁気記憶素子１０の記憶層１は第２の配線１２に電流が流れ加熱されることによって保磁力が低下するため、記憶層１の保磁力にばらつきがあっても加熱により記憶層１の保磁力が低下して記憶補助層２からの磁界により記憶層１に記録が行われる。
一方、その他の第２の配線１２に対応する、選択していない磁気記憶素子１０の記憶層１の磁化を反転することはなく、書き損じなく正確に記録を行うことができる。
このとき、磁気記憶素子１０の記憶層１の保磁力にばらつきがあっても、第１の配線１１及び第２の配線１２の選択により、記録が行われる磁気記憶素子１０と記録が行われない磁気記憶素子１０を正しく選択することができる。
【００３７】
従って、本実施の形態の磁気記憶素子１０を用いることにより、安定して正確に情報の記録を行うことができる磁気記憶装置を構成することが可能になる。
【００３８】
そして、マトリクス状に直交配置させたそれぞれ複数本の第１の配線１１及び第２の配線１２の交点に、本実施の形態の磁気記憶素子１０を配置することにより、ＭＲＡＭ等の磁気記憶装置を構成することができる。
【００３９】
次に、本発明の磁気記憶装置の一実施の形態として、上述の実施の形態の磁気記憶素子１０を用いて構成した磁気記憶装置の概略構成図（斜視図）を図３に示す。また、図３に示した磁気記憶装置の平面図を図４に示す。なお、多数配置された磁気記憶素子１０のうち、図３では縦２個・横２個分を図示し、図４では縦４個・横４個分を図示している。
【００４０】
この磁気記憶装置４０は、図３及び図４に示すように、マトリクス状に直交配置させたそれぞれ多数の第１の配線（例えばビット線）１１及び第２の配線（例えばワード線）１２の交点に、平面形状が長方形状とされ、図１に示した断面構造を有する磁気記憶素子１０を配置して構成されている。
各磁気記憶素子１０は、図１に示したように、記憶層１に対して非磁性層２を挟んで記憶補助層２が配置され、この記憶補助層２が第１の配線１１の下面に接して設けられている。また、第１の配線１１は、磁気記憶素子１０の磁化困難軸方向（Ｙ方向）と平行になっており、第２の配線１２は磁気記憶素子１０の磁化容易軸方向（Ｘ方向）と平行になっている。
なお、図１の磁気記憶素子１０のうち、トンネル絶縁層４及び磁化固定層５は、図３において図示を省略している。
【００４１】
このように磁気記憶装置を構成した場合、例えば次のようにして磁気記憶素子１０に対して記録を行う。
まず、多数ある第２の配線１２から１本を選択し、この第２の配線１２上にある同一行の磁気記憶素子１０のそれぞれに記憶する情報の内容（「０」或いは「１」）に対応して、各磁気記憶素子１０の第１の配線１１に流す電流の向きを変えて、第１の配線１１に同時或いは順次電流を流す。これにより、情報が同時或いは順次磁気記憶層１０の記憶補助層２に記録されていく。そして、最終的に全ての磁気記憶素子１０の記憶補助層２に記録を行う。
その後、選択した１本の第２の配線に電流を流すことにより、第１の配線１１の全てと選択された１本の第２の配線１２との交点に配置された、同一行の全ての磁気記憶素子１０において記憶層１に記憶補助層２の情報を転写することができ、その結果記憶層１に情報を記録することができる。
そして、選択する第２の配線１２を次の１本に変えて、また、第１の配線１１に同時或いは順次電流を流し、情報を記憶補助層２に記録する工程と、その後第２の配線に電流を流して記憶層１に記憶補助層２の情報を転写する工程とを行うことにより、２つめの同一行の全ての磁気記憶素子１０において記憶層１に情報を記録することができる。
これを繰り返して、全ての第２の配線１２に電流を流せば、全ての磁気記憶素子１０の記憶層１に情報の記録を行うことができる。
【００４２】
なお、一部分の磁気記憶素子１０にだけ情報の記録を行うには、多数の第２の配線１２のうち電流を流す第２の配線１２を一部選定して同様のことを行えばよい。これにより、選定した第２の配線１２上にある磁気記憶素子１０のみに対して情報を記録することができる。
【００４３】
上述したように記録を行うことにより、選択された磁気記憶素子１０、即ち対応する第１の配線１１及び第２の配線１２に共に電流を流した磁気記憶素子１０では、第１の配線１１に流した電流からの電流磁界により記憶補助層２に磁化状態が記録され、その後第２の配線１２に流した電流からの電流磁界又は熱により記憶層１の保磁力が低下して記憶補助層２からの磁界により記憶層１に磁化状態が記録される。
これに対して、第１の配線１１のみに電流を流した磁気記憶素子１０では、第１の配線１１に流した電流からの電流磁界により記憶補助層２に磁化状態が記録されるが、第２の配線１２に電流が流れないため記憶層１の保磁力は低下せず、また記憶補助層２からの磁化だけでは記憶層１の磁化は反転しないため、記憶層１の磁化状態は変化しない。これにより、選択されていない磁気記憶素子１０に誤って記録されることがない。
そして、選択する第２の配線１２を変えたときには、改めて第１の配線１１により記憶補助層２に磁化状態が記録されるため、第２の配線１２が選択されていないときに記憶補助層２に記録された磁化状態が消去されて、記憶補助層２の磁化状態が更新される。
【００４４】
従って、各磁気記憶素子１０において、対応する第２の配線１２が選択されたときに第１の配線１１により記憶補助層２に記録されている磁化情報だけが、記憶層１に転写される。
即ち誤って目的以外の磁気記憶素子１０に記録してしまうことがない。
【００４５】
上述の本実施の形態の磁気記憶装置４０の構成によれば、誤って目的以外の磁気記憶素子１０に記録してしまうことがなくなり、各磁気記憶素子１０の記憶層１の保磁力にばらつきがあっても、書き損じなく安定して正確に記録を行うことが可能になる。
そして、記憶容量を大きくするために、磁気記憶素子を微小化するほど、各磁気記憶素子の記憶層の保磁力が増大し、磁気特性のばらつきも大きくなる傾向があるため、本実施の形態の磁気記憶装置４０は、記憶容量を増大させるために好適である。
また、本実施の形態の磁気記憶装置４０の構成によれば、複数の第１の配線１１に同時に電流を流す必要が無くなるため、動作に必要な最大電流を低減することができる。
【００４６】
続いて、本発明の磁気記憶装置に対する比較構成として、一般的な磁気記憶装置（ＭＲＡＭ）の構造を簡略化してその平面図を図１１に示す。
図１１に示すように、この磁気記憶装置６０は、直交する２種類の配線５１，５２の各交点に一軸の形状異方性を有する、図１１の場合は楕円形状の磁気記憶素子５３が配置されている。
この構成において、直交する２種類の配線５１，５２について、それぞれ多数本のうち特定の配線を選択して電流を流すことにより、電流を流した特定の配線５１，５２の交点にある磁気記憶素子５３の記憶層の磁化を反転させて記録を行うことができる。
なお、磁気記憶素子５３の形状は、図１１の楕円形状に限らず、図３の磁気記憶素子１０と同様の長方形状も可能である。
【００４７】
ここで、仮に磁気記憶素子５３の磁化困難軸方向（図中Ｙ方向）に磁場をかける配線５１をワード線、磁化容易軸方向（図中Ｘ方向）に磁場をかけるための配線５２をビット線と呼ぶとする。磁気記憶素子５３にビット線５２からかかる磁場と、ワード線５１からかかる磁場は、ほぼ同じ大きさのときに最も選択性がよく、交点以外の磁気記憶素子５３の磁化に影響を及ぼしにくい。
【００４８】
しかし、各磁気記憶素子５３の記憶層の保磁力にばらつきが大きいと、前述したように選択された以外の磁気記憶素子５３の磁化にも影響を及ぼしてしまう。このような目的外の磁気記憶素子５３への影響を減らすには、ワード線５１により発生する磁場を大きくすると共に、ビット線５２により発生する磁場を小さくすればよく、これにより電流を流すワード線５１上の磁気記憶素子５３以外の磁気記憶素子５３は影響を受けなくなる。
ただし、この場合、電流を流すワード線５１上にある（即ち同一行にある）全ての磁気記憶素子５３に強い磁場がかかるので、この電流を流すワード線５１上にある全ての磁気記憶素子５３磁性体に同時に情報を記録してしまわなければならない。この場合、全てのビット５２線に同時に電流を流さなければならないので、ＭＲＡＭの記憶容量が増大してビット線５２の本数が非常に多くなったときには、同時に装置全体に流れる電流が増大し好ましくない。
【００４９】
ここで、図１１に示す従来の一般的な磁気記憶装置６０と、図３に示す実施の形態の磁気記憶装置４０とを比較する。
ワード線及びビット線をそれぞれ４本として、単純な構成で記録を行うためには、同一行の４つの磁気記憶素子を同時に記録して、一行ずつ順次記録を行っていくことになる。
そして、同じ情報（例えば０１０１）を記録するためにそれぞれの磁気記憶装置６０，４０において流す電流のタイミングを図５Ａ及び図５Ｂに示す。
【００５０】
図１１に示した従来の一般的な構成の磁気記憶装置（ＭＲＡＭ）６０では、図５Ａに示すように、４本全てのビット線と１本のワード線に同時に電流を流す必要がある。
【００５１】
これに対して、図３に示した実施の形態の磁気記憶装置４０では、磁気記憶素子１０が図１に示した構成となっているため、ビット線の電流を停止した後も記憶補助層２の磁化が保持される。その後、ワード線に電流を流すことにより、記憶層１の保磁力を低下させて、記憶補助層２から記憶層１に磁化情報を転写することができる。
従って、図５Ｂに示すように、ビット線に１本ずつ順次電流を流した後に、ワード線に電流を流せば、同一ワード線上の４つの磁気記憶素子に記録を行うことができる。
これにより、同時に流す電流の量がビット線１本分に低減されるため、記録動作に必要な最大電流を低減することができる。
【００５２】
また、図５Ａと図５Ｂとを比較してわかるように、図３の磁気記憶装置４０において、図１１に示す従来の磁気記憶装置６０と最終的に同じ磁化状態を記録するためには、ビット線に流す電流を逆極性にする。これは、第１の配線１１から記憶補助層２を経て記憶層１に記録が行われる間に磁化の向きが反対になるためである。
なお、ワード線を磁場印加ではなく、加熱を主な機能とする場合も同様にワード線に電流を流すことにより記録を行うことができる。
【００５３】
続いて、本発明の磁気記憶素子の他の実施の形態の概略構成図（断面図）を図６に示す。
前述の図１に示した実施の形態では、記憶補助層２を第１の配線１１の下面（記憶層１側の面）に配置した構成であったが、本実施の形態では、記憶補助層２を第１の配線１１の下面（記憶層１側の面）以外、即ち第１の配線１１の側面及び上面に配置して磁気記憶素子２０を構成している。
その他の構成は、図１に示した磁気記憶素子１０の構成と同様であるため、同一符号を付して重複説明を省略する。
【００５４】
次に、本実施の形態の磁気記憶素子２０の記録動作を説明する。
まず、図７Ａに示すように、第１の配線１１に紙面に垂直な向こう向きの電流Ｉを流す。この電流Ｉにより、時計回りの電流磁界Ｈが発生して、第１の配線１１の側面及び上面にある記憶補助層２がこの電流磁界Ｈに沿った向きに磁化される。即ち左側面では記憶補助層２の磁化Ｍ２が上向き、上面では記憶補助層２の磁化Ｍ２が右向き、右側面では記憶補助層２の磁化Ｍ２が下向きになる。
【００５５】
次に、第１の配線１１の電流Ｉを停止する。このとき、記憶補助層２の磁化Ｍ２は、そのまま保持される。
さらに、第２の配線１２（図６参照）に電流を流して、その電流による電流磁界や熱によって記憶層１の保磁力を低下させることにより、図７Ｂに示すように、記憶補助層２からの磁界Ｈ２によって記憶層１の磁化Ｍ１が影響を受け、記憶層１の磁化Ｍ１が図中左向きに磁化される。
【００５６】
一方、記憶層１の磁化Ｍ１を、図７Ｂとは反対の図中右向きに磁化するときには、第１の配線１１に紙面に垂直な手前向きの電流を流し、反時計回りの電流磁界を発生させて、記憶補助層２を図７Ａとは反対の向きに磁化すればよい。
【００５７】
このようにして、記憶層１に、記録する情報に対応して、右向き或いは左向きの磁化情報が記録される。
【００５８】
上述の本実施の形態の磁気記憶素子２０の構成によれば、第１の配線１１の左右の側面及び上面に記憶補助層２が設けられ、この記憶補助層２が記憶層１の上方に配置されていることにより、第１の配線１１に電流を流すことにより発生する電流磁界を記憶補助層２に印加して、記憶補助層２に磁化の向きによる情報の記録を行うことができ、さらにその後第２の配線１２に電流を流して記憶層１を加熱して記憶層１の保磁力を下げることにより、記憶補助層２からの磁界により記憶層１に磁化の向きによる情報の記録を行うことができる。
これにより、先の実施の形態の磁気記憶素子１０と同様に、第１の配線１１及び第２の配線１２に共に電流を流した場合には、上述した記録動作が行われ、第１の配線１１のみに電流を流した場合には、記憶層１への記録が行われない。
【００５９】
従って、複数の磁気記憶素子２０を有する磁気記憶装置を構成したときに、磁気記憶素子２０の記憶層１の保磁力にばらつきがあっても、第１の配線１１及び第２の配線１２の選択により、記録が行われる磁気記憶素子２０と記録が行われない磁気記憶素子２０とを正しく選択することができる。
即ち、本実施の形態の磁気記憶素子２０を用いることにより、安定して正確な情報の記録ができる磁気記憶装置を構成することが可能になる。
【００６０】
なお、上述の実施の形態の磁気記憶素子２０では、記憶補助層２を第１の配線１１の両側面及び上面に形成したが、記憶補助層２の配置をその他の構成としてもよい。例えば図８に示す磁気記憶素子２１のように、第１の配線１１の両側面のみに記憶補助層２を形成してもよい。また、図示しないが例えば第１の配線１１の片方の側面及び上面に、即ち断面Ｌ字状に記憶補助層２を配置してもよい。記憶補助層２の配置をいずれの構成としても、第１の配線１１の電流を停止したときに、記憶補助層２の磁化による磁界が記憶層１に有効に作用するように、記憶補助層２を配置する。
【００６１】
上述の図６に示した実施の形態の磁気記憶素子２０を用いても、図３に示した磁気記憶装置４０と同様にして磁気記憶装置を構成することができる。
図６に示した磁気記憶素子２０を用いて磁気記憶装置を構成することにより、電流を流す第２の配線１２を選択すれば、その他の第２の配線に対応する磁気記憶素子２０に誤って記録してしまうことがなくなり、各磁気記憶素子２０の記憶層１の保磁力にばらつきがあっても、書き損じなく安定して正確に記録を行うことが可能になる。
【００６２】
また、この場合、記憶層１に記録される磁化の向きは、図１１に示した従来の磁気記憶装置６０と同様に、第１の配線１１に流す電流による電流磁界Ｈに沿った向きとなる。
従って、図５と同様にしてビット線及びワード線に流す電流を示すと、図９に示すように、電流の向きは従来の構成（図５Ａ）と同じで、電流のタイミングが図３の構成（図５Ｂ）と同じになる。電流のタイミングが、図３の構成と同様にビット線に１本ずつ順次電流が流れるようになっているため、この場合も、同時に流す電流の量を従来よりも低減することができる。
【００６３】
次に、本発明の磁気記憶素子のさらに他の形態の概略構成図（断面図）を図１０に示す。
本実施の形態の磁気記憶素子は、第２の配線１２を直接記憶層１に接続して、第２の配線１２から記憶層１に電流を流すように構成されている。
また、磁化固定層５の下方には、記憶層１の磁化状態を検出するために磁気トンネル接合素子６に電流を流すための電極１３が配置されている。この電極１３は図示しない第３の配線に接続されて、第２の配線１２及び第３の配線により、磁気トンネル接合素子６にトンネル電流を流すことができる。
本実施の形態では、記憶補助層２は、第１の配線の下面に設けられ、第２の配線１２の上面よりも上の方に配置されている。
その他の構成は、前述した磁気記憶素子の各実施の形態と同様であるので、同一符号を付して重複説明を省略する。
【００６４】
本実施の形態の磁気記憶素子において、記憶補助層２及び記憶層１に対する記録動作は、図２Ａ〜図２Ｃに説明した先の実施の形態の磁気記憶素子１０の記録動作と同様である。
【００６５】
本実施の形態の磁気記憶素子では、特に、第２の配線１２の途中に記憶層１を配置し、第２の配線１２から記憶層１に直接電流を流すようにしているため、記憶層１に流した電流により、記憶層１を効率良く加熱することができ、容易に記憶層１の保磁力を低下させることができる。
【００６６】
上述の本実施の形態の磁気記憶素子の構成によれば、第１の配線１１の下面に記憶補助層２が設けられ、この記憶補助層２が記憶層１の上方に配置されていることにより、図１に示した先の実施の形態の磁気記憶素子１０と同様に、第１の配線１１及び第２の配線１２に共に電流を流した場合には、上述した記録動作が行われ、第１の配線１１のみに電流を流した場合には、記憶層１への記録が行われない。
【００６７】
従って、複数の磁気記憶素子を有する磁気記憶装置を構成したときに、磁気記憶素子の記憶層１の保磁力にばらつきがあっても、第１の配線１１及び第２の配線１２の選択により、記録が行われる磁気記憶素子と記録が行われない磁気記憶素子を正しく選択することができる。
即ち、本実施の形態の磁気記憶素子を用いることにより、安定して正確な磁気記憶装置を構成することが可能になる。
【００６８】
さらに、本実施の形態の磁気記憶素子によれば、第２の配線１２を記憶層１に電気的に接続し、第２の配線１２から直接記憶層１に電流を流す構成としていることにより、記憶層１の保磁力を効率良く低下させて、容易に記憶補助層２から記憶層１への情報の転写を行うことができる。これにより、第２の配線１２に流す電流を小さくしても記録を行うことが可能になる。
【００６９】
上述の図１０に示した実施の形態の磁気記憶素子を用いても、図３に示した磁気記憶装置４０と同様にして磁気記憶装置を構成することができる。
図１０に示した磁気記憶素子を用いて磁気記憶装置を構成することにより、電流を流す第２の配線１２を選択すれば、その他の第２の配線に対応する磁気記憶素子に誤って記録してしまうことがなくなり、各磁気記憶素子の記憶層１の保磁力にばらつきがあっても、書き損じなく安定して正確に記録を行うことが可能になる。
【００７０】
また、この場合、第１の配線１１に流す電流の向きと磁気記憶素子の記憶層１に記録される磁化の向きとの関係は、図１に示した磁気記憶素子１０を用いた図３の磁気記憶装置４０と同様になる。
従って、ビット線及びワード線に流す電流は、図３の構成（図５Ｂ）と同じになり、この場合も、同時に流す電流の量を従来よりも低減することができる。
【００７１】
さらに、第２の配線１２から記憶層１に直接電流が流れるので、効率良く記憶層１の保磁力を低下させることができる。これにより、第２の配線１２に流す電流を、図３の磁気記憶装置４０よりも小さくしても記録が可能になる。
【００７２】
上述の各実施の形態では、記憶層１の磁化状態の検出（読み出し）を行うために、記憶層１に対してトンネル絶縁層４を挟んで磁化固定層５を配置して磁気トンネル接合素子６を構成したが、本発明において記憶層の磁化状態を検出するための構成は、磁気トンネル接合素子に限定されるものではなく、その他の構成（例えば巨大磁気抵抗効果素子（ＧＭＲ素子）やホール素子等）としてもよい。
【００７３】
本発明は、上述の実施の形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲でその他様々な構成が取り得る。
【００７４】
【発明の効果】
上述の本発明によれば、記憶層を加熱していない場合には、磁気記憶素子の記憶層に誤って磁化状態の記録が行われないため、書き損じがなく、磁気記憶素子に正しく情報の記録を行うことが可能になる。これにより、磁気記憶素子に選択性良く記録を行うことができる。
また、記憶層を加熱することにより記憶層への記録が行われるため、各磁気記憶素子の記憶層の保磁力等の磁気特性のばらつきがあっても、その影響を受けることなく、正確に情報を記録することができる。
従って、本発明によれば、安定して正確に情報を記録することができる磁気記憶装置を構成することが可能になる。
そして、記憶容量を大きくするために、磁気記憶素子を微小化するほど、各磁気記憶素子の記憶層の保磁力が増大し、磁気特性のばらつきも大きくなる傾向があるため、本発明は磁気記憶装置の記憶容量を増大させるために有効である。
【００７５】
また、本発明の磁気記憶装置によれば、磁気記憶素子の記憶補助層に磁化状態がいったん記録され、第１の配線からの電流磁界を停止しても記憶補助層に磁化状態が保持されるため、複数の第１の配線に同時に電流を流す必要がなく、動作に必要な最大電流を低減することができる。
【００７６】
さらに、配線を磁気記憶素子の記憶層に電気的に接続した構成としたときには、効率良く記憶層の保磁力を低下することができるため、記憶補助層から記憶層へ情報の転写を容易に行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施の形態の磁気記憶素子の概略構成図（断面図）である。
【図２】Ａ〜Ｃ図１の磁気記憶素子の記録動作を説明する図である。
【図３】図１の磁気記憶素子を用いた磁気記憶装置の概略構成図（斜視図）である。
【図４】図３の磁気記憶装置の平面図である。
【図５】従来の一般的なＭＲＡＭと図３に示した磁気記憶装置について、ビット線及びワード線に流す電流を比較した図である。
Ａ従来の一般的なＭＲＡＭの構成の場合である。
Ｂ図３に示した磁気記憶装置の構成の場合である。
【図６】本発明の磁気記憶素子の他の実施の形態の概略構成図（断面図）である。
【図７】Ａ、Ｂ図６の磁気記憶素子の記録動作を説明する図である。
【図８】図６の磁気記憶素子を変形した形態を示す図である。
【図９】図６の磁気記憶素子を用いて磁気記憶装置を構成した場合の、ビット線及びワード線に流す電流を示した図である。
【図１０】本発明の磁気記憶素子のさらに他の実施の形態の概略構成図（断面図）である。
【図１１】一般的な磁気記憶装置（ＭＲＡＭ）の平面図である。
【符号の説明】
１記憶層、２記憶補助層、３非磁性層、４トンネル絶縁層、５磁化固定層、６磁気トンネル接合素子、１０，２０，２１磁気記憶素子、１１第１の配線、１２第２の配線、４０磁気記憶装置、Ｉ電流、Ｈ電流磁界[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a magnetic storage element and a recording method thereof suitable for use in a nonvolatile memory, and a magnetic storage device configured using the magnetic storage element.
[0002]
[Prior art]
In information devices such as computers, high-speed and high-density DRAMs are widely used as random access memories.
However, since a DRAM is a volatile memory that loses information when the power is turned off, a nonvolatile memory that does not erase information is desired.
[0003]
As a nonvolatile memory, a magnetic random access memory (MRAM) using a magnetic storage element that records information based on a magnetization state of a magnetic material has been developed (for example, see Non-Patent Document 1).
[0004]
[Non-patent document 1]
Nikkei Electronics 2001.12 (Pages 164 to 171)
[0005]
[Problems to be solved by the invention]
In the above-described MRAM, a plurality of two types of wirings (for example, word lines and bit lines) which are orthogonal to each other are formed, and a magnetic storage element is provided at each intersection of these two types of wirings. It constitutes a magnetic storage device arranged in a matrix. Then, by passing a current through a specific wiring for each of the two types of wirings, only the magnetic storage element located at the intersection of the wirings through which the current flows is selected, and the magnetization of the storage layer of the magnetic storage element is changed to a current magnetic field. To record information.
[0006]
However, if the magnetic characteristics of the magnetic storage elements constituting the MRAM vary, magnetization reversal may occur in magnetic storage elements other than the target (recording should be performed), and correct recording can be performed. This is not preferable because it cannot be performed. Further, if the current magnetic field is made sufficiently small in order to prevent the magnetization from being reversed at all in magnetic storage elements other than the target magnetic storage element, recording will fail for some of the target magnetic storage elements. There is a possibility.
[0007]
In the future, it is necessary to increase the density of the MRAM in order to increase the storage capacity, and it is required to reduce the size of the magnetic storage element constituting the memory cell. Body dimensions also need to be reduced.
Since the coercive force of the magnetic material tends to increase as the size of the magnetic material decreases, the coercive force of the recording layer also increases in the magnetic storage element of the MRAM as the size decreases. When the coercive force increases in this manner, it becomes difficult to reduce the variation in the coercive force of each magnetic storage element.
[0008]
In order to solve the above-described problem, the present invention provides a magnetic storage element capable of correctly recording information without writing errors and a recording method thereof. It is another object of the present invention to provide a magnetic storage device that includes this magnetic storage element and can stably and accurately record information even when magnetic characteristics of each magnetic storage element vary.
[0009]
[Means for Solving the Problems]
The magnetic storage element of the present invention includes at least a storage layer that holds a magnetization state as information, and a storage auxiliary layer that is disposed on the storage layer via a nonmagnetic layer and is made of a ferromagnetic material. This memory auxiliary layer has a characteristic that the magnetization state is maintained for a certain period of time even after the application of the magnetic field is stopped.
[0010]
Further, in the above magnetic storage element of the present invention, a wiring for heating the storage layer may be provided, and the wiring may be electrically connected to the storage layer.
[0011]
A recording method for a magnetic storage element according to the present invention includes at least a storage layer that holds a magnetization state as information, and a storage auxiliary layer that is disposed on the storage layer via a nonmagnetic layer and is made of a ferromagnetic material. A magnetic field is applied to the storage auxiliary layer by applying a magnetic field to the magnetic storage element having a characteristic that the magnetization state is maintained for a certain period of time after the storage auxiliary layer stops applying the magnetic field. A step of recording a state, and thereafter, a step of heating the storage layer to reduce the coercive force of the storage layer and recording a magnetization state in the storage layer by a magnetic field from the storage auxiliary layer. It is.
[0012]
The magnetic storage device of the present invention has at least a storage layer that retains a magnetization state as information, and a storage auxiliary layer made of a ferromagnetic material and disposed on the storage layer via a nonmagnetic layer. Has a characteristic that the magnetization state is maintained for a certain period of time after the application of the magnetic field is stopped, a first wiring for applying a current magnetic field to the storage auxiliary layer, and a second wiring for heating the storage layer. And the above-described magnetic storage elements are arranged at intersections where the first wiring and the second wiring intersect.
[0013]
Further, in the above magnetic storage device of the present invention, the second wiring may be electrically connected to the storage layer.
[0014]
According to the configuration of the magnetic storage element of the present invention described above, the storage layer holding the magnetization state as information, and the storage auxiliary layer made of a ferromagnetic material and disposed on the storage layer via the nonmagnetic layer are provided. At least, the storage auxiliary layer has a characteristic that the magnetization state is preserved for a certain period of time even after the application of the magnetic field is stopped, so that by applying a magnetic field to the storage auxiliary layer and recording the magnetization state, Even after the application of is stopped, the magnetization state recorded in the storage auxiliary layer is preserved. When the temperature of the storage layer is increased by heating the storage layer, the coercive force of the storage layer decreases, and the direction of magnetization of the storage layer can be changed by a magnetic field from the storage auxiliary layer in which the magnetization state is recorded. This makes it possible to record information on the storage layer by changing the magnetization state of the storage layer according to the magnetization state recorded on the storage auxiliary layer.
Since the magnetic field from the storage auxiliary layer in which the magnetization state is recorded is relatively small, when the storage layer is not heated, the direction of magnetization of the storage layer does not change due to this magnetic field, and recording on the storage layer is not performed. Is not done.
Therefore, by selecting whether or not to record the magnetization state on the storage auxiliary layer by applying a magnetic field and whether or not to heat the recording layer, it is possible to selectively perform recording on the storage layer.
[0015]
Further, in the magnetic storage element of the present invention, when a wiring for heating the storage layer is provided and the wiring is electrically connected to the storage layer, a current may flow from the wiring to the storage layer. Since the storage layer can be heated and a current magnetic field can be generated by the current flowing through the storage layer, the coercive force of the storage layer can be efficiently reduced.
[0016]
According to the recording method of the magnetic storage element of the present invention described above, a step of applying a magnetic field to the storage auxiliary layer and recording the magnetization state in the storage auxiliary layer is performed on the magnetic storage element of the present invention. Then, by heating the storage layer, the coercive force of the storage layer is reduced, and a step of recording a magnetization state in the storage layer by a magnetic field from the storage auxiliary layer is performed. After the recording of the state, even if the application of the magnetic field is stopped, the magnetization state recorded in the storage auxiliary layer is maintained, and when the coercive force of the storage layer is reduced by heating the storage layer, the storage auxiliary The magnetic field from the layer changes the magnetization state of the storage layer in accordance with the magnetization state recorded on the storage auxiliary layer, thereby enabling information to be recorded on the storage layer.
Since the magnetic field from the storage auxiliary layer in which the magnetization state is recorded is relatively small, when the storage layer is not heated, the direction of magnetization of the storage layer does not change due to this magnetic field, and recording on the storage layer is not performed. Is not performed, so that when the storage layer is not heated, recording on the storage layer is not mistakenly performed.
That is, when the above two steps are performed, the recording of the storage layer can be performed. On the other hand, when the storage layer is not heated, that is, when the subsequent steps are not performed, the recording is erroneously performed on the storage layer. Nothing.
Therefore, it is possible to selectively perform recording on the storage layer, and it is possible to perform stable and accurate recording.
[0017]
According to the configuration of the magnetic storage device of the present invention described above, the magnetic storage element of the present invention described above, the first wiring for applying a current magnetic field to the storage auxiliary layer, and the second wiring for heating the storage layer And a magnetic storage element is arranged at each intersection where the first wiring and the second wiring intersect, so that recording can be performed on the magnetic storage element by the above-described recording method. It is.
That is, a current magnetic field is applied to the storage auxiliary layer by the first wiring to record the magnetization state in the storage auxiliary layer, and then the storage layer is heated by the second wiring, thereby reducing the coercive force of the storage layer. The magnetic field from the storage auxiliary layer causes the magnetization direction of the storage layer to change in accordance with the magnetization state recorded in the storage auxiliary layer, thereby causing the storage layer to record the magnetization state (information). be able to.
Then, in the magnetic memory element in which both the corresponding first wiring and the corresponding second wiring are selected, while the information is recorded in the storage layer as described above, the corresponding second wiring is selected. In a non-magnetic storage element, since the storage layer is not heated and the coercive force of the storage layer does not decrease, the magnetic field from the storage auxiliary layer does not change the direction of magnetization of the storage layer and is erroneously recorded on the storage layer. There is no.
In other words, no writing errors occur in magnetic storage elements other than the selected magnetic storage element.
Further, since the recording is performed by heating the storage layer by the second wiring and lowering the coercive force of the storage layer, even if the coercive force of the storage layer of the magnetic storage element varies, the storage is reliably performed by heating. Recording can be performed with reduced magnetic force.
That is, it is possible to configure a magnetic storage device that is hardly affected by variations in magnetic characteristics (such as coercive force) of the magnetic storage element.
[0018]
In the magnetic storage device of the present invention, when the second wiring is electrically connected to the storage layer, a current can flow from the second wiring to the storage layer, and the current flowing to the storage layer can be increased. Thereby, the storage layer can be heated or a current magnetic field can be generated, so that the coercive force of the storage layer can be efficiently reduced.
[0019]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
FIG. 1 shows a schematic configuration diagram (cross-sectional view) of a magnetic storage element according to an embodiment of the present invention. This magnetic storage element 10 includes a storage layer 1 in which information is recorded in accordance with the direction of magnetization and a magnetization fixed layer 5 in which the direction of magnetization is fixed, which is disposed with a tunnel insulating film 4 interposed therebetween. MTJ) 6.
The magnetic tunnel junction element 6 is arranged such that the left-right direction in the drawing is the direction of the easy axis of magnetization of the magnetic layer, and the direction perpendicular to the paper is the direction of the hard axis of the magnetic layer. Although not shown, the magnetization fixed layer 5 is formed of a laminated film of a ferromagnetic layer and an antiferromagnetic layer, and the direction of magnetization of the ferromagnetic layer is fixed to one side by the antiferromagnetic layer.
[0020]
In the magnetic storage element 10 of the present embodiment, the storage auxiliary layer 2 is provided above the storage layer 1 with the nonmagnetic layer 3 interposed therebetween.
The storage auxiliary layer 2 is made of a ferromagnetic material, and is provided for storing magnetization information to be recorded in the storage layer 1 for a certain time.
[0021]
Further, a first wiring 11 extending in a direction perpendicular to the plane of the drawing (hard magnetic axis direction of the magnetic layer) is provided directly on the memory auxiliary layer 2, and is provided below the magnetization fixed layer 5 in the left-right direction (the direction of the magnetic layer). A second wiring 12 extending in the direction of the easy axis of magnetization is provided.
That is, the memory auxiliary layer 2 is formed on the lower surface (the surface on the memory layer 1 side) of the first wiring 11.
Then, by passing a current through the first wiring 11, a rightward or leftward current magnetic field in the drawing is applied to the memory auxiliary layer 2.
The current magnetic field generated when a current flows through the first wiring 11 is largest on the surface of the first wiring 11 and becomes smaller as the distance increases.
Therefore, the storage auxiliary layer 2 disposed close to the first wiring 11 is effectively magnetized by the current magnetic field of the first wiring 11.
[0022]
The coercive force of the memory auxiliary layer 2 may be of a magnitude that can maintain the magnetization for a certain period of time or more even after the current flowing through the first wiring 11 is stopped. May disappear.
As a method of giving such a coercive force to the memory auxiliary layer 2, for example, heat treatment may be performed in a magnetic field, or the coercive force may be given by, for example, shape anisotropy.
In addition, in order for the storage auxiliary layer 2 not to undergo magnetization reversal under the influence of the magnetization of the storage layer 1, the magnetization amount of the storage auxiliary layer 2 needs to be at least twice the magnetization amount of the storage layer 1.
[0023]
Further, the coercive force of the storage layer 1 is set to a magnitude that does not reverse with the magnetic field from the storage auxiliary layer 2 alone.
When a current is applied to the second wiring 12 and the coercive force of the storage layer 1 is reduced by a current magnetic field (a magnetic field in the hard axis direction of the storage layer) or heat generated at this time, the magnetization state is preserved. The recording is transferred to the storage layer 1 by the magnetic field from the storage auxiliary layer 2.
[0024]
When the coercive force of the storage layer 1 is reduced by using heat generated when a current flows through the second wiring 12, for example, a portion of the second wiring 12 near the magnetic storage element 10 is used. May be made a material having a large specific resistance or made thinner to increase the resistance to increase the calorific value. Further, a heating resistor may be provided in a portion of the second wiring 12 near the magnetic storage element 10.
[0025]
In the magnetic storage element 10 of the present embodiment, in addition to the above, a wiring (third wiring or the like) for supplying a current to the magnetic tunnel junction element 6 to detect the magnetization state of the storage layer 1 Are separately required, but are not shown because they are components that have essentially no effect on the recording operation of writing information to the storage layer 1.
[0026]
Subsequently, a method for recording information in the magnetic storage element 10 according to the present embodiment having the above-described configuration will be described.
[0027]
First, as shown in FIG. 2A, a current I is applied to the first wiring 11 in a direction perpendicular to the plane of the drawing. Due to this current I, a clockwise current magnetic field H is generated, and this current magnetic field H acts on the memory auxiliary layer 2 leftward in the figure. Thereby, the memory auxiliary layer 2 is magnetized leftward.
[0028]
Next, as shown in FIG. 2B, the current I of the first wiring 11 is stopped. At this time, due to the characteristics of the auxiliary storage layer 2, the magnetization M2 of the storage auxiliary layer 2 is held as it is, that is, leftward.
[0029]
Next, as described above, a current is applied to the second wiring 12 (see FIG. 1), and the coercive force of the storage layer 1 is reduced by a current magnetic field or heat generated by the current.
Thereby, as shown in FIG. 2C, the magnetization M1 of the storage layer 1 is affected by the magnetic field H2 from the storage auxiliary layer 2, and the magnetization M1 of the storage layer 1 is different from the magnetization M2 of the storage auxiliary layer 2. It is magnetized in the opposite direction (rightward in the figure).
[0030]
On the other hand, when the magnetization M1 of the storage layer 1 is magnetized to the left in the drawing, as opposed to FIG. 2C, a forward current perpendicular to the plane of the drawing flows through the first wiring 11 to generate a counterclockwise current magnetic field. Then, the storage auxiliary layer 2 may be magnetized rightward in the figure.
[0031]
In this manner, rightward or leftward magnetization information is recorded in the storage layer 1 in accordance with the information to be recorded.
[0032]
The detection (reading) of the magnetization information recorded in the storage layer 1 can be performed in the same manner as the magnetic storage element used in the conventional MRAM.
That is, depending on whether the direction of the magnetization M1 of the storage layer 1 and the direction of the magnetization of the magnetization fixed layer 5 are parallel (same direction) or antiparallel (opposite direction), the tunnel insulating film 4 is formed. Since the resistance to the flowing tunnel current changes, the magnetization information recorded in the storage layer 1 can be detected based on the resistance value or the current value.
[0033]
According to the configuration of the magnetic storage element 10 of the present embodiment described above, the storage auxiliary layer 2 is provided on the lower surface of the first wiring 11, and the storage auxiliary layer 2 is disposed above the storage layer 1. Thereby, a current magnetic field generated by passing a current through the first wiring 11 can be applied to the storage auxiliary layer 2 to record information in the storage auxiliary layer 2 according to the direction of magnetization, and then the second magnetic field can be used. By passing a current through the wiring 12 and heating the storage layer 1 to lower the coercive force of the storage layer 1, information can be recorded in the storage layer 1 by the magnetic field from the storage auxiliary layer 2 according to the direction of magnetization.
Thus, when a current flows through both the first wiring 11 and the second wiring 12, the above-described recording operation is performed.
[0034]
On the other hand, when a current is applied only to the first wiring 11, a current magnetic field from the first wiring 11 is applied to the storage auxiliary layer 2 to perform recording, but the storage layer 1 is not heated. Since the coercive force of the storage layer 1 does not decrease, the magnetization of the storage layer 1 is not reversed by the magnetic field from the storage auxiliary layer 2, and recording on the storage layer 1 is not performed.
[0035]
When a current is applied only to the second wiring 12, the above-described recording operation is not performed because the recording is not performed on the storage auxiliary layer 2, but the storage layer 1 is heated and Since the coercive force is reduced, the content previously recorded on the memory auxiliary layer 2 is transferred to the memory layer 1. Therefore, when a current is applied to the second wiring 12, a current having a direction corresponding to the content of the information is also applied to the first wiring 11 so that the recorded content of the storage layer 1 is not lost.
[0036]
As described above, if no current is passed through the second wiring 12, recording is not performed even if a current is passed through the first wiring 11.
Therefore, when a magnetic storage device having a plurality of magnetic storage elements 10 is configured, if the second wiring 12 through which a current flows is appropriately selected, the selected magnetic wiring corresponding to the selected second wiring 12 can be obtained. Since the coercive force of the storage layer 1 of the storage element 10 is reduced by the current flowing through the second wiring 12 and heated, the coercive force of the storage layer 1 is reduced by heating even if the coercive force of the storage layer 1 varies. The recording is performed on the storage layer 1 by the magnetic field from the storage auxiliary layer 2 which decreases.
On the other hand, the magnetization of the storage layer 1 of the unselected magnetic storage element 10 corresponding to the other second wiring 12 is not reversed, and accurate recording can be performed without writing loss.
At this time, even if the coercive force of the storage layer 1 of the magnetic storage element 10 varies, the recording is not performed with the magnetic storage element 10 on which recording is performed by selecting the first wiring 11 and the second wiring 12. The magnetic storage element 10 can be correctly selected.
[0037]
Therefore, by using the magnetic storage element 10 of the present embodiment, it is possible to configure a magnetic storage device capable of stably and accurately recording information.
[0038]
Then, by arranging the magnetic storage element 10 of the present embodiment at the intersection of the plurality of first wirings 11 and second wirings 12 arranged in a matrix at right angles, a magnetic storage device such as an MRAM can be realized. Can be configured.
[0039]
Next, as one embodiment of the magnetic storage device of the present invention, FIG. 3 shows a schematic configuration diagram (perspective view) of a magnetic storage device configured using the magnetic storage element 10 of the above embodiment. FIG. 4 is a plan view of the magnetic storage device shown in FIG. 3 illustrates two vertical and two horizontal magnetic storage elements 10, and FIG. 4 illustrates four vertical and four horizontal magnetic storage elements.
[0040]
As shown in FIGS. 3 and 4, this magnetic storage device 40 has an intersection of a large number of first wirings (for example, bit lines) 11 and second wirings (for example, word lines) 12 arranged orthogonally in a matrix. The magnetic storage element 10 has a rectangular planar shape and the cross-sectional structure shown in FIG.
As shown in FIG. 1, each magnetic storage element 10 has a storage auxiliary layer 2 disposed on a non-magnetic layer 2 with respect to a storage layer 1, and this storage auxiliary layer 2 is provided on the lower surface of the first wiring 11. It is provided in contact. The first wiring 11 is parallel to the hard axis direction (Y direction) of the magnetic storage element 10, and the second wiring 12 is parallel to the easy axis direction (X direction) of the magnetic storage element 10. It has become.
Note that, in the magnetic storage element 10 of FIG. 1, the tunnel insulating layer 4 and the magnetization fixed layer 5 are not shown in FIG.
[0041]
When the magnetic storage device is configured as described above, recording is performed on the magnetic storage element 10 as follows, for example.
First, one of the many second wirings 12 is selected, and the contents (“0” or “1”) of information stored in each of the magnetic memory elements 10 in the same row on the second wirings 12 are selected. Correspondingly, the direction of the current flowing through the first wiring 11 of each magnetic storage element 10 is changed, and the current is simultaneously or sequentially passed through the first wiring 11. As a result, information is simultaneously or sequentially recorded on the storage auxiliary layer 2 of the magnetic storage layer 10. Then, recording is finally performed on the storage auxiliary layers 2 of all the magnetic storage elements 10.
Thereafter, a current is caused to flow through the selected one of the second wirings, so that all of the first wirings 11 and the selected one of the second wirings 12 are located at the intersections of the selected one of the second wirings. In the magnetic memory element 10, information in the storage auxiliary layer 2 can be transferred to the storage layer 1, and as a result, information can be recorded in the storage layer 1.
Then, the second wiring 12 to be selected is changed to the next one, and a current is applied simultaneously or sequentially to the first wiring 11 to record information in the storage auxiliary layer 2. And transferring the information of the storage auxiliary layer 2 to the storage layer 1 by applying a current to the storage layer 1, whereby information can be recorded in the storage layer 1 in all the magnetic storage elements 10 in the second and the same row.
By repeating this and supplying a current to all the second wirings 12, information can be recorded in the storage layers 1 of all the magnetic storage elements 10.
[0042]
In order to record information only on a part of the magnetic storage elements 10, the same operation may be performed by selecting a part of the second wirings 12 through which a current flows among many second wirings 12. Thereby, information can be recorded only on the magnetic storage element 10 on the selected second wiring 12.
[0043]
By performing the recording as described above, in the selected magnetic storage element 10, that is, in the magnetic storage element 10 in which the current flows through both the corresponding first wiring 11 and the second wiring 12, the first wiring 11 The magnetization state is recorded in the storage auxiliary layer 2 by the current magnetic field from the applied current, and then the coercive force of the storage layer 1 is reduced by the current magnetic field or heat from the current applied to the second wiring 12, and The magnetization state is recorded in the storage layer 1 by the magnetic field from
On the other hand, in the magnetic storage element 10 in which a current flows only through the first wiring 11, the magnetization state is recorded in the storage auxiliary layer 2 by a current magnetic field from the current flowing through the first wiring 11. Since no current flows through the second wiring 12, the coercive force of the storage layer 1 does not decrease, and the magnetization of the storage layer 1 does not reverse only by the magnetization from the storage auxiliary layer 2, so that the magnetization state of the storage layer 1 does not change. . This prevents erroneous recording on the unselected magnetic storage element 10.
When the second wiring 12 to be selected is changed, the magnetization state is recorded again in the storage auxiliary layer 2 by the first wiring 11. Therefore, when the second wiring 12 is not selected, the storage auxiliary layer 2 is not selected. Is erased, and the magnetization state of the storage auxiliary layer 2 is updated.
[0044]
Therefore, in each magnetic storage element 10, only the magnetization information recorded in the storage auxiliary layer 2 by the first wiring 11 when the corresponding second wiring 12 is selected is transferred to the storage layer 1.
That is, there is no possibility that the data is erroneously recorded on the magnetic storage element 10 other than the purpose.
[0045]
According to the configuration of the magnetic storage device 40 of the present embodiment described above, it is possible to prevent erroneous recording on the magnetic storage element 10 other than the intended one, and the coercive force of the storage layer 1 of each magnetic storage element 10 varies. Even if there is, writing can be performed stably and accurately without writing errors.
In order to increase the storage capacity, as the size of the magnetic storage element is reduced, the coercive force of the storage layer of each magnetic storage element tends to increase and the variation in magnetic characteristics tends to increase. The magnetic storage device 40 is suitable for increasing the storage capacity.
Further, according to the configuration of the magnetic storage device 40 of the present embodiment, since it is not necessary to supply current to the plurality of first wirings 11 at the same time, the maximum current required for operation can be reduced.
[0046]
Next, as a comparative configuration with respect to the magnetic storage device of the present invention, FIG. 11 shows a plan view of a simplified structure of a general magnetic storage device (MRAM).
As shown in FIG. 11, this magnetic storage device 60 has a uniaxial shape anisotropy at each intersection of two kinds of orthogonal wirings 51 and 52. In the case of FIG. 11, an elliptical magnetic storage element 53 is arranged. Have been.
In this configuration, for each of the two types of orthogonal wirings 51 and 52, a specific wiring is selected from a large number of wirings and a current is caused to flow, so that the magnetic storage element at the intersection of the specific wirings 51 and 52 where the current has flowed is selected. Recording can be performed by reversing the magnetization of the 53 storage layers.
Note that the shape of the magnetic storage element 53 is not limited to the elliptical shape in FIG. 11, but may be a rectangular shape similar to the magnetic storage element 10 in FIG.
[0047]
Here, the wiring 51 for applying a magnetic field in the hard axis direction (Y direction in the figure) of the magnetic storage element 53 is a word line, and the wiring 52 for applying a magnetic field in the easy axis direction (X direction in the figure) is a bit line. Let's call it. The magnetic field applied to the magnetic storage element 53 from the bit line 52 and the magnetic field applied from the word line 51 have the best selectivity when they have substantially the same magnitude, and hardly affect the magnetization of the magnetic storage element 53 other than the intersection.
[0048]
However, if the coercive force of the storage layer of each magnetic storage element 53 has a large variation, the magnetization of the magnetic storage element 53 other than the one selected as described above is affected. In order to reduce the influence on the magnetic storage element 53 which is not intended, the magnetic field generated by the word line 51 may be increased and the magnetic field generated by the bit line 52 may be reduced. Magnetic storage elements 53 other than magnetic storage element 53 on 51 are no longer affected.
However, in this case, since a strong magnetic field is applied to all the magnetic storage elements 53 on the word line 51 through which the current flows (that is, on the same row), all the magnetic storage elements 53 on the word line 51 through which the current flows. Information must be recorded on the magnetic material at the same time. In this case, a current must be supplied to all the bit lines 52 at the same time. Therefore, when the storage capacity of the MRAM increases and the number of the bit lines 52 becomes very large, the current flowing through the entire device increases at the same time. .
[0049]
Here, the conventional general magnetic storage device 60 shown in FIG. 11 is compared with the magnetic storage device 40 of the embodiment shown in FIG.
In order to perform recording with a simple configuration using four word lines and four bit lines, four magnetic storage elements in the same row are simultaneously recorded, and recording is performed sequentially for each row.
FIGS. 5A and 5B show timings of currents flowing in the respective magnetic storage devices 60 and 40 for recording the same information (for example, 0101).
[0050]
In the conventional magnetic storage device (MRAM) 60 having a general configuration shown in FIG. 11, it is necessary to simultaneously supply current to all four bit lines and one word line as shown in FIG. 5A.
[0051]
On the other hand, in the magnetic storage device 40 according to the embodiment shown in FIG. 3, since the magnetic storage element 10 has the configuration shown in FIG. Is maintained. Thereafter, by passing a current through the word line, the coercive force of the storage layer 1 is reduced, and the magnetization information can be transferred from the storage auxiliary layer 2 to the storage layer 1.
Therefore, as shown in FIG. 5B, by sequentially supplying current to the bit lines one by one and then supplying current to the word lines, recording can be performed on four magnetic storage elements on the same word line.
As a result, the amount of current flowing simultaneously is reduced to one bit line, so that the maximum current required for the recording operation can be reduced.
[0052]
As can be seen by comparing FIGS. 5A and 5B, in order to finally record the same magnetization state in the magnetic storage device 40 of FIG. 3 as in the conventional magnetic storage device 60 shown in FIG. Reverse the current flowing through the wire. This is because the direction of magnetization is reversed during recording from the first wiring 11 to the storage layer 1 via the storage auxiliary layer 2.
It should be noted that recording can be performed by applying a current to the word line in the same manner even when the main function of the word line is to apply heating instead of applying a magnetic field.
[0053]
Next, FIG. 6 shows a schematic configuration diagram (cross-sectional view) of another embodiment of the magnetic storage element of the present invention.
In the above-described embodiment shown in FIG. 1, the memory auxiliary layer 2 is arranged on the lower surface of the first wiring 11 (the surface on the side of the memory layer 1). The magnetic storage element 20 is configured by arranging 2 on a portion other than the lower surface (the surface on the storage layer 1 side) of the first wiring 11, that is, on the side and upper surfaces of the first wiring 11.
The other configuration is the same as the configuration of the magnetic storage element 10 shown in FIG.
[0054]
Next, a recording operation of the magnetic storage element 20 according to the present embodiment will be described.
First, as shown in FIG. 7A, a current I is applied to the first wiring 11 in a direction perpendicular to the plane of the drawing. Due to this current I, a clockwise current magnetic field H is generated, and the storage auxiliary layer 2 on the side and upper surfaces of the first wiring 11 is magnetized in a direction along the current magnetic field H. That is, the magnetization M2 of the storage auxiliary layer 2 is directed upward on the left side, the magnetization M2 of the storage auxiliary layer 2 is directed right on the upper side, and the magnetization M2 of the storage auxiliary layer 2 is directed downward on the right side.
[0055]
Next, the current I of the first wiring 11 is stopped. At this time, the magnetization M2 of the storage auxiliary layer 2 is kept as it is.
Further, a current is caused to flow through the second wiring 12 (see FIG. 6), and the coercive force of the storage layer 1 is reduced by a current magnetic field and heat generated by the current, so that the storage auxiliary layer 2 The magnetization M1 of the storage layer 1 is affected by the magnetic field H2, and the magnetization M1 of the storage layer 1 is magnetized leftward in the figure.
[0056]
On the other hand, when the magnetization M1 of the storage layer 1 is magnetized rightward in the drawing opposite to FIG. 7B, a forward current perpendicular to the plane of the drawing is supplied to the first wiring 11 to generate a counterclockwise current magnetic field. Then, the storage auxiliary layer 2 may be magnetized in the direction opposite to that in FIG. 7A.
[0057]
In this manner, rightward or leftward magnetization information is recorded in the storage layer 1 in accordance with the information to be recorded.
[0058]
According to the configuration of the magnetic storage element 20 of the present embodiment described above, the storage auxiliary layer 2 is provided on the left and right side surfaces and the upper surface of the first wiring 11, and the storage auxiliary layer 2 is disposed above the storage layer 1. As a result, a current magnetic field generated by passing a current through the first wiring 11 can be applied to the storage auxiliary layer 2 to record information in the storage auxiliary layer 2 according to the direction of magnetization. Thereafter, a current is applied to the second wiring 12 to heat the storage layer 1 to reduce the coercive force of the storage layer 1, thereby recording information in the storage layer 1 by the magnetic field from the storage auxiliary layer 2 according to the direction of magnetization. be able to.
Thus, as in the case of the magnetic memory element 10 of the above embodiment, when a current flows through both the first wiring 11 and the second wiring 12, the above-described recording operation is performed, and the first wiring When a current is applied to only the storage layer 11, recording on the storage layer 1 is not performed.
[0059]
Therefore, when a magnetic storage device having a plurality of magnetic storage elements 20 is configured, even if the coercive force of the storage layer 1 of the magnetic storage element 20 varies, the selection of the first wiring 11 and the second wiring 12 can be performed. Thereby, the magnetic storage element 20 on which recording is performed and the magnetic storage element 20 on which recording is not performed can be correctly selected.
That is, by using the magnetic storage element 20 of the present embodiment, it is possible to configure a magnetic storage device capable of stably and accurately recording information.
[0060]
In the magnetic storage element 20 of the above-described embodiment, the storage auxiliary layer 2 is formed on both side surfaces and the upper surface of the first wiring 11, but the storage auxiliary layer 2 may be arranged in another configuration. For example, as in a magnetic storage element 21 shown in FIG. 8, the storage auxiliary layer 2 may be formed only on both side surfaces of the first wiring 11. Although not shown, for example, the memory auxiliary layer 2 may be arranged on one side surface and the upper surface of the first wiring 11, that is, in an L-shaped cross section. Regardless of the arrangement of the storage auxiliary layer 2, the storage auxiliary layer 2 is configured so that the magnetic field due to the magnetization of the storage auxiliary layer 2 effectively acts on the storage layer 1 when the current of the first wiring 11 is stopped. Place.
[0061]
Even when the magnetic storage element 20 of the embodiment shown in FIG. 6 is used, a magnetic storage device can be configured in the same manner as the magnetic storage device 40 shown in FIG.
By configuring the magnetic storage device using the magnetic storage element 20 shown in FIG. 6, if the second wiring 12 through which current flows is selected, the magnetic storage element 20 corresponding to the other second wiring is erroneously set. Recording will not occur, and even if the coercive force of the storage layer 1 of each magnetic storage element 20 varies, stable and accurate recording can be performed without writing loss.
[0062]
In this case, the direction of the magnetization recorded in the storage layer 1 is the direction along the current magnetic field H due to the current flowing through the first wiring 11, as in the conventional magnetic storage device 60 shown in FIG. .
Therefore, when the currents flowing through the bit lines and the word lines are shown in the same manner as in FIG. 5, as shown in FIG. 9, the direction of the current is the same as that of the conventional configuration (FIG. 5A), and the timing of the current is the same as that of FIG. (FIG. 5B). Since the timing of the current is such that the current sequentially flows through the bit lines one by one in the same manner as in the configuration of FIG. 3, in this case, the amount of the current flowing simultaneously can be reduced as compared with the conventional case.
[0063]
Next, FIG. 10 shows a schematic configuration diagram (cross-sectional view) of still another embodiment of the magnetic storage element of the present invention.
The magnetic memory element according to the present embodiment is configured such that the second wiring 12 is directly connected to the storage layer 1 and a current flows from the second wiring 12 to the storage layer 1.
Further, below the magnetization fixed layer 5, an electrode 13 for flowing a current to the magnetic tunnel junction element 6 to detect a magnetization state of the storage layer 1 is arranged. The electrode 13 is connected to a third wiring (not shown), and a tunnel current can flow through the magnetic tunnel junction element 6 through the second wiring 12 and the third wiring.
In the present embodiment, the storage auxiliary layer 2 is provided on the lower surface of the first wiring, and is disposed above the upper surface of the second wiring 12.
The other configuration is the same as that of each of the embodiments of the magnetic storage element described above, and thus the same reference numerals are given and the duplicate description will be omitted.
[0064]
In the magnetic storage element of the present embodiment, the recording operation on the storage auxiliary layer 2 and the storage layer 1 is the same as the recording operation of the magnetic storage element 10 of the previous embodiment described with reference to FIGS. 2A to 2C.
[0065]
In the magnetic storage element according to the present embodiment, the storage layer 1 is arranged particularly in the middle of the second wiring 12 so that the current flows directly from the second wiring 12 to the storage layer 1. Can efficiently heat the storage layer 1, and can easily reduce the coercive force of the storage layer 1.
[0066]
According to the configuration of the magnetic storage element of the present embodiment described above, the storage auxiliary layer 2 is provided on the lower surface of the first wiring 11, and the storage auxiliary layer 2 is disposed above the storage layer 1. As in the case of the magnetic storage element 10 of the previous embodiment shown in FIG. 1, when a current is applied to both the first wiring 11 and the second wiring 12, the above-described recording operation is performed, and When a current is applied to only one wiring 11, recording on the storage layer 1 is not performed.
[0067]
Accordingly, when a magnetic storage device having a plurality of magnetic storage elements is configured, even if the coercive force of the storage layer 1 of the magnetic storage element varies, the first wiring 11 and the second wiring 12 are selected. It is possible to correctly select a magnetic storage element on which recording is performed and a magnetic storage element on which recording is not performed.
That is, by using the magnetic storage element of the present embodiment, a stable and accurate magnetic storage device can be configured.
[0068]
Further, according to the magnetic storage element of the present embodiment, the second wiring 12 is electrically connected to the storage layer 1 and a current flows directly from the second wiring 12 to the storage layer 1. Information can be easily transferred from the storage auxiliary layer 2 to the storage layer 1 by efficiently lowering the coercive force of the storage layer 1. Accordingly, recording can be performed even when the current flowing through the second wiring 12 is reduced.
[0069]
Even when the magnetic storage element of the embodiment shown in FIG. 10 is used, a magnetic storage device can be configured in the same manner as the magnetic storage device 40 shown in FIG.
By configuring the magnetic storage device using the magnetic storage element shown in FIG. 10, if the second wiring 12 through which the current flows is selected, data is erroneously recorded in the magnetic storage elements corresponding to the other second wirings. Thus, even if the coercive force of the storage layer 1 of each magnetic storage element varies, stable and accurate recording can be performed without writing loss.
[0070]
In this case, the relationship between the direction of the current flowing through the first wiring 11 and the direction of the magnetization recorded in the storage layer 1 of the magnetic storage element is as shown in FIG. 3 using the magnetic storage element 10 shown in FIG. This is the same as the magnetic storage device 40.
Therefore, the currents flowing through the bit lines and the word lines are the same as those in the configuration of FIG. 3 (FIG. 5B).
[0071]
Furthermore, since a current flows directly from the second wiring 12 to the storage layer 1, the coercive force of the storage layer 1 can be efficiently reduced. Accordingly, recording can be performed even if the current flowing through the second wiring 12 is smaller than that of the magnetic storage device 40 in FIG.
[0072]
In each of the above-described embodiments, in order to detect (read) the magnetization state of the storage layer 1, the magnetization fixed layer 5 is disposed on the storage layer 1 with the tunnel insulating layer 4 interposed therebetween, and the magnetic tunnel junction element 6 However, the configuration for detecting the magnetization state of the storage layer in the present invention is not limited to the magnetic tunnel junction element, and other configurations (for example, a giant magnetoresistance effect element (GMR element) and a Hall element) Etc.).
[0073]
The present invention is not limited to the above-described embodiment, and may take various other configurations without departing from the gist of the present invention.
[0074]
【The invention's effect】
According to the present invention described above, when the storage layer is not heated, the magnetization state is not erroneously recorded in the storage layer of the magnetic storage element. Can be performed. Thereby, recording can be performed on the magnetic storage element with high selectivity.
In addition, since the recording is performed on the storage layer by heating the storage layer, even if there is a variation in the magnetic characteristics such as the coercive force of the storage layer of each magnetic storage element, the information can be accurately obtained without being affected by the variation. Can be recorded.
Therefore, according to the present invention, it is possible to configure a magnetic storage device capable of stably and accurately recording information.
In order to increase the storage capacity, as the size of the magnetic storage element is reduced, the coercive force of the storage layer of each magnetic storage element tends to increase and the variation in magnetic characteristics tends to increase. This is effective for increasing the storage capacity of the device.
[0075]
According to the magnetic storage device of the present invention, the magnetization state is once recorded in the storage auxiliary layer of the magnetic storage element, and the magnetization state is retained in the storage auxiliary layer even when the current magnetic field from the first wiring is stopped. Therefore, it is not necessary to supply current to a plurality of first wirings at the same time, and the maximum current required for operation can be reduced.
[0076]
Further, when the wiring is electrically connected to the storage layer of the magnetic storage element, the coercive force of the storage layer can be efficiently reduced, so that information can be easily transferred from the storage auxiliary layer to the storage layer. be able to.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a schematic configuration diagram (cross-sectional view) of a magnetic storage element according to an embodiment of the present invention.
2A to 2C are diagrams for explaining a recording operation of the magnetic storage element of FIG. 1;
FIG. 3 is a schematic configuration diagram (perspective view) of a magnetic storage device using the magnetic storage element of FIG. 1;
FIG. 4 is a plan view of the magnetic storage device of FIG. 3;
5 is a diagram comparing currents flowing through bit lines and word lines in a conventional general MRAM and the magnetic storage device shown in FIG. 3;
A This is the case of a conventional general MRAM configuration.
B shows the case of the configuration of the magnetic storage device shown in FIG.
FIG. 6 is a schematic configuration diagram (cross-sectional view) of another embodiment of the magnetic storage element of the present invention.
7A and 7B are diagrams illustrating a recording operation of the magnetic storage element of FIG. 6;
FIG. 8 is a diagram showing a modified form of the magnetic storage element of FIG. 6;
9 is a diagram illustrating currents flowing through bit lines and word lines when a magnetic storage device is configured using the magnetic storage elements of FIG. 6;
FIG. 10 is a schematic configuration diagram (cross-sectional view) of still another embodiment of the magnetic storage element of the present invention.
FIG. 11 is a plan view of a general magnetic storage device (MRAM).
[Explanation of symbols]
REFERENCE SIGNS LIST 1 storage layer, 2 storage auxiliary layer, 3 nonmagnetic layer, 4 tunnel insulating layer, 5 fixed magnetization layer, 6 magnetic tunnel junction element, 10, 20, 21 magnetic storage element, 11 first wiring, 12 second wiring , 40 magnetic storage device, I current, H current magnetic field

Claims

A storage layer that holds a magnetization state as information;
At least a storage auxiliary layer made of a ferromagnetic material, which is disposed on the storage layer via a nonmagnetic layer,
The magnetic storage element, wherein the storage auxiliary layer has a property that a magnetization state is maintained for a predetermined time or more even after application of a magnetic field is stopped.

2. The magnetic storage element according to claim 1, wherein a wiring for applying a current magnetic field is provided in the storage auxiliary layer, and the storage auxiliary layer is arranged on a surface of the wiring on the storage layer side.

2. The magnetic memory according to claim 1, wherein a wiring for applying a current magnetic field is provided on the storage auxiliary layer, and the storage auxiliary layer is provided on a surface of the wiring other than the surface on the storage layer side. element.

2. The magnetic storage element according to claim 1, wherein a wiring for heating the storage layer is provided, and the wiring is electrically connected to the storage layer.

A storage layer that holds a magnetization state as information;
At least a storage auxiliary layer made of a ferromagnetic material, which is disposed on the storage layer via a nonmagnetic layer,
The storage auxiliary layer, for a magnetic storage element having a characteristic that the magnetization state is maintained for a certain time or more even after the application of the magnetic field is stopped,
Applying a magnetic field to the storage auxiliary layer to record a magnetization state in the storage auxiliary layer;
Heating the storage layer to reduce the coercive force of the storage layer, and recording a magnetization state on the storage layer by a magnetic field from the storage auxiliary layer. Recording method of storage element.

At least a storage layer that holds a magnetization state as information, and a storage auxiliary layer made of a ferromagnetic material and disposed on the storage layer via a nonmagnetic layer, and the storage auxiliary layer stops applying a magnetic field. A magnetic storage element having a property that the magnetization state is preserved for a certain time or more afterwards,
A first wiring for applying a current magnetic field to the storage auxiliary layer;
A second wiring for heating the storage layer,
A magnetic storage device, wherein the magnetic storage elements are arranged at intersections where the first wiring and the second wiring intersect, respectively.

7. The magnetic storage device according to claim 6, wherein the second wiring is electrically connected to the storage layer.