JP2010219156A - 磁壁移動素子、及び、磁気ランダムアクセスメモリ - Google Patents
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Abstract
【解決手段】磁壁移動素子は、磁壁移動層、第1磁化固定層、及び第2磁化固定層を備える。磁壁移動層は、第1領域と第2領域との間に磁壁を有する。第1磁化固定層は、磁壁移動層の第1領域の磁化方向を第1方向に固定し、第2磁化固定層は、磁壁移動層の第2領域の磁化方向を第1方向と逆の第2方向に固定する。第1磁化固定層は、奇数層の磁性体層が順番に反強磁性結合した積層構造を含み、その端部の磁性体層が上記第1領域と接触する。第2磁化固定層は、偶数層の磁性体層が順番に反強磁性結合した積層構造を含み、その端部の磁性体層が上記第2領域と接触する。
【選択図】図2
Description
磁壁移動層30は、磁壁DWが移動する磁性体層であり、磁壁DWを有している。より詳細には、磁壁移動層30は、磁化方向が実質的に固定された第1磁化固定領域R1及び第2磁化固定領域R2を有している。それら2つの磁化固定領域R1、R2の磁化方向は正反対である。図2の例では、第1磁化固定領域R1の磁化方向は+X方向に固定され、第2磁化固定領域R2の磁化方向は−X方向に固定されている。そして、それら2つの磁化固定領域R1、R2の間の領域が、磁壁DWが移動する磁壁移動領域である。逆に言えば、磁壁移動領域の両側に磁化固定領域R1、R2がそれぞれ形成されている。図2の例において、磁壁移動領域の磁化方向が−X方向の場合、磁壁DWは、第1磁化固定領域R1と磁壁移動領域との境界である第1トラップサイトTS1に形成される。一方、磁壁移動領域の磁化方向が+X方向の場合、磁壁DWは、第2磁化固定領域R2と磁壁移動領域との境界である第2トラップサイトTS2に形成される。
第1磁化固定層100は、磁壁移動層30の第1磁化固定領域R1の磁化方向を第1方向(図2の例では+X方向)に固定するために設けられている。一方、第2磁化固定層200は、磁壁移動層30の第2磁化固定領域R2の磁化方向を第1方向とは逆の第2方向(図2の例では−X方向)に固定するために設けられている。以下、本実施の形態に係る第1磁化固定層100及び第2磁化固定層200を詳しく説明する。
次に、図2で示された磁化状態を実現するための初期化方法を、図3A及び図3Bを参照して説明する。図3A及び図3Bにおいて、N1=3、N2=2である場合が例として示されている。すなわち、第1磁化固定層100は、磁性体層110−1〜110−3及び非磁性体層120−1〜120−2を少なくとも含んでいる。第2磁化固定層200は、磁性体層210−1〜210−2及び非磁性体層220−1を少なくとも含んでいる。
図4は、第1の実施の形態を示している。第1磁化固定層100及び第2磁化固定層200は共に、磁壁移動層30の下側に形成されている。第1磁化固定層100は、磁性体層110−1〜110−3及び非磁性体層120−1〜120−2を含んでいる(N1=3)。また、第2磁化固定層200は、磁性体層210−1〜210−2及び非磁性体層220−1を含んでいる(N2=2)。更に、第1磁化固定層100の磁性体層110−3は第1電流端子10に接続され、第2磁化固定層200の磁性体層210−2は第2電流端子20に接続されている。第1電流端子10及び第2電流端子20は、第1磁化固定層100及び第2磁化固定層200を通して磁壁移動層30に所望の方向の電流を流すために用いられる。
図5は、第2の実施の形態を示している。第1の実施の形態と重複する説明は適宜省略される。第2の実施の形態において、第1磁化固定層100及び第2磁化固定層200は共に、磁壁移動層30の上側に形成されている。第1電流端子10は、磁壁移動層30の第1磁化固定領域R1に直接接続され、第2電流端子20は、磁壁移動層30の第2磁化固定領域R2に直接接続されている。各層の構成や材料は、第1の実施の形態と同じである。
図6は、第3の実施の形態を示している。第1の実施の形態と重複する説明は適宜省略される。第3の実施の形態では、第1磁化固定層100の基準磁性体層110−3に、反強磁性層130が接触している。また、第2磁化固定層200の基準磁性体層210−2に、反強磁性層230が接触している。反強磁性層130、230の材料は、PtMn、IrMn、NiMn、FeMnといった反強磁性金属である。基準磁性体層の磁化方向は、隣接する反強磁性層との交換結合によって固定される。これにより、基準磁性体層に対する反転磁界が、他の磁性体層に対する反転磁界よりも大きくなる。
図7は、第4の実施の形態を示している。第4の実施の形態では、第2の実施の形態で示された積層構造に、第3の実施の形態で示された反強磁性層130、230が適用されている。
図8は、第5の実施の形態を示している。第1の実施の形態と重複する説明は適宜省略される。第5の実施の形態では、磁壁移動層30、磁性体層110、210は、垂直磁気異方性を有する。垂直磁気異方性を有する強磁性膜としては、Co/Ni積層膜、Co/Pt積層膜、Co−Pt合金膜、Co/Pd積層膜、CoCrPt合金膜、TbFeCo膜、NdFeB膜、FePt規則合金膜が例示される。反強磁性結合用の非磁性体層120、220の材料としては、RuあるいはCrが用いられる。
図9は、第6の実施の形態を示している。第5の実施の形態と重複する説明は適宜省略される。第6の実施の形態において、第1磁化固定層100及び第2磁化固定層200は共に、磁壁移動層30の上側に形成されている。第1電流端子10は、磁壁移動層30の第1磁化固定領域R1に直接接続され、第2電流端子20は、磁壁移動層30の第2磁化固定領域R2に直接接続されている。各層の構成や材料は、第5の実施の形態と同じである。
図10は、第7の実施の形態を示している。第7の実施の形態では、第5の実施の形態で示された積層構造に、第3の実施の形態で示された反強磁性層130、230が適用されている。
図11は、第8の実施の形態を示している。第8の実施の形態では、第6の実施の形態で示された積層構造に、第3の実施の形態で示された反強磁性層130、230が適用されている。
10 第1電流端子
20 第2電流端子
30 磁壁移動層
100 第1磁化固定層
110 磁性層
120 非磁性層
130 反強磁性層
200 第2磁化固定層
210 磁性層
220 非磁性層
230 反強磁性層
R1 第1磁化固定領域
R2 第2磁化固定領域
TS1 第1トラップサイト
TS2 第2トラップサイト
DW 磁壁
Claims (7)
- 第1領域と第2領域との間に磁壁を有する磁性体層である磁壁移動層と、
前記磁壁移動層の前記第1領域の磁化方向を第1方向に固定する第1磁化固定層と、
前記磁壁移動層の前記第2領域の磁化方向を前記第1方向と逆の第2方向に固定する第2磁化固定層と
を備え、
前記第1磁化固定層は、N1層の磁性体層とN1−1層の非磁性体層とが交互に積層された積層構造を含み、
N1は、3以上の奇数であり、
前記N1層の磁性体層のうち第1番目の磁性体層は、前記第1領域に接触し、且つ、前記第1方向の磁化を有し、
前記N1層の磁性体層のうち第i番目(i=1〜N1−1)の磁性体層と第i+1番目の磁性体層とは、前記N1−1層の非磁性体層のうち第i番目の非磁性体層を介して反強磁性結合しており、
前記第2磁化固定層は、N2層の磁性体層とN2−1層の非磁性体層とが交互に積層された積層構造を含み、
N2は、2以上の偶数であり、
前記N2層の磁性体層のうち第1番目の磁性体層は、前記第2領域に接触し、且つ、前記第2方向の磁化を有し、
前記N2層の磁性体層のうち第j番目(j=1〜N2−1)の磁性体層と第j+1番目の磁性体層とは、前記N2−1層の非磁性体層のうち第j番目の非磁性体層を介して反強磁性結合している
磁壁移動素子。 - 請求項1に記載の磁壁移動素子であって、
前記N1層の磁性体層のうち第N1番目の磁性体層に対する反転磁界は、前記N1層の磁性体層のうち他の磁性体層に対する反転磁界よりも大きく、
前記N2層の磁性体層のうち第N2番目の磁性体層に対する反転磁界は、前記N2層の磁性体層のうち他の磁性体層に対する反転磁界よりも大きい
磁壁移動素子。 - 請求項2に記載の磁壁移動素子であって、
前記N1層の磁性体層のうち前記第N1番目の磁性体層は、前記N1層の磁性体層のうち前記他の磁性体層よりも大きい保磁力を有し、
前記N2層の磁性体層のうち前記第N2番目の磁性体層は、前記N2層の磁性体層のうち前記他の磁性体層よりも大きい保磁力を有する
磁壁移動素子。 - 請求項3に記載の磁壁移動素子であって、
前記N1層の磁性体層のうち前記第N1番目の磁性体層は、前記N1層の磁性体層のうち前記他の磁性体層よりも大きい厚さを有し、
前記N2層の磁性体層のうち前記第N2番目の磁性体層は、前記N2層の磁性体層のうち前記他の磁性体層よりも大きい厚さを有する
磁壁移動素子。 - 請求項3に記載の磁壁移動素子であって、
前記N1層の磁性体層のうち前記第N1番目の磁性体層は、前記N1層の磁性体層のうち前記他の磁性体層の材料よりも大きい保磁力を有する材料で形成され、
前記N2層の磁性体層のうち前記第N2番目の磁性体層は、前記N2層の磁性体層のうち前記他の磁性体層の材料よりも大きい保磁力を有する材料で形成された
磁壁移動素子。 - 請求項2に記載の磁壁移動素子であって、
更に、
前記N1層の磁性体層のうち前記第N1番目の磁性体層に接触する第1反強磁性層と、
前記N2層の磁性体層のうち前記第N2番目の磁性体層に接触する第2反強磁性層と
を備える
磁壁移動素子。 - 請求項1乃至6のいずれか一項に記載の磁壁移動素子をメモリセルとして有する
磁気ランダムアクセスメモリ。
Priority Applications (1)
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JP2009061878A JP2010219156A (ja) | 2009-03-13 | 2009-03-13 | 磁壁移動素子、及び、磁気ランダムアクセスメモリ |
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