JP2011065718A - 磁気メモリ - Google Patents
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Abstract
【解決手段】磁気メモリは、磁化方向が固定された固定層12と、磁化方向が可変の記録層14と、固定層12と記録層14との間に設けられた非磁性層13とを含む磁気抵抗素子10を具備する。磁気抵抗素子10のMR比、平行状態に書き込む第1の方向の臨界電流値Ic−、反平行状態に書き込む第2の方向の臨界電流値Ic+とすると、
MR比≧|Ic+/Ic−|−1
を満たす場合に、読み出し電流の方向は第1の方向に設定される。
【選択図】 図7
Description
MR比=(Rap−Rp)/Rp
で表され、
前記平行状態に書き込む第1の方向の臨界電流値Ic−、前記反平行状態に書き込む第2の方向の臨界電流値Ic+とすると、
MR比≧|Ic+/Ic−|−1
を満たす場合に、読み出し電流の方向は前記第1の方向に設定される。
MR比=(Rap−Rp)/Rp
で表され、
前記平行状態に書き込む第1の方向の臨界電流値Ic−、前記反平行状態に書き込む第2の方向の臨界電流値Ic+とすると、
MR比≦|Ic+/Ic−|−1
を満たす場合に、読み出し電流の方向は前記第2の方向に設定される。
MR比=(Rap−Rp)/Rp
で表され、
前記平行状態に書き込む第1の方向の書き込み電流値Ic−、前記反平行状態に書き込む第2の方向の書き込み電流値Ic+とすると、
MR比≧|Iw+/Iw−|−1
を満たす場合に、読み出し電流の方向は前記第1の方向に設定される。
MR比=(Rap−Rp)/Rp
で表され、
前記平行状態に書き込む第1の方向の書き込み電流値Ic−、前記反平行状態に書き込む第2の方向の書き込み電流値Ic+とすると、
MR比≦|Iw+/Iw−|−1
を満たす場合に、読み出し電流の方向は前記第2の方向に設定される。
本実施形態では、抵抗変化型メモリとして磁気ランダムアクセスメモリ(MRAM:Magnetic Random Access Memory)が用いられる。MRAMは、磁気抵抗(magnetoresistive)効果を利用するMTJ(Magnetic Tunnel Junction)素子を記憶素子として備え、このMTJ素子の磁化配列により情報を記憶する。また、本実施形態のMRAMは、MTJ素子に双方向の電流を直接流すことにより情報を書き込むスピン注入型MRAMである。
|Ic−H|=ΔV/Rap ・・・(2)
なお、“||”は絶対値表記である。
ここで、読み出し電流にともなう擾乱について定式化を行う。擾乱は確率的に起こり、書き込み臨界電流に対して読み出し電流が大きければ大きいほど擾乱は起こりやすくなり、小さければ小さいほど擾乱は起こりにくくなる。そこで、臨界電流と読み出し電流との大きさの比の大小関係から最適な読み出し方向を決めることができる。この大小関係は、以下の式で示される。
|Ic+L/Ic+|≦|Ic−H/Ic−| ・・・(5)
と示される。擾乱を防ぐには、上式(4)においてはParallelizing方向、上式(5)においてはAnti-parallelizing方向に読み出し電流を設定するのが最適である。これらを式(1)、式(2)を用いてMR比、Ic+、Ic−で変形した式を以下に示す。
MR比≦|Ic+/Ic−|−1 ・・・(7)
上式(6)及び(7)をプロットしたグラフを図6に示す。MR比と書き込み臨界電流比|Ic+/Ic−|との関係から読み出し方向を決定することができる。この詳細について、図6を特徴的な領域で区分した図7を用いて説明する。
図8は、第1の実施形態に係るMRAMの構成を示すブロック図である。メモリセルアレイ21には、それぞれがカラム方向に延びる複数のビット線対BL,/BLが配設され、また、それぞれがカラム方向と交差するロウ方向に延びる複数のワード線WLが配設されている。1本のビット線対BL,/BLと1本のワード線WLとの交差領域に1つのメモリセルMCを配置するようにして、複数のメモリセルMCがマトリクス状に配置されたメモリセルアレイ21が構成される。なお、図8では、簡略化のために、2本のビット線対BL1〜2,/BL1〜2、2本のワード線WL1〜2、及び4個のメモリセルMCを示しているが、実際には、これより多くのメモリセルMCによってメモリセルアレイ21が構成される。
第2の実施形態は、第1の実施形態で説明した書き込み臨界電流に変えて書き込み電流を用いて、読み出し電流にともなう擾乱について定式化を行う。そして、MR比と書き込み電流比とを用いて読み出し電流の方向を決定するようにしている。
標準偏差σは、臨界電流値Ic+に比例するので、以下の式で示される。
上式(8)及び(9)より、書き込み電流値Iw+は、以下の式で示される。
同様に、書き込み電流値Iw−は、臨界電流値Ic−ばらつきから求まる標準偏差σを用いて例えば3σ範囲を考慮し、以下の式で示される。
標準偏差σは、臨界電流値Ic−に比例するので、以下の式で示される。
上式(11)及び(12)より、書き込み電流値Iw−は、以下の式で示される。
式(9)及び式(12)の比例係数A及び比例係数Bは等しいと考えられるので、式(10)及び式(13)より、書き込み電流値と臨界電流値との関係は、以下の式で示される。 |Iw+/Iw−|=|Ic+/Ic−| ・・・(14)
上式(14)から、臨界電流比は、式(8)と式(11)で定めた書き込み電流比と等しいことが導かれる。よって、臨界電流値の下での第1の実施形態を、書き込み電流に対して適用することができる。
MR比≦|Iw+/Iw−|−1 ・・・(16)
従って、MR比と書き込み電流比|Iw+/Iw−|との関係から、上式(15)においてはParallelizing方向、上式(16)においてはAnti-parallelizing方向に読み出し電流を設定する。
Claims (5)
- 磁化方向が固定された固定層と、磁化方向が可変の記録層と、前記固定層と前記記録層との間に設けられた非磁性層とを含む磁気抵抗素子を具備し、
前記固定層と前記記録層との磁化方向が平行状態での抵抗値Rp、前記固定層と前記記録層との磁化方向が反平行状態での抵抗値Rapとすると、
MR比=(Rap−Rp)/Rp
で表され、
前記平行状態に書き込む第1の方向の臨界電流値Ic−、前記反平行状態に書き込む第2の方向の臨界電流値Ic+とすると、
MR比≧|Ic+/Ic−|−1
を満たす場合に、読み出し電流の方向は前記第1の方向に設定されることを特徴とする磁気メモリ。 - 磁化方向が固定された固定層と、磁化方向が可変の記録層と、前記固定層と前記記録層との間に設けられた非磁性層とを含む磁気抵抗素子を具備し、
前記固定層と前記記録層との磁化方向が平行状態での抵抗値Rp、前記固定層と前記記録層との磁化方向が反平行状態での抵抗値Rapとすると、
MR比=(Rap−Rp)/Rp
で表され、
前記平行状態に書き込む第1の方向の臨界電流値Ic−、前記反平行状態に書き込む第2の方向の臨界電流値Ic+とすると、
MR比≦|Ic+/Ic−|−1
を満たす場合に、読み出し電流の方向は前記第2の方向に設定されることを特徴とする磁気メモリ。 - 磁化方向が固定された固定層と、磁化方向が可変の記録層と、前記固定層と前記記録層との間に設けられた非磁性層とを含む磁気抵抗素子を具備し、
前記固定層と前記記録層との磁化方向が平行状態での抵抗値Rp、前記固定層と前記記録層との磁化方向が反平行状態での抵抗値Rapとすると、
MR比=(Rap−Rp)/Rp
で表され、
前記平行状態に書き込む第1の方向の書き込み電流値Ic−、前記反平行状態に書き込む第2の方向の書き込み電流値Ic+とすると、
MR比≧|Iw+/Iw−|−1
を満たす場合に、読み出し電流の方向は前記第1の方向に設定されることを特徴とする磁気メモリ。 - 磁化方向が固定された固定層と、磁化方向が可変の記録層と、前記固定層と前記記録層との間に設けられた非磁性層とを含む磁気抵抗素子を具備し、
前記固定層と前記記録層との磁化方向が平行状態での抵抗値Rp、前記固定層と前記記録層との磁化方向が反平行状態での抵抗値Rapとすると、
MR比=(Rap−Rp)/Rp
で表され、
前記平行状態に書き込む第1の方向の書き込み電流値Ic−、前記反平行状態に書き込む第2の方向の書き込み電流値Ic+とすると、
MR比≦|Iw+/Iw−|−1
を満たす場合に、読み出し電流の方向は前記第2の方向に設定されることを特徴とする磁気メモリ。 - データの読み出し時に、前記磁気抵抗素子に前記読み出し電流を供給する読み出し回路をさらに具備することを特徴とする請求項1乃至4のいずれかに記載の磁気メモリ。
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