JP2012039015A - 磁気ランダムアクセスメモリ及びその初期化方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】磁壁移動型のMRAMは、垂直磁化膜である磁化記録層と、磁化記録層から電気的に絶縁された初期化配線と、を備える。磁化記録層は、第1磁化固定領域と、第2磁化固定領域と、第1磁化固定領域と第2磁化固定領域との間をつなぐように設けられた磁化反転領域と、を有する。磁化固定領域と磁化反転領域との境界には磁壁が形成される。磁壁を磁化記録層に導入する初期化処理の際、初期化配線には初期化電流が流れ、初期化電流によって磁化記録層には電流誘起磁界が印加される。その電流誘起磁界の強度あるいは方向が第1磁化固定領域と第2磁化固定領域とで異なるように、初期化配線が配置されている。
【選択図】図5B
Description
1−1.構成
図1A〜図1Cは、本発明の第1の実施の形態に係る磁壁移動素子1の構成を示している。図1Aは斜視図であり、図1Bは平面図であり、図1Cは側面図である。尚、Z方向は、基板に垂直な方向として定義され、X方向及びY方向は、Z方向に直角な水平方向として定義される。本実施の形態に係る磁壁移動素子1は、磁化記録層10、トンネルバリア層20、磁化固定層30、初期化配線50、第1電流供給端子T1、第2電流供給端子T2、及び第3電流供給端子T3を備えている。
データ書き込みは、スピン注入を利用した“電流駆動磁壁移動方式”で行われる。書き込み電流は、MTJを貫通する方向ではなく、磁化記録層10内を平面的に流れる。そのために上述の電流供給端子T1、T2が用いられ、それら電流供給端子T1、T2の間に書き込み電流が供給される。
次に、図5A及び図5Bを参照して、本実施の形態に係る磁壁移動素子1に対する「初期化処理」を詳しく説明する。尚、簡単のため、図5A及び図5Bでは、磁化記録層10及び初期化配線50(51、52)のみが図示されている。また、以下の説明において、Hc_11、Hc_12、及びHc_13は、それぞれ、第1磁化固定領域11、第2磁化固定領域12、及び磁化反転領域13の保磁力(即ち、磁化反転に必要な磁界)を表す。ここで、保磁力Hc_11、Hc_12、及びHc_13の間で、関係式「Hc_11,Hc_12>Hc_13」が成り立つとする。
まず、図5Aに示されるように、第1外部磁界HE1が一様に印加される。この第1外部磁界HE1の強さは、保磁力Hc_11、Hc_12、及びHc_13よりも十分大きく(HE1>Hc_11,Hc_12>Hc_13)、磁化記録層10の磁化は、全体的に、第1外部磁界HE1の方向を向く。例えば、第1外部磁界HE1の方向は+Z方向(第1方向)であり、磁化記録層10全体の磁化が+Z方向を向く。その後、第1外部磁界HE1の印加が停止する。
次に、図5Bに示されるように、第2外部磁界HE2が一様に印加される。この第2外部磁界HE2の方向は、上述の第1外部磁界HE1の方向と逆であり、例えば−Z方向(第2方向)である。この時、同時に、初期化配線50には初期化電流IIが供給される。
まず、比較例として、初期化配線50が無い場合を考える。この場合、初期化処理の第2ステップにおいて、一様な第2外部磁界HE2の印加だけによって、第1磁化固定領域11の磁化方向を維持したまま、第2磁化固定領域12の磁化方向を反転させる必要がある。そのためには、第1磁化固定領域11の保磁力Hc_11を、第2磁化固定領域12の保磁力Hc_12よりも大きくなるように磁気設計することが必要である。すなわち、関係式「Hc_11>Hc_12>Hc_13」が成り立つように、磁化記録層10を設計することが必要である。この場合、「Hc_11>HE2>Hc_12」という関係式を満たす第2外部磁界HE2を印加することによって、第1磁化固定領域11の磁化方向を維持したまま、第2磁化固定領域12の磁化方向を反転させることが可能となる。
図6は、本発明の第2の実施の形態に係る磁壁移動素子1の構成を示す平面図である。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の実施の形態によれば、初期化配線50が磁化記録層10の周囲を部分的に囲むように配置されている。より詳細には、第1初期化配線51は、第1磁化固定領域11の側面(第1境界B1以外)を囲むように配置されており、第2初期化配線52は、第2磁化固定領域12の側面(第2境界B2以外)を囲むように配置されている。これにより、第1の実施の形態の場合よりも小さい初期化電流(II1,II2)で、十分な大きさの電流誘起磁界(HI1,HI2)を印加することが可能となり、好適である。
図7は、本発明の第3の実施の形態に係る磁壁移動素子1の構成を示す平面図である。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の実施の形態によれば、第1の実施の形態における第1初期化配線51あるいは第2初期化配線52のいずれか一方が省略される。図7の例では、第2初期化配線52が省略され、第1磁化固定領域11側の第1初期化配線51だけが設けられている。
図10A〜図10Cは、本発明の第4の実施の形態に係る磁壁移動素子1の構成を示している。図10Aは斜視図であり、図10Bは平面図であり、図10Cは側面図である。第1の実施の形態と重複する説明は適宜省略される。
図12A〜図12Cは、本発明の第5の実施の形態に係る磁壁移動素子1の構成を示している。図12Aは斜視図であり、図12Bは平面図であり、図12Cは側面図である。第1の実施の形態と重複する説明は適宜省略される。
図15A〜図15Cは、本発明の第6の実施の形態に係る磁壁移動素子1の構成を示している。図15Aは斜視図であり、図15Bは平面図であり、図15Cは側面図である。第1の実施の形態と重複する説明は適宜省略される。
既出の第1〜第4の実施の形態において、初期化配線50を、第5〜第6の実施の形態で説明されたような補助配線として利用することもできる。すなわち、データ書き込み時に、初期化配線50に補助電流IAが供給される。これにより、磁化固定領域11、12に磁壁DWが侵入しにくくなる。
磁壁移動型の磁気ランダムアクセスメモリであって、
垂直磁化膜である磁化記録層と、
前記磁化記録層から電気的に絶縁された初期化配線と
を備え、
前記磁化記録層は、
磁化方向が第1方向に固定された第1磁化固定領域と、
磁化方向が第2方向に固定された第2磁化固定領域と、
磁化方向が反転可能であり、前記第1磁化固定領域と前記第2磁化固定領域との間をつなぐように設けられた磁化反転領域と
を有し、
前記第1磁化固定領域あるいは前記第2磁化固定領域と前記磁化反転領域との境界には磁壁が形成され、
前記磁壁を前記磁化記録層に導入する初期化処理の際、前記初期化配線には初期化電流が流れ、前記初期化電流によって前記磁化記録層には電流誘起磁界が印加され、
前記電流誘起磁界の強度あるいは方向が前記第1磁化固定領域と前記第2磁化固定領域とで異なるように、前記初期化配線が配置されている
磁気ランダムアクセスメモリ。
付記1に記載の磁気ランダムアクセスメモリであって、
前記初期化処理の際、前記第1磁化固定領域には前記第1方向の成分を有する第1電流誘起磁界が印加され、前記第2磁化固定領域には前記第2方向の成分を有する第2電流誘起磁界が印加される
磁気ランダムアクセスメモリ。
付記2に記載の磁気ランダムアクセスメモリであって、
前記初期化配線は、前記第1磁化固定領域と前記第2磁化固定領域との間に挟まれた領域の下方あるいは上方に配置されている
磁気ランダムアクセスメモリ。
付記2に記載の磁気ランダムアクセスメモリであって、
前記初期化配線は、
前記第1磁化固定領域の側方に配置され、前記初期化処理の際に第1初期化電流が流れる第1初期化配線と、
前記第2磁化固定領域の側方に配置され、前記初期化処理の際に第2初期化電流が流れる第2初期化配線と
を備え、
前記第1初期化電流によって前記第1磁化固定領域には前記第1電流誘起磁界が印加され、
前記第2初期化電流によって前記第2磁化固定領域には前記第2電流誘起磁界が印加される
磁気ランダムアクセスメモリ。
付記1に記載の磁気ランダムアクセスメモリであって、
前記第1磁化固定領域は、前記磁化反転領域との境界面以外に側面を有し、
前記第2磁化固定領域は、前記磁化反転領域との境界面以外に側面を有し、
前記第1初期化配線は、前記第1磁化固定領域の前記側面を囲むように配置されており、
前記第2初期化配線は、前記第2磁化固定領域の前記側面を囲むように配置されている
磁気ランダムアクセスメモリ。
付記1に記載の磁気ランダムアクセスメモリであって、
前記初期化配線は、前記第1磁化固定領域及び前記第2磁化固定領域のうち一方の側方に配置されている
磁気ランダムアクセスメモリ。
付記6に記載の磁気ランダムアクセスメモリであって、
前記第1磁化固定領域及び前記第2磁化固定領域のうち前記一方は、前記磁化反転領域との境界面以外に側面を有し、
前記初期化配線は、前記側面を囲むように配置されている
磁気ランダムアクセスメモリ。
付記1乃至7のいずれか一項に記載の磁気ランダムアクセスメモリであって、
更に、
前記第1磁化固定領域に電気的に接続された第1電流供給端子と、
前記第2磁化固定両機に電気的に接続された第2電流供給端子と
を備え、
データ書き込み時、書き込み電流が前記第1電流供給端子と前記第2電流供給端子との間に供給される
磁気ランダムアクセスメモリ。
磁気ランダムアクセスメモリの初期化方法であって、
前記磁気ランダムアクセスメモリは、
垂直磁化膜である磁化記録層と、
前記磁化記録層から電気的に絶縁された初期化配線と
を備え、
前記磁化記録層は、
第1磁化固定領域と、
第2磁化固定領域と、
前記第1磁化固定領域と前記第2磁化固定領域との間をつなぐように設けられた磁化反転領域と
を有し、
前記初期化配線には初期化電流が流れ、前記初期化電流によって前記磁化記録層には電流誘起磁界が印加され、
前記電流誘起磁界の強度あるいは方向が前記第1磁化固定領域と前記第2磁化固定領域とで異なるように、前記初期化配線が配置されており、
前記初期化方法は、
前記磁化記録層に第1方向の外部磁界を印加し、前記磁化記録層の磁化方向を前記第1方向に向けるステップと、
前記磁化記録層に第2方向の外部磁界を印加すると共に、前記初期化配線に前記初期化電流を供給することにより、前記第1磁化固定領域の磁化方向を前記第1方向に維持したまま、前記第2磁化固定領域の磁化方向を前記第2方向に反転させるステップと
を含む
磁気ランダムアクセスメモリの初期化方法。
磁壁移動型の磁気ランダムアクセスメモリであって、
垂直磁化膜であり、磁壁を有する磁化記録層と、
データ書き込み時に、前記磁壁を移動させるための書き込み電流を前記磁化記録層に供給する電流供給端子と、
前記磁化記録層から電気的に絶縁され、前記データ書き込み時に補助電流が流れる補助配線と
を備え、
前記補助電流によって、前記磁化記録層の少なくとも一方の端部には、面内方向の補助磁界が印加される
磁気ランダムアクセスメモリ。
10 磁化記録層
11 第1磁化固定領域
12 第2磁化固定領域
13 磁化反転領域
20 トンネルバリア層
30 磁化固定層
41 第1磁性層
42 第2磁性層
50 初期化配線
51 第1初期化配線
52 第2初期化配線
60 補助配線
61 第1補助配線
62 第2補助配線
B1 第1境界
B2 第2境界
DW 磁壁
HA 補助磁界
HA1 第1補助磁界
HA2 第2補助磁界
HE1 第1外部磁界
HE2 第2外部磁界
HI 電流誘起磁界
HI1 第1電流誘起磁界
HI2 第2電流誘起磁界
IA 補助電流
IA1 第1補助電流
IA2 第2補助電流
II 初期化電流
II1 第1初期化電流
II2 第2初期化電流
IR 読み出し電流
IW1 第1書き込み電流
IW2 第2書き込み電流
T1 第1電流供給端子
T2 第2電流供給端子
T3 第3電流供給端子
Claims (9)
- 磁壁移動型の磁気ランダムアクセスメモリであって、
垂直磁化膜である磁化記録層と、
前記磁化記録層から電気的に絶縁された初期化配線と
を備え、
前記磁化記録層は、
磁化方向が第1方向に固定された第1磁化固定領域と、
磁化方向が第2方向に固定された第2磁化固定領域と、
磁化方向が反転可能であり、前記第1磁化固定領域と前記第2磁化固定領域との間をつなぐように設けられた磁化反転領域と
を有し、
前記第1磁化固定領域あるいは前記第2磁化固定領域と前記磁化反転領域との境界には磁壁が形成され、
前記磁壁を前記磁化記録層に導入する初期化処理の際、前記初期化配線には初期化電流が流れ、前記初期化電流によって前記磁化記録層には電流誘起磁界が印加され、
前記電流誘起磁界の強度あるいは方向が前記第1磁化固定領域と前記第2磁化固定領域とで異なるように、前記初期化配線が配置されている
磁気ランダムアクセスメモリ。 - 請求項1に記載の磁気ランダムアクセスメモリであって、
前記初期化処理の際、前記第1磁化固定領域には前記第1方向の成分を有する第1電流誘起磁界が印加され、前記第2磁化固定領域には前記第2方向の成分を有する第2電流誘起磁界が印加される
磁気ランダムアクセスメモリ。 - 請求項2に記載の磁気ランダムアクセスメモリであって、
前記初期化配線は、前記第1磁化固定領域と前記第2磁化固定領域との間に挟まれた領域の下方あるいは上方に配置されている
磁気ランダムアクセスメモリ。 - 請求項2に記載の磁気ランダムアクセスメモリであって、
前記初期化配線は、
前記第1磁化固定領域の側方に配置され、前記初期化処理の際に第1初期化電流が流れる第1初期化配線と、
前記第2磁化固定領域の側方に配置され、前記初期化処理の際に第2初期化電流が流れる第2初期化配線と
を備え、
前記第1初期化電流によって前記第1磁化固定領域には前記第1電流誘起磁界が印加され、
前記第2初期化電流によって前記第2磁化固定領域には前記第2電流誘起磁界が印加される
磁気ランダムアクセスメモリ。 - 請求項1に記載の磁気ランダムアクセスメモリであって、
前記第1磁化固定領域は、前記磁化反転領域との境界面以外に側面を有し、
前記第2磁化固定領域は、前記磁化反転領域との境界面以外に側面を有し、
前記第1初期化配線は、前記第1磁化固定領域の前記側面を囲むように配置されており、
前記第2初期化配線は、前記第2磁化固定領域の前記側面を囲むように配置されている
磁気ランダムアクセスメモリ。 - 請求項1に記載の磁気ランダムアクセスメモリであって、
前記初期化配線は、前記第1磁化固定領域及び前記第2磁化固定領域のうち一方の側方に配置されている
磁気ランダムアクセスメモリ。 - 請求項6に記載の磁気ランダムアクセスメモリであって、
前記第1磁化固定領域及び前記第2磁化固定領域のうち前記一方は、前記磁化反転領域との境界面以外に側面を有し、
前記初期化配線は、前記側面を囲むように配置されている
磁気ランダムアクセスメモリ。 - 請求項1乃至7のいずれか一項に記載の磁気ランダムアクセスメモリであって、
更に、
前記第1磁化固定領域に電気的に接続された第1電流供給端子と、
前記第2磁化固定両機に電気的に接続された第2電流供給端子と
を備え、
データ書き込み時、書き込み電流が前記第1電流供給端子と前記第2電流供給端子との間に供給される
磁気ランダムアクセスメモリ。 - 磁気ランダムアクセスメモリの初期化方法であって、
前記磁気ランダムアクセスメモリは、
垂直磁化膜である磁化記録層と、
前記磁化記録層から電気的に絶縁された初期化配線と
を備え、
前記磁化記録層は、
第1磁化固定領域と、
第2磁化固定領域と、
前記第1磁化固定領域と前記第2磁化固定領域との間をつなぐように設けられた磁化反転領域と
を有し、
前記初期化配線には初期化電流が流れ、前記初期化電流によって前記磁化記録層には電流誘起磁界が印加され、
前記電流誘起磁界の強度あるいは方向が前記第1磁化固定領域と前記第2磁化固定領域とで異なるように、前記初期化配線が配置されており、
前記初期化方法は、
前記磁化記録層に第1方向の外部磁界を印加し、前記磁化記録層の磁化方向を前記第1方向に向けるステップと、
前記磁化記録層に第2方向の外部磁界を印加すると共に、前記初期化配線に前記初期化電流を供給することにより、前記第1磁化固定領域の磁化方向を前記第1方向に維持したまま、前記第2磁化固定領域の磁化方向を前記第2方向に反転させるステップと
を含む
磁気ランダムアクセスメモリの初期化方法。
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