JP2013162132A - 線形読出信号を用いた自己参照mram素子 - Google Patents
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Abstract
本発明の開示は、磁気抵抗を有する磁気トンネル接合部を備えた自己参照MRAM素子に関する。
【解決手段】
この磁気トンネル接合部は、この磁気トンネル接合部が低い方の温度閾値に有る時に第一の方向に沿ってピニングされる記録磁化を有する記録層と、読出磁化を有する読出層と、記録層と読出層の間に配備されたトンネル障壁層とを備え、このMRAM素子は、更に、第一の方向に対してほぼ垂直な第二の方向に沿って磁気異方性を読出磁化に与えて、第二の方向に対して読出磁化を調整するように配備された方向調整器を備えており、この方向調整器は、更に、第一の読出磁界が印加されている時に、磁気トンネル接合部の抵抗の変動範囲が磁気抵抗の少なくとも約20%となるように構成されている。この自己参照MRAMセルは、信頼性を向上した形で読み出すことができるとともに、電力消費量が低減されている。
【選択図】 図1
Description
第一の読出方向に読出磁化を調整する工程と、
第一の接合抵抗値を測定する工程と、
第二の読出方法に読出磁化を調整する工程と、
第二の接合抵抗値を測定する工程と、
を有し、
読出磁化の第二の方向に対する調整が行なわれて、磁気抵抗の少なくとも約20%の範囲内で接合抵抗値を線形的に変化させる。
磁気トンネル接合部2を高い方の温度閾値に加熱する工程と、
記録磁化231の向きを調整する工程と、
磁気トンネル接合部2を低い方の温度閾値に冷却する工程と、
から構成できる。
第一の読出方向に読出磁化211を調整する工程と、
第一の接合抵抗値R1を測定する工程と、
第二の読出方向に読出磁化211を調整する工程と、
第二の接合抵抗値R2を測定する工程と、
から構成できる。
第一の読出磁界44の中間の磁界の強さHでは、接合抵抗Rは、平行と逆平行の方向の中間の方向(−90°<α<+90°)に調整された読出磁化211に対応して、高い方と低い方の接合抵抗値Rmax,Rminの間に有る中間値を採る。図3では、そのことが、第一の極性の第一の磁界の強さH1と第二の極性の第二の磁界の強さH2で第一の読出磁界44を印加した場合に測定される第一と第二の接合抵抗値R1とR2により示されている。好ましくは、第一の読出磁界44は、図3に図示されている通り、第一と第二の接合抵抗値R1,R2が抵抗応答曲線70の線形的な部分に含まれるような磁界とされる。言い換えると、第一の読出磁界44は、読出操作中に、接合抵抗Rが次の式の変動範囲内で変化するように印加される。
この変動範囲VRは、読出操作の信頼性を向上させるように、大きくすべきである。好ましくは、この変動範囲VRは、磁気トンネル接合部2の磁気抵抗MRの少なくとも約20%とすべきである。第一の読出磁界44は、極性が交番する第一の読出電流43を流すことにより、周期的な形態で、即ち、第一と第二の極性の間を振動する形で印加することもできる。従って、読出磁化211は、第二の方向61に対して揺動する。後者の代替形態は、読出操作の速度を向上させることができる。
2 磁気トンネル接合部
20 第二の反強磁性層
21 読出層
211 読出磁化
22 トンネル障壁層
23 合成記録層
231 第一の強磁性層
232 第二の強磁性層
24 第一の反強磁性層
3 電流線
31 加熱電流
4 第一のフィールド線
41 書込電流
42 書込磁界
43 第一の読出電流
44 第一の読出磁界
5 第二のフィールド線
51 第二の読出電流
52 第二の読出磁界
60 第一の方向
61 第二の方向
70 抵抗応答曲線
71 傾斜が緩やかな抵抗応答曲線
H 磁界の強さ
R 抵抗
R1 第一の抵抗
R2 第二の抵抗
R1/2 ゼロフィールド抵抗
Rmax 高い方の抵抗
Rmin 低い方の抵抗
TC1 第一の臨界温度
TC2 第二の臨界温度
MR 磁気抵抗
VR 変動範囲
Claims (8)
- 接合抵抗を有する磁気トンネル接合部を備えた自己参照磁気ランダムアクセスメモリ(MRAM)素子において、
この磁気トンネル接合部は、
この磁気トンネル接合部が低い方の温度閾値に有る時に第一の方向に沿ってピニングされる記録磁化を有する記録層と、
読出磁化を有する読出層と、
記録層と読出層の間に配備されたトンネル障壁層と、
を備えるとともに、
この読出磁化が記録磁化に対して逆平行である時の高い方の接合抵抗値と、この読出磁化が記録磁化に対して平行である時の低い方の接合抵抗値との間の差分に応じた磁気抵抗を有し、
このMRAM素子が、更に、
第一の方向に対してほぼ垂直な第二の方向に沿って磁気異方性を読出磁化に与えるために配備された方向調整器と、
第二の方向に対して読出磁化を調整して、前記の磁気抵抗の少なくとも約20%の範囲内で接合抵抗を変化させるように構成された第一の読出磁界を印加するための第一の電流線と、
を備えており、
この方向調整器が、更に、接合抵抗を前記の範囲内で線形的に変化させるように構成されている、
MRAM素子。 - 当該の方向調整器は、磁気トンネル接合部が低い方の温度閾値に有り、第一の読出磁界が印加されていない時に第二の方向に沿って読出磁化をピニングするように読出層と交換結合する第二の反強磁性層を備えている請求項1に記載のMRAM素子。
- 前記の第二の反強磁性層と読出層の間の交換結合は、磁気トンネル接合部が低い方の温度閾値に有り、第一の読出磁界が印加されている時に第二の方向に対して読出磁化を調整できる交換結合である請求項2に記載のMRAM素子。
- 前記の第二の反強磁性層と読出層の間の交換結合は、磁気抵抗が当該の範囲内で線形的に変化するように抵抗応答曲線をシフトさせる請求項2に記載のMRAM素子。
- 前記の方向調整器が、第一の電流線に対してほぼ垂直である、第二の界磁電流を流して第二の方向に沿って読出磁化を飽和させるように構成された第二の電流線を備えている請求項1に記載のMRAM素子。
- 磁気トンネル接合部が低い方の温度閾値に有り、第一の読出磁界が印加されている時に第一の方向に沿って読出磁化をピニングするように記録層と交換結合する第一の反強磁性層が更に配備されている請求項1に記載のMRAM素子。
- 磁気トンネル接合部と、
第一の方向に対してほぼ垂直な第二の方向に沿って磁気異方性を読出磁化に与えるために配備された方向調整器と、
第一の読出磁界を印加するための第一の電流線と、
を備えたMRAM素子の読出方法であって、
この磁気トンネル接合部は、
この磁気トンネル接合部が低い方の温度閾値に有る時に第一の方向に沿ってピニングされる記録磁化を有する記録層と、
読出磁化を有する読出層と、
記録層と読出層の間に配備されたトンネル障壁層と、
を備えるとともに、
この読出磁化が記録磁化に対して逆平行である時の高い方の接合抵抗値と、この読出磁化が記録磁化に対して平行である時の低い方の接合抵抗値との間の差分に応じた磁気抵抗を有する、
MRAM素子の読出方法において、
第一の読出方向に読出磁化を調整する工程と、
第一の接合抵抗値を測定する工程と、
第二の読出方向に読出磁化を調整する工程と、
第二の接合抵抗値を測定する工程と、
を有し、
この読出磁化の第二の方向に対する調整が行なわれて、前記の磁気抵抗の少なくとも約20%の範囲内で接合抵抗値を線形的に変化させる、
方法。 - 当該の読出磁化の調整が、第一のフィールド線に第一の読出電流を流すことにより第一の読出磁界を印加することで実行される請求項7に記載の方法。
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