JP2013191873A - 磁気ランダムアクセスメモリ - Google Patents
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Abstract
【解決手段】磁気ランダムアクセスメモリ10は、メモリセルMCと、データ読み出し時にリファレンスレベルを生成するために参照されるリファレンスセルRCとを備える。メモリセルMCは、抵抗値が第1値と第2値の間で切り換わる第1磁気抵抗素子200を含む。一方、リファレンスセルRCは、抵抗値が第1値と第2値の間の第3値に固定された第2磁気抵抗素子250を含む。
【選択図】図10
Description
図1は、一般的なMRAMの構成を概略的に示している。MRAM1のメモリセルアレイ2は、マトリックス状に配置された複数のセルを有している。より詳細には、セルには、データ記録用のメモリセルMCと、データ読み出し時にリファレンスレベルを生成するために参照されるリファレンスセルRC0、RC1が含まれる。メモリセルMC、リファレンスセルRC0及びRC1は、同一の構造の磁気抵抗素子を有している。
1−1.基本構成
図3は、本発明の第1の実施の形態に係るメモリセルMC及びリファレンスセルRCの構造を示している。
図5は、本実施の形態が磁界書き込み型に適用された場合を示している。磁界書き込み型の場合、メモリセルMCの第1磁気抵抗素子100の近傍に書き込み配線140が設けられる。データ書き込み時、書き込み配線140には書き込み電流が流れ、その書き込み電流により発生する磁界が磁化自由層130に印加される。磁化自由層130に印加される磁界は、磁化固定層110の磁化方向と平行あるいは反平行な成分を含む。
図6は、第1の実施の形態がスピン注入型に適用された場合を示している。スピン注入型の場合、データ書き込み時の書き込み電流もMTJを貫通するように流される。つまり、書き込み電流は、トンネルバリヤ層120を通して磁化固定層110と磁化自由層130との間に流れる。
図7は、第1の実施の形態が磁壁移動型に適用された場合のメモリセルMC及びリファレンスセルRCの構造を示している。磁壁移動型の場合、磁化自由層には磁壁が形成され、書き込みデータに応じて磁壁が移動する。
2−1.基本構成
図10は、本発明の第2の実施の形態に係るメモリセルMC及びリファレンスセルRCの構造を示している。第2の実施の形態では、垂直磁気異方性を有する垂直磁化膜が用いられる。垂直磁化膜は、Fe、Co、Niのうちから選択される少なくとも一つ以上を含むことが望ましい。さらに、PtやPdを含むことで垂直磁気異方性を安定化することができる。これに加えて、B、C、N、O、Al、Si、P、Ti、V、Cr、Mn、Cu、Zn、Zr、Nb、Mo、Tc、Ru、Rh、Ag、Hf、Ta、W、Re、Os、Ir、Au、Smなどを添加することによって、所望の磁気特性が発現されるように調整することができる。好適な垂直磁化膜としてCo−Pt−Crの合金が例示される。
図12は、第2の実施の形態がスピン注入型に適用された場合を示している。端子T210、T230が磁化固定層210及び磁化自由層230のそれぞれに電気的に接続されている。データ“1”の書き込み時、第1書き込み電流IW1が端子T210から端子T230に流れる。この場合、磁化固定層210と同じスピン状態を有する電子が、磁化自由層230から磁化固定層210に移動する。スピントランスファーにより、磁化自由層230の磁化方向が−Z方向に反転する。一方、データ“0”の書き込み時、第2書き込み電流IW2が端子T230から端子T210に流れる。この場合、磁化固定層210と同じスピン状態を有する電子が、磁化固定層210から磁化自由層230に移動する。スピントランスファーにより、磁化自由層230の磁化方向が+Z方向に反転する。
図13は、第2の実施の形態が磁壁移動型に適用された場合のメモリセルMC及びリファレンスセルRCの構造を示している。
本発明の第3の実施の形態は、磁壁移動型に適用される。既出の実施の形態で説明されたように、磁壁移動型の場合、メモリセルMCの磁化自由層中で磁壁が移動する。そして、磁壁の位置によって抵抗値“R0”あるいは“R1”が決まる。第3の実施の形態では、リファレンスセルRCの磁化自由層において、抵抗値が“R0.5”となる位置に磁壁が形成される。
RC リファレンスセル
10 MRAM
20 メモリセルアレイ
30 読み出し回路
100,200,300 第1磁気抵抗素子
110,210,310 磁化固定層
120,220,320 トンネルバリヤ層
130,230,330 磁化自由層
131,231,331 第1磁化固定領域
132,232,332 第2磁化固定領域
133,233,333 磁化反転領域
134,135 ノッチ
140 書き込み配線
150,250,350 第2磁気抵抗素子
160,260,360 磁化固定層
170,270,370 トンネルバリヤ層
180,280,380 磁化自由層
181,281,381 第1磁化固定領域
182,282,382 第2磁化固定領域
183,283 磁化領域
184,185 ノッチ
290 面内磁化膜
Claims (3)
- 抵抗値が第1値と第2値の間で切り換わる第1磁気抵抗素子を含むメモリセルと、
前記メモリセルからのデータ読み出し時にリファレンスレベルを生成するために参照されるリファレンスセルと
を備え、
前記リファレンスセルは、抵抗値が前記第1値と前記第2値の間の第3値に固定された第2磁気抵抗素子を含み、
前記第1磁気抵抗素子は、
磁化方向が固定された第1磁化固定層と、
磁化方向が前記第1磁化固定層の磁化方向と平行あるいは反平行となる磁化反転領域を少なくとも含む第1磁化自由層と、
前記第1磁化固定層と前記磁化反転領域に挟まれた第1非磁性層と
を有し、
前記第2磁気抵抗素子は、
磁化方向が第1方向である磁化領域を少なくとも含む第2磁化自由層と、
磁化方向が前記第1方向と直交する第2方向に固定された第2磁化固定層と、
前記第2磁化固定層と前記磁化領域に挟まれた第2非磁性層と
を有する
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磁化固定層、前記第1磁化自由層、前記第2磁化固定層及び前記第2磁化自由層は、垂直磁気異方性を有し、
前記第2磁化自由層の前記磁化領域は、面内磁気異方性を有する強磁性膜または反強磁性膜と隣接しており、
前記第1方向は面内方向である
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、
前記第1磁化固定層、前記第1磁化自由層、前記第2磁化固定層及び前記第2磁化自由層は、垂直磁気異方性を有し、
前記第2磁化固定層は、面内磁気異方性を有する強磁性膜または反強磁性膜と隣接しており、
前記第2方向は面内方向である
磁気ランダムアクセスメモリ。
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