JP2013201174A - 磁気記憶素子、磁気メモリ及び磁気記憶装置 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】実施形態によれば、磁性細線と、応力印加部と、記録再生部と、を含む磁気記憶素子が提供される。前記磁性細線は、磁壁により区分された複数の磁区を含む閉ループである。前記応力印加部は、前記磁性細線に応力を印加して前記磁壁を前記閉ループに沿って複数回周回させる。前記記録再生部は、前記磁壁の周回に伴って前記周回している前記磁区の磁化の向きを変化させて記憶情報を書き込み、前記周回している前記磁区の前記磁化の向きを検出し書き込まれた記憶情報を読み出す。
【選択図】図1
Description
なお、図面は模式的または概念的なものであり、各部分の厚みと幅との関係、部分間の大きさの比率などは、必ずしも現実のものと同一とは限らない。また、同じ部分を表す場合であっても、図面により互いの寸法や比率が異なって表される場合もある。
なお、本願明細書と各図において、既出の図に関して前述したものと同様の要素には同一の符号を付して詳細な説明は適宜省略する。
図1は、第1の実施形態に係る磁気記憶素子の構成を例示する模式的斜視図である。
図1に表したように、磁気記憶素子110は、磁性細線10と、第1電極11aと、第2電極11bと、応力印加部20と、記録再生部58と、を含む。
書き込み部50は、書き込み機能部55と、第1書き込み電極56aと、第2書き込み電極56bと、を含む。書き込み機能部55は、磁性細線10の一部(この例では、高導電磁性部10cのうちの第1部分10p)に対向する。第1書き込み電極56aの一端及び第2書き込み電極56bの一端は、書き込み機能部55に接続される。第1書き込み電極56aの他端及び第2書き込み電極56bの他端は、データ書き込み回路50cに電気的に接続される。
図2〜図4に表したように、磁性細線10は、複数の磁区15を有する。複数の磁区15は、磁壁16により区画されている。1つの磁区15の中では、磁化17の方向は、実質的に一定である。2つの磁区15どうしの間の領域が、磁壁16に相当する。
図5(a)に表したように、書き込み部50において、第1書き込み電極56aと第2書き込み電極56bとの間に磁性細線10(この例では高導電磁性部10c)が、配置される。書き込み機能部55は、例えば、第1書き込み電極56aと磁性細線10との間に配置される。書き込み機能部55は、例えば、磁化固定層55aと、非磁性層55bと、を含む。この例では、磁化固定層55aと磁性細線10との間に非磁性層55bが配置される。磁化固定層55aの磁化は特定の方向に向いている。
図6に表したように、本実施形態に係る磁気記憶素子111においては、応力印加部20の第1駆動電極21eは、磁性細線10が延在する平面に対して垂直な方向に沿って、第2駆動電極22eと対向する。これ以外は、磁気記憶素子110と同様であるので説明を省略する。
図7に表したように、本実施形態に係る磁気記憶素子112においては、磁性細線10の閉ループ10lは、角が丸い矩形状の形状を有する。そして、高導電磁性部10cは、第1方向に沿って延在する部分を有する第1辺部s1と、第1方向に沿って延在する部分を有する第1辺部s1と離間する第2辺部s2と、第1辺部s1の一端と第2辺部s2の一端とに接続され、第1方向に対して垂直な第2方向に延在する部分を有する第3辺部s3と、を有している。第1辺部s1と第3辺部s3との連結部分の形状は曲線状であり、第2辺部s2と第3辺部s3との連結部分の形状は曲線状である。高導電磁性部10cは、例えばU字状の形状を有する。
磁気記憶素子111及び112によっても、安定した動作が可能な磁気記憶素子が提供できる。
図8に表したように、本実施形態に係る磁気記憶素子113においては、磁性細線10の高導電磁性部10cの一端部10aは、他端部10bと重なる部分を有している。一端部10aは、一端部10aを通り閉ループ10lの内側から閉ループ10lの外側に向く方向A1に対して垂直な平面に投影したときに、他端部10bと重なる部分を有している。そして、低導電磁性部10iは、一端部10aのうちの上記の重なる部分と、他端部10bとの間に配置される。
図9に表したように、本実施形態に係る磁気記憶素子114においては、第1電極11aは、一端部10aを通り閉ループ10lの内側から閉ループ10lの外側に向く方向A1に対して垂直な平面に投影したときに、第2電極11bと重ならない。
これらの図は、応力印加部20の構成の例を示している。
図10(a)に表したように、1つの例の応力印加部20においては、第1圧電材料層21pの厚さは、低導電磁性部10iと第1圧電材料層21pとの界面に対して垂直な平面内において、変化する。第1圧電材料層21pにおいて、生じる応力が変化する。この構成により、磁壁16の移動に方向性を付与し易くなる。この例では、第2圧電材料層22pの厚さは、低導電磁性部10iと第2圧電材料層22pとの界面に対して垂直な平面内において、変化する。これにより、磁壁16の移動に方向性をさらに付与し易くなる。
図11に表したように、実施形態に係る磁気記憶素子115においては、基板5が設けられる。そして、複数の磁性細線10と、複数の第1電極11aと、複数の第2電極11bと、複数の応力印加部20と、複数の記録再生部58と、が、基板5の上に設けられている。複数の磁性細線10を設けることで、記憶容量が増大する。この構成においては、外部圧力を印加するために、複数の磁性細線に対して一対の電極が設けられる。つまり、図11に例示した構成は、図1、図2、図6、図7、図8及び図9に例示したような1つの閉回路の磁性細線に対して一対の圧力印加電極が設けられる構成と比べて、この電極には大きな面積を必要としない。このため、メモリとしての密度を上げやすくなる。このように、複数磁性細線のブロックごとに一斉に圧力印加を加える機構は、メモリ密度を向上させるという観点で有効な構成である。
図12に表したように、実施形態に係る磁気記憶素子116においては、複数の磁性細線10と、複数の第1電極11aと、複数の第2電極11bと、複数の記録再生部58と、が、基板5の上に設けられている。この例では、1つの応力印加部20が設けられる。1つの応力印加部20が、複数の磁性細線10(この例では、低導電磁性部10i)に応力を印加する。
図13(a)〜図13(c)に表したように、実施形態に係る磁気記憶素子116a〜116cにおいては、複数の磁性細線10と、複数の第1電極11aと、複数の第2電極11bと、複数の記録再生部58と、が、基板5の上に設けられている。1つの応力印加部20が、複数の磁性細線10(この例では、低導電磁性部10i)に応力を印加する。
図14は、第2の実施形態に係る磁気記憶素子の構成を例示する模式的斜視図である。 図14に表したように、本実施形態に係る磁気記憶素子120は、磁性細線10と、応力印加部20と、記録再生部58と、を含む。この例では、磁性細線10には、低導電磁性部10iは設けられない。磁性細線10は、高導電磁性部10cにより形成される。磁性細線10は、閉ループ10lである。
本実施形態によっても、安定した動作が可能な磁気記憶素子を提供できる。
図15に表したように、本実施形態に係る磁気記憶素子121においては、応力印加部20は、第2駆動電極22eと、第2圧電材料層22pと、をさらに含む。第2駆動電極22eは、磁性細線10に沿って設けられる。第1駆動電極21eと第2駆動電極22eとの間に磁性細線10が配置される。第2圧電材料層22pは、第2駆動電極22eと磁性細線10との間に設けられる。この場合には、第1駆動電極21eと第2駆動電極22eとが、応力印加回路20cに電気的に接続される。第1駆動電極21eと第2駆動電極22eとの間に電圧を印加して、第1圧電材料層21p及び第2圧電材料層22pに電圧を印加する。第1圧電材料層21p及び第2圧電材料層22pにより、磁性細線10に応力を印加する。これにより、磁性細線10の磁壁16が磁性細線10の閉ループ10lに沿って磁性細線10中を移動して、周回する。この例において、磁性細線10を応力印加回路20cにさらに接続し、所望の電圧を第1圧電材料層21pと第2圧電材料層22pとに独立して印加しても良い。
磁気記憶素子121によっても、安定した動作が可能な磁気記憶素子を提供できる。
図16に表したように、本実施形態に係る磁気記憶素子122においては、基板5が設けられる。複数の磁性細線10と複数の記録再生部58(図16では省略)とが、基板5の上に設けられる。この例では、1つの応力印加部20が設けられる。応力印加部20の第1駆動電極21eと第2駆動電極22eとの間に、複数の磁性細線10が配置される。複数の磁性細線10どうしの間に、圧電材料層20pが配置される。応力印加部20は、複数の磁性細線10に応力を印加する。
磁気記憶素子121によっても、安定した動作が可能な磁気記憶素子を提供できる。複数の磁性細線10を設けることで、記憶容量が増大する。
図17に表したように、本実施形態に係る別の磁気記憶素子123は、磁性細線10と、応力印加部20と、記録再生部58と、を含む。この例では、磁性細線10には、高導電磁性部10cは設けられない。磁性細線10は、低導電磁性部10iにより形成される。磁性細線10は、閉ループ10lである。
本実施形態によっても、安定した動作が可能な磁気記憶素子を提供できる。
図18に表したように、本実施形態に係る磁気記憶素子124においても、磁性細線10は、低導電磁性部10iにより形成される。応力印加部20は、第2駆動電極22eと、第2圧電材料層22pと、をさらに含む。第2駆動電極22eは、磁性細線10に沿って設けられる。第1駆動電極21eと第2駆動電極22eとの間に磁性細線10が配置される。第2圧電材料層22pは、第2駆動電極22eと磁性細線10との間に設けられる。
磁気記憶素子124によっても、安定した動作が可能な磁気記憶素子を提供できる。
図19に表したように、本実施形態に係る磁気記憶素子125においても、磁性細線10は、低導電磁性部10iにより形成される。これ例においても、基板5が設けられる。複数の磁性細線10と複数の記録再生部58(図19では省略)とが、基板5の上に設けられる。この例では、1つの応力印加部20が設けられる。応力印加部20の第1駆動電極21eと第2駆動電極22eとの間に、複数の磁性細線10が配置される。複数の磁性細線10どうしの間に、圧電材料層20pが配置される。応力印加部20は、複数の磁性細線10に応力を印加する。
磁気記憶素子125によっても、安定した動作が可能な磁気記憶素子を提供できる。複数の磁性細線10を設けることで、記憶容量が増大する。
図20は、第3の実施形態に係る磁気記憶装置の構成を例示する模式的斜視図である。
図20に表したように、本実施形態に係る磁気記憶装置280は、複数の磁気記憶素子を含む。この例では、磁気記憶素子として、第1の実施形態に関して説明した磁気記憶素子110が用いられている。実施形態はこれに限らず、第1及び第2実施形態に関して説明し任意の磁気記憶素子及びその変形を用いることができる。
磁気記憶装置280によれば、安定した動作が可能な磁気記憶装置を提供できる。
図21に表したように、本実施形態に係る磁気メモリ285において、図20に関して説明した磁気記憶装置280を複数含む。磁気記憶装置280は、1ブロックとなる。複数の磁気記憶装置280は、列方向または行方向に沿って並ぶ。ブロックの下層に、図示しないトランジスタが配置される。
図22に表したように、磁気メモリ285は、メモリセルアレイ300を含む。メモリセルアレイ300は、マトリクス状に配列された複数のメモリセルを有する。メモリセルは、例えば、磁気記憶素子110とスイッチング素子320と、を含む。メモリセルは、第1及び第2実施形態に係る任意の磁気記憶素子及びその変形を含む。
Claims (21)
- 磁壁により区分された複数の磁区を含む閉ループの磁性細線と、
前記磁性細線に応力を印加して前記磁壁を前記閉ループに沿って複数回周回させる応力印加部と、
前記磁壁の周回に伴って前記周回している前記磁区の磁化の向きを変化させて記憶情報を書き込み、前記周回している前記磁区の前記磁化の向きを検出し書き込まれた記憶情報を読み出す記録再生部と、
を備えた磁気記憶素子。 - 第1電極と、
第2電極と、
をさらに備え、
前記磁性細線は、
一端部と他端部とを有し、前記一端部と前記他端部との間で前記閉ループの一部に沿って延在する高導電磁性部と、
前記閉ループの他部に沿って延在し前記一端部と前記他端部とを接続し前記応力印加部により前記応力が印加され前記高導電磁性部の導電性よりも低い導電性を有する低導電磁性部と、
を含み、
前記第1電極は前記一端部に電気的に接続され、
前記第2電極は前記他端部に電気的に接続される請求項1記載の磁気記憶素子。 - 前記低導電磁性部は、前記高導電磁性部と磁気的に結合している請求項2記載の磁気記憶素子。
- 前記低導電磁性部は、磁性酸化物、磁性窒化物及び磁性酸窒化物の少なくともいずれかを含む請求項2または3に記載の磁気記憶素子。
- 前記低導電磁性部は、Fe、Co及びNiの少なくともいずれかを含む酸化物、Fe、Co及びNiの少なくともいずれかを含む窒化物、並びに、Fe、Co及びNiの少なくともいずれかを含む酸窒化物の少なくともいずれかを含む請求項2〜4のいずれか1つに記載の磁気記憶素子。
- 前記低導電磁性部の磁歪定数の絶対値は、10−5以上10−2以下である請求項2〜5のいずれか1つに記載の磁気記憶素子。
- 前記応力印加部は、前記低導電磁性部に接する請求項2〜6のいずれか1つに記載の磁気記憶素子。
- 前記応力印加部は、
第1駆動電極と、
前記第1駆動電極と前記低導電磁性部との間に設けられた第1圧電材料層と、
を含む請求項2〜7のいずれか1つに記載の磁気記憶素子。 - 前記応力印加部は、
第2駆動電極であって、前記第1駆動電極と前記第2駆動電極との間に前記低導電磁性部が配置される第2駆動電極と、
前記第2駆動電極と前記低導電磁性部との間に設けられた第2圧電材料層と、
をさらに含む請求項8記載の磁気記憶素子。 - 前記応力印加部は、
前記磁性細線に沿って設けられた第1駆動電極と、
前記第1駆動電極と前記磁性細線との間に設けられた第1圧電材料層と、
を含む請求項1記載の磁気記憶素子。 - 前記応力印加部は、
前記磁性細線に沿って設けられた第2駆動電極であって、前記第1駆動電極と前記第2駆動電極との間に前記磁性細線が配置される第2駆動電極と、
前記第2駆動電極と前記磁性細線との間に設けられた第2圧電材料層と、
をさらに含む請求項10記載の磁気記憶素子。 - 前記第1駆動電極は、前記第1圧電材料層の一部に接する請求項8〜11のいずれか1つに記載の磁気記憶素子。
- 前記第1圧電材料層の厚さは、変化する請求項8〜11のいずれか1つに記載の磁気記憶素子。
- 前記磁性細線は、第1部分と第2部分とを有し、
前記記録再生部は、
前記周回している前記磁区の磁化の向きを前記第1部分において変化させて記憶情報を書き込む書き込み部と、
前記周回している前記磁区の前記磁化の向きを前記第2部分において検出し書き込まれた記憶情報を読み出す読み出し部と、
を含む請求項1〜13のいずれか1つに記載の磁気記憶素子。 - 前記第2部分の前記閉ループにおける位置から、前記第1部分の前記閉ループにおける位置までの、前記磁壁の移動の方向に沿った前記閉ループ上の距離は、drw(メートル)であり、
前記磁区の前記移動の前記閉ループに沿った速度は、v(メートル/秒)であり、
前記書き込み部は、前記読み出し部が前記読み出し動作を実施してからdrw/v(秒)後に書き込み動作を実施する請求項14記載の磁気記憶素子。 - 複数の前記磁性細線が設けられ、
応力印加部は、前記複数の磁性細線に前記応力を印加する請求項1〜15のいずれか1つに記載の磁気記憶素子。 - 前記応力印加部は、PZT(Pb(Zr,Ti)O3)、AlN、PLZT(チタン酸ジルコン酸鉛)、KNbO3、ZnO、SiO2、LiNbO3、La3Ga5SiO14、KNaC4H4O6・4H2O、及び、Li2B4O7の少なくともいずれかを含む請求項1〜16のいずれか1つに記載の磁気記憶素子。
- 磁壁により区分された複数の磁区を含む閉ループの磁性細線と、
前記磁性細線に応力を印加して前記磁壁を前記閉ループに沿って複数回周回させる応力印加部と、
前記磁壁の周回に伴って前記周回している前記磁区の磁化の向きを変化させて記憶情報を書き込み、前記周回している前記磁区の前記磁化の向きを検出し書き込まれた記憶情報を読み出す記録再生部と、
第1電極と、
第2電極と、
を備え、
前記磁性細線は、
一端部と他端部とを有し、前記一端部と前記他端部との間で前記閉ループの一部に沿って延在する高導電磁性部と、
前記閉ループの他部に沿って延在し前記一端部と前記他端部とを接続し前記応力印加部により前記応力が印加され前記高導電磁性部の導電性よりも低い導電性を有する低導電磁性部と、
を含み、
前記第1電極は前記一端部に電気的に接続され、
前記第2電極は前記他端部に電気的に接続され
前記一端部は、前記他端部と重なる部分を有し、
前記低導電磁性部は、前記重なる部分と前記他端部との間に配置される磁気記憶素子。 - 前記第1電極は、前記第2電極と重ならない請求項18記載の磁気記憶素子。
- 請求項1〜19のいずれか1つに記載の磁気記憶素子を複数備えた磁気記憶装置。
- 請求項20記載の磁気記憶装置を複数備えた磁気メモリ。
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