JP2020150142A - 磁気記憶装置 - Google Patents
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Abstract
Description
図面は模式的または概念的なものであり、各部分の厚さと幅との関係、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。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。
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実施形態に係る磁気記憶装置を例示する模式図である。
図1に示すように、実施形態に係る磁気記憶装置110は、導電部材21、第1磁性層11、第1対向磁性層11c、第1中間磁性層11i、第1導電層11e及び第1非磁性層11nを含む。例えば、第1磁性層11、第1中間磁性層11i及び第1非磁性層11nは、第1構造体SB1に含まれる。この例では、第1構造体SB1は、第1対向磁性層11c及び第1導電層11eをさらに含む。
図2に示すように、実施形態に係る磁気記憶装置111は、導電部材21及び第1構造体SB1に加えて、第2構造体SB2を含む。この例では、第3構造体SB3がさらに設けられている。このように、1つの導電部材21に複数の構造体(メモリセル)が設けられても良い。1つの導電部材21に設けられる複数の構造体の数は任意である。以下、磁気記憶装置111について、磁気記憶装置110とは異なる部分について説明する。
第3動作においては、制御部70は、第1部分21aから第4部分21dへの第1電流を導電部材21に供給しつつ、第1磁性層11の電位を第1電位とし、第2磁性層12の電位をこの第1電位とする。第1電位は、例えば、選択電位である。電位は、例えば、導電部材21の電位を基準にした電位である。
図3(a)は、第1磁性層11に上記の第2電圧(非選択電圧)が印加されている状態に対応する。図3(b)は、第1磁性層11に上記の第1電圧(選択電圧)が印加されている状態に対応する。
以下、第2実施形態について、第1実施形態と異なる部分について説明する。
図4に示すように、実施形態に係る磁気記憶装置120は、導電部材21、第1磁性層11、第1対向磁性層11c、第1中間磁性層11i及び第1非磁性層11nを含む。例えば、第1磁性層11、第1中間磁性層11i及び第1非磁性層11nは、第1構造体SB1に含まれる。
図5に示すように、実施形態に係る磁気記憶装置121のように、第2構造体SB2及び第3構造体SB3をさらに含んでも良い。以下、磁気記憶装置121における第2構造体SB2について、説明する。
以下、第3実施形態について、第1実施形態と異なる部分について説明する。
図6(a)は、平面図である。図6(b)は、図6(a)のA1−A2線断面図である。
図7は、磁気記憶装置に含まれる回路を例示する模式図である。
図7は、第1検出回路77Aを例示している。第1検出回路77Aは、例えば、読み出し回路である。第1検出回路77Aは、例えば、制御部70に含まれても良い。図7に示すように、第1構造体SB1の一端が配線70aに接続される。配線70aは、例えばビット線である。第1構造体SB1の他端は、導電部材21に接続される。導電部材21は、スイッチsw21に接続される。
図8の横軸は、読み出し動作において第1構造体SB1に印加されるバイアス電圧Vb1に対応する。縦軸は、第1構造体SB1の電気抵抗R1に対応する。図8には、実施形態に係る磁気記憶装置(例えば磁気記憶装置110)の特性が例示されている。既に説明したように、磁気記憶装置110においては、第1対向磁性層11c、第1導電層11e及び第1中間磁性層11iが設けられる。第1中間磁性層11iは、第1対向磁性層11cからの漏洩磁界の作用を受ける。第1中間磁性層11iには、スピントルクの影響が大きく作用する。第1導電層11eは、STTを抑制する。このため、第1中間磁性層11iの磁化は、変化し易い。第1中間磁性層11iは、例えば、リテンションが小さく、「軽い感受層」として、機能する。
(構成1)
第1部分と、第2部分と、前記第1部分と前記第2部分との間の第3部分と、を含む導電部材と、
第1磁性層と、
前記第3部分と前記第1磁性層との間に設けられた第1対向磁性層と、
前記第1対向磁性層と前記第1磁性層との間に設けられた第1中間磁性層と、
前記第1対向磁性層と前記第1中間磁性層との間に設けられた第1導電層と、
前記第1中間磁性層と前記第1磁性層との間に設けられた第1非磁性層と、
を備え、
前記第1導電層は、第1材料、第2材料、第3材料及び第4材料よりなる群から選択された少なくとも1つを含み、
前記第1材料は、W、Mo、Zr、Nb及びVよりなる群から選択された少なくとも1つを含む、
前記第2材料は、金属窒化物を含み、
前記第3材料は、金属酸化物を含み、
前記第4材料は、Ru、Ir及びCrよりなる群から選択された少なくとも1つを含み、前記第4材料の少なくとも一部はアモルファスである、磁気記憶装置。
前記第1対向磁性層から前記第1磁性層への第1方向に沿う前記第1導電層の厚さは、2nm以上10nm以下である、構成1記載の磁気記憶装置。
前記第1対向磁性層から前記第1磁性層への第1方向に沿う前記第1中間磁性層の厚さは、前記第1方向に沿う前記第1対向磁性層の厚さよりも薄い、構成1記載の磁気記憶装置。
前記第1材料の少なくとも一部は、アモルファスである、構成1〜3のいずれか1つに記載の磁気記憶装置。
前記第1導電層の電気抵抗率は、前記導電部材の電気抵抗率よりも高い、構成1〜4のいずれか1つに記載の磁気記憶装置。
前記第1部分及び前記第2部分と電気的に接続された制御部をさらに備え、
前記制御部は、前記第1部分から前記第2部分への第1電流を前記導電部材に供給する第1動作と、前記第2部分から前記第1部分への第2電流を前記導電部材に供給する第2動作と、を実施可能であり、
前記第1動作の後の第1状態において、前記第1部分と前記第1磁性層との間の第1電流経路の第1電気抵抗は、前記第2動作の後の、前記第1電流経路の第2電気抵抗とは異なる、構成1〜5のいずれか1つに記載の磁気記憶装置。
第2磁性層と、
第2対向磁性層と、
第2中間磁性層と、
第2導電層と、
第2非磁性層と、
をさらに備え、
前記導電部材は、第4部分及び第5部分をさらに含み、前記第1部分と前記第4部分との間に前記第3部分があり、前記第3部分と前記第4部分との間に前記第2部分があり、前記第2部分と前記第4部分との間に前記第5部分があり、
前記第2対向磁性層は、前記第5部分と前記第2磁性層との間に設けられ、
前記第2中間磁性層は、前記第2対向磁性層と前記第2磁性層との間に設けられ、
前記第2導電層は、前記第2対向磁性層と前記第2中間磁性層との間に設けられ、
第2非磁性層は、前記第2中間磁性層と前記第2磁性層との間に設けられた、構成1〜5のいずれか1つに記載の磁気記憶装置。
前記第1部分、前記第4部分、前記第1導電層及び第2導電層と電気的に接続された制御部をさらに備え、
前記制御部は、
前記第1部分から前記第4部分への第1電流を前記導電部材に供給しつつ、前記第1磁性層の電位を第1電位とし、前記第2磁性層の電位を前記第1電位とする第3動作と、
前記第4部分から前記第1部分への第2電流を前記導電部材に供給しつつ、前記第1磁性層の前記電位を前記第1電位とし、前記第2磁性層の前記電位を前記第1電位とは異なる第2電位とする第4動作と、
を実施可能であり、
前記第3動作の後の第1状態における、前記第1部分と前記第1磁性層との間の第1電流経路の第1電気抵抗と、前記第1部分と前記第2磁性層との間の第2電流経路の第2電気抵抗と、の差の絶対値は、前記第1状態の後の前記第4動作の後の第2状態における、前記第1電流経路の第3電気抵抗と、前記第2電流経路の第4電気抵抗と、の差の絶対値よりも小さい、構成7記載の磁気記憶装置。
第1部分と、第2部分と、前記第1部分と前記第2部分との間の第3部分と、を含む導電部材と、
第1磁性層と、
第1対向磁性層であって、前記第1対向磁性層と前記第1磁性層との間に前記第3部分がある、前記第1対向磁性層と、
前記第3部分と前記第1磁性層との間に設けられた第1中間磁性層と、
前記第1中間磁性層と前記第1磁性層との間に設けられた第1非磁性層と、
を備えた磁気記憶装置。
前記第1対向磁性層から前記第1磁性層への第1方向に沿う前記導電部材の厚さは、1nm以上15nm以下である、構成9記載の磁気記憶装置。
前記第1対向磁性層から前記第1磁性層への第1方向に沿う前記第1中間磁性層の厚さは、前記第1方向に沿う前記第1対向磁性層の厚さよりも薄い、構成9記載の磁気記憶装置。
前記第1部分及び前記第2部分と電気的に接続された制御部をさらに備え、
前記制御部は、前記第1部分から前記第2部分への第1電流を前記導電部材に供給する第1動作と、前記第2部分から前記第1部分への第2電流を前記導電部材に供給する第2動作と、を実施可能であり、
前記第1動作の後の第1状態において、前記第1部分と前記第1磁性層との間の第1電流経路の第1電気抵抗は、前記第2動作の後の、前記第1電流経路の第2電気抵抗とは異なる、構成9〜11のいずれか1つに記載の磁気記憶装置。
第2磁性層と、
第2対向磁性層と、
第2中間磁性層と、
第2非磁性層と、
をさらに備え、
前記導電部材は、第4部分及び第5部分をさらに含み、前記第1部分と前記第4部分との間に前記第3部分があり、前記第3部分と前記第4部分との間に前記第2部分があり、前記第2部分と前記第4部分との間に前記第5部分があり、
前記第5部分は、前記第2対向磁性層と前記第2磁性層との間にあり、
前記第2中間磁性層は、前記第5部分と前記第2磁性層との間に設けられ、
前記第2非磁性層は、前記第2中間磁性層と前記第2磁性層との間に設けられた、構成9〜11のいずれか1つに記載の磁気記憶装置。
前記第1部分、前記第4部分、前記第1磁性層及び前記第2磁性層と電気的に接続された制御部をさらに備え、
前記制御部は、
前記第1部分から前記第4部分への第1電流を前記導電部材に供給しつつ、前記第1磁性層の電位を第1電位とし、前記第2磁性層の電位を前記第1電位とする第3動作と、
前記第4部分から前記第1部分への第2電流を前記導電部材に供給しつつ、前記第1磁性層の前記電位を前記第1電位とし、前記第2磁性層の前記電位を前記第1電位とは異なる第2電位とする第4動作と、
を実施可能であり、
前記第3動作の後の第1状態における、前記第1部分と前記第1磁性層との間の第1電流経路の第1電気抵抗と、前記第1部分と前記第2磁性層との間の第2電流経路の第2電気抵抗と、の差の絶対値は、前記第1状態の後の前記第4動作の後の第2状態における、前記第1電流経路の第3電気抵抗と、前記第2電流経路の第4電気抵抗と、の差の絶対値よりも小さい、構成13記載の磁気記憶装置。
第1部分と、第2部分と、前記第1部分と前記第2部分との間の第3部分と、を含む導電部材と、
前記第3部分と対向する第1対向磁性層と、
第1磁性層と、
第1中間磁性層であって、前記第1中間磁性層から前記第1磁性層に向かう第1方向は、前記第1部分から前記第2部分への第2方向と交差し、前記第1対向磁性層から前記第1中間磁性層への第3方向は、前記第1方向及び前記第2方向を含む平面と交差する、前記第1中間磁性層と、
前記第1対向磁性層と前記第1中間磁性層との間に設けられた第1導電層と、
前記第1中間磁性層と前記第1磁性層との間に設けられた第1非磁性層と、
を備えた磁気記憶装置。
前記第1導電層は、 前記第1導電層は、第1材料、第2材料、第3材料及び第4材料よりなる群から選択された少なくとも1つを含み、
前記第1材料は、W、Mo、Zr、Nb及びVよりなる群から選択された少なくとも1つを含む、
前記第2材料は、金属窒化物を含み、
前記第3材料は、金属酸化物を含み、
前記第4材料は、Ru、Ir及びCrよりなる群から選択された少なくとも1つを含み、前記第4材料の少なくとも一部はアモルファスである、構成15記載の磁気記憶装置。
前記第3方向に沿う前記第1導電層の厚さは、2nm以上10nm以下である、構成15または16に記載の磁気記憶装置。
前記第1中間磁性層の磁気体積は、前記第1対向磁性層の磁気体積よりも小さい、構成1〜17のいずれか1つに記載の磁気記憶装置。
前記第1中間磁性層は、第1磁性材料及び第2磁性材料よりなる群から選択された少なくとも1つを含み、
前記第1磁性材料は、bcc構造を有し、Fe、Co及びNiよりなる群から選択された少なくとも1つと、Bと、と含み、
前記第2磁性材料は、Ni及びFeを含む第1層と、Fe、Co及びBを含む第2層と、を含む、構成1〜18のいずれか1つに記載の磁気記憶装置。
前記第1磁性層と電気的に接続された第1検出回路をさらに備え、
前記第1中間磁性層、前記第1非磁性層及び前記第1磁性層を含む記憶要素は、第1記憶状態及び第2記憶状態を有し、
前記第1記憶要素に印加される電圧の変化に対しての、前記第1記憶状態の前記第1記憶要素の電気抵抗の第1変化は、前記第1記憶要素に印加される前記電圧の変化に対しての、前記第2記憶状態の前記第1記憶要素の電気抵抗の第2変化とは異なり、
前記第1検出回路は、前記第1変化と前記第2変化との差を検出する、構成1〜19のいずれか1つに記載の磁気記憶装置。
前記第1磁性層と電気的に接続された第1検出回路をさらに備え、
前記第1検出回路は、前記第1磁性層に第1電圧を印加したときに前記第1磁性層を流れる電流と、前記第1磁性層に第1電圧とは異なる第2電圧を印加したときに前記第1磁性層を流れる電流と、の差に基づいて、前記第1中間磁性層、前記第1非磁性層及び前記第1磁性層を含む第1記憶要素の記憶状態を読み出す、構成1〜19のいずれか1つに記載の磁気記憶装置。
Claims (12)
- 第1部分と、第2部分と、前記第1部分と前記第2部分との間の第3部分と、を含む導電部材と、
第1磁性層と、
前記第3部分と前記第1磁性層との間に設けられた第1対向磁性層と、
前記第1対向磁性層と前記第1磁性層との間に設けられた第1中間磁性層と、
前記第1対向磁性層と前記第1中間磁性層との間に設けられた第1導電層と、
前記第1中間磁性層と前記第1磁性層との間に設けられた第1非磁性層と、
を備え、
前記第1導電層は、第1材料、第2材料、第3材料及び第4材料よりなる群から選択された少なくとも1つを含み、
前記第1材料は、W、Mo、Zr、Nb及びVよりなる群から選択された少なくとも1つを含む、
前記第2材料は、金属窒化物を含み、
前記第3材料は、金属酸化物を含み、
前記第4材料は、Ru、Ir及びCrよりなる群から選択された少なくとも1つを含み、前記第4材料の少なくとも一部はアモルファスである、磁気記憶装置。 - 前記第1対向磁性層から前記第1磁性層への第1方向に沿う前記第1導電層の厚さは、2nm以上10nm以下である、請求項1記載の磁気記憶装置。
- 前記第1対向磁性層から前記第1磁性層への第1方向に沿う前記第1中間磁性層の厚さは、前記第1方向に沿う前記第1対向磁性層の厚さよりも薄い、請求項1記載の磁気記憶装置。
- 前記第1材料の少なくとも一部は、アモルファスである、請求項1〜3のいずれか1つに記載の磁気記憶装置。
- 第1部分と、第2部分と、前記第1部分と前記第2部分との間の第3部分と、を含む導電部材と、
第1磁性層と、
第1対向磁性層であって、前記第1対向磁性層と前記第1磁性層との間に前記第3部分がある、前記第1対向磁性層と、
前記第3部分と前記第1磁性層との間に設けられた第1中間磁性層と、
前記第1中間磁性層と前記第1磁性層との間に設けられた第1非磁性層と、
を備えた磁気記憶装置。 - 前記第1対向磁性層から前記第1磁性層への第1方向に沿う前記導電部材の厚さは、1nm以上15nm以下である、請求項5記載の磁気記憶装置。
- 前記第1対向磁性層から前記第1磁性層への第1方向に沿う前記第1中間磁性層の厚さは、前記第1方向に沿う前記第1対向磁性層の厚さよりも薄い、請求項5記載の磁気記憶装置。
- 第1部分と、第2部分と、前記第1部分と前記第2部分との間の第3部分と、を含む導電部材と、
前記第3部分と対向する第1対向磁性層と、
第1磁性層と、
第1中間磁性層であって、前記第1中間磁性層から前記第1磁性層に向かう第1方向は、前記第1部分から前記第2部分への第2方向と交差し、前記第1対向磁性層から前記第1中間磁性層への第3方向は、前記第1方向及び前記第2方向を含む平面と交差する、前記第1中間磁性層と、
前記第1対向磁性層と前記第1中間磁性層との間に設けられた第1導電層と、
前記第1中間磁性層と前記第1磁性層との間に設けられた第1非磁性層と、
を備えた磁気記憶装置。 - 前記第1中間磁性層の磁気体積は、前記第1対向磁性層の磁気体積よりも小さい、請求項1〜8のいずれか1つに記載の磁気記憶装置。
- 前記第1中間磁性層は、第1磁性材料及び第2磁性材料よりなる群から選択された少なくとも1つを含み、
前記第1磁性材料は、bcc構造を有し、Fe、Co及びNiよりなる群から選択された少なくとも1つと、Bと、と含み、
前記第2磁性材料は、Ni及びFeを含む第1層と、Fe、Co及びBを含む第2層と、を含む、請求項1〜9のいずれか1つに記載の磁気記憶装置。 - 前記第1磁性層と電気的に接続された第1検出回路をさらに備え、
前記第1中間磁性層、前記第1非磁性層及び前記第1磁性層を含む記憶要素は、第1記憶状態及び第2記憶状態を有し、
前記第1記憶要素に印加される電圧の変化に対しての、前記第1記憶状態の前記第1記憶要素の電気抵抗の第1変化は、前記第1記憶要素に印加される前記電圧の変化に対しての、前記第2記憶状態の前記第1記憶要素の電気抵抗の第2変化とは異なり、
前記第1検出回路は、前記第1変化と前記第2変化との差を検出する、請求項1〜10のいずれか1つに記載の磁気記憶装置。 - 前記第1磁性層と電気的に接続された第1検出回路をさらに備え、
前記第1検出回路は、前記第1磁性層に第1電圧を印加したときに前記第1磁性層を流れる電流と、前記第1磁性層に第1電圧とは異なる第2電圧を印加したときに前記第1磁性層を流れる電流と、の差に基づいて、前記第1中間磁性層、前記第1非磁性層及び前記第1磁性層を含む第1記憶要素の記憶状態を読み出す、請求項1〜10のいずれか1つに記載の磁気記憶装置。
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