JP3333670B2 - Magnetic thin film memory - Google Patents

Magnetic thin film memory

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JP3333670B2
JP3333670B2 JP24499195A JP24499195A JP3333670B2 JP 3333670 B2 JP3333670 B2 JP 3333670B2 JP 24499195 A JP24499195 A JP 24499195A JP 24499195 A JP24499195 A JP 24499195A JP 3333670 B2 JP3333670 B2 JP 3333670B2
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film memory
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Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は磁化方向の違いによって
情報を記憶する磁性薄膜メモリにかかり、特に、磁気記
録された情報を磁気トンネリング効果により再生する磁
性薄膜メモリに関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a magnetic thin film memory for storing information according to a difference in magnetization direction, and more particularly to a magnetic thin film memory for reproducing magnetically recorded information by a magnetic tunneling effect.

【0002】[0002]

【従来の技術】現在、情報処理装置に使用されている不
揮発性メモリとしては、フラッシュEEPROMやハー
ドディスク装置などがある。これら不揮発性メモリに於
いては、情報処理装置の高速化に伴い、書き込み時間及
び読み出し時間の短くすることが、重要な課題になって
いる。
2. Description of the Related Art At present, nonvolatile memories used in information processing devices include flash EEPROMs and hard disk devices. In these non-volatile memories, shortening the write time and the read time has become an important issue as the information processing device speeds up.

【0003】かかる、不揮発性メモリの高速化に有効な
技術として、巨大磁気抵抗効果(GMR)を利用した磁
性薄膜メモリ素子が知られている。この巨大磁気抵抗効
果は、異方性磁気抵抗効果(AMR)を上回る磁気抵抗
変化率を示すものであり、AMRと異なり、抵抗値は電
流と磁界の角度に依存せず、磁化容易軸が平行な2つの
磁性層の磁化方向が同一方向の場合、抵抗値が最小にな
り、逆方向(180°逆方向)の場合、最大になる現象
である。
As a technique effective in increasing the speed of such a nonvolatile memory, a magnetic thin film memory element utilizing a giant magnetoresistance effect (GMR) is known. This giant magnetoresistance effect shows a magnetoresistance change rate exceeding the anisotropic magnetoresistance effect (AMR). Unlike AMR, the resistance value does not depend on the angle between the current and the magnetic field, and the axis of easy magnetization is parallel. When the magnetization directions of the two magnetic layers are the same, the resistance value becomes minimum, and when the magnetization directions are opposite (180 ° reverse direction), the resistance becomes maximum.

【0004】上記巨大磁気抵抗効果を利用した不揮発性
メモリでは、非磁性層を挟んで対向する2つの磁性層の
磁化方向により、情報を記憶する。かかる、巨大磁気抵
抗効果を利用した不揮発性メモリとしては、弱い磁界を
加えるだけで磁化方向が変化する磁性層に情報を書き込
むスピンバルブ型と、強い磁界を加えなければ磁化方向
が変化しない磁性層に情報を書き込む誘導フェリ型があ
る。
In a nonvolatile memory utilizing the giant magnetoresistance effect, information is stored according to the magnetization directions of two magnetic layers opposed to each other with a nonmagnetic layer interposed therebetween. Such non-volatile memories utilizing the giant magnetoresistance effect include a spin valve type in which information is written in a magnetic layer whose magnetization direction changes only by applying a weak magnetic field, and a magnetic layer whose magnetization direction does not change unless a strong magnetic field is applied. There is an inductive ferri type that writes information to a computer.

【0005】[スピンバルブ型について]弱い磁界を加
えるだけで磁化方向が変化する磁性層に情報を記憶する
ものとして、スピンバルブといわれるものがある。スピ
ンバルブは磁化方向が固定された磁性層(以下、ピン層
という)と、外部磁界で磁化方向が自由に変化する磁性
層(以下、フリ−層という)を組み合わせた多層膜であ
り、ピン層とフリ−の磁化方向が同一方向の場合と逆方
向の場合で抵抗値が異なるという特性を有する。例え
ば、Phys.Rev.B,43,1297(1991)には、磁性層NiFe/
非磁性層Cu/磁性層NiFe/反強磁性層FeMnを
積層した磁性薄膜の例が示されている。この磁性薄膜に
於いては、反強磁性層に隣接した磁性層(ピン層)の磁
化方向はNiFe/FeMn界面での交換異方性により
固定され、他方の磁性層(フリ−層)の磁化方向は適当
な外部磁界を加えることにより自由に変えることができ
る。従って、外部磁界を加えてフリー層の磁化方向だけ
を変えれば、2つの磁性層の磁化方向を同一方向又は逆
方向にすることができる。
[Spin Valve Type] As a type of storing information in a magnetic layer whose magnetization direction changes only by applying a weak magnetic field, there is a type called a spin valve. The spin valve is a multilayer film in which a magnetic layer having a fixed magnetization direction (hereinafter, referred to as a pinned layer) and a magnetic layer whose magnetization direction is freely changed by an external magnetic field (hereinafter, referred to as a free layer) are combined. In this case, the resistance value is different between the case where the magnetization direction of free and the direction of magnetization are the same and the case where the magnetization direction is the opposite direction. For example, in Phys. Rev. B, 43, 1297 (1991), the magnetic layer NiFe /
An example of a magnetic thin film in which a nonmagnetic layer Cu / magnetic layer NiFe / antiferromagnetic layer FeMn is laminated is shown. In this magnetic thin film, the magnetization direction of the magnetic layer (pinned layer) adjacent to the antiferromagnetic layer is fixed by exchange anisotropy at the NiFe / FeMn interface, and the magnetization of the other magnetic layer (free layer) is fixed. The direction can be changed freely by applying a suitable external magnetic field. Therefore, if only the magnetization direction of the free layer is changed by applying an external magnetic field, the magnetization directions of the two magnetic layers can be made the same or opposite.

【0006】このスピンバルブ膜を利用した磁性薄膜メ
モリ素子として、USP-5,343,422に示されたものが知ら
れている。この磁性薄膜メモリ素子では、2値の
「0」、「1」を、2つの磁性層の磁化方向が同一方向
又は逆方向という2つの状態として書き込み、両状態に
於ける抵抗値の差異を検出することにより、書き込まれ
た情報を読み出している。このタイプの場合、上記両状
態に於ける抵抗値の差異を読み出す際に、磁性薄膜メモ
リ素子に電流を流すと共に、外部磁界を加える必要があ
り、この外部磁界により、書き込まれていた情報(フリ
ー層の磁化方向)が読み出した後に変化することがあ
り、非破壊で書き込まれている情報を読み出すことが難
しかった。
As a magnetic thin film memory element utilizing this spin valve film, one disclosed in US Pat. No. 5,343,422 is known. In this magnetic thin-film memory element, binary “0” and “1” are written as two states, that is, the magnetization directions of the two magnetic layers are the same direction or opposite directions, and the difference between the resistance values in both states is detected. Thus, the written information is read. In the case of this type, when reading the difference between the resistance values in the above two states, it is necessary to apply a current to the magnetic thin-film memory element and to apply an external magnetic field. The magnetization direction of the layer may change after reading, and it has been difficult to read non-destructively written information.

【0007】[誘導フェリ型について]Jpn.J.Appl.Phy
s.33(1994)L1668には、CoPtからなる保磁力の高い
硬磁性層(ハ−ド層)とNiFeCoからなる軟磁性層
(ソフト層)を非磁性層Cuを介して積層した誘導フェ
リ型の磁性薄膜の例が示されている。この磁性薄膜で
は、ハ−ド層とソフト層の磁化方向が同一方向の場合と
逆方向の場合に、その抵抗値が変化する。
[About the induced ferri type] Jpn.J.Appl.Phy
s.33 (1994) L1668 has an induction ferrimagnetic type in which a hard magnetic layer (hard layer) made of CoPt and having a high coercive force and a soft magnetic layer (soft layer) made of NiFeCo are laminated via a nonmagnetic layer Cu. Are shown. In this magnetic thin film, the resistance value changes when the magnetization directions of the hard layer and the soft layer are the same and opposite directions.

【0008】この磁性薄膜を利用した磁性薄膜メモリ素
子として、Jpn.J.Appl.Phys.Part2,34(1994)L415に示さ
れたものが知られている。この磁性薄膜メモリ素子で
は、ハード層に情報を書き込むため、書き込まれている
情報を破壊することなく読み出すことができる。
As a magnetic thin film memory element using this magnetic thin film, the one shown in Jpn. J. Appl. Phys. Part 2, 34 (1994) L415 is known. In this magnetic thin film memory element, information is written in the hard layer, so that the written information can be read out without being destroyed.

【0009】ここで、この磁性薄膜メモリ素子に情報を
書き込む場合と読み出す場合について、図12から図1
4に示した薄膜断面の模式図を参照して説明する。
FIGS. 12 to 1 show a case where information is written and a case where information is read from the magnetic thin film memory element.
This will be described with reference to the schematic diagram of the cross section of the thin film shown in FIG.

【0010】図12は、この磁性薄膜メモリ素子に、情
報を書き込む場合を示す。同図に示したように、この磁
性薄膜メモリ素子は、非磁性層43を介して積層された
ソフト層(磁性層)41とハード層(磁性層)42から
なる。又、10は外部磁界を発生させる書き込み線であ
り、書き込み線10を流れる電流により発生した外部磁
界の方向に、ソフト層41及びハード層42は磁化され
る。そして、ハード層42の2つの磁化方向に、2値の
「0」、「1」が割り当てられる 図12(a)の場合、反時計回りの外部磁界10aが発
生し、その結果、ソフト層41の磁化方向は41a、ハ
ード層42の磁化方向は42aになり、(b)の場合、
時計回りの外部磁界10bが発生し、その結果、ソフト
層41の磁化方向は41b、ハード層42の磁化方向は
42bになる。尚、書き込みの場合は、ソフト層41だ
けでなくハード層42の磁化方向を変えるのに十分な強
度の外部磁界を加える必要がある。
FIG. 12 shows a case where information is written in this magnetic thin film memory element. As shown in the figure, the magnetic thin film memory element includes a soft layer (magnetic layer) 41 and a hard layer (magnetic layer) 42 stacked with a non-magnetic layer 43 interposed therebetween. A write line 10 generates an external magnetic field. The soft layer 41 and the hard layer 42 are magnetized in the direction of the external magnetic field generated by the current flowing through the write line 10. Then, binary “0” and “1” are assigned to the two magnetization directions of the hard layer 42. In the case of FIG. 12A, a counterclockwise external magnetic field 10a is generated. Is 41a, the magnetization direction of the hard layer 42 is 42a, and in the case of FIG.
A clockwise external magnetic field 10b is generated, and as a result, the magnetization direction of the soft layer 41 becomes 41b and the magnetization direction of the hard layer 42 becomes 42b. In the case of writing, it is necessary to apply an external magnetic field strong enough to change the magnetization direction of the hard layer 42 as well as the soft layer 41.

【0011】図13は、図12(a)に示した反時計回
りの外部磁界10aで書き込まれた情報を、読み出す場
合を示す。通常、磁性薄膜メモリ素子に書き込まれた情
報を、読み出す場合には図13(a)に示したような反
時計回りの弱い(ソフト層41の磁化方向だけが変化す
る磁界強度)外部磁界10aと、(b)に示したような
時計回りの弱い外部磁界10bが、この順で、磁性薄膜
メモリ素子に加えられるように書き込み線10に電流を
流す。この際、磁性薄膜メモリ素子と接続する読み出し
線5には電流Irを流しておく。
FIG. 13 shows a case where information written by the counterclockwise external magnetic field 10a shown in FIG. 12A is read. Normally, when information written in the magnetic thin film memory element is read out, the external magnetic field 10a is weak in a counterclockwise direction (a magnetic field intensity in which only the magnetization direction of the soft layer 41 changes) as shown in FIG. A weak external magnetic field 10b in the clockwise direction as shown in FIG. 3 (b) causes a current to flow through the write line 10 so as to be applied to the magnetic thin film memory element in this order. At this time, a current Ir is applied to the read line 5 connected to the magnetic thin film memory element.

【0012】ここで、反時計回りの弱い外部磁界10a
を加えた場合には、ソフト層41の磁化方向41aと、
ハード層42の磁化方向42aが同一方向になり、時計
回りの弱い外部磁界10aを加えた場合には、ソフト層
41の磁化方向41bと、ハード層42の磁化方向42
aが逆方向になるため、この外部磁界の変化により、磁
性薄膜メモリ素子の抵抗値は、低抵抗から高抵抗に変化
する。従って、外部磁界の変化時、磁性薄膜メモリ素子
の出力側の電圧Vが降下する。
Here, a weak counterclockwise external magnetic field 10a
Is added, the magnetization direction 41a of the soft layer 41,
When the magnetization direction 42a of the hard layer 42 becomes the same direction and the clockwise weak external magnetic field 10a is applied, the magnetization direction 41b of the soft layer 41 and the magnetization direction 42
Since a is reversed, the resistance of the magnetic thin film memory element changes from low resistance to high resistance due to the change of the external magnetic field. Therefore, when the external magnetic field changes, the voltage V on the output side of the magnetic thin film memory element drops.

【0013】図14は、図8(b)に示した時計回りの
外部磁界10bで書き込まれた情報を、読み出す場合を
示す。
FIG. 14 shows a case where information written by the clockwise external magnetic field 10b shown in FIG. 8B is read.

【0014】ここで、(a)に示したような反時計回り
の弱い外部磁界10aを加えた場合には、ソフト層41
の磁化方向41aと、ハード層42の磁化方向42bが
逆方向になり、(b)に示したような時計回りの弱い外
部磁界10aを加えた場合には、ソフト層41の磁化方
向41bと、ハード層42の磁化方向42bが同一方向
になるため、この外部磁界の変化により、磁性薄膜メモ
リ素子の抵抗値は、高抵抗から低抵抗に変化する。従っ
て、外部磁界の変化時、磁性薄膜メモリ素子の出力側の
電圧Vが上昇する。
Here, when a weak counterclockwise external magnetic field 10a is applied as shown in FIG.
When the magnetization direction 41a of the hard layer 42 and the magnetization direction 42b of the hard layer 42 are opposite to each other and a weak clockwise external magnetic field 10a as shown in FIG. Since the magnetization direction 42b of the hard layer 42 is in the same direction, the resistance value of the magnetic thin film memory element changes from high resistance to low resistance due to the change of the external magnetic field. Therefore, when the external magnetic field changes, the voltage V on the output side of the magnetic thin film memory element increases.

【0015】上述のように、書き込み線10を流れる電
流を変化させるにより、磁性薄膜メモリ素子に加えられ
る外部磁界を変化させた場合、ハード層42の磁化方向
により、磁性薄膜メモリ素子の出力側の電圧Vの変動
(上昇、又は降下)に差異が生じる。従って、この電圧
Vの変動を検出することにより、ハード層42の磁化方
向として記憶されている情報を読み出すことができる。
As described above, when the external magnetic field applied to the magnetic thin-film memory element is changed by changing the current flowing through the write line 10, the magnetization direction of the hard layer 42 causes the output side of the magnetic thin-film memory element to change. A difference occurs in the fluctuation (rise or fall) of the voltage V. Therefore, by detecting the change in the voltage V, information stored as the magnetization direction of the hard layer 42 can be read.

【0016】[0016]

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、巨大磁
気抵抗効果が得られる磁性薄膜メモリ素子は、層厚10
〜200Aの非常に薄い磁性層や、Cuなどの導電性非
磁性層を4層以上積層するため構造および作製プロセス
が複雑になり、製造コストが高かった。
However, a magnetic thin film memory element capable of obtaining a giant magnetoresistance effect has a layer thickness of 10 mm.
Since four or more layers of a very thin magnetic layer of up to 200 A and a conductive nonmagnetic layer of Cu or the like are laminated, the structure and the manufacturing process are complicated, and the manufacturing cost is high.

【0017】又、通常の磁性薄膜メモリでは、メモリ素
子がマトリックス状に配置され、縦又は横方向に並ぶメ
モリ素子が読み出し線により直列に接続さている。この
メモリ素子の厚みは数百Aと非常に薄く、その抵抗値が
高いため、磁性薄膜メモリを構成し、読み出し線に電流
を流した場合、発熱及び発熱によるパワ−損失が大きく
なる。従って、素子数を多くしてメモリの容量を大きく
することが難しかった。
In a normal magnetic thin film memory, memory elements are arranged in a matrix, and memory elements arranged vertically or horizontally are connected in series by read lines. Since the thickness of this memory element is very small, several hundreds of amperes, and its resistance is high, when a magnetic thin film memory is formed and a current is applied to a read line, heat generation and power loss due to heat generation increase. Therefore, it has been difficult to increase the number of elements to increase the memory capacity.

【0018】そこで、本発明は、かかる従来の実情に鑑
みて提案されたものであって、構造が単純な3層構造か
らなり、低抵抗でパワーロスが少なく、大容量化が可能
磁性薄膜メモリを提供することを目的とするものであ
る。
Therefore, the present invention has been proposed in view of such a conventional situation, and is a magnetic thin film memory having a simple three-layer structure, low resistance, low power loss, and large capacity. The purpose is to provide.

【0019】[0019]

【課題を解決するための手段】本発明にかかる磁性薄膜
メモリは、磁性薄膜メモリ素子がマトリックス状に配列
されて構成された記憶素子部分を有し、前記磁性薄膜メ
モリ素子は、トンネル効果が得られる絶縁層と、この
縁層を挟んで積層された、磁化容易軸が平行な第1磁性
層及び第2磁性層を有し、前記第2磁性層の保磁力は、
前記第1磁性層の保磁力より大きく、磁性薄膜メモリ
は、更に、前記磁性薄膜メモリ素子が並べられた一方向
とこれに垂直な方向とに配置され、互いに絶縁された状
態で設けられた、情報を書き込むための2本の書き込み
線と、前記磁性薄膜メモリ素子に対して前記絶縁層の層
面に垂直な方向に電流を流し、前記磁性薄膜メモリ素子
の抵抗値の変化を検出することによって情報を読み出す
ための読み出し線とを有することを特徴とするものであ
る。
The magnetic thin film according to the present invention
In the memory, magnetic thin film memory elements are arranged in a matrix
The magnetic thin film member
Mori device comprises an insulating layer tunneling effect is obtained, the insulation <br/> edge layer is sandwiched therebetween stacked first magnetic layer easy axis is parallel and a second magnetic layer, the second The coercive force of the magnetic layer is
A magnetic thin-film memory having a coercive force greater than that of the first magnetic layer,
Further includes a direction in which the magnetic thin-film memory elements are arranged.
And in a direction perpendicular to this, insulated from each other
Writing for writing information, provided in a state
A line and a layer of the insulating layer for the magnetic thin film memory element
Flowing a current in a direction perpendicular to the plane,
Information by detecting a change in the resistance value of
And a read line for reading .

【0020】又、本発明にかかる磁性薄膜メモリは、上
記第1磁性層と上記第2磁性層の保磁力の差は20Oe
以上であることを特徴とするものである。
In the magnetic thin film memory according to the present invention, the difference in coercive force between the first magnetic layer and the second magnetic layer is 20 Oe.
The above is the feature.

【0021】[0021]

【0022】[0022]

【0023】又、本発明にかかる磁性薄膜メモリは、
記磁性薄膜メモリに於いて、読み出し線は、一方向に並
べられた前記磁性薄膜メモリ素子を直列に接続すること
を特徴とするものである。
[0023] In addition, the magnetic thin film memory according to the present invention is, above
In serial magnetic thin film memory, the read line is characterized in that for connecting said magnetic thin film memory elements arranged in one direction in series.

【0024】[0024]

【作用】本発明にかかる磁性薄膜メモリ素子によれば、
単純な3層構造により、大きな磁気抵抗変化率(MR変
化率)を得ることができる。
According to the magnetic thin film memory element of the present invention,
With a simple three-layer structure, a large magnetoresistance change rate (MR change rate) can be obtained.

【0025】又、トンネル効果によって絶縁層を流れる
電流は、絶縁層の層面に垂直な方向に流れるので、磁性
薄膜メモリ素子の抵抗を小さくすることができる。
Further, the current flowing through the insulating layer due to the tunnel effect flows in a direction perpendicular to the layer surface of the insulating layer, so that the resistance of the magnetic thin film memory element can be reduced.

【0026】又、絶縁層の材料として、ダイアモンドラ
イクカ−ボン、ポリパラキシリレン又はアルミニウムを
主成分とする酸化物を用いた場合には、トンネル効果の
得られるトンネル接合を容易に形成することができる。
In the case where diamond-like carbon, polyparaxylylene or an oxide containing aluminum as a main component is used as a material of the insulating layer, a tunnel junction having a tunnel effect can be easily formed. Can be.

【0027】又、本発明にかかる磁性薄膜メモリ素子を
用いた磁性薄膜メモリによれば、メモリ素子が単純な3
層構造であるため、単純な製造工程で、磁性薄膜メモリ
を製造することができる。
According to the magnetic thin-film memory using the magnetic thin-film memory element according to the present invention, the memory element is simple.
Because of the layer structure, the magnetic thin film memory can be manufactured by a simple manufacturing process.

【0028】又、本発明にかかる磁性薄膜メモリ素子を
用いた磁性薄膜メモリによれば、素子の抵抗が小さく、
磁界を印加しない状態では、素子が低抵抗状態になるの
で、メモリの大容量化が可能になると共に、低消費電力
の磁性薄膜メモリを提供することができる。
According to the magnetic thin film memory using the magnetic thin film memory element according to the present invention, the resistance of the element is small,
In the state where no magnetic field is applied, the elements are in a low resistance state, so that the capacity of the memory can be increased and a magnetic thin film memory with low power consumption can be provided.

【0029】[0029]

【実施例】【Example】

[本発明にかかる磁性薄膜メモリ素子の構成について]
本発明に係る磁性薄膜メモリ素子は、第1磁性層と第2
磁性層を、絶縁層を介してトンネル接合した3層構造を
有し、上記第1磁性層と第2磁性層間に現れる磁気トン
ネリング効果を利用したものである。一般に、金属や半
導体を薄い絶縁層で隔ててポテンシャルバリアを作って
も、伝導電子はトンネル効果によりある程度絶縁層を通
過する。又、強磁性体金属の電子状態はスピンに依存し
ているため、上記第1磁性層と第2磁性層間に現れるト
ンネル効果は、これらの磁性層の磁化方向の相対角度に
依存することが知られている(J.Magn.Mag
n.Mater.98(1991)L7−L9)。そし
て、このようなトンネル接合された部分に於ける磁気抵
抗効果を、磁気トンネリング効果という。
[Configuration of Magnetic Thin Film Memory Element According to the Present Invention]
The magnetic thin film memory element according to the present invention comprises a first magnetic layer and a second magnetic layer.
The magnetic layer has a three-layer structure in which a magnetic layer is tunnel-joined via an insulating layer, and utilizes a magnetic tunneling effect appearing between the first magnetic layer and the second magnetic layer. In general, even when a potential barrier is formed by separating a metal or a semiconductor with a thin insulating layer, conduction electrons pass through the insulating layer to some extent due to a tunnel effect. Also, since the electronic state of the ferromagnetic metal depends on spin, it is known that the tunnel effect appearing between the first magnetic layer and the second magnetic layer depends on the relative angle of the magnetization direction of these magnetic layers. (J. Magn. Mag)
n. Mater. 98 (1991) L7-L9). The magnetoresistance effect at such a tunnel junction is called a magnetic tunneling effect.

【0030】又、上記磁気トンネリング効果に寄与す
る、第1磁性層と第2磁性層の磁化容易軸は平行で、第
2磁性層の保磁力は第1磁性層の保磁力より大きい。従
って、第1磁性層及び第2磁性層に加える外部磁界の強
度を調整することにより、第1磁性層のみ、又は第1磁
性層と第2磁性層の双方の磁化方向を変えることができ
る。
Further, the axes of easy magnetization of the first magnetic layer and the second magnetic layer that contribute to the magnetic tunneling effect are parallel, and the coercive force of the second magnetic layer is larger than the coercive force of the first magnetic layer. Therefore, by adjusting the intensity of the external magnetic field applied to the first magnetic layer and the second magnetic layer, it is possible to change the magnetization direction of only the first magnetic layer or both the first magnetic layer and the second magnetic layer.

【0031】そして、上記磁気トンネリング効果により
第1磁性層と第2磁性層の磁化方向が、同一方向のとき
に電気抵抗が低くなり、逆方向(180°逆方向)のと
きに高くなる。従って、外部磁界により第1磁性層のみ
の磁化方向を一定の順序で変化させた場合(例えば、磁
化方向を左方向から右方向に変えた場合)、第2磁性層
の磁化方向に応じて、電気抵抗が、低抵抗から高抵抗
に、又は高抵抗から低抵抗に変化する。
The electric resistance decreases when the magnetization directions of the first magnetic layer and the second magnetic layer are in the same direction, and increases when the magnetization directions of the first magnetic layer and the second magnetic layer are in the opposite direction (180 ° reverse direction). Accordingly, when the magnetization direction of only the first magnetic layer is changed in a certain order by the external magnetic field (for example, when the magnetization direction is changed from left to right), the magnetization direction of the second magnetic layer is changed according to the magnetization direction. The electrical resistance changes from low resistance to high resistance or from high resistance to low resistance.

【0032】ここで、第1磁性層はできるだけ弱い外部
磁界で磁化方向が変化する必要があるため、保磁力は小
さい方がよく、好ましくは50[Oe]以下、より好ましく
は10[Oe]以下である。ここで保磁力の範囲を50[Oe]
以下としたのは、50[Oe]より大きいと磁化方向を変え
るときに、強い外部磁界を発生させる電流が必要になる
ため、磁性薄膜メモリを構成したときに発熱やノイズが
増加し、誤動作をすることがあるからである。尚、磁性
層の保磁力の大きさは、組成、層厚や成膜条件を調整す
ることにより所定の大きさに設定することができるが、
層厚は、5〜100nmであることが好ましい。5nmより
薄いと膜がアイランド状になるため、電気抵抗が高くな
り好ましくないからである。又、第1磁性層の材料とし
ては、Fe、NiFe、NiFeCo等を用いることが
できる。
Here, since the magnetization direction of the first magnetic layer needs to be changed by an external magnetic field as weak as possible, the coercive force is preferably small, preferably 50 [Oe] or less, more preferably 10 [Oe] or less. It is. Here, the range of the coercive force is 50 [Oe].
The reason for the following is that if the magnetization direction is changed above 50 [Oe], a current for generating a strong external magnetic field is required. Therefore, when a magnetic thin film memory is configured, heat generation and noise increase, resulting in malfunction. Because it may The magnitude of the coercive force of the magnetic layer can be set to a predetermined value by adjusting the composition, the layer thickness, and the film forming conditions.
The layer thickness is preferably from 5 to 100 nm. This is because if the thickness is less than 5 nm, the film becomes an island shape, and the electric resistance increases, which is not preferable. Further, as a material of the first magnetic layer, Fe, NiFe, NiFeCo, or the like can be used.

【0033】一方、第2磁性層の保磁力は、第1磁性層
の保磁力より大きくする必要があり、好ましくは50[O
e]以上、より好ましくは100[Oe]以上である。ここで
保磁力の範囲を50[Oe]以上としたのは、50[Oe]より
小さいと、磁化方向が外部擾乱磁界などの影響で乱さ
れ、メモリが破壊されてしまうことがあるからである。
尚、第2磁性層の保磁力の大きさも、第1磁性層と同様
に、組成、層厚や成膜条件を調整することにより所定の
大きさに設定することができ、層厚については、5〜1
00nmであることが好ましい。又、第2磁性層の材料と
しては、Co、CoFe、CoPt、MnSb等を用い
ることができる。
On the other hand, the coercive force of the second magnetic layer must be larger than the coercive force of the first magnetic layer, and is preferably 50 [O
e] or more, more preferably 100 [Oe] or more. The reason for setting the coercive force range to 50 [Oe] or more is that if the coercive force is smaller than 50 [Oe], the magnetization direction is disturbed by the influence of an external disturbance magnetic field or the like, and the memory may be destroyed. .
In addition, the magnitude of the coercive force of the second magnetic layer can be set to a predetermined magnitude by adjusting the composition, the layer thickness, and the film forming conditions, similarly to the first magnetic layer. 5-1
Preferably it is 00 nm. Further, as a material of the second magnetic layer, Co, CoFe, CoPt, MnSb, or the like can be used.

【0034】上記第1磁性層と第2磁性層の保磁力の差
は20[Oe]以上は必要で、好ましくは50[Oe]以上、よ
り好ましくは100[Oe]以上である。ここで保磁力の差
を20[Oe]以上としたのは、保磁力の差が20[Oe]より
小さいと、情報を読み出すときに、第1磁性層の磁化方
向だけを変化させるために加える外部磁界の許容変動範
囲、つまり、この外部磁界を発生させるための電流の許
容変動範囲が小さくなるからである。
The difference in coercive force between the first magnetic layer and the second magnetic layer is required to be at least 20 [Oe], preferably at least 50 [Oe], more preferably at least 100 [Oe]. Here, the reason why the difference in coercive force is set to 20 [Oe] or more is that if the difference in coercive force is smaller than 20 [Oe], it is added to change only the magnetization direction of the first magnetic layer when reading information. This is because the allowable variation range of the external magnetic field, that is, the allowable variation range of the current for generating the external magnetic field is reduced.

【0035】又、上記磁気トンネリング効果を得るため
には、上記第1磁性層と第2磁性層に挟まれた絶縁層の
層厚は、均一に薄くする必要があり、好ましくは1〜2
0nm、より好ましくは1〜10nmの範囲である。ここ
で、絶縁層の層厚の範囲を1〜20nmとしたのは、1nm
より薄いとピンホ−ルが多くなり均一なポテンシャルバ
リアが形成されず、20nmより厚いとトンネリング効果
が起こらなくなるからである。従って、絶縁層の材料と
しては、薄い層厚でもピンホ−ルなどの発生が少ない材
料が必要とされ、これに適した材料としては、ダイアモ
ンドライクカ−ボン(以下、DLCという)、ポリパラ
キシリレン、アルミニウムを主成分とする酸化物が挙げ
られるが、DLC、又はポリパラキシリレンを用いるこ
とが好ましい。
In order to obtain the above-mentioned magnetic tunneling effect, the thickness of the insulating layer sandwiched between the first magnetic layer and the second magnetic layer must be uniformly reduced, preferably 1-2.
0 nm, more preferably in the range of 1 to 10 nm. Here, the range of the layer thickness of the insulating layer was set to 1 to 20 nm by 1 nm.
If the thickness is smaller, the number of pinholes increases, and a uniform potential barrier is not formed. If the thickness is larger than 20 nm, the tunneling effect does not occur. Therefore, as the material of the insulating layer, a material that does not easily generate pinholes even when the thickness is small is required. Suitable materials for the material are diamond-like carbon (hereinafter, referred to as DLC) and polyparaxylyl. Oxides containing len and aluminum as main components are mentioned, but DLC or polyparaxylylene is preferably used.

【0036】[本発明にかかる磁性薄膜メモリ素子の動
作原理について]本発明にかかる磁性薄膜メモリ素子に
情報を書き込む場合と、磁性薄膜メモリ素子から読み出
す場合について、図1から図3に示した薄膜断面の模式
図を参照して説明する。
[Operation Principle of Magnetic Thin Film Memory Element According to the Present Invention] The thin film shown in FIGS. 1 to 3 is used for writing information to the magnetic thin film memory element according to the present invention and reading information from the magnetic thin film memory element. A description will be given with reference to a schematic diagram of a cross section.

【0037】図1は、この磁性薄膜メモリ素子に、情報
を書き込む場合を示す。同図に示したように、この磁性
薄膜メモリ素子は、絶縁層3を介して積層された第1磁
性層1と第2磁性層2からなる。又、10は外部磁界を
発生させる書き込み線であり、書き込み線10を流れる
電流により発生した外部磁界の方向に、第1磁性層1及
び第2磁性層2は磁化される。そして、第2磁性層2の
磁化方向に、2値の「0」、「1」が割り当てられる。
FIG. 1 shows a case where information is written in the magnetic thin film memory element. As shown in FIG. 1, the magnetic thin film memory element includes a first magnetic layer 1 and a second magnetic layer 2 stacked with an insulating layer 3 interposed therebetween. Reference numeral 10 denotes a write line for generating an external magnetic field. The first magnetic layer 1 and the second magnetic layer 2 are magnetized in the direction of the external magnetic field generated by the current flowing through the write line 10. Then, binary “0” and “1” are assigned to the magnetization direction of the second magnetic layer 2.

【0038】図1(a)の場合、書き込み線10を流れ
る電流により、反時計回りの外部磁界10aが発生し、
その結果、第1磁性層1の磁化方向は1a、第2磁性層
2の磁化方向は2aになり、(b)の場合、時計回りの
外部磁界10bが発生し、その結果、第1磁性層1の磁
化方向は1b、第2磁性層2の磁化方向は2bになる。
尚、書き込みの場合は、第1磁性層1だけでなく第2磁
性層2の磁化方向を変えるのに十分な強度の外部磁界を
加える必要がある。
In the case of FIG. 1A, a current flowing through the write line 10 generates a counterclockwise external magnetic field 10a,
As a result, the magnetization direction of the first magnetic layer 1 becomes 1a, and the magnetization direction of the second magnetic layer 2 becomes 2a. In the case of (b), a clockwise external magnetic field 10b is generated. The magnetization direction of 1 is 1b, and the magnetization direction of the second magnetic layer 2 is 2b.
In the case of writing, it is necessary to apply an external magnetic field having a strength sufficient to change the magnetization direction of the second magnetic layer 2 as well as the first magnetic layer 1.

【0039】図2は、図1(a)に示した反時計回りの
外部磁界10aで書き込まれた情報を、読み出す場合を
示す。通常、磁性薄膜メモリ素子に書き込まれた情報
を、読み出す場合には図2(a)に示したような反時計
回りの弱い(第1磁性層1の磁化方向だけが変化する磁
界強度)外部磁界10aと、(b)に示したような時計
回りの弱い外部磁界10bが、この順で、磁性薄膜メモ
リ素子に加えられるように書き込み線10に電流を流
す。この際、磁性薄膜メモリ素子と接続する読み出し線
5には電流Irを流しておく。
FIG. 2 shows a case where information written by the counterclockwise external magnetic field 10a shown in FIG. 1A is read. Normally, when information written in the magnetic thin film memory element is read out, a weak counterclockwise (magnetic field intensity in which only the magnetization direction of the first magnetic layer 1 changes) external magnetic field as shown in FIG. 10a and a weak clockwise external magnetic field 10b as shown in (b) in this order cause a current to flow through the write line 10 so as to be applied to the magnetic thin film memory element. At this time, a current Ir is applied to the read line 5 connected to the magnetic thin film memory element.

【0040】ここで、反時計回りの弱い外部磁界10a
を加えた場合には、第1磁性層1の磁化方向1aと、第
2磁性層2の磁化方向2aが同一方向になり、時計回り
の弱い外部磁界10aを加えた場合には、第1磁性層1
の磁化方向1bと、第2磁性層2の磁化方向2aが逆方
向になるため、この外部磁界の変化により、磁性薄膜メ
モリ素子の抵抗値は、低抵抗から高抵抗に変化する。従
って、外部磁界の変化時、つまり、書き込み線10を流
れる電流を変化させたときに、磁性薄膜メモリ素子の出
力側の電圧Vが降下する。
Here, the counterclockwise weak external magnetic field 10a
Is applied, the magnetization direction 1a of the first magnetic layer 1 and the magnetization direction 2a of the second magnetic layer 2 become the same direction, and when a weak clockwise external magnetic field 10a is applied, the first magnetic layer 1 Tier 1
Since the magnetization direction 1b of the magnetic thin film memory device and the magnetization direction 2a of the second magnetic layer 2 are opposite to each other, the resistance of the magnetic thin film memory element changes from low resistance to high resistance due to the change of the external magnetic field. Therefore, when the external magnetic field changes, that is, when the current flowing through the write line 10 is changed, the voltage V on the output side of the magnetic thin film memory element drops.

【0041】図3は、図1(b)に示した時計回りの外
部磁界10bで書き込まれた情報を、読み出す場合を示
す。
FIG. 3 shows a case where information written by the clockwise external magnetic field 10b shown in FIG. 1B is read.

【0042】ここで、反時計回りの弱い外部磁界10a
を加えた場合には、第1磁性層1の磁化方向1aと、第
2磁性層2の磁化方向2bが逆方向になり、時計回りの
弱い外部磁界10aを加えた場合には、第1磁性層1の
磁化方向1bと、第2磁性層2の磁化方向2bが同一方
向になるため、この外部磁界の変化により、磁性薄膜メ
モリ素子の抵抗値は、高抵抗から低抵抗に変化する。従
って、外部磁界の変化時、磁性薄膜メモリ素子の出力側
の電圧Vが上昇する。
Here, the counterclockwise weak external magnetic field 10a
Is applied, the magnetization direction 1a of the first magnetic layer 1 and the magnetization direction 2b of the second magnetic layer 2 become opposite directions, and when the clockwise weak external magnetic field 10a is applied, the first magnetic layer 1 Since the magnetization direction 1b of the layer 1 and the magnetization direction 2b of the second magnetic layer 2 are in the same direction, the change in the external magnetic field changes the resistance of the magnetic thin film memory element from high resistance to low resistance. Therefore, when the external magnetic field changes, the voltage V on the output side of the magnetic thin film memory element increases.

【0043】上述のように、書き込み線10を流れる電
流を変化させるにより、磁性薄膜メモリ素子に加えられ
る外部磁界を変化させた場合、第2磁性層2の磁化方向
により、磁性薄膜メモリ素子の出力側の電圧Vの変動に
差異が生じる。
As described above, when the external magnetic field applied to the magnetic thin-film memory element is changed by changing the current flowing through the write line 10, the output of the magnetic thin-film memory element depends on the magnetization direction of the second magnetic layer 2. A difference occurs in the fluctuation of the voltage V on the side.

【0044】尚、外部磁界を取り去ったときに、第1磁
性層の磁化方向と第2磁性層の磁化方向が異なる場合
は、第1磁性層の磁化方向は、第1磁性層より保磁力の
大きい第2磁性層の磁化方向と同一の方向に戻る。従っ
て、マトリックス状に磁性薄膜メモリ素子を配列して磁
性薄膜メモリを構成した場合に、外部磁界を加えていな
い素子は、全て低抵抗になるため、発熱及び発熱による
パワ−損失を小さくすることができる。
When the magnetization direction of the first magnetic layer is different from the magnetization direction of the second magnetic layer when the external magnetic field is removed, the magnetization direction of the first magnetic layer becomes more coercive than the first magnetic layer. The direction returns to the same direction as the magnetization direction of the large second magnetic layer. Therefore, when the magnetic thin film memory is configured by arranging the magnetic thin film memory elements in a matrix, all the elements to which no external magnetic field is applied have low resistance, so that heat generation and power loss due to heat generation can be reduced. it can.

【0045】図4(a)は、情報を読み出すときに、書
き込み線を流れる+側から−側に変化する電流(以下、
再生パルス電流という)を、(b)、(c)は、(a)
に示した再生パルス電流を流したときの磁性薄膜メモリ
素子の出力側の電圧Vの変動を示す。ここで、同図の
(a)に示したように、書き込み線を流れる電流が+側
から−側に変化したとき、磁性薄膜メモリ素子に加えら
れる外部磁界が変化する。つまり、+側のとき、図2、
3に示した反時計回りの磁界が発生し、−側のとき、図
2、3に示した反時計回りの磁界が発生する。そして、
この変化時に磁性薄膜メモリ素子の出力側の電圧Vは、
第2磁性層の磁化方向に応じて、(b)に示したように
上昇するか、又は(c)に示したように降下する。従っ
て、情報を読み出すときには、書き込み線に再生パルス
電流を流し、そのときに磁性薄膜メモリ素子の出力側と
接続する読み出し線に生じる電圧変動を検出することに
より、第2磁性層の磁化方向を判断することができる。
FIG. 4 (a) shows a current flowing from the + side to the − side flowing through the write line when reading information (hereinafter, referred to as “current”).
(B) and (c) are referred to as (a)
3 shows the fluctuation of the voltage V on the output side of the magnetic thin film memory element when the reproduction pulse current shown in FIG. Here, as shown in (a) of the figure, when the current flowing through the write line changes from the + side to the-side, the external magnetic field applied to the magnetic thin film memory element changes. In other words, when it is on the + side, FIG.
The counterclockwise magnetic field shown in FIG. 3 is generated, and when it is on the negative side, the counterclockwise magnetic field shown in FIGS. And
At the time of this change, the voltage V on the output side of the magnetic thin film memory element becomes
Depending on the magnetization direction of the second magnetic layer, it rises as shown in (b) or falls as shown in (c). Therefore, when reading information, a reproduction pulse current is applied to the write line, and at that time, a voltage fluctuation occurring in the read line connected to the output side of the magnetic thin film memory element is detected, thereby determining the magnetization direction of the second magnetic layer. can do.

【0046】又、情報を読み出すときに、図4(d)に
示したような+側の電流だけを流しても第2磁性層の磁
化方向を判断することができる。この場合、情報を読み
出すときに、磁性薄膜メモリ素子には、+側の電流によ
る磁界(図2、3に示した反時計回りの磁界)だけが印
加される。そして、この電流を流したときに磁性薄膜メ
モリ素子の出力側の電圧Vは、第2磁性層の磁化方向に
応じて、(e)に示したように変動しないか、又は
(c)に示したように変動する(低下する)。従って、
電流を流したときに電圧変動が生じるか否かを検出する
ことにより、第2磁性層の磁化方向を判断することがで
きる。
When reading out information, the magnetization direction of the second magnetic layer can be determined by flowing only the current on the + side as shown in FIG. 4D. In this case, when reading information, only a magnetic field (a counterclockwise magnetic field shown in FIGS. 2 and 3) due to a current on the + side is applied to the magnetic thin film memory element. Then, when this current is passed, the voltage V on the output side of the magnetic thin film memory element does not fluctuate as shown in (e) or as shown in (c) depending on the magnetization direction of the second magnetic layer. Fluctuates (decreases). Therefore,
The magnetization direction of the second magnetic layer can be determined by detecting whether or not a voltage change occurs when a current flows.

【0047】尚、第2磁性層の2つの磁化方向は、2値
の「0」、「1」に割り当てられているため、第2磁性
層の磁化方向の設定は、磁性薄膜メモリ素子への情報の
書き込みに対応し、第2磁性層の磁化方向の検出は、磁
性薄膜メモリ素子からの情報の読み出しに対応する。
Since the two magnetization directions of the second magnetic layer are assigned to binary “0” and “1”, the setting of the magnetization direction of the second magnetic layer depends on the magnetic thin film memory element. In response to writing of information, detection of the magnetization direction of the second magnetic layer corresponds to reading of information from the magnetic thin film memory element.

【0048】[本発明にかかる磁性薄膜メモリについ
て]本発明にかかる磁性薄膜メモリについて、図5から
図8を参照して説明する。
[About the Magnetic Thin Film Memory According to the Present Invention] The magnetic thin film memory according to the present invention will be described with reference to FIGS.

【0049】図5は、磁性薄膜メモリに於ける1素子部
分の平面図(a)とそのAA’断面図(b)を示し、読
み出し線5と接続する第1磁性層1と第2磁性層2が、
絶縁層3を介して積層されている。ここで、第1磁性層
1と第2磁性層2はトンネル接合されていて、第1磁性
層1と第2磁性層2が重なり合った部分がトンネル接合
部になる。又、第2磁性層2の保磁力は、第1磁性層1
の保磁力より大きくしてある。
FIG. 5 shows a plan view (a) of one element portion and a cross-sectional view taken along the line AA ′ (b) of a magnetic thin film memory, and shows a first magnetic layer 1 and a second magnetic layer connected to a read line 5. 2
They are stacked via an insulating layer 3. Here, the first magnetic layer 1 and the second magnetic layer 2 are tunnel-joined, and a portion where the first magnetic layer 1 and the second magnetic layer 2 overlap is a tunnel junction. The coercive force of the second magnetic layer 2 is
Larger than the coercive force.

【0050】尚、本発明の磁性薄膜メモリ素子に於いて
は、トンネル接合部を流れる読み出し電流は、矢印8に
示したように絶縁層3の膜面に垂直な方向に電流が流れ
るため素子の抵抗が小さくなり、素子の発熱が少なくす
ることができる。又、サブミクロンオ−ダ−の素子が形
成可能となり、メモリを大容量化することができる。
In the magnetic thin film memory device of the present invention, the read current flowing through the tunnel junction is, as indicated by the arrow 8, a current flowing in a direction perpendicular to the film surface of the insulating layer 3, so that the read current is Resistance is reduced, and heat generation of the element can be reduced. Further, a submicron-order element can be formed, and the memory capacity can be increased.

【0051】又、上記磁性薄膜メモリ素子の磁化容易軸
4と垂直な方向に、書き込み線10が設けられ、平行な
方向に、書き込み補助線20が設けられている。そし
て、上記磁性薄膜メモリ素子、書き込み線10、書き込
み補助線20は絶縁膜7、絶縁膜6で絶縁されている。
A writing line 10 is provided in a direction perpendicular to the axis of easy magnetization 4 of the magnetic thin film memory element, and a writing auxiliary line 20 is provided in a direction parallel to the writing line 10. The magnetic thin film memory element, the write line 10 and the write auxiliary line 20 are insulated by the insulating films 7 and 6.

【0052】図6は、薄膜磁性メモリの平面図(a)
と、そのBB´断面図(b)を示し、書き込み線11、
12、13と書き込み補助線21、22、23が直交す
る部分に、磁性薄膜メモリ素子がマトリックス状に配列
されている。ここで、書き込み補助線方向に並べられた
磁性薄膜メモリ素子は、読み出し線5を介して直列に接
続されている。例えば、BB´断面に示した部分では、
磁性薄膜メモリ素子31、32、33を直列に接続する
部分が読み出し線5になる。
FIG. 6 is a plan view (a) of a thin film magnetic memory.
BB ′ sectional view (b) of FIG.
Magnetic thin film memory elements are arranged in a matrix at portions where the write assist lines 12, 22, and 23 are orthogonal to each other. Here, they are arranged in the writing auxiliary line direction.
The magnetic thin film memory elements are connected in series via the read line 5.
Has been continued. For example, in the portion shown in the section BB ′,
Magnetic thin film memory elements 31, 32, 33 are connected in series
The portion becomes the read line 5.

【0053】このように、磁性薄膜メモリ素子がマトリ
ックス状に配列されている場合に、書き込み線に、磁性
薄膜メモリ素子の第2磁性層の磁化方向を変化させるの
に十分な書き込み電流を流した場合、書き込み電流を流
した書き込み線に沿って配列された磁性薄膜メモリの第
1磁性層及び第2磁性層は、全て書き込み電流により発
生した磁界の方向に磁化されてしまう。つまり、書き込
み電流を流した書き込み線に沿って配列された磁性薄膜
メモリには、全て書き込みが行われる。従って、磁性薄
膜メモリ素子をマトリックス状に配列した場合には、1
本の書き込み線を流れる電流だけでは、磁性薄膜メモリ
素子の一部の素子の磁化方向だけを所望の磁化方向に向
かせること、つまり、一部の素子だけに情報を書き込む
ことができない。
As described above, when the magnetic thin film memory elements are arranged in a matrix, a write current sufficient to change the magnetization direction of the second magnetic layer of the magnetic thin film memory element was applied to the write line. In this case, the first magnetic layer and the second magnetic layer of the magnetic thin film memory arranged along the write line through which the write current has flowed are all magnetized in the direction of the magnetic field generated by the write current. That is, writing is all performed on the magnetic thin-film memories arranged along the write line through which the write current has flowed. Therefore, when the magnetic thin film memory elements are arranged in a matrix,
It is not possible to direct only the magnetization direction of some of the magnetic thin-film memory elements to a desired magnetization direction with only the current flowing through the write lines, that is, to write information only to some of the elements.

【0054】ここで、書き込み線と書き込み補助線の双
方に電流を流すことにより、マトリックス状に配列され
た磁性薄膜メモリ素子の一部の素子の磁化方向だけを所
望の磁化方向に向かせる場合、つまり、一部の素子だけ
に情報を書き込む場合について、図7、図8を参照して
説明する。
Here, when a current is caused to flow through both the write line and the write auxiliary line so that only the magnetization direction of a part of the magnetic thin film memory elements arranged in a matrix is directed to a desired magnetization direction. That is, a case where information is written to only some of the elements will be described with reference to FIGS.

【0055】図7(a)に於いて、Iw1は書き込み線
10を流れる書き込み電流を示し、Iwは書き込み補助
線20を流れる書き込み補助電流を示す。そして、Hw
1は、書き込み電流Iw1により発生した書き込み磁界
を示し、Hwは、書き込み補助電流Iwにより発生した
書き込み補助磁界を示す。ここで、書き込み磁界Hw1
及び書き込み補助磁界Hwは、共に磁性薄膜メモリ素子
の第2磁性層の保磁力より小さいため、一方の磁界だけ
では、第2磁性層の磁化方向を変えることができない。
しかし、書き込み磁界Hw1と書き込み補助磁界Hwの
合成磁界H1は、第2磁性層の保磁力より大きいため、
書き込み電流Iw1と書き込み補助電流Iwの双方を流
した場合には、第2磁性層の磁化方向を変えることがで
きる。
In FIG. 7A, Iw1 indicates a write current flowing through the write line 10, and Iw indicates a write auxiliary current flowing through the write auxiliary line 20. And Hw
1 indicates a write magnetic field generated by the write current Iw1, and Hw indicates a write auxiliary magnetic field generated by the write auxiliary current Iw. Here, the write magnetic field Hw1
Since the write assist magnetic field Hw is smaller than the coercive force of the second magnetic layer of the magnetic thin film memory element, the magnetization direction of the second magnetic layer cannot be changed by only one magnetic field.
However, since the composite magnetic field H1 of the write magnetic field Hw1 and the write auxiliary magnetic field Hw is larger than the coercive force of the second magnetic layer,
When both the write current Iw1 and the write auxiliary current Iw are passed, the magnetization direction of the second magnetic layer can be changed.

【0056】図7(b)は、書き込み磁界Hw1、書き
込み補助磁界Hw、合成磁界H1及び第2磁性層2の磁
化容易軸4を示す。ここで、合成磁界H1は、第2磁性
層2の保磁力より大きいため、第2磁性層2は、合成磁
界H1により磁化され、その磁化方向B1は、合成磁界
H1の磁化容易軸4に平行な成分の方向になる。尚、書
き込み電流Iw1により発生する書き込み磁界Hw1
は、第2磁性層2の磁化容易軸4にほぼ平行で、書き込
み補助電流Iwにより発生する書き込み補助磁界Hw
は、第2磁性層2の磁化容易軸4にほぼ垂直なので、磁
化方向B1は、書き込み磁界Hw1つまり書き込み電流
Iw1により決まる。
FIG. 7B shows the write magnetic field Hw1, the write auxiliary magnetic field Hw, the composite magnetic field H1, and the axis of easy magnetization 4 of the second magnetic layer 2. Here, since the synthetic magnetic field H1 is larger than the coercive force of the second magnetic layer 2, the second magnetic layer 2 is magnetized by the synthetic magnetic field H1, and its magnetization direction B1 is parallel to the easy axis 4 of the synthetic magnetic field H1. Component direction. The write magnetic field Hw1 generated by the write current Iw1
Is a write auxiliary magnetic field Hw substantially parallel to the easy axis 4 of the second magnetic layer 2 and generated by the write auxiliary current Iw.
Is substantially perpendicular to the easy axis 4 of the second magnetic layer 2, the magnetization direction B1 is determined by the write magnetic field Hw1, that is, the write current Iw1.

【0057】図8(a)は、図7の書き込み電流Iw1
と逆の方向に書き込み電流Iw2を流している。従っ
て、発生する書き込み磁界Hw2の方向も図7の書き込
み磁界Hw1と逆の方向になる。従って、(b)に示し
たように第2磁性層の磁化方向B2も図7の磁化方向B
1と逆の方向になる。
FIG. 8A shows the write current Iw1 of FIG.
And the write current Iw2 flows in the opposite direction. Accordingly, the direction of the generated write magnetic field Hw2 is also opposite to the direction of the write magnetic field Hw1 in FIG. Accordingly, as shown in FIG. 7B, the magnetization direction B2 of the second magnetic layer
The direction is opposite to 1.

【0058】上述のように、マトリックス状に、磁性薄
膜メモリ素子を配列した場合には、磁化方向を変化させ
たい磁性薄膜メモリ素子の部分を通る書き込み線及び書
き込み補助線だけに電流を流すことにより、その部分の
磁性薄膜メモリ素子の磁化方向だけを変えることができ
る。又、磁性薄膜メモリ素子の磁化方向は、書き込み線
を流れる電流の方向により、所望の方向に向けることが
できる。
As described above, in the case where the magnetic thin film memory elements are arranged in a matrix, current is applied only to the write line and write auxiliary line passing through the portion of the magnetic thin film memory element whose magnetization direction is to be changed. Only the magnetization direction of the magnetic thin film memory element at that portion can be changed. Further, the magnetization direction of the magnetic thin film memory element can be directed in a desired direction depending on the direction of the current flowing through the write line.

【0059】一方、マトリックス状に配列された磁性薄
膜メモリ素子に、書き込まれた情報を読み出す場合に
は、読み出したい磁性薄膜メモリ素子が接続された読み
出し線に読み出し電流を流すと共に、その磁性薄膜メモ
リ素子の部分を通る書き込み線に再生パルス電流を流
し、再生パルス電流を流したときの、読み出し線の電圧
変動を検出することにより、書き込まれた情報である第
2磁性層の磁化方向を判別することができる。
On the other hand, when reading information written in the magnetic thin-film memory elements arranged in a matrix, a read current is applied to a read line connected to the magnetic thin-film memory element to be read, and the magnetic thin-film memory is read. A reproduction pulse current is supplied to a write line passing through the element portion, and a voltage variation of the read line when the reproduction pulse current is supplied is detected to determine a magnetization direction of the second magnetic layer, which is written information. be able to.

【0060】(実施例1)保磁力の小さい第1磁性層1
としてFe、保磁力の大きい第2磁性層2としてCo、
絶縁層3としてDLCを用い、Fe(50nm)/DLC
(2nm)/Co(50nm)の強磁性トンネル接合と磁性
薄膜メモリ素子を作製した。図9は、強磁性トンネル接
合9の磁気抵抗曲線を調べるために作製した試料の斜視
図(a)と平面模式図(b)を示す。尚、磁気抵抗曲線
は直流4端子法で印加磁場500[Oe]のもとで測定し
た。また、10mm角の大きさのFe/DLC/Co3層
膜も作製し、VSMで磁化曲線を調べた。
Example 1 First Magnetic Layer 1 with Small Coercive Force
Fe, Co as the second magnetic layer 2 having a large coercive force,
Using DLC as the insulating layer 3, Fe (50 nm) / DLC
A (2 nm) / Co (50 nm) ferromagnetic tunnel junction and a magnetic thin film memory element were fabricated. FIG. 9 shows a perspective view (a) and a schematic plan view (b) of a sample prepared for examining the magnetoresistance curve of the ferromagnetic tunnel junction 9. The magnetic resistance curve was measured by a DC four-terminal method under an applied magnetic field of 500 [Oe]. Also, a Fe / DLC / Co3 layer film having a size of 10 mm square was prepared, and the magnetization curve was examined by VSM.

【0061】以下に、強磁性トンネル接合を形成する工
程を説明する。
Hereinafter, a process of forming a ferromagnetic tunnel junction will be described.

【0062】まず、ガラス基板上にDCスパッタ法によ
り以下に示す成膜条件でFe層を層厚50nmで形成し
た。
First, an Fe layer was formed with a thickness of 50 nm on a glass substrate by DC sputtering under the following film forming conditions.

【0063】 到達圧力 5×10−5 Pa Arガス 10 SCCM 成膜圧力 0.5 Pa 投入パワ− 100 W 成膜レ−ト 0.5 nm/sec こうして得られたFe層を、微細加工技術を用いて1mm
×10mmの長方形にパタ−ニングし、第1磁性層1とし
た。
Ultimate pressure 5 × 10 −5 Pa Ar gas 10 SCCM Film formation pressure 0.5 Pa Input power 100 W Film formation rate 0.5 nm / sec The Fe layer thus obtained is subjected to fine processing technology. 1mm using
The first magnetic layer 1 was patterned into a rectangle of × 10 mm.

【0064】次に、第1磁性層1の上にプラズマCVD
法により以下に示す成膜条件でDLC膜を膜厚2nmで形
成した。
Next, plasma CVD is performed on the first magnetic layer 1.
A DLC film having a thickness of 2 nm was formed by the method under the following film forming conditions.

【0065】 到達圧力 3×10−3 Pa エチレンガス 10 SCCM 成膜圧力 3 Pa 投入パワ− 100 W 成膜レ−ト 10 nm/min こうして得られたDLC膜を、φ3mmに微細加工し、絶
縁層3とした。
Ultimate pressure 3 × 10 −3 Pa Ethylene gas 10 SCCM Film formation pressure 3 Pa Input power 100 W Film formation rate 10 nm / min The DLC film thus obtained is finely processed into φ3 mm, and the insulating layer is formed. It was set to 3.

【0066】続いて、これを再度DCスパッタ装置に移
し、以下の成膜条件でCo層を層厚50nmで形成した。
Subsequently, the film was transferred to a DC sputtering apparatus again, and a Co layer was formed with a thickness of 50 nm under the following film forming conditions.

【0067】 到達圧力 5×10−5 Pa Arガス 10 SCCM 成膜圧力 0.5 Pa 投入パワ− 100 W 成膜レ−ト 0.5 nm/sec こうして得られたCo層を、第1磁性層と同様に微細加
工技術により1mm×10mmのストライプ状にパタ−ニン
グし、接合面積が1mm×1mmのFe/DLC/Coの強
磁性トンネル接合9を形成し、磁気抵抗曲線を調べた。
Ultimate pressure 5 × 10 −5 Pa Ar gas 10 SCCM Film formation pressure 0.5 Pa Input power 100 W Film formation rate 0.5 nm / sec The Co layer obtained in this manner is used as the first magnetic layer. In the same manner as described above, patterning was performed in a stripe shape of 1 mm × 10 mm by a fine processing technique to form a ferromagnetic tunnel junction 9 of Fe / DLC / Co having a junction area of 1 mm × 1 mm, and the magnetoresistance curve was examined.

【0068】又、同様の方法で10mm×10mmのトンネ
ル接合を形成し、磁化曲線も調べた。その結果、図10
に示した磁気抵抗曲線と、図11に示したVSMによる
磁化曲線が得られた。ここで、図10に示したMR変化
率は(ΔR/R)×100(R:抵抗値、ΔR:抵抗値
の変化量)で与えられ、本実施例の試料では、印加磁場
100[Oe]以下で12%のMR変化率が得られた。
A 10 mm × 10 mm tunnel junction was formed in the same manner, and the magnetization curve was examined. As a result, FIG.
And the magnetization curve by VSM shown in FIG. 11 were obtained. Here, the MR change rate shown in FIG. 10 is given by (ΔR / R) × 100 (R: resistance value, ΔR: amount of change in resistance value). In the sample of this embodiment, the applied magnetic field is 100 [Oe]. In the following, an MR change rate of 12% was obtained.

【0069】このFe/DLC/Co強磁性トンネル接
合を用いて図5に示したような磁性薄膜メモリ素子を、
以下のよう工程で作製した。
Using this Fe / DLC / Co ferromagnetic tunnel junction, a magnetic thin film memory element as shown in FIG.
It was produced in the following steps.

【0070】まず、ガラス基板上の読み出し線を形成す
る方向に500[Oe]の磁場を印加しながらFe層を層
厚50nmで形成した後、微細加工技術を用いて2μm×
10μmの長方形にパタ−ニングし、第1磁性層1とし
た。このように、磁場を印加しながら成膜することによ
り、形成された磁性層の磁化容易軸が、印加した磁場の
方向に平行になる。
First, an Fe layer was formed to a thickness of 50 nm while applying a magnetic field of 500 [Oe] in the direction of forming readout lines on a glass substrate, and then 2 μm ×
The first magnetic layer 1 was patterned into a rectangular shape of 10 μm. Thus, by forming a film while applying a magnetic field, the axis of easy magnetization of the formed magnetic layer becomes parallel to the direction of the applied magnetic field.

【0071】次に、第1磁性層1の上にダイアモンドラ
イクカ−ボン(DLC)膜を膜厚2nm形成し、微細加工
し、絶縁層3とした。
Next, a diamond-like carbon (DLC) film having a thickness of 2 nm was formed on the first magnetic layer 1 and finely processed to form an insulating layer 3.

【0072】続いて、再度これをDCスパッタ装置に移
し、Fe層の場合と同様の磁場を印加しながら、Co層
を層厚50nmで形成した後、微細加工技術により1μm
×10μmのストライプ状にパタ−ニングし、第2磁性
層2とした。以上の工程により接合面積が1μm×3μm
のFe/DLC/Coのトンネル接合を形成した。
Subsequently, the film was transferred to a DC sputtering apparatus again, and a Co layer was formed with a thickness of 50 nm while applying the same magnetic field as in the case of the Fe layer.
The resultant was patterned into a stripe shape of × 10 μm to form a second magnetic layer 2. By the above process, the bonding area is 1μm × 3μm
Fe / DLC / Co tunnel junction was formed.

【0073】次に、第1磁性層1及び第2磁性層2に接
続するようにCr(5nm)/Au(200nm)/Cr
(5nm)膜を読み出し線5として形成した。
Next, Cr (5 nm) / Au (200 nm) / Cr is connected so as to be connected to the first magnetic layer 1 and the second magnetic layer 2.
A (5 nm) film was formed as the read line 5.

【0074】続いて、アルミナからなる絶縁膜7をRF
スパッタ法で膜厚200nm形成した後、再度Cr(5n
m)/Au(200nm)/Cr(5nm)膜を成膜し、ト
ンネル接合部の上部に読み出し線5と平行な方向に帯状
にパタ−ニングして書き込み補助線20を形成した。更
に、同様な方法で、膜厚200nmのアルミナからなる絶
縁膜6と書き込み補助線20と直角する方向に帯状にパ
ターニングされた書き込み線10を形成し、磁性薄膜メ
モリ素子とした。
Subsequently, the insulating film 7 made of alumina was subjected to RF
After a film thickness of 200 nm is formed by sputtering, Cr (5n
m) / Au (200 nm) / Cr (5 nm) film was formed and patterned in a strip shape in the direction parallel to the read line 5 on the upper part of the tunnel junction to form the write assist line 20. Further, in the same manner, an insulating film 6 made of alumina having a film thickness of 200 nm and a write line 10 patterned in a belt shape in a direction perpendicular to the write auxiliary line 20 were formed to obtain a magnetic thin film memory element.

【0075】こうして得られた磁性薄膜メモリの動作確
認を行ったところ、書き込みと読み出しを正常に行うこ
とができた。つまり、書き込み時には、書き込み電流に
よって発生した磁界の方向に、磁性薄膜メモリ素子の第
1磁性層1及び第2磁性層2が磁化し、読み出し時に
は、再生パルス電流を流すことにより、読み出し線から
所望の電圧変動を得ることができた。
When the operation of the magnetic thin film memory thus obtained was confirmed, writing and reading could be performed normally. That is, at the time of writing, the first magnetic layer 1 and the second magnetic layer 2 of the magnetic thin-film memory element are magnetized in the direction of the magnetic field generated by the writing current, and at the time of reading, a reproduction pulse current is supplied to allow the desired read line to be read. Was obtained.

【0076】(実施例2)実施例1と同様の方法で、表
1に記載の膜構成の強磁性トンネル接合を作製し、磁気
抵抗曲線を調べ、得られた磁気抵抗変化率を表1に示し
た。同表に示したように、いずれの試料についても5〜
25%のMR変化率が得られることを確認できた。
(Example 2) A ferromagnetic tunnel junction having the film configuration shown in Table 1 was prepared in the same manner as in Example 1, and the magnetoresistance curve was examined. The obtained magnetoresistance change rate was shown in Table 1. Indicated. As shown in the table, 5 to 5
It was confirmed that an MR change rate of 25% was obtained.

【0077】次に、これらの強磁性トンネル接合を用い
た磁性薄膜メモリ素子を作製し、実施例1と同様に動作
確認を行ったところ、書き込みと読み出しを正常に行う
ことができた。
Next, a magnetic thin film memory device using these ferromagnetic tunnel junctions was manufactured, and operation was confirmed in the same manner as in Example 1. As a result, writing and reading could be performed normally.

【0078】比較試料についても同様の方法で、表1に
記載の膜構成でダイアモンドライクカ−ボン膜を絶縁層
とした強磁性トンネル接合を作製し、磁気抵抗曲線を調
べ、得られた磁気抵抗変化率を表1に示した。同表に示
したように、いずれの比較試料も0.1〜0.2%のM
R変化率しか得られなかった。この理由としては、絶縁
層厚が1nmと薄い場合は均一な絶縁層が形成されないた
めピンホ−ルが多くなり、2つの磁性層間で電気的なブ
リッジが形成されてしまうためと考えられる。また、絶
縁層厚が30nmと厚い場合はトンネル電流が散乱されて
しまうためと考えられる。
For the comparative sample, a ferromagnetic tunnel junction using the diamond-like carbon film as an insulating layer with the film configuration shown in Table 1 was prepared in the same manner, and the magnetoresistance curve was examined. The rate of change is shown in Table 1. As shown in the table, each of the comparative samples had an M of 0.1 to 0.2%.
Only the R change rate was obtained. The reason for this is considered to be that if the thickness of the insulating layer is as thin as 1 nm, a uniform insulating layer is not formed, so that the number of pinholes increases and an electrical bridge is formed between the two magnetic layers. Further, it is considered that when the insulating layer is as thick as 30 nm, the tunnel current is scattered.

【0079】次に、比較試料の強磁性トンネル接合を用
いた磁性薄膜メモリ素子を作製し、上記試料と同様に動
作確認を行ったところ、正常に動作しなかった。
Next, a magnetic thin film memory element using a ferromagnetic tunnel junction of a comparative sample was manufactured, and its operation was confirmed in the same manner as in the above sample. As a result, it did not operate normally.

【0080】[0080]

【表1】 [Table 1]

【0081】(実施例3)実施例1と同様の方法で、表
2に記載の膜構成で、ポリパラキシリレンを絶縁層とし
た強磁性トンネル接合を作製し、磁気抵抗曲線を調べ、
得られた磁気抵抗変化率を表2に示した。同表に示した
ように、いずれの試料についても6〜13%のMR変化
率が得られることが確認できた。
Example 3 In the same manner as in Example 1, a ferromagnetic tunnel junction having a film configuration shown in Table 2 and polyparaxylylene as an insulating layer was manufactured, and a magnetoresistance curve was examined.
Table 2 shows the obtained magnetoresistance ratios. As shown in the table, it was confirmed that an MR change ratio of 6 to 13% was obtained for each of the samples.

【0082】尚、ここでは、ポリパラキシリレン膜は以
下の方法で作製した。まず、原料のジパラキシリレンを
真空下で約150℃で気化したのち、炉の中で600℃
で熱分解し、成膜室で反応圧力20mTorrでポリパラキ
シリレン膜を作製した。ポリパラキシリレンとしてユニ
オンカ−バイド社のパリレンNおよびパリレンCを、成
膜速度は10nm/minで成膜した。
Here, the polyparaxylylene film was formed by the following method. First, diparaxylylene as a raw material is vaporized under vacuum at about 150 ° C., and then 600 ° C. in a furnace.
To form a polyparaxylylene film at a reaction pressure of 20 mTorr in a film forming chamber. Parylene N and Parylene C manufactured by Union Carbide Co. were formed as polyparaxylylene at a film formation rate of 10 nm / min.

【0083】次に、これらの強磁性トンネル接合を用い
た磁性薄膜メモリ素子を作製し、実施例1と同様に動作
確認を行ったところ、書き込みと読み出しを正常に行う
ことができた。
Next, a magnetic thin film memory element using these ferromagnetic tunnel junctions was manufactured, and operation was confirmed in the same manner as in Example 1. As a result, writing and reading could be performed normally.

【0084】比較試料についても同様の方法で、表2に
記載の膜構成でポリパラキシリレンまたはポロモノクロ
パラキシリレンを絶縁層とした強磁性トンネル接合を作
製し、磁気抵抗曲線を調べ、得られた磁気抵抗変化率を
表2に示した。同表に示したように、いずれの比較試料
も0.1〜0.3%のMR変化率しか得られなかった。
この理由としては、絶縁層厚が1nmと薄い場合は均一な
絶縁層が形成されないためピンホ−ルが多くなり、2つ
の磁性層間で電気的なブリッジが形成されてしまうため
と考えられる。また、絶縁層厚が25nmと厚い場合はト
ンネル電流が散乱されてしまうためと考えられる。
For a comparative sample, a ferromagnetic tunnel junction using a polyparaxylylene or a polymonoxylparaxylylene as an insulating layer with the film configuration shown in Table 2 was prepared in the same manner, and a magnetoresistance curve was obtained. Table 2 shows the obtained magnetoresistance change rates. As shown in the table, all of the comparative samples obtained only the MR ratio of 0.1 to 0.3%.
The reason for this is considered to be that if the thickness of the insulating layer is as thin as 1 nm, a uniform insulating layer is not formed, so that the number of pinholes increases and an electrical bridge is formed between the two magnetic layers. Further, it is considered that when the thickness of the insulating layer is as large as 25 nm, the tunnel current is scattered.

【0085】次に、比較試料の強磁性トンネル接合を用
いた磁性薄膜メモリ素子を作製し、上記試料と同様に動
作確認を行ったところ、正常に動作しなかった。
Next, a magnetic thin film memory element using a ferromagnetic tunnel junction of a comparative sample was manufactured, and operation was confirmed in the same manner as in the above sample. As a result, it did not operate normally.

【0086】[0086]

【表2】 [Table 2]

【0087】(実施例4)実施例1と同様の方法で、表
3に記載の膜構成で、Alを絶縁層とした強磁性
トンネル接合を作製し、磁気抵抗曲線を調べ、得られた
磁気抵抗変化率を表3に示した。同表に示したように、
いずれの試料についても13〜20%のMR変化率が得
られることが確認できた。
Example 4 In the same manner as in Example 1, a ferromagnetic tunnel junction having the film configuration shown in Table 3 and using Al 2 O 3 as an insulating layer was fabricated, and the magnetoresistance curve was examined. Table 3 shows the obtained magnetoresistance ratios. As shown in the table,
It was confirmed that an MR change rate of 13 to 20% was obtained for each of the samples.

【0088】尚、ここでは、Al絶縁層はAl金
属膜をスパッタ法で作製したのち、大気中で24時間自
然酸化させ、形成した。
Here, the Al 2 O 3 insulating layer was formed by sputter-treating an Al metal film in the air for 24 hours after forming it by sputtering.

【0089】次に、これらの強磁性トンネル接合を用い
た磁性薄膜メモリ素子を作製し、実施例1と同様に動作
確認を行ったところ、書き込みと読み出しを正常に行う
ことができた。
Next, a magnetic thin film memory element using these ferromagnetic tunnel junctions was manufactured, and operation was confirmed in the same manner as in Example 1. As a result, writing and reading could be performed normally.

【0090】比較試料についても同様の方法で、表3に
記載の膜構成でAlを絶縁層とした強磁性トンネ
ル接合を作製し、磁気抵抗曲線を調べ、得られた磁気抵
抗変化率を表3に示した。同表に示したように、比較試
料では0.2%のMR変化率しか得られなかった。この
理由としては、絶縁層が1nmと薄いためピンホ−ルが多
くなり、上下の磁性層間で電気的にブリッジができるた
めと考えられる。
For the comparative sample, in the same manner, a ferromagnetic tunnel junction having the film configuration shown in Table 3 and using Al 2 O 3 as an insulating layer was produced, and the magnetoresistance curve was examined. Are shown in Table 3. As shown in the table, only 0.2% MR change was obtained in the comparative sample. It is considered that the reason for this is that since the insulating layer is as thin as 1 nm, the number of pinholes increases and an electrical bridge can be formed between the upper and lower magnetic layers.

【0091】次に、比較試料の強磁性トンネル接合を用
いた磁性薄膜メモリ素子を作製し、上記試料と同様に動
作確認を行ったところ、正常に動作しなかった。
Next, a magnetic thin film memory element using a ferromagnetic tunnel junction of a comparative sample was manufactured, and operation was confirmed in the same manner as in the above sample. As a result, it did not operate normally.

【0092】[0092]

【表3】 [Table 3]

【0093】又、実施例1〜3で作製した磁性薄膜メモ
リ素子の抵抗を調べた結果、1〜5Ωと非常に低かっ
た。この値は同じ大きさのスピンバルブ構造GMRメモ
リ素子の抵抗の1/10以下と低い。
Further, the resistance of the magnetic thin film memory elements manufactured in Examples 1 to 3 was examined. As a result, it was very low, 1 to 5Ω. This value is as low as 1/10 or less of the resistance of the GMR memory element having the same size of the spin valve structure.

【0094】以上から明瞭なように、本発明によれば、
非常に単純な、磁性層/絶縁層/磁性層の3層構造を有
し、かつ低抵抗な磁性薄膜メモリ素子を提供することが
できる。
As is clear from the above, according to the present invention,
A very simple magnetic thin film memory element having a three-layer structure of a magnetic layer / insulating layer / magnetic layer and low resistance can be provided.

【0095】[0095]

【発明の効果】本発明にかかる磁性薄膜メモリ素子は、
以上で説明したように、単純な3層構造で大きなMR変
化率を得ることができるため、低コストで磁性薄膜メモ
リ素子を形成することができる。
According to the present invention, there is provided a magnetic thin film memory element comprising:
As described above, since a large MR ratio can be obtained with a simple three-layer structure, a magnetic thin-film memory element can be formed at low cost.

【0096】又、磁性薄膜メモリ素子の抵抗を小さく
し、素子に於ける発熱を少なくすることができる。
Further, the resistance of the magnetic thin film memory element can be reduced, and heat generation in the element can be reduced.

【0097】又、絶縁層の材料として、ダイアモンドラ
イクカ−ボン、ポリパラキシリレン又はアルミニウムを
主成分とする酸化物を用いた場合には、トンネル効果の
得られるトンネル接合を容易に形成することができる。
In the case where diamond-like carbon, polyparaxylylene or an oxide containing aluminum as a main component is used as a material for the insulating layer, a tunnel junction having a tunnel effect can be easily formed. Can be.

【0098】又、非常に薄い磁性層や導電非磁性層等を
形成することなく、単純な製造工程だけで、磁性薄膜メ
モリを製造することができるので、製造歩留を向上させ
ることができる。
Further, a magnetic thin film memory can be manufactured only by a simple manufacturing process without forming a very thin magnetic layer or conductive non-magnetic layer, so that the manufacturing yield can be improved.

【0099】又、本発明にかかる磁性薄膜メモリ素子は
抵抗が小さく、磁界を印加しない状態では、低抵抗状態
になるので、メモリの大容量化が可能になると共に、低
消費電力の磁性薄膜メモリを提供することができる。
Further, the magnetic thin film memory element according to the present invention has a low resistance and is in a low resistance state when no magnetic field is applied, so that the memory capacity can be increased and the magnetic thin film memory with low power consumption can be realized. Can be provided.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】本発明にかかる磁性薄膜メモリ素子に対する書
き込み操作を説明するための断面図である。
FIG. 1 is a cross-sectional view for explaining a write operation on a magnetic thin film memory element according to the present invention.

【図2】本発明にかかる磁性薄膜メモリ素子に対する読
み出し操作を説明するための断面図である。
FIG. 2 is a cross-sectional view for explaining a read operation on the magnetic thin film memory element according to the present invention.

【図3】本発明にかかる磁性薄膜メモリ素子に対する読
み出し操作を説明するための断面図である。
FIG. 3 is a cross-sectional view for explaining a read operation for the magnetic thin film memory element according to the present invention.

【図4】再生パルス電流の電流波形と再生パルス電流に
より読み出し線に生じる電圧変動を示した波形図であ
る。
FIG. 4 is a waveform diagram showing a current waveform of a reproduction pulse current and a voltage fluctuation generated in a read line due to the reproduction pulse current.

【図5】本発明にかかる磁性薄膜メモリ素子の構造を示
した、平面図と断面図である。
FIG. 5 is a plan view and a sectional view showing the structure of a magnetic thin film memory element according to the present invention.

【図6】本発明にかかる磁性薄膜メモリの構成を示し
た、平面図と断面図である。
FIG. 6 is a plan view and a sectional view showing the configuration of a magnetic thin film memory according to the present invention.

【図7】本発明にかかる磁性薄膜メモリを構成する素子
に対する書き込み操作を説明するための説明図である。
FIG. 7 is an explanatory diagram for explaining a write operation for an element constituting the magnetic thin film memory according to the present invention.

【図8】本発明にかかる磁性薄膜メモリを構成する素子
に対する書き込み操作を説明するための説明図である。
FIG. 8 is an explanatory diagram for explaining a write operation for an element constituting the magnetic thin film memory according to the present invention.

【図9】トンネル接合の試料を示した斜視図と平面図で
ある。
9A and 9B are a perspective view and a plan view showing a sample of a tunnel junction.

【図10】実施例1のトンネル接合に於ける磁気抵抗曲
線を示したグラフである。
FIG. 10 is a graph showing a magnetoresistance curve in the tunnel junction of Example 1.

【図11】実施例1のトンネル接合に於ける磁化曲線を
示したグラフである。
FIG. 11 is a graph showing a magnetization curve in the tunnel junction of Example 1.

【図12】従来の磁性薄膜メモリ素子に対する書き込み
操作を説明するための断面図である。
FIG. 12 is a cross-sectional view for explaining a write operation for a conventional magnetic thin film memory element.

【図13】従来の磁性薄膜メモリ素子に対する読み出し
操作を説明するための断面図である。
FIG. 13 is a cross-sectional view for explaining a read operation for a conventional magnetic thin film memory element.

【図14】従来の磁性薄膜メモリ素子に対する読み出し
操作を説明するための断面図である。
FIG. 14 is a cross-sectional view for explaining a read operation for a conventional magnetic thin film memory element.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 第1磁性層 2 第2磁性層 3 絶縁層 4 磁化容易軸 5 読み出し線 6、7 絶縁膜 10、11、12、13 書き込み線 20、21、22、23 書き込み補助線 REFERENCE SIGNS LIST 1 first magnetic layer 2 second magnetic layer 3 insulating layer 4 easy axis 5 read line 6, 7 insulating film 10, 11, 12, 13 write line 20, 21, 22, 23 write auxiliary line

フロントページの続き (72)発明者 篠浦 治 東京都中央区日本橋一丁目13番1号ティ ーディーケイ株式会社内 審査官 須原 宏光 (56)参考文献 特開 平7−66033(JP,A) 手束展規、外2名,強磁性/A12O3 /強磁性接合の磁気トンネリング効果, 日本応用磁気学会誌,日本,(社)日本 応用磁気学会,vol.19 No.2, 369−372 (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) G11C 11/14 - 11/15 H01L 27/10 H01L 43/08 H01F 10/32 Continuation of the front page (72) Inventor Osamu Shinoura Examiner Hiromitsu Suhara in TDC Corporation, 1-13-1 Nihonbashi, Chuo-ku, Tokyo (56) References JP-A-7-66033 (JP, A) Noriyuki, 2 others, Magnetic tunneling effect of ferromagnetic / A12O3 / ferromagnetic junction, Journal of the Japan Society of Applied Magnetics, Japan, Japan Society of Applied Magnetics, vol. 19 No. 2, 369-372 (58) Fields investigated (Int. Cl. 7 , DB name) G11C 11/14-11/15 H01L 27/10 H01L 43/08 H01F 10/32

Claims (3)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】 磁性薄膜メモリ素子がマトリックス状に
配列されて構成された記憶素子部分を有する磁性薄膜メ
モリであって、 前記磁性薄膜メモリ素子は、トンネル効果が得られる絶
縁層と、この 絶縁層を挟んで積層された、磁化容易軸が
平行な第1磁性層及び第2磁性層を有し、前記第2磁性
層の保磁力は、前記第1磁性層の保磁力より大きく、磁性薄膜メモリは、更に、 前記磁性薄膜メモリ素子が並べられた一方向とこれに垂
直な方向とに配置され、互いに絶縁された状態で設けら
れた、情報を書き込むための2本の書き込み線と、 前記磁性薄膜メモリ素子に対して前記絶縁層の層面に垂
直な方向に電流を流し、前記磁性薄膜メモリ素子の抵抗
値の変化を検出することによって情報を読み出すための
読み出し線とを有する ことを特徴とする磁性薄膜メモ
1. A magnetic thin film memory element is arranged in a matrix.
Magnetic thin film medium having storage element portions arranged and arranged
Memory , wherein the magnetic thin film memory element is capable of achieving a tunnel effect.
And the edge layer, are stacked to sandwich the insulating layer, the magnetization easy axis has a first magnetic layer and the second magnetic layer are parallel, the coercive force of the second magnetic layer, the coercive of the first magnetic layer greater than the magnetic force, the magnetic thin film memory further, one-way and this vertical to the magnetic thin film memory element is arranged
Placed in a straight direction and insulated from each other.
Two write lines for writing information, and a perpendicular line on the surface of the insulating layer with respect to the magnetic thin film memory element.
A current flows in a direct direction, and the resistance of the magnetic thin film memory element is reduced.
For reading information by detecting a change in value
A magnetic thin film memo having a read line
Re .
【請求項2】 請求項1記載の磁性薄膜メモリに於い
て、前記第1磁性層と前記第2磁性層の保磁力の差は2
0Oe以上であることを特徴とする磁性薄膜メモリ
2. The magnetic thin film memory according to claim 1, wherein a difference in coercive force between said first magnetic layer and said second magnetic layer is two.
A magnetic thin film memory characterized by being at least 0 Oe.
【請求項3】 請求項1または2記載の磁性薄膜メモリ
に於いて、前記読み出し線は、一方向に並べられた前記
磁性薄膜メモリ素子を直列に接続することを特徴とする
磁性薄膜メモリ。
3. The magnetic thin film memory according to claim 1, wherein
In the read line, the magnetic thin film memory, characterized in that for connecting said magnetic thin film memory elements arranged in one direction in series.
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