JP3350311B2 - Magnetic thin film memory element and magnetic thin film memory - Google Patents

Magnetic thin film memory element and magnetic thin film memory

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JP3350311B2 JP24499295A JP24499295A JP3350311B2 JP 3350311 B2 JP3350311 B2 JP 3350311B2 JP 24499295 A JP24499295 A JP 24499295A JP 24499295 A JP24499295 A JP 24499295A JP 3350311 B2 JP3350311 B2 JP 3350311B2
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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、磁性層の磁化方向によ
って情報を記録する磁性薄膜メモリ素子及び磁性薄膜メ
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 element and a magnetic thin film memory for recording information according to the magnetization direction of a magnetic layer.

【0002】[0002]

【従来の技術及び発明が解決しようとする課題】近年、
磁気抵抗効果を応用した薄膜磁気ヘッド、磁性薄膜メモ
リを初めとした素子の開発が進められている。従来、磁
気抵抗効果材料としては異方性磁気抵抗(AMR)効果
を応用したNiFe(パーマロイ)などが代表的であっ
た。AMRとは磁性体の磁化とセンス電流の相対角度に
依存してその電気抵抗が変化する現象であり、その抵抗
変化率はパーマロイで高々3%程度であった。
2. Description of the Related Art In recent years,
Devices such as thin-film magnetic heads and magnetic thin-film memories utilizing the magnetoresistive effect have been developed. Conventionally, as a magnetoresistive effect material, NiFe (permalloy) or the like to which the anisotropic magnetoresistive (AMR) effect is applied has been representative. AMR is a phenomenon in which the electric resistance changes depending on the relative angle between the magnetization of the magnetic material and the sense current, and the resistance change rate is at most about 3% in Permalloy.

【0003】これに対して磁性層と非磁性層を交互に積
層した人工格子膜は巨大磁気抵抗(GMR)効果と呼ば
れる大きな磁気抵抗変化を示すことが知られ、基礎、応
用の両面から盛んに研究されている。GMR効果はAM
R効果とは異なり、その抵抗変化率が、磁化と電流の相
対角度ではなく、非磁性層を介して積層された2つの磁
性層の磁化の相対角度に依存する。
On the other hand, an artificial lattice film in which magnetic layers and non-magnetic layers are alternately laminated is known to show a large magnetoresistance change called a giant magnetoresistance (GMR) effect, and has been actively used in both basic and applied aspects. Has been studied. GMR effect is AM
Unlike the R effect, the rate of change in resistance depends not on the relative angle between the magnetization and the current but on the relative angle between the magnetizations of the two magnetic layers stacked via the nonmagnetic layer.

【0004】特にスピンバルブと呼ばれる構造を有する
GMR材料は、その動作磁場が小さく、しかもAMR材
料よりも大きな抵抗変化率を示すので、応用上注目され
ている。スピンバルブは、基本的には非磁性層を介して
積層されて2つの磁性層からなる3層構造をとってい
る。ここで、一方の磁性層の磁化方向は固定されており
(ピン層)、他方の磁性層の磁化方向は、比較的弱い外
部磁界により自由に動くことができる。又、両磁性層の
磁化容易軸は平行で、両磁性層の磁化方向は、外部磁界
により同一方向又は逆方向することができ、その結果、
抵抗値が変化する。
[0004] In particular, GMR materials having a structure called a spin valve have attracted attention in application because they have a small operating magnetic field and show a larger rate of resistance change than AMR materials. The spin valve basically has a three-layer structure including two magnetic layers stacked with a non-magnetic layer interposed therebetween. Here, the magnetization direction of one magnetic layer is fixed (pinned layer), and the magnetization direction of the other magnetic layer can move freely by a relatively weak external magnetic field. Also, the axes of easy magnetization of both magnetic layers are parallel, and the magnetization directions of both magnetic layers can be in the same direction or opposite directions due to an external magnetic field.
The resistance value changes.

【0005】例えば、Phys.Rev.B, 43,
p1297,(1991)には、磁性層NiFe/非
磁性層Cu/磁性層NiFe/反強磁性層FeMnを積
層した素子の例が示されている。ここで、反強磁性層F
eMnと接して積層されたNiFe磁性層(ピン層)は
FeMnとの交換結合力によってその磁化の向きが固定
されている。一方、もう一つのNiFe磁性層(フリー
層)は外部磁場によって自由にその磁化の向きを変える
ことができ、その結果、GMR効果を示す。
[0005] For example, Phys. Rev .. B, 43,
p1297, (1991) shows an example of an element in which a magnetic layer NiFe / nonmagnetic layer Cu / magnetic layer NiFe / antiferromagnetic layer FeMn is laminated. Here, the antiferromagnetic layer F
The magnetization direction of the NiFe magnetic layer (pinned layer) laminated in contact with eMn is fixed by the exchange coupling force with FeMn. On the other hand, the other NiFe magnetic layer (free layer) can freely change its magnetization direction by an external magnetic field, and as a result, exhibits the GMR effect.

【0006】又、Jpn.J.Appl.Phys.,
33,L1668,(1994)には非磁性層Cuを介
して保磁力の大きなCoPt(ハード層)と保磁力の小
さなNiFeCo(ソフト層)を積層した例が示されて
いる。ここで、ソフト層の磁化方向は、比較的弱い外部
磁界で、自由に動かすことができ、その結果、GMR効
果が得られる。このような保磁力差を用いるタイプのG
MRは、上述の反強磁性層を用いるスピンバルブと区別
して、誘導フェリ型と呼ばれる。
[0006] Jpn. J. Appl. Phys. ,
33, L1668, (1994) show an example in which CoPt (hard layer) having a large coercive force and NiFeCo (soft layer) having a small coercive force are laminated via a nonmagnetic layer Cu. Here, the magnetization direction of the soft layer can be freely moved by a relatively weak external magnetic field, and as a result, the GMR effect is obtained. G of the type using such a coercive force difference
MR is called an induced ferri type, as distinguished from the spin valve using the antiferromagnetic layer described above.

【0007】ところで、これら磁気抵抗効果を応用した
磁性薄膜メモリについて、いくつかの提案がなされてい
る。
Some proposals have been made for a magnetic thin film memory utilizing the magnetoresistance effect.

【0008】例えば、IEEE Trans. Ma
g.,26, p2828,(1990)には、図11
に示されるような構成を有するAMR磁気メモリが提案
されている。このAMR磁気メモリは、2種類の磁性層
71と磁性層73を非磁性層72を介して積層したサン
ドイッチ膜を用いており、サンドイッチ膜には記録再生
時にデジット電流75が流され、その上にはこれと直行
する方向にワード電流77が流されるようになってい
る。このデジット電流75とワード電流77によって発
生する磁界76、磁界78によって記録再生が行われ
る。
[0008] For example, IEEE Trans. Ma
g. , 26, p2828, (1990) include FIG.
An AMR magnetic memory having a configuration as shown in FIG. This AMR magnetic memory uses a sandwich film in which two types of magnetic layers 71 and 73 are laminated via a non-magnetic layer 72, and a digit current 75 is passed through the sandwich film during recording and reproduction. Are arranged so that a word current 77 flows in a direction perpendicular to this. Recording and reproduction are performed by a magnetic field 76 and a magnetic field 78 generated by the digit current 75 and the word current 77.

【0009】まず、記録時には、ワード電流77とデジ
ット電流75を流し、このときのデジット電流の方向に
よって電流を切った後の定常状態に於ける2つの磁性層
の磁化方向が変化し、この2つの磁性層の磁化方向に情
報の「0」と「1」を対応させている。
First, at the time of recording, a word current 77 and a digit current 75 are passed, and the magnetization directions of the two magnetic layers in a steady state after the current is cut off change depending on the direction of the digit current. The information “0” and “1” correspond to the magnetization directions of the two magnetic layers.

【0010】一方、再生時には、ワード線74に記録時
よりも弱い電流を流し、同時にデジット線73にも検出
電流を流す。このとき記録された情報(「0」又は
「1」)によって、2つの磁性層の磁化方向が異なるた
め、AMR効果により抵抗値に差異が生じ、この抵抗値
の差異を検出することにより、記録されている情報が
「0」であるか、又は「1」であるかを判別することが
できる。この方式は非破壊で情報を再生することができ
(再生後も記録状態が保持される)、消費電流も小さく
てすむが、抵抗変化率が小さいため、検出信号が小く、
S/N(信号/雑音)比が低いという欠点がある。
On the other hand, at the time of reproduction, a weaker current is applied to the word line 74 than during recording, and at the same time, a detection current is applied to the digit line 73. Since the magnetization directions of the two magnetic layers are different depending on the information (“0” or “1”) recorded at this time, a difference occurs in the resistance value due to the AMR effect. By detecting the difference in the resistance value, the recording is performed. It is possible to determine whether the information being performed is “0” or “1”. In this method, information can be reproduced in a non-destructive manner (the recorded state is maintained even after the reproduction), and the consumption current is small. However, since the resistance change rate is small, the detection signal is small.
There is a disadvantage that the S / N (signal / noise) ratio is low.

【0011】一方、GMRを利用した磁性薄膜メモリと
しては、USP5,343,422に反強磁性層/磁性
層/非磁性層/磁性層のスピンバルブ型構造をとるもの
が例示されている。
On the other hand, as a magnetic thin film memory utilizing GMR, US Pat. No. 5,343,422 exemplifies a memory having a spin valve type structure of an antiferromagnetic layer / magnetic layer / nonmagnetic layer / magnetic layer.

【0012】[0012]

【0013】次に、このスピンバルブ型のMR磁性層を
用いた磁性薄膜メモリに情報を記録する方法を説明す
る。
Next, a method of recording information in a magnetic thin film memory using the spin valve type MR magnetic layer will be described.

【0014】図12(a)、(b)は、スピンバルブ型
の磁性薄膜メモリ素子に情報を記録する場合(フリー層
に記録する場合)を示し、21は書き込み線で、31は
ピン層に対応する第1磁性層で、32は非磁性層で、3
3はフリー層に対応する第2磁性層である。ここで、第
1磁性層31と第2磁性層33の磁化容易軸は平行で、
これらの磁化容易軸は書き込み線21と直交する方向に
設定されている。又、22、23は、書き込み線21を
流れる書き込み電流によって発生する磁界であり、その
磁界の方向は、書き込み線21を流れる書き込み電流の
方向によって決まる。かかる書き込み電流によって発生
する、磁界22又は23によって、フリー層に対応する
第2磁性層33の磁化方向が印加磁界の方向設定され、
その磁界方向に2値の「0」、「1」を対応させること
によって、情報を記録している。図12(a)に於いて
は、書き込み線21を流れる書き込み電流によって発生
した磁界(紙面上で時計回りの磁界)22で、第2磁性
層33を、第1磁性層31の磁化方向と逆の方向(紙面
上で左方向)に磁化させている。一方、(b)に於いて
は、書き込み線21を流れる書き込み電流によって発生
した磁界(紙面上で反時計回りの磁界)23で、第2磁
性層33を、第1磁性層31の磁化方向と同一の方向
(紙面上で右方向)に磁化させている。尚、書き込み線
21を流れる書き込み電流によって発生する磁界(以
下、記録磁界という)が、ピン層に対応する第1磁性層
31が磁化反転を起こす磁界より大きい場合、記録磁界
を印加したときには、第1磁性層31も記録磁界の方向
に磁化されるが、記録磁界を取り除けば、記録磁界を印
加する前の状態に戻る。
FIGS. 12A and 12B show a case where information is recorded on a spin-valve type magnetic thin film memory element (a case where information is recorded on a free layer), where 21 is a write line, and 31 is a pin layer. The corresponding first magnetic layer, 32 is a non-magnetic layer, 3
Reference numeral 3 denotes a second magnetic layer corresponding to the free layer. Here, the axes of easy magnetization of the first magnetic layer 31 and the second magnetic layer 33 are parallel, and
These easy axes are set in a direction perpendicular to the write line 21. Reference numerals 22 and 23 denote magnetic fields generated by a write current flowing through the write line 21, and the direction of the magnetic field is determined by the direction of the write current flowing through the write line 21. By the magnetic field 22 or 23 generated by the write current, the magnetization direction of the second magnetic layer 33 corresponding to the free layer is set to the direction of the applied magnetic field,
Information is recorded by associating binary “0” and “1” with the direction of the magnetic field . In FIG. 12A, the magnetic field (clockwise magnetic field) 22 generated by the write current flowing through the write line 21 causes the second magnetic layer 33 to reverse the magnetization direction of the first magnetic layer 31. (Left direction on the paper). On the other hand, in (b), the magnetic field (counterclockwise magnetic field on the paper) 23 generated by the write current flowing through the write line 21 causes the second magnetic layer 33 to synchronize with the magnetization direction of the first magnetic layer 31. They are magnetized in the same direction (rightward on the paper). When a magnetic field generated by a write current flowing through the write line 21 (hereinafter, referred to as a recording magnetic field) is larger than a magnetic field that causes the magnetization reversal of the first magnetic layer 31 corresponding to the pinned layer, when a recording magnetic field is applied, The one magnetic layer 31 is also magnetized in the direction of the recording magnetic field, but returns to the state before the application of the recording magnetic field when the recording magnetic field is removed.

【0015】次に、上述のようにして記録された情報を
再生する場合について、図12(c)(d)を用いて
説明する。尚、図12(c)は、同図(a)に示した磁
界22で記録された情報を再生する場合を示し、図12
(d)は、同図(b)に示した磁界23で記録された情
報を再生する場合を示す。
Next, the case of reproducing the information recorded as described above will be described with reference to FIGS. 12 (c) and 12 (d). FIG. 12 (c) shows a case where information recorded by the magnetic field 22 shown in FIG . 12 (a) is reproduced .
(D) shows a case where information recorded by the magnetic field 23 shown in (b) is reproduced.

【0016】上記磁界22又は磁界23により記録され
た情報を再生する場合には、読み出し線25に読み出し
電流を流しながら、書き込み線21にパルス電流(以
下、再生電流という)を一定の方向に流す。ここで、書
き込み線21に流れる再生電流によって発生する磁界2
4は、第2磁性層33の保磁力より大きいが、第1磁性
層31の磁化方向を反転させない。
When reproducing information recorded by the magnetic field 22 or the magnetic field 23, a pulse current (hereinafter referred to as a reproduction current) is supplied to the write line 21 in a certain direction while a read current is supplied to the read line 25. . Here, the magnetic field 2 generated by the reproduction current flowing through the write line 21
4 is larger than the coercive force of the second magnetic layer 33, but does not reverse the magnetization direction of the first magnetic layer 31.

【0017】図12(c)の場合、情報を記録したとき
の磁界22と再生電流によって発生した磁界24が、逆
方向になるため、再生電流を流したときに、第2磁性層
33の磁化方向が反転し、磁性薄膜メモリ素子であるM
R磁性層の抵抗値が小さくなる。その結果、読み出し電
流が流れている読み出し線25の出力側に電圧変動(電
圧の上昇)が生じる。一方、(d)の場合、情報を記録
したときの磁界23と再生電流によって発生した磁界2
4が、同一方向なので、再生電流を流したときに、第2
磁性層33の磁化方向が反転せず、磁性薄膜メモリ素子
であるMR磁性層の抵抗値も変化しない。従って、読み
出し電流が流れている読み出し線25の出力側にも電圧
変動が生じない。
In the case of FIG . 12C , the magnetic field 22 when information is recorded and the magnetic field 24 generated by the reproducing current are in opposite directions, so that when the reproducing current flows, the magnetization of the second magnetic layer 33 is reduced. The direction is reversed, and the magnetic thin film memory element M
The resistance value of the R magnetic layer decreases. As a result, a voltage change (voltage rise) occurs on the output side of the read line 25 through which the read current flows. On the other hand, in the case of (d), the magnetic field 23 when information is recorded and the magnetic field 2 generated by the reproduction current
4 are in the same direction, the second
The magnetization direction of the magnetic layer 33 does not reverse, and the resistance value of the MR magnetic layer, which is a magnetic thin film memory element, does not change. Accordingly, no voltage fluctuation occurs on the output side of the read line 25 through which the read current flows.

【0018】つまり、再生電流を流したときに、電圧変
動が生じるか否かによって、磁化方向に対応させた情報
である「0」と「1」を判別することができる。
In other words, "0" and "1", which are information corresponding to the magnetization direction, can be determined based on whether or not a voltage fluctuation occurs when a reproduction current is passed.

【0019】しかし、この方式では、GMRを用いてい
るので再生信号の出力が大きいが、情報を再生したとき
に第2磁性層(フリー層)が磁化反転を起こした場合、
記録されていた情報を破壊されるため、一度しか情報を
再生することができないという欠点があった。
However, in this method, the output of the reproduction signal is large because the GMR is used. However, when the magnetization reversal occurs in the second magnetic layer (free layer) when reproducing the information,
Since the recorded information is destroyed, there is a disadvantage that the information can be reproduced only once.

【0020】又、Jpn.J.Appl.Phys.P
art2, 34, L415,(1995)には、ハ
ード層/非磁性層/ソフト層の誘導フェリ型構造を用い
たメモリ素子の例が示されている。この誘導フェリ型で
は、情報を記録するときに、書き込み線を流れる電流に
よって発生した磁界により、ハード層を磁界の方向に磁
化させ、ハード層の磁化方向に「0」と「1」を対応さ
せて情報を記録する。そして、再生時は、読み出し線に
一定の電流を流しながら、書き込み線に極性が変化する
(流れる方向が変化する)パルス電流を流し、この電流
によって発生した磁界により、ソフト層の磁化方向だけ
が、磁界の変化に従って変化する(このときハード層の
磁化方向は変化しない)。このとき、ハード層の磁化方
向によって素子の抵抗値は低抵抗から高抵抗又は高抵抗
から低抵抗へと変化し、この2つの変化の仕方により
「0」と「1」を対応させた第2磁性層の磁化方向を判
別している。
Also, Jpn. J. Appl. Phys. P
Art2, 34, L415 (1995) shows an example of a memory element using an induction ferri-type structure of a hard layer / non-magnetic layer / soft layer. In this inductive ferrimagnetic type, when information is recorded, the hard layer is magnetized in the direction of the magnetic field by the magnetic field generated by the current flowing through the write line, and "0" and "1" are made to correspond to the magnetization direction of the hard layer. To record information. At the time of reproduction, a pulse current of which polarity changes (flow direction changes) is applied to the write line while a constant current flows to the read line, and only the magnetization direction of the soft layer is changed by the magnetic field generated by the current. Change according to the change in the magnetic field (at this time, the magnetization direction of the hard layer does not change). At this time, the resistance value of the element changes from low resistance to high resistance or from high resistance to low resistance depending on the magnetization direction of the hard layer. The magnetization direction of the magnetic layer is determined.

【0021】しかし、この方式では、情報の破壊するこ
となく再生をすることができるが、書き込み時の消費電
力が大きく、又、再生後に、第1磁性層の第2磁性層の
磁化方向が逆方向になった場合、その状態、つまり高抵
抗状態が維持されるため、情報再生に無関係な部分の消
費電力(読み出し電流を流したときに高抵抗が維持され
ているメモリ素子に於ける電力消費)も大きくなり、低
消費電力化が難しかった。
However, in this method, reproduction can be performed without destroying information. However, power consumption at the time of writing is large, and after reproduction, the magnetization directions of the first magnetic layer and the second magnetic layer are reversed. When the reading direction is reached, the state, that is, the high resistance state is maintained, so that the power consumption of the portion irrelevant to the information reproduction (the power consumption in the memory element in which the high resistance is maintained when the read current flows) is maintained. ) Also increased, making it difficult to reduce power consumption.

【0022】以上の問題を解決するべく、特開平6−3
02184号公報には、比較的低消費電力で、しかも再
生時に情報が破壊されない磁性薄膜メモリが示されてい
る。ここでは、MR磁性層として、2種類以上の保磁力
の異なった磁性層を、非磁性層を介して交互に積層した
多層膜を用いており、これら磁性層は互いに交換結合し
ている。この磁性薄膜メモリに於いては、記録時に、保
磁力の大きな磁性層も小さな磁性層もその磁化方向を記
録磁界の方向に向けるが、再生時には保磁力の小さな磁
性層だけが磁化方向を再生磁界の方向に向け、再生後
に、保磁力の弱い磁性層の磁化は、保磁力の大きな磁性
層からの交換結合力によって、保磁力の大きな磁性層の
磁化方向と同一の方向に戻るようになっている。しかし
ながら、この磁性薄膜メモリは、MR磁性層の構造が複
雑で工業化に向かず、低価格の磁性薄膜メモリを提供す
ることが難しい。
In order to solve the above problems, Japanese Patent Laid-Open Publication No.
Japanese Patent Application Publication No. 02184 discloses a magnetic thin film memory which consumes relatively low power and does not destroy information during reproduction. Here, as the MR magnetic layer, a multilayer film in which two or more types of magnetic layers having different coercive forces are alternately stacked via a nonmagnetic layer is used, and these magnetic layers are exchange-coupled to each other. In this magnetic thin film memory, both the magnetic layer having a large coercive force and the magnetic layer having a small coercive force direct the magnetization direction to the direction of the recording magnetic field at the time of recording, but only the magnetic layer having the small coercive force changes the magnetization direction to the reproducing magnetic field at the time of reproduction. After reproduction, the magnetization of the magnetic layer having a weak coercive force returns to the same direction as the magnetization direction of the magnetic layer having a large coercive force due to the exchange coupling force from the magnetic layer having a large coercive force. I have. However, this magnetic thin film memory has a complicated structure of the MR magnetic layer and is not suitable for industrialization, and it is difficult to provide a low-cost magnetic thin film memory.

【0023】そこで、本発明は、構成が単純で、消費電
力が少なく、非破壊で情報を再生することができる磁性
薄膜メモリ素子及び磁性薄膜メモリを提供することを目
的とする。
Accordingly, an object of the present invention is to provide a magnetic thin film memory element and a magnetic thin film memory which have a simple configuration, consume less power, and can reproduce information in a non-destructive manner.

【0024】[0024]

【課題を解決するための手段】請求項1記載の磁性薄膜
メモリ素子は、第1磁性層、非磁性層、第2磁性層、第
3磁性層をこの順または、この逆の順で積層した磁性薄
膜メモリ素子に於いて、第1磁性層及び第3磁性層の保
磁力が、第2磁性層の保磁力より大きく、第2磁性層と
第3磁性層が直接接触し且つ交換結合していることを特
徴とするものである。
According to a first aspect of the present invention, there is provided a magnetic thin film memory device comprising a first magnetic layer, a non-magnetic layer, a second magnetic layer, and a third magnetic layer laminated in this order or vice versa. In the magnetic thin film memory device, the coercive force of the first magnetic layer and the third magnetic layer is larger than the coercive force of the second magnetic layer, and the second magnetic layer and the third magnetic layer come into direct contact and exchange-coupled. It is characterized by having.

【0025】請求項2記載の磁性薄膜メモリは、磁化方
向として情報を記録する磁性薄膜メモリ素子、該磁性薄
膜メモリ素子の抵抗値の変化を検出するための読み出し
線、該磁性薄膜メモリ素子に磁界を印加するための書き
込み線を有する磁性薄膜メモリに於いて、前記磁性薄膜
メモリ素子が、第1磁性層、非磁性層、第2磁性層、第
3磁性層をこの順または、この逆の順で積層した薄膜か
らなり、第1磁性層及び第3磁性層の保磁力が、第2磁
性層の保磁力より大きく、第2磁性層と第3磁性層が
接接触し且つ交換結合していることを特徴とするもので
ある。
According to a second aspect of the present invention, there is provided a magnetic thin film memory element for recording information as a magnetization direction, a read line for detecting a change in resistance of the magnetic thin film memory element, and a magnetic field applied to the magnetic thin film memory element. In a magnetic thin film memory having a write line for applying a magnetic field, the magnetic thin film memory element includes a first magnetic layer, a nonmagnetic layer, a second magnetic layer, and a third magnetic layer in this order or vice versa. in a laminated the thin film, the coercive force of the first magnetic layer and the third magnetic layer is greater than the coercive force of the second magnetic layer, the second magnetic layer and the third magnetic layer linear
It is characterized by being in contact and exchange-coupled.

【0026】請求項3記載の磁性薄膜メモリは、請求項
2記載の磁性薄膜メモリに於いて、書き込み時に、磁性
薄膜メモリ素子に印加する磁界が、第3磁性層の保磁力
より大きく、第1磁性層の保磁力より小さい磁界であっ
て、読み出し時に、磁性薄膜メモリ素子に印加する磁界
が、積層した状態での第2磁性層の保磁力より大きく、
第3磁性層の保磁力より小さい磁界であることを特徴と
するものである。
According to a third aspect of the present invention, there is provided the magnetic thin film memory according to the second aspect, wherein a magnetic field applied to the magnetic thin film memory element at the time of writing is larger than the coercive force of the third magnetic layer. A magnetic field smaller than the coercive force of the magnetic layer, and the magnetic field applied to the magnetic thin film memory element at the time of reading is larger than the coercive force of the second magnetic layer in a stacked state;
The magnetic field is smaller than the coercive force of the third magnetic layer.

【0027】請求項4記載の磁性薄膜メモリは、請求項
2記載の磁性薄膜メモリに於いて、書き込み時に、磁性
薄膜メモリ素子に印加する磁界が、第1磁性層及び第3
磁性層の保磁力より大きく、読み出し時に、磁性薄膜メ
モリ素子に印加する磁界が、積層した状態での第2磁性
層の保磁力より大きく、第1磁性層及び第3磁性層の保
磁力より小さい磁界であることを特徴とするものであ
る。
According to a fourth aspect of the present invention, there is provided the magnetic thin film memory according to the second aspect, wherein a magnetic field applied to the magnetic thin film memory element at the time of writing is controlled by the first magnetic layer and the third magnetic layer.
The coercive force of the magnetic layer is larger than the coercive force of the first magnetic layer and the coercive force of the first magnetic layer and the third magnetic layer when the magnetic field applied to the magnetic thin film memory element at the time of reading is larger than the coercive force of the second magnetic layer. It is a magnetic field.

【0028】請求項5記載の磁性薄膜メモリ素子は、反
強磁性層、第1磁性層、非磁性層、第2磁性層、第3磁
性層をこの順または、この逆の順で積層した磁性薄膜メ
モリ素子に於いて、第3磁性層の保磁力が、第2磁性層
の保磁力より大きく、第2磁性層と第3磁性層が交換結
合していることを特徴とするものである。
According to a fifth aspect of the present invention, there is provided a magnetic thin film memory element comprising an antiferromagnetic layer, a first magnetic layer, a nonmagnetic layer, a second magnetic layer, and a third magnetic layer stacked in this order or in the reverse order. In the thin film memory device, the coercive force of the third magnetic layer is larger than the coercive force of the second magnetic layer, and the second magnetic layer and the third magnetic layer are exchange-coupled.

【0029】請求項6記載の磁性薄膜メモリは、磁化方
向として情報を記録する磁性薄膜メモリ素子、該磁性薄
膜メモリ素子の抵抗値の変化を検出するための読み出し
線、該磁性薄膜メモリ素子に磁界を印加するための書き
込み線を有する磁性薄膜メモリに於いて、前記磁性薄膜
メモリ素子が、反強磁性層、第1磁性層、非磁性層、第
2磁性層、第3磁性層をこの順または、この逆の順で積
層した薄膜からなり、第3磁性層の保磁力が、第2磁性
層の保磁力より大きく、第2磁性層と第3磁性層が交換
結合していることを特徴とするものである。
According to a sixth aspect of the present invention, there is provided a magnetic thin film memory element for recording information as a magnetization direction, a read line for detecting a change in resistance of the magnetic thin film memory element, and a magnetic field applied to the magnetic thin film memory element. In a magnetic thin film memory having a write line for applying a magnetic field, the magnetic thin film memory element includes an antiferromagnetic layer, a first magnetic layer, a nonmagnetic layer, a second magnetic layer, and a third magnetic layer in this order or and characterized in that it consists of a thin film formed by laminating in the order of the reverse, the coercive force of the third magnetic layer is greater than the coercive force of the second magnetic layer, the second magnetic layer and the third magnetic layer are exchange-coupled Is what you do.

【0030】請求項7記載の磁性薄膜メモリは、請求項
6記載の磁性薄膜メモリに於いて、書き込み時に、磁性
薄膜メモリ素子に印加する磁界が、第3磁性層の保磁力
より大きく、読み出し時に、磁性薄膜メモリ素子に印加
する磁界が、積層した状態での第2磁性層の保磁力より
大きく、第3磁性層の保磁力より小さい磁界であること
を特徴とするものである。
According to a seventh aspect of the present invention, there is provided the magnetic thin film memory according to the sixth aspect, wherein a magnetic field applied to the magnetic thin film memory element at the time of writing is larger than the coercive force of the third magnetic layer. Wherein the magnetic field applied to the magnetic thin-film memory element is a magnetic field larger than the coercive force of the second magnetic layer in the stacked state and smaller than the coercive force of the third magnetic layer. .

【0031】上記に於いて、書き込み時(記録時)に、
薄膜磁性メモリ素子に印加する磁界とは、書き込み線を
流れる書き込み電流によって発生する磁界(記録磁界)
のことで、読み出し時(再生時)に、薄膜磁性メモリ素
子に印加する磁界とは、書き込み線を流れる再生電流に
よって発生する磁界(再生磁界)のことである。
In the above, at the time of writing (at the time of recording),
The magnetic field applied to the thin-film magnetic memory element is a magnetic field (recording magnetic field) generated by a write current flowing through a write line.
Therefore, the magnetic field applied to the thin-film magnetic memory element at the time of reading (at the time of reproduction) is a magnetic field (reproduction magnetic field) generated by a reproduction current flowing through the write line.

【0032】[0032]

【作用】本発明の磁性薄膜メモリに於いては、メモリ素
子を構成するフリー層あるいはソフト層に対応する第2
磁性層及び第3磁性層は、保磁力の異なる互いに交換結
合した2種類の磁性層からなっているので、フリー層あ
るいはソフト層に情報を記録した場合(記録磁界が、第
1磁性層の保磁力より小さい場合)、再生時に、第2磁
性層だけを再生磁界の方向に磁化させ、再生後は、再生
磁界を取り除くことにより、第2磁性層の磁化方向を、
第3磁性層からの交換磁界によって再生前の磁化方向に
戻すことができる。従って,記録された情報を、非破壊
で再生することができる。
According to the magnetic thin film memory of the present invention, the second layer corresponding to the free layer or the soft layer constituting the memory element is provided.
Since the magnetic layer and the third magnetic layer are composed of two types of magnetic layers exchange-coupled to each other having different coercive forces, when information is recorded on the free layer or the soft layer (the recording magnetic field is maintained by the first magnetic layer). (When the magnetic force is smaller), during reproduction, only the second magnetic layer is magnetized in the direction of the reproducing magnetic field, and after reproduction, the reproducing magnetic field is removed to change the magnetization direction of the second magnetic layer.
The magnetization direction before reproduction can be returned by the exchange magnetic field from the third magnetic layer. Therefore, the recorded information can be reproduced nondestructively.

【0033】一方、ハード層に対応する第1磁性層とソ
フト層に対応する第3磁性層を同一の磁化方向に磁化さ
せ、その磁化方向として、情報を記録した場合(記録磁
界が、第1磁性層の保磁力より大きい場合)、再生時
に、第2磁性層だけを再生磁界の方向に磁化させ、再生
後は、再生磁界を取り除くことにより、再生時に磁化反
転を起こした第2磁性層の磁化方向を、第3磁性層から
の交換磁界によって第1磁性層及び第3磁性層と同一の
磁化方向に戻すことができる。従って、再生磁界を印加
しない状態に於ける磁性薄膜メモリ素子の抵抗値を、常
に低抵抗状態にすることができる。
On the other hand, when the first magnetic layer corresponding to the hard layer and the third magnetic layer corresponding to the soft layer are magnetized in the same magnetization direction and information is recorded as the magnetization direction (the recording magnetic field is the first magnetic layer). (When the coercive force is greater than the coercive force of the magnetic layer), during reproduction, only the second magnetic layer is magnetized in the direction of the reproducing magnetic field, and after reproduction, the reproducing magnetic field is removed, so that the magnetization of the second magnetic layer which has undergone magnetization reversal during reproduction is reduced. The magnetization direction can be returned to the same magnetization direction as the first and third magnetic layers by the exchange magnetic field from the third magnetic layer. Therefore, the resistance value of the magnetic thin film memory element in a state where no reproducing magnetic field is applied can always be in a low resistance state.

【0034】[0034]

【実施例】図1(a)は本発明の磁性薄膜メモリの断面図
であり、基本的な磁性薄膜メモリの動作を説明するため
に、メモリの最小単位である1セルを示したものであ
る。同図に於いては、基板5上に、MR磁性層1からな
る磁性薄膜メモリ素子、読み出し線2、及び絶縁層3を
介して書き込み線4が設けられ、磁性薄膜メモリを構成
している。ここで、基板は、ガラス、表面酸化された
Siウエハーなどの絶縁体が好ましい。
FIG. 1A is a cross-sectional view of a magnetic thin film memory according to the present invention, showing one cell which is the minimum unit of the memory for explaining the basic operation of the magnetic thin film memory. . In FIG. 1, a magnetic thin-film memory element composed of an MR magnetic layer 1, a read line 2, and a write line 4 are provided on a substrate 5 via an insulating layer 3 to constitute a magnetic thin-film memory. Here, the substrate 5 is preferably an insulator such as glass or a surface-oxidized Si wafer.

【0035】尚、本発明に於いては、磁性薄膜メモリ素
子を構成するMR磁性層が、スピンバルブ型、誘導フェ
リ型のいずれの構造を有するものであってもよい。
In the present invention, the MR magnetic layer constituting the magnetic thin film memory element may have any structure of a spin valve type or an induction ferri type.

【0036】次に、磁性薄膜メモリ素子を構成するMR
磁性層について、図1(a)、(b)に示したMR磁性
層の断面図を用いて説明する。
Next, the MR constituting the magnetic thin film memory element will be described.
The magnetic layer will be described with reference to the sectional views of the MR magnetic layer shown in FIGS.

【0037】(スピンバルブ型構造の場合)図1(b)
は、スピンバルブ型構造のMR磁性層を示したものであ
り、基板5の上に、第3磁性層15、第2磁性層14、
非磁性層13、第1磁性層12、反強磁性層11が、こ
の順で積層されている。ここで、第2磁性層14と第3
磁性層15は、両層一組でフリー層に対応し、第1磁性
層12がピン層に対応する。
(In the case of a spin valve type structure) FIG. 1 (b)
Shows an MR magnetic layer having a spin-valve structure, and a third magnetic layer 15, a second magnetic layer 14,
The nonmagnetic layer 13, the first magnetic layer 12, and the antiferromagnetic layer 11 are stacked in this order. Here, the second magnetic layer 14 and the third
The magnetic layer 15 corresponds to a free layer in a pair, and the first magnetic layer 12 corresponds to a pinned layer.

【0038】尚、各層を積層する順番は、図1(b)と
は逆に、基板5の上に、反強磁性層11、第1磁性層1
2、非磁性層13、第2磁性層14、第3磁性層15の
順で積層してもよい。つまり、非磁性層13を介して設
けられるピン層とフリー層の順番が、基板側から、ピン
層、フリー層の順であっても、フリー層、ピン層の順で
あってもよい。
The order of laminating each layer is opposite to that of FIG. 1B, and the antiferromagnetic layer 11 and the first magnetic layer 1
2, the non-magnetic layer 13, the second magnetic layer 14, and the third magnetic layer 15 may be stacked in this order. That is, the order of the pinned layer and the free layer provided via the nonmagnetic layer 13 may be the order of the pinned layer and the free layer or the order of the free layer and the pinned layer from the substrate side.

【0039】次に、上記各層に用いる材料について説明
する。反強磁性層11としては、FeMn、NiMn、
NiO、FeOなどのネール点が高く、かつ第1磁性層
12との交換結合力の大きい材料が好ましい。第1磁性
層12としては、NiFe、NiFeCo合金等を、用
いることができる。非磁性層13としては、伝導電子の
仮想束縛状態を実現し易く、磁性層とフェルミ面が近
く、大きなMR変化率が得られるCuが好ましい。第2
磁性層14としては、保磁力が5[Oe]以下の材料を用
いることが好ましく、保磁力が5[Oe]以下のNi80
Fe20やNi(FeCo100−x100−y
(50≦x≦90、0<y≦100)等を用いることが
でる。第2磁性層14と交換結合する第3磁性層15と
しては、保磁力が10〜30[Oe]程度の材料を用いる
ことが好ましく、保磁力が10〜30[Oe]のFe
100−x(0≦x≦50)、Ni(FeCo
100−x100−y(0≦x≦50、0<y≦2
0)等を用いることがでる。
Next, the materials used for the respective layers will be described. As the antiferromagnetic layer 11, FeMn, NiMn,
A material having a high Neel point and a large exchange coupling force with the first magnetic layer 12, such as NiO or FeO, is preferable. As the first magnetic layer 12, NiFe, NiFeCo alloy, or the like can be used. The nonmagnetic layer 13 is preferably made of Cu, which can easily realize a virtual bound state of conduction electrons, is close to the magnetic layer and the Fermi surface, and can obtain a large MR ratio. Second
For the magnetic layer 14, a material having a coercive force of 5 [Oe] or less is preferably used, and Ni 80 having a coercive force of 5 [Oe] or less is used.
Fe 20 and Ni y (Fe x Co 100- x) 100-y
(50 ≦ x ≦ 90, 0 <y ≦ 100) or the like can be used. The third magnetic layer 15 to exchange coupling with the second magnetic layer 14, it is preferred that the coercive force is used 10 to 30 [Oe] of about material, coercivity is 10~30 [Oe] Fe x C
o 100-x (0 ≦ x ≦ 50), Ni y (Fe x Co
100-x ) 100-y (0 ≦ x ≦ 50, 0 <y ≦ 2
0) etc. can be used.

【0040】尚、第2磁性層14と第3磁性層15につ
いては、第3磁性層15の保磁力が第2磁性層14より
大きければ、上述の材料以外の材料を用いてもよい。
又、必要に応じて第2磁性層14と第3磁性層15の間
に非磁性層を設けてもよい。ここで、第2磁性層14と
第3磁性層15の間に設ける非磁性層は、両層の交換結
合力をコントロールする層で、非磁性層13と同じ理由
でCuが用いることが好ましい。
The second magnetic layer 14 and the third magnetic layer 15 may be made of a material other than those described above as long as the coercive force of the third magnetic layer 15 is larger than that of the second magnetic layer 14.
Further, a non-magnetic layer may be provided between the second magnetic layer 14 and the third magnetic layer 15 as needed. Here, the nonmagnetic layer provided between the second magnetic layer 14 and the third magnetic layer 15 is a layer for controlling the exchange coupling force of both layers, and it is preferable that Cu is used for the same reason as the nonmagnetic layer 13.

【0041】又、MR磁性層の結晶性をあげるために、
基板5とMR磁性層の間に下地層を設けてもよい。この
下地層としては、Taなど高抵抗でかつ面心立方格子の
(111)面が優先配向するものが好ましい。
In order to increase the crystallinity of the MR magnetic layer,
An underlayer may be provided between the substrate 5 and the MR magnetic layer. It is preferable that the underlayer has high resistance such as Ta and the (111) plane of the face-centered cubic lattice is preferentially oriented.

【0042】次に、上記各層の層厚について説明する。
反強磁性層11の厚みは、50Å以上2000Å以下で
あることが好ましい。反強磁性層11の厚みが薄すぎる
と、第1磁性層12への交換磁場が不十分になるからで
あり、逆に、厚すぎても実質的な効果は、向上しないか
らである。
Next, the thickness of each of the above layers will be described.
The thickness of the antiferromagnetic layer 11 is preferably not less than 50 ° and not more than 2000 °. This is because if the thickness of the antiferromagnetic layer 11 is too small, the exchange magnetic field to the first magnetic layer 12 becomes insufficient. Conversely, if the thickness is too large, the substantial effect is not improved.

【0043】又、第1磁性層12、第2磁性層14、第
3磁性層15の各磁性層の厚みは20Å以上200Å以
下が好ましい。磁性層の厚みが20Åよりも薄くなると
耐熱性と耐加工性が劣化するからであり、200Åより
厚くなっても実質的なMR変化率は、向上しないからで
ある。又、MR磁性層が厚くなると、電流を多く流す必
要が生じ、消費電力が大きくなる。
The thickness of each of the first magnetic layer 12, the second magnetic layer 14, and the third magnetic layer 15 is preferably not less than 20 ° and not more than 200 °. This is because if the thickness of the magnetic layer is less than 20 °, heat resistance and workability deteriorate, and if the thickness is more than 200 °, the substantial MR ratio does not improve. Also, when the MR magnetic layer becomes thicker, it becomes necessary to flow a large amount of current, and power consumption increases.

【0044】又、非磁性層13の厚みは、10Å以上1
00Å以下であることが好ましい。非磁性層の厚みが薄
すぎると第1磁性層12と第2磁性層14の交換結合が
大きくなりすぎるからであり、逆に、厚くなりすぎる
と、この層の内部のみを流れる伝導電子の割合が多くな
ってしまい、MR変化率が小さくなるからである。
The thickness of the nonmagnetic layer 13 is 10 ° or more and 1
It is preferably not more than 00 °. If the thickness of the nonmagnetic layer is too small, the exchange coupling between the first magnetic layer 12 and the second magnetic layer 14 becomes too large. Conversely, if the thickness is too large, the proportion of conduction electrons flowing only inside this layer Is increased, and the MR change rate is reduced.

【0045】又、第2磁性層14と第3磁性層15の間
に交換結合力を制御するための非磁性層を設ける場合に
は、この非磁性層の厚みは、50Å以下が望ましい。こ
れ以上厚くなると交換結合力が小さくなりすぎてしまう
からである。
When a nonmagnetic layer for controlling the exchange coupling force is provided between the second magnetic layer 14 and the third magnetic layer 15, the thickness of the nonmagnetic layer is desirably 50 ° or less. If the thickness is more than this, the exchange coupling force becomes too small.

【0046】又、基板5とMR磁性層の間に下地層を設
ける場合には、この下地層の厚みは、は30Å以上50
0Å以下であることが好ましい。下地層の厚みが、30
Åより薄くなると結晶性の向上という効果が得られず、
逆に、500Åより厚くしても、その効果が頭打ちにな
るからである。
When an underlayer is provided between the substrate 5 and the MR magnetic layer, the thickness of the underlayer should be not less than 30.degree.
It is preferable that the angle is 0 ° or less. When the thickness of the underlayer is 30
と If the thickness is smaller, the effect of improving the crystallinity cannot be obtained,
Conversely, even if the thickness is more than 500 °, the effect thereof will level out.

【0047】(誘導フェリ型構造の場合)図1(c)
は、誘導フェリ型構造のMR磁性層を示したものであ
り、基板5の上に、第3磁性層19、第2磁性層18、
非磁性層17、第1磁性層16が、この順で積層されて
いる。ここで、第2磁性層18と第3磁性層19は、両
層一組でソフト層に対応し、第1磁性層16は、ハード
層に対応する。
(In the case of an induced ferri type structure) FIG. 1 (c)
Shows an MR magnetic layer having an induction ferrimagnetic structure, and a third magnetic layer 19, a second magnetic layer 18,
The non-magnetic layer 17 and the first magnetic layer 16 are stacked in this order. Here, the pair of the second magnetic layer 18 and the third magnetic layer 19 correspond to a soft layer, and the first magnetic layer 16 corresponds to a hard layer.

【0048】尚、各層を積層する順番は、図1(c)と
は逆に、基板5の上に、第1磁性層16、非磁性層1
7、第2磁性層18、第3磁性層19の順で積層しても
よい。つまり、非磁性層17を介して設けられるソフト
層とハード層の順番が、基板側から、ソフト層、ハード
層の順であっても、ハード層、ソフト層の順であっても
よい。
The order in which the layers are stacked is opposite to that shown in FIG. 1C, in which the first magnetic layer 16 and the non-magnetic layer 1
7, the second magnetic layer 18 and the third magnetic layer 19 may be stacked in this order. That is, the order of the soft layer and the hard layer provided via the nonmagnetic layer 17 may be the order of the soft layer and the hard layer or the order of the hard layer and the soft layer from the substrate side.

【0049】次に、上記各層に用いる材料について説明
する。第1磁性層16の材料は、特に限定されるもので
はないが、保磁力が10[Oe]以上のCo、PtCO合
金、又はFeCo100−x(0≦x≦50)、Ni
(FeCo100−x100−y(0≦x≦5
0、0<y≦20)等を用いることができる。ここで、
第1磁性層16に情報を記録する場合は、第1磁性層1
6の保磁力は、第3磁性層19の保磁力と同程度するこ
とが好ましい。非磁性層17としては、伝導電子の仮想
束縛状態を実現し易く、磁性層とフェルミ面が近く、大
きなMR変化率が得られるCuが好ましい。第2磁性層
18としては、保磁力が5[Oe]以下の材料を用いるこ
とが好ましく、保磁力が5[Oe]以下のNi0Fe
20やNiy(FeCo100−x100−y(5
0≦x≦90、0<y≦100)等を用いることがで
る。第2磁性層18と交換結合する第3磁性層19とし
ては、保磁力が10〜30[Oe]程度の材料を用いるこ
とが好ましく、保磁力が10〜30[Oe]のFeCo
100−x(0≦x≦50)、Ni(FeCo
100−x100−y(0≦x≦50、0<y≦2
0)等を用いることがでる。
Next, the materials used for the respective layers will be described. Materials of the first magnetic layer 16 is not particularly limited, coercive force 10 [Oe] or more Co, PtCo alloy or Fe x Co 100-x (0 ≦ x ≦ 50),, Ni
y (Fe x Co 100-x ) 100-y (0 ≦ x ≦ 5
0, 0 <y ≦ 20) and the like. here,
When information is recorded on the first magnetic layer 16, the first magnetic layer 1
The coercive force of No. 6 is preferably about the same as the coercive force of the third magnetic layer 19. The nonmagnetic layer 17 is preferably Cu, which can easily realize a virtual bound state of conduction electrons, is close to the Fermi surface with the magnetic layer, and can provide a large MR ratio. The second magnetic layer 18 is preferably made of a material having a coercive force of 5 [Oe] or less, and Ni 80 Fe having a coercive force of 5 [Oe] or less.
20 and Niy (Fe x Co 100-x ) 100-y (5
0 ≦ x ≦ 90, 0 <y ≦ 100) and the like. The third magnetic layer 19 to exchange coupling with the second magnetic layer 18, it is preferred that the coercive force is used 10 to 30 [Oe] of about material, coercivity is 10~30 [Oe] Fe x Co
100-x (0 ≦ x ≦ 50), Ni y (Fe x Co
100-x ) 100-y (0 ≦ x ≦ 50, 0 <y ≦ 2
0) etc. can be used.

【0050】尚、第2磁性層18と第3磁性層19につ
いては、第3磁性層19の保磁力が第2磁性層18より
大きければ、上述の材料以外の材料を用いてもよい。
又、必要に応じて第2磁性層18と第3磁性層19の間
に非磁性層を設けてもよい。ここで、第2磁性層18と
第3磁性層19の間に設ける非磁性層は、両層の交換結
合力をコントロールする層で、非磁性層17と同じ理由
でCuを用いることが好ましい。
The second magnetic layer 18 and the third magnetic layer 19 may be made of a material other than those described above, as long as the coercive force of the third magnetic layer 19 is larger than that of the second magnetic layer 18.
Further, a non-magnetic layer may be provided between the second magnetic layer 18 and the third magnetic layer 19 as needed. Here, the nonmagnetic layer provided between the second magnetic layer 18 and the third magnetic layer 19 is a layer for controlling the exchange coupling force of both layers, and it is preferable to use Cu for the same reason as the nonmagnetic layer 17.

【0051】又、MR磁性層の結晶性をあげるために、
基板5とMR磁性層の間に下地層を設けてもよい。この
下地層としては、Taなど高抵抗でかつ面心立方格子の
(111)面が配向するものが好ましい。
In order to improve the crystallinity of the MR magnetic layer,
An underlayer may be provided between the substrate 5 and the MR magnetic layer. It is preferable that the underlayer has a high resistance such as Ta and the (111) plane of the face-centered cubic lattice is oriented.

【0052】次に、上記各層の層厚について説明する。
第1磁性層16、第2磁性層18、第3磁性層19の各
磁性層の厚みは20Å以上200Å以下が好ましい。磁
性層の厚みが20Åよりも薄くなると耐熱性と耐加工性
が劣化するからであり、200Åより厚くなっても実質
的なMR変化率は、向上しないからである。又、MR磁
性層が厚くなると、電流を多く流す必要が生じ、消費電
力が大きくなる。
Next, the thickness of each layer will be described.
The thickness of each magnetic layer of the first magnetic layer 16, the second magnetic layer 18, and the third magnetic layer 19 is preferably 20 ° or more and 200 ° or less. This is because if the thickness of the magnetic layer is less than 20 °, heat resistance and workability deteriorate, and if the thickness is more than 200 °, the substantial MR ratio does not improve. Also, when the MR magnetic layer becomes thicker, it becomes necessary to flow a large amount of current, and power consumption increases.

【0053】又、非磁性層17の厚みは、10Å以上1
00Å以下であることが好ましい。非磁性層の厚みが薄
すぎると第1磁性層16と第2磁性層17の交換結合が
大きくなりすぎるからであり、逆に、厚くなりすぎる
と、この層の内部のみを流れる伝導電子の割合が多くな
ってしまい、MR変化率が小さくなるからである。
The thickness of the non-magnetic layer 17 is 10 ° or more and 1
It is preferably not more than 00 °. If the thickness of the nonmagnetic layer is too small, the exchange coupling between the first magnetic layer 16 and the second magnetic layer 17 becomes too large. Conversely, if the thickness is too large, the proportion of conduction electrons flowing only inside this layer Is increased, and the MR change rate is reduced.

【0054】又、第2磁性層18と第3磁性層19の間
に交換結合力を制御するための非磁性層を設ける場合に
は、この非磁性層の厚みは、50Å以下が望ましい。こ
れ以上厚くなると交換結合力が小さくなりすぎてしまう
からである。
When a nonmagnetic layer for controlling the exchange coupling force is provided between the second magnetic layer 18 and the third magnetic layer 19, the thickness of the nonmagnetic layer is desirably 50 ° or less. If the thickness is more than this, the exchange coupling force becomes too small.

【0055】又、基板5とMR磁性層の間に下地層を設
ける場合には、この下地層の厚みは、は30Å以上50
0Å以下であることが好ましい。下地層の厚みが、30
Åより薄くなると結晶性の向上という効果が得られず、
逆に、500Åより厚くしても、その効果が頭打ちにな
るからである。
When an underlayer is provided between the substrate 5 and the MR magnetic layer, the thickness of the underlayer should be not less than 30.degree.
It is preferable that the angle is 0 ° or less. When the thickness of the underlayer is 30
と If the thickness is smaller, the effect of improving the crystallinity cannot be obtained,
Conversely, even if the thickness is more than 500 °, the effect thereof will level out.

【0056】(記録再生方法について)次に、本発明の
磁性薄膜メモリの記録再生方法について説明する。
(Recording / Reproducing Method) Next, a recording / reproducing method of the magnetic thin film memory of the present invention will be described.

【0057】まず、1素子の磁性薄膜メモリ素子に対し
て情報を記録する場合について、図2(a)(b)を用
いて説明する。図2(a)(b)は、スピンバルブ型の
磁性薄膜メモリ素子に情報を記録する場合(フリー層に
記録する場合)を示し、21は書き込み線で、31はピ
ン層に対応する第1磁性層で、32は非磁性層で、3
3、34はフリー層に対応する第2磁性層と第3磁性層
である。ここで、第1磁性層31、第2磁性層33及び
第3磁性層34の磁化容易軸は全て平行で、これらの磁
化容易軸は書き込み線21と直交する方向に設定されて
いる。又、22、23は、書き込み線21を流れる書き
込み電流によって発生する磁界であり、その磁界の方向
は、書き込み線21を流れる書き込み電流の方向によっ
て決まる。かかる書き込み電流によって発生する、磁界
22又は磁界23によって、フリー層に対応する第2磁
性層33及び第3磁性層34の磁化方向が磁界の方向設
定され、その磁化方向に2値の「0」、「1」を対応さ
せることによって、情報を記録している 図2(a)に於いては、書き込み線21を流れる書き込
み電流によって発生した磁界(紙面上で時計回りの磁
界)22で、第2磁性層33及び第3磁性層34を、第
1磁性層31の磁化方向と逆の方向(紙面上で左方向)
に磁化させている。一方、(b)に於いては、書き込み
線21を流れる書き込み電流によって発生した磁界(紙
面上で反時計回りの磁界)23で、第2磁性層33及び
第3磁性層34を、第1磁性層31の磁化方向と同一の
方向(紙面上で右方向)に磁化させている。ここで、書
き込み線21を流れる書き込み電流によって発生する磁
界は、フリー層に対応する第2磁性層33及び第3磁性
層34の保磁力よりも大きくする。尚、磁界22又は磁
界23を印加したときに、ピン層に対応する第1磁性層
31が磁化反転を起こしても、磁界を取り除けば磁界を
印加する前の状態に戻るので、第1磁性層の磁化方向
は、記録磁界(磁界22又は磁界23)により反転して
もよい。
First, a case where information is recorded on one magnetic thin film memory element will be described with reference to FIGS. 2 (a) and 2 (b). FIGS. 2A and 2B show a case where information is recorded on a spin-valve type magnetic thin film memory element (a case where information is recorded on a free layer). 32 is a non-magnetic layer, and 3 is a non-magnetic layer.
Reference numerals 3 and 34 denote a second magnetic layer and a third magnetic layer corresponding to the free layer. Here, the axes of easy magnetization of the first magnetic layer 31, the second magnetic layer 33, and the third magnetic layer 34 are all parallel, and these easy axes of magnetization are set in a direction orthogonal to the write line 21. Reference numerals 22 and 23 denote magnetic fields generated by a write current flowing through the write line 21, and the direction of the magnetic field is determined by the direction of the write current flowing through the write line 21. The magnetization direction of the second magnetic layer 33 and the third magnetic layer 34 corresponding to the free layer is set by the magnetic field 22 or 23 generated by the write current, and the binary “0” is set in the magnetization direction. In FIG. 2A, a magnetic field (a clockwise magnetic field on the paper) 22 generated by a write current flowing through the write line 21 is used. The second magnetic layer 33 and the third magnetic layer 34 are oriented in the direction opposite to the magnetization direction of the first magnetic layer 31 (leftward on the paper).
Magnetized. On the other hand, in (b), the magnetic field (counterclockwise magnetic field) 23 generated by the write current flowing through the write line 21 divides the second magnetic layer 33 and the third magnetic layer 34 into the first magnetic layer 34. The layer 31 is magnetized in the same direction as the magnetization direction (rightward on the paper). Here, the magnetic field generated by the write current flowing through the write line 21 is made larger than the coercive force of the second magnetic layer 33 and the third magnetic layer 34 corresponding to the free layer. Even if the first magnetic layer 31 corresponding to the pinned layer undergoes magnetization reversal when the magnetic field 22 or the magnetic field 23 is applied, the state returns to the state before the application of the magnetic field if the magnetic field is removed. May be reversed by a recording magnetic field (magnetic field 22 or magnetic field 23).

【0058】次に、上述のようにして記録された情報を
再生する場合について、図2(c)(d)を用いて説明
する。尚、図2(c)は、同図(a)に示した磁界22
で記録された情報を再生する場合を示し、図2(d)
は、同図(b)に示した磁界23で記録された情報を再
生する場合を示す。
Next, a case where the information recorded as described above is reproduced will be described with reference to FIGS. FIG. 2C shows the magnetic field 22 shown in FIG.
FIG. 2 (d) shows a case where the information recorded in step (1) is reproduced.
Shows a case where information recorded by the magnetic field 23 shown in FIG.

【0059】上記磁界22又は磁界23により記録され
た情報を再生する場合には、読み出し線25に読み出し
電流を流しながら、書き込み線21に書き込み電流より
も小さいパルス電流(以下、再生電流という)を一定の
方向に流す。ここで、書き込み線21に流れる再生電流
によって発生する磁界24は、第2磁性層33の保磁力
より大きく、第3磁性層34の保磁力より小さくなるよ
うにする。又、再生磁界である磁界24の方向は、第1
磁性層の磁化方向と同一方向でも逆方向でもよいが、磁
界24を印加したときに、第1磁性層の磁化方向が反転
しない強度に設定する。
When reproducing information recorded by the magnetic field 22 or the magnetic field 23, a pulse current (hereinafter referred to as a reproduction current) smaller than the write current is applied to the write line 21 while a read current is applied to the read line 25. Flow in a certain direction. Here, the magnetic field 24 generated by the reproduction current flowing through the write line 21 is set to be larger than the coercive force of the second magnetic layer 33 and smaller than the coercive force of the third magnetic layer 34. The direction of the magnetic field 24 as the reproducing magnetic field is the first direction.
The magnetization direction of the first magnetic layer may be the same as or opposite to the magnetization direction of the magnetic layer, but the intensity is set so that the magnetization direction of the first magnetic layer is not reversed when the magnetic field 24 is applied.

【0060】尚、再生電流を流す方向は、紙面上で時計
回りの磁界が発生する方向に設定しても、反時計回りの
磁界が発生する方向に設定してもよいが、図2(c)、
(d)に於いては、反時計回りの磁界24が発生する方
向に設定されている。
Note that the direction in which the reproduction current flows may be set to a direction in which a clockwise magnetic field is generated on the paper surface or may be set to a direction in which a counterclockwise magnetic field is generated. ),
In (d), the direction is set so that the counterclockwise magnetic field 24 is generated.

【0061】図2(c)の場合、情報を記録したときの
磁界22と再生電流によって発生した磁界24が、逆方
向になるため、再生電流を流したときに、第2磁性層3
3の磁化方向が反転し、磁性薄膜メモリ素子であるMR
磁性層の抵抗値が小さくなる。その結果、読み出し電流
が流れている読み出し線25の出力側に電圧変動(電圧
の上昇)が生じる。一方、(d)の場合、情報を記録し
たときの磁界23と再生電流によって発生した磁界24
が、同一方向なので、再生電流を流したときに、第2磁
性層33の磁化方向が反転せず、磁性薄膜メモリ素子で
あるMR磁性層の抵抗値も変化しない。従って、読み出
し電流が流れている読み出し線25の出力側にも電圧変
動が生じない。
In the case of FIG. 2C, the magnetic field 22 at the time of recording information and the magnetic field 24 generated by the reproducing current are in opposite directions.
3, the magnetization direction is reversed, and the magnetic thin film memory element MR
The resistance value of the magnetic layer decreases. As a result, a voltage change (voltage rise) occurs on the output side of the read line 25 through which the read current flows. On the other hand, in the case of (d), a magnetic field 23 when information is recorded and a magnetic field 24 generated by a reproduction current
Are the same direction, so that when a reproducing current is passed, the magnetization direction of the second magnetic layer 33 does not reverse, and the resistance value of the MR magnetic layer, which is a magnetic thin film memory element, does not change. Accordingly, no voltage fluctuation occurs on the output side of the read line 25 through which the read current flows.

【0062】ここで、書き込み線21を流れる再生電流
と読み出し線25の出力側の電圧の関係を、図3に示し
た。図3(a)に示した再生電流を流したときに、第2
磁性層33の磁化方向が反転した場合は、(b)に示し
たように読み出し線25の出力側に電圧変動が発生し、
第2磁性層33の磁化方向が反転しない場合は、(c)
に示したように読み出し線25の出力側に電圧変動が発
生しない。
Here, the relationship between the reproduction current flowing through the write line 21 and the voltage on the output side of the read line 25 is shown in FIG. When the reproduction current shown in FIG.
When the magnetization direction of the magnetic layer 33 is reversed, a voltage fluctuation occurs on the output side of the read line 25 as shown in FIG.
When the magnetization direction of the second magnetic layer 33 is not reversed, (c)
As shown in (1), no voltage fluctuation occurs on the output side of the read line 25.

【0063】尚、図2(c)、(d)に於いて、再生電
流を、時計回りの磁界が発生する方向に設定した場合、
(c)では、第2磁性層33の磁化方向が反転せず、磁
性薄膜メモリ素子であるMR磁性層の抵抗値も変化しな
いが、(d)では、第2磁性層33の磁化方向が反転
し、磁性薄膜メモリ素子であるMR磁性層の抵抗値が大
きくなる。従って、(d)の場合だけ、読み出し線25
に電圧変動(電圧の降下)が生じる。
In FIG. 2C and FIG. 2D, when the reproducing current is set in the direction in which the clockwise magnetic field is generated,
In (c), the magnetization direction of the second magnetic layer 33 does not reverse, and the resistance value of the MR magnetic layer, which is a magnetic thin film memory element, does not change. In (d), the magnetization direction of the second magnetic layer 33 reverses. However, the resistance value of the MR magnetic layer, which is a magnetic thin film memory element, increases. Therefore, only in the case of (d), the read line 25
Causes voltage fluctuation (voltage drop).

【0064】つまり、再生電流を流す方向が一定であれ
ば、第2磁性層33の磁化方向が、いずれか一方のとき
だけ電圧変動が生じ、その逆方向に磁化しているときは
電圧変動が生じないので、第2磁性層33の磁化方向
は、電圧変動の有無として判断することができる。
That is, if the direction in which the reproduction current flows is constant, a voltage fluctuation occurs only when the magnetization direction of the second magnetic layer 33 is either one, and when the magnetization direction is reversed, the voltage fluctuation occurs. Since this does not occur, the magnetization direction of the second magnetic layer 33 can be determined as the presence or absence of a voltage change.

【0065】上述のように、情報を記録するときには、
フリー層の磁化方向に「0」、「1」を対応させ、書き
込む情報に応じた方向の書き込み電流を書き込み線21
に流すことにより、情報を記録し(フリー層の磁化方向
を設定し)、記録した情報を再生するときには、読み出
し電流を読み出し線25に流しながら、書き込み線21
に再生電流を流し、そのときの読み出し線25に於ける
電圧変動の有無を検出することにより、記録した情報を
再生することができる。
As described above, when recording information,
"0" and "1" are made to correspond to the magnetization direction of the free layer, and a write current in a direction corresponding to information to be written is written to the write line 21.
When information is recorded (by setting the magnetization direction of the free layer) and the recorded information is reproduced, the write current is applied to the read line 25 while the read current is applied to the read line 25.
The recorded information can be reproduced by supplying a reproduction current to the read line and detecting the presence or absence of a voltage change in the read line 25 at that time.

【0066】又、本発明の磁性薄膜メモリ素子に於いて
は、再生時、つまり、書き込み線21に再生電流を流し
た時に、第2磁性層33の磁化方向が反転した場合、再
生後、つまり、再生電流を切り再生電流による磁界の印
加を止めると、反転した第2磁性層33の磁化方向は、
第3磁性層34からの交換磁場によって、再生前の状態
に戻る。従って、本発明の磁性薄膜メモリ素子を用いれ
ば、記録した情報を破壊すること無く、記録した情報の
再生を行うことができる。
In the magnetic thin film memory element of the present invention, when the magnetization direction of the second magnetic layer 33 is reversed at the time of reproduction, that is, when a reproduction current is applied to the write line 21, after reproduction, that is, When the reproduction current is turned off and the application of the magnetic field by the reproduction current is stopped, the magnetization direction of the inverted second magnetic layer 33 becomes
The state before the reproduction is restored by the exchange magnetic field from the third magnetic layer 34. Therefore, by using the magnetic thin film memory element of the present invention, the recorded information can be reproduced without destroying the recorded information.

【0067】次に、誘導フェリ型の磁性薄膜メモリ素子
に対して記録を行う場合(ハード層に記録する場合)に
ついて、図4、図5を用いて説明する。図4に示した誘
導フェリ型の磁性薄膜メモリ素子では、第1磁性層31
はハード層に対応し、第2磁性層33と第3磁性層34
はソフト層に対応する。ここで、第1磁性層31、第2
磁性層33及び第3磁性層34の磁化容易軸は、スピン
バルブ型の場合と同様に、全て平行で、書き込み線21
と直交する方向に設定されている。
Next, the case of recording on the induction ferrimagnetic thin film memory element (the case of recording on the hard layer) will be described with reference to FIGS. In the induction ferrimagnetic thin film memory device shown in FIG.
Corresponds to the hard layer, and the second magnetic layer 33 and the third magnetic layer 34
Corresponds to the soft layer. Here, the first magnetic layer 31, the second magnetic layer 31,
The axes of easy magnetization of the magnetic layer 33 and the third magnetic layer 34 are all parallel to each other as in the case of the spin-valve type, and
Are set in a direction perpendicular to the direction.

【0068】誘導フェリ型の磁性薄膜メモリ素子の場
合、書き込み線21を流れる書き込み電流によって発生
する、磁界22又は磁界23によって、ハード層に対応
する第1磁性層31の磁化方向が磁界の方向に設定さ
れ、その磁化方向に2値の「0」、「1」を割り当てて
いる。
In the case of the induction ferrimagnetic thin film memory element, the magnetization direction of the first magnetic layer 31 corresponding to the hard layer changes in the direction of the magnetic field due to the magnetic field 22 or 23 generated by the write current flowing through the write line 21. It is set, and two values “0” and “1” are assigned to the magnetization direction.

【0069】図4(a)に於いては、書き込み線21を
流れる書き込み電流によって発生した磁界(紙面上で時
計回りの磁界)22で、第1磁性層31を、磁界22の
方向(紙面上で左方向)に磁化させている。一方、
(b)に於いては、書き込み線21を流れる書き込み電
流によって発生した磁界(紙面上で反時計回りの磁界)
23で、第1磁性層31を、磁界23の方向(紙面上で
右方向)に磁化させている。
In FIG. 4A, a magnetic field (clockwise magnetic field) 22 generated by a write current flowing through the write line 21 causes the first magnetic layer 31 to move in the direction of the magnetic field 22 (on the paper). To the left). on the other hand,
In (b), a magnetic field generated by a write current flowing through the write line 21 (a counterclockwise magnetic field on the paper)
At 23, the first magnetic layer 31 is magnetized in the direction of the magnetic field 23 (rightward on the paper).

【0070】尚、書き込み線21を流れる書き込み電流
によって発生する磁界は、ハード層に対応する第1磁性
層31の保磁力よりも大きいため、ソフト層に対応する
第2磁性層33と第3磁性層34も磁界の方向に磁化さ
れる。
Since the magnetic field generated by the write current flowing through the write line 21 is larger than the coercive force of the first magnetic layer 31 corresponding to the hard layer, the second magnetic layer 33 corresponding to the soft layer and the third magnetic layer Layer 34 is also magnetized in the direction of the magnetic field.

【0071】次に、上述のようにして記録された情報を
再生する場合について、図5を用いて説明する。尚、図
5(a)、(b)は、図4(a)に示した磁界22で記
録された情報を再生する場合を示し、(c)、(d)
は、図4(b)に示した磁界23で記録された情報を再
生する場合を示す。
Next, a case where the information recorded as described above is reproduced will be described with reference to FIG. FIGS. 5A and 5B show a case where information recorded by the magnetic field 22 shown in FIG. 4A is reproduced, and FIGS.
Shows a case where information recorded by the magnetic field 23 shown in FIG. 4B is reproduced.

【0072】上記磁界22又は磁界23により記録され
た情報を再生する場合には、読み出し線25に読み出し
電流を流しながら、書き込み線21に書き込み電流より
も小さく、時分割で流れる方向が切り替わる電流(以
下、再生変化電流という)を流す。ここで、書き込み線
21に流れる再生変化電流によって発生する磁界24a
と磁界24bは、第2磁性層33の保磁力より大きく、
第3磁性層34の保磁力より小さくなるようにする。
When reproducing the information recorded by the magnetic field 22 or the magnetic field 23, a current (which is smaller than the write current in the write line 21 and switches the direction in which the current flows in a time-division manner while the read current flows in the read line 25). Hereinafter, it is referred to as a reproduction change current). Here, a magnetic field 24a generated by a reproduction change current flowing through the write line 21
And the magnetic field 24b are larger than the coercive force of the second magnetic layer 33,
The coercive force of the third magnetic layer 34 is set to be smaller than the coercive force.

【0073】図5(a)、(b)の場合、磁界24aが
印加されているときは、第1磁性層31の磁化方向と第
2磁性層33の磁化方向が逆方向になるので、磁性薄膜
メモリ素子であるMR磁性層の抵抗値が大きくなる。一
方、磁界24bが印加されているときは、第1磁性層3
1の磁化方向と第2磁性層33の磁化方向が同一方向に
なるので、磁性薄膜メモリ素子であるMR磁性層の抵抗
値が小さくなる。従って、磁界が、磁界24aから磁界
24bに変化するときに、MR磁性層の抵抗が、高抵抗
から低抵抗に変化する。その結果、磁界の変化時に、読
み出し電流が流れている読み出し線25の出力側の電圧
が上昇する。
5A and 5B, when the magnetic field 24a is applied, the magnetization direction of the first magnetic layer 31 and the magnetization direction of the second magnetic layer 33 are opposite to each other. The resistance value of the MR magnetic layer, which is a thin film memory element, increases. On the other hand, when the magnetic field 24b is applied, the first magnetic layer 3
Since the magnetization direction of 1 and the magnetization direction of the second magnetic layer 33 are in the same direction, the resistance value of the MR magnetic layer, which is a magnetic thin film memory element, becomes small. Therefore, when the magnetic field changes from the magnetic field 24a to the magnetic field 24b, the resistance of the MR magnetic layer changes from a high resistance to a low resistance. As a result, when the magnetic field changes, the voltage on the output side of the read line 25 through which the read current flows increases.

【0074】図5(c)、(d)の場合、磁界24aが
印加されているときは、第1磁性層31の磁化方向と第
2磁性層33の磁化方向が同一方向になるので、磁性薄
膜メモリ素子であるMR磁性層の抵抗値が小さくなる。
一方、磁界24bが印加されているときは、第1磁性層
31の磁化方向と第2磁性層33の磁化方向が逆方向に
なるので、磁性薄膜メモリ素子であるMR磁性層の抵抗
値が大きくなる。従って、磁界が、磁界24aから磁界
24bに変化するときに、MR磁性層の抵抗が、低抵抗
から高抵抗に変化する。その結果、磁界の変化時に、読
み出し電流が流れている読み出し線25の出力側の電圧
が降下する。
In the case of FIGS. 5C and 5D, when the magnetic field 24a is applied, the magnetization direction of the first magnetic layer 31 and the magnetization direction of the second magnetic layer 33 are in the same direction. The resistance value of the MR magnetic layer, which is a thin film memory element, becomes smaller.
On the other hand, when the magnetic field 24b is applied, the magnetization direction of the first magnetic layer 31 and the magnetization direction of the second magnetic layer 33 are opposite, so that the resistance value of the MR magnetic layer, which is a magnetic thin film memory element, is large. Become. Therefore, when the magnetic field changes from the magnetic field 24a to the magnetic field 24b, the resistance of the MR magnetic layer changes from low resistance to high resistance. As a result, when the magnetic field changes, the voltage on the output side of the read line 25 through which the read current flows drops.

【0075】ここで、書き込み線21を流れる再生変化
電流と読み出し線25の出力側の電圧の関係を、図6に
示した。図6(a)に示した再生変化電流を流したとき
に、第1磁性層31の磁化方向に応じて、電流の方向が
変化した時に、読み出し線25の出力側の電圧が上昇
((b))、又は、降下((c))する。従って、再生
変化電流に於いて、電流の方向が変化した時に、読み出
し線25の出力側の電圧が上昇するか、又は、降下する
かを検出することにより、第1磁性層31の磁化方向を
判断することができる。
Here, the relationship between the reproduction change current flowing through the write line 21 and the voltage on the output side of the read line 25 is shown in FIG. When the reproduction change current shown in FIG. 6A flows and the current direction changes in accordance with the magnetization direction of the first magnetic layer 31, the voltage on the output side of the read line 25 increases ((b )) Or descend ((c)). Therefore, in the reproduction change current, when the direction of the current changes, whether the voltage on the output side of the read line 25 rises or falls is detected, so that the magnetization direction of the first magnetic layer 31 is changed. You can judge.

【0076】上述のように、情報を記録するときには、
ハード層の磁化方向に「0」、「1」を割り当て、書き
込む情報に応じた方向の書き込み電流を書き込み線21
に流すことにより、情報を記録し(ハード層の磁化方向
を設定し)、記録した情報を再生するときには、読み出
し電流を読み出し線25に流しながら、書き込み線21
に再生変化電流を流し、そのときの読み出し線25に於
ける電圧の上昇又は降下を検出することにより、記録し
た情報を再生することができる。尚、再生変化電流は、
磁界24b、磁界24aの順で磁界が変化するように設
定してもよい。
As described above, when recording information,
“0” and “1” are assigned to the magnetization direction of the hard layer, and a write current in a direction corresponding to the information to be written is applied to the write line 21.
When the information is recorded (by setting the magnetization direction of the hard layer) and the recorded information is reproduced, the read current is applied to the read line 25 while the write line 21 is supplied.
The recorded information can be reproduced by supplying a reproduction change current to the read line 25 and detecting the rise or fall of the voltage on the read line 25 at that time. The reproduction change current is
The magnetic field may be set so that the magnetic field changes in the order of the magnetic field 24b and the magnetic field 24a.

【0077】又、本発明の磁性薄膜メモリ素子に於いて
は、再生後、つまり、再生変化電流を切り再生変化電流
による磁界の印加を止めると、第2磁性層33の磁化方
向は、第3磁性層34からの交換磁場によって、第3磁
性層34の磁化方向、つまり、第1磁性層の磁化方向と
同一の方向に戻る。従って、本発明の磁性薄膜メモリ素
子は、磁界を印加していない状態では、低抵抗になるの
で、メモリを構成した場合に、発熱及び発熱によるパワ
ーロスを少なくすることができる。
In the magnetic thin film memory element of the present invention, after the reproduction, that is, when the reproduction change current is turned off and the application of the magnetic field by the reproduction change current is stopped, the magnetization direction of the second magnetic layer 33 becomes the third magnetic layer. Due to the exchange magnetic field from the magnetic layer 34, the magnetization direction of the third magnetic layer 34 returns to the same direction as the magnetization direction of the first magnetic layer. Therefore, the magnetic thin film memory element of the present invention has a low resistance when no magnetic field is applied, so that when a memory is configured, heat generation and power loss due to heat generation can be reduced.

【0078】次に、マトリックス状に配列された磁性薄
膜メモリ素子に、情報書き込む場合について説明する。
Next, a case where information is written to the magnetic thin film memory elements arranged in a matrix will be described.

【0079】図7は、磁性薄膜メモリの平面図(a)と
そのAA’断面図(b)を示し、書き込み線51、5
2、53と書き込み補助線61、62、63が直交する
部分に、磁性薄膜メモリ素子であるMR磁性膜がマトリ
ックス状に配列されている。ここで、磁性薄膜メモリ素
子は、読み出し補助線方向に直列に接続され、読み出し
線を形成している。例えば、AA’断面に示した部分で
は、磁性薄膜メモリ素子41、42、43が直列に接続
された部分が、読み出し線2になる。
FIG. 7 shows a plan view (a) of the magnetic thin film memory and an AA ′ sectional view (b) thereof.
MR magnetic films, which are magnetic thin film memory elements, are arranged in a matrix at portions where the write assist lines 2 and 53 are orthogonal to the write assist lines 61, 62 and 63. Here, the magnetic thin film memory elements are connected in series in the read auxiliary line direction to form a read line. For example, in the portion shown in the AA ′ section, the portion where the magnetic thin film memory elements 41, 42, 43 are connected in series becomes the read line 2.

【0080】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.

【0081】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だけに情報を記録す
る場合について、図8、図9を参照して説明する。
FIGS. 8 and 9 show a case where information is recorded only in a part of the magnetic thin film memory elements arranged in a matrix by applying a current to both the write line and the write auxiliary line. This will be described with reference to FIG.

【0082】図8(a)に於いて、Iw1は書き込み線
50を流れる書き込み電流を示し、Iwは書き込み補助
線60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、第3磁性層(フリー
層)に情報を記録するメモリ素子の場合、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3磁性層の保持力より小さいため、一方の磁
界だけでは、第3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3磁性層の保持力より大きい
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3磁性層の磁化方向を変えるこ
と、つまり情報を記録することができる。尚、第2磁性
層も第3磁性層の磁化方向と同一方向に磁化する。
In FIG. 8A, Iw1 indicates a write current flowing through the write line 50, and Iw indicates a write auxiliary current flowing through the write auxiliary line 60. 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, in the case of a memory element for recording information in the third magnetic layer (free layer), the write magnetic field Hw1 and the write auxiliary magnetic field Hw are both smaller than the coercive force of the third magnetic layer of the magnetic thin film memory element. The magnetization direction of the third magnetic layer cannot be changed only by the 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 third magnetic layer, when both the write current Iw1 and the write auxiliary current Iw are passed, the magnetization of the third magnetic layer is reduced. The direction can be changed, that is, information can be recorded. Note that the second magnetic layer is also magnetized in the same direction as the magnetization direction of the third magnetic layer.

【0083】図8(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3磁性層40の
磁化容易軸40aを示す。ここで、合成磁界H1は、第
2磁性層2の保持力より大きいため、第3磁性層40
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40a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3磁性層40の磁化容易軸40a
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3磁性層40の磁化容易軸4
0a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. 8B shows the write magnetic field Hw1, the write auxiliary magnetic field Hw, the composite magnetic field H1, and the axis of easy magnetization 40a of the third magnetic layer 40. Here, since the synthetic magnetic field H1 is larger than the coercive force of the second magnetic layer 2, the third magnetic layer 40
Is magnetized by the synthetic magnetic field H1, and its magnetization direction B1
Is the direction of a component parallel to the easy axis 40a of the synthetic magnetic field H1. Note that the write magnetic field Hw1 generated by the write current Iw1 depends on the axis of easy magnetization 40a of the third magnetic layer 40.
And the auxiliary write magnetic field Hw generated by the auxiliary write current Iw is the axis of easy magnetization 4 of the third magnetic layer 40.
Since it is almost perpendicular to 0a, the magnetization direction B1 is determined by the write magnetic field Hw1, that is, the write current Iw1.

【0084】図9(a)は、図8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8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3磁性体40の磁化方向B2も図8の磁化方
向B1と逆の方向になる。
FIG. 9A shows the write current Iw1 of FIG.
And the write current Iw2 flows in the opposite direction. Therefore, the direction of the generated write magnetic field Hw2 is also opposite to the direction of the write magnetic field Hw1 in FIG. Therefore, as shown in FIG. 8B, the magnetization direction B2 of the third magnetic body 40 is also opposite to the magnetization direction B1 of FIG.

【0085】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、情報を記録したい磁
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
膜メモリ素子だけに情報を記録することができる。又、
磁性薄膜メモリ素子の磁化方向として記録される情報
(「0」又は「1」)は、書き込み線を流れる電流の方
向により、自由に設定することができる。
As described above, when the magnetic thin film memory elements are arranged in a matrix, current is applied only to the write line and the write auxiliary line passing through the portion of the magnetic thin film memory element where information is to be recorded. Information can be recorded only in a part of the magnetic thin film memory element. or,
Information (“0” or “1”) recorded as the magnetization direction of the magnetic thin film memory element can be freely set according to the direction of the current flowing through the write line.

【0086】又、ハード層(第1磁性層)に情報を記録
する場合も、書き込み電流及び書き込み補助電流の大き
さを調整することにより、上記と同様に、情報を記録す
ることができる。
Also, when information is recorded on the hard layer (first magnetic layer), the information can be recorded in the same manner as described above by adjusting the magnitude of the write current and the write auxiliary current.

【0087】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電流又は再生変化
電流を流すことにより、1素子の場合と同様に記録され
た情報を再生することができる。
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. By supplying a reproduction current or a reproduction change current to a write line passing through the element part, recorded information can be reproduced in the same manner as in the case of one element.

【0088】尚、上記説明では、書き込み線及び書き込
み補助線に電流を流し、情報を記録したが、書き込み補
助線を設けず、書き込み補助線の代わり読み出し線に電
流を流しても、情報を記録することができる。
In the above description, information is recorded by applying a current to the write line and the auxiliary write line, but the information is recorded even if no current is applied to the read line instead of the auxiliary write line without providing the auxiliary write line. can do.

【0089】(実施例1)本実施例は、磁性薄膜メモリ
素子がスピンバルブ型構造のMR磁性層(図1(a)、
(b)参照)である場合の磁性薄膜メモリの例である。
Example 1 In this example, the magnetic thin film memory element was an MR magnetic layer having a spin valve type structure (FIG. 1A,
(Refer to (b)).

【0090】本実施例に於いては、Ni80Fe15
からなる層厚50Åの第3磁性層15、Ni80
20からなる層厚50Åの第2磁性層14、Cuから
なる層厚30Åの非磁性層13、Ni80Fe20から
なる層厚100Åの第1磁性層12、FeMnからなる
層厚200Åの反強磁性層11を積層し磁性薄膜メモリ
素子を形成し、Alからなる層厚1000Åの絶
縁層3で被膜した後、大きさ5μm×20μmに加工
し、1素子の磁性薄膜メモリ素子を作製した。更に、読
み出し電極2、絶縁層3、書き込み線4を順次積層、加
工し、磁性薄膜メモリを作製した。
In the present embodiment, Ni 80 Fe 15 C
The third magnetic layer 15 of thickness 50Å consisting o 5, Ni 80 F
second magnetic layer 14 of thickness 50Å consisting e 20, non-magnetic layer thickness 30Å of Cu layer 13, Ni 80 first magnetic layer 12 of thickness 100Å consisting Fe 20, made of FeMn layer thickness 200Å anti of A ferromagnetic layer 11 is laminated to form a magnetic thin-film memory element, coated with an insulating layer 3 made of Al 2 O 3 and having a thickness of 1000 °, and then processed to a size of 5 μm × 20 μm to form one magnetic thin-film memory element. Produced. Further, a readout electrode 2, an insulating layer 3, and a write line 4 were sequentially laminated and processed to produce a magnetic thin film memory.

【0091】尚、上記磁性薄膜メモリ素子は、各磁性層
の磁化容易軸が素子長手方向に向くように、磁場を印加
しながら形成され、書き込み線は、磁化容易軸と直交す
る方向に配線されている。又、上記磁性薄膜メモリ素子
は、DCスパッタ法により以下に示す成膜条件で形成
し、絶縁層はRFスパッタ法で形成した。
The magnetic thin film memory element is formed while applying a magnetic field so that the axis of easy magnetization of each magnetic layer is oriented in the longitudinal direction of the element, and the write line is wired in a direction perpendicular to the axis of easy magnetization. ing. The magnetic thin film memory element was formed by DC sputtering under the following film forming conditions, and the insulating layer was formed by RF sputtering.

【0092】 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 又、上記磁性薄膜メモリ素子は、真空蒸着法、分子線エ
ピタキシー(MBE)法、イオンビームスパッタリング
(IBS)法により形成してもよい。
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 It may be formed by molecular beam epitaxy (MBE) or ion beam sputtering (IBS).

【0093】図10はこの磁性薄膜メモリ素子の±30
[Oe]の磁化曲線を示す。尚、この磁場範囲では、第1
磁性層は磁化反転を起こさない。第3磁性層16からの
交換磁場のため第2磁性層17のヒステリシスループが
シフトしているのがわかる。また、同図から第2磁性層
の保磁力は約3Oe、第3磁性層の保磁力は約20Oe
であることがわかる。
FIG. 10 shows the case where the magnetic thin film memory element is ± 30.
3 shows a magnetization curve of [Oe]. In this magnetic field range, the first
The magnetic layer does not cause magnetization reversal. It can be seen that the hysteresis loop of the second magnetic layer 17 has shifted due to the exchange magnetic field from the third magnetic layer 16. Further, from the same figure, the coercive force of the second magnetic layer is about 3 Oe, and the coercive force of the third magnetic layer is about 20 Oe.
It can be seen that it is.

【0094】以下、磁化曲線上のP1〜P10の順で、
第2磁性層及び第3磁性層の磁化方向の変化を説明す
る。
Hereinafter, in the order of P1 to P10 on the magnetization curve,
The change in the magnetization direction of the second magnetic layer and the third magnetic layer will be described.

【0095】P1〜P3:第2磁性層及び第3磁性層の
磁化方向(以下、P1に於ける第2磁性層及び第3磁性
層の磁化方向を順方向とする)と逆の方向に磁界を印可
し、その磁界を大きくしていくと、約8[Oe]で、まず
第2磁性層だけが、磁化反転を起こす(P2、P3)。
従って、P3に於いては、第2磁性層の磁化方向は、逆
方向を向き、第3磁性層の磁化方向は順方向を向いてい
る。尚、第2磁性層だけの保磁力は3[Oe]であるが、
第3磁性層からの交換磁場のため、積層した状態では、
第2磁性層は約8[Oe]まで、磁化反転を起こさない。
P1 to P3: a magnetic field in a direction opposite to the magnetization directions of the second and third magnetic layers (hereinafter, the magnetization directions of the second and third magnetic layers in P1 are referred to as forward directions). When the magnetic field is increased, the magnetization reversal occurs only in the second magnetic layer at about 8 [Oe] (P2, P3).
Therefore, at P3, the magnetization direction of the second magnetic layer is in the opposite direction, and the magnetization direction of the third magnetic layer is in the forward direction. The coercive force of only the second magnetic layer is 3 [Oe],
Due to the exchange magnetic field from the third magnetic layer,
The second magnetic layer does not cause magnetization reversal until about 8 [Oe].

【0096】P3〜P5:第2磁性層が磁化反転を起こ
した後、更に磁界を大きくしていくと、約20[Oe]
で、第3磁性層も磁化反転を起こす(P4、P5)。従
って、P5に於いては、第2磁性層の磁化方向も、第3
磁性層の磁化方向も逆方向を向いている。尚、P3から
P4の間、つまり、第3磁性層が磁化反転を起こす前に
印加磁界を取り去ると、第2磁性層の磁化方向は、第3
磁性層との交換結合力により、第3磁性層の磁化方向、
つまり、順方向に戻る。
P3 to P5: When the magnetic field is further increased after the magnetization reversal of the second magnetic layer, about 20 [Oe]
Then, the third magnetic layer also causes magnetization reversal (P4, P5). Therefore, at P5, the magnetization direction of the second magnetic layer is also changed to the third magnetic layer.
The magnetization direction of the magnetic layer is also in the opposite direction. When the applied magnetic field is removed between P3 and P4, that is, before the third magnetic layer causes the magnetization reversal, the magnetization direction of the second magnetic layer becomes the third magnetic layer.
By the exchange coupling force with the magnetic layer, the magnetization direction of the third magnetic layer,
That is, it returns to the forward direction.

【0097】P5〜P8:第2磁性層及び第3磁性層が
磁化反転を起こした後、逆方向の磁界を取り去り、順方
向の磁界を印加し、その磁界を大きくしていくと、約8
[Oe]で、まず第2磁性層だけが、磁化反転を起こす
(P7、P8)。従って、P8に於いては、第2磁性層
の磁化方向は、順方向を向き、第3磁性層の磁化方向は
逆方向を向いている。尚、第3磁性層からの交換磁場の
ため、第2磁性層は約8[Oe]まで、磁化反転を起こさ
ない。
P5 to P8: After the magnetization reversal of the second magnetic layer and the third magnetic layer, the magnetic field in the reverse direction is removed, and the magnetic field in the forward direction is applied.
At [Oe], first, only the second magnetic layer undergoes magnetization reversal (P7, P8). Therefore, at P8, the magnetization direction of the second magnetic layer is in the forward direction, and the magnetization direction of the third magnetic layer is in the reverse direction. Note that, due to the exchange magnetic field from the third magnetic layer, the second magnetic layer does not cause magnetization reversal until about 8 [Oe].

【0098】P8〜P10:第2磁性層が磁化反転を起
こした後、更に順方向の磁界を大きくしていくと、約2
0[Oe]で、第3磁性層も磁化反転を起こす(P9、P
10)。従って、P10に於いては、第2磁性層の磁化
方向も、第3磁性層の磁化方向も順方向を向いている。
尚、P8からP9の間、つまり、第3磁性層が磁化反転
を起こす前に印加磁界を取り去ると、第2磁性層の磁化
方向は、第3磁性層との交換結合力により、第3磁性層
の磁化方向、つまり、逆方向に戻る。
P8 to P10: After the reversal of the magnetization of the second magnetic layer, when the magnetic field in the forward direction is further increased, about 2
At 0 [Oe], the third magnetic layer also causes magnetization reversal (P9, P9
10). Therefore, at P10, both the magnetization direction of the second magnetic layer and the magnetization direction of the third magnetic layer are in the forward direction.
When the applied magnetic field is removed between P8 and P9, that is, before the third magnetic layer causes the magnetization reversal, the magnetization direction of the second magnetic layer is changed by the exchange coupling force with the third magnetic layer. The magnetization direction of the layer returns to the opposite direction.

【0099】上記説明からもわかるように、再生電流に
よって生じる磁界が、8[Oe]より大きく、20[Oe]
より小さい磁界、つまり、積層した状態で、第2磁性層
が磁化反転を起こす磁界よりも強く、第3磁性層が磁化
反転を起こす磁界よりも弱い磁界であれば、非破棄で情
報を再生することができる。
As can be seen from the above description, the magnetic field generated by the reproduction current is larger than 8 [Oe] and 20 [Oe].
If a smaller magnetic field, that is, a magnetic field stronger than the magnetic field causing the magnetization reversal of the second magnetic layer and weaker than the magnetic field causing the magnetization reversal of the third magnetic layer in the stacked state, the information is reproduced without discarding. be able to.

【0100】ここで、書き込み線に30mAの書き込み
電流を流し、第2磁性層及び第3磁性層を順方向に磁化
させた後、順方向の磁界が生じる10mAの再生電流を
書き込み線に流すと、読み出し線に電圧変動が生じなか
った。
Here, a write current of 30 mA is applied to the write line to magnetize the second magnetic layer and the third magnetic layer in the forward direction, and then a read current of 10 mA for generating a forward magnetic field is applied to the write line. In addition, no voltage fluctuation occurred in the read line.

【0101】次に、書き込み線に上記と逆の方向に30
mAの書き込み電流を流し、第2磁性層及び第3磁性層
を逆方向に磁化させた後、順方向の磁界が生じる10m
Aの再生電流を書き込み線に流すと、第2磁性層だけが
磁化反転を起こし、読み出し線に15mVの電圧変動が
生じた。
Next, 30 lines are applied to the write line in the direction opposite to the above.
After applying a write current of mA to magnetize the second magnetic layer and the third magnetic layer in the reverse direction, a forward magnetic field of 10 m is generated.
When the read current of A was passed through the write line, only the second magnetic layer caused magnetization reversal, and a voltage fluctuation of 15 mV occurred in the read line.

【0102】又、複数回、再生を行っても、同様の結果
が得られ、非破壊で情報を再生できることが確認でき
た。
Further, the same result was obtained even when reproduction was performed a plurality of times, and it was confirmed that information could be reproduced in a non-destructive manner.

【0103】(実施例2)本実施例は、磁性薄膜メモリ
素子が誘導フェリ型構造のMR磁性層(図1(a)、
(c)参照)である場合の磁性薄膜メモリの例である。
(Embodiment 2) In this embodiment, the magnetic thin film memory element is an MR magnetic layer having an induction ferri structure (FIG. 1A,
(C)) is an example of a magnetic thin film memory in the case of (1).

【0104】本実施例に於いては、Ni80Fe15
からなる層厚50Åの第3磁性層19、Ni80
20からなる層厚50Åの第2磁性層18、Cuから
なる層厚30Åの非磁性層17、、Ni80Fe15
からなる層厚50Åの第1磁性層16、Al
からなる層厚1000Åの絶縁層3を積層した後、大き
さ5μm×20μmに加工し、1素子の磁性薄膜メモリ
素子を作製した。更に、読み出し電極2、絶縁層3、書
き込み線4を順次積層、加工し、磁性薄膜メモリを作製
した。
In this embodiment, Ni 80 Fe 15 C
The third magnetic layer 19 of thickness 50Å consisting o 5, Ni 80 F
e 20 a second magnetic layer 18 having a thickness of 50 °, a non-magnetic layer 17 having a thickness of 30 ° made of Cu, Ni 80 Fe 15 C
The first magnetic layer 16 of thickness 50Å consisting o 5, Al 2 O 3
After laminating an insulating layer 3 having a thickness of 1000 ° and processing into a size of 5 μm × 20 μm, one magnetic thin film memory element was manufactured. Further, a readout electrode 2, an insulating layer 3, and a write line 4 were sequentially laminated and processed to produce a magnetic thin film memory.

【0105】尚、上記磁性薄膜メモリ素子は、各磁性層
の磁化容易軸が素子長手方向に向くように、磁場を印加
しながら形成され、書き込み線は、磁化容易軸と直交す
る方向に配線されている。又、上記磁性薄膜メモリ素子
は、DCスパッタ法により実施例1と同様の成膜条件で
形成した。
The magnetic thin film memory element is formed while applying a magnetic field so that the axis of easy magnetization of each magnetic layer is oriented in the longitudinal direction of the element, and the write line is wired in a direction perpendicular to the axis of easy magnetization. ing. The magnetic thin film memory element was formed by DC sputtering under the same film forming conditions as in Example 1.

【0106】又、第1磁性層と第3磁性層の保磁力は、
共に20[Oe]程度にし、第2磁性層の磁化反転は、積
層した状態で、約8[Oe]の磁界を印加したときに起こ
った。
The coercive force of the first magnetic layer and the third magnetic layer is:
Both were about 20 [Oe], and the magnetization reversal of the second magnetic layer occurred when a magnetic field of about 8 [Oe] was applied in the stacked state.

【0107】ここで、書き込み線に30mAの書き込み
電流を流し、第1磁性層、第2磁性層及び第3磁性層を
順方向に磁化させた後、順方向の磁界が生じる10mA
の再生電流を書き込み線に流すと、読み出し線に電圧変
動が生じなかった。
Here, a write current of 30 mA is applied to the write line to magnetize the first magnetic layer, the second magnetic layer, and the third magnetic layer in the forward direction. Then, a forward magnetic field of 10 mA is generated.
When the read current was passed through the write line, no voltage fluctuation occurred in the read line.

【0108】次に、書き込み線に上記と逆の方向に30
mAの書き込み電流を流し、第1磁性層、第2磁性層及
び第3磁性層を逆方向に磁化させた後、順方向の磁界が
生じる10mAの再生電流を書き込み線に流すと、第2
磁性層だけが磁化反転を起こし、読み出し線に18mV
の電圧変動が生じた。
Next, 30 lines are applied to the write line in the direction opposite to the above.
When a write current of mA is passed to magnetize the first, second, and third magnetic layers in the reverse direction, a read current of 10 mA, which produces a forward magnetic field, is applied to the write line.
Only the magnetic layer causes magnetization reversal, and the read line has a voltage of 18 mV.
Voltage fluctuation occurred.

【0109】又、再生電流を流さない状態では、磁性薄
膜メモリ素子が常に低抵抗状態になっていることが確認
できた。
Further, it was confirmed that the magnetic thin film memory element was always in the low resistance state when the reproducing current was not passed.

【0110】[0110]

【発明の効果】以上説明したように、本発明の磁性薄膜
メモリは、スピンバルブ型のフリー層、あるいは誘導フ
ェリ型のソフト層に情報を記録した場合に、記録した情
報を非破壊で再生することができる。又、書き込み電流
を小さくし、書き込み時の消費電力を小さくすることが
できる。
As described above, in the magnetic thin film memory of the present invention, when information is recorded on the free layer of the spin valve type or the soft layer of the induction ferri type, the recorded information is reproduced in a non-destructive manner. be able to. Further, the writing current can be reduced, and the power consumption during writing can be reduced.

【0111】又、構造が単純なので、製造が容易で、低
価格の磁性薄膜メモリ素子を提供することができる。
Further, since the structure is simple, it is possible to provide a magnetic thin film memory element which is easy to manufacture and inexpensive.

【0112】一方、誘導フェリ型のハード層に情報を記
録した場合には、磁界を印加しない状態では、磁性薄膜
メモリ素子が常に低抵抗になるので、読み出し電流を流
したときに、再生電流又は再生変化電流による磁界を印
加していない磁性薄膜メモリ素子、つまり、再生を行っ
ていない素子における、無駄な電力消費や発熱を抑える
ことができる。
On the other hand, when information is recorded on the induction ferri-type hard layer, the magnetic thin film memory element always has a low resistance in the state where no magnetic field is applied. Useless power consumption and heat generation in a magnetic thin film memory element to which a magnetic field due to a reproduction change current is not applied, that is, an element in which reproduction is not performed, can be suppressed.

【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とメモリ素子を
示す断面図である。
FIG. 1 is a sectional view showing a magnetic thin film memory and a memory element according to the present invention.

【図2】磁性薄膜メモリ素子のフリー層又はソフト層に
情報を記録する記録再生方式を示す説明図である。
FIG. 2 is an explanatory diagram showing a recording / reproducing method for recording information on a free layer or a soft layer of a magnetic thin film memory element.

【図3】書き込み線に流す再生電流と読み出し線の出力
側の電圧を示す、波形図である。
FIG. 3 is a waveform diagram showing a reproduction current flowing through a write line and a voltage on an output side of a read line.

【図4】磁性薄膜メモリ素子のハード層に情報を記録す
る場合の記録方式を示す説明図である。
FIG. 4 is an explanatory diagram showing a recording method when information is recorded on a hard layer of a magnetic thin film memory element.

【図5】磁性薄膜メモリ素子のはハード層に情報を記録
した場合の再生方式を示す説明図である。
FIG. 5 is an explanatory view showing a reproducing method when information is recorded on a hard layer of the magnetic thin film memory element.

【図6】書き込み線に流す再生変化電流と読み出し線の
出力側の電圧を示す、波形図である。
FIG. 6 is a waveform diagram showing a reproduction change current flowing through a write line and a voltage on an output side of a read line.

【図7】本発明にかかる磁性薄膜メモリを示す平面図と
断面図である。
FIG. 7 is a plan view and a sectional view showing a magnetic thin film memory according to the present invention.

【図8】マットリックス状に配列された磁性薄膜メモリ
素子に情報の記録する場合を示す説明図である。
FIG. 8 is an explanatory diagram showing a case where information is recorded in a magnetic thin film memory element arranged in a matrix form.

【図9】マットリックス状に配列された磁性薄膜メモリ
素子に情報の記録する場合を示す説明図である。
FIG. 9 is an explanatory diagram showing a case where information is recorded in a magnetic thin film memory element arranged in a matrix form.

【図10】本発明にかかる磁性薄膜メモリ素子の磁化曲
線を示すグラフである。
FIG. 10 is a graph showing a magnetization curve of the magnetic thin film memory element according to the present invention.

【図11】従来のAMRを用いた磁性薄膜メモリを示す
斜視図である。
FIG. 11 is a perspective view showing a conventional magnetic thin film memory using AMR.

【図12】 従来のGMRを用いた磁性薄膜メモリの記
録再生方式を示す説明図である。
FIG. 12 is an explanatory diagram showing a recording / reproducing method of a conventional magnetic thin film memory using GMR.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 MR磁性層 2 読み出し線 3 絶縁層 4 書き込み線 5 基板 11 反強磁性層 12 第1磁性層(ピン層) 13 非磁性層 14 第2磁性層(フリー層) 15 第3磁性層(フリー層) 16 第1磁性層(ハード層) 17 非磁性層 18 第2磁性層(ソフト層) 19 第3磁性層(ソフト層) 22、23 磁界(記録磁界) 24、24a、24b 磁界(再生磁界) REFERENCE SIGNS LIST 1 MR magnetic layer 2 read line 3 insulating layer 4 write line 5 substrate 11 antiferromagnetic layer 12 first magnetic layer (pinned layer) 13 nonmagnetic layer 14 second magnetic layer (free layer) 15 third magnetic layer (free layer) 16) First magnetic layer (hard layer) 17 Non-magnetic layer 18 Second magnetic layer (soft layer) 19 Third magnetic layer (soft layer) 22, 23 Magnetic field (recording magnetic field) 24, 24a, 24b Magnetic field (reproducing magnetic field)

フロントページの続き (72)発明者 荒木 悟 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 (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 (56)参考文献 国際公開95/22820(WO,A1) (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 Continued on the front page (72) Inventor Satoru Araki 1-1-13 Nihonbashi TDC Corporation, Chuo-ku, Tokyo (72) Inventor Osamu Shinoura 1-13-1 Nihonbashi 1-chome, Chuo-ku, Tokyo TDK Corporation (56) References WO 95/22820 (WO, A1) (58) Fields investigated (Int. Cl. 7 , DB name) G11C 11/14-11/15 H01L 27/10 H01L 43/08 H01F 10 / 32

Claims (7)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】 第1磁性層、非磁性層、第2磁性層、第
3磁性層をこの順または、この逆の順で積層した磁性薄
膜メモリ素子に於いて、第1磁性層及び第3磁性層の保
磁力が、第2磁性層の保磁力より大きく、第2磁性層と
第3磁性層が直接接触し且つ交換結合していることを特
徴とする磁性薄膜メモリ素子。
A first magnetic layer, a non-magnetic layer, a second magnetic layer, and a third magnetic layer stacked in this order or in the reverse order; A magnetic thin film memory element, wherein the coercive force of the magnetic layer is larger than the coercive force of the second magnetic layer, and the second magnetic layer and the third magnetic layer are in direct contact and exchange-coupled.
【請求項2】 磁化方向として情報を記録する磁性薄膜
メモリ素子、該磁性薄膜メモリ素子の抵抗値の変化を検
出するための読み出し線、該磁性薄膜メモリ素子に磁界
を印加するための書き込み線を有する磁性薄膜メモリに
於いて、前記磁性薄膜メモリ素子が、第1磁性層、非磁
性層、第2磁性層、第3磁性層をこの順または、この逆
の順で積層した薄膜からなり、第1磁性層及び第3磁性
層の保磁力が、第2磁性層の保磁力より大きく、第2磁
性層と第3磁性層が直接接触し且つ交換結合しているこ
とを特徴とする磁性薄膜メモリ。
2. A magnetic thin-film memory element for recording information as a magnetization direction, a read line for detecting a change in resistance of the magnetic thin-film memory element, and a write line for applying a magnetic field to the magnetic thin-film memory element. In the magnetic thin film memory, the magnetic thin film memory element comprises a thin film in which a first magnetic layer, a nonmagnetic layer, a second magnetic layer, and a third magnetic layer are stacked in this order or in the reverse order. A magnetic thin film memory wherein the coercive force of the first magnetic layer and the third magnetic layer is larger than the coercive force of the second magnetic layer, and the second magnetic layer and the third magnetic layer are in direct contact and exchange-coupled. .
【請求項3】 請求項2記載の磁性薄膜メモリに於い
て、書き込み時に、磁性薄膜メモリ素子に印加する磁界
が、第3磁性層の保磁力より大きく、第1磁性層の保磁
力より小さい磁界であって、読み出し時に、磁性薄膜メ
モリ素子に印加する磁界が、積層した状態での第2磁性
層の保磁力より大きく、第3磁性層の保磁力より小さい
磁界であ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 2, wherein a magnetic field applied to the magnetic thin film memory element at the time of writing is larger than the coercive force of the third magnetic layer and smaller than the coercive force of the first magnetic layer. Wherein the magnetic field applied to the magnetic thin-film memory element at the time of reading is a magnetic field larger than the coercive force of the second magnetic layer in a stacked state and smaller than the coercive force of the third magnetic layer. Thin film memory.
【請求項4】 請求項2記載の磁性薄膜メモリに於い
て、書き込み時に、磁性薄膜メモリ素子に印加する磁界
が、第1磁性層及び第3磁性層の保磁力より大きく、読
み出し時に、磁性薄膜メモリ素子に印加する磁界が、積
層した状態での第2磁性層の保磁力より大きく、第1磁
性層及び第3磁性層の保磁力より小さい磁界であること
を特徴とする磁性薄膜メモリ。
4. The magnetic thin film memory according to claim 2, wherein a magnetic field applied to the magnetic thin film memory element at the time of writing is larger than the coercive force of the first magnetic layer and the third magnetic layer, and at the time of reading, the magnetic thin film is A magnetic thin film memory, wherein a magnetic field applied to the memory element is larger than a coercive force of the second magnetic layer in a stacked state and smaller than a coercive force of the first magnetic layer and the third magnetic layer.
【請求項5】 反強磁性層、第1磁性層、非磁性層、第
2磁性層、第3磁性層をこの順または、この逆の順で積
層した磁性薄膜メモリ素子に於いて、第3磁性層の保磁
力が、第2磁性層の保磁力より大きく、第2磁性層と第
3磁性層が交換結合していることを特徴とする磁性薄膜
メモリ素子。
5. A magnetic thin film memory device comprising an antiferromagnetic layer, a first magnetic layer, a nonmagnetic layer, a second magnetic layer, and a third magnetic layer stacked in this order or in the reverse order . A magnetic thin film memory element, wherein the coercive force of the magnetic layer is larger than the coercive force of the second magnetic layer, and the second magnetic layer and the third magnetic layer are exchange-coupled.
【請求項6】 磁化方向として情報を記録する磁性薄膜
メモリ素子、該磁性薄膜メモリ素子の抵抗値の変化を検
出するための読み出し線、該磁性薄膜メモリ素子に磁界
を印加するための書き込み線を有する磁性薄膜メモリに
於いて、前記磁性薄膜メモリ素子が、反強磁性層、第1
磁性層、非磁性層、第2磁性層、第3磁性層をこの順
たは、この逆の順で積層した薄膜からなり、第3磁性層
の保磁力が、第2磁性層の保磁力より大きく、第2磁性
層と第3磁性層が交換結合していることを特徴とする磁
性薄膜メモリ。
6. A magnetic thin film memory element for recording information as a magnetization direction, a read line for detecting a change in resistance value of the magnetic thin film memory element, and a write line for applying a magnetic field to the magnetic thin film memory element. In the magnetic thin film memory, the magnetic thin film memory element includes an antiferromagnetic layer,
Magnetic layer, nonmagnetic layer, a second magnetic layer, in this order or the third magnetic layer
Alternatively, it is made up of thin films laminated in the reverse order , and the coercive force of the third magnetic layer is larger than the coercive force of the second magnetic layer, and the second magnetic layer and the third magnetic layer are exchange-coupled. Characterized magnetic thin film memory.
【請求項7】 請求項6記載の磁性薄膜メモリに於い
て、書き込み時に、磁性薄膜メモリ素子に印加する磁界
が、第3磁性層の保磁力より大きく、読み出し時に、磁
性薄膜メモリ素子に印加する磁界が、積層した状態での
第2磁性層の保磁力より大きく、第3磁性層の保磁力よ
り小さい磁界であることを特徴とする磁性薄膜メモリ。
7. The magnetic thin film memory according to claim 6, wherein a magnetic field applied to the magnetic thin film memory element at the time of writing is larger than the coercive force of the third magnetic layer, and applied to the magnetic thin film memory element at the time of reading. A magnetic thin film memory, wherein the magnetic field is larger than the coercive force of the second magnetic layer in the stacked state and smaller than the coercive force of the third magnetic layer.
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