JP3515940B2 - 磁気トンネル接合素子及びそれを用いた磁気メモリ - Google Patents
磁気トンネル接合素子及びそれを用いた磁気メモリInfo
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Description
子及びそれを用いた磁気メモリに関するものである。
は、従来の異方性磁気抵抗効果(AMR)素子や巨大磁
気抵抗効果(GMR)素子に比べて大きな出力が得られ
ることから、HDD(ハード・ディスク・ドライブ)用
再生ヘッドや磁気メモリへの応用が考えられている。
リと同じく稼動部の無い固体メモリであるが、電源が断
たれても情報を失わない、繰り返し回数が無限回であ
る、放射線が入射しても記録内容が消失する危険性が無
い等、半導体メモリと比較して有用である。
開平9―106514号公報に示されているものを図6
に示す。
磁性層42、絶縁層43、強磁性層44を積層したもの
である。ここで、反強磁性層41としてFeMn、NiM
n、PtMn、IrMn等の合金を用い、強磁性層42及び
強磁性層44としてFe、Co、Ni或はこれらの合金を
用いた。また、絶縁層43としては各種の酸化物や窒化
物が検討されているが、Al2O3膜の場合に最も高い磁
気抵抗(MR)比が得られることが知られている。
構成で、強磁性層42と強磁性層44の保磁力の差を利
用したMTJ素子の提案もなされている。
リに使用する場合の動作原理を図7に示す。
ずれも膜面内にあり、平行もしくは反平行となるように
実効的な一軸磁気異方性を有している。そして、強磁性
層42の磁化は反強磁性層41との交換結合により実質
的に一方向に固定され、強磁性層44の磁化の方向で記
録を保持する。
平行もしくは反平行でMTJ素子4の抵抗が異なること
を検出して情報の読み出しを行い、MTJ素子の近傍に
配置した電流線が発生する磁界を利用して強磁性層44
の磁化の向きを変えることで情報の書き込みを行う。
MTJ素子では強磁性層42及び強磁性層44の磁化が
面内方向であるため、両端部には磁極が発生する。磁気
メモリの高密度化を図るにはMTJ素子4を微細化する
必要があるが、素子の微細化にともない両端部の磁極に
よる反磁界の影響が大きくなる。
交換結合していることから、上記の反磁界の影響は少な
く、また、米国特許5841692号公報に開示されて
いるように、強磁性層42を反強磁性結合する二つの強
磁性層で構成することにより、端部に発生する磁極を実
質的にゼロにすることができる。
4については同様の手法を取ることができないことか
ら、パターンが微細化するに連れて端部磁極の影響によ
り磁化が不安定となり、記録の保持が困難となってしま
う。
に、パターンが微細化してもメモリ層に記録された磁化
状態が安定に存在することのできる磁気トンネル接合素
子及びそれを用いた磁気メモリを提供することを目的と
する。
合素子は、少なくとも第1磁性層、絶縁層、第2磁性層
を順に積層した磁気トンネル接合素子であって、少なく
とも前記第1又は第2磁性層の前記絶縁層積層側と異な
る側に、前記第1又は第2磁性層との間における中央部
に前記第1又は第2磁性層と離間した離間部を有すると
共に、上記離間部の両側において前記第1又は第2磁性
層と直接接合した第3磁性層を設けて、前記第1及び第
3磁性層又は前記第2及び第3磁性層により閉磁路を構
成したことを特徴とする。
性層との間の上記離間部内に、少なくとも1つのリード
線を設けることが望ましい。
の磁気トンネル接合素子を用いたことを特徴とする。
5を用いて説明する。
す。
は、反強磁性層11、強磁性層12、絶縁層13、強磁
性層14、閉磁路層(強磁性層)15からなる。強磁性
層14と閉磁路層(強磁性層)15は両端部で直接接合
し、中央部で離間している。
閉磁路層(強磁性層)15を積層することにより、強磁
性層14と閉磁路層(強磁性層)15との磁化は閉ルー
プ(閉磁路)を構成するようになり、これにより強磁性
層14の端部に磁極が発生することを回避することがで
きる。
換結合している。
iMn、PtMn、IrMn等の合金を用いることができ、強
磁性層12、14及び閉磁路層(強磁性層)15の材料
としてはFe、Co、Ni或はこれらの合金を用いること
ができる。また、絶縁層13としてはMR比の点からA
l2O3膜が好ましいが、その他の酸化膜、窒化膜等の絶
縁膜でもあっても、またSi膜、ダイヤモンド膜、ダイ
ヤモンドライクカーボン(DLC)膜等の絶縁膜であっ
ても構わない。
厚は、10Å以上であることが好ましい。これは膜厚が
薄すぎると熱エネルギーの影響で超常磁性化するためで
ある。
0Å以下であることが好ましい。これは、絶縁層13の
膜厚が3Å以下である場合、強磁性層12と強磁性層1
4が電気的にショートする可能性があり、絶縁層13の
膜厚が30Å以上である場合、電子のトンネルが起きに
くく、磁気抵抗比が小さくなってしまうからである。
2、図3に示すように、強磁性層14と閉磁路層(強磁
性層)15を両端部で強磁性層16、16′を介して接
合し、中央部では離間している構造にすることもでき
る。
クセス可能な磁気メモリに用いた場合の概略図を図4に
示す。
子1を選択する役割を有している。“0”、“1”の情
報は図1に示すMTJ素子1の強磁性層14の磁化方向
によって記録されており、強磁性層12の磁化方向は固
定されている。そして、強磁性層12と強磁性層14の
磁化が平行の時は抵抗値が低く、反平行の時は抵抗値が
高くなるという磁気抵抗効果を利用して情報を読み出
す。一方、書込みは、ビット線22とワード線23が形
成する合成磁界によって強磁性層14及び閉磁路層(強
磁性層)15の磁化の向きを反転することで実現され
る。なお、24はプレートラインである。
の例を示す。図5に示すように、強磁性層14と閉磁路
層(強磁性層)15の中央離間部内にビット線22とワ
ード線23を貫通させることにより、強磁性層14及び
閉磁路層(強磁性層)15の磁化の向きを反転するのに
要する電流値が小さくなり、磁気メモリの消費電力を低
減することができる。
は、図5に制限されることはなく、ビット線とワード線
を同一平面上に設けることも可能である。また、両方も
しくはどちらか一方の配線をMTJ素子の外部近傍に設
けることも可能であり、このようにすることにより、プ
ロセスが簡単になる。
3はともに強磁性層14及び閉磁路層(強磁性層)15
から電気的に絶縁されているが、どちらか一方を強磁性
層14及び閉磁路層(強磁性層)15と電気的に接続
し、抵抗変化を検出するための電極とすることも可能で
ある。
強磁性層11との交換結合により固定されているが、保
持力の大きい強磁性材料を使用する等のその他の手段を
とることも可能である。
つの強磁性層で強磁性層12を構成することにより、強
磁性層12の端部に生じる磁極の影響を軽減できる。ま
た、強磁性層12を例えば補償点近傍組成の希土類−遷
移金属合金膜のようなフェリ磁性材料で構成しても同様
に端部の磁極の影響を低減できる。
層することも可能である。
4)のみに閉磁路構造を形成したが、両方の強磁性層
(強磁性層12、14)に閉磁路構造を形成してもよ
い。
したが、実際の素子形成においては電流供給用の電極、
基板、保護層及び密着層等が必要となることは明らかで
ある。
極の影響を低減できることから、パターンが微細化され
ても安定した磁化状態を保持することができ、メモリ層
となる強磁性層が閉磁路構造を取ることから、外部漏洩
磁界に対して安定となる。
ら、パターンが微細化されても安定した磁化状態を保持
することができることにより、より高い集積度の磁気メ
モリを実現することができ、磁気メモリの消費電力を低
減することができる。
ある。
図である。
図である。
成例を示す図である。
ード線とビット線の配置例を示す図である。
動作原理を示す図である。
Claims (2)
- 【請求項1】 少なくとも第1磁性層、絶縁層、第2磁
性層を順に積層した磁気トンネル接合素子であって、 少なくとも前記第1又は第2磁性層の前記絶縁層積層側
と異なる側に、前記第1又は第2磁性層との間における
中央部に前記第1又は第2磁性層と離間した離間部を有
すると共に、上記離間部の両側において前記第1又は第
2磁性層と直接接合した第3磁性層を設けて、 前記第1及び第3磁性層又は前記第2及び第3磁性層に
より閉磁路を構成したことを特徴とする磁気トンネル接
合素子。 - 【請求項2】 請求項1記載の磁気トンネル接合素子を
用いたことを特徴とする磁気メモリ。
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