JP3977816B2 - 磁気ランダムアクセスメモリ及びその磁気ランダムアクセスメモリのデータ書き込み方法 - Google Patents
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Description
第1の実施形態は、MTJ(Magnetic Tunnel Junction)素子の記録層の上下に非磁性層を介して強磁性層をそれぞれ設け、記録層と強磁性層とを弱い磁気結合状態で結合させ、この磁気結合で2軸書き込みを行うものである。
図1は、本発明の第1の実施形態に係る磁気ランダムアクセスメモリの概略的な平面図を示す。図2は、図1のII−II線に沿った磁気ランダムアクセスメモリの断面図を示す。図3は、本発明の第1の実施形態に係わる磁気ランダムアクセスメモリの概略的な斜視図を示す。以下に、第1の実施形態に係る磁気ランダムアクセスメモリの構造について説明する。
また、第1のヨーク層21及びビット線11は上部強磁性層30に接触している。第2のヨーク層22及びワード線12は下部強磁性層34には接触しないが、第2のヨーク層22及びワード線12と下部電極層13との距離Dは狭くなっている。
MTJ素子10を構成する各層や第1及び第2のヨーク層21,22は、次のような材料を用いて形成するのが望ましい。
第1の実施形態に係る磁気ランダムアクセスメモリにおける書き込み/読み出し動作について説明する。尚、ここでは、上部強磁性層30と記録層32とは反強磁性結合しており、下部強磁性層34と記録層32とは強磁性結合していることとする。
図4乃至図9は、本発明の第1の実施形態に係る磁気ランダムアクセスメモリにおける“0”データの書き込み動作の説明図を示す。図10乃至図15は、本発明の第1の実施形態に係る磁気ランダムアクセスメモリにおける“0”データの書き込み動作の説明図を示す。図16は、本発明の第1の実施形態に係る磁気ランダムアクセスメモリの磁気結合状態と書き込み電流方向の関係を示す。
MTJ素子10に“0”データを書き込む場合、次のような手順で記録層32の磁化の向きが回転する。
MTJ素子10に“1”データを書き込む場合、次のような手順で記録層32の磁化の向きが回転する。“1”データを書き込む場合は、上述した“0”データを書き込む場合と書き込み電流I1,I2の流す向きをそれぞれ反対にすればよい。
図16は、本発明の第1の実施形態に係る磁気ランダムアクセスメモリにおける磁気結合状態と書き込み電流方向との関係を示す。
図17及び図18は、本発明の第1の実施形態に係る磁気ランダムアクセスメモリにおける“1”、“0”データの書き込まれた状態を模式的に示す。
第2の実施形態は、第1の実施形態の変形例であり、上部強磁性層とビット線との間にキャップ層を設けたものである。
第3の実施形態は、第1の実施形態の変形例であり、ビット線及びワード線をウィグル(wiggle)形状にしたものである。
Claims (4)
- 第1の方向に延在された第1の書き込み配線と、
前記第1の書き込み配線と重なって前記第1の方向に延在された第1の領域と前記第1の方向と異なる第2の方向に延在された第2の領域とを有する第2の書き込み配線と、
前記第1の書き込み配線と前記第2の書き込み配線の前記第1の領域との間に設けられた磁気抵抗素子と、
前記第1の書き込み配線の前記磁気抵抗素子と対向する面と反対側の面及び両側面に設けられ、磁性層で形成された第1のヨーク層と、
前記第2の書き込み配線の前記磁気抵抗素子と対向する面と反対側の面及び両側面に設けられ、磁性層で形成された第2のヨーク層と
を具備する磁気ランダムアクセスメモリであって、
前記磁気抵抗素子は、
強磁性体で形成され、第1の面と第2の面とを備え、磁化容易軸を有し、前記磁化容易軸の向きが前記第1の方向に対して30乃至60°傾いている記録層と、
前記記録層の前記第1の面側に設けられ、前記第1及び第2の書き込み配線の無通電時に前記第1の方向に磁化が向く強磁性体で形成され、前記記録層と第1の磁気結合で磁気的に結合された第1の強磁性層と、
前記記録層の前記第2の面側に設けられ、前記第1及び第2の書き込み配線の無通電時に前記第1の方向に磁化が向く強磁性体で形成され、前記記録層と第2の磁気結合で磁気的に結合された第2の強磁性層と、
前記記録層と前記第1の強磁性層との間に設けられた第1の非磁性層と、
前記記録層の前記第2の強磁性層との間に設けられた第2の非磁性層と
を有することを特徴とする磁気ランダムアクセスメモリ。 - 前記第1の強磁性層の幅をW1、前記第2の強磁性層の幅をW2、前記第1の書き込み配線の幅をW3、前記第2の書き込み配線の幅をW4とした場合、
W1,W2≧W3,W4の関係を満たす
ことを特徴とする請求項1に記載の磁気ランダムアクセスメモリ。 - 前記第1の書き込み配線と前記第1の強磁性層との間に設けられた導電層
をさらに具備することを特徴とする請求項1に記載の磁気ランダムアクセスメモリ。 - 第1の方向に延在された第1の書き込み配線と、
前記第1の書き込み配線と重なって前記第1の方向に延在された第1の領域と前記第1の方向と異なる第2の方向に延在された第2の領域とを有する第2の書き込み配線と、
前記第1の書き込み配線と前記第2の書き込み配線の前記第1の領域との間に設けられた磁気抵抗素子と、
前記第1の書き込み配線の前記磁気抵抗素子と対向する面と反対側の面及び両側面に設けられ、磁性層で形成された第1のヨーク層と、
前記第2の書き込み配線の前記磁気抵抗素子と対向する面と反対側の面及び両側面に設けられ、磁性層で形成された第2のヨーク層と
を具備する磁気ランダムアクセスメモリのデータ書き込み方法であって、
前記磁気抵抗素子は、
強磁性体で形成され、第1の面と第2の面とを備え、磁化容易軸を有し、前記磁化容易軸の向きが前記第1の方向に対して30乃至60°傾いている記録層と、
前記記録層の前記第1の面側に設けられ、前記第1及び第2の書き込み配線の無通電時に前記第1の方向に磁化が向く強磁性体で形成され、前記記録層と第1の磁気結合で磁気的に結合された第1の強磁性層と、
前記記録層の前記第2の面側に設けられ、前記第1及び第2の書き込み配線の無通電時に前記第1の方向に磁化が向く強磁性体で形成され、前記記録層と第2の磁気結合で磁気的に結合された第2の強磁性層と、
前記記録層と前記第1の強磁性層との間に設けられた第1の非磁性層と、
前記記録層の前記第2の強磁性層との間に設けられた第2の非磁性層と
を有し、
前記磁気抵抗素子にデータを書き込む際、
前記第1及び第2の書き込み配線に第1及び第2の書き込み電流をそれぞれ流すことで、前記第1及び第2の書き込み電流により第1及び第2の磁界がそれぞれ発生し、
前記第1及び第2の磁界が前記第1及び第2の強磁性層にそれぞれ印加することで、前記第1及び第2の強磁性層の前記磁化がそれぞれ回転し、
前記第1及び第2の強磁性層の前記磁化がそれぞれ回転することで、前記第1及び第2の磁気結合により前記記録層の磁化が回転する
ことを特徴とする磁気ランダムアクセスメモリのデータ書き込み方法。
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