JP4329505B2 - 磁気メモリを用いた磁気メモリ装置 - Google Patents
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Description
1.素子間隔の減少に伴う磁気クロストークにより生じる記録エラー。
2.磁性体の微細化に伴う磁化反転磁界の増加および記録電流の増大。
3.配線の微細化に伴う記録電流の制限。
4.配線の微細化に伴う抵抗上昇により生じる読み出し時のS/Nの低下。
磁気メモリを平面視においてマトリックス状に複数個配置した磁気メモリ装置であって、
前記磁気メモリは、
固定磁性層、トンネル層、およびメモリ層(すなわち、自由磁性層)が順に積層された第1段の磁気抵抗素子、および
固定磁性層、トンネル層、およびメモリ層(すなわち、自由磁性層)が順に積層された第1段の磁気抵抗素子、
を具備し、
前記第1段のメモリ層と前記第2段のメモリ層とが層の厚さ方向に積層されており、
前記層の厚さ方向に積層されている第1段のメモリ層と第2段のメモリ層が電気的に直列に接続されており、
前記第1段のメモリ層の磁化反転により生じる抵抗変化と、前記第2段のメモリ層の磁化反転により生じる抵抗変化とが互いに相違し、
前記第1段のメモリ層の長手方向は、前記第2段のメモリ層の長手方向と異なっており、
前記平面視において隣接する2つの磁気メモリにおける第1段のメモリ層同士も、互いに異なる長手方向を有しており、
前記平面視において隣接する2つの磁気メモリにおける第2段のメモリ層同士も、互いに異なる長手方向を有している、
前記第1段のメモリ層の長手方向と、前記第2段のメモリ層の長手方向とがなす角度は、20°以上90°以下であることが好ましい。
前記平面視において隣接する2つの磁気メモリにおける第1段のメモリ層の2つの長手方向がなす角度は、20°以上90°以下であることが好ましい。
式(1)の関係が成立すると、2つのメモリ層群からの出力の分離が容易となる。
ただし、Nは2以上の整数である。
ただし、Mは1以上(N−1)以下の整数である。
CMOS基板上に、図3に示したように3段の磁気抵抗素子からなる磁気メモリで集積メモリを作製した。集積メモリはセラミックパッケージに封入し、パッケージ全体には、厚さ100μmのNiFe膜を磁気シールドとしてメッキした。
ここで、カッコ内の数値は、単位はnmとする膜厚であるが、AlOの膜厚は、酸化前の金属Alの膜厚である(以下において、同様)。
mV、2段目が80 mV、3段目が160 mVであった。
CMOS基板上に、図7に示したような2つのメモリ層3,73を有する磁気抵抗素子からなる磁気メモリを、マトリックス状に配列して集積メモリを作製した。集積メモリには、実施例1と同様の磁気シールドを施した。ただし、図7に示した層のうち、両端のバイアストンネル層4,74の形成は省略した。
この素子では、トンネル層がAlOにより、メモリ層がNiFeにより、それぞれ形成されている。
ワード線とビット線の合成磁界により、2つのメモリ層3,73に個別に書き込みを行った。これらメモリ層の磁化スイッチ曲線は、いずれも、ほぼ図14(a)に示した形状である。しかし、メモリ層3,73とビット線21またはワード線31との相対的な距離の相違により、電流に基づく磁化スイッチ曲線は、相対的に近い記録導線の方向に引き伸ばされた形状となる(図25)。従って、点Aに相当する合成電流を印加すると、磁化反転するのは磁化スイッチング曲線pを有するメモリ層3のみである。点Bの合成電流の印加によると、磁化スイッチング曲線qを有するメモリ層73のみにおいて磁化方向が反転する。
ガラス基板上に、図9に示したように3段の磁気抵抗素子からなる磁気メモリで集積メモリを作製した。集積メモリには、実施例1と同様の磁気シールドを施した。
この素子では、トンネル層がAlOにより、メモリ層がFeにより、それぞれ形成されている。Taに接するAlOはバイアストンネル層である。
ガラス基板上に、図10に示した2つのメモリ層を有する磁気抵抗素子で集積メモリを作製した。集積メモリには、実施例1と同様の磁気シールドを施した。
この素子では、トンネル層がAlOにより、メモリ層がFeにより、それぞれ形成されている。Taに接するAlOは、バイアストンネル層である。
CMOS基板上に、図3に示したような多段の磁気抵抗素子からなる磁気メモリで集積メモリを作製した。ただし、ここでは、素子の段数は2とした。集積メモリには、実施例1と同様の磁気シールドを施した。
引き続き、第2段の磁気抵抗素子として、以下に示す積層構造を作製した。
これらの素子では、トンネル層はAlOにより、メモリ層はCoFe(0.5) /NiFe(2)/CoFe(0.5)により、それぞれ形成されている。
・メモリI
第1段
下部電極/Ta(3)/PtMn(20)/CoFe(3)/Ru(0.9)/CoFe(3)/AlO(1.0) /NiFe(2)/Ru(0.9)/NiFe(4)/AlO(1.0)/CoFe(3)/PtMn(20) /Ta(3)/上部電極
第2段
下部電極/Ta(3)/IrMn(20)/CoFe(3)/Ru(0.9)/CoFe(3)/AlO(1.06) /NiFe(2)/Ru(0.9)/ NiFe(4)/AlO(1.06)/CoFe(3)/PtMn(20) /Ta(3)/上部電極・メモリII
第1段
下部電極/Ta(3)/PtMn(20)/CoFe(3)/Ru(0.9)/CoFe(3)/AlO(1.0) /NiFe(2)/Ru(0.9)/NiFe(2)/Ru(0.9)/NiFe(2)/AlO(1.0)/CoFe(3)/Ru(0.9)/CoFe(3) /PtMn(20)/Ta(3)/上部電極
第2段
下部電極/Ta(3)/IrMn(20)/CoFe(3)/Ru(0.9)/CoFe(3)/AlO(1.06) /NiFe(2)/Ru(0.9)/NiFe(2)/Ru(0.9)/NiFe(2)/AlO(1.06)/CoFe(3)/Ru(0.9)/CoFe(3)/PtMn(20)/Ta(3)/上部電極・メモリIII
第1段
下部電極/Ta(3)/PtMn(20)/CoFe(3)/Ru(0.9)/CoFe(3)/AlO(1.0) /NiFe(1)/CoFe(1) /AlO(1.0)/CoFe(3)/Ru(0.9)/CoFe(3)/PtMn(20)/Ta(3)/上部電極
第2段
下部電極/Ta(3)/IrMn(20)/CoFe(3)/Ru(0.9)/CoFe(3)/AlO(1.06) /NiFe(1)/CoFe(1)/AlO(1.06)/CoFe(3)/Ru(0.9)/CoFe(3)/PtMn(20)/Ta(3)/上部電極・メモリIV
第1段
下部電極/Ta(3)/PtMn(20)/CoFe(3)/Ru(0.9)/CoFe(3)/AlO(1.0)/NiFe(2) /AlO(1.0)/CoFe(3)/Ru(0.9)/CoFe(3)/PtMn(20) /Ta(3)/上部電極
第2段
下部電極/Ta(3)/IrMn(20)/CoFe(3)/Ru(0.9)/CoFe(3)/AlO(1.06)/NiFe(2) /AlO(1.06)/CoFe(3)/Ru(0.9)/CoFe(3)/PtMn(20) /Ta(3)/上部電極
メモリI〜IIIでは多層膜がメモリ層として用いられている。メモリIにおいてメモリ層はNiFe(2)/Ru(0.9)/ NiFe(4)であり、メモリIIにおいてメモリ層はNiFe(2)/Ru(0.9)/ NiFe(4)/Ru(0.9)/ NiFe(4)であり、メモリIIIにおいてメモリ層はNiFe(1)/CoFe(1)である。これに対し、メモリIVにおけるメモリ層はNiFe(2)である。
CMOS基板上に、図27に示した構成の磁気抵抗素子をマトリックス状に配置したMRAMを作製し、記録方法について検討した。
ここで、AlO(1.3)はバイアストンネル層4であり、Fe(2)はメモリ層3であり、AlO(1.0)はトンネル層2であり、CoFe(3)/Ru(0.9)/CoFe(3)は固定磁性層1である。PtMn(3)は、図示を省略する反強磁性層である。
Claims (3)
- 磁気メモリを平面視においてマトリックス状に複数個配置した磁気メモリ装置であって、
前記磁気メモリは、
固定磁性層、トンネル層、およびメモリ層が順に積層された第1段の磁気抵抗素子、および
固定磁性層、トンネル層、およびメモリ層が順に積層された第2段の磁気抵抗素子からなる第2段のメモリ層面、
を具備し、
前記第1段のメモリ層と前記第2段のメモリ層とが層の厚さ方向に積層されており、
前記層の厚さ方向に積層されている第1段のメモリ層と第2段のメモリ層が電気的に直列に接続されており、
前記第1段のメモリ層の磁化反転により生じる抵抗変化と、前記第2段のメモリ層の磁化反転により生じる抵抗変化とが互いに相違し、
前記第1段のメモリ層の長手方向は、前記第2段のメモリ層の長手方向と異なっており、
前記平面視において隣接する2つの磁気メモリにおける第1段のメモリ層同士も、互いに異なる長手方向を有しており、
前記平面視において隣接する2つの磁気メモリにおける第2段のメモリ層同士も、互いに異なる長手方向を有している、
磁気メモリ装置。 - 前記第1段のメモリ層の長手方向と、前記第2段のメモリ層の長手方向とがなす角度は、20°以上90°以下である請求項1に記載の磁気メモリ装置。
- 前記平面視において隣接する2つの磁気メモリにおける第1段のメモリ層の2つの長手方向がなす角度は、20°以上90°以下である請求項1に記載の磁気メモリ装置。
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