JP4342409B2 - Mramのための熱支援型切換えアレイ構成 - Google Patents

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Description

本発明は概して磁気メモリデバイスに関し、とりわけ超高密度で、熱的に支援される磁気ランダムアクセスメモリアレイ(一般に「MRAM」と呼ばれる)に関する。
今日のコンピュータシステムは益々高性能になっており、ユーザが益々多くの様々なコンピューティングタスクをさらに高速に実行することを可能にする。メモリのサイズ、およびメモリがアクセスされ得る速さは、コンピュータシステム全体の速さに大きく影響する。
コンピュータシステムのためのメモリは技術的には、電子記憶、磁気記憶または光記憶のうちの任意の形態をとる。しかしながら、それは、一般的に速さおよび機能に部分的に基づいて、異なるカテゴリに分けられる。コンピュータメモリの2つの一般的なカテゴリは、主記憶装置および大容量記憶装置である。主記憶装置は一般的に、メモリバスによってプロセッサに直に接続される高速で、高価な揮発性ランダムアクセスメモリから構成される。主記憶装置における速度の1つの要素は、一般に構成要素を物理的に動かすことなく、ある特定のメモリセルへのアクセスが処理されることである。
一般に、磁気媒体におけるデータ記憶(主記憶装置または大容量記憶装置)の基礎をなす原理は、記憶データビットの磁化の相対的な向き(すなわち、「0」または「1」の論理状態)を変更および/または反転させる能力である。材料の保磁力は、磁性粒子の磁化を減少および/または反転させるために、その磁性粒子に加えられなければならない減磁力のレベルである。一般的に言うと、磁性粒子が小さいほど、その保磁力は高くなる。
従来技術の磁気メモリセルは、トンネル磁気抵抗メモリセル(TMR)、巨大磁気抵抗メモリセル(GMR)、または超巨大磁気抵抗メモリセル(CMR)とすることができる。各磁気メモリセルは一般に、データ層(記憶層またはビット層とも呼ばれる)と、基準層と、データ層と基準層との間にある中間層とを含む。データ層、基準層、および中間層は1つまたは複数の材料層から形成され得る。
データ層は通常、外部から1つまたは複数の磁界が加えられるのに応答して変更され得る磁化の向きとして1ビットのデータを格納する磁性材料の層である。より具体的には、論理状態を表すデータ層の磁化の向きは、「0」の論理状態を表す第1の向きから、「1」の論理状態を表す第2の向きに、および/またはその逆に回転する(切り換えられる)ことができる。
基準層は通常、磁化の向きが所定の方向に固定されるように「ピン留め」される磁性材料の層である。多くの場合に、いくつかの磁性材料層が必要とされ、安定してピン留めされる基準層を実現するためのものとして機能する。所定の方向は決められており、磁気メモリセルの製造時に用いられるマイクロエレクトロニクス処理ステップによって確立される。
一般に、磁気メモリセルの論理状態(「0」または「1」)は、データ層および基準層の磁化の相対的な向きに依存する。たとえば、TMRのデータ層および基準層にわたって電位バイアスがかけられるとき、電子が、中間層を介してデータ層と基準層との間を移動する。中間層は通常、一般的にトンネル障壁層と呼ばれる薄い誘電体層である。障壁層を介した電子の移動を生じる現象は、量子力学トンネル効果またはスピントンネル効果と呼ばれる場合もある。
その論理状態はメモリセルの抵抗を測定することにより判定され得る。たとえば、データ記憶層の磁化の全体的な向きが基準層の磁化のピン留めされた向きに対して平行である場合には、その磁気メモリセルは低抵抗の状態になる。データ記憶層の磁化の全体的な向きが基準層の磁化のピン留めされた向きに対して反平行(逆向き)である場合には、その磁気メモリセルは高抵抗の状態になる。
ある理想的な設定では、データ層の変更可能な磁界の向きは、基準層の磁界に対して平行か、または反平行かのいずれかになる。一般に、データ層および基準層はいずれも強磁性材料から作成され、互いに対して永続的に非常に接近して配置されるので、一般的に、より強い基準層がデータ層の向きに影響を及ぼすかもしれない。より具体的には、基準層の磁化が、基準層からデータ層の中へと延びる減磁界を生成する可能性がある。
この基準層からの減磁界の結果として、強制的な切換え磁界がオフセットされる。このオフセットの結果として、ビットの切換え特性が非対称になる可能性がある。すなわち、ビットを平行状態から反平行状態に切り換えるために必要とされる切換え磁界の大きさが、ビットを反平行状態から平行状態に切り換えるために必要とされる切換え磁界の大きさとは異なる可能性がある。確実な切換え特性を有し、読出し/書込み回路を簡単にするためには、このオフセットをできる限り0付近まで減らすことが望ましい。
磁気抵抗ΔR/Rは、信号対雑音比S/Nと同様に説明され得る。S/Nがより高い結果として、データ層のビットの状態を判定するために検出され得る信号がより強くなる。したがって、データ層に非常に接近し、かつそれに近接して固定されるピン留めされた基準層を有するトンネル接合メモリセルの少なくとも1つの欠点は、角度変位から生じる磁気抵抗ΔR/Rの潜在的な減少である。
製造中に基準層をピン留めするために、基準層は、アニーリングステップにおいて高温まで加熱されなければならない。アニーリングステップは一般に時間を要し、おそらく1時間またはそれ以上かかる。ところが、基準層は製造されているメモリの一部であるので、メモリ全体が、一定および集束された磁界の影響下で、約200〜300℃の範囲の温度に晒されなければならない。そのような製造時の応力によって、メモリが後に高温に晒される場合には、基準層がピン留めされなくなり、その設定された向きを失わせる可能性がある。さらに、データ層の特性が、いくつかの製造工程中の熱によって、知らず知らずに影響を受ける可能性がある。
ピン留めされた基準層を確立するのを容易にするために、基準層が多数の材料層を含むことは珍しいことではない。多数の層を用いることにより、基準層がピン留めされた状態を維持することを確実にするのを助けることができるが、磁気メモリ内に存在するそれぞれの全てのメモリセルを製造することも複雑にする。
MRAMのようなメインメモリデバイスは多くの場合に、導電性の行および列の横切る交点に配置されるトンネル接合磁気メモリセルを利用する。そのような構成はクロスポイントメモリアレイとして知られている。
一般的なクロスポイントメモリアレイでは、任意の所与の行(行A、B、C...)は全ての列(列1、2、3...)を、および任意の所与の列が全ての行を横切ることができるが、列および行アレイの従来の原理では、任意の所与の行が任意の所与の列を一度だけ横切るものとされる。したがって、特定の行(B)および特定の列(3)にアクセスすることにより、それらの交点(B、3)に配置されるいずれか1つのメモリセルが、アレイ内の任意の他のメモリセルから分離され得る。そのような個別的な索引付けは、複雑でないというわけではない。
記憶ビットに実行され得る2つの基本的な動作(「書込み」または「読出し」)の間では、一般的には書込み動作のほうが複雑である。多くの動作において、書込み動作は読出し動作よりも発生の頻度が小さく、ある特定の状況では、その発生の頻度は数桁小さい場合が多い。
従来のクロスポイントメモリアレイに関して、所望のセルのデータ層の磁界は変更され得るが、隣接するセルのデータ層に悪影響を及ぼさないように、またはそれを変更しないようにすることが望ましい。したがって、設計および製造の問題は一般に、書込み動作によってもたらされる要件に向けられる。書込み動作は一般に、より大きな電流および磁界を必要とするので、電源、行および列の導体においてより頑強な特性と、適切なバッファリング空間とを必要とする。
磁気メモリの構成要素に関して、サイズが減少するのに応じて、保磁力が大きくなることがよく知られている。保磁力が大きいことは、より大きな磁界が切り換えられる必要があり、それにより、より大きな電源を必要とし、場合によってはより大きな切換えトランジスタを必要とするので、一般に望ましくない。大きな電源および大きな切換えトランジスタを設けることは一般に、構成要素の必要なサイズを小さくするためのナノテクノロジーの主眼と相反する。さらに、隣接するメモリセルを偶発的に切り換える可能性を減らすために、ナノメートルスケールのメモリセルは一般に、ナノメートルのサイズでないメモリセルよりも、それらのサイズ全体に対して広い間隔をおいて配置される。さらに、磁気メモリのサイズが小さくなると、個々のメモリセル間の未使用の空間が増加する傾向がある。
したがって、一般的なMRAMアレイでは、空間全体のうちのかなりの量が、セル間の物理的なバッファを単に設けるために使用される。このバッファリング空間が存在しない場合、または存在してもその割合が小さい場合、同じ物理的な空間において、より大きな記憶容量を得ることができる。
したがって、上記に明らかにされた欠点のうちの1つまたは複数を克服する超高密度の熱的に支援されるメモリアレイが必要とされている。本発明はこれらの必要性のうちの1つまたは複数を満たす。
本発明は、熱支援型切換え磁気メモリアレイを提供する。
特に、単なる例示のために、本発明の実施形態によれば、本発明は熱支援型磁気メモリ記憶デバイスを提供する。その熱支援型磁気メモリ記憶デバイスは、複数の平行な導電性の行(102)と、前記行(102)を横切る複数の平行な導電性の列(104)であって、それにより前記列(104)および前記行(102)が複数の交点を有するクロスポイントアレイを形成する、複数の平行な導電性の列と、複数のオフセットされた磁気トンネル接合メモリセル(100)であって、各メモリセル(100)が、1つの行と1つの列との間の交点に近接し、かつ当該1つの行および1つの列と電気接触して配置され、当該メモリセル(100)が変更可能な磁化の向きを有する材料を含み、当該変更可能な材料の保磁力は、温度が上昇すると減少するものであって、前記交点のクロスポイント軸から横方向にオフセットするように配置された複数の磁気トンネル接合メモリセルと、各磁気トンネル接合メモリセル(100)の上方および下方に、前記導電性の行および列とは別個に配置される複数のループ書込み導体(140)とを備える
上記の熱支援型磁気メモリ(50)記憶デバイスは、前記ループ書込み導体(140)が前記メモリセル(100)と電気接触しないことが望ましい。
上記の熱試験型磁気メモリ(50)では、書込み動作中に、所与の導電性の行(102)および所与の導電性の列(104)によって所与の磁気トンネル接合メモリセル(100)にバイアス電流が加えられ、そのバイアス電流が前記所与の磁気トンネル接合メモリセル(100)を加熱し、前記書込み導体(140)に流れる電流によって書込み磁界が生成され、前記所与の磁気トンネル接合メモリセル(100)の上方および下方に配置された前記ループ書き込み導体の特徴により、前記所与の磁気トンネル接合メモリセル(100)を飽和させる書込み磁界(306、308)が2倍になり、前記材料の磁化の向きが変更されることができ、前記ループ書込み導体(140)によって与えられる磁界が前記加熱された材料の保磁力よりも大きいことが望ましい。
上記のオフセットされた磁気トンネル接合メモリセル(100)が、薄い上側導体(112)によって前記導電性の行に結合され、かつ薄い下側導体(114)によって前記導電性の列に結合され、前記上側導体(112)および前記下側導体(114)が前記磁気トンネル接合メモリセル(100)をクロスポイント軸から横に変位させることが望ましい。前記複数のループ書込み導体(140)が、前記導電性の行(102)に対して平行に延びることが望ましい。上記の複数のループ書込み導体(140)が、前記導電性の列(104)に対して平行に延びることが望ましい。各メモリセル(100)が、ピン留めされた磁化の向きによって特徴付けられる基準層(110)をさらに含むことが望ましい。上記の各メモリセル(100)が軟らかい強磁性基準層(110)をさらに含み、その軟らかい基準層(110)がピン留めされない磁化の向きを有することが望ましい。
好適な方法および装置のこれらの、および他の目的、特徴、ならびに利点は、本発明の原理を一例として示す添付図面に関連してなされる以下の詳細な説明から明らかになるであろう。
本発明によれば、メモリセルビット間のピッチ(各セルの中心点間の距離)を短くすることが可能になり、そのため所与の空間においてメモリセルの密度を大きくすることができるので、記憶容量を大きくすることが可能になる。さらに、行導体および列導体の相対的なサイズは、それらの行導体および列導体が書込み動作のために必要とされる磁界を供給する必要がないので小さくされることが可能になる。
詳細な説明を始める前に、本発明がある特定のタイプの磁気メモリでの用途または応用形態に限定されないことは理解されたい。したがって、本発明は、説明の便宜上、一般に典型的な実施形態に関して図示および説明されるが、本発明が他のタイプの磁気メモリに適用され得ることは理解されよう。
ここで図面を、特に図1Aと、図1Bの斜視図とを参照すると、本発明の一実施形態による、少なくとも1つの磁気メモリセル100と、メモリセル100に近接して配置される少なくとも1つの別個のループ書込み導体140とを有する、熱支援型切換え磁気メモリ50の一部が示される。少なくとも1つの実施形態では、磁気メモリセル100は、磁気メモリトンネル接合メモリセルとすることができる。特に、メモリ50は、複数の平行な導電性の行と、それらの行を横切る複数の平行な導電性の列とを提供する。メモリセル100は、1つの行102と1つの列104との交点に近接するオフセットされた位置に配置され、行102および列104と電気接触している。
磁気メモリセル100自体は、強磁性データ層106と、中間層108と、磁化M1の向きを有する強磁性基準層110とを有することができる。強磁性データ層106によって、磁化M2の変更可能な向きとして1ビットのデータを格納することを可能にし、強磁性データ層106は、温度が上昇すると保磁力が減少する材料からなる。中間層108は、対向する面を有し、一方の面に接触しているデータ層106が、中間層108の第2の面に接触している基準層110と直に位置合わせされ、かつその基準層110から実質的に均等な間隔をおいて配置されるようになっている。
少なくとも1つの実施形態では、行102および列104が交差する交点に対する磁気メモリセル100のオフセットされた配置は、オフセット用導体を用いることにより達成される。具体的には、磁気メモリセル100は、薄い上側オフセット導体112によって導電性の行102に結合されることができ、薄い下側オフセット導体114によって導電性の列104に結合されることができる。上側オフセット導体112は、磁気メモリセル100の少なくとも幅にすることができる長さにわたって行から実質的に横方向に延びるように、行102に結合され得る。下側オフセット導体114も上側オフセット導体112に平行であり、概ね同じ長さからなる。列導体104とオフセット磁気メモリセル100の下側との間に空間を設けるために、下側オフセット導体114は垂直なオフセットも提供することができる。この垂直なオフセットは、下側オフセット導体114の一端を厚くすることにより、または横方向構成要素118およびベース構成要素120から下側オフセット導体114を製作することにより、または適切であるような他のプロセスによって達成され得る。
図示されるように、上側および下側オフセット導体(112および114)は、クロスポイント軸116から磁気メモリセル100を横に変位させる。磁気メモリセル100を横に変位させることにより、磁気メモリセル100が実質的にループ書込み導体140の間に配置される。ループ書込み導体140が磁気メモリセル100、または導電性の行102、または導電性の列104と電気接触していないことは、図1Aにおいてさらに理解され得る。さらに、ループ書込み導体140は、磁気メモリセル100と物理的に接触していなくてもよい。
図2は、複数の磁気メモリセル100、100’、210、212、214および216有するクロスポイントアレイ200のより大きな部分を概念的に示す。より具体的には、平行な行102および202が、平行な列104、206および208の上に、かつそれらを横切るように配置される。各磁気メモリセル(100、100’、210、212、214および216)は所与の行(102または202)および所与の列(104、206または208)の交点からオフセットされる。ループ書込み導体140および140’のループの特徴は、ループの上側142および下側144部分が垂直な渡り246で実現されていることを示す図2を参照すると、さらに十分に理解され得る。上側142および下側144部分は対向していて、平行であるので、上側142部分において第1の方向に流れる電流は、下側144部分では逆の方向に流れると考えられることは理解されるであろう。右手の法則によれば、上側142および下側144部分によって生成される各磁界は、重なる領域、特にデータ層106に概ね近接する領域において結合する。
さらに、磁気メモリセル100の周りにループ書込み導体140を通すことにより、同じ供給電流振幅で2倍だけ磁界強度が改善される。これは、イベントを書き込むために必要とされる電流要件を低減し、それゆえ、より小さな電源および/またはトランジスタが使用されることを可能にする点で有利である。さらに、少なくとも1つの実施形態では、ループ書込み導体140は、強磁性クラッディング148をさらに含むことができる。磁界生成導体150の側面および外側部分に付着されるとき、クラッディングは一般的に、生成される磁界を閉じ込める際に補助する働きをし、それにより他の選択されないメモリセルが意図せずに磁界に晒されるのを低減することができる。図3に示されるように、ループ書込み導体140および140’は、行102および202に対して概ね平行である。代替の実施形態では、上側および下側オフセット導体(112および114)の構成は、ループ書込み導体140が列に概ね平行になるように選択され得る。
基準層110は、ピン留めされた基準層または軟らかい基準層とすることができる。少なくとも1つの実施形態では、基準層110は軟らかい基準層であり、磁化M1の向きの方向が既知の方向に動的に設定され得るのでそのように呼ばれる。そのような動的な設定は、メモリセル100に近接するループ書込み導体140に流れる外部から供給される電流によって与えられる磁界によって達成され得る。この場合、軟らかい基準層の磁化M1を既知の方向に設定するためにループ書込み導体140に加えられる電流の大きさは比較的小さい。この電流は、ループ書込み導体140に沿ったデータ層106または他の選択されないメモリセルの磁化状態M2を変更しない。一般に、このイベントは、基準層110の磁化M1が既知の方向に設定され、次いでデータ層106のM2の方向と比較されて、メモリビットセルの「0」または「1」状態を判定する際の読出しサイクル中に生じている。その基準層は一般に磁気的に軟らかい材料からなり、従来のピン留めされた基準層により多く用いられる通常の硬くピン留めされた材料から形成されないので、「軟らかい」と呼ばれる。軟らかい基準層を用いるとき、一般的には、M1が向けられることになる方向に関して1つの規定が採用される。
軟らかい基準層を用いることは、メモリセル100においていくつかの有利な利点を有することができる。軟らかい基準層は向きが実質的に固定されないので、固定された基準層を確立するために多くの場合に必要とされるように、製造中に高温にメモリセル100を晒す必要がない。さらに、基準層に十分かつ一定の磁界が存在しないことにより、基準層からの減磁界がデータ層に作用する可能性が小さくなり、かくして強制的な切換え磁界のオフセットが小さくなる。
強磁性データ層106、およびループ書込み導体140のクラッディング148は、以下に限定はしないが、ニッケル鉄(NiFe)、ニッケル鉄コバルト(NiFeCo)、コバルト鉄(CoFe)およびそのような金属からなる合金を含む材料から作成され得る。製造の選択のような適切な状況のもとでは、メモリセル100はさらに、データ層106と上側オフセット導体112との間に、また同様に、基準層110と下側オフセット導体114との間に配置された付加的な電気導体を含むことができる。さらに、基準層110およびデータ層106の双方は、多数の材料層から形成され得る。しかしながら、概念的に簡単にし、かつ説明を容易にするために、本明細書では、各層の構成要素は単一の層として説明される。
磁気トンネル接合メモリセル100に抵抗を生じさせる現象は、磁気メモリの技術分野ではよく理解されており、TMRメモリセルについてよく理解されている。GMRおよびCMRメモリセルは類似の磁気的な挙動を有するが、電気伝導のメカニズムが異なるので、それらの磁気抵抗は異なる物理的な効果から生じる。たとえば、TMRを用いたメモリセルでは、その現象は量子力学トンネル効果またはスピン依存トンネル効果と呼ばれる。TMRメモリセルでは、中間層108は、データ層106と基準層110との間で電子が量子力学的に突き抜ける、誘電体材料からなる薄い障壁である。
GMRメモリセルでは、中間層108は、非磁性であるが、伝導性の材料からなる薄いスペーサ層である。ここで、伝導は、中間層108を介したデータ層106と基準層110との間における電子のスピン依存散乱の通過である。どちらにしても、データ層106と基準層110との間の抵抗は、磁界M1およびM2の相対的な向きに応じて増減する。データ層106が「0」の論理状態を格納しているか、または「1」の論理状態を格納しているかを判定するために、その抵抗の差が検出される。
少なくとも1つの実施形態では、中間層108は、データ層106を基準層110から離隔し、電気的に分離する絶縁性材料(誘電体)から作成されるトンネル層である。誘電体中間層108に適した誘電体材料は、以下に限定はしないが、酸化ケイ素(SiO)、酸化マグネシウム(MgO)、窒化ケイ素(SiNx)、酸化アルミニウム(Al)、窒化アルミニウム(AlNx)、および酸化タンタル(TaOx)を含むことができる。
少なくとも1つの他の実施形態では、中間層108は、元素の周期表に記載される3d、4d、または5d遷移金属のような非磁性の材料から作成されるトンネル層である。非磁性の中間層108に適した非磁性材料は、以下に限定はしないが、銅(Cu)、金(Au)および銀(Ag)を含むことができる。中間層108の実際の厚みは、中間層108を形成するために選択される材料、および所望のトンネルメモリセルのタイプに依存するが、一般に、中間層108は約0.5nm〜約5.0nmの厚みを有することができる。
多くの応用形態において、読出し動作は、書込み動作より何倍も数が多い。データ層106に格納されたデータのビットは、磁気メモリセル100に実行される読出し動作中、所与の行導体および所与の列導体に読出し電流Iを流して、データ層106と基準層110との間の抵抗を測定することにより読み出され得る。「1」または「0」としてのビットの論理状態は、抵抗の大きさをセンシング(検出)することにより判定され得る。
一般的に、磁気ビットのサイズが減少すると、ビットの保磁力が増加することが、磁気メモリの技術分野において理解されている。たとえば、0.25×0.75マイクロメートルのビットは約40Oe[1Oe=1000/(4*pi)A/m]の保磁力を有することができるのに対して、0.15×0.45マイクロメートルのビットは約75Oe[1Oe=1000/(4*pi)A/m]の保磁力を有することができる。一般に、ある材料の保磁力は、温度が上昇すると減少する。たとえば、100℃の温度上昇は、約50%だけ保磁力を低下させることができる。元の状態まで温度が減少すると、一般的には元の保磁力に戻る。
上述したように、ループ書込み導体140のループの特徴により、上側142部分と下側144部分との間の磁界強度を実質的に2倍に集中させることができる。選択されないメモリセル100’のデータ層106’を偶発的に切り換えるのをさらに減らすために、合成された磁界の強さは、加熱されないメモリセル100’の保磁力よりも小さい。より具体的には、合成された磁界の強さは、加熱されたメモリセル100の保磁力に打ち勝つには十分であるが、加熱されないセルの保磁力に打ち勝つには十分ではない。書込み磁界を選択的に受けやすくする際のこの相対的な差は、半選択マージンエラー、即ちある量または全ての書込み磁界を受けるメモリセルが偶発的に切り換えられる状態を有利に低減する。
少なくとも1つの実施形態では、選択されたセルが書き込まれるようにするために必要とされる不可欠な熱は、所与の磁気メモリセル100にバイアス電流を流すことにより達成され得る。具体的には、約1〜3Vの加熱パルスが、選択された磁気メモリセル100を介して印加され得る。電流のトンネル作用において生じる抵抗によって、所与の磁気メモリセル100内の温度が著しく、かつ局部的に上昇する。一般的には、この温度上昇は、隣接するが選択されない磁気メモリセル100’には大きな影響を及ぼさない。さらに、メモリセル100のオフセットの特徴により、一般に行102および列104から離れた結果としての加熱が局所化される。結果として過剰な加熱が生じる場合でも、係る過剰な熱が行102または列104に損傷を与える可能性はない。
メモリ50がデータを格納するこの能力が、図3に例示される。電源(図示せず)によって与えられる外部から供給されるバイアス電流Iが、行300および列302を選択的に組ませることにより、所与の磁気メモリセル100に導かれる。トンネル効果により磁気メモリセル100にIが流れることによって、所与の磁気メモリセル100に局所化された熱304が生成される。電源(図示せず)によって与えられる磁界誘導電流IMFが、ループ書込み導体140に送られる。結果として生じる磁界は、曲線の矢印306および308によって表される。磁界306および308の合成されたベクトルは左を向くので、M2は左を指すように整列する。さらに、基準層の向きは適切な状況のもとでは、オンザフライでピン留めされ得るが、基準層110(軟らかいか、または固定される)を構成する強磁性材料は、基準層110が加熱される場合であっても、306および308の合成された磁界よりも大きい。
少なくとも1つの実施形態では、IMFは、所与の磁気メモリセル100内で達成される加熱と概ね同時にループ書込み導体140に送られる。適切な状況のもとでは、所与の磁気メモリセル100における抵抗のセンシングは、バイアス電流パルスを加えた後に実行され得る。そのような抵抗のセンシングを用いて、データ層106の書込み動作を確認することができる。
さらなる例において、電流IMFの方向がループ書込み導体140において逆にされる場合には、結果として生じる磁界は、反時計回りの方向のベクトルを有する。データ層106の温度を十分に上昇させ、それにより保磁力を低減するのに十分な熱304が存在するとき、磁界の反時計回りのベクトルは、右を指すようにM2を整列させる。データ層106の磁界M2が既に磁界306および308に揃っている場合には、データ層の保磁力が十分に低減されている場合であっても、磁界M2はその向きを逆にしないことに留意されたい。言い換えると、磁界M2が既に磁界306および308に揃っている場合には、その状態のままである。
さらに、ループ書込み導体140の合成された磁界306および308は、加熱されたデータ層106の保磁力に打ち勝つには十分である。合成された書込み磁界306および308がデータ層106の保磁力に打ち勝つことができる場合、磁化M2の向きは、ある方向から別の方向に変更され得る。少なくとも1つの実施形態では、加熱されたデータ層106で実行される向きの変更は、加熱されていないメモリセル210の隣接する加熱されていないデータ層の向きには影響を及ぼさない。
この結果、少なくとも1つの実施形態では、メモリセル100のビット間のピッチ(各セルの中心点間の距離)は短くされ得る。そのようにビット間のピッチを短くすることは、所与の空間においてメモリセルの密度を大きくでき、それゆえ記憶容量を大きくできるので有利である。さらに、行および列の相対的なサイズは、それらの行および列が書込み動作のために必要とされる磁界を供給する必要がないので小さくされることができ、有利な条件によれば、サイズの縮小をさらに大きくすることができる。
別の実施形態は、熱支援型切換え磁気メモリ50を組み込むコンピュータシステムであると理解され得る。前述されたように、熱支援型切換え磁気メモリ50の物理的サイズは極めて小さく、それにより同じ物理空間において、現在のメモリデバイスよりも記憶容量を大きくすることができる。メインボード、CPU、および上述の熱支援型切換え磁気メモリ50の一実施形態から構成される少なくとも1つのメモリ記憶装置とを備えるコンピュータは、高速である点で有利である。
本発明は、好適な実施形態に関連して説明されてきたが、本発明の範囲から逸脱することなく、種々の修正、変形および改良がなされることができ、その構成要素およびそのステップの代わりに等価なものを用いることができることは当業者には理解されよう。さらに、その本質的な範囲から逸脱することなく、本発明の教示に対する多くの変更が、ある特定の状況または材料に適合させるように行うことができる。係る修正、変形、変更および改善は、上記に明確に説明されていないが、それでも本発明の範囲および思想の範囲内にあることが意図され、暗示されている。したがって、本発明は、本発明を実施するために考えられる最良の形態として開示される特定の実施形態には限定されず、本発明は添付の特許請求の範囲内に入る全ての実施形態を含むことが意図されている。
本発明を具現化する例示的な、熱支援型磁気メモリの一部を示す図である。 図1に示されるようなメモリの斜視図である。 図1に示されるようなメモリのアレイの斜視図である。 図1に示されるメモリの書込み動作を示す斜視図である。
符号の説明
50 磁気メモリ
100 磁気メモリセル
102 行
104 列
106 データ層
110 基準層
112 上側オフセット導体
114 下側オフセット導体
140 ループ書込み導体

Claims (8)

  1. 複数の平行な導電性の行(102)と、
    前記行(102)を横切る複数の平行な導電性の列(104)であって、それにより前記列(104)および前記行(102)が複数の交点を有するクロスポイントアレイを形成する、複数の平行な導電性の列と、
    複数のオフセットされた磁気トンネル接合メモリセル(100)であって、各メモリセル(100)が、1つの行と1つの列との間の交点に近接し、かつ当該1つの行および1つの列と電気接触して配置され、当該メモリセル(100)が変更可能な磁化の向きを有する材料を含み、当該変更可能な材料の保磁力は、温度が上昇すると減少するものであって、前記交点のクロスポイント軸から横方向にオフセットするように配置された複数の磁気トンネル接合メモリセルと
    各磁気トンネル接合メモリセル(100)の上方および下方に、前記導電性の行および列とは別個に配置される複数ループ書込み導体(140)とを備える、熱支援型磁気メモリ(50)記憶デバイス。
  2. 前記ループ書込み導体(140)が前記メモリセル(100)と電気接触しない、請求項に記載の熱支援型磁気メモリ(50)記憶デバイス。
  3. 書込み動作中に、
    所与の導電性の行(102)および所与の導電性の列(104)によって所与の磁気トンネル接合メモリセル(100)にバイアス電流が加えられ、そのバイアス電流が前記所与の磁気トンネル接合メモリセル(100)を加熱し、
    前記書込み導体(140)に流れる電流によって書込み磁界が生成され、前記所与の磁気トンネル接合メモリセル(100)の上方および下方に配置された前記ループ書き込み導体の特徴により、前記所与の磁気トンネル接合メモリセル(100)を飽和させる書込み磁界(306、308)が2倍になり、
    前記材料の磁化の向きが変更されることができ、前記ループ書込み導体(140)によって与えられる磁界が前記加熱された材料の保磁力よりも大きい、請求項に記載の熱支援型磁気メモリ(50)記憶デバイス。
  4. 前記オフセットされた磁気トンネル接合メモリセル(100)が、薄い上側導体(112)によって前記導電性の行に結合され、かつ薄い下側導体(114)によって前記導電性の列に結合され、前記上側導体(112)および前記下側導体(114)が前記磁気トンネル接合メモリセル(100)をクロスポイント軸から横に変位させる、請求項に記載の熱支援型磁気メモリ(50)記憶デバイス。
  5. 前記複数のループ書込み導体(140)が、前記導電性の行(102)に対して平行に延びる、請求項に記載の熱支援型磁気メモリ(50)記憶デバイス。
  6. 前記複数のループ書込み導体(140)が、前記導電性の列(104)に対して平行に延びる、請求項に記載の熱支援型磁気メモリ(50)記憶デバイス。
  7. 各メモリセル(100)が、ピン留めされた磁化の向きによって特徴付けられる基準層(110)をさらに含む、請求項に記載の熱支援型磁気メモリ(50)記憶デバイス。
  8. 前記各メモリセル(100)が軟らかい強磁性基準層(110)をさらに含み、その軟らかい基準層(110)がピン留めされない磁化の向きを有する、請求項に記載の熱支援型磁気メモリ(50)記憶デバイス。
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Families Citing this family (17)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6944053B2 (en) * 2003-06-17 2005-09-13 Hewlett-Packard Development Company, L.P. Magnetic memory with structure providing reduced coercivity
US7193889B2 (en) * 2004-02-11 2007-03-20 Hewlett-Packard Development Company, Lp. Switching of MRAM devices having soft magnetic reference layers
US20060036324A1 (en) * 2004-08-03 2006-02-16 Dan Sachs Adjustable spinal implant device and method
US7486545B2 (en) * 2005-11-01 2009-02-03 Magic Technologies, Inc. Thermally assisted integrated MRAM design and process for its manufacture
US7349243B2 (en) * 2006-04-20 2008-03-25 Taiwan Semiconductor Manufacturing Company, Ltd. 3-parameter switching technique for use in MRAM memory arrays
US7457149B2 (en) * 2006-05-05 2008-11-25 Macronix International Co., Ltd. Methods and apparatus for thermally assisted programming of a magnetic memory device
US20080174936A1 (en) * 2007-01-19 2008-07-24 Western Lights Semiconductor Corp. Apparatus and Method to Store Electrical Energy
US20080273375A1 (en) * 2007-05-02 2008-11-06 Faiz Dahmani Integrated circuit having a magnetic device
US8031519B2 (en) * 2008-06-18 2011-10-04 Crocus Technology S.A. Shared line magnetic random access memory cells
US7897954B2 (en) * 2008-10-10 2011-03-01 Macronix International Co., Ltd. Dielectric-sandwiched pillar memory device
EP2608208B1 (en) * 2011-12-22 2015-02-11 Crocus Technology S.A. Self-referenced MRAM cell and method for writing the cell using a spin transfer torque write operation
EP2722902B1 (en) * 2012-10-22 2016-11-30 Crocus Technology S.A. Self-referenced MRAM element and device having improved magnetic field
KR102023626B1 (ko) 2013-01-25 2019-09-20 삼성전자 주식회사 스핀 홀 효과를 이용한 메모리 소자와 그 제조 및 동작방법
EP3002759B1 (en) * 2014-10-03 2020-08-05 Crocus Technology S.A. Method for writing in a magnetic device
JP6973679B2 (ja) * 2019-04-08 2021-12-01 Tdk株式会社 磁性素子、磁気メモリ、リザボア素子、認識機及び磁性素子の製造方法
CN112820820B (zh) * 2019-12-24 2023-05-19 长江存储科技有限责任公司 磁阻随机存取存储器
KR102608134B1 (ko) * 2020-02-19 2023-12-01 양쯔 메모리 테크놀로지스 씨오., 엘티디. 자기 메모리 구조 및 디바이스

Family Cites Families (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2000079540A1 (en) 1999-06-18 2000-12-28 Nve Corporation Magnetic memory coincident thermal pulse data storage
US6163477A (en) 1999-08-06 2000-12-19 Hewlett Packard Company MRAM device using magnetic field bias to improve reproducibility of memory cell switching
US6385082B1 (en) 2000-11-08 2002-05-07 International Business Machines Corp. Thermally-assisted magnetic random access memory (MRAM)
US6603678B2 (en) 2001-01-11 2003-08-05 Hewlett-Packard Development Company, L.P. Thermally-assisted switching of magnetic memory elements
US6744086B2 (en) 2001-05-15 2004-06-01 Nve Corporation Current switched magnetoresistive memory cell
US6504221B1 (en) * 2001-09-25 2003-01-07 Hewlett-Packard Company Magneto-resistive device including soft reference layer having embedded conductors
US6728132B2 (en) * 2002-04-03 2004-04-27 Micron Technology, Inc. Synthetic-ferrimagnet sense-layer for high density MRAM applications
US6781910B2 (en) * 2002-05-17 2004-08-24 Hewlett-Packard Development Company, L.P. Small area magnetic memory devices
US6819587B1 (en) * 2003-06-12 2004-11-16 Hewlett-Packard Development Company, L.P. Thermal-assisted nanotip magnetic memory storage device

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