JP4575181B2 - スピン注入磁気ランダムアクセスメモリ - Google Patents
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Description
磁気抵抗効果素子は、例えば、2つの磁性金属層と、これらの間に配置される誘電体層とからなるサンドイッチ構造を有する。この構造を有する磁気抵抗効果素子では、2つの磁性金属層の磁化状態がデータに応じて異なる状態となることを利用し、トンネル磁気抵抗(TMR: tunneling magneto-resistance)効果によりそのデータを読み出すことができる。
(1) 熱擾乱
図1は、磁気抵抗効果素子の熱擾乱を示している。
本発明の例では、スピン偏極電子により磁化反転を行うスピン注入磁気ランダムアクセスメモリにおいて、磁気抵抗効果素子の磁化容易軸方向の磁場を磁化反転(スイッチング)のアシストとして使用する。
図3乃至図6は、基本構造の第1例を示している。
図7乃至図10は、基本構造の第2例を示している。
トンネルバリアの破壊、磁気抵抗効果素子の温度上昇による熱擾乱などの問題を解消し、大容量スピン注入磁気ランダムアクセスメモリを実現するためには、磁気抵抗効果素子の構造についても検討する必要がある。
図11は、磁気抵抗効果素子の第1例を示している。
図12は、磁気抵抗効果素子の第2例を示している。
第2例は、第1例の変形例であり、第1例と比べると、第2磁気固着層の構造が異なる。
図13は、磁気抵抗効果素子の第3例を示している。
図14は、磁気抵抗効果素子の第4例を示している。
第4例は、第3例の変形例であり、第3例と比べると、第1及び第2磁気固着層がそれぞれSAF(synthetic anti-ferromagnetic)構造を有している点に特徴を有する。
図15乃至18は、磁気抵抗効果素子の第5例を示している。
第5例は、第1例乃至第4例の改良例であり、第1例乃至第4例と比べると、磁気記録層がアレイ状の複数の柱状層から構成される点に特徴を有する。
以上から分かるように、スピン注入書き込み方式において、磁気記録層6がNi−Co、Ni−Fe、Co−Fe、又は、Co−Fe−Niを含む場合には、非磁性金属層7としては、Au、Zr、Hf、Rh、Pt、Ir、Al、Gaのグループから選択される少なくとも1つの金属、又は、その少なくとも1つの金属を含む合金を使用する。これにより、スピン注入電流Isを低減できる。
次に、本発明の例に関わるアーキテクチャを用いたデータ書き込み方法(磁化反転プロセス)について説明する。
次に、最良と思われる実施の形態について説明する。
図21は、スピン注入磁化反転を実現するための磁気ランダムアクセスメモリの周辺回路の概要を示している。
図22は、図21の磁気ランダムアクセスメモリに使用されるドライブ信号及びシンク信号の信号波形を示している。
次に、図21のドライバ/シンカーDS1,DS2,DS3,DS4を制御するデコーダの例について説明する。
次に、本発明の例に関わる基本構造(図3乃至図10)の変形例について説明する。
図38乃至図45は、本発明の例に関わる磁気ランダムアクセスメモリの基本構造の変形例を示している。
磁気抵抗効果素子に関しては、以下の変形が可能である。
以下、実施例について説明する。
実施例1は、図6の基本構造、図21乃至図37の回路から構成されるスピン注入磁気ランダムアクセスメモリに関する。
実施例2は、図41の基本構造、図21乃至図37の回路から構成されるスピン注入磁気ランダムアクセスメモリに関する。
以上、説明したように、本発明の例によれば、スピン注入磁気ランダムアクセスメモリにおいて、新アーキテクチャと書き込み方法により、トンネルバリアの破壊や、磁気抵抗効果素子の温度上昇による熱擾乱などの問題を解決できる。
Claims (10)
- 磁化方向が固着される磁気固着層、スピン偏極電子の注入により磁化方向が可変となる磁気記録層、及び、前記磁気固着層と前記磁気記録層との間に設けられるトンネルバリア層を有する磁気抵抗効果素子と、
前記スピン偏極電子の発生に用いるスピン注入電流を前記磁気抵抗効果素子に流すためのビット線と、
前記磁気抵抗効果素子の磁化容易軸方向のアシスト磁場の発生に用いるアシスト電流を流すための書き込みワード線と、
前記ビット線に接続される第1ドライバ/シンカーと、
前記書き込みワード線に接続される第2ドライバ/シンカーと、
前記磁気抵抗効果素子に対するデータ書き込み時に前記第1ドライバ/シンカーを制御し、書き込みデータの値に応じて前記スピン注入電流の向きを決定すると共に、前記スピン注入電流の遮断のタイミングを決定する第1デコーダと、
前記データ書き込み時に前記第2ドライバ/シンカーを制御し、前記書き込みデータの値に応じて前記アシスト電流の向きを決定すると共に、前記アシスト電流の遮断のタイミングを前記スピン注入電流の遮断のタイミングよりも遅くする第2デコーダと
を具備することを特徴とするスピン注入磁気ランダムアクセスメモリ。 - 前記ビット線と前記書き込みワード線とは、互いに交差する方向に延びることを特徴とする請求項1に記載のスピン注入磁気ランダムアクセスメモリ。
- 前記ビット線と前記書き込みワード線とは、互いに平行となる方向に延びることを特徴とする請求項1に記載のスピン注入磁気ランダムアクセスメモリ。
- 前記アシスト電流は、前記スピン注入電流を遮断してから50nsec以上経過した時点に遮断することを特徴とする請求項1乃至3のいずれか1項に記載のスピン注入磁気ランダムアクセスメモリ。
- 前記アシスト電流の値は、1mA以下であることを特徴とする請求項1乃至4のいずれか1項に記載のスピン注入磁気ランダムアクセスメモリ。
- 前記磁気抵抗効果素子は、前記磁気記録層の前記トンネルバリア層側とは反対側に前記磁気固着層の磁化方向に対して逆向きの磁化を持つ磁気固着層を有することを特徴とする請求項1乃至5のいずれか1項に記載のスピン注入磁気ランダムアクセスメモリ。
- 前記磁気抵抗効果素子は、前記磁気記録層の前記トンネルバリア層側とは反対側に前記磁気固着層の磁化方向に対して同じ向きの磁化を持つ磁気固着層を有することを特徴とする請求項1乃至5のいずれか1項に記載のスピン注入磁気ランダムアクセスメモリ。
- 前記磁気記録層は、絶縁体又は誘電体により分離された複数の柱状層から構成されることを特徴とする請求項1乃至7のいずれか1項に記載のスピン注入磁気ランダムアクセスメモリ。
- スピン注入電流を磁気抵抗効果素子に流し、スピン偏極電子を発生させることにより、前記磁気抵抗効果素子の磁気記録層の磁化方向を可変とし、
少なくとも前記スピン注入電流を遮断した後の所定期間、前記磁気抵抗効果素子に対して、前記磁気抵抗効果素子の磁化容易軸方向のアシスト磁場を印加し、
前記磁気記録層に対して書き込みを行うことを特徴とする書き込み方法。 - 前記所定期間は、50nsec以上の期間であることを特徴とする請求項9に記載の書き込み方法。
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