JP4920881B2 - 低消費電力磁気メモリ及び磁化情報書き込み装置 - Google Patents
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Description
図1は、本発明による磁気メモリのメモリセルとスイッチング部の構成例を示す断面模式図である。C-MOSトランジスタ11は、2つのn型半導体12,13と1つのp型半導体14からなる。n型半導体12にドレインとなる電極21が電気的に接続され、電極41及び電極47を介してグラウンドに接続されている。n型半導体13には、ソースとなる電極22が電気的に接続されている。さらに23はゲート電極であり、このゲート電極23のon/offによりソース電極22とドレイン電極21の間の電流のon/offを制御する。ソース電極22に電極45、電極44、電極43、電極42が積層され、電極42に自由層311が接続されている。メモリセル1のトンネル型磁気抵抗効果素子(TMR素子)2は自由層311、絶縁障壁層312、第一の固定層313の積層膜により構成される。この自由層311に膜面内で非磁性導電層314、第二の固定層315が接続されている。ワード線211は、第二の固定層315から自由層311へ電流を流すために固定層315の上に接続されおり、これは、ワード線がMOSFETのドレイン電極に接続されている従来の磁気メモリと異なる(図13参照)。
Jc∝MV(Han+Hd) …(1)
と表せることが知られている。Mは磁化反転する磁性体の飽和磁化、Vはその磁性体の体積、Hanはその磁性体の異方性磁界、Hdは電流の流れる方向での磁性膜の反磁界である。
図6は、本発明による磁気メモリのメモリセルとスイッチング部の他の構成例を示す断面模式図である。本実施例は、図1に示したメモリセル1の構成において、第一の固定層313及び第二の固定層315の磁化方向を一方向に固定するための第一の反強磁性層316及び第二の反強磁性層317をそれぞれ積層したものに相当する。
図8は、本発明による磁気メモリのメモリセルとスイッチング部の他の構成例を示す断面模式図である。本実施例は、図1に示したメモリセル1の構成において、第一の固定層313が絶縁障壁層312を介してトランジスタ11側に形成された構成の一例を示している。本実施例の磁気メモリは、磁気メモリ部の作製プロセスにおいて真空雰囲気を破ることなく成膜でき、高品質なTMR素子2を作製できることから、読出し電気信号の出力が増大できる。
図10は、本発明による磁気メモリのメモリセルとスイッチング部の他の構成例を示す断面模式図である。本実施例は、図8に示したメモリセル1の構成において、第一の固定層313及び第二の固定層315の磁化方向を一方向に固定するための第一の反強磁性層316及び第二の反強磁性層317をそれぞれ隣接積層させた構成の一例を示している。本実施例では、反強磁性層により固定層の磁区が一方向に制御されているため、自由層との磁化方向の相対角度の平行、反平行状態を安定に実現でき、TMR素子2で得られる読出し電気信号の出力の増大と安定したスピントルク磁化反転による書込みが実現できる。
Claims (6)
- 自由層と、前記自由層の膜厚方向に形成された第一の固定層と、前記自由層と第一の固定層との間に形成された絶縁障壁層とを有する第一の素子部と、
前記自由層と、前記自由層の膜面方向に形成された第二の固定層と、前記自由層と第二の固定層との間に形成された非磁性層とを有する第二の素子部と、
前記第一の素子部の膜厚方向に電流IRを流す手段と、
前記第二の素子部の膜面方向に電流Iwを流す手段と、
前記第一の素子部を膜厚方向に挟んで形成された第一電極及び第二電極と、前記第二の固定層に電流を印加するための第三電極とを備え、
前記第一電極−第二電極間にて電流I R が印加され、前記第三電極−第二電極間にて電流I w が印加され、
前記自由層と前記第二電極の間にスイッチング素子が形成されており、
前記自由層は、直径と膜厚の寸法比(直径/膜厚)が20以上であり、
前記自由層の磁化が前記電流Iwにより磁化反転することで磁化情報が書き込まれ、前記自由層の磁化方向が電流IRにより検出されることを特徴とする磁気メモリ。 - 請求項1記載の磁気メモリにおいて、前記第一電極は前記第一の固定層側に接続され、前記第二電極は前記自由層側に接続されていることを特徴とする磁気メモリ。
- 請求項1記載の磁気メモリにおいて、前記第一の固定層の磁化方向を交換結合により固定するための第一の反強磁性層、及び前記第二の固定層の磁化方向を交換結合により固定するための第二の反強磁性層が設けられていることを特徴とする磁気メモリ。
- 請求項3記載の磁気メモリにおいて、前記電流Iwを流すための電極が前記第二の反強磁性層上に形成され、前記電流Iwは前記絶縁障壁層、前記第一の固定層及び前記第一の反強磁性層を通らずに流れることを特徴とする磁気メモリ。
- 請求項1記載の磁気メモリにおいて、前記第二の固定層の磁気モーメントと体積の積が、前記自由層の磁気モーメントと体積の積よりも大きいことを特徴とする磁気メモリ。
- 自由層と、前記自由層の膜厚方向に形成された第一の固定層と、前記自由層と第一の固定層との間に形成された絶縁障壁層とを有する第一の素子部と、
前記自由層と、前記自由層の膜面方向に形成された第二の固定層と、前記自由層と第二の固定層との間に形成された非磁性層とを有する第二の素子部と、
前記第二の素子部の膜面方向に電流Iwを流す手段と、
前記第一の素子部を膜厚方向に挟んで形成された第一電極及び第二電極と、前記第二の固定層に電流を印加するための第三電極とを備え、
前記第三電極−第二電極間にて電流I w が印加され、
前記自由層と前記第二電極の間にスイッチング素子が形成されており、
前記自由層は、直径と膜厚の寸法比(直径/膜厚)が20以上であり、
前記自由層の磁化が前記電流Iwにより磁化反転することで磁化情報が書き込まれることを特徴とする磁化情報書き込み装置。
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