JP4941649B2 - メモリセル及び磁気ランダムアクセスメモリ - Google Patents
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Description
このようなメモリセルは、積層フェリ磁性構造体が自由層に作用する磁場の大きさを調整するので、合成磁化が飽和に近づくのを防ぐことができる。それにより、自由層の上層の強磁性層の磁化と下層の強磁性層の磁化とが熱擾乱で入れ替わる可能性を抑制することができる。ただし、所定の範囲の距離は、積層フェリ磁性構造体と自由層とが磁性結合を起こさず(結合定数が概ね0)、且つ、書き込み動作時に磁化された積層フェリ磁性構造体の磁界が作用する距離である。
このようなメモリセルは、データを確実に書き込むことができる。
このようなメモリセルは、メモリセルに印加される磁場が積層フェリ磁性構造体のフロップ磁場を超える場合、それを抑制して実行磁場を低減することができる。それにより、自由層に作用する磁場の大きさを調整できる。
このようなメモリセルは、メモリセルに印加される磁場が飽和磁場に達する前に、印加される磁場を抑制することができる。それにより、自由層に作用する磁場の大きさをより適切に調整できる。
このようなメモリセルは、自由層の製造プロセスを積層フェリ磁性構造体の製造に利用できるので、安定的に製造を行うことができる。
このようなメモリセルは、積層フェリ磁性構造体のフロップ磁場を自由層のフロップ磁場より大きくすることができる。
このようなメモリセルは、積層フェリ磁性構造体によりメモリセルに印加される磁場を強くする場合、積層フェリ磁性構造体の磁化飽和磁場を超える磁場については、強くする作用を抑制することができる。それにより、自由層に作用する磁場の大きさをより適切に調整できる。
このようなメモリセルは、自由層の製造プロセスを積層フェリ磁性構造体の製造に利用できるので、安定的に製造を行うことができる。
このようなメモリセルは、積層フェリ磁性構造体の飽和磁場を、自由層の飽和磁場よりも十分に小さく設定できる。
このような磁気ランダムアクセスメモリは、積層フェリ磁性構造体が自由層に作用する磁場の大きさを調整するので、合成磁化が飽和に近づくのを防ぐことができる。それにより、自由層の上層の強磁性層の磁化と下層の強磁性層の磁化とが熱擾乱で入れ替わる可能性を抑制することができる。
このような磁気ランダムアクセスメモリは、トグル動作をより適切に行わせることができる。
本発明のメモリセル及び磁気ランダムアクセスメモリ(MRAM)の第1の実施の形態に関して、添付図面を参照して説明する。
一方、積層フェリ磁性構造体8への磁場がそれ以上となる線形磁化領域では、積層フェリ磁性構造体8の磁化が大きくなる。そのため、積層フェリ磁性構造体8による磁場は、ワード線26及びビット線27が発生する磁場を磁気抵抗素子5において打ち消す(発生する磁場をシールドする)。
一方、積層フェリ磁性構造体8への磁場HBX2がそれ以上となる場合、積層フェリ磁性構造体8の磁化MXが大きくなる。そのため、積層フェリ磁性構造体8による磁場HFXは、ビット線27が発生する磁場HBX1を磁気抵抗素子5において打ち消す(シールドする)。
X側セレクタ38で選択された選択読み出しワード線25sと、Y側セレクタで選択された選択ビット線27sとの交点に対応する選択セル10sの磁気抵抗素子5へ、読み出し電流負荷回路43から定電流が供給される。選択ビット線27sが、磁気抵抗素子5の積層フェリ自由層111の状態に対応した電圧となる。一方、ビット線27rと選択読み出しワード線25sとで選択されるリファレンスセル10rへも、同様に定電流が供給される。ビット線27rが、所定のリファレンス電圧となる。センスアンプ115は、両電圧の大きさを比較して選択セル10sのデータを判定する。例えば、選択ビット線27sの電圧が、リファレンス電圧よりも大きければデータは“1”、小さければデータは“0”と判定する。
メモリセル10へのデータの書き込みは後述される。
X側セレクタ38で選択された選択書き込みワード線26sと、Y側セレクタで選択された選択ビット線27sとの交点に対応する選択セル10sの磁気抵抗素子5に対して、読み出し動作を行う。読み出したデータが書き込むべきデータの場合、書き込み動作は終了する。読み出したデータが書き込むべきデータでない場合、書き込むデータ(「1」及び「0」のいずれか)に応じて、書き込み電流IBL及び書き込み電流IWLのいずれか一方を先に流し、他方を所定の時間送れて流す。そして、先に流した電流を先に停止し、後に流した電流を後に停止する。それにより、書き込むデータ(「1」及び「0」のいずれか)に対応するように、磁気抵抗素子5の磁化の向きが回転して、データが書き込まれる。
本発明のメモリセル及び磁気ランダムアクセスメモリ(MRAM)の第2の実施の形態に関して、添付図面を参照して説明する。
Claims (11)
- 第1方向に延伸する第1配線と、前記第1方向に実質的に垂直な第2方向に延伸する第2配線とが交差する位置に対応して設けられた磁気抵抗素子と、
前記磁気抵抗素子に対応して、前記磁気抵抗素子から所定の範囲の距離だけ離れて設けられ、積層フェリ磁性構造を有する積層フェリ磁性構造体と
を具備し、
前記磁気抵抗素子は、
積層フェリ磁性構造を有する自由層と、
固定層と、
前記自由層と前記固定層との間に介設された非磁性層と
を備え、
前記積層フェリ磁性構造体は、前記第1配線及び前記第2配線に対して、前記自由層と同じ方向にあり、前記積層フェリ磁性構造体のフロップ磁場は、前記自由層のフロップ磁場より大きい
メモリセル。 - 請求項1に記載のメモリセルにおいて、
前記磁気抵抗素子は、前記自由層のフロップ磁界より大きな磁場でデータを書き込まれる
メモリセル。 - 請求項1に記載のメモリセルにおいて、
前記積層フェリ磁性構造体のフロップ磁場は、前記自由層の飽和磁場よりも小さい
メモリセル。 - 請求項1に記載のメモリセルにおいて、
前記自由層は、
強磁性体で形成される第1磁性層と、
強磁性体で形成される第2磁性層と、
前記第1磁性層と前記第2磁性層との間に介設され、前記第1磁性層と前記第2磁性層とが反強磁性的結合するような膜厚を有する第1非磁性層と
を含み、
前記積層フェリ磁性構造体は、
強磁性体で形成される第3磁性層と、
強磁性体で形成される第4磁性層と、
前記第3磁性層と前記第4磁性層との間に介設され、前記第3磁性層と前記第4磁性層とが反強磁性的結合するような膜厚を有する第2非磁性層と
を含み、
前記第1磁性層と前記第3磁性層、前記第2磁性層と前記第4磁性層、及び、前記第1非磁性層と前記第2非磁性層は、それぞれ同じ材料で構成されている
メモリセル。 - 請求項4に記載のメモリセルにおいて、
前記第1非磁性層の膜厚は、前記第2非磁性層の膜厚よりも大きい
メモリセル。 - 第1方向に延伸する第1配線と、前記第1方向に実質的に垂直な第2方向に延伸する第2配線とが交差する位置のそれぞれに対応して設けられた磁気抵抗素子と、
前記磁気抵抗素子に対応して、前記磁気抵抗素子から所定の範囲の距離だけ離れて設けられ、積層フェリ磁性構造を有する積層フェリ磁性構造体と
を具備し、
前記磁気抵抗素子は、
積層フェリ磁性構造を有する自由層と、
固定層と、
前記自由層と前記固定層との間に介設された非磁性層と
を備え、
前記積層フェリ磁性構造体は、前記第1配線又は前記第2配線に対して、前記自由層と逆の方向にあり、前記積層フェリ磁性構造体の磁化飽和磁場は、前記自由層の磁化飽和磁場より小さい
メモリセル。 - 請求項6に記載のメモリセルにおいて、
前記自由層は、
強磁性体で形成される第1磁性層と、
強磁性体で形成される第2磁性層と、
前記第1磁性層と前記第2磁性層との間に介設され、前記第1磁性層と前記第2磁性層とが反強磁性的結合するような膜厚を有する第1非磁性層と
を含み、
前記積層フェリ磁性構造体は、
強磁性体で形成される第3磁性層と、
強磁性体で形成される第4磁性層と、
前記第3磁性層と前記第4磁性層との間に介設され、前記第3磁性層と前記第4磁性層とが反強磁性的結合するような膜厚を有する第2非磁性層と
を含み、
前記第1磁性層と前記第3磁性層、前記第2磁性層と前記第4磁性層、及び、前記第1非磁性層と前記第2非磁性層は、それぞれ同じ材料で構成されている
メモリセル。 - 請求項7に記載のメモリセルにおいて、
前記第2非磁性層の膜厚は、前記第1非磁性層の膜厚よりも大きい
メモリセル。 - 請求項1乃至8のいずれか一項に記載のメモリセルにおいて、
前記積層フェリ磁性構造体は、前記自由層及び前記固定層とは交換結合を実質的に有しない
メモリセル。 - 第1方向に延伸する複数の第1配線と、
前記第1方向に実質的に垂直な第2方向に延伸する複数の第2配線と、
前記複数の第1配線と前記複数の第2配線とが交差する位置のそれぞれに対応して設けられた請求項1乃至9のいずれか一項に記載の複数のメモリセルと
を具備し、
前記磁気抵抗素子は、磁化容易軸方向が前記第1方向及び前記第2方向とは異なる
磁気ランダムアクセスメモリ。 - 請求項10に記載の磁気ランダムアクセスメモリにおいて、
前記磁化容易軸方向と前記第1方向とが成す角は、実質的に45度である
磁気ランダムアクセスメモリ。
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