JP5010565B2 - 磁気抵抗素子及び磁気メモリ - Google Patents
磁気抵抗素子及び磁気メモリ Download PDFInfo
- Publication number
- JP5010565B2 JP5010565B2 JP2008248418A JP2008248418A JP5010565B2 JP 5010565 B2 JP5010565 B2 JP 5010565B2 JP 2008248418 A JP2008248418 A JP 2008248418A JP 2008248418 A JP2008248418 A JP 2008248418A JP 5010565 B2 JP5010565 B2 JP 5010565B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- layer
- magnetoresistive element
- electrode
- magnetic
- film
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Active
Links
Images
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G11—INFORMATION STORAGE
- G11C—STATIC STORES
- G11C11/00—Digital stores characterised by the use of particular electric or magnetic storage elements; Storage elements therefor
- G11C11/02—Digital stores characterised by the use of particular electric or magnetic storage elements; Storage elements therefor using magnetic elements
- G11C11/16—Digital stores characterised by the use of particular electric or magnetic storage elements; Storage elements therefor using magnetic elements using elements in which the storage effect is based on magnetic spin effect
- G11C11/161—Digital stores characterised by the use of particular electric or magnetic storage elements; Storage elements therefor using magnetic elements using elements in which the storage effect is based on magnetic spin effect details concerning the memory cell structure, e.g. the layers of the ferromagnetic memory cell
-
- G—PHYSICS
- G11—INFORMATION STORAGE
- G11C—STATIC STORES
- G11C11/00—Digital stores characterised by the use of particular electric or magnetic storage elements; Storage elements therefor
- G11C11/02—Digital stores characterised by the use of particular electric or magnetic storage elements; Storage elements therefor using magnetic elements
- G11C11/16—Digital stores characterised by the use of particular electric or magnetic storage elements; Storage elements therefor using magnetic elements using elements in which the storage effect is based on magnetic spin effect
- G11C11/165—Auxiliary circuits
- G11C11/1673—Reading or sensing circuits or methods
-
- G—PHYSICS
- G11—INFORMATION STORAGE
- G11C—STATIC STORES
- G11C11/00—Digital stores characterised by the use of particular electric or magnetic storage elements; Storage elements therefor
- G11C11/02—Digital stores characterised by the use of particular electric or magnetic storage elements; Storage elements therefor using magnetic elements
- G11C11/16—Digital stores characterised by the use of particular electric or magnetic storage elements; Storage elements therefor using magnetic elements using elements in which the storage effect is based on magnetic spin effect
- G11C11/165—Auxiliary circuits
- G11C11/1675—Writing or programming circuits or methods
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Computer Hardware Design (AREA)
- Hall/Mr Elements (AREA)
- Mram Or Spin Memory Techniques (AREA)
Description
Hc=H0{1―√[1/Δ×ln(f0t)]}
ここで、lnは自然対数を表し、Hcはt秒間で磁化を反転させるに必要な磁化反転磁場、H0は1nsec(10−9sec)で磁化を反転させるに必要な磁化反転磁場、f0は定数(=109ヘルツ)となる。図1よりFePd膜の膜面内方向の格子が伸びると熱擾乱耐性が低下することがわかる。つまり、書き込み時において格子を広げることができれば書き込み時のFePd膜の熱擾乱耐性が低下し、低電流で記録層の磁化の方向を反転させることが可能となる。
MTJ素子の構成
図2に、本発明の第1実施形態による磁気抵抗素子であるMTJ素子10の構成を示す。図中の矢印は、磁化方向を示している。本実施形態のMTJ素子10は、シングルピン層構造、すなわち1つの記録層と1つの参照層とが非磁性層を介して配置される構造を有している。
垂直磁化を実現する記録層12及び参照層14としては、膜面内方向に対して(001)面に配向したfct(face-centered tetragonal)構造を基本構造とするL10構造が用いられる。また、記録層12及び参照層14で垂直磁化を実現するには、5×105erg/cc以上の結晶磁気異方性エネルギー密度を有する材料が望ましい。
本実施形態の一変形例によるMTJ素子10を図3に示す。この変形例によるMTJ素子10においては、記録層12は、記録膜12Aと、この記録膜12Aとトンネルバリア層13との界面に挿入された界面膜12Bとを備えている。記録層12を構成する磁性材料の具体例としては、膜厚が1.5nm程度のFePd膜12Aと、膜厚が0.5nm程度のCoFeB膜12Bとの積層膜が挙げられる。トンネルバリア層13に接するCoFeB膜12Bは、例えばMgOからなるトンネルバリア層13の結晶性を向上させる。また、界面膜12BをCoFeB膜などの高分極率材料で構成することで、MR比を向上させることができる。界面膜12Bとして、Fe、Co、Niのうち少なくとも1つの元素を含む磁性材料が用いてもよい。
コバルト(Co)を主成分とし、クロム(Cr)、タンタル(Ta)、ニオブ(Nb)、バナジウム(V)、タングステン(W)、ハフニウム(Hf)、チタン(Ti)、ジルコニウム(Zr)、白金(Pt)、パラジウム(Pd)、鉄(Fe)、及びニッケル(Ni)のうち1つ以上の元素を含む合金。例えば、CoCr合金、CoPt合金、CoCrTa合金、CoCrPt合金、CoCrPtTa合金、CoCrNb合金等が挙げられる。これらの合金は、非磁性元素の割合を増加させて磁気異方性エネルギー密度、飽和磁化を調整することができる。
鉄(Fe)、コバルト(Co)、及びニッケル(Ni)のうちの少なくとも1つの元素を含む合金と、クロム(Cr)、白金(Pt)、パラジウム(Pd)、イリジウム(Ir)、ロジウム(Rh)、ルテニウム(Ru)、オスミウム(Os)、レニウム(Re)、金(Au)、及び銅(Cu)のうちの少なくとも1つの元素を含む合金とが交互に積層された積層膜。例えば、Co/Pt人工格子、Co/Pd人工格子、CoCr/Pt人工格子、Co/Ru人工格子、Co/Os人工格子、Co/Au、Ni/Cu人工格子等が挙げられる。これらの人工格子は、磁性層への元素の添加、磁性層と非磁性層との膜厚比を調整することで、磁気異方性エネルギー密度、飽和磁化を調整することができる。
希土類金属と遷移金属との合金からなるフェリ磁性体。例えば、テルビウム(Tb)、ジスプロシウム(Dy)、或いはガドリニウム(Gd)と、遷移金属のうちの少なくとも1つの元素とを含むアモルファス合金。例えば、TbFe、TbCo、TbFeCo、DyTbFeCo、GdTbCo等が挙げられる。これらの合金は、組成比を調整することで磁気異方性エネルギー密度、飽和磁化を調整することができる。
酸化バリウム(BaO)、酸化カルシウム(CaO)などが用いられる。従って、本実施形態のMTJ素子10は、TMR(Tunneling Magnetoresistive)効果を有することになる。
圧電層11は、記録層12の格子定数を変化させるために設けられている。圧電材料としては0.1V程度の電圧印加において格子が1%〜10%程度変化する材料であることが望ましい。例えば、ぺロブスカイト型の結晶構造を有するPbZrTiO3、BiFeCoO3、PbTiO3を用いることが望ましい。その他、ぺロブスカイト型の結晶構造をABO3と書くと、AサイトにSr、Ba、Sm、Eu、Pb、Bi、Ca、Pr或いはLaのうちの少なくとも1つの元素を含み、BサイトにTi、Zr、V、Cr、Mn、Mo、Tc、Ru、Ca或いはRhのうち少なくとも1つの元素を含む材料で構成される酸化物を用いることが可能である。
圧電層11を膜面に対して(001)面に配向させるためには(001)面に配向させるための下地層が必要となる。特に、下地層として、(001)面に配向した正方晶或いは立方晶の結晶構造を有することが好適である。そこで、圧電層11を膜面に対して(001)面に配向させる下地層を備えたMTJ素子を本発明の第2実施形態として説明する。
(1)バリウム(Ba)を含む酸化物
(2)ガドリニウム(Gd)、テルビウム(Tb)、ジスプロシウム(Dy)、ホルミウム(Ho)、エルビウム(Er)、及びツリウム(Tm)のうち少なくとも1つの元素を含む硫化物
(3)カドミウム(Cd)、マグネシウム(Mg)、マンガン(Mn)、及びエルビウム(Er)のうち少なくとも1つの元素を含むセレン化物、或いは下記(4)に示す、面内方向の格子定数が5.25Å〜5.65Å程度のホタル石構造を有する化合物を用いることが可能である。
(4)セリウム(Ce)、ナトリウム(Na)を含む酸化物、或いは面内方向の格子定数が(001)面に配向したペロブスカイト構造を有し、膜面内方向の格子定数が3.7Å〜4.3Å程度の化合物が用いられる。この化合物としては、マグネシウム(Mg)、ストロンチウム(Sr)、コバルト(Co)、ニッケル(Ni)、チタン(Ti)、バナジウム(V)、セリウム(Ce)、ジスプロシウム(Dy)、ランタン(La)、カリウム(K)、鉛(Pd)、カルシウム(Ca)、銅(Cu)、及びバリウム(Ba)のうち少なくとも1つの元素を含む酸化物、或いは、チタン(Ti)、クロム(Cr)、バナジウム(V)のうち少なくとも1つ以上の元素を含む窒化物が挙げられる。
下地層15の第1の具体的な構成について図5を参照して説明する。この下地層15は、下地膜15C、下地膜15B、下地膜15Aがこの順序に積層された積層構造を有している。下地膜15Aは、図4に示す下地層15と同じ材料で構成される。
下地層15の第2の具体的構成について図5を参照して説明する。この下地層15は、下地膜15C、下地膜15B、下地膜15Aがこの順序に積層された積層構造を有している。下地膜15Aは、図4に示す下地層15と同じ材料で構成される。
次に、本発明の第3実施形態によるMTJ素子について図6を参照して説明する。第3実施形態のMTJ素子10は、図4に示す第2実施形態のMTJ素子10の参照層14上に、非磁性層17を介して磁場調整層18を設けた構成となっている。磁場調整層18を付加することで、参照層14から出る漏れ磁場を低減し、これによって、この漏れ磁場に起因する記録層12の反転磁界のシフトを低減或いは調整するようにしている。
次に、本発明の第4実施形態による磁気メモリ(MRAM)について図8乃至図9を参照して説明する。
図10は、デジタル加入者線(DSL)用モデムのDSLデータパス部を抽出して示している。このモデムは、プログラマブルデジタルシグナルプロセッサ(DSP:Digital Signal Processor)100、アナログ−デジタル(A/D)コンバータ110、デジタル−アナログ(D/A)コンバータ120、送信ドライバ130、及び受信機増幅器140等を備えている。
図11は、別の適用例として、携帯電話端末300を示している。通信機能を実現する通信部200は、送受信アンテナ201、アンテナ共用器202、受信部203、ベースバンド処理部204、音声コーデックとして用いられるDSP205、スピーカ(受話器)206、マイクロホン(送話器)207、送信部208、及び周波数シンセサイザ209等を備えている。
図12乃至図16は、MRAMをスマートメディア等のメディアコンテンツを収納するカード(MRAMカード)に適用した例をそれぞれ示している。
11 圧電層
12 記録層(自由層)
12A 記録膜
12B 界面膜
13 トンネルバリア層(非磁性層)
14 参照層
14A 参照膜
14B 界面膜
15 下地層
15A 下地膜
15B 下地膜
15C 下地膜
16 反強磁性層
17 非磁性層
18 磁場調整層
19 上部電極
21 下部電極
Claims (15)
- 第1の電極と、
前記第1の電極上に設けられ電圧を印加することによって格子が伸縮する圧電層と、
前記圧電層上に隣接して設けられ、かつ膜面に垂直方向の磁気異方性を有しスピン偏極された電子が注入されることにより磁化の方向が変化する記録層と、
前記記録層上に設けられた第1の非磁性層と、
前記第1の非磁性層上に設けられ、かつ膜面に垂直方向の磁気異方性を有する参照層と、
前記参照層上に設けられた第2の電極と、
を備え、
前記記録層は、(001)面に配向するfct型の結晶構造を有するL10型規則合金を含み、読み出し時の電圧印加時での熱擾乱耐性が書き込み時の電圧印加時での熱擾乱耐性よりも大きく、
前記圧電層は、膜面に対して(001)面に配向していることを特徴とする磁気抵抗素子。 - 前記第1の電極と前記圧電層との間に設けられ、かつ(001)面に配向した正方晶或いは立方晶型の結晶構造を有する下地層を更に備えていることを特徴とする請求項1記載の磁気抵抗素子。
- 前記第2の電極と前記参照層との間に設けられた第2の非磁性層と、
前記第2の電極と前記第2の非磁性層との間に設けられ、かつ前記参照層からの漏れ磁場を低減する磁場調整層と、
を更に備えていることを特徴とする請求項1または2記載の磁気抵抗素子。 - 前記参照層と前記磁場調整層は反強磁性結合していることを特徴とする請求項3記載の磁気抵抗素子。
- 第1の電極と、
前記第1の電極上に設けられ膜面に垂直方向の磁気異方性を有する参照層と、
前記参照層上に設けられた第1の非磁性層と、
前記第1の非磁性層上に設けられ、かつ膜面に垂直方向の磁気異方性を有しスピン偏極された電子が注入されることにより磁化の方向が変化する記録層と、
前記記録層上に隣接して設けられ、かつ電圧を印加することによって格子が伸縮する圧電層と、
前記圧電層上に設けられた第2の電極と、
を備え、
前記記録層は、(001)面に配向するfct型の結晶構造を有するL10型規則合金を含み、読み出し時の電圧印加時での熱擾乱耐性が書き込み時の電圧印加時での熱擾乱耐性よりも大きく、
前記圧電層は、膜面に対して(001)面に配向していることを特徴とする磁気抵抗素子。 - 前記第1の電極と前記参照層との間に設けられ、かつ(001)面に配向した正方晶或いは立方晶型の結晶構造を有する下地層を更に備えていることを特徴とする請求項5記載の磁気抵抗素子。
- 前記第2の電極と前記圧電層との間に設けられ、かつ前記参照層からの漏れ磁場を低減する磁場調整層と、
を更に備えていることを特徴とする請求項5または6記載の磁気抵抗素子。 - 前記圧電層は、(001)面に配向したペロブスカイト型の結晶構造を有し、かつSr、Ba、Sm、Eu、Pb、Bi、Ca、Pr及びLaのうち少なくとも1つの元素と、Ti、Zr、V、Cr、Mn、Mo、Tc、Ru、Ca或いはRhのうち少なくとも1つの元素とを含む酸化物を含むことを特徴とする請求項1乃至7のいずれかに記載の磁気抵抗素子。
- 前記L10型規則合金は、Fe、Co、Ni、及びMnのうちの少なくとも1つの元素と、Pt、Pd、Rh、及びAlのうちの少なくとも1つの元素とを含むことを特徴とする請求項1乃至8のいずれかに記載の磁気抵抗素子。
- 前記第1の非磁性層は、酸化マグネシウムを含むことを特徴とする請求項1乃至9のいずれかに記載の磁気抵抗素子。
- 前記記録層は、垂直方向の磁気異方性を有しスピン偏極した電子の作用により磁化の方向が変化する第1磁性層と、この第1磁性層と前記第1の非磁性層との界面に設けられ、Co、Fe、Niのうち少なくとも1つの元素を含む第1の界面膜とを、備えていることを特徴とする請求項1乃至10のいずれかに記載の磁気抵抗素子。
- 前記参照層は、膜面に垂直方向の磁気異方性を有する第2磁性層と、この第2磁性層と前記第1の非磁性層との界面に設けられ、Co、Fe、Niのうち少なくとも1つの元素を含む第2の界面膜と、を備えていることを特徴とする請求項1乃至11のいずれかに記載の磁気抵抗素子。
- 請求項1乃至12のいずれかに記載の磁気抵抗素子を含むメモリセルを備えていることを特徴とする磁気メモリ。
- 前記第1の電極に電気的に接続された第1の配線と、
前記第2の電極に電気的に接続された第2の配線と、
前記第1の配線及び前記第2の配線に電気的に接続され、かつ前記磁気抵抗素子に双方向に電流を供給する書き込み回路と、
をさらに具備することを特徴とする請求項13記載の磁気メモリ。 - 前記磁気抵抗素子の前記第2の電極と前記第2の配線との間に接続される選択トランジスタと、
前記選択トランジスタのオン/オフを制御する第3の配線と、
をさらに備えていることを特徴とする請求項14記載の磁気メモリ。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2008248418A JP5010565B2 (ja) | 2008-09-26 | 2008-09-26 | 磁気抵抗素子及び磁気メモリ |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2008248418A JP5010565B2 (ja) | 2008-09-26 | 2008-09-26 | 磁気抵抗素子及び磁気メモリ |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2010080733A JP2010080733A (ja) | 2010-04-08 |
JP5010565B2 true JP5010565B2 (ja) | 2012-08-29 |
Family
ID=42210832
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2008248418A Active JP5010565B2 (ja) | 2008-09-26 | 2008-09-26 | 磁気抵抗素子及び磁気メモリ |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP5010565B2 (ja) |
Families Citing this family (13)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP5660288B2 (ja) | 2010-01-05 | 2015-01-28 | セイコーエプソン株式会社 | 液体噴射ヘッド、液体噴射装置及び圧電素子並びに液体噴射ヘッドの製造方法 |
JP5660274B2 (ja) | 2010-01-05 | 2015-01-28 | セイコーエプソン株式会社 | 液体噴射ヘッドの製造方法、圧電素子の製造方法、液体噴射ヘッド、液体噴射装置及び圧電素子 |
JP5641185B2 (ja) | 2010-01-05 | 2014-12-17 | セイコーエプソン株式会社 | 液体噴射ヘッド及び液体噴射装置並びに圧電素子 |
JP5556182B2 (ja) * | 2010-01-05 | 2014-07-23 | セイコーエプソン株式会社 | 液体噴射ヘッド及び液体噴射装置並びに圧電素子 |
JP2011211143A (ja) | 2010-03-12 | 2011-10-20 | Seiko Epson Corp | 液体噴射ヘッド及び液体噴射装置並びに圧電素子 |
WO2012004882A1 (ja) * | 2010-07-09 | 2012-01-12 | 国立大学法人東北大学 | 磁気メモリセル及び磁気ランダムアクセスメモリ |
US8564080B2 (en) * | 2010-07-16 | 2013-10-22 | Qualcomm Incorporated | Magnetic storage element utilizing improved pinned layer stack |
JP5542761B2 (ja) | 2011-09-20 | 2014-07-09 | 株式会社東芝 | 磁気抵抗効果素子およびその製造方法 |
KR101881933B1 (ko) | 2012-01-06 | 2018-07-26 | 삼성전자주식회사 | 자성구조체와 그 형성방법 및 자성구조체를 포함하는 메모리소자 |
KR101266791B1 (ko) * | 2012-09-21 | 2013-05-27 | 고려대학교 산학협력단 | 면내 전류와 전기장을 이용한 자기메모리 소자 |
US9082888B2 (en) * | 2012-10-17 | 2015-07-14 | New York University | Inverted orthogonal spin transfer layer stack |
CN104934529B (zh) * | 2014-03-18 | 2019-03-12 | 三星电子株式会社 | 可用于磁性器件的磁性结及其形成方法 |
CN108447982A (zh) * | 2018-05-07 | 2018-08-24 | 清华大学 | 一种电场非易失性调控隧道磁电阻的信息存储器件 |
Family Cites Families (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2005123488A (ja) * | 2003-10-20 | 2005-05-12 | Rikogaku Shinkokai | 磁化反転方法、磁化反転装置、磁気メモリ及び磁気メモリの製造方法 |
US7282755B2 (en) * | 2003-11-14 | 2007-10-16 | Grandis, Inc. | Stress assisted current driven switching for magnetic memory applications |
KR100754930B1 (ko) * | 2004-12-22 | 2007-09-03 | 한국과학기술원 | 전압제어 자화반전 기록방식의 mram 소자 및 이를이용한 정보의 기록 및 판독 방법 |
JP2008109118A (ja) * | 2006-09-29 | 2008-05-08 | Toshiba Corp | 磁気抵抗効果素子およびそれを用いた磁気ランダムアクセスメモリ |
-
2008
- 2008-09-26 JP JP2008248418A patent/JP5010565B2/ja active Active
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JP2010080733A (ja) | 2010-04-08 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
JP5010565B2 (ja) | 磁気抵抗素子及び磁気メモリ | |
JP4599425B2 (ja) | 磁気抵抗素子及び磁気メモリ | |
US8208292B2 (en) | Magnetoresistive element and magnetic memory | |
US8665639B2 (en) | Magnetoresistive element and magnetic memory | |
KR101002503B1 (ko) | 자기 저항 소자 및 자기 메모리 | |
JP5491757B2 (ja) | 磁気抵抗素子および磁気メモリ | |
JP5093910B2 (ja) | 磁気抵抗素子及び磁気メモリ | |
US9373776B2 (en) | Magnetoresistive element and magnetic memory using the same | |
US9153770B2 (en) | Magnetoresistive element and magnetic memory | |
JP5728311B2 (ja) | 磁気抵抗素子及び磁気メモリ | |
US9312477B2 (en) | Semiconductor storage device with magnetoresistive element | |
JP2009081315A (ja) | 磁気抵抗素子及び磁気メモリ | |
JP5701701B2 (ja) | 磁気抵抗素子及び磁気メモリ | |
JP2010016408A (ja) | 磁気抵抗素子及び磁気メモリ | |
JP4940176B2 (ja) | 磁気抵抗素子および磁気メモリ |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A977 | Report on retrieval |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 Effective date: 20110128 |
|
A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20110204 |
|
A521 | Request for written amendment filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20110404 |
|
A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20110902 |
|
A521 | Request for written amendment filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20111028 |
|
RD03 | Notification of appointment of power of attorney |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A7423 Effective date: 20111209 |
|
A521 | Request for written amendment filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A821 Effective date: 20111209 |
|
TRDD | Decision of grant or rejection written | ||
A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 20120508 |
|
A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 |
|
A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20120601 |
|
R151 | Written notification of patent or utility model registration |
Ref document number: 5010565 Country of ref document: JP Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R151 |
|
FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20150608 Year of fee payment: 3 |
|
S111 | Request for change of ownership or part of ownership |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R313111 |
|
R350 | Written notification of registration of transfer |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R350 |