JP5057254B2 - 磁気メモリー素子、その駆動方法及び不揮発性記憶装置 - Google Patents
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Description
D.D.Djayaprawira他、"230% room−temperature magnetoresistance in CoFeB/MgO/CoFeB magnetic tunnel junctions",Applied Physics Letters, Vol.86,092502,2005年 J.Hayakawa他、"Current−induced magnetization switching in MgO barrier based magnetic tunnel junctions with CoFeB/Ru/CoFeB synthetic ferrimagnetic free layer",Japanese Journal of Applied Physics, Vol.45,L1057−L1060,2006年
2: 下部電極(Cu/Ta)
3、3´: ピン層
31: TbFeCo/PtMn
32: CoFeB
4: 非磁性層
41: Mg
42: MgOトンネル絶縁膜
5、5´: フリー層
51: CoFeB
52: GdFeCo
6: 層間絶縁膜(SiO2)
6A: コンタクトホール
7: 上部電極(Cu/Ta)
8: メモリーセル
9: 整流素子
100: 不揮発性記憶装置
110: ワードラインデコーダ
120: ビットラインデコーダ
本発明の第1実施形態では、図1〜図9に基づいて本発明素子と本発明素子の駆動方法について説明する。
次に、本発明素子をメモリーセルとして使用した不揮発記憶装置(本発明装置)の一構成例について図10および図11を用いて説明する。
Claims (29)
- フリー層と、非磁性層と、前記フリー層とともに前記非磁性層を挟むピン層とを備えるスピンバルブ構造を有してなり、前記フリー層と前記ピン層との間に電気パルスを印加することにより情報を記録する磁気メモリー素子であって、
前記スピンバルブ構造には、前記フリー層の磁化と前記ピン層の磁化との組み合わせを制御するためのいくつかの書き込みパルスを印加することによって、書き込みパルスに応じた情報が記録され、
前記ピン層がN型フェリ磁性体を含むフェリ磁性層を含み、
該N型フェリ磁性体が、前記磁気メモリー素子の記憶保持動作温度域に磁気補償点Tcompを有することを特徴とする磁気メモリー素子。 - 前記ピン層が、前記N型フェリ磁性体の磁化の温度依存性よりも小さい磁化の温度依存性を示す磁性体を有する追加磁性層をさらに含み、該追加磁性層が、前記ピン層のうちの前記非磁性層側に配置されることを特徴とする請求項1に記載の磁気メモリー素子。
- 前記非磁性層と前記ピン層との間にマグネシウムまたはアルミニウムを含む金属層を設けることを特徴とする請求項1に記載の磁気メモリー素子。
- 前記ピン層の厚みを規定する二つの面のうち前記非磁性層の反対側となる面に近接して電流狭窄構造を設けたことを特徴とする請求項1に記載の磁気メモリー素子。
- 前記フリー層の磁化の向きが、温度の上昇に伴って面内から面直へと変化することを特徴とする請求項1に記載の磁気メモリー素子。
- 前記フリー層がGdFeCo合金からなることを特徴とする請求項5に記載の磁気メモリー素子。
- フリー層と、非磁性層と、前記フリー層とともに前記非磁性層を挟むピン層とを備えるスピンバルブ構造を有してなり、前記フリー層と前記ピン層との間に電気パルスを印加することにより情報を記録する磁気メモリー素子であって、
前記スピンバルブ構造には、前記フリー層の磁化と前記ピン層の磁化との組み合わせを制御するためのいくつかの書き込みパルスを印加することによって、書き込みパルスに応じた情報が記録され、
前記フリー層がN型フェリ磁性体を含むフェリ磁性層を含み、
該N型フェリ磁性体が、前記磁気メモリー素子の記憶保持動作温度域に磁気補償点Tcompを有することを特徴とする磁気メモリー素子。 - 前記N型フェリ磁性体の磁気補償点Tcompが、一の書き込みパルスを印加したときに到達する前記フェリ磁性層の温度よりも低く、他の書き込みパルスを印加したときに到達する前記フェリ磁性層の温度よりも高いことを特徴とする請求項1または7に記載の磁気メモリー素子。
- 前記フリー層が、前記N型フェリ磁性体の磁化の温度依存性よりも小さい磁化の温度依存性を示す磁性体を有する追加磁性層をさらに含み、該追加磁性層が、前記フリー層のうちの前記非磁性層側に配置されることを特徴とする請求項7に記載の磁気メモリー素子。
- 前記フェリ磁性層と前記追加磁性層とがともに垂直磁化膜であることを特徴とする請求項2または9に記載の磁気メモリー素子。
- 前記フェリ磁性層と前記追加磁性層のうち、いずれか一方の層が垂直磁化膜であり、もう一方の層が面内磁化膜であることを特徴とする請求項2または9に記載の磁気メモリー素子。
- 前記非磁性層と前記フリー層との間にマグネシウムまたはアルミニウムを含む金属層を設けることを特徴とする請求項7に記載の磁気メモリー素子。
- 前記非磁性層が酸化マグネシウムからなり、前記ピン層の前記フェリ磁性層が希土類遷移金属合金であるTbFeCo合金またはGdFeCo合金からなり、前記追加磁性層がCoFeB合金からなることを特徴とする請求項2または9に記載の磁気メモリー素子。
- 前記フリー層の厚みを規定する二つの面のうち前記非磁性層の反対側となる面に近接して電流狭窄構造を設けたことを特徴とする請求項7に記載の磁気メモリー素子。
- フリー層と、非磁性層と、前記フリー層とともに前記非磁性層を挟むピン層とを備えるスピンバルブ構造を有する磁気メモリー素子の駆動方法であって、前記ピン層は、磁気メモリー素子の記憶保持動作温度域に磁気補償点Tcompを有するN型フェリ磁性体を有するフェリ磁性層を含んでいて、
前記スピンバルブ構造に電気パルスである第1の書き込みパルスを印加して、該第1の書き込みパルスの印加後における前記フリー層の磁化と前記ピン層の磁化との組み合わせを第1の組み合わせ状態にするステップと、
前記スピンバルブ構造に電気パルスである第2の書き込みパルスを印加して、該第2の書き込みパルスの印加後における前記フリー層の磁化と前記ピン層の磁化との組み合わせを第2の組み合わせ状態にするステップと
を含んでなり、前記第1の書き込みパルスを印加した際の前記ピン層の磁化と前記第2の書き込みパルスを印加した際の前記ピン層の磁化とが互いに異なる向きであり、前記第1および第2の書き込みパルスが同一の極性であることを特徴とする磁気メモリー素子の駆動方法。 - 前記第1および第2の書き込みパルスが前記フリー層から前記ピン層へと電流を流すものであることを特徴とする請求項15に記載の磁気メモリー素子の駆動方法。
- 前記第1および第2の書き込みパルスが前記ピン層から前記フリー層へと電流を流すものであることを特徴とする請求項15に記載の磁気メモリー素子の駆動方法。
- フリー層と、非磁性層と、前記フリー層とともに前記非磁性層を挟むピン層とを備えるスピンバルブ構造を有する磁気メモリー素子の駆動方法であって、前記フリー層は、磁気メモリー素子の記憶保持動作温度域に磁気補償点Tcompを有するN型フェリ磁性体を有するフェリ磁性層を含んでいて、
前記スピンバルブ構造に電気パルスである第1の書き込みパルスを印加して、該第1の書き込みパルスの印加後における前記フリー層の磁化と前記ピン層の磁化との組み合わせを第1の組み合わせ状態にするステップと、
前記スピンバルブ構造に電気パルスである第2の書き込みパルスを印加して、該第2の書き込みパルスの印加後における前記フリー層の磁化と前記ピン層の磁化との組み合わせを第2の組み合わせ状態にするステップと
を含んでなり、前記第1の書き込みパルスを印加した際の前記フリー層の磁化と前記第2の書き込みパルスを印加した際の前記フリー層の磁化とが互いに同じ向きであり、前記第1および第2の書き込みパルスが同一の極性であることを特徴とする磁気メモリー素子の駆動方法。 - 前記第1および第2の書き込みパルスが前記フリー層から前記ピン層へと電流を流すものであることを特徴とする請求項18に記載の磁気メモリー素子の駆動方法。
- 前記第1および第2の書き込みパルスが前記ピン層から前記フリー層へと電流を流すものであることを特徴とする請求項18に記載の磁気メモリー素子の駆動方法。
- 前記第1の書き込みパルスと前記第2の書き込みパルスとが互いにパルス高さが異なることを特徴とする請求項16または19に記載の磁気メモリー素子の駆動方法。
- 前記第1の書き込みパルスと前記第2の書き込みパルスとのうちの一方のパルスが前記フリー層と前記ピン層の間の抵抗値を低抵抗にするパルスであって振幅Vpの部分を有し、もう一方のパルスが前記抵抗値を高抵抗にするパルスであって振幅Vapの部分を有し、振幅Vpが振幅Vapよりも小さいことを特徴とする請求項21に記載の磁気メモリー素子の駆動方法。
- 前記第1の書き込みパルスと前記第2の書き込みパルスとが異なるパルス幅を有し、パルス幅に基づいて前記情報を記録することを特徴とする請求項22に記載の磁気メモリー素子の駆動方法。
- 前記第1の書き込みパルスと前記第2の書き込みパルスとのうちの一方のパルスが前記フリー層と前記ピン層の間の抵抗値を低抵抗にするパルスであってパルス幅τpを有し、もう一方のパルスが該抵抗値を高抵抗にするパルスであってパルス幅τapを有し、パルス幅τpがパルス幅τapよりも小さいことを特徴とする請求項23に記載の磁気メモリー素子の駆動方法。
- 前記第1の書き込みパルスと前記第2の書き込みパルスとが互いにパルス高さが異なることを特徴とする請求項17または20に記載の磁気メモリー素子の駆動方法。
- 前記第1の書き込みパルスと前記第2の書き込みパルスとのうちの一方のパルスが前記フリー層と前記ピン層の間の抵抗値を低抵抗にするパルスであって振幅Vpの部分を有し、もう一方のパルスが前記抵抗値を高抵抗にするパルスであって振幅Vapの部分を有し、振幅Vpが振幅Vapよりも大きいことを特徴とする請求項25に記載の磁気メモリー素子の駆動方法。
- 前記第1の書き込みパルスと前記第2の書き込みパルスとが異なるパルス幅を有し、パルス幅に基づいて前記情報を記録することを特徴とする請求項26に記載の磁気メモリー素子の駆動方法。
- 前記第1の書き込みパルスと前記第2の書き込みパルスとのうちの一方のパルスが前記フリー層と前記ピン層の間の抵抗値を低抵抗にするパルスであってパルス幅τpを有し、もう一方のパルスが該抵抗値を高抵抗にするパルスであってパルス幅τapを有し、パルス幅τpがパルス幅τapよりも大きいことを特徴とする請求項27に記載の磁気メモリー素子の駆動方法。
- 請求項1または7に記載の磁気メモリー素子と、
該磁気メモリー素子に直列に接続した整流素子と、
前記磁気メモリー素子のスピンバルブ構造におけるフリー層の磁化とピン層の磁化との組み合わせを第1の組み合わせ状態にするための第1の書き込みパルスと、前記組み合わせを第2の組み合わせ状態にするための、前記第1の書き込みパルスと同一の極性の第2の書き込みパルスとを生成して前記整流素子と前記磁気メモリー素子とに印加して書込及び消去を行う情報書換え手段と、
磁気メモリー素子を流れる電流量から記憶された情報を読出す読み出し手段と
を備えてなることを特徴とする不揮発記憶装置。
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