JP5545213B2 - 磁気ランダムアクセスメモリ及びその初期化方法 - Google Patents
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Description
図5は、本実施の形態に係る磁気メモリセル1(磁気抵抗素子)の一例を示している。磁気メモリセル1は、強磁性層である磁化記録層10とピン層30、及び非磁性層であるトンネルバリヤ層32を備えている。非磁性層であるトンネルバリヤ層32は、例えば、Al2O3膜やMgO膜等の薄い絶縁膜である。トンネルバリヤ層32は、磁化記録層10とピン層30に挟まれており、これら磁化記録層10、トンネルバリヤ層32、及びピン層30によって磁気トンネル接合(MTJ)が形成されている。
次に、本実施の形態に係る磁化記録層10に最初に磁壁を導入するための手法を説明する。このような磁壁導入処理は「初期化」と参照される。図7は、本実施の形態に係る磁化記録層10の初期化方法を示す模式図である。尚、ピン層30の保磁力は磁化記録層10の保磁力よりも十分大きく、初期化過程でピン層30の磁化方向は変化しないとする。
まず、膜面に垂直な第1方向(−Z方向)の第1外部磁界Hz1が印加される。これにより、磁化記録層10の全ての磁化方向が第1方向(−Z方向)を向く。
次に、第1方向と逆の第2方向(+Z方向)の第2外部磁界Hz2が印加される。ここで、反強磁性層45と接触している第1領域R1では、反強磁性層45との交換結合のため、他の領域よりも磁化反転が起こりにくいことに留意されたい。従って、第2外部磁界Hz2の大きさを調整することにより、第1領域R1の磁化方向を反転させず、第1領域R1以外の領域の磁化方向だけを反転させることが可能である。あるいは、第2外部磁界Hz2の大きさを、ゼロから徐々に増加させていってもよい。いずれにせよ、磁化記録層10のうち第1領域R1以外の領域の磁化方向が反転し、第2方向(+Z方向)を向く。その結果、第1領域R1と第1領域R1以外との間の第1境界B1に、磁壁DWが形成される。すなわち、磁化記録層10に磁壁DWが導入される。
第2外部磁界Hz2の印加が停止すると、磁壁DWは、第1境界B1の近傍に留まる。このとき磁壁DWが第1境界B1上に留まらないのは、その第1境界B1が、図2で示された強磁性層同士の段差の場合と異なり、磁壁DWを留めるための人工的なピンポテンシャルとはならないためである。
次に、磁気メモリセル1に対するデータ書き込みを説明する。図9は、図5で示された磁気メモリセル1に対するデータ書込みを示している。
以上に説明されたように、本実施の形態によれば、磁壁移動型のMRAMにおいて、磁化記録層10の一部に接触する反強磁性層45が設けられる。このような簡単な構造により、磁化記録層10に対する磁壁導入及び磁壁位置制御を容易に実現することが可能となる。
本実施の形態に係る磁気メモリセル1は、様々な変形が可能である。以下、様々な変形例を説明する。上述の構成と同様の構成には同じ符号が付され、重複する説明は適宜省略される。
図11は、第1の変形例を示している。第1の変形例では、磁化記録層10の一部が、他の部分より幅広に形成されている。そして、その幅広の部分が、上述の第2領域R2として用いられる。幅広の第2領域R2は、磁化反転領域13と第2境界B2を挟んで隣接している。磁化記録層10中を書き込み電流が流れるとき、幅広の第2領域R2での電流密度は、隣接する磁化反転領域13での電流密度よりも小さくなる。その結果、磁壁DWは、第2領域R2に侵入しにくくなる。つまり、磁壁DWは、第2領域R2と隣接領域との間の第2境界B2で確実に停止するようになる。これにより、磁壁DWの位置制御がより精密となる。
図12は、第2の変形例を示している。第2の変形例では、第1の変形例と同様に、第1領域R1が磁化反転領域13よりも幅広に形成されている。つまり、第1領域R1は、磁化反転領域13と第1境界B1を挟んで隣接しており、第1境界B1での第1領域R1の幅が、その第1境界B1での磁化反転領域13の幅よりも大きい。これにより、書き込み電流の電流密度は、第1境界B1を挟んで磁化反転領域13から第1領域R1に向かって減少し、磁壁移動は、第1境界B1で確実に停止することになる。第1領域R1の幅は、第1境界B1から外側に向かうにつれて、狭くなってもよいし、より広くなってもよい。また、第2領域R2の幅は図5の場合と同じで、第1領域R1だけが幅広に形成されていてもよい。
図13は、第3の変形例を示している。第3の変形例では、トンネルバリヤ層32が、磁化記録層10と直接接触していない。その代わり、トンネルバリヤ層32は、磁化記録層10とは異なる強磁性層であるセンサー層39と接触している。つまり、ピン層30は、トンネルバリヤ層32を介してセンサー層39に接続されており、それらピン層30、トンネルバリヤ層32、及びセンサー層39によりMTJが形成されている。センサー層39の磁化方向は反転可能であり、センサー層39は、一般的なMRAMの磁化自由層(フリー層)の役割を果たす。このセンサー層39は、分離金属層38を介して磁化記録層10に電気的に接続されている。
図14は、本実施の形態に係るMRAMの構成の一例を示している。図14において、MRAM60は、複数の磁気メモリセル1がマトリックス状に配置されたメモリセルアレイ61を有している。このメモリセルアレイ61は、データの記録に用いられる磁気メモリセル1と共に、データ読み出しの際に参照されるリファレンスセル1rを含んでいる。リファレンスセル1rの構造は、磁気メモリセル1と同じである。
Claims (10)
- 磁壁移動型の磁気ランダムアクセスメモリであって、
垂直磁気異方性を有する強磁性層である磁化記録層と、
前記磁化記録層に電流を供給するために前記磁化記録層に接続された一組の電流供給端子と、
前記磁化記録層のうち第1領域に接触する反強磁性層と
を備え、
前記第1領域は、前記磁化記録層のうち前記一組の電流供給端子の間の電流供給領域の一部を含んでおり、
前記磁化記録層は、磁化方向が前記第1領域の反対である第2領域を含み、
前記第2領域に接触する反強磁性層が積層されない
磁気ランダムアクセスメモリ。 - 請求項1に記載の磁気ランダムアクセスメモリであって、
前記一組の電流供給端子は、第1電流供給端子と第2電流供給端子を含んでおり、
前記第1電流供給端子は、前記第1領域に接続されている
磁気ランダムアクセスメモリ。 - 請求項2に記載の磁気ランダムアクセスメモリであって、
前記第1領域は、前記磁化記録層の他の領域と第1境界を挟んで隣接しており、
前記第1境界での前記第1領域の幅は、前記第1境界での前記他の領域の幅よりも大きい
磁気ランダムアクセスメモリ。 - 請求項2又は3に記載の磁気ランダムアクセスメモリであって、
前記第2電流供給端子は、前記第2領域に接続されている
磁気ランダムアクセスメモリ。 - 請求項4に記載の磁気ランダムアクセスメモリであって、
前記第2領域は、前記磁化記録層の他の領域と第2境界を挟んで隣接しており、
前記第2境界での前記第2領域の幅は、前記第2境界での前記他の領域の幅よりも大きい
磁気ランダムアクセスメモリ。 - 請求項1乃至5のいずれか一項に記載の磁気ランダムアクセスメモリであって、
更に、磁化方向が変化しない強磁性層であるピン層を備え、
前記ピン層は、非磁性層を介して、前記磁化記録層の前記電流供給領域に接続されている
磁気ランダムアクセスメモリ。 - 請求項1乃至5のいずれか一項に記載の磁気ランダムアクセスメモリであって、
更に、
磁化方向が変化しない強磁性層であるピン層と、
非磁性層を介して前記ピン層に接続された強磁性層であるセンサー層を
備え、
前記センサー層は、前記磁化記録層の前記電流供給領域と磁気的に結合している
磁気ランダムアクセスメモリ。 - 請求項7に記載の磁気ランダムアクセスメモリであって、
前記センサー層及び前記ピン層は、面内磁気異方性を有し、前記電流供給領域と部分的にオーバーラップしている
磁気ランダムアクセスメモリ。 - 磁壁移動型の磁気ランダムアクセスメモリの初期化方法であって、
前記磁気ランダムアクセスメモリは、
垂直磁気異方性を有する強磁性層である磁化記録層と、
前記磁化記録層に電流を供給するために前記磁化記録層に接続された一組の電流供給端子と、
前記磁化記録層のうち第1領域に接触する反強磁性層と
を備え、
前記第1領域は、前記磁化記録層のうち前記一組の電流供給端子の間の電流供給領域の一部を含んでおり、
前記磁化記録層は、磁化方向が前記第1領域の反対である第2領域を含み、
前記第2領域に接触する反強磁性層が積層されず、
前記初期化方法は、
膜面に垂直な第1方向の第1外部磁界を印加して、前記磁化記録層の磁化方向を前記第1方向に向けるステップと、
前記第1方向と逆の第2方向の第2外部磁界を印加して、前記磁化記録層のうち前記第1領域以外の領域の磁化方向を前記第2方向に向けるステップと
を含む
磁気ランダムアクセスメモリの初期化方法。 - 垂直磁気異方性を有する強磁性層である磁化記録層と、前記磁化記録層に電流を印加するための一組の電流供給端子と、前記磁化記録層のうち前記一組の電流供給端子の間の電流供給領域の一部を含む第1領域に接触する反強磁性層とを備え、前記磁化記録層のうち磁化方向が前記第1領域の反対である第2領域には接触する反強磁性層が積層されない磁壁移動型の磁気ランダムアクセスメモリにおいて、書込み電流パルスの立ち下がり時間を立ち上がり時間より長くしたことを特徴とする磁気ランダムアクセスメモリの書き込み方法。
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