JP5592909B2 - 磁気メモリ - Google Patents
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Description
第1実施形態による磁気メモリ素子(磁気メモリセルともいう)を図1(a)、1(b)に示す。図1(a)は第1実施形態の磁気メモリ素子1の正面図で、図1(b)は、図1(a)に示す切断線A−Aで切断した断面図である。この第1実施形態の磁気メモリ素子1は、磁性チューブ10と、中間層16と、参照部18とを備えている。磁性チューブ10は第1方向(z軸方向)に延在し、この第1方向に直交する断面(x−y面における断面)が円環状を有している。磁性チューブ10の外表面に中間層16が形成されている。磁性チューブ10の外表面の一部分の領域に中間層16を介して参照部18が設けられている。なお、図1(a)、1(b)では、中間層16は、磁性チューブ10の端面以外の外表面の全てに設けられているが、参照部18が設けられた領域に設けられていてもよい。磁性チューブ10の内側は中空であってもよい。あるいは絶縁体、半導体、強誘電体、金属などの物質で埋め込まれていてもよい。磁性チューブ10の中心から見た参照部18および中間層16の磁性チューブ10との接触面の見込み角αは180°を超えない。
磁気メモリ1を作製した直後の磁性チューブ10の磁化配置は、様々な要因によって変化する可能性があるので、予測不可能である。したがって、使用を開始する前に磁性チューブ10の磁化を初期化する必要がある。
上記初期化動作と、書き込み動作と、シフト動作とを組み合わせることで、この素子をメモリとして作動させることができる。図8(a)乃至図8(d)と図9(a)乃至図9(d)を参照して説明する。まず上で述べた初期化動作を用いて磁性チューブ10内の磁化を一様にそろえる(図8(a))。このとき磁性チューブ10内の磁化は紙面の上方から望み見て反時計回りの向きに揃っており状態“1”にある。ここで負の書き込み電流(−Iw)を磁性チューブ10と参照部18との間に流すと、磁性チューブ10の参照部18に接した部分の磁化が反転し状態“0”へ変化する(図8(b))。引き続き、負のシフト電流(−Is)を流して磁壁(磁区)を紙面の下方へ磁性チューブ内を3ビット長(3つの記録長)だけ移動させる(図8(c))。印加する電流は1ビット分をシフトさせる時間幅を持つパルスを3つ与えてもよいし、連続的に一定の電流を与え3ビットシフトし終わる頃を見計らって切ってもよい。さらに再び磁性チューブ10と参照部18との間に負の書き込み電流(−Iw)を流して磁性チューブ10の参照層18に接している部分の磁化を反転させる(図8(d))。以上の操作によって4ビット情報“0110”が磁性チューブ10に格納されたことになる。
磁性チューブ10に格納された情報を読み出す方法の一例について図10(a)乃至図10(e)および図11を参照して説明する。本実施形態の磁気メモリ1においては磁性チューブ10に格納された情報の読み出しは、参照部18と磁性チューブ10との間に生じるトンネル磁気抵抗を用いることに行われる。ここで、参照部18は、図1(a)、図1(b)と同様に、紙面の方向きに磁化していると仮定する。図10(a)の状態では、参照部18とそれに接した磁性チューブ10の部分の磁化は反平行となっているため、磁性チューブ10の端子10Aと、参照部18の端子18Bとの間の抵抗は比較的高い値を示すことになる。一方、磁性チューブ10内にシフト電流Isを流し、磁壁を紙面の上方に一ビットだけシフトさせると、参照部18の磁化と、磁性チューブ10の参照部18に接した部分の磁化の向きが平行になる。このため、トンネル磁気抵抗が小さくなり端子10Aと端子18Bとの間における抵抗は、磁化配置が反平行である場合に比べて低くなる(図10(b))。その後、シフト電流によって磁壁位置の一ビット分シフトさせ、その都度、端子10Aと端子18Bの間の抵抗を測定することにより、磁性チューブ10に格納された情報を読み出す(図10(c)、図10(d))。図10(a)乃至図10(d)に示すステップで読み出した情報、すなわち端子10Aと端子18Bとの間における抵抗を図11に示す。このように、シフト電流によって磁壁位置の一ビット分シフトさせ、その都度、端子10Aと端子18Bの間の抵抗を測定することにより、磁性チューブ10に格納された情報を読み出すことができる。この読み出し動作によって読み出された情報の順番は、磁性チューブ10に格納された情報の順番と逆になる。このため、磁気メモリ1はLIFO(Last-In First-Out)のシーケンシャルアクセス情報記録素子として機能する。
本実施形態の磁気メモリ1は、例えば図13乃至図17(b)に示すような手順で作製する。まず図17に示すように、熱酸化膜(図示せず)が表面に形成されているシリコンからなるウェハ基板100を用意する。このウェハ基板100上に、Ta下地層とCu層からなる下部配線111と、酸化シリコンからなる支持材層112と、参照部となるCoFeBからなる参照部磁性体層113と、酸化シリコンからなる支持材層114と、エッチングの際のマスクとなる金属Al層(マスク材層)115とがこの順序で積層された多層膜110を、超高真空スパッタ装置を用いて作製する(図13)。なお、図13は、多層膜110が作製されたウェハの正面図である。
第2実施形態の磁気メモリについて図19(a)乃至図20(b)を参照して説明する。この第2実施形態の磁気メモリは、第1実施形態に示す1個の磁性チューブ10に複数個の参照部18を設けた構成となっている。この第2実施形態の磁気メモリのように、1個の磁性チューブに参照部を複数個設けることで、記録容量の面で磁性チューブを有効利用することができる。
第3実施形態による磁気メモリについて図21乃至図29を参照して説明する。この第3実施形態の磁気メモリの上面図を図21に示す。この第3実施形態の磁気メモリ1は、延在する方向と直交する方向に一列に配置された複数の磁性チューブ101〜104と、複数の中間層16A1〜16A8と、複数の書き込み用参照部18A1〜18A5とを備えている。各磁性チューブ10i(i=1〜4)の両側に中間層16A2i―1、16A2iが設けられている。中間層A161に対して磁性チューブ101とは反対側に参照部18A1が設けられる。また、中間層16A2と中間層16A3との間に参照部18A2が設けられ、この参照部18A2は磁性チューブ101、102との間で共用される。中間層16A4と中間層16A5との間に参照部A183が設けられ、この参照部18A3は磁性チューブ102、103との間で共用される。中間層16A6と中間層16A7との間に参照部18A4が設けられ、この参照部18A4は磁性チューブ103、104との間で共用される。また、中間層16A8に対して磁性チューブ104とは反対側に参照部18A5が設けられる。すなわち、各磁性チューブの、複数の磁性チューブが配列された方向の両側に中間層を介して参照部が設けられ、隣接する磁性チューブ間に設けられた参照部は上記隣接する磁性チューブに対して共用する構成となっている。
磁性チューブおよび参照部の磁化の方向をz軸方向としてもよい。この場合、初期化はz軸方向への外部磁化の印加によって行うことができ、他の動作については前記の実施例で述べたものと同様の手順で行うことができる。
10 磁性チューブ
101〜104 磁性チューブ
16 中間層
16A1〜16A8 中間層
18 参照部
18A1〜18A5 書き込み用参照部
18B1〜18B4 読み出し用参照部
Claims (15)
- 第1方向に延在し前記第1方向に直交する平面における断面が円環状である磁性体構造と、
前記磁性体構造の前記第1方向に沿った外表面に設けられた非磁性層と、
前記磁性体構造とは反対側の前記非磁性層の面の一部に設けられた磁性体を含む参照部と、
前記磁性体構造に前記第1方向に沿って第1電流を双方向に流すことの可能な第1回路と、
前記磁性体構造と前記参照部との間に前記非磁性層を介して第2電流を双方向に流すことの可能な第2回路と、
前記磁性体構造と前記参照部との間に前記非磁性層を介して、前記第2電流の絶対値よりも小さな第3電流を流す第3回路と、
前記第3電流を流したときに、前記非磁性層を介して前記磁性体構造と前記参照部との間に生じる電圧を検出する第4回路と、
を備えている磁気メモリ。 - 前記第2電流を流すことにより、前記磁性体構造の、前記非磁性層を介して前記参照部に接している領域に情報を格納した後に、前記第1電流を流すことにより、書き込み動作を行う請求項1記載の磁気メモリ。
- 前記磁性体構造の、前記非磁性層を介して前記参照部に接している領域に格納されている情報の読み出しを、前記第3電流を流すことにより前記第4回路によって検出される電圧に基づいて行う請求項1記載の磁気メモリ。
- 前記参照部が前記非磁性層を介して前記磁性体構造の外表面に接する領域に関する、前記第1方向に直交する平面における前記磁性体構造の断面の中心から見た見込み角は、180度未満である請求項1乃至3のいずれかに記載の磁気メモリ。
- 前記参照部は、前記磁性体構造の前記第1方向に沿って複数個設けられている請求項1乃至4のいずれかに記載の磁気メモリ。
- 前記参照部の前記磁性体の前記第1方向における厚さは、10nm以上50nm以下である請求項1乃至5のいずれかに記載の磁気メモリ。
- 前記磁性体構造は、前記断面における肉厚が一定であり、外径および内径のサイズが前記第1方向に沿って、周期的に変化する形状を有している請求項1乃至6のいずれかに記載の磁気メモリ。
- 前記磁性体構造は、外径のサイズが一定でかつ内径のサイズが前記第1方向に沿って周期的に変化する形状を有している請求項1乃至6のいずれかに記載の磁気メモリ。
- 前記磁性体構造は、内径のサイズが一定でかつ外径のサイズが前記第1方向に沿って周期的に変化する形状を有している請求項1乃至6のいずれかに記載の磁気メモリ。
- それぞれが第1方向に延在し前記第1方向に直交する平面における断面が円環状である複数の磁性体構造であって、前記第1方向に直交する第2方向に一列に配列された複数の磁性体構造と、
前記複数の磁性体構造のそれぞれに対応して、各磁性体構造の前記第2方向における両側に設けられた複数の第1参照部であって、各第1参照部が磁性体を有する複数の第1参照部と、
前記複数の磁性体構造のそれぞれと、対応する第1参照部との間に設けられた複数の第1非磁性層と、
前記複数の磁性体構造のそれぞれに対応して、各磁性体構造の前記第1方向に沿った外表面に設けられた複数の第2非磁性層と、
前記複数の磁性体構造のそれぞれに対応して設けられ、それぞれが磁性体を有する複数の第2参照部であって、各第2参照部は、対応する磁性体構造とは反対側の前記第2非磁性層の面の一部に設けられる、複数の第2参照部と、
を備え、
前記複数の磁性体構造は、前記複数の第1参照部および複数の第1非磁性層を介して電気的に接続されている磁気メモリ。 - 隣接する磁性体構造にそれぞれ対応して設けられ、前記隣接する磁性体構造の対向する側に配置された2つの第1参照部は一体である請求項10記載の磁気メモリ。
- 隣接する磁性体構造にそれぞれ対応して設けられ、前記隣接する磁性体構造の対向する側に配置された2つの第1参照部は非磁性金属層を介して接続されている請求項10記載の磁気メモリ。
- 前記複数の磁性体構造のそれぞれを選択して、選択した磁性体構造に前記第1方向に沿って第1電流を双方向に流すことの可能な第1回路と、
前記複数の第1参照部および複数の第1非磁性層を介して電気的に接続されている前記複数の磁性体構造に第2電流を双方向に流すことの可能な第2回路と、
前記複数の磁性体構造のうちの一つの磁性体構造を選択して、選択した磁性体構造に前記第2電流の絶対値よりも小さな第3電流を流す第3回路と、
前記第3電流を流したときに、選択された前記磁性体構造と前記第2参照部との間に前記第2非磁性層を介して生じる電圧を検出する第4回路と、
をさらに備えている請求項10乃至12のいずれかに記載の磁気メモリ。 - 前記第2電流を流すことにより、前記複数の磁性体構造の、前記第2非磁性層を介して前記第2参照部に接している領域に情報を格納した後に、選択された磁性体構造に前記第1電流を流すことにより、書き込み動作を行う請求項13記載の磁気メモリ。
- 選択された前記磁性体構造の、前記第2非磁性層を介して前記第2参照部に接している領域に格納されている情報の読み出しを、前記第3電流を流すことにより前記第4回路によって検出される電圧に基づいて行う請求項13記載の磁気メモリ。
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