JP5727836B2 - 磁気記憶素子、磁気記憶装置、磁壁移動方法 - Google Patents
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- H01F10/32—Spin-exchange-coupled multilayers, e.g. nanostructured superlattices
- H01F10/324—Exchange coupling of magnetic film pairs via a very thin non-magnetic spacer, e.g. by exchange with conduction electrons of the spacer
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Description
(第1の実施形態)
図1は、本発明の第1の実施形態に係る磁気記憶素子の断面の模式図である。磁気記憶素子1は基板上に形成されており、第1電極11、第2電極12、第3電極13、積層構造14、圧電体15、書き込み部16、読み出し部17を備える。
本実施形態は、様々な変形が可能である。図1および上述の説明では、第1電極11と第3電極13との間に電圧を印加するとして説明したが、図6のように、第2電極12と第3電極13との間に電圧を印加して、圧電体15を伸縮させてもよい。
図18は、第2の実施形態に係る磁気記憶素子の断面の模式図である。第1の実施形態に係る磁気記憶素子1と同じ構成要素については、同じ記号を付して図示し、詳細な説明を省略する。第2の実施形態に係る磁気記憶素子10は、第1の実施形態の磁気記憶素子1において複数の第2磁性層142としていた場所に、第2磁性層142と第3磁性層143を交互に配置した積層構造14aを有する。つまり、積層構造14aの第1磁性層141の間には、第2磁性層142と第3磁性層143のいずれかが形成されており、第1磁性層141の第1の面と隣接した第1磁性層141との間には第2磁性層142が形成され、第1の面と反対の面と隣接した第1磁性層141との間には第3磁性層143が形成される。
次に磁気記憶素子を多数並べ、書き込み・読み出し機構を備えたブロックとしての実施形態について説明する。
図24は、第3の実施形態の第1の変形例に係るブロックの回路の概略図である。また図25は、本変形例のブロック51の一部の斜視図である。本変形例に係るブロック51は、線状の磁壁移動用電極SLが延在する方向が、図22に示したブロック50と異なる。ブロック50では、図22のz方向に眺めたときに、磁壁移動用電極SLは、ワード線WLと平行な方向に沿って延在した。それに対して、図25に示す第1の変形例に係るブロック51では、図25のz方向に眺めたときに、磁壁移動用電極SLは、情報読み出し用ビット線BLと平行な方向(ワード線WLと交わる方向)に延在する。磁壁移動用電極SL以外の構成は、ブロック50と同様であるため、詳細な説明を省略する。
図27は、第4実施形態に係るブロックの回路の概略を示す図である。図28は、第4の実施形態に関わるブロックの一部の斜視図である。第4の実施形態のブロック60には、第1の実施形態または第2の実施形態およびそれらの変形例にて説明したいずれかの磁気記憶素子のうち、積層構造の周囲を圧電体が取り囲む構造の磁気記憶素子R2を用いる。すなわち、図28では図示されていないが、磁性細線MLを構成する磁気記憶素子R2の積層構造の周囲には、圧電体が設けられている。なお、磁気記憶素子R2の積層構造と圧電体との間には、アモルファスSiO2、アモルファスAl2O3のような絶縁体を形成してもよい。これによって、より確実に絶縁を確保することができる。
図29は、第4の実施形態の第1の変形例に係るブロックの回路の概略図である。また図30は、本変形例のブロック61の一部の斜視図である。第3の実施形態における第1の変形例と同様に、第4の実施形態においても、平板形状の磁壁移動用電極SLの延在する方向を変更することができる。図30に示す第1の変形例に係るブロック61では、図30のz方向に眺めたときに、磁壁移動用電極SLが、情報読み出し用ビット線BLと平行な方向(ワード線WLと交わる方向)に延在する。すなわち、ブロック61では、磁気記憶素子R2のz方向に第1磁性層と第2磁性層(および第3磁性層)が積層された積層構造毎に一対の磁壁移動用電極SLを設ける。
Claims (22)
- 第1電極と、
第2電極と、
前記第1電極と前記第2電極との間に設けられ、第1磁性層と前記第1磁性層とは構成元素の組成が異なる第2磁性層とが交互に複数積層された積層構造と、
前記第1電極の前記積層構造側の面の反対の面に設けられる圧電体と、
前記圧電体の前記第1電極が設けられる位置と異なる位置に設けられ、前記圧電体に電圧を印加する第3電極を有し、前記積層構造は内部に積層方向に磁壁によって隔たれた複数の磁区を備え、前記第1電極、第2電極の間に電流を流すことが可能である磁気記憶素子。 - 第1電極と、
第2電極と、
前記第1電極と前記第2電極との間に設けられ、第1磁性層と前記第1磁性層とは構成元素の組成が異なる第2磁性層とが交互に複数積層された積層構造と、
前記積層構造の積層方向を軸とした周囲を取り囲むように設けられる圧電体と、
前記圧電体に電圧を印加する第3電極および第4電極を有し、前記積層構造は内部に積層方向に磁壁によって隔たれた複数の磁区を備え、前記第1電極、第2電極の間に電流を流すことが可能である磁気記憶素子。 - 前記第1磁性層の磁歪定数は前記第2磁性層の磁歪定数と符号が異なる、もしくは、前記第1磁性層の磁歪定数の絶対値は、前記第2磁性層の磁歪定数の絶対値よりも小さい請求項1または2に記載の磁気記憶素子。
- 前記積層構造は、前記第2磁性層の磁歪定数と異なる符号の磁歪定数の第3磁性層を更に有し、前記複数の第1磁性層間に前記第2磁性層と前記第3磁性層とが交互に設けられる請求項1乃至3のいずれか1項に記載の磁気記憶素子。
- 前記第1電極と前記第3電極との間に電圧を印加したときに、前記第2磁性層の磁化方向が変化する請求項1に記載の磁気記憶素子。
- 前記積層構造は、前記第2磁性層の磁歪定数と異なる符号の磁歪定数の第3磁性層を更に有し、前記複数の第1磁性層間に前記第2磁性層と前記第3磁性層とが交互に設けられ、
前記第1電極と前記第3電極との間に第1の符号の電圧を印加したときに、前記第2磁性層の磁化方向が変化し、前記第1電極と前記第3電極との間に第1の符号と異なる第2の符号の電圧を印加したときに前記第3磁性層の磁化方向が変化する請求項1に記載の磁気記憶素子。 - 前記第3電極と前記第4電極との間に電圧を印加したときに、前記第2磁性層の磁化方向が変化する請求項2に記載の磁気記憶素子。
- 前記積層構造は、前記第2磁性層の磁歪定数と異なる符号の磁歪定数の第3磁性層を更に有し、前記複数の第1磁性層間に前記第2磁性層と前記第3磁性層とが交互に設けられ、
前記第3電極と前記第4電極との間に第1の符号の電圧を印加したときに、前記第2磁性層の磁化方向が変化し、前記第1電極と前記第3電極との間に第1の符号と異なる第2の符号の電圧を印加したときに前記第3磁性層の磁化方向が変化する請求項2に記載の磁気記憶素子。 - 前記第2磁性層の磁化方向が変化したとき、前記第2磁性層の磁化方向と前記第1磁性層の磁化方向とがなす角度θは、0°<θ<180°である請求項5乃至8のいずれか1項に記載の磁気記憶素子。
- 前記第1磁性層に接して設けられ、前記第1磁性層に電流を通電して前記第1磁性層の磁化方向を変化させる書き込み部と、
前記第1磁性層に接して設けられ、前記第1磁性層の抵抗変化を検出する読み出し部を更に有する請求項1乃至9のいずれか1項に記載の磁気記憶素子。 - 前記積層構造中の1つの前記第1磁性層は、所定の方向に延在し、
前記所定の方向に延在した第1磁性層上に設けられ、前記第1磁性層に電流を通電して前記第1磁性層の磁化方向を変化させる書き込み部と、
前記所定の方向に延在した第1磁性層上に設けられ、前記第1磁性層の抵抗変化を検出する読み出し部を更に有する請求項1乃至9のいずれか1項に記載の磁気記憶素子。 - 前記第1磁性層と前記第2磁性層の積層方向に前記第1磁性層と前記第2磁性層を切断した場合の断面積は、前記第1磁性層の断面積の方が前記第2磁性層の断面積よりも大きい請求項1乃至11のいずれか1項に記載の磁気記憶素子。
- 前記圧電体は、酒石酸カリウムナトリウム、酸化亜鉛、窒化アルミニウム、チタン酸ジルコン酸鉛、チタン酸ジルコン酸ランタン鉛、水晶、ニオブ酸リチウム、タンタル酸リチウム、四ホウ酸リチウム、ニオブ酸カリウム、ランガサイト系結晶、酒石酸カリウムナトリウム四水和物のいずれかを含む請求項1乃至12のいずれか1項に記載の磁気記憶素子。
- 前記積層構造は、基板に対して垂直方向に積層され、
前記第1磁性層および前記第2磁性層は、Co、CoPt、CoCrPtのいずれかを含む請求項1乃至13のいずれか1項に記載の磁気記憶素子。 - 前記積層構造は、基板に対して平行方向に積層され、
前記第1磁性層および前記第2磁性層は、(Co/Ni)の積層膜であるか、Co、CoPt、FePt、TbFeのいずれかを含む請求項1乃至13のいずれか1項に記載の磁気記憶素子。 - 請求項1に記載の磁気記憶素子の磁壁移動方法であって、
前記第1電極と前記第2電極との間に電流を第1の時間流す第1の手順と、
前記圧電体に電圧を第2の時間印加する第2の手順とからなり、
前記第2の手順の終了時刻は、前記第1の手順の終了時刻以降である磁壁移動方法。 - 請求項3に記載の磁気記憶素子の磁壁移動方法であって、
前記第1電極と前記第2電極との間に電流を第1の時間流す第1の手順と、
前記圧電体へ第1の極性の電圧を第2の時間印加することと前記圧電体へ第1の極性とは異なる第2の極性の電圧を第3の時間印加することを交互にそれぞれ1回以上行う第2の手順とからなり、
前記第2の手順の終了時刻は、前記第1の手順の終了時刻以降である磁壁移動方法。 - 第1電極と第2電極との間に設けられ、第1磁性層と前記第1磁性層とは構成元素の組成が異なる第2磁性層とが交互に複数積層された積層構造を有し、前記積層構造は内部に積層方向に磁壁によって隔たれた複数の磁区を備え、前記第1電極、第2電極の間に電流を流すことが可能である磁気記憶装置であって、
前記積層構造の周囲を取り囲むように設けられる圧電体と、
前記圧電体に電圧を印加する第3電極および第4電極を有する磁気記憶装置。 - 第1電極と第2電極との間に設けられ、第1磁性層と前記第1磁性層とは構成元素の組成が異なる第2磁性層とが交互に複数積層された積層構造を有し、前記積層構造は内部に積層方向に磁壁によって隔たれた複数の磁区を備え、前記第1電極、第2電極の間に電流を流すことが可能である磁気記憶装置であって、
前記積層構造の積層方向の延長線上に設けられる圧電体と、
前記圧電体に電圧を印加する第3電極および第4電極を有する磁気記憶装置。 - 請求項18または請求項19に記載の磁気記憶装置が列方向又は行方向に沿って複数配列されている磁気記憶装置。
- 前記電流により前記磁壁を移動させる請求項1乃至20のいずれかに記載の磁気記憶装置。
- 前記圧電体に電圧を与えることで前記積層構造に応力を与え、前記磁壁移動を制御する請求項1乃至21のいずれかに記載の磁気記憶装置。
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