JP6034862B2 - 対称スイッチングと単一方向プログラミングを備えたスピン−トルク伝達メモリセル構造 - Google Patents
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Description
Claims (18)
- 少なくとも、第1の側と、前記第1の側に平行な第2の側と、前記第1の側と前記第2の側のそれぞれに垂直な第3の側を有する非磁性領域と、
前記非磁性領域の前記第1の側に沿って直接接触して配置される第1の固定領域と、
前記非磁性領域の前記第2の側に沿って直接接触して配置される第2の固定領域と、
前記非磁性領域の前記第3の側に沿って配置される自由領域と、
前記自由領域に沿って前記非磁性領域とは反対側に配置された上部電極と、
を備えることを特徴とするスピントルク伝達磁気ランダムアクセスメモリ(STT−MRAM)セル構造。 - 少なくとも、第1の側と、前記第1の側に平行な第2の側と、前記第1の側と前記第2の側のそれぞれに垂直な第3の側を有する非磁性領域と、
前記非磁性領域の前記第1の側に沿って直接接触して配置される第1の固定領域と、
前記非磁性領域の前記第2の側に沿って直接接触して配置される第2の固定領域と、
前記非磁性領域の前記第3の側に沿って配置される自由領域と、
を備え、
前記自由領域を通って前記非磁性領域及び前記第1の固定領域へプログラミング電流が流れることにより、電子が前記第1の固定領域から前記非磁性領域及び前記自由領域を通って伝搬し、前記自由領域の磁化を前記第1の固定領域の磁化と平行にするよう切り替えるように、前記第1の固定領域が接地されるよう構成されることを特徴とするスピントルク伝達磁気ランダムアクセスメモリ(STT−MRAM)セル構造。 - 前記自由領域を通って前記非磁性領域及び前記第2の固定領域へプログラミング電流が駆動されることにより、電子が前記第2の固定領域から前記非磁性領域及び前記自由領域を通って伝搬し、前記自由領域の磁化を前記第1の固定領域の磁化と反平行となるよう切り替えるように、前記第2の固定領域が接地されるよう構成されていることを特徴とする請求項2に記載のSTT−MRAMセル構造。
- 少なくとも、第1の側と、前記第1の側に平行な第2の側と、前記第1の側と前記第2の側のそれぞれに垂直な第3の側を有する非磁性領域と、
前記非磁性領域の前記第1の側に沿って直接接触して配置される第1の固定領域と、
前記非磁性領域の前記第2の側に沿って直接接触して配置される第2の固定領域と、
前記非磁性領域の前記第3の側に沿って配置される自由領域と、
前記自由領域と前記非磁性領域の間に配置されたトンネルバリアと、
を備えることを特徴とするスピントルク伝達磁気ランダムアクセスメモリ(STT−MRAM)セル構造。 - 前記自由領域、前記第1の固定領域あるいは、前記第2の固定領域のいずれも、互いに直接接触していないことを特徴とする請求項1、2、4のいずれか1項に記載のSTT−MRAMセル構造。
- 前記第1の固定領域が前記非磁性領域と接触する第1の界面であって、前記第1の固定領域から前記第1の界面を通過する電子が、前記非磁性領域に蓄積し、前記通過する電子が、前記第1の固定領域の磁化にスピン偏極される、第1の界面と、
前記第2の固定領域が前記非磁性領域と接触する第2の界面であって、前記第2の固定領域から前記非磁性領域内に反射される電子が、前記非磁性領域に蓄積し、前記反射される電子が、前記第2の固定領域とは反対の磁化にスピン偏極され、前記通過する電子と、前記反射される電子は、実質的に同じ方向にスピン偏極される、第2の界面と、
を備えることを特徴とする請求項1、2、4のいずれか1項に記載のSTT−MRAMセル構造。 - 単一方向プログラミング電流でプログラムされるよう構成されたスピントルク伝達ランダムアクセスメモリ(STT−MRAM)セルであって、
第1の方向の磁化を有する第1の固定領域と、
第2の方向の磁化を有する第2の固定領域と、
前記第1の固定領域と前記第2の固定領域の間であって、それぞれに直接接触する非磁性領域と、
前記非磁性領域上に配置され、前記第1の固定領域の磁化に対し、平行あるいは反平行のいずれかの磁化を持つよう、単一方向プログラミング電流によって磁化を切り替えるように構成された自由領域と、
前記非磁性領域とは前記自由領域の反対側にある前記自由領域の上に配置された上部電極と、
を備えることを特徴とするSTT−MRAMセル。 - 前記上部電極の上に配置されたトランジスタを備えることを特徴とする請求項7に記載のSTT−MRAMセル。
- 単一方向プログラミング電流でプログラムされるよう構成されたスピントルク伝達ランダムアクセスメモリ(STT−MRAM)セルであって、
第1の方向の磁化を有する第1の固定領域と、
第2の方向の磁化を有する第2の固定領域と、
前記第1の固定領域と前記第2の固定領域の間であって、それぞれに直接接触する非磁性領域と、
前記非磁性領域上に配置され、前記第1の固定領域の磁化に対し、平行あるいは反平行のいずれかの磁化を持つよう、単一方向プログラミング電流によって磁化を切り替えるように構成された自由領域と、
を備え、
前記第1の固定領域と前記第2の固定領域は、それぞれ、前記STT−MRAMセルの動作の間、接地されているか、浮遊電位となっているように構成されていることを特徴とするSTT−MRAMセル。 - 前記自由領域は、プログラミング電流が前記非磁性領域に隣接した前記自由領域の第1の側から前記自由領域の第2の側へ流れるとき、磁化が切り替えられるように構成されていることを特徴とする請求項7又は9に記載のSTT−MRAMセル。
- 対称プログラミング用に構成されたスピントルク伝達磁気ランダムアクセスメモリ(STT−MRAM)セルであって、
第1の磁化を有する第1の固定領域と、
第2の磁化を有する第2の固定領域と、
前記第1の固定領域と前記第2の固定領域間に直接配置された非磁性領域と、
前記非磁性領域の上に配置された自由領域であって、前記自由領域は、第1のプログラミング電流で、前記第1の磁化を有するように切り替えられ、あるいは、第2のプログラミング電流で、前記第2の磁化を有するように切り替えられるように構成され、前記第1のプログラミング電流の強度が、前記第2のプログラミング電流の強度と実質的に同様である、自由領域と、
を備え、
前記第1のプログラミング電流による切り替え中は、前記第1の固定領域が接地され、前記第2の固定領域が浮遊電位となるように、前記第2のプログラミング電流による切り替え中は、前記第2の固定領域が接地され、前記第1の固定領域が浮遊電位となるように構成されることを特徴とするSTT−MRAMセル。 - 前記第1の固定領域、前記第2の固定領域及び前記自由領域は接触していないことを特徴とする請求項11に記載のSTT−MRAMセル。
- 前記第1の固定領域、前記第2の固定領域及び前記自由領域のそれぞれは、Co、 Fe、 Niあるいは、それらの合金、NiFe、 CoFe、 CoNiFe、 CoX、 CoFeX、 CoNiFeX (X= B, Cu, Re, Ru, Rh, Hf, Pd, Pt, C)、 Fe3O4、 CrO2、 NiMnSb 及び PtMnSb、 BiFeO、あるいは、これらの材料の任意の組み合わせからなることを特徴とする請求項11に記載のSTT−MRAMセル。
- 前記非磁性領域は、Cu、 Au、 Ta、 Ag、 CuPt、 CuMn、 AlxOy、 MgOx、 AlNx、 SiNx、 CaOx、 NiOx、 HfOx、 TaxOy、 ZrOx、 NiMnOx、 MgFx、 SiC、 SiOx、 SiOxNy、あるいは、これらの材料の任意の組み合わせからなることを特徴とする請求項11に記載のSTT−MRAMセル。
- 前記第1のプログラミング電流と前記第2のプログラミング電流の双方は、前記自由領域を一方向に伝搬する単一方向プログラミング電流であることを特徴とする請求項11に記載のSTT−MRAMセル。
- セル構造を形成する方法であって、
基板に凹所を形成することと、
前記凹所内にトランジスタを形成することと、
前記凹所内で前記トランジスタの上に上部電極を形成することと、
前記凹所内で前記上部電極の上に自由領域を形成することと、
前記自由領域が非磁性領域の第1の側に接触するように、前記自由領域上に前記非磁性領域を形成することと、
第1の固定領域が、前記非磁性領域の第2の側に直接接触し、第2の固定領域が前記非磁性領域の第3の側に直接接触し、前記自由領域、前記第1の固定領域、あるいは、前記第2の固定領域はいずれも接触しないように、前記第1の固定領域と前記第2の固定領域を形成することと、
を含むことを特徴とする方法。 - 前記上部電極の上にスペーサ領域を形成することと、
前記スペーサ領域の内周内に前記自由領域を堆積することと、
を含むことを特徴とする請求項16に記載の方法。 - セル構造を形成する方法であって、
基板に凹所を形成することと、
前記凹所にトランジスタを形成することと、
前記凹所内で前記トランジスタ上に自由領域を形成することと、
前記自由領域が非磁性領域の第1の側に接触するように、前記自由領域上に前記非磁性領域を形成することと、
第1の固定領域が、前記非磁性領域の第2の側に直接接触し、第2の固定領域が前記非磁性領域の第3の側に直接接触し、前記自由領域、前記第1の固定領域、あるいは、前記第2の固定領域はいずれも接触しないように、前記第1の固定領域と前記第2の固定領域を形成することと、
前記第1の固定領域あるいは前記第2の固定領域のいずれかを接地するためのスイッチを結合することと、
を含むことを特徴とする方法。
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