JP6414754B2 - 磁気抵抗効果素子および磁気メモリ - Google Patents
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Description
図1(a)は、本発明の第1の実施の形態に係る磁気抵抗効果素子100の構造の一例を示す模式図である。なお、図に示されているx−y−z座標系において、z軸は基板垂直方向であり、x−y軸は基板平面に平行であるものとする。このx−y−z座標系の定義は、以下の図においても共通である。
次に、本発明の第1の実施の形態に係る磁気抵抗効果素子100のメモリ状態に関して図2を参照して説明する。
次に、本発明の第1の実施の形態に係る磁気抵抗効果素子100への情報の書き込み方法に関して、図5を参照して説明する。
次に、本発明の第1の実施の形態に係る磁気抵抗効果素子100からの情報の読み出し方法に関して、図6を参照して説明する。
次に、本発明の第1の実施の形態に係る磁気メモリ300の回路構成と回路動作方法に関して、図7、図8を参照して説明する。なお、ここで説明される回路構成は、本発明に係る磁気抵抗効果素子100を用いて磁気メモリ300を形成する上での一例であり、他の回路構成を用いても本発明と同等の効果を有する磁気メモリを提供することができる。
次に、本発明の第1の実施の形態に係る磁気抵抗効果素子100に用いることのできる材料とその好適な膜厚範囲について説明する。
次に本発明に係る磁気抵抗効果素子100の原理について、図9乃至図12に示された計算結果を参照しながら説明する。
図13(a)乃至図13(d)は、本発明の第1の実施の形態に係る磁気抵抗効果素子100の第1変形例の構造を模式的に示した断面図である。第1変形例は、磁化自由層10内に形成される磁壁(DW)が左旋回性を持つ場合の実施の形態である。
図14(a)と、図14(b)は、本発明の第1の実施の形態に係る磁気抵抗効果素子100の第2変形例の構造を模式的に示した断面図である。
図15(a)、図15(b)は、本発明の第1の実施の形態に係る磁気抵抗効果素子100の第3変形例の構造を模式的に示した断面図である。
図16(a)と、図16(b)は、本発明の第1の実施の形態に係る磁気抵抗効果素子100の第4変形例の構造を模式的に示した断面図である。
図17は、本発明の第1の実施の形態に係る磁気抵抗効果素子100の第5変形例の構造を模式的に示した斜視図である。
図18(a)と、図18(b)は、本発明の第1の実施の形態に係る磁気抵抗効果素子100の第6変形例の構造を模式的に示した断面図である。
図19(a)と、図19(b)は、本発明の第1の実施の形態に係る磁気抵抗効果素子100の第7変形例の構造を模式的に示した断面図である。
図20(a)と、図20(b)は、本発明の第1の実施の形態に係る磁気抵抗効果素子100の第8変形例の構造を模式的に示した断面図である。
次に本発明の第2の実施の形態に関わる磁気抵抗効果素子100の構造と動作方法を説明する。第1の実施の形態において、漏洩磁場生成層(第1漏洩磁場生成層51・第2漏洩磁場生成層52)は、少なくとも一部分に垂直磁気異方性を有する強磁性体を有することを述べた。それに対して、第2の実施の形態においては漏洩磁場生成層(第1漏洩磁場生成層51・第2漏洩磁場生成層52)は、少なくとも一部分に面内磁気異方性を有する強磁性体を有することを特徴とする。
11 第1磁化固定領域
12 第2磁化固定領域
13 磁化自由領域
20 スピン流生成層
30 トンネルバリア層
40 リファレンス層
51 第1漏洩磁場生成層
52 第2漏洩磁場生成層
53 第3漏洩磁場生成層
54 第4漏洩磁場生成層
61 第1スペーサー層
62 第2スペーサー層
71 第1面内磁化漏洩磁場生成層
72 第2面内磁化漏洩磁場生成層
81 第1プラグ層
82 第2プラグ層
100 磁気抵抗効果素子
101a 第1セルトランジスタ
101b 第2セルトランジスタ
102a 第1ビット線
102b 第2ビット線
103 ワード線
104 グラウンド線
110 メモリセルアレイ
120 Xドライバ
130 Yドライバ
140 コントローラ
200 磁気メモリセル
300 磁気メモリ
Claims (12)
- 垂直磁気異方性を有する強磁性体から構成される磁化自由層と、
前記磁化自由層に隣接して設けられるスピン流生成層と、
前記磁化自由層に隣接して前記スピン流生成層とは反対側に設けられるトンネルバリア層と、
前記トンネルバリア層に隣接して前記磁化自由層とは反対側に設けられるリファレンス層と、
強磁性体から構成される第1漏洩磁場生成層と、第2漏洩磁場生成層とを具備し、
前記第1漏洩磁場生成層と前記第2漏洩磁場生成層から生ずる漏洩磁場の前記磁化自由層の位置における面内成分によって前記磁化自由層の長手方向に磁化成分を有する磁壁が形成される、
ことを特徴とする磁気抵抗効果素子。 - 請求項1に記載の磁気抵抗効果素子であって、
前記第1漏洩磁場生成層と前記第2漏洩磁場生成層は垂直磁気異方性を有する強磁性体から構成され、
前記第1漏洩磁場生成層と前記第2漏洩磁場生成層は互いに反平行方向に固定された磁化を有し、
前記第1漏洩磁場生成層と前記第2漏洩磁場生成層から生ずる漏洩磁場の前記磁化自由層の位置における面内成分は、前記磁化自由層において優先的に形成される磁壁の磁化方向と一致する、
ことを特徴とする磁気抵抗効果素子。 - 請求項1または2に記載の磁気抵抗効果素子であって、
前記磁化自由層は、第1磁化固定領域と、第2磁化固定領域と、磁化自由領域とからなり、
前記第1漏洩磁場生成層は、前記第1磁化固定領域の鉛直面上に配置され、
前記第2漏洩磁場生成層は、前記第2磁化固定領域の鉛直面上に配置される、
ことを特徴とする磁気抵抗効果素子。 - 請求項2または3に記載の磁気抵抗効果素子であって、
前記第1及び第2漏洩磁場生成層が前記磁化自由層の下側に形成される場合には、前記第1及び第2漏洩磁場生成層の上面と、前記磁化自由層の中心高さとの間の距離、
前記第1及び第2漏洩磁場生成層が前記磁化自由層の上側に形成される場合には、前記第1及び第2漏洩磁場生成層の下面と、前記磁化自由層の中心高さとの間の距離が10nm以上である、
ことを特徴とする磁気抵抗効果素子。 - 請求項4に記載の磁気抵抗効果素子であって、
前記第1及び第2漏洩磁場生成層が前記磁化自由層の下側に形成される場合には、前記第1及び第2漏洩磁場生成層の上面と、前記磁化自由層の中心高さとの間の距離、
前記第1及び第2漏洩磁場生成層が前記磁化自由層の上側に形成される場合には、前記第1及び第2漏洩磁場生成層の下面と、前記磁化自由層の中心高さとの間の距離が15nm以上である、
ことを特徴とする磁気抵抗効果素子。 - 請求項1乃至5のいずれか1項に記載の磁気抵抗効果素子であって、
前記第1及び第2漏洩磁場生成層に隣接し、前記磁化自由層側の面にスペーサー層が設けられる、
ことを特徴とする磁気抵抗効果素子。 - 請求項1乃至6のいずれか1項に記載の磁気抵抗効果素子であって、
更に、第3漏洩磁場生成層と、第4漏洩磁場生成層とを具備し、
前記第1漏洩磁場生成層と前記第2漏洩磁場生成層は、前記磁化自由層の下側に配置され、
前記第3漏洩磁場生成層と前記第4漏洩磁場生成層は、前記磁化自由層の上側に配置される、
ことを特徴とする磁気抵抗効果素子。 - 請求項2乃至7のいずれか1項に記載の磁気抵抗効果素子であって、
前記第1及び第2漏洩磁場生成層又は前記第3及び第4漏洩磁場生成層が、前記リファレンス層と同一レイヤーに形成される、
ことを特徴とする磁気抵抗効果素子。 - 請求項2乃至8のいずれか1項に記載の磁気抵抗効果素子であって、
更に、第1面内磁化漏洩磁場生成層と、第2面内磁化漏洩磁場生成層とを具備する、
ことを特徴とする磁気抵抗効果素子。 - 請求項1乃至9のいずれか1項に記載の磁気抵抗効果素子であって、
前記第1及び第2漏洩磁場生成層がテーパーを有するように形成される、
ことを特徴とする磁気抵抗効果素子。 - 請求項1に記載の磁気抵抗効果素子であって、
前記第1漏洩磁場生成層と前記第2漏洩磁場生成層は面内磁気異方性を有する強磁性体から構成される、
ことを特徴とする磁気抵抗効果素子。 - 請求項1乃至11のいずれか1項に記載の磁気抵抗効果素子と、
第1ビット線と、
第2ビット線と、
ワード線と、
第1セルトランジスタと、
第2セルトランジスタと、を具備する、
ことを特徴とする磁気メモリ。
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