JP6462960B1 - データの書き込み方法及び磁気メモリ - Google Patents
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Abstract
本発明の一態様にかかるデータの書き込み方法は、第1の方向に延在するスピン軌道トルク配線と、前記スピン軌道トルク配線の一面に積層され、前記スピン軌道トルク配線側から第1強磁性層と非磁性層と第2強磁性層とを備える機能部と、を備えるスピン軌道トルク型磁気抵抗効果素子において、前記スピン軌道トルク配線の前記第1の方向に印加する電圧を、環境温度における臨界書き込み電圧以上所定値以下の電圧を印加する。
Description
図1は、本実施形態にかかる磁気メモリ100の模式図である。磁気メモリ100は、スピン軌道トルク型磁気抵抗効果素子10と電圧源20とを備える。
スピン軌道トルク型磁気抵抗効果素子10は、機能部1とスピン軌道トルク配線2とを備える。スピン軌道トルク配線2の機能部1を挟む位置には、導電性を有する第1電極3及び第2電極4を備える。第1電極3及び第2電極4は、スピン軌道トルク配線2に直接接続されていてもよいし、絶縁層を介して接続されてもよい。これらがスピン軌道トルク配線2と直接接続された場合は電流駆動となり、これらがスピン軌道トルク配線2と絶縁体を介して接続された場合は電圧駆動となる。
以下、スピン軌道トルク配線2が延在する第1の方向をx方向、機能部1の積層方向(第2の方向)をz方向、x方向及びz方向のいずれにも直交する方向をy方向と規定して説明する。
[スピン軌道トルク配線]
スピン軌道トルク配線2は、x方向に延在する。スピン軌道トルク配線2は、機能部1のz方向の一面に接続されている。スピン軌道トルク配線2は、機能部1に直接接続されていてもよいし、他の層を介し接続されていてもよい。
機能部1は、第1強磁性層1Aと第2強磁性層1Bとこれらに挟まれた非磁性層1Cとを備える。機能部1は、スピン軌道トルク配線2と交差する第2の方向(z方向)に積層されている。
電圧源20は、スピン軌道トルク配線2に接続され、スピン軌道トルク配線2のx方向に電圧を印加する。電圧源20は、スピン軌道トルク配線2のx方向に電圧を印加できれば、スピン軌道トルク配線2と直接接続されてもよいし、間接的に接続されていてもよい。
図3は、本実施形態にかかる磁気メモリの別の例の断面模式図である。図3に示すように、磁気メモリ101は温度計30を備えてもよい。温度計30は、スピン軌道トルク配線2の抵抗値からスピン軌道トルク配線2の温度を換算する。換算された温度は、電圧制御部40に送られる。電圧制御部40は、温度をもとに電圧源20がスピン軌道トルク配線2に印加する電圧を決定する。
本実施形態にかかるデータの書き込み方法は、上述のスピン軌道トルク型磁気抵抗効果素子10のスピン軌道トルク配線2のx方向に印加する書き込み電圧を制御する。
図1に示すスピン軌道トルク型磁気抵抗効果素子10を作製した。熱酸化Si基板上にタングステン(W)を3nm積層した。そしてこのタングステンからなる層を幅50nm、長さ300nmに加工し、スピン軌道トルク配線2とした。そしてその周囲を、酸化シリコンからなる絶縁膜で被覆した。
実施例2では、磁気メモリが曝される環境温度を−40℃にした点が実施例1と異なる。その他の条件は、実施例1と同様とした。スピン軌道トルク配線2の抵抗率は、20℃で53.8μΩcmであったものが、40μΩcmとなった。
実施例3では、磁気メモリが曝される環境温度を100℃にした点が実施例1と異なる。その他の条件は、実施例1と同様とした。スピン軌道トルク配線2の抵抗率は、20℃で53.8μΩcmであったものが、73μΩcmとなった。
実施例4では、磁気メモリが曝される環境温度を0℃にした点が実施例1と異なる。その他の条件は、実施例1と同様とした。0℃における臨界書き込み電圧V0は、−40℃の結果と20℃の結果から概算し、0.04746Vであった。
実施例5では、磁気メモリが曝される環境温度を50℃にした点が実施例1と異なる。その他の条件は、実施例1と同様とした。50℃における臨界書き込み電圧V0は、20℃の結果と100℃の結果から概算し、0.04968Vであった。
実施例6は、スピン軌道トルク配線2を構成する材料をタングステン(W)からタンタル(Ta)に変えた点が実施例1と異なる。その他の条件は、実施例1と同様とした。
実施例7では、磁気メモリが曝される環境温度を−40℃にした点が実施例6と異なる。その他の条件は、実施例6と同様とした。スピン軌道トルク配線2の抵抗率は、20℃で131.8μΩcmであったものが、102μΩcmとなった。
実施例8では、磁気メモリが曝される環境温度を100℃にした点が実施例6と異なる。その他の条件は、実施例6と同様とした。スピン軌道トルク配線2の抵抗率は、20℃で131.8μΩcmであったものが、167μΩcmとなった。
実施例9は、スピン軌道トルク配線2を構成する材料をタングステン(W)からイリジウム(Ir)に変えた点が実施例1と異なる。その他の条件は、実施例1と同様とした。
実施例10では、磁気メモリが曝される環境温度を−40℃にした点が実施例9と異なる。その他の条件は、実施例9と同様とした。スピン軌道トルク配線2の抵抗率は、20℃で47.2μΩcmであったものが、39μΩcmとなった。
実施例11では、磁気メモリが曝される環境温度を100℃にした点が実施例9と異なる。その他の条件は、実施例9と同様とした。スピン軌道トルク配線2の抵抗率は、20℃で47.2μΩcmであったものが、68μΩcmとなった。
実施例12は、スピン軌道トルク配線2を構成する材料をタングステン(W)からプラチナ(Pt)に変えた点が実施例1と異なる。その他の条件は、実施例1と同様とした。
実施例13では、磁気メモリが曝される環境温度を−40℃にした点が実施例12と異なる。その他の条件は、実施例13と同様とした。スピン軌道トルク配線2の抵抗率は、20℃で105.7μΩcmであったものが、82μΩcmとなった。
実施例14では、磁気メモリが曝される環境温度を100℃にした点が実施例12と異なる。その他の条件は、実施例12と同様とした。スピン軌道トルク配線2の抵抗率は、20℃で105.7μΩcmであったものが、136.0μΩcmとなった。
1A 第1強磁性層
1B 第2強磁性層
1C 非磁性層
2 スピン軌道トルク配線
3 第1電極
4 第2電極
10 スピン軌道トルク型磁気抵抗効果素子
20 電圧源
30 温度計
40 電圧制御部
100、101 磁気メモリ
Claims (10)
- 第1の方向に延在するスピン軌道トルク配線と、前記スピン軌道トルク配線の一面に積層され、前記スピン軌道トルク配線側から第1強磁性層と非磁性層と第2強磁性層とを備える機能部と、を備えるスピン軌道トルク型磁気抵抗効果素子において、
前記スピン軌道トルク配線の前記第1の方向に印加する電圧を、環境温度における臨界書き込み電圧以上所定値以下とし、
前記所定値は、
環境温度が−40℃、20℃及び100℃においては、前記第1強磁性層の磁化を反転させる際の書き込みエラーレートが、前記臨界書き込み電圧をかけた際の書き込みエラーレートと等しくなる限界書き込み電圧であり、
環境温度が20℃未満の温度領域においては、−40℃における限界書き込み電圧と20℃における限界書き込み電圧とを結ぶ直線上に位置する電圧であり、
環境温度が20℃以上の温度領域においては、20℃における限界書き込み電圧と100℃における限界書き込み電圧とを結ぶ直線上に位置する電圧である、データの書き込み方法。 - 環境温度が20℃以上の温度領域の場合は、前記スピン軌道トルク配線の前記第1の方向に、20℃における臨界書き込み電圧の1.01倍以上の電圧をデータ書き込み時に印加し、
環境温度が20℃未満の温度領域の場合は、前記スピン軌道トルク配線の前記第1の方向に、20℃における臨界書き込み電圧の1.05倍以上の電圧をデータ書き込み時に印加する、請求項1に記載のデータの書き込み方法。 - 環境温度が20℃以上の場合は、前記スピン軌道トルク配線の前記第1の方向に、前記環境温度における臨界書き込み電圧以上20℃における臨界書き込み電圧の1.65倍以下の電圧をデータ書き込み時に印加し、
環境温度が20℃未満の場合は、前記スピン軌道トルク配線の前記第1の方向に、前記環境温度における臨界書き込み電圧以上20℃における臨界書き込み電圧の1.54倍以下の電圧をデータ書き込み時に印加する、請求項1または2に記載のデータの書き込み方法。 - −40℃以上100℃以下の温度領域においてデータを書き込む際に、前記スピン軌道トルク配線の前記第1の方向に、臨界書き込み電圧の1.2倍以上1.54倍以下の電圧を印加する、請求項1〜3のいずれか一項に記載のデータの書き込み方法。
- 前記スピン軌道トルク配線がタングステンであり、
前記所定値Vは、20℃における前記臨界書き込み電圧をV0、環境温度をt(℃)とした場合に、
環境温度が20℃未満の温度領域においては、
V=(2.0×10−3×t+1.62)×Voを満たし、
環境温度が20℃以上の温度領域においては、
V=(1.3×10−3×t+1.635)×Voを満たす、請求項1に記載のデータの書き込み方法。 - 前記スピン軌道トルク配線がタンタルであり、
前記所定値Vは、20℃における前記臨界書き込み電圧をV0、環境温度をt(℃)とした場合に、
環境温度が20℃未満の温度領域においては、
V=(0.8×10−3×t+1.63)×Voを満たし、
環境温度が20℃以上の温度領域においては、
V=1.65×Voを満たす、請求項1に記載のデータの書き込み方法。 - 前記スピン軌道トルク配線がイリジウムであり、
前記所定値Vは、20℃における前記臨界書き込み電圧をV0、環境温度をt(℃)とした場合に、
環境温度が20℃未満の温度領域においては、
V=(0.2×10−3×t+1.7167)×Voを満たし、
環境温度が20℃以上の温度領域においては、
V=(1.9×10−3×t+1.6825)×Voを満たす、請求項1に記載のデータの書き込み方法。 - 前記スピン軌道トルク配線がプラチナであり、
前記所定値Vは、20℃における前記臨界書き込み電圧をV0、環境温度をt(℃)とした場合に、
環境温度が20℃未満の温度領域においては、
V=(0.8×10−3×t+1.6333)×Voを満たし、
環境温度が20℃以上の温度領域においては、
V=(0.3×10−3×t+1.645)×Voを満たす、請求項1に記載のデータの書き込み方法。 - 第1の方向に延在するスピン軌道トルク配線と、
前記スピン軌道トルク配線の一面に積層され、前記スピン軌道トルク配線側から第1強磁性層と非磁性層と第2強磁性層とを備える機能部と、
前記スピン軌道トルク配線に接続され、前記第1の方向に環境温度における臨界書き込み電圧以上所定値以下の電圧を印加できる電圧源と、備え、
前記所定値は、
環境温度が−40℃、20℃及び100℃の場合は、前記第1強磁性層の磁化を反転させる際の書き込みエラーレートが、前記臨界書き込み電圧をかけた際の書き込みエラーレートと等しくなる限界書き込み電圧であり、
環境温度が20℃未満の温度領域においては、−40℃における限界書き込み電圧と20℃における限界書き込み電圧とを結ぶ直線上に位置する電圧であり、
環境温度が20℃以上の温度領域においては、20℃における限界書き込み電圧と100℃における限界書き込み電圧とを結ぶ直線上に位置する電圧である、磁気メモリ。 - 前記スピン軌道トルク配線に接続され、前記スピン軌道トルク配線の抵抗値から前記スピン軌道トルク配線の温度を換算する温度計をさらに備える、請求項9に記載の磁気メモリ。
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