JP7246071B2

JP7246071B2 - 磁気記憶装置

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Publication number: JP7246071B2
Application number: JP2019007726A
Authority: JP
Inventors: 竜也山本; 隆行野崎; 新治湯浅
Original assignee: National Institute of Advanced Industrial Science and Technology AIST
Current assignee: National Institute of Advanced Industrial Science and Technology AIST
Priority date: 2019-01-21
Filing date: 2019-01-21
Publication date: 2023-03-27
Anticipated expiration: 2039-01-21
Also published as: JP2020119617A

Description

本発明の実施形態は、磁気記憶装置に関する。

誘電層を介して磁性層に電圧を印加することで、磁性層に情報を書き込む磁気記憶装置がある。この磁気記憶装置について、書き込み動作時の誤り率（エラーレート）の低減が望まれている。

特開２０１０－２０５３３５号公報

本発明が解決しようとする課題は、書き込み動作時のエラーレートを低減できる磁気記憶装置を提供することである。

実施形態に係る磁気記憶装置は、積層体及び制御部を含む。前記積層体は、第１磁性層及び誘電層を含む。前記制御部は、前記積層体と電気的に接続され、前記誘電層を介して前記第１磁性層に高周波を重畳させたパルス電圧を印加する。前記高周波の周波数は、書き込み動作時における前記第１磁性層の磁気共鳴周波数の１．９４倍以上２．３５倍以下である。

図１は、実施形態に係る磁気記憶装置を例示する模式図である。図２は、実施形態に係る磁気記憶装置におけるパルス電圧を例示する図である。図３は、第１磁性層の磁化状態を例示する模式図である。図４は、磁気記憶装置についての実験結果を例示する図である。図５は、磁気記憶装置についての実験結果を例示する図である。図６は、磁気記憶装置についての実験結果を例示する図である。図７（ａ）及び図７（ｂ）は、第１磁性層の磁化方向と高周波との関係を例示する模式図である。図８（ａ）～図８（ｄ）は、第１磁性層の磁化方向と高周波との関係を例示する模式図である。図９は、磁気記憶装置についての実験結果を例示する図である。図１０は、磁気記憶装置についての実験結果を例示する図である。図１１（ａ）～図１１（ｃ）は、実施形態に係る磁気記憶装置の動作を例示する模式図である。

以下に、本発明の各実施の形態について図面を参照しつつ説明する。
図面は模式的または概念的なものであり、各部分の厚さと幅との関係、部分間の大きさの比率などは、必ずしも現実のものと同一とは限らない。同じ部分を表す場合であっても、図面により互いの寸法や比率が異なって表される場合もある。
本願明細書と各図において、既出の図に関して前述したものと同様の要素には同一の符号を付して詳細な説明は適宜省略する。

図１は、実施形態に係る磁気記憶装置を例示する模式図である。
図１に示すように、実施形態に係る磁気記憶装置１は、積層体１０及び制御部５０を含む。例えば、積層体１０は、第１磁性層１１、第２磁性層１２、第３磁性層１３、誘電層１４、非磁性層１５、第１電極２１、及び第２電極２２を含む。磁気記憶装置１は、例えば、電圧トルク駆動型の磁気抵抗メモリ（ＭＲＡＭ）である。

第１磁性層１１は、第１電極２１と第２電極２２との間に設けられる。第２磁性層１２は、第１磁性層１１と第２電極２２との間に設けられる。誘電層１４は、第１磁性層１１と第２磁性層１２との間に設けられる。第３磁性層１３は、第１磁性層１１と第１電極２１との間に設けられる。非磁性層１５は、第１磁性層１１と第３磁性層１３との間に設けられる。

制御部５０は、積層体１０と電気的に接続される。具体的には、制御部５０は、第１電極２１及び第２電極２２と電気的に接続される。積層体１０は、例えば、１つの記憶部（メモリセル）となる。制御部５０は、メモリセルを制御する。

例えば、第１配線５０ａ及び第２配線５０ｂが設けられる。制御部５０と第１電極２１は、第１配線５０ａにより電気的に接続される。制御部５０と第２電極２２は、第２配線５０ｂにより電気的に接続される。

図１の例では、第１配線５０ａにおいて、スイッチ５０ｓが設けられている。スイッチ５０ｓは、例えば選択トランジスタなどである。このように、電流経路上にスイッチなどが設けられている状態も、電気的に接続される状態に含まれる。スイッチ５０ｓがオン状態のとき、積層体１０に電圧が印加される。

ここでは、第１磁性層１１と誘電層１４とを結ぶ方向をＺ軸方向（第１方向）とする。Ｚ軸方向は、第１磁性層１１から誘電層１４へ向かう＋Ｚ方向と、その反対の－Ｚ方向と、を含む。Ｚ軸方向と交差する一方向を、Ｘ軸方向とする。Ｘ軸方向及びＺ軸方向を含む面と交差する方向を、Ｙ軸方向とする。Ｘ軸方向は、＋Ｘ方向及び－Ｘ方向を含む。Ｙ軸方向は、＋Ｙ方向及び－Ｙ方向を含む。Ｘ軸方向、Ｙ軸方向、及びＺ軸方向は、例えば、互いに直交する。

図２は、実施形態に係る磁気記憶装置におけるパルス電圧を例示する図である。
図２において、横軸は時間Ｔを表し、縦軸は電圧Ｖを表す。例えば、第１電極２１は、基準電位に接続される。図２における電圧Ｖは、基準電位と第２電極２２に印加される電位との差を表す。

制御部５０は、積層体１０に、図２に示すパルス電圧ＰＶを印加する。具体的には、制御部５０は、第２電極２２に印加する電圧を、第１電圧Ｖ１と第２電圧Ｖ２の間で切り替えることで、パルス電圧ＰＶを発生させる。第２電圧Ｖ２の絶対値は、第１電圧Ｖ１の絶対値よりも大きい。

制御部５０が積層体１０にパルス電圧ＰＶを印加すると、誘電層１４を介して第１磁性層１１にパルス電圧ＰＶが印加される。

図２の例では、パルス電圧ＰＶは、負極性である。すなわち、第２電圧Ｖ２は、第１電圧Ｖ１よりも大きな負の電圧である。パルス電圧ＰＶは、正極性であっても良い。すなわち、第２電圧Ｖ２は、第１電圧Ｖ１よりも大きな正の電圧であっても良い。パルス電圧ＰＶの極性は、積層体１０の特性に応じて、適宜変更可能である。

図２に示すように、パルス電圧ＰＶには、高周波ＨＦが重畳される。例えば、制御部５０は、第２電圧Ｖ２に高周波ＨＦを重畳させ、第１電圧Ｖ１には高周波ＨＦを重畳させない。高周波ＨＦの詳細については、後述する。

図３は、第１磁性層の磁化状態を例示する模式図である。
積層体１０に電圧が印加されていないとき、第１磁性層１１及び第２磁性層１２の磁化方向は、Ｚ軸方向に沿う。「磁化方向がＺ軸方向に沿う」とは、磁化方向とＺ軸方向との間の角度が、磁化方向とＸ軸方向との間の角度よりも小さいことを指す。

第１磁性層１１の磁化方向は、第２磁性層１２の磁化方向よりも変化し易い。第１磁性層１１は、自由層として機能する。第２磁性層１２は、参照層として機能する。

例えば、第２磁性層１２の磁化方向は、＋Ｚ方向に向いている。このとき、第１磁性層１１の磁化方向が＋Ｚ方向に向いている状態は、平行状態Ｐに対応する。第１磁性層１１の磁化方向が－Ｚ方向に向いている状態は、反平行状態ＡＰに対応する。平行状態Ｐにおける積層体１０の電気抵抗は、反平行状態ＡＰにおける積層体１０の電気抵抗よりも小さい。例えば、平行状態Ｐと反平行状態ＡＰの一方は、「０」（第１情報）に対応し、平行状態Ｐと反平行状態ＡＰの他方は、「１」（第２情報）に対応する。

例えば、第１磁性層１１には、有効磁場Ｈｘが働く。有効磁場Ｈｘの向きは、＋Ｘ方向である。誘電層１４を介して第１磁性層１１にパルス電圧が印加されると、第１磁性層１１の磁気異方性が変調する。磁気異方性が変調すると、第１磁性層１１の磁化方向１１Ｍは、有効磁場Ｈｘに沿う＋Ｘ方向を中心として歳差運動を始める。

制御部５０は、磁化方向１１Ｍが＋Ｚ方向側又は－Ｚ方向側にあるときに、電圧の印加を停止させる。電圧の印加が停止されると、磁気異方性が元の状態に戻り、磁化方向１１Ｍは＋Ｚ方向又は－Ｚ方向に沿う。このように、制御部５０は、磁化方向１１Ｍの状態を制御し、第１磁性層１１に情報を記憶する。

例えば、第３磁性層１３は、固定層として機能する。有効磁場Ｈｘは、第１磁性層１１と第３磁性層１３との間の非磁性層１５を介した磁気的相互作用により生じる。又は、積層体１０の外部に設けられた磁性体が、有効磁場Ｈｘを発生させても良い。この場合、積層体１０は、第３磁性層１３及び非磁性層１５を含まなくても良い。

第１磁性層１１の形状磁気異方性により、有効磁場Ｈｘを発生させても良い。例えば、第１磁性層１１のＸ軸方向における長さを、第１磁性層１１のＹ軸方向における長さよりも長くする。又は、第１磁性層１１がコーン磁化状態を有するように、第１磁性層１１の材料を適宜選択しても良い。コーン磁化状態では、外部磁場が実質的に無いときでも、磁化方向がＺ軸方向に対してＸ軸方向に向けて傾斜した状態となる。

第１磁性層１１は、磁化容易軸がＸ軸方向に沿う磁性膜と、磁化容易軸がＺ軸方向に沿う磁性膜と、の積層構造を有していても良い。この場合、第１磁性層１１の磁化方向は、全体として、Ｚ軸方向に対してＸ軸方向に向けて傾斜した状態となる。これにより、第１磁性層１１の磁化状態を、擬似的なコーン磁化状態とすることができる。

第１磁性層１１、第２磁性層１２、及び第３磁性層１３は、例えば、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｃｒ、Ｍｎ、Ｇｄ、Ｎｄ、Ｓｍ、及びＴｂからなる群から選択された少なくとも１つを含む。

第１磁性層１１は、第１領域と第２領域を含んでいても良い。第１領域はＣｏを含み、第２領域はＰｔ及びＰｄからなる群より選択された少なくとも１つを含む。第１領域は、誘電層１４と第２領域との間に設けられる。

第１磁性層１１は、Ｚ軸方向において交互に設けられた複数の第１領域および複数の第２領域を含んでいても良い。各第１領域は、六方最密充填構造（ｈｃｐ）構造または面心立方格子（ｆｃｃ）（１１１）構造を有することが望ましい。各第２領域は、ｆｃｃ（１１１）構造を有することが望ましい。または、第１領域はｆｃｃ（００１）構造を有し、第２領域はｆｃｃ（００１）構造を有していても良い。

誘電層１４は、Ｍｇ、Ｓｉ、Ａｌ、Ｔｉ、Ｚｒ、Ｈｆ、Ｔａ、Ｚｎ、Ｓｒ、及びＢａからなる群から選択された少なくとも１つを含む、酸化物、窒化物、又はフッ化物を含む。誘電層１４は、例えば非磁性である。誘電層１４の面積抵抗は、例えば、１０Ωμｍ^２以上である。望ましくは、誘電層１４の面積抵抗は、３０Ωμｍ^２以上であるより望ましくは、誘電層１４の面積抵抗は、５０Ωμｍ^２以上である。

非磁性層１５は、例えば、導電性であり、Ｔａ、Ｒｕ、Ｗ、Ｉｒ、Ｃｒ、Ｐｔ、及びＰｄの少なくともいずれかを含む。非磁性層１５は、絶縁性であり、Ｍｇ、Ｓｉ、Ａｌ、Ｔｉ、Ｚｒ、Ｈｆ、Ｔａ、Ｚｎ、Ｓｒ、及びＢａからなる群から選択された少なくとも１つを含む、酸化物、窒化物、又はフッ化物を含んでも良い。

第１電極２１及び第２電極２２は、例えば、Ｔａ、Ｒｕ、Ｗ、Ｉｒ、Ａｕ、Ａｇ、Ｃｕ、Ａｌ、Ｃｒ、Ｐｔ、及びＰｄからなる群から選択された少なくとも１つを含む。第１電極２１及び第２電極２２は、例えば非磁性である。

図４～図６は、磁気記憶装置についての実験結果を例示する図である。
図４～図６において、横軸は、積層体１０に印加されるパルス電圧のパルス幅ＰＷを表す。図４において、縦軸は、第１磁性層１１の磁化方向のスイッチング確率ＳＰを表す。また、図５及び図６において、実線は、高周波ＨＦの周波数を変化させたときの、各パルス幅ＰＷにおけるスイッチング確率ＳＰを表す。破線は、高周波ＨＦの位相を表す。

図４は、パルス電圧に高周波を重畳させないときの、各パルス幅ＰＷにおけるスイッチング確率ＳＰを表す。図４の結果から、パルス幅ＰＷの変化に対して、スイッチング確率に周期性があることが分かる。また、パルス幅ＰＷが長くなるほど、スイッチング確率の周期性が低下していることが分かる。これは、パルス幅ＰＷが長くなるほど、第１磁性層１１の磁化方向が＋Ｘ方向又は－Ｘ方向に収束していき、その過程で磁化歳差のコヒーレンシーが低下していることを示す。

図４の結果から、パルス幅ＰＷを０．５ｎｓ以下に設定することで、スイッチング確率ＳＰを向上できることが分かる。しかし、０．５ｎｓ以下のパルス幅を有するパルス電圧の生成は、実際には容易では無い。このため、第１磁性層１１の磁化方向をより正確に制御するためには、パルス幅ＰＷがより長いときでも、スイッチング確率ＳＰの周期性が保たれていることが望ましい。

図５は、高周波の周波数を１．１ＧＨｚから２．３ＧＨｚまで変化させたときの実験結果を示す。この実験では、図２に示すパルス電圧ＰＶの第１電圧Ｖ１から第２電圧Ｖ２への切り替え点において、正弦波の位相を＋９０度に設定した。

図５の結果では、図４の結果と同様に、パルス幅ＰＷが約１ｎｓ以下の２周期目までは、スイッチング確率の変動が大きい。また、パルス幅ＰＷが１ｎｓを超える３周期目以降では、スイッチング確率の周期性が大きく低下している。

図６は、高周波の周波数を２．９ＧＨｚから４．１ＧＨｚまで変化させたときの実験結果を示す。この実験では、図２に示すパルス電圧ＰＶの第１電圧Ｖ１から第２電圧Ｖ２への切り替え点において、正弦波の位相を０度に設定した。

図６の結果では、周波数が２．９ＧＨｚ、３．１ＧＨｚ、３．９ＧＨｚ、又は４．１ＧＨｚのときは、３周期目において周期性が低下している。例えば、周波数が２．９ＧＨｚ又は３．１ＧＨｚのとき、３周期目で２つのピークが観測された。周波数が３．９ＧＨｚ又は４．１ＧＨｚのときは、４周期目の実質的なピークが観測されなかった。

一方、高周波の周波数が３．３ＧＨｚ以上３．７ＧＨｚ以下のときには、４周期目まで明確なピークが観測された。３周期目又は４周期目において、上述したような、複数のピークは観測されなかった。また、スイッチング確率の３周期目及び４周期目は、パルス幅２ｎｓ程度において発生する。図６の結果から、高周波の周波数が３．３ＧＨｚ以上３．７ＧＨｚ以下のとき、パルス幅を２ｎｓ程度まで長くしても、スイッチング確率の低下を抑制できることが分かる。よりパルス幅ＰＷが長いパルス電圧を用いることで、第１磁性層１１の磁化方向をより正確に制御できる。これにより、磁気記憶装置１の書き込み動作時のエラーレートを低減させ、磁気記憶装置１の信頼性を向上させることができる。

発明者らの検討によれば、高周波の周波数は、書き込み動作時における第１磁性層１１の磁気共鳴周波数に基づいて設定されることが好適と考えられる。図５及び図６の実験結果が得られた第１磁性層１１の磁気共鳴周波数は、約１．７ＧＨｚである。この磁気共鳴周波数と図６の結果（３．３ＧＨｚ以上３．７ＧＨｚ以下）から、高周波の周波数は、書き込み動作時における第１磁性層１１の磁気共鳴周波数の、１．９４倍以上２．１８倍以下が望ましいことが分かる。

書き込み動作時における第１磁性層１１の磁気共鳴周波数は、有効磁場Ｈｘの大きさ、パルス電圧のオン時の電圧値（第２電圧の大きさ）などに依存する。

図７及び図８は、第１磁性層の磁化方向と高周波との関係を例示する模式図である。
図７（ａ）及び図７（ｂ）は、高周波の周波数ｆが書き込み動作時における第１磁性層１１の磁気共鳴周波数ｆ_０と同じときの様子を示す。ｆ＝ｆ_０のとき、図７（ａ）に示すように、第１磁性層１１の磁化方向１１Ｍが－Ｚ方向へ歳差したときに、負電圧が最大となる。その後、図７（ｂ）に示すように、磁化方向１１Ｍが＋Ｚ方向へ歳差したときに、負電圧が最小となる。

負電圧が小さくなるにつれて磁気異方性の変調の効果が弱まり、磁化方向１１Ｍの歳差運動が抑制される。この結果、図７（ａ）の状態の後に、磁化方向１１Ｍの－Ｚ方向から＋Ｚ方向への歳差が阻害される。

図８（ａ）～図８（ｄ）は、高周波の周波数ｆが第１磁性層１１の磁気共鳴周波数ｆ_０の２倍であるときの様子を示す。図８（ａ）及び図８（ｂ）は、第１磁性層１１の磁化方向１１Ｍが＋Ｚ方向から－Ｚ方向へ歳差するときの様子を表している。

磁化方向１１Ｍが＋Ｚ方向から－Ｚ方向へ歳差するまでの間、図８（ａ）に示すように、磁化方向１１ＭがＸ軸方向に沿うときに負電圧が最大となる。すなわち、磁化方向１１ＭがＸ軸方向に沿うときに、磁気異方性の変調の効果が強まる。これにより、磁化方向１１Ｍの歳差運動が促進される。その後、図８（ｂ）に示すように、磁化方向１１Ｍが－Ｚ方向を向いたときに、負電圧が最小となる。すなわち、磁化方向１１ＭがＺ軸方向に沿うときに、磁気異方性の変調の効果が弱まる。これにより、磁化方向１１Ｍの歳差運動が促進される。

図８（ｃ）及び図８（ｄ）は、第１磁性層１１の磁化方向１１Ｍが－Ｚ方向から＋Ｚ方向へ歳差するときの様子を表している。このときも、図８（ａ）及び図８（ｂ）と同様、磁化方向１１ＭがＸ軸方向に沿うとき、図８（ｃ）に示すように負電圧が最大となる。また、磁化方向１１ＭがＺ軸方向に沿うとき、図８（ｄ）に示すように負電圧が最小となる。これにより、磁化方向１１Ｍの歳差運動が促進される。

以上のメカニズムにより、高周波の周波数が書き込み動作時における第１磁性層１１の磁気共鳴周波数の約２倍のときに、第１磁性層１１のスイッチング確率が向上すると考えられる。

図９は、磁気記憶装置についての実験結果を例示する図である。
図９では、図５及び図６と同様に、横軸はパルス電圧のパルス幅ＰＷを表し、実線は、高周波の位相を＋２７０度から＋３３０度まで変化させたときの、各パルス幅ＰＷにおけるスイッチング確率ＳＰを示す。破線は、高周波の位相を示す。図９は、高周波の周波数を４．０ＧＨｚに設定したときの実験結果を表している。この実験では、パルス電圧の第１電圧から第２電圧への切り替え点において、正弦波の位相を＋２７０度から＋３３０度まで変化させた。

図６の結果では、高周波の周波数が３．９ＧＨｚ又は４．１ＧＨｚのとき、スイッチング確率ＳＰの変動の４周期目において、実質的なピークが観測されなかった。これに対して、図９の結果からは、位相が＋２７０度以上＋３３０度以下のとき、パルス幅ＰＷが２ｎｓを超える５周期目においても、明確なピークが観測された。発明者らの検討によれば、位相は、１ｎｓ以上の第２電圧が印加されたときの、磁化方向１１Ｍの歳差運動に応じて設定されることが望ましい。

図９の結果から、高周波の位相を調整することで、周波数が書き込み動作時における第１磁性層１１の磁気共鳴周波数の２．１８倍を超えるときでも、１ｎｓ以上のパルス幅ＰＷにおけるスイッチング確率ＳＰを向上できることが分かる。また、図６及び図９の結果から、高周波の周波数が、書き込み動作時における第１磁性層１１の磁気共鳴周波数の約１．９４倍以上２．３５倍以下のとき、位相の調整により、磁気記憶装置１の書き込み動作時のエラーレートを低減できることが分かる。

図１０は、磁気記憶装置におけるエラーレートの測定結果を例示する図である。
図１０において、横軸は、パルス幅ＰＷを示す。縦軸は、書き込みエラーレートＷＥＲを示す。白丸は、高周波の周波数を１０ＧＨｚに設定したときの結果を表す。黒丸は、高周波の周波数を４ＧＨｚ、切り替え点における正弦波の位相を＋２９０度に設定したときの結果を表す。図１０の結果から、高周波の周波数を適切に設定することで、特にパルス幅ＰＷが１ｎｓ以上３ｎｓ以下の範囲において、書き込みエラーレートＷＥＲを大きく低減できることが分かる。

高周波は、図２に示すように、第２電圧Ｖ２にのみ重畳させても良いし、さらに第１電圧Ｖ１に重畳させても良い。高周波の振幅が第１電圧Ｖ１と第２電圧Ｖ２との差より小さければ、第１電圧Ｖ１に高周波を重畳させても、高周波は書き込み動作に実質的な影響を与えない。ただし、第２電圧Ｖ２における高周波の位相を調整するときには、高周波を第２電圧Ｖ２にのみ重畳させることが望ましい。位相の調整が容易となるためである。

高周波の振幅は、第１電圧Ｖ１と第２電圧Ｖ２との差の５％以上２０％以下であることが望ましい。振幅が電圧差の５％未満のとき、第１磁性層１１の磁化方向の歳差を十分に促進できない。振幅が電圧差の２０％を超えると、積層体１０に印加される電圧の最大値が大きくなりすぎ、積層体１０が破壊される可能性がある。振幅を電圧差の５％以上２０％以下にすることで、積層体１０の破壊を抑制しつつ、エラーレートを低減できる。

以上の例では、積層体１０にパルス電圧を印加していないときに、第１磁性層１１の磁化方向は、Ｚ軸方向に沿う。実施形態に係る磁気記憶装置１は、この例に限定されない。積層体１０にパルス電圧を印加していないときに、第１磁性層１１の磁化方向は、Ｘ軸方向又はＹ軸方向に沿っていても良い。この場合、積層体１０にパルス電圧が印加されると、第１磁性層１１の磁化方向は、Ｚ軸方向を中心として歳差運動する。このとき、高周波の周波数を書き込み動作時における第１磁性層１１の磁気共鳴周波数の約１．９４倍以上２．３５倍以下にすることで、書き込み動作におけるエラーレートを低減できる。

図１１（ａ）～図１１（ｃ）は、実施形態に係る磁気記憶装置の動作を例示する模式図である。
制御部５０は、図１１（ａ）に示すように、第１動作ＯＰ１及び第２動作ＯＰ２を実施する。第１動作ＯＰ１において、制御部５０は、高周波を重畳させていないパルス電圧ＰＶ１を積層体１０に印加する。第２動作ＯＰ２において、制御部５０は、高周波ＨＦを重畳させたパルス電圧ＰＶ２を積層体１０に印加する。

第１動作ＯＰ１は、読み出し動作に対応し、第２動作ＯＰ２は、書き込み動作に対応する。例えば、パルス電圧ＰＶ１（読み出しパルス）の極性は、パルス電圧ＰＶ２（書き込みパルス）の極性の逆である。読み出しパルスの極性を、書き込みパルスの極性と逆にすることで、読み出し動作で第１磁性層の磁化方向が変化することを抑制できる。

制御部５０は、第２電極２２に印加する電圧を、第１電圧Ｖ１と第３電圧Ｖ３の間で切り替えることで、パルス電圧ＰＶ１を発生させる。第３電圧Ｖ３の絶対値は、第１電圧Ｖ１の絶対値よりも大きい。例えば、第１電圧Ｖ１と第３電圧Ｖ３との差は、第１電圧Ｖ１と第２電圧Ｖ２との差よりも小さい。

例えば、制御部５０は、第１動作ＯＰ１で第１磁性層１１に書き込まれた情報を読み出す。第１磁性層１１の情報を書き換えるとき、制御部５０は、第２動作ＯＰ２を実行する。第２動作ＯＰ２により、第１磁性層１１の情報が書き換えられる。換言すると、第２動作ＯＰ２の実行後における積層体１０の電気抵抗は、第２動作ＯＰ２の実行前における積層体１０の電気抵抗と異なる。

制御部５０は、図１１（ｂ）に示すように、第１動作ＯＰ１の後に、第２動作ＯＰ２を実行しなくても良い。第１磁性層１１の情報を書き換える必要が無いときには、第２動作ＯＰ２は実行されない。

例えば図９に示すように、パルス電圧のパルス幅に応じて、スイッチング確率は周期的に変化する。図１１（ａ）に示すパルス電圧ＰＶ２のパルス幅ＰＷ１を適切に制御することで、第１磁性層１１の磁化方向を変化させることができる。パルス幅が適切では無いと、第１磁性層１１の磁化方向は、歳差運動の結果、変化しない。

例えば図１１（ｃ）に示すように、第１動作ＯＰ１の後に、第３動作ＯＰ３が実行される。第３動作ＯＰ３において、パルス電圧ＰＶ３のパルス幅は、図１１（ａ）に示す第２動作ＯＰ２のパルス幅ＰＷ１の２倍である。第２動作ＯＰ２により第１磁性層１１の磁化方向が変化する場合、第３動作ＯＰ３では第１磁性層１１の磁化方向が変化しない。換言すると、第３動作ＯＰ３の実行後における積層体１０の電気抵抗は、第３動作ＯＰ３の実行前における積層体１０の電気抵抗と実質的に同じである。

以上で説明した実施形態によれば、エラーレートを低減できる磁気記憶装置を提供することができる。

以上、具体例を参照しつつ、本発明の実施の形態について説明した。しかし、本発明は、これらの具体例に限定されるものではない。磁気記憶装置に含まれる各要素の具体的な構成に関しては、当業者が公知の範囲から適宜選択でき、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更などを行うことができる。

１磁気記憶装置、１０積層体、１１第１磁性層、１１Ｍ磁化方向、１２第２磁性層、１３第３磁性層、１４誘電層、１５非磁性層、２１第１電極、２２第２電極、５０制御部、５０ａ第１配線、５０ｂ第２配線、５０ｓスイッチ、Ｐ平行状態、ＡＰ反平行状態、ＨＦ高周波、Ｈｘ有効磁場、ＯＰ１第１動作、ＯＰ２第２動作、ＯＰ３第３動作、ＰＶ、ＰＶ１～ＰＶ３パルス電圧、ＰＷ、ＰＷ１パルス幅、ＳＰスイッチング確率、Ｖ電圧、Ｖ１第１電圧、Ｖ２第２電圧、Ｖ３第３電圧、ＷＥＲエラーレート、Ｔ時間

Claims

第１磁性層及び誘電層を含む積層体と、
前記積層体と電気的に接続され、前記誘電層を介して前記第１磁性層に高周波を重畳させたパルス電圧を印加する制御部と、
を備え、
前記高周波が重畳された前記パルス電圧の極性は、正極又は負極のいずれかであり、
前記高周波の周波数は、書き込み動作時における前記第１磁性層の磁気共鳴周波数の１．９４倍以上２．３５倍以下であることを特徴とする、磁気記憶装置。
前記制御部は、第１電圧と、前記第１電圧よりも絶対値が大きい第２電圧と、を切り替えることで前記パルス電圧を発生させ、
前記高周波の振幅は、前記第１電圧と前記第２電圧との差の５％以上２０％以下であることを特徴とする、請求項１記載の磁気記憶装置。
前記制御部は、前記第２電圧に前記高周波を重畳させ、前記第１電圧には前記高周波を重畳させないことを特徴とする、請求項２記載の磁気記憶装置。
前記制御部は、
パルス幅が第１幅である前記パルス電圧を、前記誘電層を介して前記第１磁性層に印加する第１書き込み動作と、
パルス幅が前記第１幅と異なる第２幅である前記パルス電圧を、前記誘電層を介して前記第１磁性層に印加する第２書き込み動作と、
を実行可能であり、
前記制御部により前記第１書き込み動作が実行されると、前記第１磁性層に第１情報が書き込まれ、
前記制御部により前記第２書き込み動作が実行されると、前記第１磁性層に前記第１情報と異なる第２情報が書き込まれることを特徴とする、請求項１～３のいずれか１つに記載の磁気記憶装置。
前記誘電層は、Ｍｇ、Ｓｉ、Ａｌ、Ｔｉ、Ｚｒ、Ｈｆ、Ｔａ、Ｚｎ、Ｓｒ、及びＢａからなる群から選択された少なくとも１つを含む、酸化物、窒化物、又はフッ化物を含み、
前記誘電層の面積抵抗は、１０Ωμｍ^２以上であることを特徴とする、請求項１～４のいずれか１つに記載の磁気記憶装置。
前記第１磁性層は、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｃｒ、Ｍｎ、Ｇｄ、Ｎｄ、Ｓｍ、及びＴｂからなる群から選択された少なくとも１つを含むことを特徴とする、請求項１～５のいずれか１つに記載の磁気記憶装置。
前記積層体は、第２磁性層をさらに含み、
前記誘電層は、前記第１磁性層と前記第２磁性層との間に設けられ、
前記制御部は、前記第１磁性層及び前記第２磁性層との間に、前記高周波を重畳させた前記パルス電圧を印加することを特徴とする、請求項１～６のいずれか１つに記載の磁気記憶装置。
前記第１磁性層の磁化方向は、前記第１磁性層と前記誘電層とを結ぶ第１方向に沿うことを特徴とする、請求項１～７のいずれか１つに記載の磁気記憶装置。
前記第１磁性層の磁化状態は、コーン磁化状態又は擬似コーン磁化状態であることを特徴とする、請求項１～８のいずれか１つに記載の磁気記憶装置。