JPWO2017159432A1 - 磁気メモリ - Google Patents
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Abstract
Description
本願は、2016年3月14日に、日本に出願された特願2016−050266、及び2016年9月16日に、日本に出願された特願2016−182359に基づき優先権を主張し、その内容をここに援用する。
従って、TMR素子及びGMR素子のいずれの磁気抵抗効果素子においても、この磁気抵抗効果素子に流れる電流密度を低減することが望まれている。
<磁気メモリ(回路図)>
図1及び図2は、本実施形態にかかる磁気メモリの回路図である。磁気メモリ200は、複数の駆動素子100を有する。駆動素子100は、磁気抵抗効果素子10とスピン軌道トルク配線20とを有する。図1及び図2の回路では、スピン軌道トルク配線20を抵抗21、22として図示している。図1に示す磁気メモリ200及び図2に示す磁気メモリ201はいずれも、書込み時及び読込み時の電流リークは僅かであり、磁気メモリとして機能する。
図3は、第1実施形態に係る磁気メモリの回路構造を模式的に示した模式図である。図3に示す模式図は、図1に示す回路図に対応する。
第1実施形態に係る磁気メモリ200は、磁気抵抗効果素子10と、第1配線11と、スピン軌道トルク配線20と、第1制御素子13と、第2制御素子14と、第1セル選択素子15とを有する。
図4は、第1実施形態に係る磁気メモリの磁気抵抗効果素子近傍の要部を拡大した断面模式図である。
第1強磁性金属層1は固定層や参照層、第2強磁性金属層3は自由層や記録層などと呼ばれる。
例えば、非磁性層2が絶縁体からなる場合(トンネルバリア層である場合)、その材料としてAl2O3、SiO2、Mg、及び、MgAl2O4等を用いることができる。またこれらの他にも、Al、Si、Mgの一部が、Zn、Be等に置換された材料等を非磁性層2に用いることができる。これらの材料の中でもMgOやMgAl2O4は、コヒーレントトンネルが実現できる材料であるため、スピンを効率よく透過できる。
非磁性層2が金属からなる場合、その材料としてCu、Au、Ag等を用いることができる。
第1配線11は、複数の磁気抵抗効果素子10のうち少なくとも一つの磁気抵抗効果素子10に設けられている。第1配線11は、複数の磁気抵抗効果素子10のそれぞれの第1強磁性金属層1と電気的に接続されている。
スピン軌道トルク配線20は、磁気抵抗効果素子10の積層方向に対して交差する方向に延在する。スピン軌道トルク配線20は、複数の磁気抵抗効果素子10のそれぞれに設けられている。スピン軌道トルク配線20は、それぞれの磁気抵抗効果素子10の第2強磁性金属層3に接続されている。
スピン軌道トルク配線20は、第2強磁性金属層3に直接接続されていてもよいし、他の層を介して接続されていてもよい。
図3及び図4に示すように、第1制御素子13は、第1配線11に接続されている。第1制御素子13は、図示略の外部電源に接続され、第1配線11に流す電流を制御する。
書き込み動作は、2種類の方式がある。
第1の方式は、純スピン流が誘起したスピン軌道トルク(SOT)のみを利用して書込み(磁化反転)を行う方式である。第2の方式は、スピントランスファートルク(STT)又は磁気抵抗効果素子10にかかる電圧による書込みをスピン軌道トルク(SOT)でアシストする方式である。
第1の方式は、第2制御素子14と第1セル選択素子15によって書込みを制御する。
第2の方式は、第1制御素子13と、第2制御素子14と第1セル選択素子15によって書込みを制御する。
第2の電流経路は、第1制御素子13、第1配線11、磁気抵抗効果素子10、スピン軌道トルク配線20、第3配線17、選択された第1セル選択素子15の順に流れる経路である。
読出し動作は、上述の第2の電流経路に電流を流すことで行う。流す電流は、第2強磁性金属層3の磁化の向きが反転しない程度の電流である。
本実施形態に係る磁気メモリは公知の方法を用いて製造することができる。以下、磁気メモリの製造方法について説明する。
図9は、第2実施形態に係る磁気メモリの回路構造の模式図であり、図10は、第2実施形態に係る磁気メモリの回路構造の斜視模式図である。また図11は、第2実施形態に係る磁気メモリの磁気抵抗効果素子近傍の要部の断面模式図である。第1実施形態と同一の構成については同一の符号を付している。
第4配線40は、各磁気抵抗効果素子10と、第2セル選択素子41とを繋ぐ。第4配線40の磁気抵抗効果素子10の一端は、第3接続点20Cに接続されている。第3接続点20Cは、磁気抵抗効果素子10の積層方向から平面視した際に磁気抵抗効果素子10と重なる位置に設けられている(図11参照)。第3接続点20Cは、スピン軌道トルク配線20の磁気抵抗効果素子10と反対側の面に設けられている。
第2実施形態に係る磁気メモリ204は、読出し動作時の経路が異なる。書込み動作は、第1実施形態に係る磁気メモリ200と同一の方式で行われる。
第3の電流経路は、第1制御素子13、第1配線11、磁気抵抗効果素子10、スピン軌道トルク配線20、第4配線40、第2セル選択素子41の順に流れる経路である。
図12は、第3実施形態に係る磁気メモリの回路構造の模式図であり、図13は、第3実施形態に係る磁気メモリの回路構造の斜視模式図である。図では、第1実施形態と同一の構成については同一の符号を付している。
図12及び図13に示すように、データ消去用素子50は、各スピン軌道トルク配線20に接続される第3配線17のそれぞれに接続されている。データ消去用素子50は、第5配線51と各第3配線17を介して、スピン軌道トルク配線20の第2接続点20Bに接続されている。
消去動作は、第2制御素子14とデータ消去用素子50とによって行う。第2制御素子14とデータ消去用素子50が開放されると、以下の第4の電流経路が形成される。
第4の電流経路は、第2制御素子14、第2配線16、各スピン軌道トルク配線20、各第3配線17、第5配線51、データ消去用素子50の順に流れる経路である。この際、ノイズを生み出す不適切な電流経路が形成されないように、データ消去用素子50の電位は第2制御素子14の電位より低くすることが好ましい。
図14は、第4実施形態に係る磁気メモリの回路構造の模式図である。図では、第1実施形態と同一の構成については同一の符号を付している。
Claims (10)
- 磁化方向が固定された第1強磁性金属層と、磁化方向が変化するように構成された第2強磁性金属層と、第1強磁性金属層及び第2強磁性金属層の間に設けられた非磁性層とを有する複数の磁気抵抗効果素子と、
前記複数の磁気抵抗効果素子のうち少なくとも一つの前記磁気抵抗効果素子の前記第1強磁性金属層に接続された第1配線と、
前記複数の磁気抵抗効果素子のそれぞれの前記第2強磁性金属層に接続され、前記磁気抵抗効果素子の積層方向に対して交差する方向に延在する複数のスピン軌道トルク配線と、
前記第1配線に接続され、前記磁気抵抗効果素子に流れる電流を制御する少なくとも一つ第1制御素子と、
前記複数のスピン軌道トルク配線のそれぞれの第1接続点に接続され、前記スピン軌道トルク配線に流れる電流を制御する少なくとも一つ第2制御素子と、
前記複数のスピン軌道トルク配線のそれぞれの第2接続点に、それぞれ接続された複数の第1セル選択素子と、を備える磁気メモリ。 - 前記磁気抵抗効果素子は、前記積層方向から見て、前記第1接続点と前記第2接続点に挟まれている請求項1に記載の磁気メモリ。
- 前記複数のスピン軌道トルク配線のそれぞれの第3接続点に接続された複数の第2セル選択素子をさらに有し、
前記第3接続点は、前記積層方向から見て、前記磁気抵抗効果素子と重なる位置に設けられている請求項1又は2のいずれかに記載の磁気メモリ。 - 前記複数のスピン軌道トルク配線のそれぞれの第2接続点に接続され、前記複数の磁気抵抗効果素子のそれぞれの第2強磁性金属層の磁化の向きを一括で制御するデータ消去用素子をさらに備える請求項1〜3のいずれか一項に記載の磁気メモリ。
- 前記スピン軌道トルク配線は、最外殻にd電子又はf電子を有する原子番号39以上の非磁性金属を含む請求項1〜4のいずれか一項に記載の磁気メモリ。
- 前記第1配線が複数の磁気抵抗効果素子に接続される場合において、前記複数の磁気抵抗効果素子のそれぞれと前記第1制御素子との間に整流素子が設けられている、請求項1〜5のいずれか一項に記載の磁気メモリ。
- 前記第1制御素子の電位が前記第2制御素子の電位よりも高い、請求項1〜6のいずれか一項に記載の磁気メモリ。
- 前記非磁性層の面積抵抗が1000Ω/μm2よりも大きい、請求項1〜7のいずれか一項に記載の磁気メモリ。
- 磁化方向が固定された第1強磁性金属層と、磁化方向が変化するように構成された第2強磁性金属層と、第1強磁性金属層及び第2強磁性金属層の間に設けられた非磁性層とを有する磁気抵抗効果素子と、
磁気抵抗効果素子の前記第2強磁性金属層に接続され、前記磁気抵抗効果素子の積層方向に対して交差する方向に延在するスピン軌道トルク配線と、を有する複数の駆動素子と、
前記複数の駆動素子のそれぞれの前記第1強磁性金属層に接続された複数の第1制御素子と、
前記複数の駆動素子のうち少なくとも二つの駆動素子のスピン軌道トルク配線の第1接続点に接続された少なくとも一つの第2制御素子と、
前記複数の駆動素子のそれぞれの前記スピン軌道トルク配線の第2接続点に接続された複数の第1セル選択素子と、
を有する磁気メモリ。 - 磁化方向が固定された第1強磁性金属層と、磁化方向が変化するように構成された第2強磁性金属層と、第1強磁性金属層及び第2強磁性金属層の間に設けられた非磁性層とを有する磁気抵抗効果素子と、
磁気抵抗効果素子の前記第2強磁性金属層に接続され、前記磁気抵抗効果素子の積層方向に対して交差する方向に延在するスピン軌道トルク配線と、を有する複数の駆動素子と、
前記複数の駆動素子のうち少なくとも二つの駆動素子の前記第1強磁性金属層に接続された少なくとも一つの第1制御素子と、
前記複数の駆動素子のそれぞれの前記スピン軌道トルク配線の第1接続点に接続された複数の第2制御素子と、
前記複数の駆動素子のそれぞれの前記スピン軌道トルク配線の第2接続点に接続された複数の第1セル選択素子と、
を有する磁気メモリ。
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