KR20130091696A - 선형 감지 신호를 갖는 자기-참조 ｍｒａｍ 소자 - Google Patents

선형 감지 신호를 갖는 자기-참조 ｍｒａｍ 소자 Download PDF

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KR20130091696A
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케네뜨 마카
이온 루시앙 프흐쥬베뉘
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크로커스 테크놀러지 에스에이
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Abstract

본 발명은 자기 터널 접합이 저온 임계치에 있는 경우 제 1 방향을 따라 피닝되는 저장 자화를 갖는 저장층; 감지 자화를 갖는 감지층; 및 저장층과 감지층 사이에 포함되는 터널 배리어층을 구비하는 자기저항을 갖는 자기 터널 접합을 포함하는 자기-참조 MRAM 소자로서, 정렬 장치는 감지 자화가 제 2 방향에 대해 조정되도록 제 1 방향과 실질적으로 수직인 제 2 방향을 따라 자기 이방성을 갖는 감지 자화를 제공하기 위해 배열되며, 제 1 판독 자기장이 제공되는 경우 자기 터널 접합의 저항 변화 범위가 자기저항보다 적어도 약 20%이도록 더 배열된다. 자기-참조 MRAM 셀은 증가한 신뢰도로 판독될 수 있고, 낮은 전력 소모를 갖는다.

Description

선형 감지 신호를 갖는 자기-참조 ＭＲＡＭ 소자{Self-Referenced MRAM Element with Linear Sensing Signal}
본 발명은 낮은 판독 자기장을 보장하는 선형 감지 신호를 사용한 자기-참조 자기 랜덤 액세스 메모리(MRAM) 셀에 관한 것이다.
소위 자기-참조 판독 동작을 사용하는 자기 랜덤 액세스 메모리(MRAM) 셀은 일반적으로 제 1 안정된 방향에서 제 2 안정된 방향으로 변화될 수 있는 자화 방향을 갖는 자기 저장층, 얇은 절연층 및 가역적인 방향을 갖는 감지층으로 형성된 자기 터널 접합을 포함한다. 자기-참조 MRAM 셀은 저전력 소모 및 증가한 속도로 기록 및 판독 동작을 수행할 수 있도록 한다.
그러나, 판독 동작 동안 폐자속(closed magnetic flux) 구성에서 감지층의 자화와 저장층의 자화를 결합하는 로컬 자기 스트레이 필드(local magnetic stray field)로 인해, 저장층 및 감지층 사이에 다이폴라 커플링(dipolar coupling)이 발생한다. 이후, 판독 동작 동안 감지층 자화를 전환하는 것은 이런 다이폴라 커플링을 극복하기에 충분히 큰 자기장을 인가하는 것을 필요로 한다. 필드 사이클(field cycle)을 인가하여 감지층의 히스테리시스 루프(hysteresis loop)를 측정하는 경우, 다이폴라 커플링에 의해 히스테리시스 루프가 변이(shift)(또는 바이어스(bias))된다. 이런 다이폴라 커플링은 저장층 및 감지층의 두께 및 자화 그리고 자기 터널 접합의 크기에 의존한다. 특히, 다이폴라 커플링은 자기 터널 접합 직경이 감소할 때 증가하므로, MRAM 셀의 크기를 축소시키고자 하는 경우 중요한 문제가 될 수 있다.
미국출원 US20090190390은 제 1 축을 따라 제 1 자화를 갖는 제 1 자기층 구조; 제 2 자기층 구조; 및 제 1 및 제 2 자기층 구조 사이의 비-자기 스페이서층을 포함하는 MRAM 셀에 관한 것이다. 제 2 자기층 구조는 제 2 자화의 방향을 변경하여 제 1 축을 따라 제 1 자화의 방향이 결정될 수 있도록 제 1 축에 대해 일정한 각도로 배열된 제 2 축으로 제 2 자화를 가진다.
본 발명은 자기 터널 접합이 저온 임계치에 있는 경우 제 1 방향을 따라 피닝되는 저장 자화를 갖는 저장층, 감지 자화를 갖는 감지층 및 저장층과 감지층 사이에 포함되는 터널 배리어층을 구비하는 접합 저항을 갖는 자기 터널 접합을 포함하는 MRAM 소자에 관한 것으로서, 상기 자기 터널 접합은 감지 자화가 저장 자화와 반평행인 고 접합 저항값과 감지 자화가 저장 자화와 평행인 저 접합 저항값 사이의 차에 해당하는 자기저항을 가지며; 상기 MRAM 소자는 제 1 방향과 실질적으로 수직인 제 2 방향을 따라 자기 이방성을 갖는 감지 자화를 제공하기 위해 배열되는 정렬 장치 및 자기저항보다 적어도 약 20%인 범위 내에서 접합 저항을 변경하기 위해, 제 2 방향에 대해 감지 자화를 조정하도록 형성된 제 1 판독 자기장을 제공하는 제 1 전류선을 더 포함하며; 상기 정렬 장치는 접합 저항이 상기 범위 내에서 선형적으로 변하도록 더 배열된다.
한 실시예로, 상기 정렬 장치는 자기 터널 접합이 저온 임계치에 있고 제 1 판독 자기장이 없는 경우 제 2 방향을 따라 감지 자화를 피닝하도록, 감지층과 교환-결합하는 제 2 반강자성층을 포함할 수 있다.
또 다른 실시예로, 제 2 반강자성층과 감지층 사이의 교환-결합은 자기 터널 접합이 저온 임계치에 있고 제 1 판독 자기장을 인가하는 경우 감지 자화가 제 2 방향에 대해 조정가능하도록 할 수 있다.
또 다른 실시예로, 제 2 반강자성층과 감지층 사이의 교환-결합은 접합 저항이 상기 범위 내에서 선형적으로 변하도록 저항 반응 곡선을 이동시킨다.
또 다른 실시예로, 상기 정렬 장치는 제 1 계자전류선과 실질적으로 직교하고 제 2 방향을 따라 감지 자화를 포화시키도록 제 2 계자전류선을 인가하기 위해 형성된 제 2 전류선을 포함할 수 있다.
또 다른 실시예로, 상기 MRAM 소자는 자기 터널 접합이 저온 임계치에 있고 제 1 판독 자기장을 인가하는 경우 제 1 방향을 따라 저장 자화를 피닝하도록 저장층과 교환-결합하는 제 1 반강자성층을 더 포함할 수 있다.
또한, 본 발명은 감지 자화를 제 1 판독 방향으로 조정하는 단계; 제 1 접합 저항값을 측정하는 단계; 감지 자화를 제 2 판독 방향으로 조정하는 단계; 및 제 2 접합 저항값을 측정하는 단계를 포함하는 MRAM 소자를 판독하는 방법에 관한 것으로서, 상기 감지 자화를 조정하는 단계는 자기저항보다 적어도 약 20%인 범위 내에서 제 2 방향에 대해 수행되며, 접합 저항은 상기 범위 내에서 선형적으로 변한다.
본 명세서에 개시된 자기-참조 MRAM 셀은 낮은 판독 자기장을 사용하는 경우 증가한 신뢰도로 판독될 수 있으며, 강한 다이폴라 오프셋(offset)이 존재하는 경우에도 종래의 자기-참조 MRAM 셀에 비해 낮은 전력 소모를 가진다.
본 발명은 예로써 제공되고 도면에 도시된 실시예의 상세한 설명을 통해 더 잘 이해될 것이다.
도 1은 한 실시예에 따라, 저장층과 감지층을 포함하는 랜덤 액세스 메모리(MRAM) 소자를 도시한다.
도 2는 한 실시예에 따라, 저장 자화의 배열 및 감지 자화의 배열을 도시하는 저장층의 평면도(도 2의 (a)) 및 감지층의 평면도(도 2의 (b) 및 (c))를 나타낸다.
도 3은 한 실시예에 따라, 자기 터널 접합의 저항 응답 곡선을 도시한다.
도 4는 또 다른 실시예에 따라, 자기 터널 접합의 저항 응답 곡선을 도시한다.
도 5는 한 실시예에 따라 MRAM 소자를 나타낸다.
도 1은 한 실시예에 따라 자기-참조 랜덤 액세스 메모리(MRAM) 소자(1)를 도시한다. MRAM 소자(1)는 저장 자화(231)를 갖는 저장층(23); 감지 자화(211)를 갖는 감지층(21); 및 저장층(23)과 감지층(21) 사이의 터널 배리어층(22)을 구비하는 자기 터널 접합(2)을 포함한다. 도 2는 저장 자화 및 감지 자화(231, 211)의 배열을 각각 도시하는 MRAM 소자(1)의 저장층(23)의 평면도(도 2의 (a)) 및 감지층(21)의 평면도(도 2의 (b) 및 (c))를 나타낸다. 자기 터널 접합(2)은 제 1 임계 온도(TC1) 미만의 저온 임계치에서는 저장 자화(231)가 저온 임계치에서 제 1 방향(60)을 따라 피닝되고(pinned), 제 1 임계 온도(TC1) 이상에서는 저장 자화가 고온 임계치에서 더 이상 피닝되지 않도록, 제 1 임계 온도(TC1)를 가지며 저장층(23)과 교환-결합하는 제 1 반강자성층(24)을 더 포함한다.
한 실시예에 따르면, MRAM 소자(1)의 열-보조(TA) 기록 동작은 자기 터널 접합(2)을 고온 임계치로 가열하는 단계; 저장 자화(231)를 조정하는 단계; 및 자기 터널 접합(2)을 저온 임계치로 냉각하는 단계를 포함할 수 있다.
자기 터널 접합(2)을 가열하는 단계는 자기 터널 접합(2)에 전기 연결된 제 1 전류선(3)을 통해, 가열 전류(31)를 자기 터널 접합(2)에 통과시킴으로써 수행될 수 있다. 저장 자화(231)의 배향을 조정하는 단계는 제 1 방향(60)을 따라 저장 자화(231)를 전환하도록 형성된 외부 기록 자기장(42)을 인가함으로써 수행될 수 있다. 도 1의 예에서, MRAM 소자(1)는 자기 터널 접합(2)과 통신하는 제 1 계자전류선(4)을 더 포함한다. 제 1 계자전류선(4)은 기록 자기장(42)을 발생시키도록 기록 전류(41)를 통과시키기 위해 형성된다. 제 1 계자전류선(4)과 기록 전류(41)는 기록 자기장(42)이 좌측을 향하는 초기 배향(미도시)으로부터 우측을 향하는 기록된 배향으로 저장 자화(231)를 전환하도록 도면 페이지로 들어가는 방향으로 도시된다. 대안으로, 기록 자기장(42)은 또한 전류선(3)에 계자 전류(41)를 통과시켜 발생할 수 있다. 자기 터널 접합(2)이 저온 임계치로 냉각되었다면, 저장 자화(231)는 기록 자기장(42)의 배향을 따라 조정된 또는 기록된 배향으로 피닝된다.
자기-참조 판독 동작을 사용하는 MRAM 소자(1)의 판독 방법은 감지 자화(211)를 제 1 판독 방향으로 조정하는 단계; 제 1 접합 저항값(R1)을 측정하는 단계; 감지 자화(211)를 제 2 판독 방향으로 조정하는 단계; 및 제 2 접합 저항값(R2)을 측정하는 단계를 포함할 수 있다.
감지 자화(211)를 제 1 판독 방향으로 조정하는 단계는 제 1 계자전류선(4)에 제 1 극성을 갖는 제 1 판독 전류(43)를 통과시킴으로써, 제 1 극성을 갖는 제 1 판독 자기장(44)을 인가하는 단계를 포함할 수 있다. 감지 자화(211)를 제 2 판독 방향으로 조정하는 단계는 제 1 계자전류선(4)에 제 1 극성과 정반대인 제 2 극성을 갖는 제 1 판독 전류(43)를 통과시킴으로써, 제 1 극성과 정반대인 제 2 극성을 갖는 제 1 판독 자기장(44)을 인가하는 단계를 포함할 수 있다. 제 1 판독 자기장(44)은 예컨대 저장 자화(231)가 제 1 반강자성층(24)에 의해 피닝되는 저온 임계치와 일치할 수 있는, 제 1 임계 온도 미만인 판독 온도로 인가된다. 제 1 및 제 2 접합 저항값(R1, R2)을 측정하는 단계는 전류선(3)을 통해 자기 터널 접합(2)에 감지 전류(32)를 통과시킴으로써 수행될 수 있다.
도 1 및 2에 도시된 한 실시예로, 자기 터널 접합(2)은 제 1 임계 온도(TC1)보다 높은 제 2 임계 온도(TC2)를 갖는 제 2 반강자성층(20)을 더 포함한다. 제 2 반강자성층(20)은, 제 2 임계 온도(TC2) 미만 또는 저온 임계치에서 감지 자화(211)가 제 1 방향(60)과 실질적으로 수직인 제 2 방향(61)을 따라 자기 이방성(magnetic anisotropy) 또는 교환 이방성(exchange anisotropy)을 가지도록 감지층(21)과 교환-결합한다. 더 상세하게는, 자기 터널 접합(2)의 제 2 임계 온도(TC2) 미만에서(저온 임계치에서) 제 1 판독 자기장(44)이 없는 경우, 감지 자화(211)는 제 2 방향(61)을 따라 피닝된다. 감지 자화(211)는 제 2 임계 온도(TC2) 이상 또는 고온 임계치에서 더 이상 피닝되지 않는다. 도 2의 (a) 및 (b)는 제 1 방향(60)을 따라 배향되는 저장 자화(231)의 평면도 및 제 1 방향(60)에 수직인 제 2 방향(61)을 따라 배향되는 감지 자화(211)의 평면도를 각각 도시한다. 도 1의 예에서, 저장 자화(231)는 우측을 향해 배향됨을 나타내고, 감지 자화(211)는 도면 페이지를 나가는 방향으로 배향됨을 나타낸다. 제 2 반강자성층(20)에 의해 제 2 방향(61)으로 감지 자화(211)를 피닝하는 것은, 제 2 감지층(21)을 적층한 후 MRAM 소자(1)의 제작 공정 동안 제 2 반강자성층(20)을 자기적으로 어닐링(magnetic annealing)함으로써 얻어질 수 있다.
제 2 반강자성층(20)은, 저온 임계치에서 제 1 판독 자기장(44)을 인가할 때 감지 자화(211)가 제 2 방향(61)에 대해 조정될 수 있는 반면에, 저장 자화(231)는 제 1 방향(60)과 실질적으로 평행하게 정렬됨을 유지하도록 더 배열된다. 제 1 판독 자기장(44)의 판독 방향에 따라 감지 자화(211)가 제 2 방향(61)에서 일정한 각(α 또는 -α)으로 조정되는 경우는 도 2의 (c)에 도시된다. 조정 각(α)은 인가된 제 1 판독 자기장(44)이 증가함에 따라 증가한다. 반강자성층(24)과 저장층(23) 사이의 교환-결합은 제 1 판독 자기장(44)의 존재 하에서 저장 자화(231)가 제 1 방향(60)으로 피닝됨을 유지하도록 해야 한다.
제 2 반강자성층(20)은 가령 PtMn과 같은 망간계 합금을 포함하는 재료 또는 임의의 다른 적합한 재료로 제조된다. 제 1 반강자성층(24)은 가령 IrMn 또는 FeMn과 같은 망간계 합금을 포함하는 재료 또는 임의의 다른 적합한 재료로 제조될 수 있다.
도 3은 감지 자화(211)가 저장 자화(231)의 제 1 방향(60)과 실질적으로 수직인 제 2 방향(61)에 대해 조정되는 경우 자기 터널 접합(2)의 저항 반응 곡선(70)을 도시한다. 더 상세하게, 도 3은 제 1 판독 자기장(44)의 자계 강도(H)의 함수로서 자기 터널 접합(2)의 접합 저항(R)을 도시한다. 접합 저항(R)은 감지 자화(211)가 저장 자화(231)에 실질적으로 반평행인 방향(-90°에 대한 α)으로 조정될 때의 고 접합 저항값(Rmax)에서, 감지 자화(211)가 저장 자화(231)에 실질적으로 평행인 방향(90°에 대한 α)으로 조정될 때의 저 접합 저항값(Rmin)으로 변한다. 고 및 저 접합 저항값(Rmax, Rmin)은 제 1 및 제 2 극성에 각각 높은 자계 강도(H)로 제 1 판독 자기장(44)을 인가함으로써 얻어진다.
자기 터널 접합(2)의 자기저항(MR)은 고 접합 저항값(Rmax)과 저 접합 저항값(Rmin) 사이의 차로 정의될 수 있다:
Figure pat00001
제 1 판독 자기장(44)의 중간 자계 강도(H) 값에 대해, 접합 저항(R)은 고 접합 저항값(Rmax)과 저 접합 저항값(Rmin) 사이에 포함되는 중간 값을 가지며, 평행과 반평행 사이의 중간 배향으로(-90°<α< 90°) 조정되는 감지 자화(211)와 일치한다. 도 3에서, 이는 제 1 판독 자기장(44)이 제 1 극성(H1)과 제 2 극성(H2)을 갖는 자계 강도 값(H1, H2)으로 인가될 때 측정되는 제 1 및 제 2 접합 저항값(R1 및 R2)으로 표시된다. 바람직하게는, 도 3에 도시된 바와 같이, 제 1 판독 자기장(44)은 제 1 및 제 2 접합 저항값(R1 및 R2)이 저항 반응 곡선(70)의 선형 부분에 포함되도록 한다. 즉, 판독 동작 동안, 제 1 판독 자기장(44)은 접합 저항(R)이 하기의 VR의 변화 범위 내에서 변하도록 인가된다:
Figure pat00002
변화 범위(VR)는 판독 동작의 신뢰도를 높이기 위해 커야 한다. 바람직하게는, 변화 범위(VR)가 자기 터널 접합(2)의 자기저항(MR)의 적어도 약 20%이어야 한다. 또한, 제 1 판독 자기장(44)은, 즉 교류형 극성을 갖는 제 1 판독 전류(43)를 통과시켜 제 1 극성에서 제 2 극성으로 스윕되는(swept) 발진형으로 인가될 수 있다. 따라서, 감지 자화(211)는 제 2 방향(61) 주위에서 변동된다. 이런 교류성(alternative)으로 인해 판독 동작의 속도가 증가한다.
상술한 MRAM 소자(1)의 이점은 판독 동작중 약한 자계 강도로 제 1 판독 자기장(44)을 인가함으로써 감지 자화(211)가 조정될 수 있다는 점이다. 그런 후, 감지 자화(211)는 제 2 방향(61) 주위에서 작은 각도(α)로 조정될 수 있으며, 접합 저항(R)은 선형적으로 변경될 수 있다(선형 감지 신호). 또 다른 이점은 약한 자계 강도로 제 1 판독 자기장(44)을 인가하여 MRAM 소자(1)의 전력 소모를 줄일 수 있도록 한다는 점이다. 따라서, MRAM 소자(1)의 설계 및 제조상의 제어가 간소화될 수 있다. 또한, 판독 동작중 MRAM 소자(1)에 의해 소실되는 전력량이 감소할 수 있다.
저장층(23) 및 감지층(21) 모두는 저장 자화(231)에 대해 감지 자화(211)의 반평행 정렬을 도와주도록 서로 결합하는 표류 자계(magnetic stray fields)(미도시)를 나타내려고 한다. 이를 '다이폴라 커플링'이라 한다. 감지층(21) 및 저장층(23)에서 비롯된 표류 자계의 크기는 자기 터널 접합(2)의 직경에 의존하고 직경이 감소될 때 증가한다. 이방성 방향(60)을 따라 반강자성층(24)에 의해 피닝되는 저장층(23)을 갖는 다이폴라 커플링으로 인해 자기 터널 접합의 자기저항성 선형 감지 신호(magnetoresistive linear sensing signal)가 이동한다. 자기저항성 선형 감지 신호의 이동의 크기는 자기 터널 접합의 직경이 감소될 때 증가한다. 따라서, 이런 다이폴라 커플링은 MRAM 소자(1)의 크기를 축소시키고자 하는 경우 중요한 문제가 될 수 있다.
도 3에 도시된 표류 자계가 없는 경우의 제 1 및 제 2 자계 강도 값(H1, H2)에 비해, 저항 반응 곡선(70)의 좌측으로 오프셋되는 제 1 및 제 2 자계 강도 값(H'1, H'2)에 의한 다이폴라 커플링 이동의 효과가 도 4에 도시된다. 도 4에 도시된 대로, 제 1 판독 자기장(44)의 오프셋 값(H'1, H'2)은 변화 범위(VR)가 자기저항(MR)의 20%보다 더 작게 되도록 제 1 및 제 2 저항값(R'1, R'2) 사이의 차를 작아지게 할 수 있다. 표류 자계가 매우 큰 경우에는, 제 1 판독 자기장(44)의 오프셋 값(H'1, H'2)은 심지어 변화 범위(VR)가 실질적으로 0(null)이 되는 저항 반응 곡선(70)의 안정 상태로 완전히 이동될 수 있었다.
반면에, 제 2 반강자성층(20)과 감지층(21) 사이의 교환-결합으로부터의 교환 바이어스(exchange bias)는 감지층(21)의 포화 자계(saturation field)를 증가시킨다. 도 4는 도 3의 저항 반응 곡선(70)과 감지층(21)의 증가한 포화 자계를 갖는 저항 반응 곡선(70')을 비교한다. 저항 반응 곡선(70')은 더 완만한 기울기를 가지며, 제 1 판독 자기장(44)을 오프셋 값(H'1, H'2)으로 인가할 때 얻어지는 제 1 저항(R''1)과 제 2 저항(R''2) 사이의 차가 변화 범위(VR)에서 더 커진다.
한 실시예로, 제 2 반강자성층(20)은 제 1 판독 자기장(44)을 인가하는 경우 변화 범위(VR)가 자기저항(MR)의 적어도 약 20%가 되게, 제 2 반강자성층(20)과 감지층(21) 사이의 교환-결합이 저항 반응 곡선(70')을 이동시키도록 배열된다. 제 2 반강자성층(20)과 감지층(21) 사이의 더 강한 교환-결합 또는 더 큰 교환 바이어스는 반강자성층(20)의 특성을 최적화함으로써 얻어질 수 있다.
도 5에 나타난 또 다른 실시예에서, MRAM 소자(1)는 자기 터널 접합(2)과 통신하는 제 2 계자전류선(5)을 더 포함한다. 제 2 계자전류선(5)은 제 2 판독 자기장(52)을 발생시키도록 제 2 판독 전류(51)를 통과시키기 위해 형성된다. 도 5의 예에서, 제 2 전류선(5)은 자기 터널 접합(2)의 맞은편 단부로 통신하는 제 1 계자전류선(4)과 실질적으로 직교한다. 그러나, 제 2 계자전류선(5)의 다른 배치가 또한 가능하다. 예컨대, 제 2 계자전류선(5)은 제 1 계자전류선(4)과 자기 터널 접합(2)의 동일한 단부에 배치될 수 있다. 제 2 판독 자기장(52)은 제 1 방향(60)과 실질적으로 수직인 제 2 방향(61)을 따라 제 2 자기 이방성을 제공하기 위해 형성된다. 더 상세하게, 제 2 판독 자기장(52)은 제 1 방향(60)과 실질적으로 수직인 제 2 방향(61)으로 감지 자화(211)를 포화시킨다. 도 5의 예에서, 제 2 판독 자기장(52)은 도면 페이지를 나가는 방향으로, 따라서 제 1 방향(60)과 실질적으로 평행인 저장 자화(231)의 방향과 수직으로 나타난다.
한 실시예에 따르면, 판독 동작은 감지 자화(211)를 제 1 방향(60)과 실질적으로 수직인 제 2 방향(61)으로 포화시키도록 제 2 판독 자기장(52)을 인가하는 단계를 포함한다. 제 1 및 제 2 판독 방향으로 감지 자화(211)를 조정하는 단계는 제 1 및 제 2 판독 방향으로 각각 제 1 판독 자기장(44)을 인가하는 단계를 포함할 수 있다. 여기서, 제 1 판독 자기장(44)은, 감지 자화(211)가 제 2 판독 자기장(52)에 의해 설정된 제 2 방향(61)에 대해 제 1 판독 자기장(44)에 의해 조정되도록 제 2 판독 자기장(52)과 동시에 인가된다.
1 자기 랜덤 액세스 메모리 셀
2 자기 터널 접합
20 제 2 반강자성층
21 감지층
211 감지 자화
22 터널 배리어층
23 저장층
231 저장 자화
24 제 1 반강자성층
3 전류선
31 가열 전류
4 제 1 계자전류선
41 기록 전류
42 기록 자기장
43 제 1 판독 전류
44 제 1 판독 자기장
5 제 2 계자전류선
51 제 2 판독 전류
52 제 2 판독 자기장
60 제 1 방향
61 제 2 방향
70 저항 반응 곡선
70' 완만한 기울기를 갖는 저항 반응 곡선
H 자계 강도
R 저항
R1 제 1 저항
R2 제 2 저항
Rmax 고 저항
Rmin 저 저항
TC1 제 1 임계 온도
TC2 제 2 임계 온도
MR 자기저항
VR 변화 범위

Claims (8)

  1. 자기 터널 접합이 저온 임계치에 있는 경우 제 1 방향을 따라 피닝되는 저장 자화를 갖는 저장층;
    감지 자화를 갖는 감지층; 및
    저장층과 감지층 사이에 포함되는 터널 배리어층;을 구비하는 접합 저항을 갖는 자기 터널 접합을 포함하는 자기-참조 랜덤 액세스 메모리(MRAM) 소자로서,
    상기 자기 터널 접합은 감지 자화가 저장 자화와 반평행인 고 접합 저항값과 감지 자화가 저장 자화와 평행인 저 접합 저항값 사이의 차에 해당하는 자기저항을 가지며,
    상기 MRAM 소자는:
    제 1 방향과 실질적으로 수직인 제 2 방향을 따라 자기 이방성을 갖는 감지 자화를 제공하기 위해 배열되는 정렬 장치; 및
    자기저항보다 적어도 약 20%인 범위 내에서 접합 저항을 변경하기 위해, 제 2 방향에 대해 감지 자화를 조정하도록 형성된 제 1 판독 자기장을 제공하는 제 1 전류선을 더 포함하며,
    상기 정렬 장치는 접합 저항이 상기 범위 내에서 선형적으로 변하도록 더 배열되는 MRAM 소자.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 정렬 장치는 자기 터널 접합이 저온 임계치에 있고 제 1 판독 자기장이 없는 경우 제 2 방향을 따라 감지 자화를 피닝하도록, 감지층과 교환-결합하는 제 2 반강자성층을 포함하는 MRAM 소자.
  3. 제 2 항에 있어서,
    제 2 반강자성층과 감지층 사이의 교환-결합은 자기 터널 접합이 저온 임계치에 있고 제 1 판독 자기장을 인가하는 경우 감지 자화가 제 2 방향에 대해 조정가능하도록 하는 MRAM 소자.
  4. 제 2 항에 있어서,
    제 2 반강자성층과 감지층 사이의 교환-결합은 접합 저항이 상기 범위 내에서 선형적으로 변하도록 저항 반응 곡선을 이동시키는 MRAM 소자.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 정렬 장치는 제 1 계자전류선과 실질적으로 직교하고 제 2 방향을 따라 감지 자화를 포화시키도록 제 2 계자전류선을 인가하기 위해 형성된 제 2 전류선을 포함하는 MRAM 소자.
  6. 제 1 항에 있어서,
    자기 터널 접합이 저온 임계치에 있고 제 1 판독 자기장을 인가하는 경우 제 1 방향을 따라 저장 자화를 피닝하도록 저장층과 교환-결합하는 제 1 반강자성층을 더 포함하는 MRAM 소자.
  7. 자기 터널 접합이 저온 임계치에 있는 경우 제 1 방향을 따라 피닝되는 저장 자화를 갖는 저장층, 감지 자화를 갖는 감지층 및 저장층과 감지층 사이에 포함되는 터널 배리어층을 구비하며, 감지 자화가 저장 자화와 반평행인 고 접합 저항값과 감지 자화가 저장 자화와 평행인 저 접합 저항값 사이의 차에 해당하는 자기저항을 가지는 자기 터널 접합;
    제 1 방향과 실질적으로 수직인 제 2 방향을 따라 자기 이방성을 갖는 감지 자화를 제공하기 위해 배열되는 정렬 장치; 및
    제 1 판독 자기장을 제공하는 제 1 전류선을 포함하는 MRAM 소자를 판독하는 방법으로서,
    감지 자화를 제 1 판독 방향으로 조정하는 단계;
    제 1 접합 저항값을 측정하는 단계;
    감지 자화를 제 2 판독 방향으로 조정하는 단계; 및
    제 2 접합 저항값을 측정하는 단계를 포함하며,
    상기 감지 자화를 조정하는 단계는 자기저항보다 적어도 약 20%인 범위 내에서 제 2 방향에 대해 수행되며,
    접합 저항은 상기 범위 내에서 선형적으로 변하는 MRAM 소자의 판독 방법.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 감지 자화를 조정하는 단계는 제 1 계자전류선에 제 1 판독 전류를 통과시켜 제 1 판독 자기장을 인가하는 단계를 포함하는 MRAM 소자의 판독 방법.
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