KR20160051524A - Magnetoresistive Device - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 자기 터널 접합을 이용하는 자기 저항 소자에 관한 것으로, 예를 들어, 스핀 주입 자화 반전 효과를 이용한 자기 터널 소자 및 자기 저항 메모리(MRAM)에 이용되는 자기 저항 소자에 관한 것이다.BACKGROUND OF THE
자기 저항 메모리(MRAM: Magnetoresistive Random Access Memory)는 고속 저전력의 대용량 비휘발성 메모리로 주목받고 있다. 자기 저항 메모리는 기억 소자로서 자기 터널 접합(MTJ: Magnetic Tunnel Junction)을 형성한 자기 저항 소자를 이용한다. 구체적으로, 자기 저항 소자는 자화 방향이 가변인 자유 층, 막면에 수직으로 자화 방향이 고정된 고정 층, 및 자유 층과 고정 층 사이에 배치되며 절연체로 이루어진 터널 장벽 층을 포함한다. 고정 층, 터널 장벽 층, 및 자유 층은 자기 터널 접합을 형성한다. 자기 저항 소자는 자기 터널 접합(MTJ) 소자로도 불린다.Magnetoresistive random access memory (MRAM) is attracting attention as a high-speed, low-power, large-capacity non-volatile memory. The magnetoresistive memory uses a magnetoresistive element in which a magnetic tunnel junction (MTJ) is formed as a memory element. Specifically, the magnetoresistive element includes a free layer whose magnetization direction is variable, a pinned layer whose magnetization direction is fixed perpendicular to the film surface, and a tunnel barrier layer which is disposed between the free layer and the pinned layer and is made of an insulator. The pinned layer, the tunnel barrier layer, and the free layer form a magnetic tunnel junction. The magnetoresistive element is also referred to as a magnetic tunnel junction (MTJ) element.
자기 저항 소자는 터널 장벽 층을 사이에 둔 한 쌍의 자성 층들의 상대적인 자화 방향으로 결정 자기 저항의 크기를 이용하여 정보를 저장한다. 자기 저항 소자는, 이러한 자기 저항 효과에 의해 읽기를 수행하고, 스핀 주입 자화 반전 방식(STT: Spin Transfer Torque)에 의해 쓰기를 수행한다.The magnetoresistive element stores information by using the magnitude of the crystalline magnetoresistance in a relative magnetization direction of a pair of magnetic layers sandwiching the tunnel barrier layer. The magnetoresistive element performs reading by such a magnetoresistive effect and performs writing by a spin transfer torque (STT) method.
고정 층 및 자유 층의 재료로서 높은 수직 자기 이방성과 높은 스핀 분극률을 갖는 강자성 재료가 선호된다.As a material of the pinned layer and the free layer, a ferromagnetic material having a high perpendicular magnetic anisotropy and a high spin polarizability is preferred.
쓰기 방식으로 채용되는 스핀 주입 자화 반전 방식은 전자의 스핀에 의한 자기 모멘트를 이용하여 자유 층의 자화 방향을 반전시킨다. 스핀 주입 방식은 기존의 배선 전류 방식에 비해 장치의 미세화 및 저전류화에 적합하다. 또한, 자기 저항 소자는 미세화에 대한 열 교란 내성을 갖는다.The spin injection magnetization reversal method employed in the writing method reverses the magnetization direction of the free layer by using the magnetic moment due to the spin of electrons. The spin injection method is suitable for miniaturization and low-current generation of the device compared with the conventional wiring current method. In addition, the magnetoresistive element has thermal aging resistance against refinement.
이러한 자기 저항 소자는, 예를 들면, STT-MRAM과 같은 차세대 고집적 메모리의 기본 구성 소자로 기대되고 있다.Such a magnetoresistive element is expected as a basic constituent element of a next-generation highly integrated memory such as, for example, STT-MRAM.
그러나, 자유 층의 재료로서 현재 활발하게 개발되고 있는 CoFeB계 재료의 수직 자기 이방성은 계면 자기 이방성을 이용하기 때문에 그 크기가 작다. 또한, 이론적으로 높은 스핀 분극률을 가지며 수직 자기 이방성이 큰 재료는 Mn-Ge 또는 Mn-Al계와 같은 재료에 불과해, 재료 선택 범위가 매우 좁다.However, the perpendicular magnetic anisotropy of the CoFeB material, which is currently being actively developed as a material of the free layer, is small because it utilizes the interfacial magnetic anisotropy. In addition, theoretically, a material having a high spin polarizability and a high perpendicular magnetic anisotropy is only a material such as Mn-Ge or Mn-Al system, and the material selection range is very narrow.
한편, 해결책으로 MTJ에 수직 자기 유지 층을 결합시키는 방법이 제안되었다. 예를 들어, 특허 문헌 1(일본 특허 공개 2005-0328878)에는, 스핀 모멘트가 막면에 수직인 방향을 향하고 상기 스핀 모멘트의 방향이 고정된 자성을 갖는 자화 고정 층, 스핀 모멘트가 막면에 수직인 방향을 향하는 자기 기록 층, 상기 자화 고정 층과 상기 자기 기록 층 사이에 제공되는 비자성 층, 및 상기 자화 고정 층의 적어도 측면에 제공되는 반강자성 막을 포함하는 자기 저항 소자가 개시되어 있다.On the other hand, as a solution, a method of bonding the perpendicular magnetic holding layer to the MTJ has been proposed. For example, Patent Document 1 (Japanese Unexamined Patent Application Publication No. 2005-0328878) discloses a magnetically fixed layer having a magnet having a spin moment oriented in a direction perpendicular to a film surface and a fixed direction of the spin moment, a magnetization fixed layer having a spin moment in a direction perpendicular to the film surface A nonmagnetic layer provided between the magnetization fixed layer and the magnetic recording layer, and an antiferromagnetic film provided on at least a side surface of the magnetization fixed layer.
또한, 특허 문헌 2(일본 특허 공개 2005-150303)에는, 제1 강자성 층 / 터널 장벽 층 / 제2 강자성 층의 3층 구조를 갖는 강자성 터널 접합을 포함하되, 상기 제1 강자성 층은 상기 제2 강자성 층보다 보자력이 크고, 상기 제1 및 제2 강자성 층들의 자화들의 상대적인 각도에 따라 터널 컨덕턴스(tunnel conductance)가 변화하며, 상기 제2 강자성 층의 단부의 자화가 상기 제2 강자성 층의 자화 용이축 방향과 직교하는 성분을 갖는 방향으로 고정된 자기 저항 소자가 개시되어 있다.Patent Document 2 (Japanese Patent Application Laid-Open No. 2005-150303) discloses a ferromagnetic tunnel junction having a three-layered structure of a first ferromagnetic layer / a tunnel barrier layer / a second ferromagnetic layer, The tunneling conductance is changed according to the relative angle of the magnetizations of the first and second ferromagnetic layers and the magnetization of the end of the second ferromagnetic layer changes due to the magnetization of the second ferromagnetic layer A magnetoresistive element is fixed in a direction having a component perpendicular to the axial direction.
또한, 특허 문헌 3(일본 특허 공개 2011-071352)에는, 막면에 수직 방향으로의 자화 용이축을 갖되 자화 방향이 가변인 제1 자성 층, 막면에 수직 방향으로의 자화 용이축을 갖되 자화 방향이 불변인 제2 자성 층, 및 상기 제1 자성 층과 상기 제2 자성 층 사이에 제공되는 제1 비자성 층을 포함하되, 상기 제1 자성 층은 Co와 Pd 또는 Co와 Pt가 원자 조밀면에 교대로 적층되는 CoPd 합금 또는 CoPt 합금을 포함하고 c축이 막면에 수직 방향을 향하는 강자성체로 구성되며, 상기 제1 자성 층의 자화 방향은 상기 제1 자성 층, 상기 제1 비자성 층, 및 상기 제2 자성 층을 관통하는 양방향 전류에 따라 변화하는 자기 저항 소자가 개시되어 있다.Patent Document 3 (Japanese Unexamined Patent Application Publication No. 2011-071352) discloses a magnetic recording medium having a first magnetic layer having a magnetization easy axis in a direction perpendicular to a film surface but having a variable magnetization direction, a first magnetization layer having a magnetization easy axis in a direction perpendicular to the film surface, And a first non-magnetic layer provided between the first magnetic layer and the second magnetic layer, wherein the first magnetic layer is formed by alternately stacking Co and Pd, or Co and Pt on the atomic surface Wherein the magnetization direction of the first magnetic layer is substantially perpendicular to the magnetization direction of the first magnetic layer, the first nonmagnetic layer, and the second magnetic layer, A magnetoresistive element which changes in accordance with a bi-directional current passing through a magnetic layer is disclosed.
이러한 기술에 의해 높은 스핀 분극률을 가지는 재료 범위가 반-금속(half-metal) 계열 및 호이슬러계로 확대되었다. 그러나, 소자의 막 두께가 커지기 때문 자화 반전 전류가 증가하고 소비 전력을 줄이는 것이 어렵다는 문제가 있었다.With this technique, the range of materials having a high spin polarizability has been extended to the half-metal series and the Hoesler series. However, since the film thickness of the device is increased, there is a problem that it is difficult to reduce the consumption power because the magnetization reversal current increases.
이러한 문제점에 대해, 예를 들어, 특허 문헌 4(일본 특허 공개 2014-116474)는 자화 반전 전류를 줄여 저전력화를 달성하는 자기 저항 소자를 제공한다. 특허 문헌 4의 자기 저항 소자에서, 기억 층 (자유 층)은 강자성 층, 수직 자화 유지 층, 및 자기 결합 제어 층을 포함한다. 자기 결합 제어 층은 강자성 층과 수직 자화 유지 층 사이에 제공되어, 강자성 층과 수직 자화 유지 층 사이의 자기 결합을 제어한다. 상기 자기 결합 제어 층의 두께를 적절히 변경함으로써, 저항 변화율, 열적 안정성, 기록 전류, 및 자화 반전 속도와 같은 각종 파라미터를 최적화한다. 이에 따라, 자화 반전 전류를 줄여 저전력화를 달성할 수 있다.In response to such a problem, for example, Patent Document 4 (Japanese Patent Laid-Open Publication No. 2014-116474) provides a magnetoresistive element that achieves low power consumption by reducing magnetization reversal current. In the magnetoresistive element of
한편, 자기 저항 메모리와 같은 기록 매체에 있어서, 저소비 전력화와 함께 기록된 정보를 안전하게 유지하는 안정성이 요구된다. 예를 들어, 기록 매체는 그 자체 또는 다른 장치에 의해 발생하는 열에 노출되는 환경에서 사용된다. 따라서, 자기 저항 소자는 정보를 유지하는 자유 층(기억 층)에서 자화 열적 안정성을 갖는 것이 필요하다. 그러나, 특허 문헌 1의 자기 저항 소자는 저전력화를 실현하지만, 자기적 안정성을 실현하는 기술에 대해서는 개시되어 있지 않다.On the other hand, in a recording medium such as a magnetoresistive memory, it is required to have low power consumption and stability to keep recorded information securely. For example, the recording medium is used in an environment where it is exposed to heat generated by itself or another device. Therefore, it is necessary for the magnetoresistive element to have magnetization thermal stability in a free layer (storage layer) for holding information. However, the magnetoresistive element of
본 발명은 상술한 상황을 배경으로 이루어진 것으로, 소비 전력이 낮아지고 안정성이 향상된 자기 저항 소자를 제공하는 것을 목적으로 한다.SUMMARY OF THE INVENTION It is an object of the present invention to provide a magnetoresistive element which has lower power consumption and improved stability.
본 발명은 자유 층을 구성하는 자성 층(강자성 층)의 큐리 온도 및 쓰기 작업 시의 자기 저항 소자의 소자 온도와의 관계에 착안한 것이다. 본 발명에 따르면, 자유 층의 큐리 온도를 적절하게 선택함으로써 쓰기 작업시의 소비 전력이 낮아지고, 자유 층의 자화 방향이 안정하게 유지된다. 구체적으로, 본 발명에 따른 자기 저항 소자는 다음의 구성을 포함할 수 있다.The present invention is based on the relationship between the Curie temperature of the magnetic layer (ferromagnetic layer) constituting the free layer and the element temperature of the magnetoresistive element during the writing operation. According to the present invention, by appropriately selecting the Curie temperature of the free layer, the power consumption during writing operation is lowered and the magnetization direction of the free layer is stably maintained. Specifically, the magnetoresistive element according to the present invention may include the following configuration.
본 발명의 일 실시예에 따른 자기 저항 소자는 자화 방향이 고정된 고정 층, 자화 방향이 가변이며 수직 자기 이방성을 갖는 자유 층, 상기 고정 층과 상기 자유 층 사이에 형성된 절연 층을 포함할 수 있다. 상기 고정층, 상기 자유 층, 및 상기 절연 층은 자기 터널 접합 층을 형성할 수 있다. 상기 자유 층은 적어도 제1 자성 층 및 상기 제1 자성 층보다 낮은 큐리 온도를 가지고 수직 자기 이방성을 갖는 제2 자성 층을 포함할 수 있다.The magnetoresistive element according to an embodiment of the present invention may include a fixed layer having a fixed magnetization direction, a free layer having a variable magnetization direction and perpendicular magnetic anisotropy, and an insulating layer formed between the fixed layer and the free layer . The pinned layer, the free layer, and the insulating layer may form a magnetic tunnel junction layer. The free layer may include at least a first magnetic layer and a second magnetic layer having a Curie temperature lower than that of the first magnetic layer and having perpendicular magnetic anisotropy.
자유 층을 구성하는 제2 자성 층의 큐리 온도는 제1 자성 층에 비해 낮을 수 있다. 제2 자성 층의 큐리 온도가 작기 때문에, 쓰기 작업 시 소자 온도가 상승하면, 제2 자성 층은 수직 자기 이방성이 작아지는 동시에 열 교란이 매우 커질 수 있다. 제1 자성 층은 강자성 층의 자화 방향이 고정되도록 조정한다. 쓰기 작업 시에는, 제2 자성 층의 자기 이방성의 감소로 인해 열 교란의 효과가 커지므로, 제1 자성 층의 자화 방향을 제어하는 전류량으로 쓰기 작업을 수행한다. 그 후, 소자 온도가 낮아짐에 따라 열 교란의 효과가 작아지므로, 제2 자성 층은 제1 자성 층과 동일한 자화 방향으로 변화한다. 쓰기 작업 시, 제2 자성 층의 자화 방향을 반전시키는 전류량을 거의 필요하지 않도록(0(zero)에 가까운 값으로) 구성함으로써 소비 전력을 절감할 수 있다. 읽기 작업 시의 온도는 큐리 온도보다 작기 때문에, 자기 저항 소자의 열에 대한 안정성은 종래대로 하이브리드(hybrid)화에 의하여 향상될 수 있다.The Curie temperature of the second magnetic layer constituting the free layer may be lower than that of the first magnetic layer. Since the Curie temperature of the second magnetic layer is small, when the device temperature rises during the writing operation, the perpendicular magnetic anisotropy of the second magnetic layer becomes small and thermal disturbance may become very large. The first magnetic layer is adjusted so that the magnetization direction of the ferromagnetic layer is fixed. In the write operation, since the effect of thermal disturbance is increased due to the decrease of the magnetic anisotropy of the second magnetic layer, the write operation is performed at the current amount controlling the magnetization direction of the first magnetic layer. Thereafter, since the effect of thermal disturbance becomes smaller as the element temperature becomes lower, the second magnetic layer changes in the same magnetization direction as the first magnetic layer. It is possible to reduce the power consumption by constituting the magnetization direction of the second magnetic layer in such a manner that the amount of current for reversing the magnetization direction of the second magnetic layer is almost unnecessary (to a value close to zero). Since the temperature at the time of the read operation is smaller than the Curie temperature, the stability of the magnetoresistive element against heat can be improved by hybridization as before.
본 발명의 일 실시예에 따른 자기 저항 소자에서, 상기 제2 자성 층의 큐리 온도는 350K 내지 500K인 것이 바람직하다. 제2 자성 층의 큐리 온도를 적절하게 선택함으로써 제2 자성 층이 큰 열 교란을 나타내는 소자 온도의 범위를 조정할 수 있다. 나아가, 읽기 작업 시의 열적 안정성의 증가와 관련하여, 상기 제2 자성 층이 갖는 상기 수직 자기 이방성 값은 5×105 J/m3 (5×106 erg/cc) 이상인 것이 바람직하다.In the magnetoresistive element according to an embodiment of the present invention, the Curie temperature of the second magnetic layer is preferably 350K to 500K. By appropriately selecting the Curie temperature of the second magnetic layer, it is possible to adjust the range of the element temperature at which the second magnetic layer exhibits a large thermal disorder. Further, regarding the increase in thermal stability during the reading operation, the perpendicular magnetic anisotropy value of the second magnetic layer is preferably 5 × 10 5 J / m 3 (5 × 10 6 erg / cc) or more.
제1 자성 층에 관하여, 다음 중 어느 하나를 갖는 것이 바람직하다. 첫째, 상기 제1 자성 층의 자기 이방성은 면내 자기 이방성이다. 둘째, 상기 제1 자성 층은 수직 자기 이방성을 가지며, 상기 수직 자기 이방성의 값은 2×105 J/m3 (2×106 erg/cc) 내지 106 J/m3 (107 erg/cc)이다. 이렇게 하면, 쓰기 작업 시, 제1 자성 층의 자화 방향을 반전시키는 전류량에 따라 자유 층 전체의 자화 방향 제어되기 때문에 자화 방향의 반전 전류량을 줄일 수 있다.With respect to the first magnetic layer, it is preferable to have any of the following. First, the magnetic anisotropy of the first magnetic layer is in-plane magnetic anisotropy. Second, the first magnetic layer is a perpendicular having a magnetic anisotropy, the perpendicular value of the magnetic anisotropy is 2 × 10 5 J / m 3 (2 × 10 6 erg / cc) to 10 6 J / m 3 (10 7 erg / cc). In this way, since the magnetization direction of the entire free layer is controlled in accordance with the amount of current for reversing the magnetization direction of the first magnetic layer during the writing operation, the amount of reversed current in the magnetization direction can be reduced.
본 발명의 일 실시예에 따른 자기 저항 소자는 상기 제1 자성 층과 상기 제2 자성 층 사이에 제공되어 상기 제1 자성 층과 상기 제2 자성 층의 자기 결합을 제어하는 자기 결합 제어 층을 구비하는 것이 바람직하다. 자기 결합 제어 층을 조정함으로써 (예를 들어, 두께) 제2 자성 층이 열 교란이 큰 상태에서 강자성으로 변화할 때, 제2 자성 층의 자화 방향을 제1 자성 층의 자화 방향과 동일하도록 제어할 수 있다. 이에 따라, 자기 저항 소자의 열적 안정성을 향상시킬 수 있다.The magnetoresistive element according to an embodiment of the present invention includes a magnetic coupling control layer provided between the first magnetic layer and the second magnetic layer to control magnetic coupling between the first magnetic layer and the second magnetic layer . When the second magnetic layer is changed to a ferromagnetic state with a large thermal disturbance by adjusting the magnetic coupling control layer, the magnetization direction of the second magnetic layer is controlled to be the same as the magnetization direction of the first magnetic layer (for example, can do. Thus, the thermal stability of the magnetoresistive element can be improved.
상기 제2 자성 층은 큐리 온도가 제어될 수 있고 수직 자기 이방성이 큰 재료를 포함할 수 있다. 예를 들어, 상기 제2 자성 층은 FePtCu, [Co/Pt]n, TbFeCo, Mn2RuGa, 또는 Mn2RuGe와 같은 자성 재료 또는 다른 강자성체를 포함하는 것이 바람직하다. 자기 저항 소자(MTJ 소자)의 저항 값은 30 Ωμm2 이하인 것이 바람직하다. FePtCu, [Co/Pt]n, TbFeCo, Mn2RuGa, 및 Mn2RuGe는 낮은 큐리 온도에서 높은 수직 자기 이방성 상수를 갖는 재료의 일례이며, 제2 자성 층에 적합하게 사용될 수 있다.The second magnetic layer may include a material whose Curie temperature can be controlled and whose perpendicular magnetic anisotropy is large. For example, the second magnetic layer preferably includes a magnetic material such as FePtCu, [Co / Pt] n, TbFeCo, Mn 2 RuGa, or Mn 2 RuGe or another ferromagnetic material. The resistance value of the magnetoresistive element (MTJ element) is preferably 30 Ωμm 2 or less. FePtCu, [Co / Pt] n, TbFeCo, Mn RuGa 2, and Mn 2 RuGe is an example of a material that has a high perpendicular magnetic anisotropy constant in the low Curie temperature, and the second can be suitably used in the magnetic layer.
게다가, 상기 제2 자성 층의 큐리 온도는 쓰기 작업 시의 소자 온도에 가깝거나 쓰기 작업 시의 소자 온도보다 낮고, 읽기 작업 시의 상기 제2 자성 층의 소자 온도보다 높은 것이 바람직하다. 이에 따라, 제2 자성 층의 큐리 온도가 소자 온도에 가까우면 열 교란이 커지고, 제2 자성 층의 큐리 온도가 소자 온도보다 낮으면 비자성을 나타내도록 조정할 수 있다.In addition, it is preferable that the Curie temperature of the second magnetic layer is close to the element temperature in the writing operation or lower than the element temperature in the writing operation, and is higher than the element temperature of the second magnetic layer in the reading operation. This makes it possible to adjust the Curie temperature of the second magnetic layer to be close to the device temperature to increase the heat disturbance and to adjust the Curie temperature of the second magnetic layer to be nonmagnetic if the Curie temperature is lower than the device temperature.
본 발명의 실시예들에 의하면, 소비 전력이 낮아지고 안정성이 향상된 자기 저항 소자가 제공될 수 있다.According to the embodiments of the present invention, it is possible to provide a magnetoresistive element having lower power consumption and improved stability.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 자기 저항 소자를 채용하는 MRAM의 일례의 요부를 나타내는 사시도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 자기 저항 소자의 일례를 나타내는 단면도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 자유 층의 구성 예를 나타내는 단면도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 자기 저항 소자에 쓰기 작업이 수행될 때의 자유 층의 동작 예의 개념을 나타내는 도면이다.
도 5는 LLG 시뮬레이션에 이용된 자유 층의 일 예를 설명하는 도면이다.
도 6은 도 5의 자유 층의 LLG 시뮬레이션 시험 결과에 따라, 쓰기 작업 시의 자기 저항 소자의 온도를 매개 변수로 하여 기록 전류가 감소되는 효과를 나타낸 그래프이다.
도 7은 LLG 시뮬레이션에 이용된 자유 층의 다른 예를 설명하는 도면이다.
도 8은 도 7의 자유 층의 LLG 시뮬레이션 시험 결과에 따라, 큐리 온도와 전류 밀도의 관계를 나타내는 그래프이다.
도 9는 도 7의 자유 층의 LLG 시뮬레이션 시험 결과에 따라, 큐리 온도와 전류량의 관계를 나타내는 그래프이다.
도 10은 도 7의 자유 층의 LLG 시뮬레이션 시험 결과에 따라, 감쇠 상수(damping constant, α)와 전류 밀도의 관계를 나타내는 그래프이다.
도 11은 도 7의 자유 층의 LLG 시뮬레이션 시험 결과에 따라, 자유 층의 직경과 수직 자기 이방성 상수의 관계를 나타내는 그래프이다.
도 12는 LLG 시뮬레이션에 이용된, 제1 자성 층이 수직 자기 이방성을 가지지 않는 자유 층의 구성 예를 설명하는 도면이다.
도 13은 도 12의 자유 층의 LLG 시뮬레이션 시험 결과에 따라, 큐리 온도와 전류 밀도의 관계를 나타내는 그래프이다.
도 14는 도 12의 자유 층의 LLG 시뮬레이션 시험 결과에 따라, 큐리 온도와 전류량의 관계를 나타내는 그래프이다.
도 15는 도 12의 자유 층의 LLG 시뮬레이션 시험 결과에 따라, 자유 층의 직경과 수직 자기 이방성 상수의 관계를 나타내는 그래프이다.
도 16은 자기 교환 스티프니스 상수(exchange stiffness constant)와 전류 밀도의 관계를 나타내는 그래프이다.
도 17은 자기 교환 스티프니스 상수(exchange stiffness constant)와 전류량의 관계를 나타내는 그래프이다.
도 18은 LLG 시뮬레이션에서, 온도 변화에 따른 매개 변수의 변동 모델을 나타낸 그래프이다.
도 19a 내지 19e는 자유 층을 구성하는 재료의 조합 예를 나타내는 도면이다.1 is a perspective view showing a main part of an MRAM employing a magnetoresistive element according to an embodiment of the present invention.
2 is a cross-sectional view showing an example of a magnetoresistive element according to an embodiment of the present invention.
3 is a cross-sectional view illustrating a configuration example of a free layer according to an embodiment of the present invention.
4 is a view showing a concept of an example of the operation of a free layer when a write operation is performed on a magnetoresistive element according to an embodiment of the present invention.
5 is a view for explaining an example of the free layer used in the LLG simulation.
FIG. 6 is a graph showing the effect of reducing the write current using the temperature of the magnetoresistive element as a parameter in the write operation according to the results of the LLG simulation test of the free layer of FIG.
7 is a view for explaining another example of the free layer used in the LLG simulation.
8 is a graph showing the relationship between Curie temperature and current density according to the LLG simulation test results of the free layer of FIG.
9 is a graph showing the relationship between the Curie temperature and the amount of current according to the LLG simulation test result of the free layer of FIG.
10 is a graph showing a relationship between a damping constant (a) and a current density according to the results of the LLG simulation test of the free layer of Fig.
11 is a graph showing the relationship between the diameter of the free layer and the perpendicular magnetic anisotropy constant according to the results of the LLG simulation test of the free layer of FIG.
12 is a view for explaining a configuration example of a free layer in which the first magnetic layer has no perpendicular magnetic anisotropy, which is used in the LLG simulation.
13 is a graph showing the relationship between Curie temperature and current density according to the LLG simulation test results of the free layer of FIG.
FIG. 14 is a graph showing the relationship between the Curie temperature and the amount of current according to the LLG simulation test result of the free layer of FIG. 12; FIG.
15 is a graph showing the relationship between the diameter of the free layer and the perpendicular magnetic anisotropy constant according to the result of the LLG simulation test of the free layer of FIG.
16 is a graph showing the relationship between the exchange stiffness constant and the current density.
17 is a graph showing the relationship between the exchange stiffness constant and the amount of current.
18 is a graph showing a variation model of parameters according to the temperature change in the LLG simulation.
19A to 19E are views showing examples of combinations of materials constituting the free layer.
이하, 본 발명의 실시예에 대하여 도면을 참조하여 설명한다. 설명의 명확화를 위하여 이하의 기재 및 도면은 적절한 생략 및 단순화가 이루어졌다. 각 도면에서, 동일한 구성 또는 동일한 기능을 갖는 구성과 그 상당 부분에는 동일한 부호를 붙이고 중복되는 설명은 생략한다.Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. For the sake of clarity, the following description and drawings have been omitted for simplicity and simplicity. In the drawings, the same constitution or substantially the same function as the constitution having the same function and the corresponding parts are denoted by the same reference numerals, and the duplicated explanation is omitted.
MRAM의 구성이 설명된다.The configuration of the MRAM is described.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 자기 저항 소자를 채용하는 MRAM의 일례의 요부를 나타내는 사시도이다. 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 자기 저항 소자의 일례를 나타내는 단면도이다. 도 1 및 도 2를 참조하여, 본 발명의 일 실시예에 따른 자기 저항 소자에 대해 설명한다.1 is a perspective view showing a main part of an MRAM employing a magnetoresistive element according to an embodiment of the present invention. 2 is a cross-sectional view showing an example of a magnetoresistive element according to an embodiment of the present invention. A magnetoresistive element according to an embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. 1 and 2. FIG.
도 1에는, MRAM의 요부로서, 메모리 셀(100), 비트 라인(1), 콘택 플러그들(5, 7) 및 워드 라인(8)이 도시된다.1, a
메모리 셀(100)은 반도체 기판(2), 확산 영역(3, 4), 소스 라인(6), 게이트 절연막(9), 및 자기 저항 소자(10)를 포함할 수 있다.The
MRAM은 여러 메모리 셀들(100)을 매트릭스 형태로 배치하고, 복수 개의 비트 라인들(1) 및 복수 개의 워드 라인들(8)을 이용하여 상기 메모리 셀들(100)을 서로 연결함으로써 형성될 수 있다. MRAM에서, 데이터의 쓰기 작업은 스핀 토크 주입 방식을 이용하여 수행될 수 있다.The MRAM may be formed by arranging a plurality of
반도체 기판(2)은 상면에 확산 영역들(3, 4)을 가질 수 있으며, 확산 영역(3)은 확산 영역(4)에서 소정의 간격을 두고 배치될 수 있다. 확산 영역(3)은 드레인 영역으로서 기능할 수 있고 확산 영역(4)은 소스 영역으로 기능할 수 있다. 확산 영역(3)은 콘택 플러그(7)를 통해 자기 저항 소자(10)에 연결될 수 있다.The
비트 라인(1)은 반도체 기판(2) 상에 배치될 수 있으며, 자기 저항 소자(10)에 연결될 수 있다. 비트 라인(1)은 쓰기 회로(미도시) 및 읽기 회로(미도시)에 연결될 수 있다.The
확산 영역(4)은 콘택 플러그(5)를 통해 소스 라인(6)에 연결될 수 있다. 소스 라인(6)은 쓰기 회로(미도시) 및 읽기 회로(미도시)에 연결될 수 있다.The
워드 라인(8)은 확산 영역들(3, 4)과 수직적으로 중첩되도록 반도체 기판(2) 상에 배치될 수 있다. 워드 라인(8)과 반도체 기판(2) 사이에 게이트 절연막(9)이 개재될 수 있다. 워드 라인(8) 및 게이트 절연막(9)은 선택 트랜지스터로서 기능할 수 있다. 워드 라인(8)은 도시하지 않은 회로에서 전류를 공급받아 활성화되어 선택 트랜지스터로 턴온될 수 있다.The
자기 저항 소자의 구성이 설명된다.The configuration of the magnetoresistive element will be described.
도 2에 도시된 바와 같이, 자기 저항 소자(10)는 고정 층(11), 절연 층(12), 및 자유 층(13)이 순서대로 적층된 구조를 가질 수 있다. 이와 달리, 반대 순서로 적층될 수도 있다. 마찬가지로, 이후의 설명에서, 다른 도면에 도시된 자기 저항 소자의 구성에 있어서도 반대 순서로 적층될 수 있다. 자기 저항 소자(10)는 고정 층(11), 절연 층(12), 및 자유 층 (13)에 의해 자기 터널 접합(MTJ: Magnetic Tunnel Junction)을 형성할 수 있다. 덧붙여, 본 명세서에서는 특별히 언급하지 않는 한 "자기 저항 소자"와 "자기 터널 접합 소자 (MTJ 소자)"를 구별하지 않고 사용한다.2, the
자기 저항 소자(10)는 스핀 주입 자화 반전 방식에 의해 쓰기 작업이 수행될 수 있다. 즉, 자기 저항 소자(10)는 스핀 주입 쓰기 방식을 이용하는 자기 저항 소자일 수 있다. 상세하게, 쓰기 작업 시에는, 고정 층(11)에서 자유 층(13)으로 또는 자유 층(13)에서 고정 층(11)으로 고정 층(11) 및 자유 층(13)의 표면에 수직 방향으로 전류를 흐르게 하여, 스핀 정보를 축적하는 전자가 고정 층(11)에서 자유 층(13)으로 주입될 수 있다. 그리고, 이렇게 주입된 전자의 스핀이 스핀 보존 법칙에 따라 자유 층(13)의 전자로 이동함으로써 자유 층(13)의 자화가 반전될 수 있다. 즉, 각 층의 막면에 수직 방향으로 흐르는 스핀 분극 전류의 방향에 따라 자기 저항 소자(10)는 고정 층(11)과 자유 층(13)의 자화들의 상대 각도를 평행 또는 반평행 상태(즉, 저항의 극소 또는 극대)로 변화시켜, 이원 정보 "0" 또는 "1"을 부여하는 방법으로 정보를 기억한다.The
고정 층(11)은 강자성 금속으로 이루어질 수 있다. 상기 강자성 금속은, 예를 들어, Fe, Ni, CoFeB, Co/Pt, Co/Pd, 또는 이들의 조합일 수 있다. 고정 층(11)의 자화는 소정의 방향으로 고정될 수 있다. 상기 소정의 자화 방향은 고정층(11)의 표면에 수직인 방향일 수 있다. 고정 층(11)은 자유 층(13)에 비해 자화 방향이 쉽게 변화하지 않는 재료를 선택하는 것이 바람직하다. 즉, 유효 자기 이방성(Kueff) 및 포화 자화(Ms)가 큰 재료를 선택하는 것이 바람직하다. 그러나, 고정층(11)을 구성하는 재료가 특별히 한정되는 것은 아니며, 여러 조건에 의하여 임의의 재료를 선택할 수 있다. 또한, 고정 층(11)은 자화 고정 층, 자화 고착 층, 참조 층, 자화 참조 층, 핀 층, 기준 층, 또는 자화 기준 층으로 불릴 수 있다.The fixed
절연 층(12)은 터널 장벽 층이며, NaCl 구조를 갖는 산화물일 수 있다. 절연 층(12)은 MgO와 같은 절연막으로 구성될 수 있다. 절연 층(12)은 전술한 MgO 외에 CaO, SrO, TiO, VO, NbO, 또는 Al2O3를 포함할 수 있다. 하지만, 이에 한정되는 것은 아니며, 절연 층(12)으로서의 기능에 지장을 초래하지 않는 한 특별히 한정되지 않는다. 절연 층(12)의 두께는 자기 저항 소자(10)의 저항 값에 따라 적절히 변경될 수 있다. 절연 층(12)은 터널 장벽 층 또는 장벽 층으로 불릴 수 있다.The insulating
자유 층(13)은 방향이 변할 수 있는 자화를 가질 수 있다. 자유 층(13)의 자화는, 예를 들어, 자유 층(13)의 표면에 수직으로 자화되어 그 방향이 위쪽 또는 아래쪽을 향할 수 있다. 자유 층(13)은 그의 표면에 수직인 방향으로의 자화 용이축을 가질 수 있다. 자유 층(13)의 두께는 목표로 하는 자기 저항 소자(10)의 면 저항 값에 따라 적절히 변경될 수 있다. 또한 자유 층(13)은 자화 자유 층, 자화 가변 층, 또는 기억 층으로 불릴 수 있다. 자유 층(13)은, 예를 들어, CoFeB, 호이슬러(Heusler) 물질, 또는 MnGe를 포함할 수 있다.The
자기 저항 소자가 갖춘 자유 층의 구성이 설명된다.The configuration of the free layer provided with the magnetoresistive element will be described.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 자유 층(13)을 나타내는 단면도이다. 자유 층(13)은 제1 자성 층(31), 자기 결합 제어 층(32), 및 제2 자성 층(33)이 순서대로 적층된 구조를 가질 수 있다. 즉, 자유 층(13)은 제1 자성 층(31)과 제2 자성 층(33) 사이에 자기 결합 제어 층(32)이 형성된 구성을 가질 수 있다. 이후의 설명에서는 자유 층(13)의 제1 자성 층(31)이 절연 층(12)에 인접하여 배치되어 있는 것을 전제로 한다.3 is a cross-sectional view showing a
열적 안정성의 관점에서, 제1 자성 층(31)은 수직 자기 이방성을 갖는 것이 바람직하다. 기록 전류 저감의 관점에서, 제1 자성 층(31)은 제2 자성 층(33)과 자기적으로 결합하는 경우에 수직 방향으로의 자화를 갖는 것이 바람직하다. 이 경우, 제1 자성 층(31) 자체가 수직 자기 이방성을 가질 필요는 없다. 제1 자성 층(31)은 강자성 재료로 이루어지는 것이 바람직하며, 예를 들어, 반-금속(half-metal) 또는 호이슬러 물질로 이루어지는 것이 바람직하다.From the viewpoint of thermal stability, it is preferable that the first
자기 결합 제어 층(32)은 제1 자성 층(31)과 제2 자성 층(33)의 자기 결합을 제어할 수 있다. 자기 결합 제어 층(32)은, 예를 들어, Pd, Pt, Ru, MgO, Ta, 또는 W를 포함할 수 있다. 또한, 자기 결합의 크기는 자기 결합 제어 층(32)의 두께가 2nm 이하가 되도록 적절하게 변화시킴으로써 저항 변화율, 열적 안정성, 기록 전류, 및 자화 반전 속도와 같은 매개 변수를 최적화할 수 있다.The magnetic
제2 자성 층(33)은 제1 자성 층(31)보다 낮은 큐리 온도(Tc)를 갖는 재료로 구성될 수 있다. 제2 자성 층(33)은 수직 자기 이방성을 갖는 것이 바람직하다. 제2 자성 층(33)은 수직 자기 이방성을 갖는 강자성 또는 페리 자성인 재료로 구성될 수 있다. 또한, 제2 자성 층(33)을 구성하는 재료의 큐리 온도는 350K 내지 500K인 것이 바람직하다. 나아가, 상기 큐리 온도의 상한은 450K 이하인 것이 보다 바람직하며, 400K 이하인 것이 특히 바람직하다.The second
제2 자성 층(33)은 자기 저항 소자에 쓰기 작업이 수행될 때 예상되는 소자 온도보다 낮은 큐리 온도를 갖는 재료로 구성되는 것이 바람직하다. 자기 저항 소자에 쓰기 작업이 수행될 때 예상되는 소자 온도(자유 층의 소자 온도 또는 자유 층을 구성하는 재료의 온도)는 350K 내지 400K 정도이므로, 제2 자성 층(33)의 큐리 온도가 350K보다 낮으면 자기 저항 소자의 읽기 작업 시 온도의 영향을 받을 수 있다. 즉, 읽기 작업 시, 열적 안정성에 문제가 발생할 수 있다. 제2 자성 층(33)의 큐리 온도는 읽기 작업 시의 제2 자성 층(33)의 소자 온도보다 높은 것이 바람직하다. 한편, 제2 자성 층(33)의 큐리 온도가 500K보다 높으면 제2 자성 층(33)이 열 교란의 영향을 크게 받는 온도 범위가 작아지기 때문에 쓰기 작업 시의 소비 전력을 감소시키는 효과를 얻기 힘들 수 있다. 따라서, 제2 자성 층(33)의 큐리 온도는 350K 내지 500K로 하는 것이 바람직하다. 이 경우, 읽기 작업 시의 열적 안정성을 확보하면서 쓰기 작업 시의 소비 전력을 감소하는 효과를 가질 수 있다.The second
게다가, 자기 저항 소자(10)의 소자 저항은 30 Ωμm2 이하인 것이 바람직하다. DRAM과 같은 환경을 응용하는 경우, MRAM 등의 소자를 사용하기 위해서는 30 Ωμm2가 바람직하다.In addition, it is preferable that the element resistance of the
덧붙여, 도 3에는 자유 층(13)이 제1 자성 층(31), 자기 결합 제어 층(32), 및 제2 자성 층(33)의 세 개의 층으로 구성되어 있는 예(삼층 구조)가 도시되어 있다. 그러나, 자유 층(13)이 자기 결합 제어 층(32)을 갖추지 않은, 즉, 제1 자성 층(31) 및 제2 자성 층(33)의 두 개의 층으로 구성되는 경우(이층 구조)도 가능하다. 다시 말해, 도 3에 도시된 바와 달리, 자유 층(13)은 제1 자성 층(31) 및 제2 자성 층(33)이 적층된 구조를 가질 수도 있다.3 shows an example (three-layer structure) in which the
자유 층의 동작 예가 설명된다.An example of operation of the free layer is described.
다음으로, 상술한 자유 층(13)의 구성 예에 기초하여, 자유 층(13)의 구체적인 구성 예를 참조하여 동작 예를 설명한다.Next, an operation example will be described with reference to a specific configuration example of the
도 4는 자기 저항 소자에 쓰기 작업이 수행될 때의 자유 층(13A)의 동작 예의 개념을 나타내는 도면이다. 자기 결합 제어 층(ECC 층, 32A)는 제1 자성 층(31A)과 제2 자성 층(33A) 사이에 배치될 수 있다. 도 4는 자기 결합 제어 층(32A)을 갖춘 구성 예를 나타내고 있지만 자기 결합 제어 층(32A)를 갖추지 않은 구성도 가능하다.4 is a diagram showing a concept of an example of the operation of the
또한, 도 4에는, 자유 층(13A)의 동작 설명을 쉽게 하기 위해 절연 층(12)이 도시되어 있다. 도 4는 절연 층(12)이 MgO 장벽(MgO Barrier)인 경우를 나타낸다.In Fig. 4, an insulating
이후의 설명에서 특별한 기재가 없는 경우, 제1 자성 층(31A)의 큐리 온도를 Tc1, 수직 자기 이방성 상수를 Ku1, 제2 자성 층(33A)의 큐리 온도를 Tc2, 수직 자기 이방성 상수를 Ku2로 하여 설명한다.In the following description, the Curie temperature of the first
도 4는, 큐리 온도 Tc2가 큐리 온도 Tc1보다 작고, 500K 이하인 것을 전제로 하여 설명한다. 제2 자성 층(33A)의 온도(특히, 제2 자성 층(33A)의 재료의 온도)가 큐리 온도 Tc2보다 낮은 경우에는 강자성(Ferro/Ferri Magnetization)으로 작동하고, 제2 자성 층(33A)의 온도가 큐리 온도 Tc2보다 높은 경우에는 상자성으로 작동하도록 구성될 수 있다.4 is described on the premise that the Curie temperature Tc2 is smaller than the Curie temperature Tc1 and is 500 K or less. Ferro magnetization when the temperature of the second
수직 자기 이방성 상수들 Ku1 및 Ku2은 특별히 한정되지 않지만, 제1 자성 층(31A) 및 제2 자성 층(33A)은 수직 자성을 갖는 것이 바람직하다. 수직 자기 이방성 상수들 Ku1 및 Ku2의 값은 일치할 수도 있고 서로 다를 수도 있다. 수직 자기 이방성 상수 Ku1이 0(zero), 즉, 제1 자성 층(31A)은 수직 자기 이방성을 가지지 않는 재료로 구성될 수도 있다. 제1 자성 층(31A)과 제2 자성 층(33A)이 전체로서 수직 자기 이방성을 가지면 된다.The perpendicular magnetic anisotropy constants Ku1 and Ku2 are not particularly limited, but it is preferable that the first
수직 자기 이방성 상수들 각각은 자화 용이축의 배향의 안정성을 나타내는 값이며, 그 값이 클수록 수직 방향으로 배열된 자화 용이축이 흔들리기 어려운 것을 나타낸다.Each of the perpendicular magnetic anisotropy constants is a value indicating the stability of the orientation of the easy magnetization axis. The larger the value is, the more difficult it is for the easy axis of magnetization arranged in the vertical direction to be shaken.
도 4를 참조하여, 자유 층(13A)의 동작 예 및 자기 저항 소자의 자화 반전 전류가 작아지는 것을 설명한다. 도 4는 자유 층(13A)의 자화 방향의 상태를 스텝 1의 쓰기 전(Before writing), 스텝 2의 쓰기 작업 시(Writing process), 및 스텝 3의 쓰기 후(After writing)에 대한 제1 자성 층(31A) 및 제2 자성 층(33A)에 도시한 화살표로 나타내고 있다.Referring to Fig. 4, an operation example of the
스텝 1은 쓰기 전, 구체적으로는 도 1의 비트 라인(1)과 워드 라인(8)에 기록 전류가 흐르기 전의 자유 층(13A)의 자화 방향을 나타낸다. 제1 자성 층(31A, High Tc층)과 제2 자성 층(33A, Low Tc층)은 자화 방향이 같고, 아래쪽을 향한다.
스텝 2는 쓰기 작업 시, 구체적으로는 도 1의 비트 라인(1)과 워드 라인(8)에 기록 전류가 흐르는 경우의 자유 층(13)의 자화 방향을 나타낸다. 기록 전류에 의해 자유 층(13A)의 온도가 상승할 수 있다. 예를 들어, 자유 층(13A)을 구성하는 제2 자성 층(33A)의 온도가 약 350K 내지 400K까지 상승하고(또는, 쓰기 작업 시 읽기 작업 시의 온도 차이가 50K 내지 100K이고) 제2 자성 층(33A)의 큐리 온도 Tc2가 500K 미만인 경우, 제2 자성 층(33A)은 강한 열 교란의 영향을 받아 자화 방향이 정해지지 않게 되어 상자성과 같이 동작할 수 있다. 즉, 소자 온도가 큐리 온도 Tc2 이상이 되면, 제2 자성 층(33A)은 자기 모멘트가 무작위(random)로 되어 상자성이 될 수 있다. 한편, 제1 자성 층(31A)의 자화 방향은 스핀의 흐름에 의해 반전될 수 있다. 도 4의 경우, 제1 자성 층(31A)의 자화 방향은 위를 향한다. 이와 같이, 도 4의 자유 층(13A)의 구성에 따르면, 큐리 온도가 쓰기 작업 시의 소자 온도보다 매우 높은 두 자성 층(예를 들어, Tc: 700K)의 조합으로 구성된 복합형 터널 접합(자유 층)과 비교하여, 쓰기 작업 시의 전류의 크기가 작아질 수 있다. 이는 자유 층(13A) 전체가 아닌 제1 자성 층(31A)의 자화 방향만을 반전시키기 때문이다.
스텝 3은 쓰기 작업 후, 구체적으로는 기록 전류의 인가가 중지됐을 때의 자유 층(13A)의 자화 방향을 나타낸다. 제1 자성 층(31A)의 자화 방향은 스텝 2와 같은 방향으로 위를 향한다. 소자 온도가 하강함에 따라, 제2 자성 층(33A)의 자기 모멘트는 강자성체의 성질로 돌아오며, 그 방향은 제1 자성 층(31A)의 자화와의 자기적 상호 작용에 의해 위를 향할 수 있다.
읽기 작업 시, 소자 온도가 실온으로 떨어지기 때문에 자기 저항 소자는 열적으로 안정할 수 있다.During the read operation, the device temperature drops to room temperature, so that the magnetoresistive device can be thermally stable.
열적 안정성을 위한 에너지(즉, 수직 자기 이방성 에너지)의 크기는 수직 자기 이방성 상수들 Ku1 및 Ku2와 관련되기 때문에 매우 안정할 수 있다. 이 수식은 일반 식이기 때문에 이에 대한 상세한 설명을 생략한다. 보다 상세하게는, 수직 자기 이방성 에너지는 열에 의해 발생하는 열 에너지 kT의 60배 이상이 되기 때문에 자기 저항 소자의 열에 대한 안정성을 향상시킬 수 있다. 이는 수직 자기 이방성 에너지가 열 교란 에너지에 비해 매우 크기 때문이다.The magnitude of energy for thermal stability (i.e., perpendicular magnetic anisotropy energy) can be very stable because it relates to the perpendicular magnetic anisotropy constants Ku1 and Ku2. Since this formula is a general formula, a detailed description thereof will be omitted. More specifically, since the perpendicular magnetic anisotropy energy is 60 times or more the heat energy kT generated by heat, the stability of the magnetoresistive element against heat can be improved. This is because the perpendicular magnetic anisotropy energy is very large compared to the thermal disorder energy.
도 4에 자기 결합 제어 층(32A)이 도시되어 있지만, 이와 달리, 자기 결합 제어 층(32A)이 없는 경우에도 자유 층(13A)의 동작은 상술한 동작과 동일할 수 있다.Although the magnetic
도 4에 도시된 자유 층(13A)의 구성 예에 따르면, 자화의 열적 안정성을 유지하는 동시에 자화 반전 전류를 작게 할 수 있다. 또한, 제1 자성 층(31A)과 제2 자성 층(33A)의 자기적 결합의 크기는 자기 결합 제어 층(32A)의 두께를 변경함으로써 최적화될 수 있다.According to the configuration example of the
자유 층의 특성 및 시험 결과가 설명된다.The properties of the free layer and the test results are described.
LLG(Landau-Liftshitz-Gilbert-Langevin equations) 시뮬레이션을 이용하여, 자유 층(13)에 높은 큐리 온도를 갖는 제1 자성 층(31) 및 쓰기 작업 시의 소자 온도보다 낮은 큐리 온도를 갖는 제2 자성 층(33)으로 구성된 이층 구조를 적용하여 쓰기 작업 시의 소비 전력이 감소하는 효과를 확인했다. 시뮬레이션에 사용된 구체적인 자유 층(13)의 구성 예와 함께 시험 결과를 설명한다.Using the LLG (Landau-Liftshitz-Gilbert-Langevin equations) simulation, the
제2 자성 층의 온도 상승에 따른 자화 반전 전류의 변화(전류에 의한 반전 확률의 변화)가 설명된다.A change in magnetization inversion current (change in reversal probability due to a current) due to a temperature rise of the second magnetic layer is explained.
도 5는 LLG 시뮬레이션에 사용된 자유 층(13B)의 구성 예를 나타낸다. 자유 층(13B)은 제1 자성 층(31B, High Tc Layer), 자기 결합 제어 층(32B, Ecc Layer 또는 Spacer), 및 제2 자성 층(33B, Low Tc Layer)으로 구성된다. 쓰기 작업 시의 소비 전력은, 일 례로서, 자유 층(13B)의 자화(제1 자성 층(31) 및 제2 자성 층(33))가 반전(스위칭)될 때의 전류 밀도에 의해 평가됐다.5 shows an example of the configuration of the
제1 자성 층(31) 및 제2 자성 층(33)에 대한 설명 및 설정 파라미터를 아래에 기재한다.
The description and setting parameters of the first
(1) 제1 자성 층(31B)(1) The first
재료: MnGe계Material: MnGe series
자기 모멘트 (Ms1): 150 × 10E3 A/m (150 emu/cc)Magnetic moment (Ms1): 150 x 10E3 A / m (150 emu / cc)
수직 자기 이방성 상수 (Ku1): 10 × 10E5 J/m3 (10 × 10E6 erg/cc)Perpendicular magnetic anisotropy constant (Ku1): 10 × 10E5 J / m 3 (10 × 10E6 erg / cc)
감쇠 상수 α = 0.005Attenuation constant α = 0.005
큐리 온도 (Tc1, High Tc): 700K 이상Curie temperature (Tc1, High Tc): 700K or more
분극율 P = 1.0
Polarization rate P = 1.0
(2) 제 2 자성층(33B)(2) The second
재료: FePtCuMaterial: FePtCu
자기 모멘트 (Ms2): 800 × 10E3 A/m (800 emu/cc)Magnetic moment (Ms2): 800 x 10E3 A / m (800 emu / cc)
수직 자기 이방성 상수 (Ku2): 10 × 10E5 J/m3 (10 × 10E6 erg/cc), 실온에서의 값임Perpendicular magnetic anisotropy constant (Ku2): 10 × 10E5 J / m 3 (10 × 10E6 erg / cc), at
감쇠 상수 α = 0.01Attenuation constant α = 0.01
큐리 온도 (Tc2, Low Tc) : 523.15K
Curie temperature (Tc2, Low Tc): 523.15K
덧붙여, 여기에서는 괄호 안에 CGS 단위로 표시된 매개 변수를 상술한 LLG 시뮬레이션에 사용하였다. 병기한 SI 단위로 표시된 매개 변수는 괄호 안의 CGS 단위로 표시된 매개 변수를 아래의 (A), (B)를 환산식으로 이용하여 구할 수 있다.
In addition, the parameters indicated in CGS units in parentheses are used in the above-described LLG simulation. Parameters indicated in SI units can be obtained by using the following parameters (A) and (B) in parenthesis in CGS units.
10 erg/cc = 1 J/m3 ... (A)10 erg / cc = 1 J /
1 G = 1 emu/cc = 1 × 10E3 A/m ... (B)
1 G = 1 emu / cc = 1 x 10 E3 A / m (B)
본 명세서에 기재된 다른 LLG 시뮬레이션에서도 상술한 LLG 시뮬레이션과 마찬가지로 괄호 안의 CGS 단위로 표시된 매개 변수를 사용하고 있다. 병기한 SI 단위로 표시된 매개 변수는 괄호 안의 CGS 단위로 표시된 매개 변수를 상기 (A), (B)를 환산식으로 이용하여 구할 수 있다.In the other LLG simulations described in this specification, like the above-described LLG simulation, parameters indicated in CGS units in parentheses are used. Parameters indicated in SI units can be obtained by using the above-mentioned parameters (A) and (B) in parentheses as CGS units.
제1 자성 층(31B)의 높이(두께)는 2nm (h1 = 2nm), 자기 결합 제어 층(32B)의 높이는 0nm (hsp = 0), 제2 자성 층(33B)의 높이는 2nm (h2 = 2nm )로 하였다.The height of the first
자유 층(13B)의 직경(폭) D는 20nm이었다. 여기에서는, 자유 층(13B)가 원통형인 것을 전제하였고, 자유 층(13B)의 크기를 나타내는 값으로 자유 층(13B)의 단면 직경 D를 사용하였다. 자유 층(13B)의 크기는 자유 층(13B)의 단면이 원형인 경우에는 직경을 이용하여, 타원인 경우에는 장경(장축의 길이)을 이용하여 나타낼 수 있다. 자유 층(13B)의 단면이 다른 형태인 경우에는 자유 층(13B)에 외접하는 외접 원의 직경을 사용할 수 있다.The diameter (width) D of the
온도 상승 ΔT를 매개 변수로 하여 온도 변화를 10 ~ 223 ℃로 설정했다. 쓰기 작업 시의 온도 변화는 다음과 같은 추이였다.The temperature change was set at 10 to 223 ° C with the temperature rise ΔT as a parameter. The temperature change during writing was as follows.
제1 자성 층(31B)의 온도는 항상 300K였다. 쓰기 작업 시의 온도 상승은 제2 자성 층(33B)에만 발생하여 다음과 같이 온도가 변화했다. 제1 자성 층(31B)의 온도 상승을 고려해도 결과에 차이가 없다.The temperature of the first
기록 전류를 인가한 후 제2 자성 층(33B)의 온도가 상승하고 1 ns 내에 포화 상태에 도달했다.After the application of the write current, the temperature of the second
상기 기록 전류를 10 ns 인가한다. 이 때, 소자 온도는 정상 상태이다.The write current is applied to 10 ns. At this time, the device temperature is in a steady state.
쓰기 작업 후, 제2 자성 층(33B)의 온도는 5 ns 이내에 300K로 낮아졌다.After the writing operation, the temperature of the second
도 6은 LLG 시뮬레이션 결과에 따라, 쓰기 작업 시의 자기 저항 소자의 상승 온도를 매개 변수로 하여 기록 전류가 감소되는 효과를 나타낸 그래프이다. 도 6의 그래프는 가로축에 전류 밀도(A/m2)를, 세로축에 반전 확률(스위칭 확률, sw. prob)을 나타낸다. 반전 확률은 임의의 전류 밀도에서 자유 층(13B)의 자화 방향이 반전될 확률을 나타내며, 도 6은 0(zero)에서 1의 범위에서의 확률을 나타낸다. 본 발명의 일 실시 형태의 자유 층(13B)에서 제2 자성 층(33B)의 온도가 큐리 온도 Tc2보다 높아지면, 자유 층(13B)의 반전 확률은 제1 자성 층(31B)가 반전될 확률일 수 있다. 이는, 자유 층(13B)의 쓰기 작업 시에 제2 자성 층(33B)이 열 교란이 큰 상태 또는 상자성이 되면 제1 자성 층(31B)의 자화 방향을 반전시킴으로써, 쓰기 작업 후 소자 온도가 낮아지면 제2 자성 층(33B)의 자화 방향이 정해지는 동작을 하기 때문이다.FIG. 6 is a graph showing the effect of reducing the write current with the rising temperature of the magnetoresistive element as a parameter in the write operation according to the result of the LLG simulation. The graph of FIG. 6 shows the current density (A / m 2 ) on the horizontal axis and the inversion probability (switching probability, sw. Probe) on the vertical axis. The inversion probability indicates the probability that the magnetization direction of the
도 6에서, ΔT (degree C, 도 6에 "deg."라고 기재됨)는 쓰기 작업 전부터 쓰기 작업 동안 상승된 온도의 양(온도 상승량)을 나타낸다. 여기에서는, 제2 자성 층(33B)의 온도 상승량을 나타낸다.In FIG. 6,? T (degree C, referred to as "deg." In FIG. 6) represents the amount of temperature elevation (temperature rise amount) during the writing operation from before the writing operation. Here, the temperature rise amount of the second
도 6의 그래프에 도시된 바와 같이, 제2 자성 층(33B)의 온도 상승량이 증가함에 따라, 자화 방향이 반전하는 전류 밀도가 작아진다. 즉, 자유 층(13B)의 자화 방향의 반전에 필요한 전류량(이후, 자화 방향의 반전에 필요한 전류량을 "반전 전류량"이라 기재)이 감소한다. 도 6의 예에서는, 제2 자성 층(33B)의 온도가 큐리 온도 Tc2에 인접하게 상승하면, 반전 전류량은 4 분의 1 이하로 떨어지는 것을 확인할 수 있다. 구체적으로, 반전 확률이 0.5가 되는 전류 밀도를 고려하면, ΔT가 0인 경우에 비해 ΔT가 223℃(496.15K)로 큐리 온도 Tc2에 가까워 지면 (큐리 온도 Tc2에 인접하면) 전류 밀도가 4 분의 1일 때 반전이 발생한다.As shown in the graph of FIG. 6, as the temperature rise amount of the second
이와 같이, 본 발명의 일 실시 형태에 따른 자기 저항 소자에 의하면, 쓰기 작업 시의 소비 전력을 줄일 수 있다. 소자의 온도가 상온으로 돌아왔을 때 열적 안정성을 위한 에너지의 크기는 제1 자성 층(31B)의 자기 이방성 에너지 Ku1 및 제2 자성 층(33B)의 자기 이방성 에너지 Ku2에 의한 효과의 합이 되기 때문에 매우 안정적이다.As described above, according to the magnetoresistive element according to the embodiment of the present invention, it is possible to reduce the power consumption in the writing operation. The magnitude of the energy for thermal stability when the temperature of the device returns to room temperature is the sum of the effects of the magnetic anisotropy energy Ku1 of the first
다른 예로, 큐리 온도에 따른 쓰기 작업 시의 소비 전력 절감 효과를 설명한다.As another example, the power saving effect in writing operation according to the Curie temperature will be described.
이하, 도 7에 도시된 자유 층(13C) 구성을 사용하여 LLG 시뮬레이션을 실시한 시험 결과를 설명한다. 이 시험에서는, 높은 큐리 온도를 갖는 제1 자성 층(31C) 및 쓰기 작업 시의 소자 온도보다 낮은 큐리 온도를 갖는 제2 자성 층(33C)으로 구성된 이층 구조로 이루어진 자유 층(13C)을 이용하여, 제2 자성 층(33C)의 큐리 온도에 따라 쓰기 작업 시의 반전 전류량이 감소하는 효과를 확인했다.Hereinafter, test results obtained by performing the LLG simulation using the
자유 층(13C)에 대한 자세한 내용은 아래에 기재한다.
Details of the
(1) 제1 자성 층(1) The first magnetic layer
재료: CoFeB 층Material: CoFeB layer
자기 모멘트 (Ms1): 1 × 10E6 A/m (1000 emu/cc)Magnetic moment (Ms1): 1 x 10E6 A / m (1000 emu / cc)
수직 자기 이방성 상수 (Ku1): 2 × 10E5 J/m3 (2 × 10E6 erg/cc)Perpendicular magnetic anisotropy constant (Ku1): 2 × 10E5 J / m 3 (2 × 10E6 erg / cc)
감쇠 상수 α = 0.01Attenuation constant α = 0.01
큐리 온도 (Tc1) : 700KCurie temperature (Tc1): 700K
분극율 P = 1.0
Polarization rate P = 1.0
(2) 제2 자성 층(2) Second magnetic layer
재료: FePtCu층Material: FePtCu layer
자기 모멘트 (Ms2): 600 × 10E3 A/m (600 emu/cc)Magnetic moment (Ms2): 600 x 10E3 A / m (600 emu / cc)
수직 자기 이방성 상수 (Ku2) : Ku1 × 2 J/m3 Perpendicular magnetic anisotropy constant (Ku2): Ku1 × 2 J /
감쇠 상수 α = 0.01Attenuation constant α = 0.01
큐리 온도 (Tc2): 700K, 500K, 450K, 400K
Curie temperature (Tc2): 700K, 500K, 450K, 400K
(3) 기타(3) Other
자유 층(13C)의 직경 D는 10nm 내지 20nm이었다.The diameter D of the
제1 자성 층(31C)의 높이(두께)는 2nm (h1 = 2nm), 자기 결합 제어 층(32C)의 높이는 0nm (hsp = 0), 제2 자성층(33C)의 높이는 2nm (h2 = 2nm)이었다. 자기 결합 제어 층(32C)의 두께를 0으로 하여 자유 층(13C)은 자기 결합 제어 층(32C)을 포함하지 않도록 구성하였다.The height of the first
자유 층(13C)의 구성을 이용한 LLG 시뮬레이션에서, 자기 이방성 상수 Ku 값은 제2 자성 층(33C)의 소자 온도(재료)의 상승량 Δ가 60이 되도록 조정되었다.In the LLG simulation using the configuration of the
또한 비교예로서, 상술한 이층 구조를 갖지 않는 일반적인 자유 층의 구성에 대해서도 시험을 실시했다.In addition, as a comparative example, a test was also conducted on a general free layer structure not having the above-described two-layer structure.
재료: Co / Ni mulutilayerMaterial: Co / Ni mulutilayer
자기 모멘트 (Ms): 600 × 10E3 A/m (600 emu/cc)Magnetic moment (Ms): 600 x 10E3 A / m (600 emu / cc)
수직 자기 이방성 상수 (Ku): 6 × 10E5 J/m3 (6 × 10E6 erg/cc)Perpendicular magnetic anisotropy constant (Ku): 6 × 10E5 J / m 3 (6 × 10E6 erg / cc)
큐리 온도 (Tc) : 700K(426.85℃)보다 큰 값 (> 700K)Curie temperature (Tc): greater than 700K (426.85 ° C) (> 700K)
도 8 내지 10은 도 7에 도시된 자유 층의 LLG 시뮬레이션 시험의 결과를 분석한 것을 나타낸다. 도 8은 큐리 온도와 전류 밀도의 관계를 나타내는 그래프이고, 도 9는 큐리 온도와 전류량의 관계를 나타내는 그래프이며, 도 10은 감쇠 상수 α와 전류 밀도의 관계를 나타내는 그래프이다. 도 8 내지 10은 자기 저항 소자의 쓰기 작업 시 자유 층의 소자 온도가 50 ℃ 상승하는 것을 전제로 시험한 결과이다.Figs. 8 to 10 show an analysis of the results of the LLG simulation test of the free layer shown in Fig. FIG. 8 is a graph showing the relationship between Curie temperature and current density, FIG. 9 is a graph showing the relationship between Curie temperature and current amount, and FIG. 10 is a graph showing a relationship between attenuation constant? And current density. Figs. 8 to 10 are the results of a test on the premise that the element temperature of the free layer increases by 50 DEG C during the writing operation of the magnetoresistive element.
도 8에 도시된 그래프는 가로 축에 큐리 온도 Tc (K)를, 세로 축에 전류 밀도 jsw (× 1012 A/m2)를 나타낸다. 도 9에 도시된 그래프는 가로축에 큐리 온도 Tc (K)를, 세로축에 전류량 isw (mA)를 나타낸다. 도 8 및 9은, 큐리 온도 Tc로 제2 자성 층(33C)의 큐리 온도 Tc2의 여러 값(실시 예) 및 일반적인 자유 층의 큐리 온도(700K)의 값(비교 예)을 이용해 각 큐리 온도에서의 시험 결과를 나타내고 있다.The graph shown in Fig. 8 shows the Curie temperature Tc (K) on the abscissa and the current density j sw (x 10 12 A / m 2 ) on the ordinate. The graph shown in Fig. 9 shows Curie temperature Tc (K) on the abscissa and current swsw (mA) on the ordinate. 8 and 9 are graphs showing curie temperature Tc at various Curie temperatures (Examples) using various values (example) of Curie temperature Tc2 of the second
자유 층(13C)의 직경 D의 값은 실선이 10nm, 점선이 20nm이다.The diameter D of the
도 8 및 9에 도시된 그래프에서 확인할 수 있듯이, 큐리 온도 Tc가 500K 이하인 자유 층(13C)은 큐리 온도가 700K(또는 700K 이상)인 일반적인 자유 층에 비해 전력 소모를 줄일 수 있다. 예를 들어, 제2 자성 층(33C)의 소자 온도가 50 ℃ 상승하면 40 - 50 %의 소비 전력을 절감할 수 있다.As can be seen from the graphs shown in FIGS. 8 and 9, the
도 10에 도시된 그래프는 제2 자성 층의 감쇠 감수 α를 매개 변수로 하여 가로 축에 나타내며, 전류 밀도 jsw (× 1012 A/m2)를 세로 축에 나타낸다. 도 10에서, 실선은 도 7에 도시된 자유 층(13C)에서 제2 자성 층(33C)의 큐리 온도가 400K인 경우의 시험 결과(실시 예)이며, 점선은 일반적인 자유 층(큐리 온도가 700K)의 시험 결과(비교 예)이다. 일반적인 자유 층에 비해 도 7의 자유 층(13C)은 감쇠 상수 α의 영향을 적게 받는다. 따라서, 제2 자성 층(33C)을 이루는 재료의 범위를 넓힐 수 있다. 즉, 감쇠 상수가 비교적 크고 Tc가 작은 자성체를 사용할 수 있다.The graph shown in FIG. 10 is plotted on the abscissa axis with the attenuation coefficient a of the second magnetic layer as a parameter, and the current density j sw (x 10 12 A / m 2 ) is shown on the ordinate axis. 10, the solid line is a test result (example) in the case where the Curie temperature of the second
도 11은 도 7에 도시된 자유 층의 LLG 시뮬레이션 시험을 위해 이용한 자유 층(13C)의 직경과 수직 자기 이방성 상수 Ku의 관계를 나타내는 그래프이다. 도 11은 가로 축에 자유 층(13C)의 직경 D (nm)를, 세로 축에 수직 자기 이방성 상수 Ku (Merg/cc)를 나타낸다. 자유 층(13C)을 구성하는 재료로, 실선은 제2 자성 층(33C)을 구성하는 FePtCu 층의 시험 결과이며, 점선은 제1 자성 층(33A)을 구성하는 CoFeB 층의 시험 결과이다. 또한, 수직 자기 이방성 상수 Ku에 대해 열 안정성 매개 변수(KuV/Kt)가 60(KuV / Kt = 60)이 되고, FePtCu 층의 수직 자기 이방성 상수 Ku2 값이 CoFeB 층의 수직 자기 이방성 상수 Ku1 값의 2배 (Ku2 @ FePtCu = 2 × Ku1 @ CoFeB)가 되도록 조정했다. 쓰기 작업 시, 제2 자성 층(33C)의 온도는 300K로 상승시켰다.11 is a graph showing the relationship between the diameter of the
도 11에 도시된 바와 같이, 자유 층(13C)의 직경 D가 10nm인 경우에 수직 자기 이방성 상수 Ku가 크고, 직경 D가 커짐에 따라 수직 자기 이방성 상수 Ku는 작아진다. 따라서, 자기 저항 소자(자기 터널 결합 소자)의 크기(자유 층의 직경)가 작은 경우에는 수직 자기 이방성 상수 Ku를 큰 값으로 할 필요가 있다. 또한, 자유 층을 구성하는 재료 및/또는 자기 저항 소자의 크기에 따라 수직 자기 이방성 상수 Ku를 크게 할 필요성이 다른 것으로 확인되었다.As shown in FIG. 11, when the diameter D of the
제1 자성층이 수직 자기 이방성을 가지지 않는 경우의 소비 전력 절감이 설명된다.The power consumption reduction when the first magnetic layer does not have vertical magnetic anisotropy will be described.
이하, 도 12에 도시된 자유 층(13D)의 구성을 사용하여 LLG 시뮬레이션을 실시한 시험 결과를 설명한다. 자유 층(13D)은 제1 자성 층(31D)과 제2 자성 층(33D)으로 구성되는 이중 구조를 갖는다.Hereinafter, test results obtained by performing the LLG simulation using the configuration of the
제1 자성 층(31D)을 수직 자기 이방성 상수 Ku1이 0(zero)이 되도록 구성하고, 자유 층(13D)의 제1 자성 층(31D)이 수직 자기 이방성을 갖지 않은 경우에, 쓰기 작업 시 소비 전력이 감소할 수 있는지를 시험했다.When the first
자기 결합 제어 층(32D, Spacer)의 두께를 0 (hsp = 0nm)으로 하여, 자유 층(13D)이 자기 결합 제어 층(32D)을 갖지 않도록 구성했다.The thickness of the magnetic
자유 층(13D)의 세부 사항은 아래에 기재한다.
The details of the
(1) 제1 자성 층(1) The first magnetic layer
재료: 면내 자기 이방성을 갖는 CoFeB 층 또는 CFMS 층Material: CoFeB layer having in-plane magnetic anisotropy or CFMS layer
자기 모멘트 (Ms): 1 × 10E6 A/m (1000 emu/cc)Magnetic moment (Ms): 1 x 10E6 A / m (1000 emu / cc)
수직 자기 이방성 상수 (Ku1): 0 J/m3 (0 erg/cc)Perpendicular magnetic anisotropy constant (Ku1): 0 J / m 3 (0 erg / cc)
감쇠 상수 α = 0.01Attenuation constant α = 0.01
큐리 온도 (Tc1): 700K (426.85 ℃)Curie temperature (Tc1): 700K (426.85 DEG C)
분극율 P = 1.0Polarization rate P = 1.0
(2) 제 2 자성층(2) The second magnetic layer
재료: FePtCu 층Material: FePtCu layer
자기 모멘트 (Ms): 600 × 10E3 A/m (600 emu/cc)Magnetic moment (Ms): 600 x 10E3 A / m (600 emu / cc)
수직 자기 이방성 상수 (Ku2): 자유 층의 직경 D가 10 - 20nm의 범위일 때,Vertical magnetic anisotropy constant (Ku2): When the diameter D of the free layer is in the range of 10-20 nm,
자유 층의 열적 안정성 상수 Δ 값이 60가 되도록So that the thermal stability constant Δ value of the free layer is 60
수직 사기 이방성 상수 Ku2 값을 조정함Adjusts the value of the vertical deformation anisotropy constant Ku2
댐핑 상수 α = 0.01Damping constant α = 0.01
큐리 온도 (Tc): 360K, 400K, 450K, 500K, 700KCurie temperature (Tc): 360K, 400K, 450K, 500K, 700K
(86.85 ℃, 126.85 ℃, 176.85 ℃, 226.85 ℃, 426.85 ℃)
(86.85 ° C, 126.85 ° C, 176.85 ° C, 226.85 ° C, 426.85 ° C)
(3) 기타(3) Other
자유 층(13D)의 직경 D는 10 - 20nm이었다.The diameter D of the
제1 자성 층(31D)의 높이(두께)는 2nm (h1 = 2nm)이고, 자기 결합 제어 층(32D)의 높이는 0nm (hsp = 0)이며, 제2 자성 층(33D)의 높이는 2nm (h2 = 2nm)이었다.The height of the first
제2 자성 층(33D)의 여러 큐리 온도 Tc는 매개 변수이며, 큐리 온도 Tc가 700K의 경우가 일반적인 자유 층이 되도록 설정했다.The various Curie temperatures Tc of the second
도 13 내지 15는 도 12에 도시된 자유 층의 LLG 시뮬레이션 시험 결과를 분석한 것이다. 도 13은 큐리 온도와 전류 밀도의 관계를 나타내는 그래프이고, 도 14은 큐리 온도와 전류량의 관계를 나타내는 그래프이며, 도 15는 자유 층의 직경과 수직 자기 이방성 상수의 관계를 나타내는 그래프이다.13 to 15 are graphs showing results of LLG simulation test of the free layer shown in FIG. FIG. 13 is a graph showing the relationship between Curie temperature and current density, FIG. 14 is a graph showing the relationship between Curie temperature and current amount, and FIG. 15 is a graph showing the relationship between the diameter of the free layer and the perpendicular magnetic anisotropy constant.
도 13에 도시된 그래프는 가로 축에 큐리 온도 Tc (K)를, 세로 축에 전류 밀도 jsw (× 1012 A/m2)를 나타낸다. 도 14에 도시된 그래프는 가로축에 큐리 온도 Tc (K)를, 세로 축에 전류량 isw (mA)를 나타낸다. 도 13 및 14는, 매개 변수로 설정한 각 큐리 온도에서 제1 자성 층(31D)의 자성 방향이 반전할 때의 전류 밀도 또는 전류의 양을 나타낸다.The graph shown in Fig. 13 shows the Curie temperature Tc (K) on the abscissa and the current density j sw (x 10 12 A / m 2 ) on the ordinate. The graph shown in Fig. 14 shows Curie temperature Tc (K) on the abscissa and current swsw (mA) on the ordinate. 13 and 14 show the current density or the amount of current when the magnetic direction of the first
자유 층(13D)의 직경 D의 값은 실선이 10nm, 점선이 20nm이다.The value of the diameter D of the
도 13 및 14에서 확인할 수 있듯이, 자유 층(13D)은 큐리 온도가 360K, 400K와 450K일 때 전력 소비를 현저하게 줄일 수 있다. 예를 들어, 제2 자성 층(33D)의 큐리 온도 Tc가 400K 이하인 경우, 소자 온도가 50 ℃ 상승하면 50 - 70 %의 소비 전력을 절감할 수 있다. 도 13 및 14의 시험 결과에서 제1 자성 층이 수직 자기 이방성을 갖고 있지 않은 경우에도 전력을 절감하는 효과가 발생하는 것이 확인되었다.As can be seen in Figures 13 and 14, the
도 15에 도시된 그래프는 가로 축에 자유 층(13D)의 직경 D를, 세로 축에 제2 자성 층(33D)의 수직 자기 이방성 상수 Ku2 (Merg/cc)를 나타낸다. 수직 자기 이방성 상수 Ku에 대해 열적 안정성 매개 변수(KuV/Kt)가 60 (KuV/Kt = 60)이 되고, CoFeB 층 또는 CFMS 층의 Ku1 값이 0이 되도록 조정했다. 쓰기 작업 시, 제2 자성 층(33C)의 온도는 300K로 상승되었다.The graph shown in Fig. 15 shows the diameter D of the
도 15에 도시된 바와 같이, 자유 층(13D)의 직경 D가 10nm일 때 수직 자기 이방성 상수 Ku2가 크고, 직경 D가 커짐에 따라 수직 자기 이방성 상수 Ku2는 작아진다. 따라서, 자기 저항 소자(자기 터널 결합 소자)의 크기(자유 층의 직경)가 작은 경우에는 제2 자성 층(33D)의 수직 자기 이방성 상수 Ku2를 큰 값으로 할 필요가 있다. 즉, 제1 자성 층(31D)이 수직 자기 이방성을 갖지 않은 경우에는, 제2 자성층(33D)이 수직 자기 이방성을 갖는 것이 바람직하며, 특히 자유 층(13D)의 직경이 작은 경우(크기가 작은 경우)에는 직경이 큰 경우에 비해 수직 자기 이방성 상수 Ku2를 크게할 필요성이 높아진다.As shown in FIG. 15, when the diameter D of the
제1 및 제2 자성 층들의 자기 교환 스티프니스 상수(exchange stiffness constant) 검토가 설명된다.A review of the exchange stiffness constant of the first and second magnetic layers is described.
이하, 도 12에 도시된 자유 층(13D)의 구성을 사용하여 LLG 시뮬레이션을 수행한 후, 자기 교환 스티프니스 상수를 검토한 시험 결과를 설명한다. 이 시험은 도 12을 참조하여 설명한 자유 층(13D)에서 아래와 같이 제2 자성 층(33D)의 매개 변수를 변경하였다.
Hereinafter, test results obtained by examining the self-exchange stiffness constant after the LLG simulation is performed using the configuration of the
큐리 온도 (Tc): 400K, 700K (126.85 ℃, 426.85 ℃)Curie temperature (Tc): 400K, 700K (126.85C, 426.85C)
교환 결합 상수 A: 0.1 - 2.0 × 10-13 J/cm (0.1 - 2.0 × 10-6 erg/cm)
Exchange coupling constant A: 0.1 - 2.0 × 10 -13 J / cm (0.1 - 2.0 × 10 -6 erg / cm)
이 시험에서는 쓰기 작업 시 소자 온도가 50 ℃ 상승하는 것을 전제로 한다.This test assumes that the device temperature increases by 50 ° C during writing.
큐리 온도 Tc가 400K인 경우는 본 발명의 일 실시 형태에 따른 자유 층이며, 700K인 경우는 일반적인 자유 층이다. 각각 자유 층의 직경 D가 10nm인 경우와 20nm인 경우에 대해 시험했다.When Curie temperature Tc is 400K, it is a free layer according to an embodiment of the present invention, and when it is 700K, it is a general free layer. Tests were conducted for the cases where the diameter D of the free layer was 10 nm and 20 nm, respectively.
그림 16 및 17은 교환 결합 상수의 시험 결과를 나타낸다. 도 16은 자기 교환 스티프니스 상수 (× 10-6 erg/cm)와 전류 밀도 jsw (× 1012 A/m2)의 관계를 나타내는 그래프이고, 도 17은 자기 교환 스티프니스 상수 A (× 10-6 erg/cm)와 전류량 isw (mA)의 관계를 나타내는 그래프이다. 자기 교환 스티프니스 상수 A는 자기 결합 제어 층(32C)의 두께를 통해 조정할 수 있다. 반전 전류가 작아지는 자기 교환 스티프니스 상수 A의 최적 값은, 자유 층의 직경 D가 10nm일 때가 20nm일 때보다 작음을 확인할 수 있다. 또한, 자유 층의 직경 D가 동일한 경우, 일반적인 자유 층보다 본 발명의 일 실시 형태에 따른 자유 층의 반전 전류 값이 작음을 확인할 수 있다. 따라서, 본 발명의 일 실시 형태에 따른 자기 저항 소자는 열적 안정성을 손상시키지 않고 자화 반전 전류를 줄일 수 있다. 자기 저항 소자의 열적 안정성을 향상시킬 수 있음을 시사한다.Figures 16 and 17 show the test results of exchange coupling constants. Figure 16 is a magnetic exchange stiffness constant (× 10 -6 erg / cm) and current density j sw (× 10 12 A / m 2) is a graph showing a relationship, Figure 17 is the magnetic exchange stiffness constant A (× 10 -6 erg / cm) and the current amount i sw (mA). The magnetic exchange stiffness constant A can be adjusted through the thickness of the magnetic
도 18은 LLG 시뮬레이션에서 온도 변화에 따른 매개 변수의 변동 모델을 나타낸다.18 shows a variation model of the parameter according to the temperature change in the LLG simulation.
도 18에 도시된 그래프는 가로 축의 큐리 온도 Tc와 세로 축의 자기 모멘트 Ms, 수직 자기 이방성 상수 Ku, 또는 변환 매개 변수 A를 대응시킨다. 즉, 큐리 온도 Tc와 전류가 흐를 때 재료의 온도 T의 비(T/Tc)를 각 매개 변수의 값에 대응시킨다. 각 매개 변수는 재료의 온도가 0일 때의 각 요소의 값(Ms0, Ku0, A0)과 각 요소의 값(Ms, Ku, A)의 비율로 나타나 있다.The graph shown in FIG. 18 corresponds to the Curie temperature Tc of the transverse axis and the magnetic moment Ms of the longitudinal axis, the perpendicular magnetic anisotropy constant Ku, or the conversion parameter A. FIG. That is, the ratio (T / Tc) of the Curie temperature Tc to the temperature T of the material when the current flows is made to correspond to the value of each parameter. Each parameter is expressed as a ratio of the value of each element (Ms0, Ku0, A0) and the value of each element (Ms, Ku, A) when the temperature of the material is zero.
기타의 실시 형태가 설명된다.Other embodiments will be described.
도 19a는 STT-MRAM의 구성의 일 례를 나타낸다. FL은 자유 층, MgO는 절연 층, PEL은 참조 층이며, Ru는 참조 층의 결정 배향을 돕는 층을 나타낸다. 19A shows an example of the configuration of the STT-MRAM. FL denotes a free layer, MgO denotes an insulating layer, PEL denotes a reference layer, and Ru denotes a layer which helps crystal orientation of the reference layer.
[Co/Pt] ML은 수직 자기 유지 층이고, 그리고 seed는 결정 배향을 제어하는 층을 나타낸다.[Co / Pt] ML is a perpendicular magnetic holding layer, and seed indicates a layer controlling crystal orientation.
도 19b 내지 도 19e는 도 19a의 자유 층(FL)의 구성 예들을 도시한다.19B to 19E show structural examples of the free layer FL of FIG. 19A.
도 19b 및 19c를 참조하면, 자유 층의 제1 자성 층에 CoFeB 층, 그리고 제2 자성 층에 FePtCu 층 또는 Fe/Pt/Cu 다중 층이 사용될 수 있다. 도 19d를 참조하면, 제1 자성 층에 MnGe 층, 그리고 제2 자성 층에 FePtCu 층이 사용될 수 있다. 도 19e를 참조하면, 제1 자성 층에 호이슬러(CFMS) 층, 그리고 제2 자성 층에 Fe/Pt/Cu 다중 층이 사용될 수 있다.19B and 19C, a CoFeB layer may be used for the first magnetic layer of the free layer and an FePtCu layer or the Fe / Pt / Cu multilayer may be used for the second magnetic layer. Referring to FIG. 19D, a MnGe layer may be used for the first magnetic layer and an FePtCu layer may be used for the second magnetic layer. Referring to Figure 19 (e), a Feis / Pt / Cu multilayer may be used for the first magnetic layer and the second magnetic layer.
예를 들어, FePtCu은 높은 수직 자기 이방성 상수 Ku을 가지며, 낮은 큐리 온도 Tc를 갖는 재료로서, 제2 자성층으로 사용하기에 바람직하다. 제2 자성층으로 큐리 온도 Tc가 제어 가능하고 큰 수직 자기 이방성을 갖는 재료가 사용하기에 좋으며, 예를 들어, FePtCu [Co/Pt]n, TbFeCo, Mn2RuGa, 또는 Mn2RuGe와 같은 자성 재료가 사용될 수 있다.For example, FePtCu has a high perpendicular magnetic anisotropy constant Ku and is a material having a low Curie temperature Tc, which is preferable for use as the second magnetic layer. A material having a high Curie temperature Tc and a high perpendicular magnetic anisotropy can be used as the second magnetic layer. For example, a magnetic material such as FePtCu [Co / Pt] n, TbFeCo, Mn 2 RuGa, or Mn 2 RuGe Can be used.
예를 들어, 제1 자성 층에 CoFeB 층, 그리고 제2 자성 층에 FePtCu 층 또는 Fe/Pt/Cu 다중 층을 사용하여 LLG 시뮬레이션을 실시한 결과 다음의 시험 결과를 얻었다.
For example, the LLG simulation was performed using a CoFeB layer as the first magnetic layer and an FePtCu layer or Fe / Pt / Cu multilayer as the second magnetic layer, and the following test results were obtained.
FePtCu 층FePtCu layer
자기 모멘트 (Ms): 600 × 10E3 A/m (600 emu/cc)Magnetic moment (Ms): 600 x 10E3 A / m (600 emu / cc)
수직 자기 이방성 상수 (Ku2): 10 × 10E5 J/m3 (10 × 10E6 erg/cc), 실온에서의 값임Perpendicular magnetic anisotropy constant (Ku2): 10 × 10E5 J / m 3 (10 × 10E6 erg / cc), at
큐리 온도 (Tc): 250 ℃ (523.15K)Curie temperature (Tc): 250 DEG C (523.15K)
감쇠 상수 α = 0.01
Attenuation constant α = 0.01
CoFeB 층CoFeB layer
자기 모멘트 (Ms): 1 × 10E6 A/m (1000 emu/cc)Magnetic moment (Ms): 1 x 10E6 A / m (1000 emu / cc)
수직 자기 이방성 상수 (Ku1): 2 × 10E5 J/m3 (2 × 10E6 erg/cc), 실온에서의 값임Perpendicular magnetic anisotropy constant (Ku1): 2 × 10E5 J / m 3 (2 × 10E6 erg / cc), at
큐리 온도 (Tc): 250 ℃ (523.15K) 이상의 온도 (>>> 250 ℃)Curie temperature (Tc): temperature above 250 ° C (523.15K) (>>> 250 ° C)
감쇠 상수 α = 0.01Attenuation constant α = 0.01
상술한 네 종류의 자유 층의 구성 예에서, 자기 결합 제어 층(ECC Layer)은, 예를 들어, Pd, Pt, Ru, MgO, Ta, 및/또는 W을 포함할 수 있다.In the above-described four kinds of free layer structure examples, the magnetic coupling control layer (ECC layer) may include, for example, Pd, Pt, Ru, MgO, Ta, and /
자유 층의 제2 자성 층은, 예를 들어, MnGeX, [Co/Pt]n, TbFeCo, FePtCu, 및/또는 Mn2RuGa을 포함할 수 있다.The second magnetic layer of the free layer may comprise, for example, MnGeX, [Co / Pt] n, TbFeCo, FePtCu, and / or Mn2RuGa.
이상 설명한 바와 같이, 수직 자화를 가지며 자기 저항 효과에 의해 읽기 작업을 수행하는 자기 저항 소자는 미세화에 따른 열 교란 내성이 높아 차세대 메모리로 기대되고 있다. 한편, 자기 저항 소자의 주요 구성인 높은 수직 자기 이방성을 갖는 강자성체 박막을 형성하는 것이 어렵다는 문제, 및 이를 해결하기 위해 자기 터널 접합(MTJ)에 수직 자화 유지 층을 결합시키면 자화 반전 전류가 증대하여 저전력 장치를 구현하는 것이 곤란하다는 문제가 있었다. 이러한 문제들에 대해, 본 발명의 일 실시예에 따른 자기 저항 소자에서는, 절연 박막을 두 층의 강자성 박막 사이에 끼워 자기 터널 접합으로 구성한 자기 저항 소자에서, 큐리 온도 Tc가 낮은 수직 자화 막을 수직 자화 유지 층으로 포함함으로써 자유 층(기록 층)의 자화 열적 안정성을 유지하는 동시에 자화 반전 전류를 작게 하는 것을 실현했다. 본 기술은 STT-MRAM의 실용화에 공헌하는 것이다.As described above, a magnetoresistive element having a vertical magnetization and performing a read operation by the magnetoresistive effect is expected to be a next generation memory because of its high resistance to thermal disturbance due to miniaturization. On the other hand, it is difficult to form a ferromagnetic thin film having high vertical magnetic anisotropy, which is a main component of the magnetoresistive element. To solve this problem, when the vertical magnetization holding layer is bonded to the MTJ, magnetization reversal current increases, There is a problem that it is difficult to implement the device. With respect to these problems, in a magnetoresistive element according to an embodiment of the present invention, in a magnetoresistive element in which an insulating thin film is sandwiched between two ferromagnetic thin films and formed by magnetic tunnel junction, a perpendicular magnetic film having a low Curie temperature Tc is vertically magnetized The magnetization thermal stability of the free layer (recording layer) is maintained and the magnetization reversal current is reduced. This technology contributes to the practical use of STT-MRAM.
보다 구체적으로, 본 발명의 일 실시예에 따른 자기 저항 소자에 포함된 자유 층은 적어도 제1 자성 층 및 제2 자성 층을 갖는다. 제2 자성 층의 큐리 온도를 제1 자성 층의 큐리 온도보다 낮게 조정함으로써, 기록 작업 시의 온도 상승 효과로 기록 전류를 작게 할 수 있다. 예를 들어, 일반적인 기술과 비교하면, 기록 작업 시의 소비 전력을 50% 이상 줄일 수 있다.More specifically, the free layer included in the magnetoresistive element according to an embodiment of the present invention has at least a first magnetic layer and a second magnetic layer. By adjusting the Curie temperature of the second magnetic layer to be lower than the Curie temperature of the first magnetic layer, the recording current can be reduced by the temperature raising effect during the recording operation. For example, the power consumption during recording can be reduced by 50% or more as compared with a general technique.
본 발명은 STT-MRAM(Spin Transfer Torque Magnetic Random Access Memory: 자기 메모리) 또는 레이스 트랙 메모리(Racetrack-memory: 자기 기반 비휘발성 메모리)와 같이 스핀 주입 자화 반전 효과를 이용한 고집적 STT-MRAM용 MTJ 소자에 사용될 수 있다.The present invention relates to an MTJ element for a highly integrated STT-MRAM using a spin injection magnetization reversal effect, such as a STT-MRAM (Spin Transfer Torque Magnetic Random Access Memory) or a Racetrack-memory (magnetic non-volatile memory) Can be used.
1: 비트 라인
2: 반도체 기판
3, 4: 확산 영역들
5, 7: 콘택 플러그들
6: 소스 라인
8: 워드 라인
9: 게이트 절연막
10: 자기 저항 소자
11, 21: 고정층
12: 절연 층
13, 13A, 13B, 13C: 자유 층
100: 메모리 셀
31, 31A, 31B, 31C: 제1 자성 층
32, 32A, 32B, 32C: 자기 결합 제어 층
33, 33A, 33B, 33C: 제2 자성 층1: bit line
2: semiconductor substrate
3, 4: diffusion regions
5, 7: contact plugs
6: Source line
8: Word line
9: Gate insulating film
10: Magnetoresistive element
11, 21: Fixed layer
12: Insulation layer
13, 13A, 13B, 13C: free layer
100: memory cell
31, 31A, 31B, 31C: a first magnetic layer
32, 32A, 32B, 32C: magnetic coupling control layer
33, 33A, 33B and 33C: a second magnetic layer
Claims (9)
자화 방향이 가변이며, 제1 자기 이방성을 갖는 자유 층; 및
상기 고정 층과 상기 자유 층 사이에 제공되는 절연 층을 포함하되,
상기 고정 층, 상기 자유 층, 및 상기 절연 층은 자기 터널 접합을 형성하고,
상기 자유 층은:
제1 자성 층; 및
상기 제1 자성 층보다 낮은 큐리 온도를 가지며, 제2 수직 자기 이방성을 가지는 제2 자성 층을 포함하는 자기 저항 소자.
A fixed layer having a fixed magnetization direction;
A free layer having a first magnetic anisotropy, the magnetization direction of which is variable; And
And an insulating layer provided between the fixed layer and the free layer,
Wherein the fixed layer, the free layer, and the insulating layer form a magnetic tunnel junction,
Said free layer comprising:
A first magnetic layer; And
And a second magnetic layer having a Curie temperature lower than that of the first magnetic layer and having a second perpendicular magnetic anisotropy.
상기 제2 자성층의 큐리 온도는 350K 이상이고 500K이하인 자기 저항 소자.
The method according to claim 1,
And the Curie temperature of the second magnetic layer is 350K or more and 500K or less.
상기 제2 수직 자기 이방성의 크기는 5×10E5 J/m3(5×10E6 erg/cc) 이상인 자기 저항 소자.
The method according to claim 1,
The magnetoresistive element is greater than or equal to the second vertical size of the magnetic anisotropy is 5 × 10E5 J / m 3 ( 5 × 10E6 erg / cc).
상기 제1 자기 이방성은 면내(in-plane)인 자기 저항 소자.
4. The method according to any one of claims 1 to 3,
Wherein the first magnetic anisotropy is in-plane.
상기 제1 자기 이방성의 방향은 자유 층의 표면에 수직하고,
상기 제1 자기 이방성의 크기는 2×10E5 J/m3(2×10E6 erg/cc) 이상이고 10E6 J/m3(10E7 erg/cc) 이하인 자기 저항 소자.
4. The method according to any one of claims 1 to 3,
The direction of the first magnetic anisotropy being perpendicular to the surface of the free layer,
It said first magnitude of magnetic anisotropy is 2 × 10E5 J / m 3 ( 2 × 10E6 erg / cc) or less than the magnetoresistive element, and 10E6 J / m 3 (10E7 erg / cc).
상기 자유 층은 상기 제1 자성 층 및 상기 제2 자성 층 사이에 제공되고, 상기 제1 자성 층과 상기 제2 자성층의 자기 결합을 제어하는 자기 결합 제어 층을 더 포함하는 자기 저항 소자.
4. The method according to any one of claims 1 to 3,
Wherein the free layer is provided between the first magnetic layer and the second magnetic layer and further includes a magnetic coupling control layer for controlling magnetic coupling between the first magnetic layer and the second magnetic layer.
상기 제2 자성 층은 FePtCu, [Co/Pt]n, TbFeCo, Mn2RuGa, Mn2RuGe, 또는 이외의 강자성체로 이루어진 자기 저항 소자.
4. The method according to any one of claims 1 to 3,
Said second magnetic layer is made of a magneto-resistive element FePtCu, [Co / Pt] n , TbFeCo, Mn 2 RuGa, Mn 2 RuGe, or a ferromagnetic material other than the.
상기 자기 저항 소자의 저항 값은 30 Ωμm2 이하인 자기 저항 소자.
4. The method according to any one of claims 1 to 3,
And the resistance value of the magnetoresistive element is 30 Ωμm 2 or less.
상기 제2 자성 층의 큐리 온도는 쓰기 작업 시의 상기 제2 자성 층의 온도보다 낮고, 읽기 작업 시의 상기 제2 자성 층의 온도보다 높은 자기 저항 소자.
4. The method according to any one of claims 1 to 3,
Wherein a Curie temperature of the second magnetic layer is lower than a temperature of the second magnetic layer in a writing operation and is higher than a temperature of the second magnetic layer in a reading operation.
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---|---|---|---|---|
KR20200095726A (en) * | 2019-02-01 | 2020-08-11 | 삼성전자주식회사 | Magnetic tunnel junction and magnetic memory deivce comprising the same |
Families Citing this family (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2018129105A (en) | 2017-02-07 | 2018-08-16 | 三星電子株式会社Samsung Electronics Co.,Ltd. | Magnetoresistive memory device |
JP2019096815A (en) | 2017-11-27 | 2019-06-20 | 株式会社サムスン日本研究所 | Magnetic tunnel junction element and magnetic resistance memory device |
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JP2021072318A (en) | 2019-10-29 | 2021-05-06 | 三星電子株式会社Samsung Electronics Co.,Ltd. | Magnetic memory element and magnetic memory device |
US12004355B2 (en) | 2020-10-23 | 2024-06-04 | Samsung Electronics Co., Ltd. | Magnetic tunnel junction element and magnetoresistive memory device |
Citations (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2002208681A (en) * | 2001-01-11 | 2002-07-26 | Canon Inc | Magnetic thin-film memory element, magnetic thin-film memory, and information recording method |
JP2005183826A (en) * | 2003-12-22 | 2005-07-07 | Sony Corp | Magnetic memory |
JP2010219412A (en) * | 2009-03-18 | 2010-09-30 | Toshiba Corp | Magnetoresistive element and magnetic random access memory |
Family Cites Families (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2004253739A (en) * | 2003-02-21 | 2004-09-09 | Sony Corp | Magnetic storage element, its recording method and magnetic storage device |
JP5677347B2 (en) * | 2012-03-22 | 2015-02-25 | 株式会社東芝 | Magnetoresistive element and magnetic memory writing method |
-
2014
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-
2015
- 2015-03-27 KR KR1020150043084A patent/KR102291612B1/en active IP Right Grant
Patent Citations (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2002208681A (en) * | 2001-01-11 | 2002-07-26 | Canon Inc | Magnetic thin-film memory element, magnetic thin-film memory, and information recording method |
JP2005183826A (en) * | 2003-12-22 | 2005-07-07 | Sony Corp | Magnetic memory |
JP2010219412A (en) * | 2009-03-18 | 2010-09-30 | Toshiba Corp | Magnetoresistive element and magnetic random access memory |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
KR20200095726A (en) * | 2019-02-01 | 2020-08-11 | 삼성전자주식회사 | Magnetic tunnel junction and magnetic memory deivce comprising the same |
US11706998B2 (en) | 2019-02-01 | 2023-07-18 | Samsung Electronics Co., Ltd. | Magnetic tunnel junction and magnetic memory device comprising the same |
Also Published As
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