WO2011081051A1 - 磁気メモリセル及び磁気メモリ - Google Patents

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純 早川
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株式会社日立製作所
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    • H10N50/00—Galvanomagnetic devices
    • H10N50/10—Magnetoresistive devices

Definitions

  • the present invention relates to a magnetic memory cell for writing magnetic information by electric means and a large-capacity multi-value magnetic memory equipped with the same.
  • Non-volatile magnetic memories and magnetic recording devices are required to have a technique for recording and reading recorded magnetic information as multi-value information in order to increase its capacity.
  • JP-T-2007-504651 discloses a multi-value magnetic memory in which two or more tunnel magnetoresistive elements are stacked on a MOSFET.
  • Japanese Patent Application Laid-Open No. 2006-237183 discloses a large-capacity magnetic recording apparatus that reads out a large number of magnetic bit information arranged on a magnetic thin wire separated by a domain wall with a single magnetoresistive element.
  • An object of the present invention is to provide a magnetic memory cell and a large-capacity nonvolatile magnetic memory that can meet such a demand.
  • the present invention provides a magnetic device in which a plurality of magnetic recording bits and a detection unit that can electrically detect a combination of magnetization directions of magnetic recording layers constituting the recording bits as multi-value information on one spin accumulation layer.
  • a memory cell and a large-capacity magnetic memory in which a large number of magnetic memory cells are combined in an array are provided.
  • the magnetic memory cell of the present invention includes a spin accumulation layer, a plurality of recording bits provided in contact with the spin accumulation layer, and one or a plurality of detection units.
  • a spin accumulation layer In one recording bit, an intermediate layer adjacent to the spin accumulation layer, a magnetic recording layer, a barrier layer, a fixed layer, and an electrode protection layer are formed in this order, and a current or voltage is applied between the electrode protection layer and the spin accumulation layer.
  • the magnetization direction of the magnetic recording layer is reversed by the spin transfer torque acting on the magnetic recording layer.
  • an antiferromagnetic layer for fixing the magnetization may be stacked.
  • the detection unit includes an intermediate layer, a fixed layer, and an electrode protective layer adjacent to the spin accumulation layer.
  • a spin current flows from the magnetic recording layer of the recording bit adjacent to the spin accumulation layer via the intermediate layer to the spin accumulation layer, and polarized spin is accumulated in the spin accumulation layer.
  • the direction and amount of polarized spin accumulated depends on the magnetization direction of the magnetic recording layer of the recording bit.
  • the magnitude and sign of the electrical signal detected by the detection unit are determined in accordance with the direction and amount of the accumulated polarized spin and the distance between the recording bit and the detection unit. Since the number of combinations of the magnitude and sign of the detected electrical signal is greater than the number of recording bits, a magnetic memory cell that can be read as multi-value information can be provided.
  • the spin accumulation effect is an effect generated in a device having a ferromagnetic layer laminated on a nonmagnetic layer via an intermediate layer.
  • a pair of ferromagnetic layers are laminated at different positions of the nonmagnetic layer through intermediate layers, the magnetization of one ferromagnetic layer is fixed, and the other magnetization is not fixed from the ferromagnetic layer that is not fixed through the intermediate layer.
  • a current is passed through the magnetic layer, a spin current polarized from the ferromagnetic layer flows into the nonmagnetic layer, and polarized spin is accumulated in the nonmagnetic layer.
  • the amount of upward spins and downward spins accumulated depends on the magnetization direction of the ferromagnetic layer whose magnetization is not fixed.
  • the voltage between the ferromagnetic layer whose magnetization is fixed and the nonmagnetic layer is detected as an amount depending on the difference between the amount of upward spin and the amount of downward spin.
  • the detection voltage decreases in proportion to exp ( ⁇ d).
  • the detection unit has a direction to the magnetic recording layer of each recording bit and a distance to the detection unit. A corresponding voltage is generated.
  • the multiferroic layer is a layer having both antiferromagnetic properties and ferroelectric properties.
  • a plurality of magnetic memory cells of the present invention are arranged on the same plane, each recording bit is connected by a write word line, and a detecting portion between the magnetic memory cells is connected by a read line, thereby obtaining a large-capacity magnetic memory. It is done.
  • a magnetic memory cell includes a spin accumulation layer, a plurality of recording bits and one or a plurality of detection units that are formed on the spin accumulation layer so as to be spaced apart from each other.
  • the storage layer has a structure in which an intermediate layer, a magnetic recording layer, a barrier layer, a fixed layer, and a first electrode protective layer are stacked in this order, and the direction of current flowing between the first electrode protective layer and the spin storage layer
  • the detection unit has a structure in which an intermediate layer, a fixed layer, and a second electrode protective layer are sequentially stacked on the spin accumulation layer, and the detection unit By passing a current between the electrode protective layer and the spin accumulation layer, a signal having a level depending on the combination of the magnetization directions of the magnetic recording layers of a plurality of recording bits is output.
  • a plurality of writings in which two crosses on the first electrode protective layer of each recording bit are connected to the first electrode protective layer.
  • a pair of write word lines intersecting on the first electrode protective layer of the desired recording bit are selected, and between the first electrode protective layer and the spin accumulation layer of the desired recording bit from the pair of write word lines
  • the read control unit sets a pair of read lines intersecting on the second electrode protective layer of the detection unit to be selected.
  • a magnetic memory cell includes a spin accumulation layer, a plurality of recording bits formed on the spin accumulation layer and spaced apart from each other, and one or more detection units.
  • the magnetization direction of the magnetic recording layer can be reversed by the sign of the voltage
  • the detection unit has a structure in which an intermediate layer, a fixed layer, and a second electrode protective layer are sequentially stacked on the spin accumulation layer.
  • a signal level depending on the combination of the magnetization directions of the magnetic recording layers of a plurality of recording bits is output by passing a current between the second electrode protective layer and the spin accumulation layer.
  • a plurality of writings in which two crosses on the first electrode protective layer of each recording bit are connected to the first electrode protective layer.
  • the inversion voltage is applied only to the recording bit at the intersection of the two word lines, and the inversion voltage is not applied to the other recording bits connected to the two word lines.
  • the read control unit selects a pair of read lines intersecting on the second electrode protective layer of the detection unit to be selected, and reads between the desired second electrode protective film and the spin accumulation layer from the pair of read lines. A current is supplied from the line, and a combination of magnetization directions of the magnetic recording layers of a plurality of recording bits is read.
  • FIG. 1 is a schematic plan view showing an example of a magnetic memory cell according to the present invention.
  • an example of a magnetic memory cell composed of four recording bits is shown.
  • the magnetic memory cell In the magnetic memory cell, four recording bits 31 to 34 and one detection unit 2 are formed on one spin accumulation layer 1.
  • the recording bit and the detection unit indicate the distance between the center of the recording bits 31 and 32 and the center of the recording bits 33 and 34, and the distance between the center of the recording bits 31 and 32 and the center of the detection unit.
  • d2 2 ⁇ d1.
  • the number of recording bits is not limited to four, and the arrangement of recording bits is not limited to the arrangement shown in the figure. In that case, it is necessary to provide a plurality of recording bits so that there are at least two types of distances between the detection unit and the recording bits.
  • FIG. 2A to FIG. 2D are schematic cross-sectional views for explaining various configuration examples of the detection unit 2.
  • an intermediate layer 21, a fixed layer 22, and an electrode protective layer 23 are laminated in this order from the spin accumulation layer 1 side.
  • the fixed layer 22 may be configured by two magnetic layers 221 and 223 that are stacked via an intermediate layer 222. In this case, it is desirable that the magnetization directions of the two magnetic layers 221 and 223 are antiparallel.
  • the antiferromagnetic layer 24 may be adjacent to the fixed layer 22 and the magnetization direction of the fixed layer 22 may be fixed in one direction.
  • FIG. 2D it is also possible to adopt a structure in which the antiferromagnetic layer 24 is adjacent to the magnetic layer 223 constituting the fixed layer 22 of FIG. 2B.
  • ferromagnetic materials based on Co, Fe, and Ni listed in Table 1 can be used.
  • materials such as Heusler alloy, TbFeCo, GdFeCo, CoPt, CoPd, FePt, FePd, CoFeBPt, CoFeBCr, CoCrPt, CoCr, CoPtB, FePtB, CoGd, and CoFeBCr may be used.
  • a Co / Pt multilayer film, a CoFe / Pt multilayer film, an Fe / Pt multilayer film, a Co / Pd multilayer film, or the like can be used.
  • MgO for the intermediate layer 21
  • an oxide such as ZnO, Al 2 O 3 or SiO 2
  • a semiconductor material such as GaAs or ZnSe, or a nitride such as AlN or SiN
  • a large read output signal can be obtained by using CoFeB having a body-centered cubic lattice structure for the fixed layer 22 and the magnetic layer 221.
  • both MgO and CoFeB are composed of a thin film having a high (100) orientation, and the composition of CoFeB is Co 20 Fe 60 B 20 .
  • the electrode protective layer 23 may be a nonmagnetic metal layer such as Ta or Ru, but a material having a high conductivity can also be used.
  • the electrode protective layer means a protective layer that also serves as an electrode.
  • FIG. 3 is a schematic cross-sectional view showing an example of a stacked configuration of recording bits.
  • the illustrated recording bit 31 has a structure in which an intermediate layer 311, a magnetic recording layer 312, a barrier layer 313, a fixed layer 314, an antiferromagnetic layer 315, and an electrode protective layer 316 are laminated in this order from the spin accumulation layer 1 side.
  • the antiferromagnetic layer 315 is not necessarily required when a magnetic layer having a large coercive force is used as the fixed layer 314.
  • the magnetic recording layer 312 and the fixed layer 314 include Heusler alloys, TbFeCo, GdFeCo, CoPt, CoPd, FePt, FePd, CoFeBPt, Materials such as CoFeBCr, CoCrPt, CoCr, CoPtB, FePtB, CoGd, and CoFeBCr can be applied. Further, a Co / Pt multilayer film, a CoFe / Pt multilayer film, an Fe / Pt multilayer film, a Co / Pd multilayer film, or the like can be used. Furthermore, it is possible to form two or more recording layers using the materials listed here. By using two or more layers, the magnetic characteristics can be easily controlled.
  • MgO is preferably used for the intermediate layer 311 and the barrier layer 313, but an oxide such as ZnO, Al 2 O 3 , or SiO 2 , a semiconductor material such as GaAs or ZnSe, a nitride such as AlN or SiN, Alternatively, a nonmagnetic metal material such as Cu, Al, Ag, or Au may be used.
  • an oxide such as ZnO, Al 2 O 3 , or SiO 2
  • a semiconductor material such as GaAs or ZnSe, a nitride such as AlN or SiN
  • a nonmagnetic metal material such as Cu, Al, Ag, or Au
  • CoFeB having a body-centered cubic lattice structure for the magnetic recording layer 312 and the fixed layer 314.
  • both MgO and CoFeB are composed of a thin film having a high (100) orientation, and the composition of CoFeB is Co 20 Fe 60 B 20 .
  • the material used for the recording bits 32 to 34 is the same as that of the recording bit 31.
  • the electrode protective layer 316 is preferably a nonmagnetic metal layer such as Ta or Ru, but it is also possible to use a material having a high conductivity.
  • the material of the spin accumulation layer 1 Cu, Ag, Al, a conductive material having a long spin diffusion length containing these elements, or a semiconductor material such as GaAs or ZnSe can be used.
  • a conductive material having a body-centered cubic lattice containing Cr, V, or these elements in the spin accumulation layer 1. Can be used.
  • FIG. 4 is a schematic cross-sectional view showing another configuration example of the recording bit. 4 is an example in which the magnetic recording layer 312 of the recording bit 31 shown in FIG. 3 is composed of two magnetic layers 3121 and 3123 stacked with an intermediate layer 3122 interposed therebetween. Here, it is desirable that the magnetization directions of the magnetic layer 3121 and the magnetic layer 3123 be antiparallel or parallel to each other.
  • FIG. 5 is a schematic cross-sectional view showing still another configuration example of the recording bit.
  • the recording bit in FIG. 5 is obtained by configuring the magnetic recording layer 312 of the recording bit 31 shown in FIG. 3 with two adjacent magnetic recording layers 3131 and 3132. Also in the examples shown in FIGS. 4 and 5, the material exemplified in the embodiment of FIG. 3 can be used for each layer.
  • FIG. 6 is a diagram for explaining the principle of writing information to a recording bit and reading information by a detection unit, and is a schematic cross-sectional view taken along AB in FIG. A description will be given by using an example in which the stacked structure shown in FIG. 3 is used for the recording bit and the stacked structure shown in FIG.
  • the write current 61 is passed from the spin accumulation layer 1 to the electrode protective film 316.
  • a spin transfer torque acts to align the magnetization of the magnetic recording layer 312 in the same direction as the magnetization direction of the fixed layer 314.
  • a write current 62 is passed from the electrode protective layer 316 toward the spin accumulation layer 1. In this way, the magnetization of the magnetic recording layers of the recording bits 31 to 34 can be directed in a desired direction.
  • the detection unit 2 reads a combination pattern of magnetization directions of the magnetic recording layers of the recording bits 31 to 34 arranged at random. In this case, the detection unit 2 reads out an electrical signal by applying a read current 63 or a voltage between the spin accumulation layer 1 and the electrode protective layer 23. At this time, a current having a level at which the magnetization direction of each magnetic recording layer does not reverse is passed between the spin accumulation layer 1 and the electrode protective layer in each recording bit in the same direction as the direction of current flowing during writing. Is desirable.
  • FIG. 7 collectively shows the relationship between the combination of the magnetization directions of the magnetic recording layers of the respective recording bits and the level of the output signal detected by the detection unit.
  • the level of the output signal is a relative value.
  • pattern 1 is when the magnetization direction of the magnetic recording layer of recording bits 31 to 34 is all rightward, and the output signal level is maximum.
  • pattern 2 is a case where only the magnetization direction of the magnetic recording layer of the recording bit 34 is leftward and the magnetization direction of the magnetic recording layers of the other recording bits 31 to 33 is rightward. Detected as signal level. The reason for this is that, in the case of pattern 2, the polarized spin diffused from the magnetic recording layer of the recording bit 33 located at the same distance from the detection unit 2 to the spin accumulation layer 1 and the polarized spin diffused from the magnetic recording layer of the recording bit 34.
  • the signal due to the polar spin is canceled, the signal due to the polarized spin diffused from the magnetic recording layer of the recording bits 31 and 32 to the spin accumulation layer 1 is detected by the detection unit 2.
  • the recording bits 31 and 32 are located farther from the recording bits 33 and 34 when viewed from the detection unit 2, and are recorded in the spin accumulation layer 1. Since the diffusion distance of the polarized spin is long, the contribution rate to the detection signal is small compared to the recording bits 33 and 34. Therefore, in the case of pattern 2, the signal level is one third of that in pattern 1.
  • the signal level is doubled in magnitude by reversing the sign of the signal of pattern 2.
  • 16 patterns of magnetization arrangements can be combined from four recording bits, and as a result, seven-value detection signals of 6, 4, 2, 0, -2, -4, and -6 can be obtained. Is possible. For this reason, it is possible to form a capacity twice that of a conventional magnetic memory.
  • FIG. 10 shows an example of a system in which a multiferroic layer is applied to the recording bits 31 to 34 and the magnetization direction of the magnetic recording layer of the recording bit is controlled by an electric field.
  • 10 is a schematic cross-sectional view taken along AB in FIG.
  • the recording bit 31 is formed by sequentially laminating an intermediate layer 311, a magnetic recording layer 312, a multiferroic layer 41, and an electrode protective layer 316 from the spin accumulation layer 1 side.
  • the recording bits 32 to 34 also have the same layer structure as the recording bit 31. In this case, when a positive electric field is applied to the electrode protection layer 316 with respect to the spin accumulation layer 1, the magnetization direction of the magnetic recording layer 312 is turned to the left, and conversely, when a negative electric field is applied, the magnetization direction of the magnetic recording layer 312 is turned to the right. Suitable for.
  • FIG. 10 shows an example in which the structure shown in FIG.
  • the detection unit 2 may have the structure shown in FIGS. 2B, 2C, and 2D in addition to the structure shown in FIG. 2A.
  • the present embodiment is a writing method using an electric field, and since no current is used, the operation can be performed with a power consumption smaller by one digit or less than that of the first embodiment.
  • the multiferroic layer is a material having both magnetism and dielectric properties in a broad sense.
  • the multiferroic layer of this embodiment has antiferromagnetic properties such as BiFeO 3 , YMnO 3 , CoFeO 2 , and Cr 2 O 3. And a material having both properties of ferroelectricity.
  • the magnetic recording layer of this example has a Heusler alloy, TbFeCo, GdFeCo, CoPt, CoPd, Materials such as FePt, FePd, CoFeBPt, CoFeBCr, CoCrPt, CoCr, CoPtB, FePtB, CoGd, and CoFeBCr can be applied.
  • a Co / Pt multilayer film, a CoFe / Pt multilayer film, an Fe / Pt multilayer film, a Co / Pd multilayer film, or the like can also be used.
  • An insulating layer may be provided between the multiferroic layer and the electrode protective layer 316. Thereby, a large electric field can be applied uniformly to the multiferroic layer, and the magnetization reversal of the magnetic recording layer can be controlled smoothly.
  • FIG. 11 shows a configuration example of a magnetic memory cell provided with wirings connected to each recording bit and the detection unit.
  • the magnetic memory shown in FIG. 12 is configured, and a large-capacity magnetic recording layer can be realized.
  • the write word line 51 in the X direction and the write word line 52 in the Y direction are formed so as to intersect on the recording bit via the electrode protective film.
  • Write control drivers 54 and 55 are provided at the end portions of the write word lines.
  • the write control drivers 54 and 55 provide an electric signal pattern to be applied to the write word lines 51 and 52 to supply current or current to an arbitrary recording bit.
  • Magnetic information is written by applying a voltage to change the magnetization direction of the magnetic recording layer of the recording bit.
  • this electric signal pattern for example, a recording bit at the intersection of a write word line 51 extending in the X direction given + 1V and a write word line 52 extending in the Y direction simultaneously given + 1V is selected, and magnetic information is written. It is.
  • the readout line 53 in the X direction and the readout line 532 in the Y direction are formed so as to intersect on the detection unit via the electrode protective film.
  • Read control drivers 56 and 57 are provided at the ends of the read lines.
  • the read control drivers 56 and 57 provide an electric signal pattern to be applied to the read lines 53 and 532 to supply current or voltage to an arbitrary detection unit.
  • the voltage that is applied and detected by the detection unit is read by one of the read control drivers, and the voltage pattern of the recording is calculated and recognized.
  • an output signal is read out by selecting an intersection of a read line 53 extending in the X direction given + 1V and a read line 532 extending in the Y direction given + 1V at the same time.
  • the selection of the recording bits belonging to each memory cell is managed by the write control driver. Either the management of the recording bits in units of memory cells or the random management within the chip regardless of the memory cells. May be adopted. When reading the detection signal of the detection unit, there is no interference due to the recording bit of the adjacent memory cell.

Abstract

　電気的手段により磁気情報の書込みを行う磁気メモリセル及びそれを装備した大容量多値磁気メモリを提供する。　スピン蓄積層１上に配置した複数の磁気記録ビット３１～３４と、１つの検出部によって磁気メモリセルを構成し、その磁気メモリセルを多数組み合わせて大容量磁気メモリを構成する。磁気記録ビットは、スピン蓄積層上に中間層、磁気記録層、障壁層、固定層、電極保護層を積層した構造を有し、検出部はスピン蓄積層上に中間層、固定層、電極保護層を積層した構造を有する。検出部は、各記録ビットを構成する磁気記録層の磁化方向の組合せを多値情報として電気的に検出する。

Description

磁気メモリセル及び磁気メモリ
　本発明は、電気的手段により磁気情報の書込みを行う磁気メモリセル及びそれを装備した大容量多値磁気メモリに関するものである。
　不揮発性磁気メモリや磁気記録装置では、その大容量化に向けて記録磁気情報を多値情報として記録し、読み出す技術が必要とされている。例えば、ＭＯＳＦＥＴ上にトンネル磁気抵抗効果素子を２つ以上積層した多値磁気メモリが特表２００７－５０４６５１号公報に開示されている。また、特開２００６－２３７１８３号公報には、磁性細線に磁壁で分離して配列された多数の磁気ビット情報を一つの磁気抵抗効果素子で読み出す大容量の磁気記録装置が開示されている。
特表２００７－５０４６５１号公報 特開２００６－２３７１８３号公報
　磁気メモリや磁気記録装置の抜本的な大容量化の実現には、１ビットの磁気情報を多値で読み出す技術を開発する必要がある。
　本発明は、このような要請に応えることのできる磁気メモリセル及び大容量不揮発性磁気メモリを提供することを目的とする。
　本発明は、１つのスピン蓄積層上に複数の磁気記録ビットと、その記録ビットを構成する磁気記録層の磁化方向の組合せを多値情報として電気的に検出可能な検出部とを配置した磁気メモリセル、及びその磁気メモリセルをアレイ状に多数組み合わせた大容量磁気メモリを提供する。
　本発明の磁気メモリセルは、スピン蓄積層と、スピン蓄積層上に接して設けられた複数の記録ビットと一つ又は複数の検出部を有する。一つの記録ビットは、スピン蓄積層に隣接する中間層と磁気記録層と障壁層と固定層と電極保護層がこの順に形成され、電極保護層とスピン蓄積層の間に電流あるいは電圧を印加するとき磁気記録層に作用するスピントランスファートルクにより磁気記録層の磁化方向を反転して記録ビットの書き込みを行う。固定層は、その上に磁化を固定するための反強磁性層を積層してもよい、一方、検出部は、スピン蓄積層に隣接する中間層と固定層と電極保護層によって構成される。中間層を介してスピン蓄積層に隣接している記録ビットの磁気記録層からスピン蓄積層にスピン電流が流れ、スピン蓄積層に偏極したスピンが蓄積される。蓄積される偏極スピンの向きと量が、記録ビットの磁気記録層の磁化方向に依存する。その蓄積された偏極スピンの向きと量、さらに、記録ビットと検出部の間の距離に応じて、検出部で検出される電気的信号の大きさと符合が決定される。検出される電気的信号の大きさと符合の組合せの数が、記録ビットの数以上に存在することから、多値情報として読み出すことが可能な磁気メモリセルを提供できる。
　スピン蓄積効果は、非磁性層の上に中間層を介して積層された強磁性層を有するデバイスで生じる効果である。非磁性層の異なる位置にそれぞれ中間層を介して一対の強磁性層を積層し、一方の強磁性層の磁化を固定し、もう一方の磁化が固定されていない強磁性層から中間層を通して非磁性層に電流を流すと、その強磁性層から偏極したスピン電流が非磁性層へ流れ込み、非磁性層の中に偏極スピンが蓄積される。磁化が固定されていない強磁性層の磁化方向に応じて蓄積される上向きスピンと下向きスピンの量が異なる。磁化が固定された強磁性層と非磁性層との間の電圧は、上向きスピンと下向きスピンの量の差に依存する量として検出される。ここで、一対の強磁性層の間の距離をｄとすると、その検出電圧はexp(－ｄ)に比例して減少する。
　したがって、複数の記録ビットを共通の非磁性層の上に形成し、任意の位置に検出部を備えるとその検出部には、各々の記録ビットの磁気記録層の向きと検出部までの距離に応じた電圧が生じる。
　また、スピン蓄積層と隣接する中間層と磁気記録層とマルチフェロイックス層と電極保護層をこの順に積層して記録ビットを構成することもできる。この場合、電極保護層とマルチフェロイックス層の間に電界を印加して磁気記録層の磁化方向を反転する。マルチフェロイックス層は、反強磁性体の性質と強誘電体の性質を併せ持つ層である。
　また、本発明の磁気メモリセルを複数個同一平面上に配置し、各々の記録ビットを書込みワード線で接続し、また磁気メモリセル間の検出部を読出し線で接続すると大容量磁気メモリが得られる。
　本発明の一実施態様による磁気メモリセルは、スピン蓄積層と、スピン蓄積層上に互いに離間して形成された複数の記録ビット及び１又は複数の検出部とを有し、記録ビットは、スピン蓄積層上に、中間層、磁気記録層、障壁層、固定層、第１の電極保護層を順に積層した構造を有し、第１の電極保護層とスピン蓄積層の間に流す電流の向きによって磁気記録層の磁化方向を反転可能であり、検出部は、スピン蓄積層上に、中間層、固定層、第２の電極保護層を順に積層した構造を有し、検出部は、第２の電極保護層とスピン蓄積層の間に電流を流すことにより、複数の記録ビットの磁気記録層の磁化方向の組み合わせに依存するレベルの信号を出力する。
　上記実施態様の磁気メモリセルを複数配列した本発明の磁気メモリは、各記録ビットの第１の電極保護層上で２本が交差して当該第１の電極保護層に接続された複数の書込みワード線と、書込みワード線に接続された書込み制御部と、検出部の第２の電極保護層に接続された読出し線と、読出し線に接続された読出し制御部とを備え、書込み制御部は、所望の記録ビットの第１の電極保護層上で交差する一対の書込みワード線を選択し、当該一対の書込みワード線から所望の記録ビットの第１の電極保護層とスピン蓄積層の間に電流を印加することにより所望の記録ビットの磁気記録層の磁化方向を反転して書き込みを行い、読出し制御部は、選択したい検出部の第２の電極保護層上で交差する一対の読出し線を選択し、当該一対の読出し線から所望の第２の電極保護膜からスピン蓄積層の間に読出し線から電流を供給し、複数の記録ビットの磁気記録層の磁化方向の組み合わせを読み取る。
　また、本発明の他の実施態様による磁気メモリセルは、スピン蓄積層と、スピン蓄積層上に互いに離間して形成された複数の記録ビット及び１又は複数の検出部とを有し、記録ビットは、スピン蓄積層上に、中間層、磁気記録層、マルチフェロイックス層、第１の電極保護層を順に積層した構造を有し、第１の電極保護層とスピン蓄積層の間に印加する電圧の符号によって磁気記録層の磁化方向を反転可能であり、検出部は、スピン蓄積層上に、中間層、固定層、第２の電極保護層を順に積層した構造を有し、検出部は、第２の電極保護層とスピン蓄積層の間に電流を流すことにより、複数の記録ビットの磁気記録層の磁化方向の組み合わせに依存する信号レベルを出力する。
　上記実施態様の磁気メモリセルを複数配列した本発明の磁気メモリは、各記録ビットの第１の電極保護層上で２本が交差して当該第１の電極保護層に接続された複数の書込みワード線と、書込みワード線に接続された書込み制御部と、検出部の第２の電極保護層に接続された読出し線と、読出し線に接続された読出し制御部とを備え、書込み制御部は、所望の記録ビットの第１の電極保護層上で交差する一対の書込みワード線を選択し、当該一対の書込みワード線から所望の記録ビットの電極保護層とマルチフェロイックス層の間に電界を印加することにより所望の記録ビットの磁気記録層の磁化方向を反転して書き込を行う。その方法では、２本のワード線の交点の記録ビットにのみ反転電圧を印加し、その２本のワード線に接続されている他の記録ビットには反転電圧を印加しない。読出し制御部は、選択したい検出部の第２の電極保護層上で交差する一対の読出し線を選択し、当該一対の読出し線から所望の第２の電極保護膜からスピン蓄積層の間に読出し線から電流を供給し、複数の記録ビットの磁気記録層の磁化方向の組み合わせを読み取る。
　本発明によると、従来の２倍以上の容量をもつ磁気メモリを提供でき、大容量化を可能とする。
本発明の磁気メモリセルの構成例を示す平面模式図である。 本発明の磁気メモリセルの検出部の構成例を示す断面模式図である。 本発明の磁気メモリセルの検出部の他の構成例を示す断面模式図である。 本発明の磁気メモリセルの検出部の他の構成例を示す断面模式図である。 本発明の磁気メモリセルの検出部の他の構成例を示す断面模式図である。 本発明の磁気メモリセルの記録ビットの構成例を示す断面模式図である。 本発明の磁気メモリセルの記録ビットの他の構成例を示す断面模式図である。 本発明の磁気メモリセルの記録ビットの他の構成例を示す断面模式図である。 本発明の磁気メモリセルの書込みと読出し方式を示す説明図である。 本発明の磁気メモリセルの読出し信号レベルを示した図である。 本発明の磁気メモリセルの構成例を示した図である。 本発明の磁気メモリセルの構成例を示した図である。 本発明の他の磁気メモリセルの書込みと読出し方式を示す説明図である。 本発明の磁気メモリセルの構成例を示した図である。 本発明の磁気メモリの構成例を示した図である。
　以下、図面を参照して本発明の実施の形態を説明する。
［実施例１］
　図１は、本発明による磁気メモリセルの一例を示す平面模式図である。ここには、４つの記録ビットで構成される磁気メモリセルの例を示す。磁気メモリセルは、一つのスピン蓄積層１の上に、４つの記録ビット３１～３４と１つの検出部２を形成している。記録ビットと検出部は、図示するように記録ビット３１，３２の中心と記録ビット３３，３４の中心の間の距離をｄ１、記録ビット３１，３２の中心と検出部の中心の間の距離をｄ２とするとき、ｄ２＝２×ｄ１の関係に配置した。なお、記録ビットの個数は４個に限られず、また記録ビットの配置も図示した配置には限られない。その場合、検出部と記録ビットとの間の距離が少なくとも２種類以上あるように複数の記録ビットを設けることが必要である。
　図２Ａから図２Ｄは、検出部２の種々の構成例を説明する断面摸式図である。図２Ａに示した検出部には、スピン蓄積層１側から中間層２１と固定層２２と電極保護層２３がこの順に積層されている。また、図２Ｂに示すように、固定層２２は、中間層２２２を介して積層された２層の磁性層２２１，２２３により構成されていてもよい。この場合、２層の磁性層２２１，２２３の磁化方向は反平行配置することが望ましい。さらに図２Ｃに示すように、固定層２２に反強磁性層２４を隣接させて、固定層２２の磁化方向を一方向に固定してもよい。また、図２Ｄに示すように、図２Ｂの固定層２２を構成する磁性層２２３に反強磁性層２４を隣接させた構造とすることも可能である。
　ここで、固定層２２や固定層を構成する磁性層２２１，２２３には、表１に掲げたＣｏ，Ｆｅ，Ｎｉを基本とする強磁性材料を用いることができる。その他に、ホイスラー合金や、ＴｂＦｅＣｏ，ＧｄＦｅＣｏ，ＣｏＰｔ，ＣｏＰｄ，ＦｅＰｔ，ＦｅＰｄ，ＣｏＦｅＢＰｔ，ＣｏＦｅＢＣｒ，ＣｏＣｒＰｔ，ＣｏＣｒ，ＣｏＰｔＢ，ＦｅＰｔＢ，ＣｏＧｄ，ＣｏＦｅＢＣｒなどの材料を用いてもよい。また、Ｃｏ／Ｐｔ多層膜、ＣｏＦｅ／Ｐｔ多層膜、Ｆｅ／Ｐｔ多層膜、Ｃｏ／Ｐｄ多層膜などを使用することが可能である。中間層２１には、ＭｇＯを用いることが望ましいが、ＺｎＯ，Ａｌ2Ｏ3，ＳｉＯ2のような酸化物、あるいはＧａＡｓやＺｎＳｅなどの半導体材料、ＡｌＮ，ＳｉＮなどの窒化物を用いてもよい。特に、中間層２１にＭｇＯを用いた場合、固定層２２や磁性層２２１に体心立方格子構造のＣｏＦｅＢを用いることにより、大きな読出し出力信号を得ることができる。この場合、ＭｇＯもＣｏＦｅＢも（１００）配向性の高い薄膜で構成し、ＣｏＦｅＢの組成をＣｏ20Ｆｅ60Ｂ20とするのが望ましい。電極保護層２３には、ＴａやＲｕなどの非磁性金属層を用いるとよいが、伝導率の大きな材料を使用することも可能である。ここで、電極保護層とは、保護層であり電極を兼ねる層であることを意味する。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000001
　次に、図１に示した記録ビットの積層構成について説明する。図１に示した４個の記録ビット３１～３４は全て同じ積層構造を有し、ここでは代表して記録ビット３１について説明する。
　図３は、記録ビットの積層構成例を示す断面摸式図である。図示した記録ビット３１は、スピン蓄積層１側から中間層３１１、磁気記録層３１２、障壁層３１３、固定層３１４、反強磁性層３１５、電極保護層３１６をこの順に積層した構造を有する。ただし、反強磁性層３１５は、固定層３１４に保磁力の大きな磁性層を用いた場合には必ずしも必要がない。
　磁気記録層３１２と固定層３１４には、表１に掲げたＣｏ，Ｆｅ，Ｎｉを基本とする強磁性材料の他に、ホイスラー合金や、ＴｂＦｅＣｏ，ＧｄＦｅＣｏ，ＣｏＰｔ，ＣｏＰｄ，ＦｅＰｔ，ＦｅＰｄ，ＣｏＦｅＢＰｔ，ＣｏＦｅＢＣｒ，ＣｏＣｒＰｔ，ＣｏＣｒ，ＣｏＰｔＢ，ＦｅＰｔＢ，ＣｏＧｄ，ＣｏＦｅＢＣｒなどの材料を適用することができる。また、Ｃｏ／Ｐｔ多層膜、ＣｏＦｅ／Ｐｔ多層膜、Ｆｅ／Ｐｔ多層膜、Ｃｏ／Ｐｄ多層膜などを使用することが可能である。さらには、ここに挙げた材料を用いて２層以上の記録層を構成することも可能である。２層以上の構成とすることにより、磁気特性の制御を容易に行うことができる。
　中間層３１１と障壁層３１３には、ＭｇＯを用いることが望ましいが、ＺｎＯ，Ａｌ2Ｏ3，ＳｉＯ2のような酸化物、あるいはＧａＡｓやＺｎＳｅなどの半導体材料、ＡｌＮ，ＳｉＮなどの窒化物、あるいはＣｕ，Ａｌ，Ａｇ，Ａｕなどの非磁性の金属材料を用いてもよい。特に、中間層３１１と障壁層３１３にＭｇＯを用いた場合、磁気記録層３１２と固定層３１４に体心立方格子構造のＣｏＦｅＢを用いることにより、大きな読出し出力信号を得ることができる。この場合、ＭｇＯもＣｏＦｅＢも（１００）配向性の高い薄膜で構成し、ＣｏＦｅＢの組成をＣｏ20Ｆｅ60Ｂ20とするのが望ましい。記録ビット３２～３４についても、用いる材料は記録ビット３１と同様である。電極保護層３１６には、ＴａやＲｕなどの非磁性金属層を用いるのがよいが、伝導率の大きな材料を使用することも可能である。
　スピン蓄積層１の材料としては、Ｃｕ，Ａｇ，Ａｌや、これらの元素を含むスピン拡散長の長い導電性材料や、ＧａＡｓやＺｎＳｅなどの半導体材料を用いることができる。また磁気記録層３１２に体心立方格子のＣｏＦｅＢを用い、中間層３１１にＭｇＯを用いた場合には、スピン蓄積層１にＣｒやＶや、これらの元素を含む体心立方格子の導電性材料を用いることが可能である。
　図４は、記録ビットの他の構成例を示す断面模式図である。図４の記録ビットは、図３に示した記録ビット３１の磁気記録層３１２を、中間層３１２２を介して積層された２層の磁性層３１２１，３１２３で構成した例である。ここで、磁性層３１２１と磁性層３１２３の磁化方向は互いに反平行あるいは平行に配置していることが望ましい。
　図５は、記録ビットの更に他の構成例を示す断面模式図である。図５の記録ビットは、図３に示した記録ビット３１の磁気記録層３１２を、隣接する２層の磁気記録層３１３１，３１３２で構成したものである。図４、図５に示した例においても、各々の層には図３の実施例に例示した材料を用いることができる。
　図６は、記録ビットへの情報の書き込みと、検出部での情報の読み出しの原理を説明する図であり、図１のＡ－Ｂに沿った断面模式図である。記録ビットには図３に示した積層構造を用い、検出部には図２Ａに示した積層構造を用いた例によって説明する。
　例えば記録ビット３１の書込み動作において、磁気記録層３１２の磁化方向を固定層３１４の磁化方向に対して平行にする場合、スピン蓄積層１から電極保護膜３１６の方向に書込み電流６１を流す。それにより固定層３１４の磁化方向と同じ方向に磁気記録層３１２の磁化を揃えようとするスピントランスファートルクが作用する。一方、磁気記録層３１２の磁化方向を固定層３１４の磁化方向と反平行にするには、電極保護層３１６からスピン蓄積層１の方向に書込み電流６２を流す。このようにして記録ビット３１～３４の磁気記録層の磁化をそれぞれ所望の方向に向けることが可能である。
　ランダムに配置した記録ビット３１～３４の磁気記録層の磁化方向の組み合わせのパターンを検出部２で読み出す。この場合、検出部２において、スピン蓄積層１と電極保護層２３の間に読出し電流６３あるいは電圧を印加することにより電気的信号として読み出す。この際に、各記録ビットには、スピン蓄積層１と電極保護層の間に、それぞれの磁気記録層の磁化方向が反転しないレベルの電流を書込み時に流した電流方向と同じ方向に流しておくのが望ましい。
　図７は、各記録ビットの磁気記録層の磁化方向の組合せと検出部で検出される出力信号のレベルの関係をまとめて示したものである。出力信号のレベルは相対値である。
　例えば、パターン１は、記録ビット３１～３４の磁気記録層の磁化方向がすべて右向きの場合であり、出力信号レベルは最大となる。一方、パターン２は、記録ビット３４の磁気記録層の磁化方向のみ左向きで他の記録ビット３１～３３の磁気記録層の磁化方向が右向きの場合であり、パターン１に比べて３分の１の信号レベルとして検出される。その理由は、パターン２の場合、検出部２から等距離に位置する記録ビット３３の磁気記録層からスピン蓄積層１に拡散してきた偏極スピンと記録ビット３４の磁気記録層から拡散してきた偏極スピンに起因する信号が相殺されるため、記録ビット３１，３２の磁気記録層からスピン蓄積層１に拡散してきた偏極スピンに起因する信号が検出部２で検出される。ここで、パターン３とパターン４の信号レベルの差に現れているように、記録ビット３１，３２は、検出部２からみて記録ビット３３，３４より遠くに位置し、スピン蓄積層１内での偏極スピンの拡散距離が長いため、記録ビット３３，３４に比較して検出信号への寄与率が小さい。従って、パターン２の場合、パターン１に比べて３分の１の信号レベルとなるのである。
　さらに、パターン１２のような磁化配列の場合、信号レベルは、パターン２の信号と符合が逆転して大きさが２倍になる。このように、４つの記録ビットから１６パターンの磁化配列の組合せが可能であり、結果的に６，４，２，０，－２，－４，－６の７値の検出信号を得ることが可能である。このため、従来の磁気メモリに比べて２倍の容量を形成可能となる。
　本実施例では、スピン蓄積層１上に４つの記録ビットと１つの検出部を装備して７値を検出できる例を示したが、図８に示すように、検出部を４つ設けることにより、さらに４倍の２８値の多値情報を得ることが可能となる。すなわち、図７に示した各パターンに対して、検出部２０１～２０４の位置で、それぞれ独立した信号レベルが得られる。例えばパターン１の場合、４つの検出部２０１～２０４の信号レベルは全て６となる。一方、パターン２の場合、４個の記録ビットの各検出部の間の距離の違いを反映して、検出部２０１と２０２の信号レベルは２、検出部２０２と２０４の信号レベルは４となり、さらに多値の情報読出しが可能となる。このようにして、記録ビットと検出部の数を増加させることにより、図９に示すような記録ビットアレイ７０と複数個の検出部７１ａ～７１ｄを併せ持つ大容量磁気メモリセルを構成することが可能となる。
［実施例２］
　図１０は、記録ビット３１～３４にマルチフェロイックス層を適用して、電界により記録ビットの磁気記録層の磁化方向を制御する方式の例を示したものである。図１０は、図１のＡ－Ｂに沿う断面模式図である。
　記録ビット３１は、スピン蓄積層１側から、中間層３１１、磁気記録層３１２、マルチフェロイックス層４１、電極保護層３１６を順に積層して形成される。記録ビット３２～３４も、記録ビット３１と同様の層構造を有する。この場合、スピン蓄積層１に対して電極保護層３１６に正の電界を印加すると磁気記録層３１２の磁化方向は左に向き、逆に負の電界を印加すると磁気記録層３１２の磁化方向は右に向く。
　図１０には、検出部２として図２Ａに示した構造を採用した例を示した。しかし、実施例１と同様に、検出部２としては図２Ａに示した構造以外に、図２Ｂ、図２Ｃ、図２Ｄに示した構造のものも適用可能である。
　本実施例は、電界による書込み方式であり、電流を用いないため実施例１に比べて１桁以下小さい消費電力で動作可能となる。マルチフェロイックス層は、広義には磁性と誘電性を併せ持つ材料であるが、特に本実施例のマルチフェロイックス層には、ＢｉＦｅＯ3，ＹＭｎＯ3，ＣｏＦｅＯ2，Ｃｒ2Ｏ3など、反強磁性と強誘電性の両方の性質を備える材料を用いる。本実施例の磁気記録層には、実施例１と同様に、表１に掲げたＣｏ，Ｆｅ，Ｎｉを基本とする強磁性材料の他に、ホイスラー合金、あるいはＴｂＦｅＣｏ，ＧｄＦｅＣｏ，ＣｏＰｔ，ＣｏＰｄ，ＦｅＰｔ，ＦｅＰｄ，ＣｏＦｅＢＰｔ，ＣｏＦｅＢＣｒ，ＣｏＣｒＰｔ，ＣｏＣｒ，ＣｏＰｔＢ，ＦｅＰｔＢ，ＣｏＧｄ，ＣｏＦｅＢＣｒなどの材料を適用することができる。また、Ｃｏ／Ｐｔ多層膜、ＣｏＦｅ／Ｐｔ多層膜、Ｆｅ／Ｐｔ多層膜、Ｃｏ／Ｐｄ多層膜などを使用することもできる。また、マルチフェロイックス層と電極保護層３１６の間に絶縁層を設けてもよい。それによりマルチフェロイックス層に均一に大きな電界を印加することが可能となり、磁気記録層の磁化反転を円滑に制御することができる。
［実施例３］
　図１１は、各記録ビットと検出部に接続される配線を設けた磁気メモリセルの構成例を示したものである。この磁気メモリセルを複数個配置することにより、図１２に示した磁気メモリが構成され、大容量の磁気記録層を実現することが可能になる。
　Ｘ方向の書込みワード線５１とＹ方向の書込みワード線５２が、電極保護膜を介して記録ビット上で交差するように形成されている。書込みワード線の端部には書込み制御ドライバ５４，５５が備えられており、その書込み制御ドライバ５４，５５で書込みワード線５１，５２に印加する電気信号パターンを与えて任意の記録ビットへ電流又は電圧を印加して記録ビットの磁気記録層の磁化方向を変化させて磁気情報を書込む。この電気信号パターンでは、例えば＋１Ｖを与えられたＸ方向に伸びる書込みワード線５１と、同時に＋１Ｖを与えられたＹ方向に伸びる書込みワード線５２の交点の記録ビットが選択されて、磁気情報が書き込まれる。
　一方、Ｘ方向の読出し線５３とＹ方向の読出し線５３２が、電極保護膜を介して検出部上で交差するように形成されている。読出し線の端部には読出し制御ドライバ５６，５７が備えられており、その読出し制御ドライバ５６，５７で読出し線５３，５３２に印加する電気信号パターンを与えて任意の検出部へ電流又は電圧を印加して検出部で検出される電圧をどちらか一方の読出し制御ドライバで読出し、記録の電圧パターンを演算認識する。
　この電気信号パターンでは、例えば＋１Ｖを与えられたＸ方向に伸びる読出し線５３と、同時に＋１Ｖを与えられたＹ方向に伸びる読出し線５３２の交点の検出部が選択されて出力信号が読みだされる。
各メモリセルに属する記録ビットの選択の管理は、書込み制御ドライバにて行っているが、メモリセル単位で記録ビットの管理を行う場合とメモリセルによるよらずチップ内でランダムに管理する場合のどちらを採用してもよい。検出部の検出信号を読み取る際に、隣のメモリセルの記録ビットによる干渉はない。
１　スピン蓄積層
２　検出部
２１　中間層
２２　固定層
２３　電極保護層
２４　反強磁性層
３１～３４　記録ビット
４１　マルチフェロイックス層
５０　書込みワード線
５１　Ｘ方向の書込みワード線
５２　Ｙ方向の書込みワード線
５３　読出し線
５４，５５　書込み制御ドライバ
５６　読出し制御部
７０　記録ビットアレイ
７１ａ～７１ｄ　検出部
２０１～２０４　検出部
３１１　中間層
３１２　磁気記録層
３１３　障壁層
３１４　固定層
３１５　反強磁性層
３１６　電極保護層

Claims (13)

  1. 　スピン蓄積層と、前記スピン蓄積層上に互いに離間して形成された複数の記録ビット及び１又は複数の検出部とを有し、
    　前記記録ビットは、前記スピン蓄積層上に、中間層、磁気記録層、障壁層、固定層、第１の電極保護層を順に積層した構造を有し、前記第１の電極保護層と前記スピン蓄積層の間に流す電流の向きによって前記磁気記録層の磁化方向を反転可能であり、
    　前記検出部は、前記スピン蓄積層上に、中間層、固定層、第２の電極保護層を順に積層した構造を有し、
    　前記検出部は、前記第２の電極保護層と前記スピン蓄積層の間に電流を流すことにより、前記複数の記録ビットの磁気記録層の磁化方向の組み合わせに依存するレベルの信号を出力することを特徴とする磁気メモリセル。
  2. 　請求項１記載の磁気メモリセルにおいて、前記記録ビットは前記固定層と前記第１の電極保護層の間に反強磁性層を有することを特徴とする磁気メモリセル。
  3. 　請求項１記載の磁気メモリセルにおいて、前記磁気記録層は中間層を挟んで形成された２層の磁性層からなり、前記２層の磁性層の磁化方向は互いに反平行あるいは平行であることを特徴とする磁気メモリセル。
  4. 　請求項１記載の磁気メモリセルにおいて、前記磁気記録層は２層以上の磁性層からなることを特徴とする磁気メモリセル。
  5. 　請求項１記載の磁気メモリセルにおいて、前記検出部の前記固定層は中間層を挟んで形成された２層の磁性層からなり、前記２層の磁性層の磁化方向は互いに反平行であることを特徴とする磁気メモリセル。
  6. 　請求項１記載の磁気メモリセルにおいて、前記検出部は前記固定層と前記第２の電極保護層の間に反強磁性層を備えていることを特徴とする磁気メモリセル。
  7. 　スピン蓄積層と、前記スピン蓄積層上に互いに離間して形成された複数の記録ビット及び１又は複数の検出部とを有し、
    　前記記録ビットは、スピン蓄積層上に、中間層、磁気記録層、マルチフェロイックス層、第１の電極保護層を順に積層した構造を有し、前記第１の電極保護層と前記スピン蓄積層の間に印加する電圧の符号によって前記磁気記録層の磁化方向を反転可能であり、
    　前記検出部は、前記スピン蓄積層上に、中間層、固定層、第２の電極保護層を順に積層した構造を有し、
    　前記検出部は、前記第２の電極保護層と前記スピン蓄積層の間に電流を流すことにより、前記複数の記録ビットの磁気記録層の磁化方向の組み合わせに依存する信号レベルを出力することを特徴とする磁気メモリセル。
  8. 　請求項７記載の磁気メモリセルにおいて、前記検出部の前記固定層は中間層を挟んで形成された２層の磁性層からなり、前記２層の磁性層の磁化方向は互いに反平行であることを特徴とする磁気メモリセル。
  9. 　請求項７記載の磁気メモリセルにおいて、前記検出部は前記固定層と前記第２の電極保護層の間に反強磁性層を備えていることを特徴とする磁気メモリセル。
  10. 　請求項７記載の磁気メモリセルにおいて、前記マルチフェロイックス層と前記第１の電極保護層の間に絶縁層が設けられていることを特徴とする磁気メモリセル。
  11. 　複数の磁気メモリセルと、所望の磁気メモリセルに対して選択的に書き込みあるいは読出しを行う手段とを備える磁気メモリであって、
    　前記磁気メモリは、スピン蓄積層と、前記スピン蓄積層上に互いに離間して形成された複数の記録ビットと１又は複数の検出部とを有し、前記記録ビットは、前記スピン蓄積層上に、中間層、磁気記録層、障壁層、固定層、第１の電極保護層を順に積層した構造を有し、前記検出部は、前記スピン蓄積層上に、中間層、固定層、第２の電極保護層を順に積層した構造を有するものであり、
    　各記録ビットの第１の電極保護層上で２本が交差して当該第１の電極保護層に接続された複数の書込みワード線と、
    　前記書込みワード線に接続された書込み制御部と、
    　前記検出部の第２の電極保護層に接続された読出し線と、
    　前記読出し線に接続された読出し制御部とを備え、
    　前記書込み制御部は、所望の記録ビットの第１の電極保護層上で交差する一対の書込みワード線を選択し、当該一対の書込みワード線から前記所望の記録ビットの第１の電極保護層と前記スピン蓄積層の間に電流を印加することにより前記所望の記録ビットの磁気記録層の磁化方向を反転して書き込みを行い、
    　前記読出し制御部は、選択された検出部の第２の電極保護層とスピン蓄積層の間に前記読出し線から電流を供給し読出し制御部は、所望の検出部の第２の電極保護層上で交差する一対の読出し線を選択し、当該一対の読出し線から前記所望の検出部の第２の電極保護膜とスピン蓄積層の間に読出し線から電流を供給し、複数の記録ビットの磁気記録層の磁化方向の組み合わせを読み取る
    　ことを特徴とする磁気メモリ。
  12. 　複数の磁気メモリセルと、所望の磁気メモリセルに対して選択的に書き込みあるいは読出しを行う手段とを備える磁気メモリであって、
    　前記磁気メモリセルは、スピン蓄積層と、前記スピン蓄積層上に互いに離間して形成された複数の記録ビットと１又は複数の検出部とを有し、前記記録ビットは、スピン蓄積層上に、中間層、磁気記録層、マルチフェロイックス層、第１の電極保護層を順に積層した構造を有し、前記検出部は、前記スピン蓄積層上に、中間層、固定層、第２の電極保護層を順に積層した構造を有し、
    　各記録ビットの第１の電極保護層上で２本が交差して当該第１の電極保護層に接続された複数の書込みワード線と、
    　前記書込みワード線に接続された書込み制御部と、
    　前記検出部の第２の電極保護層に接続された読出し線と、
    　前記読出し線に接続された読出し制御部とを備え、
    　前記書込み制御部は、所望の記録ビットの第１の電極保護層上で交差する一対の書込みワード線を選択し、当該一対の書込みワード線から前記所望の記録ビットの電極保護層とマルチフェロイックス層の間に電界を印加することにより前記所望の記録ビットの磁気記録層の磁化方向を反転して書き込を行い、
    　読出し制御部は、所望の検出部の第２の電極保護層上で交差する一対の読出し線を選択し、当該一対の読出し線から前記所望の検出部の第２の電極保護膜とスピン蓄積層の間に読出し線から電流を供給し、複数の記録ビットの磁気記録層の磁化方向の組み合わせを読み取る
    　ことを特徴とする磁気メモリ。
  13. 　請求項１２記載の磁気メモリにおいて、前記マルチフェロイックス層と前記電極保護層の間に絶縁層が設けられていることを特徴とする磁気メモリ。
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2014127622A (ja) * 2012-12-27 2014-07-07 Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> スピン装置およびその製造方法

Families Citing this family (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP5677347B2 (ja) 2012-03-22 2015-02-25 株式会社東芝 磁気抵抗素子及び磁気メモリの書き込み方法
US9984745B2 (en) 2013-11-15 2018-05-29 National Institute Of Advanced Industrial Science And Technology Spin electronic memory, information recording method and information reproducing method
KR102134132B1 (ko) 2014-02-11 2020-07-21 삼성전자주식회사 자기 기억 소자
JP6355162B2 (ja) * 2014-09-18 2018-07-11 国立大学法人東京工業大学 ハーフメタル強磁性体接合構造、これを用いた５層磁気トンネル接合素子、及び磁気メモリ装置
KR102451098B1 (ko) 2015-09-23 2022-10-05 삼성전자주식회사 자기 메모리 장치 및 이의 제조 방법

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2004186274A (ja) * 2002-11-29 2004-07-02 Japan Science & Technology Agency スピン注入素子及びスピン注入素子を用いた磁気装置
JP2008171845A (ja) * 2007-01-09 2008-07-24 Sumitomo Metal Mining Co Ltd 成形加工用回路基板とこれを用いて得られた立体回路
JP2008311321A (ja) * 2007-06-13 2008-12-25 Hitachi Ltd スピン蓄積磁化反転型のメモリ素子及びスピンｒａｍ
WO2011004891A1 (ja) * 2009-07-09 2011-01-13 国立大学法人九州大学 磁化反転装置、記憶素子、及び磁界発生装置

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2004186274A (ja) * 2002-11-29 2004-07-02 Japan Science & Technology Agency スピン注入素子及びスピン注入素子を用いた磁気装置
JP2008171845A (ja) * 2007-01-09 2008-07-24 Sumitomo Metal Mining Co Ltd 成形加工用回路基板とこれを用いて得られた立体回路
JP2008311321A (ja) * 2007-06-13 2008-12-25 Hitachi Ltd スピン蓄積磁化反転型のメモリ素子及びスピンｒａｍ
WO2011004891A1 (ja) * 2009-07-09 2011-01-13 国立大学法人九州大学 磁化反転装置、記憶素子、及び磁界発生装置

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2014127622A (ja) * 2012-12-27 2014-07-07 Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> スピン装置およびその製造方法

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