JP2005277147A

JP2005277147A - 磁気記録素子の記録方法及び磁気記録素子アレイ

Info

Publication number: JP2005277147A
Application number: JP2004089089A
Authority: JP
Inventors: Hideo Ono; 英男大野; Shoji Ikeda; 正二池田; Fumihiro Matsukura; 文▲ひろ▼ 松倉; Daichi Chiba; 大地千葉
Original assignee: Tohoku University NUC
Current assignee: Tohoku University NUC
Priority date: 2004-03-25
Filing date: 2004-03-25
Publication date: 2005-10-06

Abstract

【課題】複数の磁気記録素子が配列された磁気記録素子アレイにおいて、各磁気記録素子の磁化反転を簡易かつ確実に実行し、前記磁気記録素子アレイに対する記録動作を安定的に行う。
【解決手段】磁気記録素子１０の上方及び下方の少なくとも一方において、磁気記録素子１０と近接するようにして配線２０を設ける。次いで、配線２０に電流を流すことによって電流磁界を生成するとともに、磁気記録素子１０中に電流を流してスピントルクＴを生成し、前記電流磁界及び前記スピントルクを利用して磁気記録素子１０の磁化を反転させ、記録動作を行う。
【選択図】図２

Description

本発明は、磁気記録素子の記録方法及び磁気記録素子アレイに関する。

磁気抵抗効果型素子をメモリセルとして用いた不揮発性固体メモリの記録方式として、前記メモリセルに近接させて互いに直交した配線を形成し、この配線中に電流を流すことによって生じた電流磁界によって前記メモリセルの磁化を反転させる記録方式が採用されている。

図１は、従来の磁気記録素子アレイの一例を示す構成図である。図１に示す磁気記録素子アレイは、メモリセルを構成する磁気記録素子１０の上方において上部配線２０が設けられているとともに、磁気記録素子１０の下方において上部配線２０と直交するようにして下部配線３０が設けられている。また、記録すべき磁気記録素子を選択し、記録を読み出すためのＭＯＳトランジスタ４０が設けられている。ＭＯＳトランジスタ４０はセンス線５０によって磁気記録素子１０と接続されている。

なお、図１においては、１個の磁気記録素子に着目して磁気記録素子アレイを描いているが、実際の磁気記録素子アレイにおいては、複数の磁気記録素子が配列され、磁気記録素子毎に図１に示すような構成を採るようになっている。

図１に示す磁気記録素子アレイにおいては、上部配線２０中に電流を流すことによって生じた電流磁界Ｈ１、及び下部配線３０中に電流を流すことによって生じた電流磁界Ｈ２が磁気記録素子１０に作用し、その結果、磁気記録素子１０では電流磁界Ｈ１及びＨ２の合成磁界によってその素子内部の磁化が反転し、記録動作が実行されるようになる。

しかしながら、図１に示すような磁気記録素子アレイでは、磁気記録素子１０及び下部配線３０間の距離を制御することは製造上極めて困難であり、磁気記録素子毎に記録動作に使用する電流磁界において変動が生じるようになる。また、磁気記録素子１０及び下部配線３０は所定の距離を隔てて位置するため、下部配線３０による電流磁界Ｈ２が磁気記録素子１０の位置で減衰してしまい、磁気記録素子１０の磁化反転を生ぜしめることが困難になる場合がある。

本発明は、複数の磁気記録素子が配列された磁気記録素子アレイにおいて、各磁気記録素子の磁化反転を簡易かつ確実に実行し、前記磁気記録素子アレイに対する記録動作を安定的に行うことを目的とする。

上記目的を達成すべく、本発明は、
磁気記録素子の上方及び下方の少なくとも一方において、前記磁気記録素子と近接するようにして配線を設ける工程と、
前記配線に電流を流すことによって電流磁界を生成するとともに、前記磁気記録素子中に電流を流してスピントルクを生成し、前記電流磁界及び前記スピントルクを利用して前記磁気記録素子の磁化を反転させ、記録動作を行う工程と、
を具えることを特徴とする、磁気記録素子の記録方法に関する。

また、本発明は、
磁気記録素子と、この磁気記録素子の上方及び下方の少なくとも一方において前記磁気記録素子と近接するようにして設けた配線とを具え、
前記配線に電流を流すことによって電流磁界を生成するとともに、前記磁気記録素子中に電流を流してスピントルクを生成し、前記電流磁界及び前記スピントルクを利用して前記磁気記録素子の磁化を反転させ、記録動作を行うように構成したことを特徴とする、磁気記録素子アレイに関する。

本発明者らは上記目的を達成すべく鋭意検討を実施した。その結果、磁気記録素子中にスピントルクを発生させ、従来の、前記磁気記録素子に近接させて設けた配線による電流磁界、すなわち外部磁界のみならず、この外部磁界に加えて前記スピントルクを利用することによって、前記磁気記録素子の磁化を簡易かつ確実に反転させることができることを見出した。

また、前記スピントルクを用いることによって、前記外部磁界の大きさを低減した場合においても、前記磁気記録素子の磁化反転を行うことができる。その結果、前記配線を前記磁気記録素子の上方又は下方のいずれか一方に近接させて配置し、この配線による電流磁界及び前記スピントルクを用いるのみで、前記磁気記録素子の磁化反転を実行ならしめることができる。したがって、従来のように、前記磁気記録素子に対して上部配線及び下部配線を使用する代わりに、前記磁気記録素子に対して正確に配置することが困難であった前記下部配線を省略し、前記上部配線からの電流磁界及び前記スピントルクによって前記磁気記録素子の磁化反転を行い、記録動作が実行できるようになる。

以上説明したように、本発明によれば、複数の磁気記録素子が配列された磁気記録素子アレイにおいて、各磁気記録素子の磁化反転を簡易かつ確実に実行し、前記磁気記録素子アレイに対する記録動作を安定的に行うことができる。

以下、本発明の詳細、並びにその他の特徴及び利点について、最良の形態に基づいて詳細に説明する。

図２は、本発明の磁気記録素子アレイの一例を示す構成図である。なお、図１に示す磁気記録素子アレイと同様の構成要素については、同じ参照符号を用いて表している。図２に示す磁気記録素子アレイにおいては、メモリセルを構成する磁気記録素子１０の上方において、磁気記録素子１０の上部と接触するようにして上部配線２０が設けられている。また、記録すべき磁気記録素子を選択し、記録を読み出すためのＭＯＳトランジスタ４０が設けられている。ＭＯＳトランジスタ４０はセンス線５０によって磁気記録素子１０と接続されている。

なお、図２においては、１個の磁気記録素子に着目して磁気記録素子アレイを描いているが、実際の磁気記録素子アレイにおいては、複数の磁気記録素子が配列され、磁気記録素子毎に図２に示すような構成を採るようになっている。

図２に示す磁気記録素子アレイにおいては、上部配線２０内に電流を流すことによって電流磁界Ｈ１を生ぜしめるとともに、磁気記録素子１０に対して縦方向に電流を流すことによってスピントルクＴを生ぜしめる。したがって、磁気記録素子１０に対しては電流磁界Ｈ１及びスピントルクＴが作用するようになり、その結果磁化反転が生じて記録動作が実行される。

なお、スピントルクＴは、例えば磁気記録素子１０が巨大磁気抵抗効果型素子（ＧＭＲ素子）あるいはトンネル磁気抵抗効果型素子（ＴＭＲ素子）などの、磁化方向が厚さ方向において固定された固定層、及び磁化方向が電流磁界及びピントルクなどによって変化する自由層を具えている場合においては、前記固定層の磁化配列に起因したスピン偏極状態を反映した電流が、前記自由層中を通過する際に角運動量を失うことによって生じる。そして、前記スピントルク及び前記電流磁界によって前記自由層の磁化を反転するようになる。この場合、前記自由層が記録層として機能するようになる。

図２においては、上部配線２０は磁気記録素子１０と接触するようにして設けられている。したがって、上部配線２０の、磁気記録素子１０の位置における電流磁界を十分に大きくすることができ、磁気記録素子１０に対する確実な磁化反転を実行することができるとともに、比較的少ない電流でも、磁気記録素子１０の磁化反転を実現せしめるに足る十分な大きさの電流磁界を生成できるようになる。また、上部配線２０の形成を簡略化することができる。

但し、上部配線２０は磁気記録素子１０と離隔させて設けることもできる。また、実際の磁気記録素子アレイの構成に応じて、上部配線に代えて下部配線を設けることもできる。さらには、上部配線及び下部配線の双方を用いることもできる。

（実施例１）
本例では、図３に示す構成のＧＭＲ素子から磁気記録素子を構成し、図２に示すような磁気記録素子アレイを作製した。素子サイズ０．１μｍ各とし上部配線に２０μＡ以上の電流Ｉ_ＵＥを流すとともに、磁気記録素子の厚さ方向に５０μｍＡ以上の電流Ｉ_ＳＴを流すことによって、ＮｉＦｅ／ＣｏＦｅ自由層の磁化を反転することができ、記録動作が実行可能であることが確認された。なお、電流Ｉ_ＵＥのみではＮｉＦｅ／ＣｏＦｅ自由層の磁化は反転しないことが確認された。

（実施例２）
本例では、図４に示す構成のＴＭＲ素子から磁気記録素子を構成し、図２に示すような磁気記録素子アレイを作製した。このような素子構成においても、上記ＧＭＲ素子の場合と同様に上部配線に電流Ｉ_ＵＥを流すとともに、磁気記録素子の厚さ方向に電流Ｉ_ＳＴを流すことによって、ＮｉＦｅ／ＣｏＦｅ自由層の磁化を反転することができ、記録動作が実行可能であることが確認された。なお、電流Ｉ_ＵＥのみではＮｉＦｅ／ＣｏＦｅ自由層の磁化は反転しないことが確認された。

以上、具体例を挙げながら発明の実施の形態に基づいて本発明を詳細に説明してきたが、本発明は上記内容に限定されるものではなく、本発明の範疇を逸脱しない限りにおいてあらゆる変形や変更が可能である。

従来の磁気記録素子アレイの一例を示す構成図である。本発明の磁気記録素子アレイの一例を示す構成図である。本発明の磁気記録素子における構成の一例を説明するための図である。本発明の磁気記録素子における構成の他の例を説明するための図である。

符号の説明

１０磁気記録素子
２０上部配線
３０下部配線
４０ＭＯＳトランジスタ
Ｈ１，Ｈ２電流磁界
Ｔスピントルク

Claims

磁気記録素子の上方及び下方の少なくとも一方において、前記磁気記録素子と近接するようにして配線を設ける工程と、
前記配線に電流を流すことによって電流磁界を生成するとともに、前記磁気記録素子中に電流を流してスピントルクを生成し、前記電流磁界及び前記スピントルクを利用して前記磁気記録素子の磁化を反転させ、記録動作を行う工程と、
を具えることを特徴とする、磁気記録素子の記録方法。
前記配線は前記磁気記録素子の上部又は下部に接触するようにして設けることを特徴とする、請求項１に記載の磁気記録素子の記録方法。
前記配線は前記磁気記録素子の上方において設けることを特徴とする、請求項１又は２に記載の磁気記録素子の記録方法。
前記磁気記録素子は、所定方向に磁化が固定された固定層と、電流磁界及びスピントルクに応じて磁化方向を変化させる自由層とを具えていることを特徴とする、請求項１〜３のいずれか一に記載の磁気記録素子の記録方法。
前記スピントルクは、前記固定層の磁化配列に起因したスピン偏極状態を反映した電流が、前記自由層中を通過する際に角運動量を失うことによって生じ、前記電流磁界及び前記スピントルクによって、前記自由層の磁化を反転させ、記録動作を行うことを特徴とする、請求項４に記載の磁気記録素子の記録方法。
前記磁気記録素子は巨大磁気抵抗効果型素子であることを特徴とする、請求項４又は５に記載の磁気記録素子の記録方法。
前記磁気記録素子はトンネル磁気抵抗効果型素子であることを特徴とする、請求項４又は５に記載の磁気記録素子の記録方法。
磁気記録素子と、この磁気記録素子の上方及び下方の少なくとも一方において前記磁気記録素子と近接するようにして設けた配線とを具え、
前記配線に電流を流すことによって電流磁界を生成するとともに、前記磁気記録素子中に電流を流してスピントルクを生成し、前記電流磁界及び前記スピントルクを利用して前記磁気記録素子の磁化を反転させ、記録動作を行うように構成したことを特徴とする、磁気記録素子アレイ。
前記配線は前記磁気記録素子の上部又は下部に接触するようにして設けたことを特徴とする、請求項８に記載の磁気記録素子アレイ。
前記配線は前記磁気記録素子の上方において設けたことを特徴とする、請求項８又は９に記載の磁気記録素子アレイ。
前記磁気記録素子は、所定方向に磁化が固定された固定層と、電流磁界及びスピントルクに応じて磁化方向を変化させる自由層とを具えていることを特徴とする、請求項８〜１０のいずれか一に記載の磁気記録素子アレイ。
前記スピントルクは、前記固定層の磁化配列に起因したスピン偏極状態を反映した電流が、前記自由層中を通過する際に角運動量を失うことによって生じ、前記電流磁界及び前記スピントルクによって、前記自由層の磁化を反転させ、記録動作を行うようにしたことを特徴とする、請求項１１に記載の磁気記録素子アレイ。
前記磁気記録素子は巨大磁気抵抗効果型素子であることを特徴とする、請求項１１又は１２に記載の磁気記録素子アレイ。
前記磁気記録素子はトンネル磁気抵抗効果型素子であることを特徴とする、請求項１１又は１２に記載の磁気記録素子アレイ。