JP2009099628A - 磁気抵抗効果素子及び磁気ランダムアクセスメモリ - Google Patents
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Abstract
【解決手段】磁気抵抗効果素子は、磁性材料からなり、膜面に対して垂直方向に向く第1の磁化を有する固定層11と、磁性材料からなり、膜面に対して垂直方向に向く第2の磁化を有し、第2の磁化の方向が反転可能な記録層13と、固定層11と記録層13との間に設けられた非磁性層12とを備える。記録層13の磁気異方性、飽和磁化および交換結合により決定される、単磁区状態が唯一の安定状態となる臨界直径(単軸臨界直径Ds*)、もしくは単磁区状態が唯一の安定状態であり、かつ反転過程においても単磁区状態を保ちながら反転する臨界直径(単軸反転臨界直径Ds)が磁気抵抗効果素子の素子直径よりも大きい。
【選択図】 図6
Description
前記記録層の磁性材料の飽和磁化をMs、磁気異方性定数をKu、交換スティフネス係数をA、前記記録層の膜厚をt、前記磁気抵抗効果素子の素子直径をD、真空の透磁率をμ0、Naを反磁界係数とした際に、前記素子直径Dが以下の条件式(i)、(ii)を満たすことを特徴とする。
前記記録層の磁性材料の飽和磁化をMs、磁気異方性定数をKu、交換スティフネス係数をA、前記記録層の膜厚をt、前記磁気抵抗効果素子の素子直径をD、真空の透磁率をμ0、Naを反磁界係数とした際に、前記素子直径Dが以下の条件式(iii)、(iv)を満たすことを特徴とする。
まず、記録層の単磁区臨界直径Ds*について述べる。ここで、単磁区臨界直径Ds*は記録保持状態において単磁区状態が唯一の安定解である臨界直径として定義される。
次に、記録層の単磁区反転臨界直径Dsについて述べる。ここで、単磁区反転臨界直径Dsは記録保持状態において単磁区状態が唯一の安定解であり、さらに磁化反転過程においても、常に単磁区状態を保つ臨界直径として定義される。図3(a)に、磁場反転過程において二磁区状態を経由する場合の、系がもつエネルギーのZ方向磁化Mzに対する依存性を示す。Z方向磁化Mzが−1および+1が、それぞれ記録情報0および1に対応する。磁場反転過程において二磁区状態を経由する場合、Z方向磁化Mzが−1から+1に変化する際に、一方の磁区が傾いた状態でエネルギー最大値をとり、Z方向磁化Mzがゼロの場合にエネルギーの極小をもつ。このとき記録層は、二磁区状態となりエネルギーEdをもち、二つの磁区は互いに反平行の向きを持つ。
図6に、磁気抵抗効果素子の記録層として磁性合金を用いた構成例を示す。磁気抵抗効果素子10は、固定層11、非磁性層12、及び記録層13から構成されている。固定層11上には非磁性層12が形成され、この非磁性層12上には記録層13が形成されている。
図7に、磁気抵抗効果素子の記録層として磁性合金の積層構造を用いた構成例を示す。磁気抵抗効果素子20は、固定層11、非磁性層12、及び記録層21から構成されている。固定層11上には非磁性層12が形成され、この非磁性層12上には記録層21が形成されている。記録層21は、非磁性層12上に形成された磁性層21Aと、この磁性層21A上に形成された磁性層21Bとの積層構造から形成されている。
図9に、磁気抵抗効果素子の記録層として人工格子構造を用いた構成例を示す。磁気抵抗効果素子30は、固定層11、非磁性層12、及び記録層31から構成されている。固定層11上には非磁性層12が形成され、この非磁性層12上には記録層31が形成されている。記録層31は、非磁性層12上に形成された合金層31Aと、この合金層31A上に形成された合金層31Bとの積層構造から形成されている。
本発明の実施形態の磁気抵抗効果素子を用いた磁気ランダムアクセスメモリ(MRAM:magnetoresistive random access memory)について説明する。ここでは、実施形態の磁気抵抗効果素子10(あるいは20、30)を用いた、スピン注入書き込み型のMRAMについて述べる。
Claims (8)
- 前記記録層が、Fe,Co,Niのうち1つ以上の元素と、Pt,Pdのうち1つ以上の元素を含む磁性合金からなることを特徴とする請求項1または2に記載の磁気抵抗効果素子。
- 前記記録層が少なくとも2層以上の磁性層から構成され、前記磁性層の一つはFe,Co,Niのうち一つ以上の元素と、Pt,Pdのうち一つ以上の元素を含む磁性合金からなり、前記磁性層の他の一つはFe,Co,Ni,Bのうち一つ以上の元素を含む磁性合金からなることを特徴とする請求項1または2に記載の磁気抵抗効果素子。
- 前記記録層が、磁性材料と非磁性材料が少なくとも1層以上交互に積層された構造を持ち、前記磁性材料がFe,Co,Niのうち一つ以上の元素を含む合金であることを特徴とする請求項1または2に記載の磁気抵抗効果素子。
- 前記記録層が、磁性材料と非磁性材料が少なくとも1層以上交互に積層された構造を持ち、前記磁性材料がCo、FeとBを含む合金であることを特徴とする請求項1または2に記載の磁気抵抗効果素子。
- 請求項1に記載の磁気抵抗効果素子を記憶素子として含むメモリセルを複数個備えたメモリセルアレイと、
前記メモリセルに対して双方向に電流を供給する電流供給回路と、
を具備することを特徴とする磁気ランダムアクセスメモリ。 - 請求項2に記載の磁気抵抗効果素子を記憶素子として含むメモリセルを複数個備えたメモリセルアレイと、
前記メモリセルに対して双方向に電流を供給する電流供給回路と、
を具備することを特徴とする磁気ランダムアクセスメモリ。
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