JP2011119537A - Memory cell, and magnetic random access memory - Google Patents

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則和 大嶋
Shunsuke Fukami
俊輔 深見
Akihiro Suzuki
哲広 鈴木
Kiyokazu Nagahara
聖万 永原
Nobuyuki Ishiwata
延行 石綿
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a memory cell which has excellent data retention stability, and operates at a low current, and to provide a magnetic random access memory using the same. <P>SOLUTION: The memory cell includes a magnetic domain wall moving layer in which a magnetic domain wall moves, and a magnetization fixed layer which is connected to both respective ends of the magnetic domain wall moving layer and traps the magnetic domain wall in a periphery of either of both ends. Information is recorded by orientation switching of magnetization of the magnetic domain wall moving layer caused by movement of the magnetic domain wall. The magnetization fixed layer is a magnetic film of which at least either magnetization, magnetic anisotropy, or exchange coupling is changed by a current or a voltage applied to the magnetization fixed layer. <P>COPYRIGHT: (C)2011,JPO&INPIT

Description

本発明は、メモリセル及び磁気ランダムアクセスメモリに関する。   The present invention relates to a memory cell and a magnetic random access memory.

記録層に磁性体を有する磁気ランダムアクセスメモリ（ＭＲＡＭ：Ｍａｇｎｅｔｏｒｅｓｉｓｔｉｖｅ Ｒａｎｄｏｍ Ａｃｃｅｓｓ Ｍｅｍｏｒｙ）は、磁化反転の高速さと繰り返し記録回数に制限がないこと等の特徴を持つことから次世代の不揮発メモリとして期待され、開発が進められている。現在実用化が検討されている配線電流からの磁場で情報を書き込む方式では、メモリセル径が１００ｎｍ程度にまで微細化すると磁化反転に必要な磁場が大きくなり、配線からの電流では記録が困難になるという問題がある。セルの微細化は同時に熱擾乱による記録状態不安定化を誘起することから、配線磁場を利用したＭＲＡＭの容量はせいぜい数メガビットにとどまり、高密度ＭＲＡＭを実現できないことが予測されている。   A magnetic random access memory (MRAM) having a magnetic material in the recording layer is expected as a next-generation nonvolatile memory because it has features such as a high speed of magnetization reversal and an unlimited number of repeated recordings. Development is underway. In the method of writing information with a magnetic field from a wiring current that is currently being considered for practical use, if the memory cell diameter is reduced to about 100 nm, the magnetic field required for magnetization reversal increases, making recording difficult with the current from the wiring. There is a problem of becoming. Since cell miniaturization simultaneously induces recording state instability due to thermal disturbance, the capacity of the MRAM using the wiring magnetic field is limited to several megabits at most, and it is predicted that a high-density MRAM cannot be realized.

こうした問題を解決するために、電流の持つスピンと磁性体に局在している磁気モーメントとの間に働くトルクで記録層の磁化反転を誘起・制御するスピン電流記録方式の検討が進められている。中でもメモリセル中に形成された磁壁を電流で移動し、記録・消去状態を形成する磁壁移動型メモリは、原理的にはセルサイズを微細化するほど低電流かつ短時間で磁壁が移動するため、高密度と同時に高速動作が実現できること、また高速なメモリ動作の実現に有効である２つのトランジスタでひとつの磁気トンネル接合（ＭＴＪ：Ｍａｇｎｅｔｉｃ Ｔｕｎｎｅｌ Ｊｕｎｃｔｉｏｎ）からなる記録層を動作させる２Ｔ−１ＭＴＪ方式に容易に適用できる点で有望視されている。   In order to solve these problems, a spin current recording method is in progress that induces and controls the magnetization reversal of the recording layer by the torque that acts between the spin of the current and the magnetic moment localized in the magnetic material. Yes. In particular, the domain wall motion type memory that moves the domain wall formed in the memory cell with current and forms the recording / erasing state is because, in principle, the domain wall moves in a short time with a low current as the cell size is reduced. The 2T-1MTJ system that can realize a high-speed operation at the same time as a high density, and that operates a recording layer composed of one magnetic tunnel junction (MTJ) with two transistors that is effective in realizing a high-speed memory operation. It is promising because it can be easily applied.

関連する技術として、特開２００６−７３９３０号公報に磁壁移動を利用した磁気抵抗効果素子の磁化状態の変化方法及び該方法を用いた磁気メモリ素子、固体磁気メモリが開示されている。この磁気メモリ素子は、第一の磁性層と中間層と第二の磁性層とを有し、情報を第一の磁性層と、第二の磁性層との磁化の方向で記録する。この磁気メモリ素子は、少なくとも一方の磁性層内に互いに反平行磁化となる磁区とそれらの磁区を隔てる磁壁を定常的に形成し、前記磁壁を磁性層内で移動させることで、隣り合う磁区の位置を制御して情報記録を行う。   As a related technique, Japanese Patent Application Laid-Open No. 2006-73930 discloses a method for changing the magnetization state of a magnetoresistive effect element using domain wall motion, a magnetic memory element using the method, and a solid magnetic memory. This magnetic memory element has a first magnetic layer, an intermediate layer, and a second magnetic layer, and records information in the magnetization directions of the first magnetic layer and the second magnetic layer. In this magnetic memory element, magnetic domains that are antiparallel to each other and a domain wall that separates these magnetic domains are constantly formed in at least one of the magnetic layers, and the domain walls are moved in the magnetic layer so that adjacent magnetic domains can be moved. Information is recorded by controlling the position.

特開２００７−１０３６６３号公報に磁気素子、記録再生素子、論理演算素子および論理演算器が開示されている。この磁気素子は、第１の磁性層と、非磁性層と、第２の磁性層とを備える。第１の磁性層は、第１の方向と該第１の方向に対して反平行の第２の方向とのいずれかの方向に磁化可能な磁化可変領域を含み、自身の内部に電流を導入するための第１の電極を具備する。非磁性層は、前記第１の磁性層の前記磁化可変領域にその表面が接し、自身に所定の電位を付与するための第２の電極を具備する。第２の磁性層は、前記非磁性層の裏面に接し、その内部磁化が予め前記第１、第２の方向のいずれかの方向に固着しており、自身の電位を検出するための第３の電極を具備する。   Japanese Patent Application Laid-Open No. 2007-103663 discloses a magnetic element, a recording / reproducing element, a logical operation element, and a logical operation unit. The magnetic element includes a first magnetic layer, a nonmagnetic layer, and a second magnetic layer. The first magnetic layer includes a magnetization variable region that can be magnetized in one of a first direction and a second direction antiparallel to the first direction, and introduces a current into the first magnetic layer. A first electrode is provided. The nonmagnetic layer includes a second electrode that is in contact with the magnetization variable region of the first magnetic layer and applies a predetermined potential thereto. The second magnetic layer is in contact with the back surface of the non-magnetic layer, and its internal magnetization is fixed in advance in one of the first and second directions, and a third for detecting its own potential. Electrode.

特開２００８−１４７４８８号公報に磁気抵抗効果素子及びＭＲＡＭが開示されている。この磁気抵抗効果素子は、磁化の向きが固定された少なくとも２つの第１磁化固定層と、第１平面上に形成され、磁化の向きが可変な磁化自由層と、非磁性層を介して前記磁化自由層に接続され、磁化の向きが固定された第２磁化固定層とを備える。前記２つの第１磁化固定層は、前記磁化自由層を挟んで前記第２磁化固定層と対向するように配置され、また、前記磁化自由層と磁気的に結合している。前記２つの第１磁化固定層の磁化は共に、前記第１平面に直角な第１方向の成分を有する。データ書き込み時、書き込み電流が、前記第１平面内において、前記磁化自由層の一端から他端に流される。   Japanese Patent Laid-Open No. 2008-147488 discloses a magnetoresistive effect element and an MRAM. The magnetoresistive element includes at least two first magnetization fixed layers whose magnetization directions are fixed, a magnetization free layer that is formed on a first plane and has a variable magnetization direction, and a nonmagnetic layer. A second magnetization fixed layer connected to the magnetization free layer and having a fixed magnetization direction. The two first magnetization fixed layers are disposed so as to face the second magnetization fixed layer with the magnetization free layer interposed therebetween, and are magnetically coupled to the magnetization free layer. Both of the magnetizations of the two first magnetization fixed layers have a component in a first direction perpendicular to the first plane. At the time of data writing, a write current is passed from one end of the magnetization free layer to the other end in the first plane.

特開２００６−７３９３０号公報JP 2006-73930 A 特開２００７−１０３６６３号公報JP 2007-103663 A 特開２００８−１４７４８８号公報JP 2008-147488 A

電流で磁壁を駆動する磁壁電流駆動型メモリでは、安定に磁壁が固定される２箇所のトラップサイト間を磁壁が往復することが基本動作となる。磁壁トラップサイトには、メモリ状態の保持安定性を確保するために外乱磁場に対して磁壁が安定的に固定されること、低電流駆動を実現するために電流印加に対して磁壁が容易にトラップサイトを抜け出ることが必要とされている。これまでの垂直磁化型の磁壁電流駆動型メモリでは、磁性パターンの形状制御や異なる特性の磁性層を積層、あるいは形状制御と磁性層両者を組み合わせることでトラップサイトを形成してきた。ところが、こうしたトラップサイトでは、磁壁は磁場に対して一定のエネルギーを作用させるので、磁壁安定性を確保しようとすると動作電流が増加してしまい、また低電流で動作させようとすると磁壁固定が不十分になるという問題がある。このため、データ保持安定に優れ、かつ低電流で動作するメモリは実現されていなかった。   In a domain wall current drive type memory that drives a domain wall with an electric current, the basic operation is that the domain wall reciprocates between two trap sites where the domain wall is stably fixed. In the domain wall trap site, the domain wall is stably fixed against the disturbance magnetic field in order to ensure the retention stability of the memory state, and the domain wall is easily trapped against current application in order to realize low current drive. Need to exit the site. In the conventional perpendicular magnetic domain wall current drive type memory, trap sites have been formed by stacking magnetic layers having different characteristics or controlling the shape of the magnetic pattern, or combining both the shape control and the magnetic layer. However, at these trap sites, the domain wall applies a certain amount of energy to the magnetic field, so that the operating current increases when attempting to ensure domain wall stability, and the domain wall is not fixed when operated at a low current. There is a problem of becoming enough. For this reason, a memory having excellent data retention stability and operating at a low current has not been realized.

本発明の目的は、データ保持安定に優れ、かつ低電流で動作するメモリセル及びそれを用いた磁気ランダムアクセスメモリを提供することにある。   An object of the present invention is to provide a memory cell excellent in data retention stability and operating at a low current, and a magnetic random access memory using the memory cell.

従って、上記課題を解決するために、本発明のメモリセルは、磁壁が移動する磁壁移動層と、磁壁移動層の両端部の各々に接続し、両端部のいずれかの近傍で磁壁をトラップする磁化固定層とを具備する。磁壁の移動に伴う磁壁移動層の磁化の向きのスイッチングで情報を記録する。磁化固定層は、磁化固定層に印加する電流又は電圧により磁化、磁気異方性、及び交換結合の少なくとも一つが変化する磁性膜を含む。   Therefore, in order to solve the above-mentioned problem, the memory cell of the present invention is connected to each of the domain wall moving layer in which the domain wall moves and both ends of the domain wall moving layer, and traps the domain wall in the vicinity of either of the both ends. And a magnetization fixed layer. Information is recorded by switching the magnetization direction of the domain wall motion layer accompanying the domain wall motion. The magnetization fixed layer includes a magnetic film in which at least one of magnetization, magnetic anisotropy, and exchange coupling is changed by a current or voltage applied to the magnetization fixed layer.

又、本発明の磁気ランダムアクセスメモリは、複数のメモリセルと、書き込み電流供給回路とを具備する。複数のメモリセルは、行列上に配置され上述されたメモリセルである。書き込み電流供給回路は、複数のメモリセルの各々に書き込み電流を供給する。   The magnetic random access memory according to the present invention includes a plurality of memory cells and a write current supply circuit. The plurality of memory cells are memory cells arranged on a matrix and described above. The write current supply circuit supplies a write current to each of the plurality of memory cells.

また、本発明の磁気ランダムアクセスメモリの書き込み方法において、磁気ランダムアクセスメモリは、行列上に配置された複数のメモリセルと、複数のメモリセルの各々に書き込み電流を供給する書き込み電流供給回路とを備える。メモリセルは、磁壁が移動する磁壁移動層と、磁壁移動層の両端部の各々に接続し、両端部のいずれかの近傍で磁壁をトラップする磁化固定層とを含む。磁壁の移動に伴う磁壁移動層の磁化の向きのスイッチングで情報を記録する。磁化固定層は、磁化固定層に印加する電流又は電圧により磁化、磁気異方性、及び交換結合の少なくとも一つが変化する磁性膜を含む。そして、本発明の書き込み方法は、磁化固定層に電流を印加又は電圧を印加することにより、磁化固定層の磁化を減少させるステップと、電流又は電圧により、磁壁移動層の磁壁を駆動するステップと、電流又は電圧を停止することにより、磁化を元に戻すステップとを具備する。   In the magnetic random access memory writing method of the present invention, the magnetic random access memory includes a plurality of memory cells arranged in a matrix and a write current supply circuit for supplying a write current to each of the plurality of memory cells. Prepare. The memory cell includes a domain wall moving layer in which a domain wall moves, and a magnetization fixed layer that is connected to each of both ends of the domain wall moving layer and traps the domain wall in the vicinity of either end. Information is recorded by switching the magnetization direction of the domain wall motion layer accompanying the domain wall motion. The magnetization fixed layer includes a magnetic film in which at least one of magnetization, magnetic anisotropy, and exchange coupling is changed by a current or voltage applied to the magnetization fixed layer. The writing method of the present invention includes a step of reducing the magnetization of the magnetization fixed layer by applying a current or a voltage to the magnetization fixed layer, and a step of driving the domain wall of the domain wall moving layer by the current or voltage. Reverting the magnetization by stopping the current or voltage.

本発明により、データ保持安定に優れ、かつ低電流で動作するメモリセル及びそれを用いた磁気ランダムアクセスメモリを実現することが可能となる。   According to the present invention, it is possible to realize a memory cell excellent in data retention stability and operating at a low current and a magnetic random access memory using the memory cell.

図１は、本発明の実施の形態に係るメモリセルに用いる磁壁移動メモリ素子の構成を示す断面図である。FIG. 1 is a cross-sectional view showing a configuration of a domain wall motion memory element used in a memory cell according to an embodiment of the present invention. 図２は、本発明の実施例に係る磁壁移動メモリ素子の磁化固定層に用いる磁性材料の磁化温度曲線を示すグラフである。FIG. 2 is a graph showing a magnetization temperature curve of a magnetic material used for the magnetization fixed layer of the domain wall motion memory device according to the embodiment of the present invention. 図３は、本発明の実施例１に係る磁壁メモリ素子の動作メカニズムを示す断面図である。FIG. 3 is a cross-sectional view illustrating an operation mechanism of the domain wall memory element according to the first embodiment of the invention. 図４は、本発明の実施例１に係る磁壁メモリ素子の動作メカニズムを示す断面図である。FIG. 4 is a cross-sectional view illustrating an operation mechanism of the domain wall memory element according to the first embodiment of the invention. 図５は、本発明の実施例１に係る磁壁メモリ素子の動作メカニズムを示す断面図である。FIG. 5 is a cross-sectional view illustrating an operation mechanism of the domain wall memory element according to the first embodiment of the invention. 図６Ａは、本発明の実施例２に係る磁壁移動メモリ素子の磁化固定層に用いる磁性材料の磁気異方性の変化を示すグラフである。FIG. 6A is a graph showing a change in magnetic anisotropy of a magnetic material used for a magnetization fixed layer of a domain wall motion memory device according to Example 2 of the present invention. 図６Ｂは、本発明の実施例２に係る磁壁移動メモリ素子の磁化固定層に用いる磁性材料の磁気異方性の変化を示すグラフである。FIG. 6B is a graph showing a change in magnetic anisotropy of the magnetic material used for the magnetization fixed layer of the domain wall motion memory device according to Example 2 of the present invention. 図７は、本発明の実施例２に係る磁壁メモリ素子の動作メカニズムを示す断面図である。FIG. 7 is a cross-sectional view showing an operation mechanism of the domain wall memory element according to the second embodiment of the present invention. 図８は、本発明の実施例２に係る磁壁メモリ素子の動作メカニズムを示す断面図である。FIG. 8 is a cross-sectional view showing an operation mechanism of the domain wall memory element according to the second embodiment of the present invention. 図９は、本発明の実施例２に係る磁壁メモリ素子の動作メカニズムを示す断面図である。FIG. 9 is a cross-sectional view illustrating an operation mechanism of the domain wall memory element according to the second embodiment of the present invention. 図１０は、本発明の実施例３に係るメモリセルの構成を示す回路図である。FIG. 10 is a circuit diagram showing a configuration of a memory cell according to Embodiment 3 of the present invention. 図１１は、本発明の実施例３に係る磁気ランダムアクセスメモリの構成を示すブロック図である。FIG. 11 is a block diagram showing the configuration of the magnetic random access memory according to the third embodiment of the present invention.

以下、本発明のメモリセル及び磁気ランダムアクセスメモリの実施の形態に関して、添付図面を参照して説明する。   Embodiments of a memory cell and a magnetic random access memory according to the present invention will be described below with reference to the accompanying drawings.

まず、本発明の実施の形態に係るメモリセルの構成について説明する。図１は、本発明の実施の形態に係るメモリセルに用いる磁壁移動メモリ素子の構成を示す断面図である。ただし、図２において白矢印は、各層における磁化方向を示している。また、磁化の状態としては、初期磁化状態を示している。磁壁移動メモリ素子（磁気抵抗素子）２は、ピン層１５、非磁性層１４、磁壁移動層１０、第１磁化固定層１７、第２磁化固定層１８、第１電流端子１９、及び第２電流端子２０を具備する。   First, the configuration of the memory cell according to the embodiment of the present invention will be described. FIG. 1 is a cross-sectional view showing a configuration of a domain wall motion memory element used in a memory cell according to an embodiment of the present invention. However, the white arrows in FIG. 2 indicate the magnetization directions in the respective layers. In addition, the initial magnetization state is shown as the magnetization state. The domain wall motion memory element (magnetoresistance element) 2 includes a pinned layer 15, a nonmagnetic layer 14, a domain wall motion layer 10, a first magnetization fixed layer 17, a second magnetization fixed layer 18, a first current terminal 19, and a second current. A terminal 20 is provided.

ピン層１５は、垂直磁気異方性を有する強磁性体層であり、所定の方向（例示：第１方向）に磁化が固定されている。非磁性層１４は、絶縁膜や非磁性体膜である。磁壁移動層１０は、垂直磁気異方性を有する強磁性体層であり、内部を磁壁ＤＷが移動可能である。磁壁移動層１０は、第１磁化固定領域１１、第２磁化固定領域１２、磁壁移動領域１３を備える。第１磁化固定領域１１は、第１磁化固定層１７により第１方向に磁化が固定される。第２磁化固定領域１２は、第２磁化固定層１８により第１方向とは逆の第２方向に磁化が固定される。磁壁移動領域１３は、第１磁化固定領域１１と第２磁化固定領域１２との間に設けられ、磁化方向が第１方向及び第２方向のいずれか一方に変更可能である。ピン層１５、非磁性層１４、及び磁壁移動領域１３により、磁気トンネル接合（ＭＴＪ）が形成されている。ピン層１５の磁化の向きと磁壁移動領域１３の磁化の向きとの相対的な関係によりデータを記憶することができる。第１磁化固定層１７は、第１磁化固定領域１１と接続し、第１磁化固定領域１１の磁化を固定する。第２磁化固定層１８は、第２磁化固定領域１２と接続し、第２磁化固定領域１２の磁化を固定する。第１電流端子１９及び第２電流端子２０は、それぞれ第１磁化固定層１７及び第２磁化固定層１８に接続された電流端子である。   The pinned layer 15 is a ferromagnetic layer having perpendicular magnetic anisotropy, and magnetization is fixed in a predetermined direction (example: first direction). The nonmagnetic layer 14 is an insulating film or a nonmagnetic film. The domain wall moving layer 10 is a ferromagnetic layer having perpendicular magnetic anisotropy, and the domain wall DW can move inside. The domain wall motion layer 10 includes a first magnetization fixed region 11, a second magnetization fixed region 12, and a domain wall motion region 13. The magnetization of the first magnetization fixed region 11 is fixed in the first direction by the first magnetization fixed layer 17. In the second magnetization fixed region 12, the magnetization is fixed in the second direction opposite to the first direction by the second magnetization fixed layer 18. The domain wall motion region 13 is provided between the first magnetization fixed region 11 and the second magnetization fixed region 12, and the magnetization direction can be changed to one of the first direction and the second direction. A magnetic tunnel junction (MTJ) is formed by the pinned layer 15, the nonmagnetic layer 14, and the domain wall motion region 13. Data can be stored by the relative relationship between the magnetization direction of the pinned layer 15 and the magnetization direction of the domain wall motion region 13. The first magnetization fixed layer 17 is connected to the first magnetization fixed region 11 and fixes the magnetization of the first magnetization fixed region 11. The second magnetization fixed layer 18 is connected to the second magnetization fixed region 12 and fixes the magnetization of the second magnetization fixed region 12. The first current terminal 19 and the second current terminal 20 are current terminals connected to the first magnetization fixed layer 17 and the second magnetization fixed layer 18, respectively.

磁壁移動領域１３の磁化が第１方向に向いている場合、第２磁化固定領域１２との境界近傍の位置に磁壁ＤＷが形成される。一方、磁壁移動領域１３の磁化が第２方向に向いている場合、第１磁化固定領域１１との境界近傍の位置に磁壁ＤＷが形成される。これらの磁壁ＤＷは、後述されるように、第１磁化固定層１７や第２磁化固定層１８が発生する磁束によって当該位置に強く固定されている。しかし、当該磁束が消失した又は弱まった場合、低電流で容易に移動可能になる。   When the magnetization of the domain wall moving region 13 is in the first direction, the domain wall DW is formed at a position near the boundary with the second magnetization fixed region 12. On the other hand, when the magnetization of the domain wall moving region 13 is in the second direction, the domain wall DW is formed at a position near the boundary with the first magnetization fixed region 11. As will be described later, these domain walls DW are strongly fixed at the positions by magnetic fluxes generated by the first magnetization fixed layer 17 and the second magnetization fixed layer 18. However, when the magnetic flux disappears or weakens, it can be easily moved with a low current.

第１磁化固定層１７や第２磁化固定層１８（以下、両者を区別する必要がない場合、単に「磁化固定層」ともいう）の材料としては、（ａ）電流に作用して磁化が大きく変化する材料、（ｂ）スピン電流と局在磁化の相互作用が非常に大きくランダムなスピンを持つ電流が印加されると磁化方向が乱される材料、（ｃ）磁気異方性の温度依存性が強く電流印加による発熱で磁化の方向が乱れてしまう材料、（ｄ）磁壁移動層１０の第１磁化固定領域１１や第２磁化固定領域１２（以下、両者を区別する必要がない場合、単に「磁化固定領域」ともいう）との磁性層間結合が電流によって影響を受け結合を消失する材料、の少なくとも一つの特性を有する材料を用いることが好ましい。   As a material for the first magnetization fixed layer 17 and the second magnetization fixed layer 18 (hereinafter, also referred to as “magnetization fixed layer” when it is not necessary to distinguish between the two), (a) the magnetization is large by acting on the current. (B) a material whose magnetization direction is disturbed when a current having a very large interaction between the spin current and the local magnetization is applied, and (c) the temperature dependence of the magnetic anisotropy. (D) the first magnetization fixed region 11 and the second magnetization fixed region 12 of the domain wall motion layer 10 (hereinafter, it is not necessary to distinguish between the two) It is preferable to use a material having at least one characteristic of a material in which the magnetic interlayer coupling to the “magnetization fixed region” is affected by the current and disappears.

第１磁化固定層１７や第２磁化固定層１８に上記（ａ）材料を用いるとき、磁壁ＤＷの固定及び移動は以下の原理で行う。まず、第１磁化固定層１７や第２磁化固定層１８に電流を通じる前は、第１磁化固定層１７や第２磁化固定層１８には強い磁化がある。その結果、第１磁化固定層１７や第２磁化固定層１８が発生する磁束によって、それぞれ第１磁化固定領域１１及び第２磁化固定領域１２の磁化が固定され、更に、磁壁移動領域１３の磁化の向きに応じて、第１磁化固定領域１１側又は第２磁化固定領域１２側に磁壁ＤＷが拘束される。   When the material (a) is used for the first magnetization fixed layer 17 and the second magnetization fixed layer 18, the domain wall DW is fixed and moved on the following principle. First, before passing a current through the first magnetization fixed layer 17 and the second magnetization fixed layer 18, the first magnetization fixed layer 17 and the second magnetization fixed layer 18 have strong magnetization. As a result, the magnetizations of the first magnetization fixed region 11 and the second magnetization fixed region 12 are fixed by the magnetic flux generated by the first magnetization fixed layer 17 and the second magnetization fixed layer 18, respectively. Depending on the orientation, the domain wall DW is constrained to the first magnetization fixed region 11 side or the second magnetization fixed region 12 side.

一方、第１磁化固定層１７や第２磁化固定層１８に電流を通じると、上記（ａ）材料を用いているので、第１磁化固定層１７や第２磁化固定層１８の磁化が消失する。その結果、第１磁化固定層１７や第２磁化固定層１８の磁束も無くなるので、磁壁ＤＷを固定する静磁エネルギーが消失し、磁壁ＤＷのトラップポテンシャルがゼロになる。この状態でスピン電流が磁壁ＤＷに作用するとスピントルクによる磁壁移動が生じる。電流を停止すると磁壁移動が停止すると同時に第１磁化固定層１７や第２磁化固定層１８の磁化が回復する。その結果、第１磁化固定層１７や第２磁化固定層１８の周囲に磁束が発生し、これにより磁壁ＤＷがトラップサイトに引き込まれると同時に磁化方向が安定に固定される。   On the other hand, when a current is passed through the first magnetization pinned layer 17 and the second magnetization pinned layer 18, since the material (a) is used, the magnetization of the first magnetization pinned layer 17 and the second magnetization pinned layer 18 disappears. . As a result, since the magnetic flux of the first magnetization fixed layer 17 and the second magnetization fixed layer 18 is also eliminated, the magnetostatic energy for fixing the domain wall DW disappears and the trap potential of the domain wall DW becomes zero. When the spin current acts on the domain wall DW in this state, domain wall movement due to spin torque occurs. When the current is stopped, the domain wall motion stops, and at the same time, the magnetizations of the first magnetization fixed layer 17 and the second magnetization fixed layer 18 are recovered. As a result, a magnetic flux is generated around the first magnetization fixed layer 17 and the second magnetization fixed layer 18, and thereby the domain wall DW is drawn into the trap site and at the same time the magnetization direction is stably fixed.

こうした作用を実現する要となるのは磁化固定層（第１磁化固定層１７や第２磁化固定層１８）に用いる磁化固定層材料である。電流注入とともに磁気特性の変化する材料が要求される。最も単純なものは、ジュール熱による温度上昇に対して磁化・磁気異方性が大きく変化するフェリ磁性体である。特に、室温近傍〜２００℃の範囲で磁気特性制御が可能な希土類遷移金属フェリ磁性体が有効と考えられる。一般に原子に局在した磁気モーメントは熱によって揺らぎが起こり、乱雑な方向をとるようになる。このため、磁化は温度とともに減少する。希土類遷移金属フェリ磁性合金では、希土類サイトおよび遷移金属サイトで磁気モーメントを発現し、両者は互い違いの配置をしている。磁気モーメントはサイト毎に温度依存性が異なり、希土類金属の磁気モーメントは温度に対して敏感である。一般に希土類組成が過多な材料では、希土類金属の磁気モーメント方向に磁化が現れる。加熱とともに希土類の磁気モーメントが大きく減少し、変化の小さい遷移金属の磁化と釣り合ったとき、全体の磁化は相殺されてゼロになる。この温度では磁束が発生しないため磁化反転をさせるために非常に大きな保磁力が現れる。更に高温にすると希土類金属の磁化が小さくなるため、磁化方向が逆転する。磁化がゼロになる補償温度は、希土類と遷移金属の組成で制御することが可能である。したがって、ジュール熱による発熱温度に合わせて希土類遷移金属合金の補償温度を設定すれば、磁壁移動時には磁化固定層からの静磁界がなく低電流動作が可能となり、一方、データ保持時には磁化固定層からの強い静磁界で磁壁を拘束することができる。それにより、安定な磁壁移動型のメモリセル（磁気抵抗素子）を形成することが可能である。すなわち、データ保持安定に優れ、かつ低電流で動作するメモリセルを実現できる。   The key to realizing such an action is a magnetization fixed layer material used for the magnetization fixed layer (the first magnetization fixed layer 17 and the second magnetization fixed layer 18). A material whose magnetic properties change with current injection is required. The simplest is a ferrimagnetic material whose magnetization and magnetic anisotropy change greatly with temperature rise due to Joule heat. In particular, a rare earth transition metal ferrimagnetic material that can control the magnetic properties in the range of about room temperature to 200 ° C. is considered effective. In general, the magnetic moment localized in an atom fluctuates due to heat and takes a random direction. For this reason, magnetization decreases with temperature. In the rare earth transition metal ferrimagnetic alloy, a magnetic moment is developed at the rare earth site and the transition metal site, and both are arranged alternately. The magnetic moment differs in temperature dependence from site to site, and the magnetic moment of rare earth metals is sensitive to temperature. In general, in a material having an excessive rare earth composition, magnetization appears in the magnetic moment direction of the rare earth metal. When heating, the magnetic moment of the rare earth greatly decreases, and when it balances with the magnetization of the transition metal with a small change, the overall magnetization is canceled out and becomes zero. Since no magnetic flux is generated at this temperature, a very large coercive force appears in order to reverse the magnetization. When the temperature is further increased, the magnetization of the rare earth metal is reduced, so that the magnetization direction is reversed. The compensation temperature at which the magnetization becomes zero can be controlled by the composition of the rare earth and the transition metal. Therefore, if the compensation temperature of the rare earth transition metal alloy is set in accordance with the heat generation temperature due to Joule heat, there is no static magnetic field from the magnetization fixed layer at the time of domain wall movement, and low current operation is possible. The domain wall can be restrained by a strong static magnetic field. Thereby, a stable domain wall motion type memory cell (magnetoresistance element) can be formed. That is, it is possible to realize a memory cell that has excellent data retention stability and operates at a low current.

これ以外にも、スピン電流で磁化が乱される材料や、磁壁移動層との界面における交換結合が電流によって消失する材料なども同様の効果を持ち、磁壁移動時には磁化固定層と磁壁移動層との磁気結合がないため低電流動作が可能となり、一方、データ保持時には強い交換結合などで磁壁を拘束するため安定な磁壁移動型のメモリセル（磁気抵抗素子）を形成することが可能である。   In addition to this, materials whose magnetization is disturbed by a spin current and materials in which exchange coupling at the interface with the domain wall moving layer disappears due to the current have the same effect. Since there is no magnetic coupling, a low current operation is possible. On the other hand, a stable domain wall motion type memory cell (magnetoresistance element) can be formed because the domain wall is constrained by strong exchange coupling during data retention.

（実施例１）
次に、本発明の実施例１に係るメモリセルの磁壁移動メモリ素子について説明する。磁壁移動メモリ素子２は、図１に示すようにピン層１５、非磁性層１４、磁壁移動層１０、第１磁化固定層１７、第２磁化固定層１８、第１電流端子１９、及び第２電流端子２０で構成されている。 Example 1
Next, the domain wall motion memory element of the memory cell according to Embodiment 1 of the present invention will be described. As shown in FIG. 1, the domain wall motion memory element 2 includes a pinned layer 15, a nonmagnetic layer 14, a domain wall motion layer 10, a first magnetization fixed layer 17, a second magnetization fixed layer 18, a first current terminal 19, and a second current terminal 19. It consists of a current terminal 20.

磁壁移動層１０としては、Ｃｏ／Ｎｉ積層膜、Ｃｏ／Ｐｄ積層膜、Ｃｏ／Ｐｔ積層膜、Ｃｏ−Ｐｔ合金、又は、Ｃｏ−Ｃｒ−Ｐｔ合金のいずれかで例示される垂直磁気異方性を有する薄膜を用いる。磁化固定層（第１磁化固定層１７及び第２磁化固定層１８）は、磁壁移動層１０の上側又は下側に形成されている（図１の例では下側）。磁化固定層としては、補償温度１００〜２００℃に設定した希土類遷移金属合金を用いる。図２は、本発明の実施例１に係る磁壁移動メモリ素子の磁化固定層に用いる磁性材料の磁化温度曲線を示すグラフである。磁化固定層は、（１）に示すように、初期磁化状態から温度が上昇すると、それと共に磁化が減少し、補償温度で一度消失する。また、（３）に示すように、補償温度から温度が下降すると、それと共に磁化が増加し、概ね初期磁化状態での値に戻る。しかし、（４）に示すように、その補償温度以上に加熱すると再び磁化が現れる。この磁化温度曲線は、例えば、ＴｂＦｅ、ＴｂＦｅＣｏ、ＧｄＦｅ、ＧｄＣｏ、ＧｄＴｂＦｅ、又は、ＧｄＴｂＦｅＣｏ等の合金において、希土類と遷移金属との組成比を制御することで調整可能である。   As the domain wall motion layer 10, perpendicular magnetic anisotropy exemplified by any one of a Co / Ni laminated film, a Co / Pd laminated film, a Co / Pt laminated film, a Co—Pt alloy, or a Co—Cr—Pt alloy. A thin film having The magnetization fixed layers (the first magnetization fixed layer 17 and the second magnetization fixed layer 18) are formed on the upper side or the lower side of the domain wall motion layer 10 (lower side in the example of FIG. 1). As the magnetization fixed layer, a rare earth transition metal alloy set to a compensation temperature of 100 to 200 ° C. is used. FIG. 2 is a graph showing a magnetization temperature curve of a magnetic material used for the magnetization fixed layer of the domain wall motion memory device according to Example 1 of the invention. As shown in (1), when the temperature rises from the initial magnetization state, the magnetization fixed layer decreases with the magnetization and disappears once at the compensation temperature. Further, as shown in (3), when the temperature falls from the compensation temperature, the magnetization increases with it and returns to the value in the initial magnetization state. However, as shown in (4), magnetization appears again when heated above its compensation temperature. This magnetization temperature curve can be adjusted by controlling the composition ratio between the rare earth and the transition metal in an alloy such as TbFe, TbFeCo, GdFe, GdCo, GdTbFe, or GdTbFeCo.

次に、図１〜図５を参照して、この磁壁移動メモリ素子２の動作メカニズムについて説明する。ただし、図３〜図５は、本発明の実施例１に係る磁壁メモリ素子の動作メカニズムを示す断面図である。また、各図において、ピン層１５及び非磁性層１４は省略されている。   Next, the operation mechanism of the domain wall motion memory element 2 will be described with reference to FIGS. 3 to 5 are cross-sectional views showing the operation mechanism of the domain wall memory element according to the first embodiment of the present invention. In each figure, the pinned layer 15 and the nonmagnetic layer 14 are omitted.

動作メカニズムは以下のようになる。
まず、初期化用の外部磁場を印加することにより、第１磁化固定層１７及び第２磁化固定層１８にそれぞれ逆向きの磁化を付与して、磁壁移動層１０に単一磁壁ＤＷを導入する。その結果、例えば、図３に示されるように、第１磁化固定領域１１と磁壁移動領域１３との境界の位置に単一の磁壁ＤＷが形成される。その磁壁ＤＷは、所定の磁化（図中の白矢印で表示）を有する第１磁化固定層１７の磁束（図中に黒矢印で表示）により、当該位置に固定されている。すなわち、磁壁ＤＷは、磁束による静磁結合、及び電子間の交換結合で固定されている。これが、図２の（１）の状態である。 The operation mechanism is as follows.
First, by applying an external magnetic field for initialization, the first magnetization fixed layer 17 and the second magnetization fixed layer 18 are given opposite magnetizations, and the single domain wall DW is introduced into the domain wall moving layer 10. . As a result, for example, as shown in FIG. 3, a single domain wall DW is formed at the position of the boundary between the first magnetization fixed region 11 and the domain wall moving region 13. The domain wall DW is fixed at the position by a magnetic flux (indicated by a black arrow in the figure) of the first magnetization fixed layer 17 having a predetermined magnetization (indicated by a white arrow in the figure). That is, the domain wall DW is fixed by magnetostatic coupling by magnetic flux and exchange coupling between electrons. This is the state (1) in FIG.

次に、上記初期化後に以下のように書き込み動作を行う。
まず、例えば、記憶させるデータに対応させ、第１電流端子１９及び第２電流端子２０の一方から他方へ書き込み電流Ｉｗを流す。すなわち、磁壁移動メモリ素子２に電流を注入する。図４の例では、第２電流端子２０から第１電流端子１９へ書き込み電流Ｉｗ１を流す。 Next, after the initialization, a write operation is performed as follows.
First, for example, the write current Iw is caused to flow from one of the first current terminal 19 and the second current terminal 20 to the other corresponding to the data to be stored. That is, a current is injected into the domain wall motion memory element 2. In the example of FIG. 4, the write current Iw1 is passed from the second current terminal 20 to the first current terminal 19.

このとき、磁壁移動メモリ素子２はジュール熱により昇温し、磁化固定層が補償温度に達すると磁化固定層の磁化が消失する。これが、図２の（２）の状態である。その結果、例えば、図４に示されるように、第１磁化固定層１７からの磁束によって第１磁化固定領域１１と磁壁移動領域１３との境界の位置に形成されていた磁壁ＤＷが静磁結合による拘束を失い、トラップサイトのないフリーな状態になる。一方、第１磁化固定層１７はローカルには反強磁性磁化の配列する方向に磁気モーメントが存在しているため、電子スピンは磁化方向に揃っている。こうしたスピン電流（書き込み電流Ｉｗ１とは逆向き）が磁壁移動層１０に注入されると、フリーな状態の磁壁ＤＷは小さなスピン電流でも容易に移動することができる。   At this time, the temperature of the domain wall motion memory element 2 is increased by Joule heat, and when the magnetization fixed layer reaches the compensation temperature, the magnetization of the magnetization fixed layer disappears. This is the state (2) in FIG. As a result, for example, as shown in FIG. 4, the domain wall DW formed at the boundary between the first magnetization fixed region 11 and the domain wall moving region 13 by the magnetic flux from the first magnetization fixed layer 17 is magnetostatically coupled. It loses the restraint by and becomes free with no trap site. On the other hand, the first magnetization fixed layer 17 has a magnetic moment locally in the direction in which the antiferromagnetic magnetization is arranged, so that the electron spin is aligned in the magnetization direction. When such a spin current (opposite to the write current Iw1) is injected into the domain wall moving layer 10, the domain wall DW in a free state can be easily moved even with a small spin current.

そのスピン電流により移動する磁壁ＤＷは、もう一方の端部近傍（この例では第２磁化固定領域１２）に到達する。そして、最後に磁壁移動終了のタイミングで書き込み電流Ｉｗ１を停止すると、ジュール熱が無くなり、磁化固定層が補償温度から室温近傍まで１ｎｓｅｃ以下で冷却され、概ね初期磁化状態に磁化固定層の磁化が回復する。すなわち、図２の（３）の状態になる。その結果、例えば、図５に示されるように、所定の磁化（図中の白矢印で表示）を回復した第２磁化固定層１８の磁束（図中に黒矢印で表示）により、磁壁ＤＷがトラップサイト（磁壁移動領域１３と第２磁化固定領域１２との境界の位置）に固定される。すなわち、磁壁ＤＷは、磁束による静磁結合、及び電子間の交換結合で、移動先で固定される。このように、本実施例では、磁壁移動のためのエネルギーが低減され、パルス電流印加時間が短縮される。それにより、低電流かつ高速、安定な磁壁移動メモリ素子が実現される。   The domain wall DW moved by the spin current reaches the vicinity of the other end (in this example, the second magnetization fixed region 12). Finally, when the write current Iw1 is stopped at the end of the domain wall movement, the Joule heat disappears, the magnetization fixed layer is cooled from the compensation temperature to near room temperature in 1 nsec or less, and the magnetization of the magnetization fixed layer is almost restored to the initial magnetization state. To do. That is, the state shown in FIG. As a result, for example, as shown in FIG. 5, the domain wall DW is caused by the magnetic flux (indicated by the black arrow in the figure) of the second magnetization fixed layer 18 that has recovered the predetermined magnetization (indicated by the white arrow in the figure). It is fixed at the trap site (the position of the boundary between the domain wall motion region 13 and the second magnetization fixed region 12). That is, the domain wall DW is fixed at the destination by magnetostatic coupling by magnetic flux and exchange coupling between electrons. Thus, in this embodiment, the energy for moving the domain wall is reduced, and the pulse current application time is shortened. Thereby, a low-current, high-speed and stable domain wall motion memory device is realized.

上記図３の状態を例えばデータ“０”とし、図５の状態をデータ“１”とすれば、上記書き込み電流Ｉｗ１を流すことで、データ“１”を書き込むことが可能となる。また、本書き込み原理を考慮すれば、図４の場合とは逆方向に書き込み電流Ｉｗ１を流すことで、データ“０”を書き込むことができる。更に、本書き込み原理を考慮すれば、データ“０”にデータ“０”を上書きすることや、データ“１”にデータ“１”を上書きすることも同様に可能である。このように、本実施例では、磁壁の移動に伴う磁壁移動層１０（磁壁移動領域１３）の磁化の向きのスイッチングでデータを記録することができる。   If the state of FIG. 3 is, for example, data “0” and the state of FIG. 5 is data “1”, the data “1” can be written by passing the write current Iw1. In consideration of the write principle, data “0” can be written by passing the write current Iw1 in the opposite direction to the case of FIG. Further, in consideration of this writing principle, it is possible to overwrite data “0” with data “0” or overwrite data “1” with data “1”. As described above, in this embodiment, data can be recorded by switching the magnetization direction of the domain wall motion layer 10 (domain wall motion region 13) accompanying the domain wall motion.

また、磁壁ＤＷがトラップサイトの中間（磁壁移動領域１３と第１磁化固定領域１１との境界の位置と、磁壁移動領域１３と第２磁化固定領域１２との境界の位置との間）まで到達した瞬間に電流を停止させることも可能である。その場合、磁壁ＤＷが出発したトラップサイトとは反対側のトラップサイトの磁化（当該トラップサイト近傍の磁化固定層の磁化）に引き寄せられ、自動的に磁壁ＤＷが移動して安定位置に到達する。すなわち、磁壁移動のためのエネルギーをより低減し、パルス電流印加時間をより短縮することができる。それにより、より低電流でより高速で、より安定な磁壁移動メモリ素子を実現することができる。   Further, the domain wall DW reaches the middle of the trap site (between the position of the boundary between the domain wall moving region 13 and the first magnetization fixed region 11 and the position of the boundary between the domain wall moving region 13 and the second magnetization fixed region 12). It is also possible to stop the current at the moment. In that case, it is attracted to the magnetization of the trap site opposite to the trap site from which the domain wall DW has started (magnetization of the magnetization fixed layer near the trap site), and the domain wall DW automatically moves to reach a stable position. That is, the energy for moving the domain wall can be further reduced, and the pulse current application time can be further shortened. As a result, a domain wall motion memory device with a lower current, a higher speed, and a higher stability can be realized.

また、読み出し動作については、例えば、ピン層１５と第１電流端子１９又は第２電流端子２０との間に定電流を流すことにより、ＭＴＪ（ピン層１５、非磁性層１４、及び磁壁移動領域１３）の抵抗値を検知することにより、磁壁移動領域１３に記憶されたデータを読み出すことができる。   As for the read operation, for example, a constant current is passed between the pinned layer 15 and the first current terminal 19 or the second current terminal 20, so that the MTJ (the pinned layer 15, the nonmagnetic layer 14, and the domain wall motion region). By detecting the resistance value 13), the data stored in the domain wall motion region 13 can be read out.

（実施例２）
次に、本発明の実施例２に係るメモリセルの磁壁移動メモリ素子について説明する。磁壁移動メモリ素子２は、図１に示すようにピン層１５、非磁性層１４、磁壁移動層１０、第１磁化固定層１７、第２磁化固定層１８、第１電流端子１９、及び第２電流端子２０で構成されている。 (Example 2)
Next, a domain wall motion memory element of a memory cell according to Example 2 of the present invention will be described. As shown in FIG. 1, the domain wall motion memory element 2 includes a pinned layer 15, a nonmagnetic layer 14, a domain wall motion layer 10, a first magnetization fixed layer 17, a second magnetization fixed layer 18, a first current terminal 19, and a second current terminal 19. It consists of a current terminal 20.

磁壁移動層１０としては、Ｃｏ／Ｎｉ積層膜、Ｃｏ／Ｐｄ積層膜、Ｃｏ／Ｐｔ積層膜、Ｃｏ−Ｐｔ合金、又は、Ｃｏ−Ｃｒ−Ｐｔ合金のいずれかで例示される垂直磁気異方性を有する薄膜を用いる。磁化固定層（第１磁化固定層１７及び第２磁化固定層１８）は、磁壁移動層１０の上側又は下側に形成されている（図１の例では下側）。磁化固定層としては、電圧によって磁気異方性が大きく変化する材料、例えばＧａＭｎＡｓ化合物を用いる。図６Ａ及び図６Ｂは、本発明の実施例２に係る磁壁移動メモリ素子の磁化固定層に用いる磁性材料の磁気異方性の変化を示すグラフである。ただし、図６Ａは印加電圧が０Ｖの場合の磁場磁化曲線を示し、図６Ｂは印加電圧が１．０Ｖの場合の磁場磁化曲線を示している。磁化固定層は、図６Ａに示すように、印加電圧が０Ｖの場合には垂直磁気異方性を有している。しかし、図６Ｂに示すように、印加電圧の増加と共に垂直磁気異方性が低減してランダム化し、等方的あるいは面内磁気異方性となる。   As the domain wall motion layer 10, perpendicular magnetic anisotropy exemplified by any one of a Co / Ni laminated film, a Co / Pd laminated film, a Co / Pt laminated film, a Co—Pt alloy, or a Co—Cr—Pt alloy. A thin film having The magnetization fixed layers (the first magnetization fixed layer 17 and the second magnetization fixed layer 18) are formed on the upper side or the lower side of the domain wall motion layer 10 (lower side in the example of FIG. 1). As the magnetization fixed layer, a material whose magnetic anisotropy changes greatly depending on a voltage, for example, a GaMnAs compound is used. 6A and 6B are graphs showing changes in the magnetic anisotropy of the magnetic material used for the magnetization fixed layer of the domain wall motion memory device according to Example 2 of the present invention. However, FIG. 6A shows a magnetic field magnetization curve when the applied voltage is 0V, and FIG. 6B shows a magnetic field magnetization curve when the applied voltage is 1.0V. As shown in FIG. 6A, the magnetization fixed layer has perpendicular magnetic anisotropy when the applied voltage is 0V. However, as shown in FIG. 6B, as the applied voltage is increased, the perpendicular magnetic anisotropy is reduced and randomized to become isotropic or in-plane magnetic anisotropy.

次に、図１、図６Ａ、図６Ｂ、図７〜図９を参照して、この磁壁移動メモリ素子２の動作メカニズムについて説明する。ただし、図７〜図９は、本発明の実施例２に係る磁壁メモリ素子の動作メカニズムを示す断面図である。また、各図において、ピン層１５及び非磁性層１４は省略されている。   Next, the operation mechanism of the domain wall motion memory device 2 will be described with reference to FIGS. 1, 6A, 6B, and 7 to 9. FIG. 7 to 9 are cross-sectional views showing an operation mechanism of the domain wall memory element according to the second embodiment of the present invention. In each figure, the pinned layer 15 and the nonmagnetic layer 14 are omitted.

動作メカニズムは以下のようになる。
まず、初期化用の外部磁場を印加して、第１磁化固定層１７及び第２磁化固定層１８にそれぞれ逆向きの磁化を付与して、磁壁移動層１０に単一磁壁ＤＷを導入する。その結果、例えば、図７に示されるように、第１磁化固定領域１１と磁壁移動領域１３との境界の位置に単一の磁壁ＤＷが形成される。その磁壁ＤＷは、所定の磁化（図中の白矢印で表示）を有する第１磁化固定層１７の磁束（図中に黒矢印で表示）により、当該位置に固定されている。すなわち、磁壁ＤＷは、磁束による静磁結合、及び電子間の交換結合で固定されている。これが、図６Ａの状態である。 The operation mechanism is as follows.
First, an external magnetic field for initialization is applied to impart opposite magnetizations to the first magnetization fixed layer 17 and the second magnetization fixed layer 18, and the single domain wall DW is introduced into the domain wall moving layer 10. As a result, for example, as shown in FIG. 7, a single domain wall DW is formed at the position of the boundary between the first magnetization fixed region 11 and the domain wall moving region 13. The domain wall DW is fixed at the position by a magnetic flux (indicated by a black arrow in the figure) of the first magnetization fixed layer 17 having a predetermined magnetization (indicated by a white arrow in the figure). That is, the domain wall DW is fixed by magnetostatic coupling by magnetic flux and exchange coupling between electrons. This is the state of FIG. 6A.

次に、上記初期化後に以下のように書き込み動作を行う。
まず、例えば、記憶させるデータに対応させ、第１電流端子１９及び第２電流端子２０の一方から他方へ書き込み電流Ｉｗを流す。すなわち、磁壁移動メモリ素子２に電流を注入する。図８の例では、第２電流端子２０から第１電流端子１９へ書き込み電流Ｉｗ２を流す。 Next, after the initialization, a write operation is performed as follows.
First, for example, the write current Iw is caused to flow from one of the first current terminal 19 and the second current terminal 20 to the other corresponding to the data to be stored. That is, a current is injected into the domain wall motion memory element 2. In the example of FIG. 8, the write current Iw2 is passed from the second current terminal 20 to the first current terminal 19.

このとき、磁壁移動メモリ素子２の磁化固定層には電圧が発生し、図８のように磁化固定層から垂直磁気異方性が低減／消失する。これが、図６Ｂの状態である。その結果、例えば、図８に示されるように、第１磁化固定層１７との交換結合によって第１磁化固定領域１１と磁壁移動領域１３との境界の位置に形成されていた磁壁ＤＷが交換結合の異方性変化により拘束を失い、トラップの弱い状態になる。一方、第１磁化固定層１７はローカルには反強磁性磁化の配列する方向に磁気モーメントが存在しているため、電子スピンは磁化方向に揃っている。こうしたスピン電流（書き込み電流Ｉｗ２とは逆向き）が磁壁移動層１０に注入されると、トラップの弱い状態の磁壁ＤＷは小さなスピン電流でも容易に移動することができる。   At this time, a voltage is generated in the magnetization fixed layer of the domain wall motion memory element 2, and the perpendicular magnetic anisotropy is reduced / disappeared from the magnetization fixed layer as shown in FIG. This is the state of FIG. 6B. As a result, for example, as shown in FIG. 8, the domain wall DW formed at the boundary between the first magnetization fixed region 11 and the domain wall moving region 13 by exchange coupling with the first magnetization fixed layer 17 is exchange coupled. Due to anisotropy change, the constraint is lost and the trap becomes weak. On the other hand, the first magnetization fixed layer 17 has a magnetic moment locally in the direction in which the antiferromagnetic magnetization is arranged, so that the electron spin is aligned in the magnetization direction. When such a spin current (opposite to the write current Iw2) is injected into the domain wall moving layer 10, the domain wall DW in a weak trap state can easily move even with a small spin current.

そのスピン電流により移動する磁壁ＤＷは、もう一方の端部近傍（この例では第２磁化固定領域１２）に到達する。そして、最後に磁壁移動終了のタイミングで書き込み電流Ｉｗ２を停止すると、１ｎｓｅｃ以下で磁化固定層の磁気異方性が回復する。すなわち、図６Ａの状態になる。その結果、例えば、図９に示されるように、所定の磁化（図中の白矢印で表示）を回復した第２磁化固定層１８と第２磁化固定領域１２とが垂直に結合（図中に黒矢印で表示）するため磁壁ＤＷがトラップサイト（磁壁移動領域１３と第２磁化固定領域１２との境界の位置）に固定される。すなわち、磁壁ＤＷは、磁束による静磁結合、及び電子間の交換結合で、移動先で固定される。その結果、磁壁移動のためのエネルギーが低減され、パルス電流印加時間が短縮される。それにより、低電流かつ高速、安定な磁壁移動メモリ素子が実現される。   The domain wall DW moved by the spin current reaches the vicinity of the other end (in this example, the second magnetization fixed region 12). Finally, when the write current Iw2 is stopped at the end of the domain wall movement, the magnetic anisotropy of the magnetization fixed layer is recovered in 1 nsec or less. That is, the state shown in FIG. 6A is obtained. As a result, for example, as shown in FIG. 9, the second magnetization fixed layer 18 and the second magnetization fixed region 12 that have recovered the predetermined magnetization (indicated by the white arrow in the figure) are vertically coupled (in the figure, Therefore, the domain wall DW is fixed to the trap site (the boundary position between the domain wall moving region 13 and the second magnetization fixed region 12). That is, the domain wall DW is fixed at the destination by magnetostatic coupling by magnetic flux and exchange coupling between electrons. As a result, energy for domain wall motion is reduced, and the pulse current application time is shortened. Thereby, a low-current, high-speed and stable domain wall motion memory device is realized.

この場合にも、上記図７の状態を例えばデータ“０”とし、図９の状態をデータ“１”とすれば、上記書き込み電流Ｉｗ１を流すことで、データ“１”を書き込むことが可能となる。また、本書き込み原理を考慮すれば、図８の場合とは逆方向に書き込み電流Ｉｗ１を流すことで、データ“０”を書き込むことができる。更に、本書き込み原理を考慮すれば、データ“０”にデータ“０”を上書きすることや、データ“１”にデータ“１”を上書きすることも同様に可能である。このように、本実施例では、磁壁の移動に伴う磁壁移動層１０（磁壁移動領域１３）の磁化の向きのスイッチングでデータを記録することができる。   Also in this case, if the state of FIG. 7 is, for example, data “0” and the state of FIG. 9 is data “1”, the data “1” can be written by passing the write current Iw1. Become. In consideration of the write principle, data “0” can be written by passing the write current Iw1 in the opposite direction to the case of FIG. Further, in consideration of this writing principle, it is possible to overwrite data “0” with data “0” or overwrite data “1” with data “1”. As described above, in this embodiment, data can be recorded by switching the magnetization direction of the domain wall motion layer 10 (domain wall motion region 13) accompanying the domain wall motion.

また、この場合にも、読み出し動作については、例えば、ピン層１５と第１電流端子１９又は第２電流端子２０との間に定電流を流すことにより、ＭＴＪ（ピン層１５、非磁性層１４、及び磁壁移動領域１３）の抵抗値を検知することにより、磁壁移動領域１３に記憶されたデータを読み出すことができる。   Also in this case, with respect to the read operation, for example, a constant current is passed between the pin layer 15 and the first current terminal 19 or the second current terminal 20, thereby causing the MTJ (pin layer 15, nonmagnetic layer 14). By detecting the resistance value of the domain wall motion region 13), the data stored in the domain wall motion region 13 can be read out.

（実施例３）
次に、本発明の実施例３に係る磁気ランダムアクセスメモリ及びメモリセルについて説明する。
図１０は、本発明の実施例３に係るメモリセルの構成を示す回路図である。図１０には、単一のメモリセル１の回路構成が図示されている。メモリセル１は、磁壁移動メモリ素子２及びトランジスタＭ１、Ｍ２を備える。磁壁移動メモリ素子２は、本発明の実施の形態で説明した磁壁移動メモリ素子２であり、例えば実施例１や実施例２の磁壁移動メモリ素子２を用いることができる。トランジスタＭ１、Ｍ２は例えばｎＭＯＳトランジスタである。 (Example 3)
Next, a magnetic random access memory and memory cells according to Embodiment 3 of the present invention will be described.
FIG. 10 is a circuit diagram showing a configuration of a memory cell according to Embodiment 3 of the present invention. FIG. 10 shows a circuit configuration of a single memory cell 1. The memory cell 1 includes a domain wall motion memory element 2 and transistors M1 and M2. The domain wall motion memory device 2 is the domain wall motion memory device 2 described in the embodiment of the present invention. For example, the domain wall motion memory device 2 of the first or second embodiment can be used. The transistors M1 and M2 are, for example, nMOS transistors.

図１の磁壁移動メモリ素子２のピン層１５につながる端子は、グラウンド線ＧＮＤにノードＮ３を介して接続されている。第１電流端子１９は、トランジスタＭ１のソース／ドレインの一方にノードＮ１を介して接続されている。そのソース／ドレインの他方は、ビット線ＢＬ１に接続されている。第２電流端子２０は、トランジスタＭ２のソース／ドレインの一方にノードＮ２を介して接続されている。そのソース／ドレインの他方は、ビット線ＢＬ２に接続されている。トランジスタＭ１、Ｍ２のゲートは、共通のワード線ＷＬに接続されている。   A terminal connected to the pinned layer 15 of the domain wall motion memory element 2 in FIG. 1 is connected to the ground line GND via a node N3. The first current terminal 19 is connected to one of the source / drain of the transistor M1 via the node N1. The other of the source / drain is connected to the bit line BL1. The second current terminal 20 is connected to one of the source / drain of the transistor M2 via the node N2. The other of the source / drain is connected to the bit line BL2. The gates of the transistors M1 and M2 are connected to a common word line WL.

図１１は、本発明の実施例３に係る磁気ランダムアクセスメモリ（ＭＲＡＭ）の構成を示すブロック図である。図１１において、ＭＲＡＭ６０は、図１０の複数のメモリセル１がマトリックス状に配置されたメモリアレイ６１を備えている。このメモリアレイ６１は、図１０で説明されたデータの記録に用いられるメモリセル１と共に、データ読み出しの際に参照されるリファレンスセル１ｒを含んでいる。リファレンスセル１ｒの構造は、メモリセル１と同じである。   FIG. 11 is a block diagram showing a configuration of a magnetic random access memory (MRAM) according to the third embodiment of the present invention. 11, the MRAM 60 includes a memory array 61 in which the plurality of memory cells 1 of FIG. 10 are arranged in a matrix. The memory array 61 includes a reference cell 1r that is referred to when reading data together with the memory cell 1 used for data recording described in FIG. The structure of the reference cell 1r is the same as that of the memory cell 1.

ワード線ＷＬは、Ｘセレクタ６２に接続されている。Ｘセレクタ６２は、データの書き込み動作時、及び読出し動作時において、対象のメモリセル１である対象メモリセル１ｓにつながるワード線ＷＬを選択ワード線ＷＬｓとして選択する。ビット線ＢＬ１はＹ側電流終端回路６４に接続されており、ビット線ＢＬ２はＹセレクタ６３に接続されている。Ｙセレクタ６３は、データの書き込み動作時、及び読出し動作時において、対象メモリセル１ｓにつながるビット線ＢＬ２を選択ビット線ＢＬ２ｓとして選択する。Ｙ側電流終端回路６４は、対象メモリセル１ｓにつながるビット線ＢＬ１を選択ビット線ＢＬ１ｓとして選択する。   The word line WL is connected to the X selector 62. The X selector 62 selects the word line WL connected to the target memory cell 1s, which is the target memory cell 1, as the selected word line WLs during the data write operation and the read operation. The bit line BL1 is connected to the Y-side current termination circuit 64, and the bit line BL2 is connected to the Y selector 63. The Y selector 63 selects the bit line BL2 connected to the target memory cell 1s as the selected bit line BL2s during the data write operation and the read operation. The Y-side current termination circuit 64 selects the bit line BL1 connected to the target memory cell 1s as the selected bit line BL1s.

Ｙ側電流源回路６５は、データ書き込み動作時、選択ビット線ＢＬ２ｓに対し、所定の書き込み電流（Ｉｗ）の供給又は引き込みを行う。Ｙ側電源回路６６は、データ書き込み動作時、Ｙ側電流終端回路６４に所定の電圧を供給する。その結果、書き込み電流（Ｉｗ）は、Ｙセレクタ６３へ流れ込む、あるいは、Ｙセレクタ６３から流れ出す。これらＸセレクタ６２、Ｙセレクタ６３、Ｙ側電流終端回路６４、Ｙ側電流源回路６５、及びＹ側電源回路６６は、メモリセル１に書き込み電流（Ｉｗ）を供給するための「書き込み電流供給回路」を構成している。   The Y-side current source circuit 65 supplies or draws a predetermined write current (Iw) to the selected bit line BL2s during the data write operation. The Y-side power supply circuit 66 supplies a predetermined voltage to the Y-side current termination circuit 64 during the data write operation. As a result, the write current (Iw) flows into or out of the Y selector 63. These X selector 62, Y selector 63, Y side current termination circuit 64, Y side current source circuit 65, and Y side power supply circuit 66 are “write current supply circuits for supplying a write current (Iw) to the memory cell 1. Is comprised.

読み出し電流付加回路６７は、データ読み出し動作時、選択第２ビット線ＢＬ２ｓに所定の読み出し電流（Ｉｒ）を流す。Ｙ側電流終端回路６４は、ビット線ＢＬ１を“Ｏｐｅｎ”に設定する。また、読み出し電流負荷回路６７は、リファレンスセル１ｒにつながるリファレンスビット線ＢＬ２ｒに所定の読み出し電流（Ｉｒ）を流す。センスアンプ６８は、リファレンスビット線ＢＬ２ｒの電位と選択ビット線ＢＬ２ｓの電位の差に基づいて、対象メモリセル１ｓからデータを読み出し、そのデータを出力する。これらＸセレクタ６２、Ｙセレクタ６３、Ｙ側電流終端回路６４、読み出し電流付加回路６７、及びセンスアンプ６８は、メモリセル１に読み出し電流（Ｉｒ）を供給するための「読み出し電流供給回路」を構成している。   The read current adding circuit 67 supplies a predetermined read current (Ir) to the selected second bit line BL2s during the data read operation. The Y-side current termination circuit 64 sets the bit line BL1 to “Open”. The read current load circuit 67 supplies a predetermined read current (Ir) to the reference bit line BL2r connected to the reference cell 1r. The sense amplifier 68 reads data from the target memory cell 1s based on the difference between the potential of the reference bit line BL2r and the potential of the selected bit line BL2s, and outputs the data. The X selector 62, Y selector 63, Y side current termination circuit 64, read current addition circuit 67, and sense amplifier 68 constitute a “read current supply circuit” for supplying a read current (Ir) to the memory cell 1. is doing.

次に、図１０及び図１１に示されるＭＲＡＭにおける書き込み方法、読み出し方法について説明する。まず、書き込みを行う場合、ワード線ＷＬが“ｈｉｇｈ”レベルにプルアップされ、トランジスタＭ１、Ｍ２が“ＯＮ”にされる。また、ビット線ＢＬ１、ＢＬ２のいずれか一方が“ｈｉｇｈ”レベルにプルアップされ、他方が“ｌｏｗ”レベルにプルダウンされる。ビット線ＢＬ１、ＢＬ２のどちらを“ｈｉｇｈ”レベルにプルアップし、どちらを“ｌｏｗ”レベルにプルダウンするかは、当該メモリセル１に書き込まれるべきデータにより決定される。即ち、磁壁移動層１０を流れる電流の方向に応じて決定される。以上により、データ“０”と“１”を書き分けることができる。   Next, a writing method and a reading method in the MRAM shown in FIGS. 10 and 11 will be described. First, when writing, the word line WL is pulled up to a “high” level, and the transistors M1 and M2 are turned “ON”. One of the bit lines BL1 and BL2 is pulled up to the “high” level, and the other is pulled down to the “low” level. Which of the bit lines BL1 and BL2 is pulled up to a “high” level and which is pulled down to a “low” level is determined by data to be written in the memory cell 1. That is, it is determined according to the direction of the current flowing through the domain wall motion layer 10. As described above, data “0” and “1” can be written separately.

一方、読み出しを行う場合、ワード線ＷＬが“ｈｉｇｈ”レベルにプルアップされ、トランジスタＭ１、Ｍ２が“ＯＮ”にされる。また、ビット線ＢＬ１、ＢＬ２のいずれか一方が“ｈｉｇｈ”レベルにプルアップされ、他方が“ｏｐｅｎ”（フローティング）に設定される。このときビット線ＢＬ１、ＢＬ２の一方から、ピン層１５、非磁性層１４、及び磁壁移動領域１３（ＭＴＪ）を貫通する読み出し電流がグラウンド線（ＧＮＤ）６９へと流れる。読み出し電流が流されるビット線の電位、又は、読み出し電流の大きさは、ＭＴＪの抵抗の変化に依存する。この抵抗の変化を電圧信号、又は電流信号として検知することにより高速での読み出しが可能となる。   On the other hand, when reading is performed, the word line WL is pulled up to a “high” level, and the transistors M1 and M2 are turned “ON”. One of the bit lines BL1 and BL2 is pulled up to the “high” level, and the other is set to “open” (floating). At this time, a read current that passes through the pinned layer 15, the nonmagnetic layer 14, and the domain wall motion region 13 (MTJ) flows from one of the bit lines BL1 and BL2 to the ground line (GND) 69. The potential of the bit line through which the read current flows or the magnitude of the read current depends on a change in resistance of the MTJ. By detecting this change in resistance as a voltage signal or a current signal, high-speed reading can be performed.

ただし、図１０及び図１１に示された回路構成、及び、ここで述べられた回路動作は、本発明を実施する方法の一例に過ぎず、他の回路構成による実施も可能である。   However, the circuit configurations shown in FIGS. 10 and 11 and the circuit operations described here are merely examples of a method for carrying out the present invention, and can be implemented by other circuit configurations.

本実施例におけるＭＲＡＭは、本発明の実施の形態で説明した磁壁移動メモリ素子２、例えば実施例１や実施例２の磁壁移動メモリ素子２を用いているので、メモリセルにおける磁壁移動のためのエネルギーを低減でき、パルス電流印加時間を短縮することができる。それにより、低電流かつ高速、安定な磁壁移動メモリ素子を実現できる。すなわち、データ保持安定に優れ、かつ低電流で動作するメモリセルを実現できる。   The MRAM in this example uses the domain wall motion memory element 2 described in the embodiment of the present invention, for example, the domain wall motion memory element 2 in Example 1 or Example 2. Energy can be reduced and the pulse current application time can be shortened. Thereby, a low-current, high-speed and stable domain wall motion memory device can be realized. That is, it is possible to realize a memory cell that has excellent data retention stability and operates at a low current.

ただし、磁壁移動メモリ素子２は、図１の構成に限定されるものではない。例えば、磁壁移動メモリ素子として、磁壁移動層１０とは別に、その近傍にＭＴＪ素子を設ける構造とすることも可能である。その場合、磁壁移動層１０の磁壁移動領域１３の発する磁界により当該ＭＴＪ素子のフリー層の磁化方向を変更することによりデータを書き込む（記憶する）。また、ＭＴＪ素子のみ抵抗値を測定することでデータを読み出す。このように、本実施の形態では、いずれの場合にも、磁壁の移動に伴う磁壁移動層（磁壁移動領域）の磁化の向きのスイッチングでデータを記録することができる。   However, the domain wall motion memory element 2 is not limited to the configuration shown in FIG. For example, as the domain wall motion memory element, an MTJ element may be provided in the vicinity of the domain wall motion layer 10 separately from the domain wall motion layer 10. In that case, data is written (stored) by changing the magnetization direction of the free layer of the MTJ element by the magnetic field generated by the domain wall motion region 13 of the domain wall motion layer 10. Further, data is read by measuring the resistance value of only the MTJ element. Thus, in this embodiment, in any case, data can be recorded by switching the magnetization direction of the domain wall moving layer (domain wall moving region) accompanying the domain wall movement.

本発明は上記各実施の形態に限定されず、本発明の技術思想の範囲内において、各実施の形態は適宜変形又は変更され得ることは明らかである。   The present invention is not limited to the embodiments described above, and it is obvious that the embodiments can be appropriately modified or changed within the scope of the technical idea of the present invention.

１ メモリセル
１ｒ リファレンスセル
１ｓ 対象メモリセル
２ 磁気抵抗素子
１０ 磁壁移動層
１１ 第１磁化固定領域
１２ 第２磁化固定領域
１３ 磁壁移動領域
１４ 非磁性層
１５ ピン層
１７ 第１磁化固定層
１８ 第２磁化固定層
１９ 第１電流端子
２０ 第２電流端子
６０ ＭＲＡＭ
６１ メモリアレイ
６２ Ｘセレクタ
６３ Ｙセレクタ
６４ Ｙ側電流終端回路
６５ Ｙ側電流源回路
６６ Ｙ側電源回路
６７ 読み出し電流付加回路
６８ センスアンプ
６９ グランド線 1 memory cell 1r reference cell 1s target memory cell 2 magnetoresistive element 10 domain wall motion layer 11 first magnetization fixed region 12 second magnetization fixed region 13 domain wall motion region 14 nonmagnetic layer 15 pinned layer 17 first magnetization fixed layer 18 second Magnetization pinned layer 19 First current terminal 20 Second current terminal 60 MRAM
61 Memory Array 62 X Selector 63 Y Selector 64 Y Side Current Termination Circuit 65 Y Side Current Source Circuit 66 Y Side Power Supply Circuit 67 Read Current Addition Circuit 68 Sense Amplifier 69 Ground Line

Claims (11)

磁壁が移動する磁壁移動層と、
前記磁壁移動層の両端部の各々に接続し、前記両端部のいずれかの近傍で前記磁壁をトラップする磁化固定層と
を具備し、
前記磁壁の移動に伴う前記磁壁移動層の磁化の向きのスイッチングで情報を記録し、
前記磁化固定層は、前記磁化固定層に印加する電流又は電圧により磁化、磁気異方性、及び交換結合の少なくとも一つが変化する磁性膜を含む
メモリセル。 A domain wall moving layer in which the domain wall moves;
A magnetization fixed layer connected to each of both ends of the domain wall moving layer, and trapping the domain wall in the vicinity of either of the both ends;
Information is recorded by switching the direction of magnetization of the domain wall motion layer accompanying the domain wall motion,
The magnetization pinned layer includes a magnetic film in which at least one of magnetization, magnetic anisotropy, and exchange coupling is changed by a current or voltage applied to the magnetization pinned layer. 請求項１のメモリセルであって、
前記磁壁移動層及び前記磁化固定層は、垂直磁気異方性を有する磁性膜である
メモリセル。 The memory cell of claim 1, comprising:
The domain wall motion layer and the magnetization fixed layer are magnetic films having perpendicular magnetic anisotropy. 請求項２に記載のメモリセルであって、
前記磁化固定層は、希土類遷移金属合金を用いた材料を含む
メモリセル。 The memory cell according to claim 2, wherein
The magnetization fixed layer is a memory cell including a material using a rare earth transition metal alloy. 請求項３のメモリセルであって、
前記磁化固定層の磁化及び磁気異方性は、前記磁化固定層への印加電流で変化する
メモリセル。 The memory cell of claim 3, wherein
The memory cell in which the magnetization and magnetic anisotropy of the magnetization fixed layer are changed by a current applied to the magnetization fixed layer. 請求項４に記載のメモリセルであって、
前記磁化固定層は、前記希土類遷移金属合金における希土類と遷移金属との組成比を調整することにより、前記磁化固定層の磁化及び磁気異方性の消失する温度が制御された材料である
メモリセル。 The memory cell according to claim 4, wherein
The magnetization fixed layer is a material in which the temperature at which the magnetization and magnetic anisotropy of the magnetization fixed layer disappears is controlled by adjusting the composition ratio of the rare earth and the transition metal in the rare earth transition metal alloy. . 請求項４又は５に記載のメモリセルであって、
前記磁化固定層は、前記希土類遷移金属合金としてＴｅＦｅ、ＴｂＣｏ、ＴｂＦｅＣｏ、ＧｄＦｅ、ＧｄＣｏ，ＧｄＴｂＦｅ、ＧｄＴｂＣｏ、ＧｄＴｂＦｅＣｏ、及びＧｄＦｅＣｏの少なくとも一つを含む
メモリセル。 The memory cell according to claim 4 or 5,
The magnetization fixed layer includes at least one of TeFe, TbCo, TbFeCo, GdFe, GdCo, GdTbFe, GdTbCo, GdTbFeCo, and GdFeCo as the rare earth transition metal alloy. 請求項３に記載のメモリセルであって、
前記磁化固定層の磁気異方性は、前記磁化固定層への印加電圧で変化する
メモリセル。 The memory cell according to claim 3, wherein
A memory cell in which the magnetic anisotropy of the magnetization fixed layer is changed by a voltage applied to the magnetization fixed layer. 請求項７に記載のメモリセルであって、
前記磁化固定層は、ＧａＭｎＡｓを含む
メモリセル。 The memory cell according to claim 7, comprising:
The magnetization pinned layer is a memory cell containing GaMnAs. 請求項１乃至８のいずれか一項に記載のメモリセルであって、
前記磁壁移動層は、Ｃｏ／Ｎｉ積層膜、Ｃｏ／Ｐｔ積層膜、Ｃｏ−Ｐｔ合金膜、Ｃｏ／Ｐｄ積層膜、及びＣｏＣｒＰｔ合金膜のうちの少なくとも一つを含む
メモリセル。 A memory cell according to any one of claims 1 to 8,
The domain wall motion layer is a memory cell including at least one of a Co / Ni laminated film, a Co / Pt laminated film, a Co—Pt alloy film, a Co / Pd laminated film, and a CoCrPt alloy film. 行列上に配置された請求項１乃至９のいずれか一項に記載の複数のメモリセルと、
前記複数のメモリセルの各々に書き込み電流を供給する書き込み電流供給回路と
を具備する
磁気ランダムアクセスメモリ。 A plurality of memory cells according to any one of claims 1 to 9 arranged on a matrix;
A magnetic random access memory comprising: a write current supply circuit that supplies a write current to each of the plurality of memory cells. 磁気ランダムアクセスメモリの書き込み方法であって、
ここで、前記磁気ランダムアクセスメモリは、
行列上に配置された複数のメモリセルと、
前記複数のメモリセルの各々に書き込み電流を供給する書き込み電流供給回路と
を備え、
前記メモリセルは、
磁壁が移動する磁壁移動層と、
前記磁壁移動層の両端部の各々に接続し、前記両端部のいずれかの近傍で前記磁壁をトラップする磁化固定層と
を含み、
前記磁壁の移動に伴う前記磁壁移動層の磁化の向きのスイッチングで情報を記録し、
前記磁化固定層は、前記磁化固定層に印加する電流又は電圧により磁化、磁気異方性、及び交換結合の少なくとも一つが変化する磁性膜を含み、
前記書き込み方法は、
前記磁化固定層に電流を印加又は電圧を印加することにより、前記磁化固定層の磁化を減少させるステップと、
前記電流又は前記電圧により、前記磁壁移動層の前記磁壁を駆動するステップと、
前記電流又は前記電圧を停止することにより、前記磁化を元に戻すステップと
を具備する
磁気ランダムアクセスメモリの書き込み方法。 A magnetic random access memory writing method comprising:
Here, the magnetic random access memory is
A plurality of memory cells arranged in a matrix;
A write current supply circuit for supplying a write current to each of the plurality of memory cells,
The memory cell is
A domain wall moving layer in which the domain wall moves;
A magnetization pinned layer connected to each of both ends of the domain wall moving layer and trapping the domain wall in the vicinity of either of the both ends; and
Information is recorded by switching the direction of magnetization of the domain wall motion layer accompanying the domain wall motion,
The magnetization fixed layer includes a magnetic film in which at least one of magnetization, magnetic anisotropy, and exchange coupling is changed by a current or voltage applied to the magnetization fixed layer,
The writing method is:
Reducing the magnetization of the magnetization fixed layer by applying a current or a voltage to the magnetization fixed layer; and
Driving the domain wall of the domain wall motion layer with the current or the voltage;
A step of returning the magnetization by stopping the current or the voltage, and writing the magnetic random access memory.
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