JP2012129529A - 読み出しマージンが改良されたマルチビット磁気ランダムアクセスメモリセル - Google Patents
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Abstract
【解決手段】第1の磁化方向を有する第1の磁性層21と第2の磁化方向を有する第2の磁性層23との間にトンネル障壁層22を備える磁気ランダムアクセスメモリ(MRAM)セルであって、第2の磁化方向が、第1の磁化方向に対して第1の方向から第2の方向に調節可能であり、前記磁気トンネル接合がさらに電気的に接続されるスイッチング抵抗素子62を備え、スイッチング抵抗素子を通してスイッチング電流が流されるときに第1のスイッチング抵抗レベルから第2のスイッチング抵抗レベルに切り換えることができるスイッチング抵抗を有し、それにより、MRAMセルのMRAMセル抵抗が、接合抵抗及びスイッチング抵抗の抵抗レベルに応じて少なくとも4つの異なるセル抵抗レベルを有することができる磁気ランダムアクセスメモリ(MRAM)セル。
【選択図】図3
Description
磁気トンネル接合にスイッチング電流を流すことによって磁気トンネル接合を高温しきい値に加熱するステップであって、スイッチング電流が、磁気トンネル接合を高温しきい値で加熱するのに適した加熱の大きさを有するステップと、
接合抵抗を第1の接合抵抗レベルから第2の接合抵抗レベルに変えるように第2の磁性層の第2の磁化方向を調節するステップと、
スイッチング抵抗素子を通してスイッチング電流を流すことによって、スイッチング抵抗を第1のスイッチング抵抗レベルから第2のスイッチング抵抗レベルに切り換えるステップと、を有する方法に関する。
磁気トンネル接合2を加熱するステップと、
同時に(又は短い時間遅延の後に)、及び磁気トンネル接合2が高温しきい値に達した後に、第2の強磁性層23の磁化方向を調節するステップと、
磁気トンネル接合2を低温しきい値に冷却するステップであって、第2の強磁性層23の磁化方向が書き込み状態で凍結されるステップと、を有する。
一実施形態に従うMRAMセル1への書き込み操作が図4に概略的に示されている。熱アシスト書き込み操作は、磁気トンネル接合2を加熱するステップと、第1の磁場電流41を第1の電流線4に流して第1の磁場42を発生させることによって接合抵抗RMTJを変えるステップとを有する。例えば双極抵抗スイッチング挙動を示すスイッチング抵抗素子62の場合に、スイッチング抵抗RSが、磁気トンネル接合2に流れるスイッチング電流31の極性に従って切り換えられる。ここで、スイッチング電流31は加熱電流として使用することもできる。この実施形態では、スイッチング電流31が、磁気トンネル接合を高温しきい値で加熱するのに必要とされるスイッチング電流31の加熱の大きさよりも低い第1のスイッチングの大きさで流されるときに、スイッチング抵抗RSを切り換えることができると仮定する。
図5は、別の実施形態によるMRAMセル1の熱アシスト書き込み操作を示す。この実施形態では、例えば単極抵抗スイッチング挙動を示すスイッチング抵抗素子62の場合に、スイッチング抵抗RSがスイッチング電流31の大きさに従って切り換えられると仮定する。より特定的には、スイッチング抵抗RSは、スイッチング電流31が第1のスイッチングの大きさで流されるときに低いスイッチング抵抗レベルRS,lowに切り換えられ、スイッチング電流31が第1のスイッチングの大きさよりも高い第2のスイッチングの大きさで流されるときに高いスイッチング抵抗レベルRS,highに切り換えられると仮定する。さらに、第1及び第2のスイッチングの大きさは加熱の大きさよりも低いと仮定する。
図6に示されるさらに別の実施形態では、MRAMセル1の熱アシスト書き込み操作は、磁気トンネル接合2に流されるスイッチング電流31をスピン偏極させることによって接合抵抗RMTJを変えるステップを有する。スピン偏極スイッチング電流31は、第2の磁性層23での局所スピントルクを誘発し、スピン偏極電流の極性に従って第2の磁性層23の磁化方向を調節する。スピン偏極電流は、磁気トンネル接合2が高温しきい値で加熱されるように加熱の大きさで流さなければならない。この実施形態では、スイッチング抵抗素子62は双極抵抗スイッチング挙動を示し、加熱の大きさは第1のスイッチングの大きさよりも低いと仮定する。
2 磁気トンネル接合
21 第1の強磁性層、基準層
22 トンネル障壁層
23 第2の強磁性層、記憶層
3 選択トランジスタ
31 スピン偏極書き込み電流、スイッチング電流
32 読み出し電流
4 第1の電流線
41 第1の磁場電流
42 第1の磁場
5 第2の電流線
51 第2の磁場電流
52 第2の磁場
62 スイッチング抵抗素子
7 ストラップ
RC MRAMセル抵抗
RS スイッチング抵抗
RMTJ 接合抵抗
Claims (10)
- 第1の磁化方向を有する第1の磁性層と第2の磁化方向を有する第2の磁性層との間にトンネル障壁層を備える磁気トンネル接合から成る磁気ランダムアクセスメモリセルにおいて、
前記磁気トンネル接合の接合抵抗を第1の接合抵抗レベルから第2の接合抵抗レベルに変えるため、前記第2の磁化方向が、前記第1の磁化方向に対して第1の方向から第2の方向に調節可能であり、
前記磁気トンネル接合は、この磁気トンネル接合に電気的に接続されていて且つスイッチング抵抗を有するスイッチング抵抗素子をさらに備え、
スイッチング電流が、前記スイッチング抵抗素子に通電される時に、前記スイッチング抵抗が、第1のスイッチング抵抗レベルから第2のスイッチング抵抗レベルに切り換えられ得る結果、前記磁気ランダムアクセスメモリセルの磁気ランダムアクセスメモリセル抵抗が、前記接合抵抗と前記スイッチング抵抗との抵抗レベルに応じて少なくとも4つの異なるセル抵抗レベルを有し得る、磁気ランダムアクセスメモリセル。 - 前記スイッチング抵抗素子は、前記第1の磁性層又は第2の磁性層に接触している、請求項1に記載の磁気ランダムアクセスメモリセル。
- 前記スイッチング抵抗素子は、双極スイッチング抵抗又は単極スイッチング抵抗を有する、請求項1に記載の磁気ランダムアクセスメモリセル。
- 前記トンネル障壁層は、前記スイッチング抵抗素子から成る、請求項1に記載の磁気ランダムアクセスメモリセル。
- 前記スイッチング抵抗素子は、Al2O3、NiO、TiO2、MgO又はペロブスカイト型酸化物から選択された材料から成る、請求項1に記載の磁気ランダムアクセスメモリセル。
- 複数の磁気ランダムアクセスメモリセルを備えるメモリデバイスにおいて、
各磁気ランダムアクセスメモリセルは、1つの磁気トンネル接合を備え、この磁気トンネル接合は、第1の磁化方向を有する第1の磁性層と第2の磁化方向を有する第2の磁性層との間にトンネル障壁層を有し、
前記磁気トンネル接合の接合抵抗を第1の接合抵抗レベルから第2の接合抵抗レベルに変えるため、前記第2の磁化方向が、前記第1の磁化方向に対して第1の方向から第2の方向に調節可能であり、
前記磁気トンネル接合は、この磁気トンネル接合に電気的に接続されていて且つスイッチング抵抗を有するスイッチング抵抗素子をさらに備え、
スイッチング電流が、前記スイッチング抵抗素子に通電される時に、前記スイッチング抵抗が、第1のスイッチング抵抗レベルから第2のスイッチング抵抗レベルに切り換えられ得る結果、前記磁気ランダムアクセスメモリセルの磁気ランダムアクセスメモリセル抵抗が、前記接合抵抗と前記スイッチング抵抗との抵抗レベルに応じて少なくとも4つの異なるセル抵抗レベルを有し得る、メモリデバイス。 - 磁気ランダムアクセスメモリセルに複数のデータビットを書き込むための方法であって、前記磁気ランダムアクセスメモリセルは、1つの磁気トンネル接合を備え、この磁気トンネル接合は、第1の磁化方向を有する第1の磁性層と第2の磁化方向を有する第2の磁性層との間にトンネル障壁層を有し、
前記磁気トンネル接合の接合抵抗を第1の接合抵抗レベルから第2の接合抵抗レベルに変えるため、前記第2の磁化方向が、前記第1の磁化方向に対して第1の方向から第2の方向に調節可能であり、
前記磁気トンネル接合は、この磁気トンネル接合に電気的に接続されていて且つスイッチング抵抗を有するスイッチング抵抗素子をさらに備え、
スイッチング電流が、前記スイッチング抵抗素子に通電される時に、前記スイッチング抵抗が、第1のスイッチング抵抗レベルから第2のスイッチング抵抗レベルに切り換えられ得る当該方法において、
前記磁気トンネル接合を高温しきい値に加熱するステップと、
前記磁気トンネル接合が、前記高温しきい値に達した後に、前記接合抵抗を前記第1の接合抵抗レベルから前記第2の接合抵抗レベルに変えるため、前記第2の磁性層の前記第2の磁化方向を調節するステップと、
前記磁気ランダムアクセスメモリセルの抵抗が、前記接合抵抗と前記スイッチング抵抗との抵抗レベルに応じて少なくとも4つの異なる抵抗レベルを有するように、前記スイッチング電流を前記スイッチング抵抗素子に通電することによって、前記スイッチング抵抗を前記第1のスイッチング抵抗レベルから前記第2のスイッチング抵抗レベルに切り換えるステップとから成る当該方法。 - 前記スイッチング抵抗素子は、双極スイッチング抵抗を有し、前記スイッチング抵抗を切り換える前記ステップが、前記スイッチング電流の極性を反転させるステップを有する、請求項7に記載の方法。
- 前記スイッチング抵抗素子は、単極スイッチング抵抗を有し、前記スイッチング抵抗を切り換える前記ステップは、前記スイッチング抵抗を前記第1のスイッチング抵抗レベルに切り換えるための第1のスイッチングの大きさを有する前記スイッチング電流を流すステップと、前記スイッチング抵抗を前記第2のスイッチング抵抗レベルに切り換えるための第2のスイッチングの大きさを有する前記スイッチング電流を流すステップとを有し、前記第2のスイッチングの大きさは、前記第1のスイッチングの大きさより高く且つ前記加熱の大きさより低い、請求項7に記載の方法。
- 前記第2の磁化方向を調節する前記ステップは、第1の磁場を印加するステップ又はスピン偏極された前記スイッチング電流を前記磁気トンネル接合に流すステップを有する、請求項7に記載の方法。
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