JP4837013B2 - Magnetoresistive element data writing method and magnetic random access memory - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、磁気抵抗効果素子のデータ書き込み方法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 data writing method for a magnetoresistive effect element and a magnetic random access memory.
これまで、様々のタイプの固体磁気メモリが提案されている。近年では、巨大磁気抵抗（ＧＭＲ：Giant MagnetoResistive）効果を示す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）が提案されている。その中でも、特に、トンネル磁気抵抗（ＴＭＲ：Tunneling Magneto Resistive）効果を示す強磁性トンネル接合を用いた磁気ランダムアクセスメモリが注目されている。 So far, various types of solid-state magnetic memories have been proposed. In recent years, a magnetic random access memory (MRAM) using a magnetoresistive effect element exhibiting a giant magnetoresistive (GMR) effect has been proposed. Among them, magnetic random access memory using a ferromagnetic tunnel junction exhibiting a tunneling magnetoresistive (TMR) effect has attracted attention.
強磁性トンネル接合のＭＴＪ（Magnetic Tunnel Junction）素子の基本構造は、第１の強磁性層／絶縁層／第２の強磁性層の３層の膜で構成されている。ＭＴＪ素子からのデータ読み出し時には、電子が磁化により絶縁層をトンネルし、電流が流れる。この場合、ＭＴＪ素子の接合抵抗値は、第１及び第２の強磁性層の磁化の相対角の余弦に応じて変化する。したがって、接合抵抗値は、例えば、第１及び第２の強磁性層の磁化が平行のときに極小値となり、反平行のときに極大値となる。これを、ＴＭＲ効果と呼ぶ。このＴＭＲ効果による抵抗値の変化は、室温において３００％を超える場合もある。 The basic structure of a ferromagnetic tunnel junction MTJ (Magnetic Tunnel Junction) element is composed of three layers of a first ferromagnetic layer / insulating layer / second ferromagnetic layer. When data is read from the MTJ element, electrons tunnel through the insulating layer due to magnetization, and a current flows. In this case, the junction resistance value of the MTJ element changes according to the cosine of the relative angle of magnetization of the first and second ferromagnetic layers. Therefore, for example, the junction resistance value becomes a minimum value when the magnetizations of the first and second ferromagnetic layers are parallel, and becomes a maximum value when the magnetization is antiparallel. This is called the TMR effect. The change in resistance value due to the TMR effect may exceed 300% at room temperature.
ＭＴＪ素子を磁気メモリに用いる場合、少なくとも１つの強磁性層を磁化不変層（基準層、参照層、固定層とも呼ばれる）とみなして、その磁化方向を固定し、他の強磁性層を磁化自由層（磁気記録層、記録層、可変層とも呼ばれる）とする。このようなＭＴＪ素子において、磁化不変層と磁化自由層との磁化方向が平行状態であるかは反平行状態であるかに対し、２進情報の“０”、“１”を対応づけることで、ＭＴＪ素子に情報（データ）が記憶される。 When an MTJ element is used in a magnetic memory, at least one ferromagnetic layer is regarded as a magnetization invariant layer (also referred to as a reference layer, a reference layer, or a fixed layer), its magnetization direction is fixed, and other ferromagnetic layers are free from magnetization. Layer (also called a magnetic recording layer, a recording layer, or a variable layer). In such an MTJ element, binary information “0” and “1” are associated with whether the magnetization direction of the magnetization invariant layer and the magnetization free layer is in a parallel state or an antiparallel state. , Information (data) is stored in the MTJ element.
ＭＴＪ素子に対するデータの書き込みの１つの方法としては、メモリセルとは別途に設けられた書き込み配線に電流を流し、それによって発生する磁場により磁化自由層の磁化を反転させる方式がある。このような書き込み方式は、電流磁場書き込み方式と呼ばれる。電流磁場書き込み方式とは異なる書き込み方式として、スピン注入磁化反転方式がある。スピン注入磁化反転方式は、素子に直接電流を流すことにより、磁化不変層から注入されるスピントルクにより磁化自由層の磁化を反転させる。 As one method of writing data to the MTJ element, there is a method in which a current is supplied to a write wiring provided separately from the memory cell and the magnetization of the magnetization free layer is reversed by a magnetic field generated thereby. Such a writing method is called a current magnetic field writing method. As a writing method different from the current magnetic field writing method, there is a spin injection magnetization reversal method. The spin injection magnetization reversal method reverses the magnetization of the magnetization free layer by spin torque injected from the magnetization invariant layer by passing a current directly through the element.
データの読み出しは、強磁性トンネル接合に電流を流し、ＴＭＲ効果による抵抗変化を検出することで行われる。 Data is read by passing a current through the ferromagnetic tunnel junction and detecting a resistance change due to the TMR effect.
磁気ランダムアクセスメモリのメモリセルアレイは、ＭＴＪ素子を備えるメモリセルを多数配置することで構成される。そのメモリセルの構成は、任意のＭＴＪ素子を選択できるように、例えば、ＤＲＡＭと同様に、各メモリセル内に選択トランジスタが設けられている。さらに、周辺回路がメモリセルアレイと同一のチップ内に組み込まれている。 A memory cell array of the magnetic random access memory is configured by arranging a large number of memory cells including MTJ elements. As for the configuration of the memory cell, a select transistor is provided in each memory cell so that an arbitrary MTJ element can be selected. Furthermore, peripheral circuits are incorporated in the same chip as the memory cell array.
記憶容量の大きいメモリを実現するには、素子を微細化し、チップ内におけるセル占有度を上昇させることが必要となる。スピン注入磁化反転方式は、電流磁場書き込み方式に比べて、素子を微細化できることを特徴としており、大記憶容量の磁気メモリを実現するのに適した書込み方式として期待されている。 In order to realize a memory having a large storage capacity, it is necessary to miniaturize the element and increase the cell occupancy in the chip. The spin injection magnetization reversal method is characterized in that the element can be miniaturized as compared with the current magnetic field writing method, and is expected as a writing method suitable for realizing a magnetic memory having a large storage capacity.
しかしながら、スピン注入磁化反転方式では、書き込み電流をＭＴＪ素子に流してから磁化反転が開始されるまでの期間が長い。また、複数のＭＴＪ素子を用いて構成されるＭＲＡＭにおいては、ＭＴＪ素子の素子特性に大きなばらつきを含んでいることが問題として残されている（例えば、非特許文献１参照）。
本発明は、実効的な書き込み電流の低減及び書き込み時間の短縮が可能なスピン注入磁化反転による書き込み技術を提案する。 The present invention proposes a writing technique based on spin-injection magnetization reversal that can reduce the effective write current and shorten the write time.
本発明の例に係る磁気メモリのデータ書き込み方法は、磁化方向が不変な第１の磁性層と、磁化方向が可変な第２の磁性層と、前記第１の磁性層と前記第２の磁性層の間に設けられたトンネルバリア層とを有する磁気抵抗効果素子のデータの書き込み方法であって、パルス形状の書き込み電流を前記磁気抵抗効果素子に流して、前記第１の磁性層の磁化方向と前記第２の磁性層の磁化方向との関係を変化させる、ことを具備し、前記書き込み電流のパルス幅は、その電流の立ち上がりの開始から第１の時間までの第１の期間と、前記第１の期間に続く第２の期間とを含み、前記書き込み電流は、前記第２の期間内に出力される第１の電流値と、前記第１の期間内に出力され前記第１の電流値より大きい第２の電流値とを含み、前記第１の電流値は、前記磁気抵抗効果素子の反転しきい値電流の値以上である、ことを備える。 The data writing method of the magnetic memory according to the example of the present invention includes a first magnetic layer whose magnetization direction is invariable, a second magnetic layer whose magnetization direction is variable, the first magnetic layer, and the second magnetic layer. A method of writing data in a magnetoresistive effect element having a tunnel barrier layer provided between the layers, wherein a pulse-shaped write current is passed through the magnetoresistive effect element and the magnetization direction of the first magnetic layer And changing the relationship between the magnetization direction of the second magnetic layer and the pulse width of the write current has a first period from the start of rising of the current to a first time, and And a second period following the first period, wherein the write current is output in the second period and the first current is output in the first period. and a value greater than the second current value, said first current Comprises inversion threshold current is less than the value that the magneto-resistive element.
本発明の例に係る磁気ランダムアクセスメモリは、磁化方向が不変な第１の磁性層と、磁化方向が可変な第２の磁性層と、前記第１の磁性層と前記第２の磁性層の間に設けられたトンネルバリア層とを有する磁気抵抗効果素子をそれぞれ備える複数のメモリセルと、前記第１の磁性層の磁化方向と前記第２の磁性層の磁化方向との関係を変化させるパルス形状の書き込み電流を生成する書き込み電流発生回路を備え、前記書き込み電流を前記磁気抵抗効果素子の一端から他端、又は、他端から一端に流す書き込み回路と、を具備し、前記書き込み電流のパルス幅は、その電流の立ち上がりの開始から第１の時間までの第１の期間と前記第１の期間に続く第２の期間とを含み、前記書き込み回路は、前記書き込み電流として、前記第２の期間内に出力される第１の電流値と、前記第１の期間内に出力され前記第１の電流値より大きい第２の電流値とを含む電流を、前記磁気抵抗効果素子に流し、前記第１の電流値は、前記複数のメモリセルがそれぞれ備える磁気抵抗効果素子の反転しきい値電流の分布のうちで、最小の反転しきい値電流の値以上である、ことを備える。
The magnetic random access memory according to the example of the present invention includes a first magnetic layer whose magnetization direction is invariable, a second magnetic layer whose magnetization direction is variable, the first magnetic layer, and the second magnetic layer. A plurality of memory cells each including a magnetoresistive effect element having a tunnel barrier layer provided therebetween, and a pulse for changing a relationship between the magnetization direction of the first magnetic layer and the magnetization direction of the second magnetic layer A write current generation circuit for generating a write current having a shape, and a write circuit for flowing the write current from one end to the other end of the magnetoresistive element, or from the other end to one end, and a pulse of the write current The width includes a first period from the start of rising of the current to a first time and a second period following the first period, and the write circuit uses the second period as the write current. Within the period A first current value to be output, the current including the first of the second current value is larger than the output the first current value in the period, flow into the magnetoresistive effect element, the first The current value is equal to or greater than a minimum value of the inversion threshold current in the distribution of the inversion threshold current of the magnetoresistive effect element included in each of the plurality of memory cells .
本発明によれば、実効的な書き込み電流の低減及び書き込み時間の短縮が可能なスピン注入磁化反転による書き込みを実現できる。 According to the present invention, it is possible to realize writing by spin injection magnetization reversal that can effectively reduce a write current and shorten a write time.
以下、図面を参照しながら、本発明の例を実施するための形態について詳細に説明する。 Hereinafter, embodiments for carrying out examples of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
［概要］
本発明の実施形態は、磁気抵抗効果素子に対するデータの書き込み方法について、述べる。
本実施形態は、電子がスピン偏極した書き込み電流を磁気抵抗効果素子に流して、磁気抵抗効果素子を構成する２つの磁性層の相対的な磁化方向を変化させる、いわゆる、スピン注入磁化反転方式のデータ書き込み方法に関する。
[Overview]
Embodiments of the present invention describe a method for writing data to a magnetoresistive element.
In the present embodiment, a so-called spin-injection magnetization reversal method in which a write current in which electrons are spin-polarized flows in a magnetoresistive element to change the relative magnetization directions of two magnetic layers constituting the magnetoresistive element. The present invention relates to a data writing method.
本実施形態においては、データ書き込みに用いられる書き込み電流が、電流の立ち上がりから所定の期間までの間にオーバーシュートしたパルス形状を有していることを特徴とする。
磁気抵抗効果素子のデータ書き込みにおける磁化の反転特性は、書き込み電流の注入の開始の初期段階に与えられる電流の大きさに対しての依存性が、大きい。
The present embodiment is characterized in that the write current used for data writing has a pulse shape that overshoots from the rise of the current to a predetermined period.
Magnetization reversal characteristics in data writing of the magnetoresistive effect element have a large dependence on the magnitude of current applied in the initial stage of the start of writing current injection.
それゆえ、本実施形態のようなオーバーシュートしたパルス形状の書き込み電流を用いることで、磁気抵抗効果素子の書き込み電流の実効値の低減及び書き込み時間の短縮を図ることができる。 Therefore, the effective value of the write current of the magnetoresistive effect element and the write time can be shortened by using the overshoot pulse-shaped write current as in this embodiment.
また、本実施形態においては、そのデータ書き込み方法を適用した磁気メモリ（例えば、磁気ランダムアクセスメモリ）についても述べる。 In this embodiment, a magnetic memory (for example, a magnetic random access memory) to which the data writing method is applied will also be described.
以下、本発明の実施形態の構成及び検証結果について、より具体的に説明する。 Hereinafter, the configuration and the verification result of the embodiment of the present invention will be described more specifically.
［実施形態］
（１） 基本例
図１乃至図３を参照して、本発明の実施形態の基本例について、説明する。
[Embodiment]
(1) Basic example
A basic example of an embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. 1 to 3.
まず、図１及び図２を用いて、磁気抵抗効果素子の構造について説明する。
図１及び図２は、磁気抵抗効果素子１の断面構造を示している。図１及び図２に示される磁気抵抗効果素子１は、例えば、ＭＴＪ（Magnetic Tunnel Junction）素子１である。
First, the structure of the magnetoresistive element will be described with reference to FIGS.
1 and 2 show a cross-sectional structure of the
図１に示される磁気抵抗効果素子１は、第１の磁性層（例えば、強磁性層又は積層フェリ磁性層）１０Ａと、第２の磁性層（例えば、強磁性層又は積層フェリ磁性層）１４Ａと、第１の磁性層１０Ａと第２の磁性層１４Ａとの間に挟まれたトンネルバリア層１２Ａとを有する積層構造である。図１に示されるＭＴＪ素子１は、第１及び第２の磁性層１０Ａ，１４Ａの磁化方向が膜面に対して平行方向を向く、面内磁化型の磁気抵抗効果素子である。
1 includes a first magnetic layer (for example, a ferromagnetic layer or a laminated ferrimagnetic layer) 10A and a second magnetic layer (for example, a ferromagnetic layer or a laminated ferrimagnetic layer) 14A. And a
面内磁化型の磁気抵抗効果素子１において、第１及び第２の磁性層１０Ｂ，１４Ｂを構成する材料には、次のような強磁性材料が用いられる。例えば、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉのいずれか１つを含む単層膜、それらの積層膜、それらの積層フェリ磁性層、又はそれらの合金があげられる。また、スピン分極率の大きいマグネタイト、ＣｒＯ２、ＲＸＭｎＯ３−Ｙ（Ｒ：希土類、Ｘ：Ｃａ，Ｂａ，Ｓｒ）などの酸化物、ＮｉＭｎＳｂ、ＰｔＭｎＳｂなどのホイスラー合金などを用いてもよい。
また、面内磁化型の磁気抵抗効果素子１において、トンネルバリア層１２Ａの材料には、例えば、Ａｌ２Ｏ３、ＳｉＯ２、ＭｇＯ、ＡｌＮ、Ｂｉ２Ｏ、ＭｇＦ２、ＳｒＴｉＯ２などが用いられる。
In the in-plane magnetization type
In the in-plane magnetization type
図２に示される磁気抵抗効果素子１は、図１に示される構造と同様に、第１の磁性層（例えば、強磁性層）１０Ｂと、第２の磁性層（例えば、強磁性層）１４Ｂと、第１の磁性層１０Ｂと第２の磁性層１４Ｂとの間に挟まれたトンネルバリア層１２Ｂとを有する積層構造である。但し、図２に示される磁気抵抗効果素子１は、第１及び第２の磁性層１０Ｂ，１４Ｂの磁化方向が膜面に対して垂直方向を向く、垂直磁化型のＭＴＪ素子である。
The
垂直磁化型の磁気抵抗効果素子１において、第１及び第２の磁性層１０Ｂ，１４Ｂを構成する材料は、例えば、不規則合金、規則合金、金属間化合物、人工格子及びフェリ磁性体のうちいずれか１つが用いられる。より具体的な例としては、以下のとおりである。
不規則合金としては、ＣｏＣｒ合金、ＣｏＰｔ合金、ＣｏＣｒＰｔ合金、ＣｏＣｒＮｂ合金、ＣｏＣｒＰｔＴａ合金など、Ｃｏを主成分とし、Ｃｒ、Ｔａ、Ｎｂ、Ｖ、Ｗ、Ｈｆ、Ｔｉ、Ｚｒ、Ｐｔ、Ｐｄ、Ｆｅ、Ｎｉのうち１つ以上の元素を含む合金があげられる。規則合金又は金属化合物としては、例えば、Ｆｅ５０Ｐｔ５０、Ｆｅ５０Ｐｄ５０、Ｃｏ５０Ｐｔ５０、Ｆｅ３０Ｎｉ２０Ｐｔ５０などのように、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合金もしくは化合物であり、この合金もしくは金属間化合物の結晶構造がＬ１０型の合金があげられる。人工格子としては、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉのうち１つの元素のみを含む金属あるいは１つ以上の元素を含む合金とＣｒ、Ｐｔ、Ｐｄ、Ｉｒ、Ｒｈ、Ｒｕ、Ｏｓ、Ｒｅ、Ａｕ、Ｃｕのうちいずれか１つの元素のみを含む金属あるいは１つ以上の元素を含む合金とが交互に積層された構造があげられる。また、フェリ磁性体としては、例えば、ＴｂＦｅ、ＤｙＴｂ、ＧｄＴｂＣｏなどのように、希土類金属と遷移金属との合金があげられる。
また、垂直磁化型の磁気抵抗効果素子１において、トンネルバリア層１２Ｂの材料には、主に、酸化物、例えば、ＭｇＯやＡｌ２Ｏ３が用いられる。
In the perpendicular magnetization type
Examples of irregular alloys include CoCr alloy, CoPt alloy, CoCrPt alloy, CoCrNb alloy, CoCrPtTa alloy, and the like, with Co as the main component, Cr, Ta, Nb, V, W, Hf, Ti, Zr, Pt, Pd, Fe, An alloy containing one or more elements of Ni can be used. Examples of the ordered alloy or metal compound include one or more elements of Fe, Co, Ni and Pt, such as Fe 50 Pt 50 , Fe 50 Pd 50 , Co 50 Pt 50 , Fe 30 Ni 20 Pt 50, and the like. An alloy or a compound containing one or more elements of Pd, and an alloy having an L10 type crystal structure of the alloy or intermetallic compound. As an artificial lattice, a metal containing only one element of Fe, Co, Ni or an alloy containing one or more elements and Cr, Pt, Pd, Ir, Rh, Ru, Os, Re, Au, Cu A structure in which a metal containing only one of the elements or an alloy containing one or more elements is alternately stacked can be given. Examples of ferrimagnetic materials include alloys of rare earth metals and transition metals such as TbFe, DyTb, GdTbCo, and the like.
In the perpendicular magnetization type
尚、図１及び図２に示す例においては、トンネルバリア層を１層有するシングルジャンクション構造を一例として示しているが、トンネルバリア層を２層有するダブルジャンクション構造でもよい。又、図１に示される面内磁化型の磁気抵抗効果素子１の平面形状は形状磁気異方性を利用するため、例えば、正方形状、長方形状、楕円状、円状、六角形状、菱型状、平行四辺形状、十字型状、ビーンズ型（凹型）状などの形状を有する。
In the example shown in FIGS. 1 and 2, a single junction structure having one tunnel barrier layer is shown as an example, but a double junction structure having two tunnel barrier layers may be used. In addition, since the planar shape of the in-plane magnetization type
図１及び図２に示す磁気抵抗効果素子１を構成する第１及び第２の磁性層１０Ａ，１０Ｂ，１４Ａ，１４Ｂのうちの一方は、磁化方向が不変の磁化不変層であり、その他方は、磁化方向が可変の磁化自由層である。ここで、磁化不変層とは、書き込み電流を流す前後で磁化が不変の層を意味する。図１及び図２に示す例においては、第１の磁性層１０Ａ，１０Ｂが磁化不変層１０Ａ，１０Ｂとなり、第２の磁性層１４Ａ，１４Ｂが磁化自由層１４Ａ，１４Ｂとなっている。尚、磁化不変層１０Ａ，１０Ｂの磁化が、磁化自由層の磁化よりも大きいことが好ましい。このため、面内磁化型の磁気抵抗効果素子１は、磁化不変層１０Ａの磁化方向を交換結合によって固定するための交換バイアス層（反強磁性層）をさらに具備し、磁化不変層１０Ａがその交換バイアス層とトンネルバリア層１２Ａとによって挟み込まれた構造となってもよい。第１の磁性層１０Ａ，１０Ｂが磁化不変層である場合は、トップフリー型と呼ばれ、第２の磁性層１４Ａ，１４Ｂが磁化不変層である場合は、ボトムフリー型と呼ばれる。
One of the first and second
磁気抵抗効果素子１は、２つの定常状態をとることができ、そのうちの１つを“０”データ、他の１つを“１”データに対応させることによって２値データを記憶する。２つの定常状態の１つは、磁化不変層１０Ａ，１０Ｂの磁化方向と磁化自由層１４Ａ，１４Ｂの磁化方向とが同じ方向を向く平行（Ｐ：Parallel）状態であり、他の１つは、磁化不変層層１０Ａ，１０Ｂの磁化方向と磁化自由層１４Ａ，１４Ｂの磁化方向とが逆の方向を向く反平行（ＡＰ：Anti Parallel）状態である。
The
磁気抵抗効果素子１は、電子がスピン偏極している電流を書き込み電流Ｉｗに用い、その電流Ｉｗを素子（トンネル接合）に流すことによって、磁気抵抗効果素子１の定常状態が変えられる。尚、スピン偏極した電子（以下、スピン偏極電子と呼ぶ）は、書き込み電流とは逆向きに流れる。
書き込み電流Ｉｗが、磁化自由層１４Ａ，１４Ｂから磁化不変層１０Ａ，１０Ｂへ流された場合、スピン偏極電子は磁化不変層１０Ａ，１０Ｂから磁化自由層１４Ａ，１４Ｂへ注入され、磁化不変層１０Ａ，１０Ｂの磁化方向と磁化自由層１４Ａ，１４Ｂの磁化方向が、平行状態になる。
これに対して、書き込み電流Ｉｗが、磁化不変層１０Ａ，１０Ｂから磁化自由層１４Ａ，１４Ｂへ流された場合、スピン偏極電子が磁化自由層１４Ａ，１４Ｂから磁化不変層１０Ａ，１０Ｂへ流れ、磁化不変層１０Ａ，１０Ｂと平行なスピンを持つスピン偏極電子は磁化不変層１０Ａ，１０Ｂ内を透過し、反平行のスピンを持つ電子は反射される。この結果として、磁化自由層１４Ａ，１４Ｂの磁化方向と磁化不変層１０Ａ，１０Ｂの磁化方向は、反平行状態になる。
尚、ある１つの磁気抵抗効果素子に対して、磁化不変層及び磁化自由層の磁化方向の関係を平行（Ｐ）状態から反平行（ＡＰ）状態にする、又は、磁化不変層及び磁化自由層の磁化方向の関係を反平行（ＡＰ）状態から平行（Ｐ）状態にする、ために要する電流のことを、反転しきい値電流と呼ぶ。
In the
When the write current Iw is passed from the magnetization
In contrast, when the write current Iw is passed from the magnetization
For a certain magnetoresistive element, the relationship between the magnetization directions of the magnetization invariant layer and the magnetization free layer is changed from the parallel (P) state to the antiparallel (AP) state, or the magnetization invariant layer and the magnetization free layer. The current required to change the relationship of the magnetization direction of the film from the antiparallel (AP) state to the parallel (P) state is called an inversion threshold current.
図３は、本実施形態において、磁気抵抗効果素子に対するデータの書き込みに用いる書き込み電流の波形を示している。図３において、書き込み電流Ｉｗは、絶対値で示しいている。尚、書き込み電流の極性は、例えば、書き込み電流Ｉｗを磁化自由層１４Ａ，１４Ｂから磁化不変層１０Ａ，１０Ｂへ流す場合をプラスとしている。
FIG. 3 shows a waveform of a write current used for writing data to the magnetoresistive effect element in this embodiment. In FIG. 3, the write current Iw is indicated by an absolute value. The polarity of the write current is positive when, for example, the write current Iw is passed from the magnetization
図３に示すように、書き込み電流Ｉｗは、電流値（パルス）の立ち上がりの開始から所定の時間までの期間Ｗ１において、その電流値が、ある電流値までオーバーシュートしたパルス形状を有している。
本実施形態においては、このようなオーバーシュートしたパルス形状の電流を、磁気抵抗効果素子１に流して、磁気抵抗効果素子１の磁化自由層１４Ａ，１４Ｂと磁化不変層１０Ａ，１０Ｂの磁化方向の関係を変え、磁気抵抗効果素子にデータを書き込むことを特徴としている。
As shown in FIG. 3, the write current Iw, the period W 1 from the rise of the start of the current value (pulse) until a predetermined time, the current value, a pulse shape overshoots until the current value Yes.
In the present embodiment, such an overshooted pulse-shaped current is caused to flow in the
図３に示すように、本実施形態で用いられる書き込み電流Ｉｗは、パルス幅ＷＰを有するパルス電流である。この書き込み電流Ｉｗは電流値として、第１の電流値ｉ１と、第１の電流値ｉ１より大きい第２の電流値ｉ２を、そのパルス幅ＷＰ内に含んでいる。 As shown in FIG. 3, the write current Iw used in this embodiment is a pulse current having a pulse width W P. As the write current Iw is the current value and the first current value i1, the first current value i1 is greater than the second current value i2, includes within its pulse width W P.
そして、書き込み電流Ｉｗは、パルス電流の立ち上がりが開始する時間（以下、立ち上がり開始時間と呼ぶ）ｔｒから所定の時間（第１の時間）ｔｏｓまでの第１の期間Ｗ１内において、書き込み電流Ｉｗは第１の電流値ｉ１よりも大きい第２の電流値ｉ２までオーバーシュートし、時間ｔｏｓから書き込み電流の立ち下がりが終了する時間（以下、立ち下がり終了時間と呼ぶ）ｔｆまでの第２の期間Ｗ２内において、書き込み電流Ｉｗは第１の電流値ｉ１を有している。 The write current Iw is written in the first period W 1 from the time when the pulse current starts to rise (hereinafter referred to as the rise start time) tr to a predetermined time (first time) tos. The current Iw overshoots to a second current value i2 that is larger than the first current value i1, and the second current value i2 from the time t os to the time when the falling of the write current ends (hereinafter referred to as the falling end time) tf within 2 period W 2, the write current Iw has a first current value i1.
尚、本実施形態において、書き込み電流のパルス幅は立ち上がり開始時間ｔｒ立ち上がり終了時間ｔｆまでの期間（幅）と規定する。また、本実施形態で述べるオーバーシュートとは、ある電流値（ここでは、第１の電流値ｉ１）より大きい電流値が出力（生成）されることである。以下では、本実施形態において、磁気抵抗効果素子のデータの書き込みに用いる書き込み電流のことを、オーバーシュート電流とも呼ぶ。 In the present embodiment, the pulse width of the write current is defined as the time until the rise start time t r rise end time t f (width). The overshoot described in the present embodiment is that a current value larger than a certain current value (here, the first current value i1) is output (generated). Hereinafter, in the present embodiment, the write current used for writing data in the magnetoresistive effect element is also referred to as an overshoot current.
本実施形態においては、電流値の立ち上がり開始時間ｔｒから時間ｔｏｓまでの期間Ｗ１内に電流値がオーバーシュートしているパルス形状を有する電流を書き込み電流Ｉｗとして、磁気抵抗効果素子１に流し、磁気抵抗効果素子１に対してデータを書き込む。
In the present embodiment, as the current Iw write current having a pulse shape current value in a period W 1 from the rise start time t r to the time t os is overshoot of the current value to the
磁気抵抗効果素子の磁化方向の反転特性は、磁化の反転開始時に与えられている電流値に対する依存性が高く、磁化の反転開始以降の電流値に対しては依存性が低い。 The reversal characteristics of the magnetization direction of the magnetoresistive effect element are highly dependent on the current value given at the start of magnetization reversal and are less dependent on the current value after the start of magnetization reversal.
つまり、本実施形態のように、書き込み動作の初動時に、書き込み電流Ｉｗの電流値をある値（ここでは、電流値ｉ１）以上にオーバーシュートさせ、大きい電流値を磁気抵抗素子に与えておくことで、初動時以降の期間（ここでは、期間Ｗ２）内の電流値を小さくしても、素子の動作特性の劣化が生じない。そのため、本実施形態では、書き込み電流Ｉｗの実効値を低減できる。 That is, as in this embodiment, at the initial operation of the write operation, the current value of the write current Iw is overshooted to a value (here, the current value i1) or more, and a large current value is given to the magnetoresistive element. Thus, even if the current value in the period after the initial operation (here, the period W 2 ) is reduced, the operating characteristics of the element do not deteriorate. Therefore, in this embodiment, the effective value of the write current Iw can be reduced.
また、磁気抵抗効果素子の磁化方向の反転が開始する時間は電流値に対する依存性が高いため、書き込み電流のオーバーシュート時に与える電流値ｉ２を調整することで、磁気抵抗効果素子のデータの書き込み速度を向上できる。 In addition, since the time for starting reversal of the magnetization direction of the magnetoresistive effect element is highly dependent on the current value, the data write speed of the magnetoresistive effect element is adjusted by adjusting the current value i2 that is given when the write current is overshooted Can be improved.
したがって、本発明の実施形態によれば、データの書き込みに用いる実効的な書き込み電流を低減でき、それとともに、磁気抵抗効果素子の書き込み時間を短縮できる。 Therefore, according to the embodiment of the present invention, the effective write current used for writing data can be reduced, and at the same time, the write time of the magnetoresistive element can be shortened.
（２） 実施例
以下、図４乃至図８を用いて、本発明の実施形態に係る磁気メモリの実施例について、説明する。
(2) Examples
Hereinafter, examples of the magnetic memory according to the embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS.
（ａ） 書き込み電流発生回路
図４は、書き込み電流を生成する書き込み電流発生回路の回路構成の一例を示している。図４に示される書き込み電流発生回路２は、本実施形態に係る磁気抵抗効果素子のデータ書き込みに用いられる書き込み電流（オーバーシュート電流）を生成する。但し、図４に示される回路の構成は一例であって、これに限定されるものではない。
(A) Write current generation circuit
FIG. 4 shows an example of a circuit configuration of a write current generation circuit that generates a write current. The write
図４に示す例の書き込み電流発生回路２は、２つの定電流源２１，２２と、複数のスイッチ素子ＳＷ１，ＳＷ２（本例では、２個）から構成されている。
The write
第１の定電流源２１は、電流Ｉａを一定に出力し、第２の定電流源２２は、電流Ｉｂを一定に出力する。
第１の定電流源２１の一端（出力側）は、第１のスイッチ素子ＳＷ１に接続され、第２の定電流源２２の一端（出力側）は、第２のスイッチ素子ＳＷ２に接続されている。第１及び第２の定電流源２１，２２の他端は、例えば、一定の電圧を出力する電源に接続されている。
スイッチ素子ＳＷ１，ＳＷ２は、例えば、電界効果トランジスタ（ＦＥＴ：Field Effect Transistor）であって、図４中においては、ｐチャネルＭＯＳ（Metal-Oxide-Insulator）トランジスタが用いられている。
スイッチ素子ＳＷ１，ＳＷ２の動作は、それらの制御端子（ゲート）にそれぞれ入力される制御信号ｂＥＮＢＬ１，ｂＥＮＢＬ２によって、制御される。
The first constant
One end (output side) of the first constant
The switch elements SW1 and SW2 are, for example, field effect transistors (FETs). In FIG. 4, p-channel MOS (Metal-Oxide-Insulator) transistors are used.
The operations of the switch elements SW1 and SW2 are controlled by control signals bENBL1 and bENBL2 input to their control terminals (gates), respectively.
書き込み電流発生回路２の出力端子は、スイッチ素子（例えば、ＦＥＴ）ＳＷ３を経由して、磁気抵抗効果素子（ＭＴＪ素子）１に接続される。書き込み電流発生回路２は、書き込みデータに応じた向きの書き込み電流Ｉｗを磁気抵抗効果素子１に対して流す。
The output terminal of the write
磁気抵抗効果素子１に対してデータを書き込む時には、スイッチ素子ＳＷ３がオンし、定電流源２１，２２を用いて生成された書き込み電流（オーバーシュート電流）Ｉｗが、磁気抵抗効果素子１の磁化自由層及び磁化不変層のうち、いずれか一方から他方へ、流される。書き込み電流Ｉｗは、磁気抵抗効果素子を通過して、接地端に吸収される。
尚、図４に示す例では、磁気抵抗効果素子１の端子（例えば、磁化不変層側）ａから端子（例えば、磁化自由層側）ｂへ書き込み電流Ｉｗを流す場合の回路構成を図示している。磁気抵抗効果素子１の端子ｂから端子ａへ書き込み電流Ｉｗを流す場合は、磁気抵抗効果素子１と書き込み電流発生回路２との接続関係が図４とは反対になり、端子ｂがスイッチ素子ＳＷ３を経由して、書き込み電流発生回路２の出力端子に接続され、端子ａが接地される。
When writing data to the
In the example shown in FIG. 4, a circuit configuration in the case where the write current Iw is supplied from the terminal (for example, the magnetization invariant layer side) a to the terminal (for example, the magnetization free layer side) b of the
図５は、図４に示される書き込み電流発生回路２によって生成されるオーバーシュート電流Ｉｗのパルス波形を示している。書き込み電流としてのオーバーシュート電流Ｉｗは、書き込み電流発生回路２内の２つの定電流源２１，２２がそれぞれ出力する電流Ｉａ，Ｉｂによって、生成される。図５において、オーバーシュート電流（書き込み電流）Ｉｗは絶対値で示されている。
FIG. 5 shows a pulse waveform of the overshoot current Iw generated by the write
図５に示す例では、書き込み電流は、第１の電流値ｉ１と、オーバーシュート部分に対応している第２の電流値ｉ２とを含んでいる。尚、第１の電流値ｉ１は、書き込み動作の安定化のため、例えば、磁気抵抗効果素子に対する反転しきい値電流程度の電流値であることが好ましい。但し、それに限定されるものではなく、例えば、反転しきい値電流より小さくてもよいのは、もちろんである。 In the example shown in FIG. 5, the write current includes a first current value i1 and a second current value i2 corresponding to the overshoot portion. The first current value i1 is preferably a current value of about the inversion threshold current for the magnetoresistive effect element, for example, in order to stabilize the write operation. However, the present invention is not limited to this. For example, it may of course be smaller than the inversion threshold current.
図５に示すように、パルス電流の立ち上がりの開始時間ｔｒから所定の時間ｔｏｓまでの第１の期間Ｗ１内において、オーバーシュート電流Ｉｗの電流値は、第１の電流値ｉ１より大きい第２の電流値ｉ２を示す。又、時間ｔｏｓからパルス電流の立ち下がりの終了時間ｔｆまでの第２の期間Ｗ２内において、オーバーシュート電流Ｉｗの電流値は、第１の電流値ｉ１を示している。 As shown in FIG. 5, in the first period W 1 from the rise start time t r of the pulse current to a predetermined time t os, the current value of the overshoot current Iw, greater than the first current value i1 A second current value i2 is indicated. Further, in the second time interval W 2 until the end time t f of the falling of the pulse current from the time t os, the current value of the overshoot current Iw show a first current value i1.
第２の電流値ｉ２は、例えば、第１の定電流源２１が一定に出力する電流Ｉａの電流値と第２の定電流源２２が一定に出力する電流Ｉｂの電流値との和によって、生成される。第１の電流値ｉ１は、例えば、第１の定電流源２１が一定に出力する電流Ｉａの電流値によって生成される。
The second current value i2 is, for example, the sum of the current value of the current Ia output from the first constant
このオーバーシュート電流の生成における書き込み電流発生回路２の動作について、図６を用いて、説明する。
図６は、書き込み電流発生回路２の動作を制御する制御信号ｂＥＮＢＬ１，ｂＥＮＢＬ２のタイミングチャート（電圧波形）を示している。また、図６には、書き込み電流Ｉｗの電流波形も示している。
The operation of the write
FIG. 6 shows a timing chart (voltage waveform) of the control signals bENBL1 and bENBL2 for controlling the operation of the write
磁気抵抗効果素子１に対してデータを書き込む際に、はじめに、第３のスイッチ素子ＳＷ３が制御信号（図示せず）に基づいて、オンになる。それとほぼ同時に、時間ｔｒにおいて、２つの制御信号ｂＥＮＢＬ１，ｂＥＮＢＬ２が、“Ｈ（high）”レベルから“Ｌ（low）”レベルになる。これによって、スイッチ素子ＳＷ１，ＳＷ２としてのｐチャネルＭＯＳトランジスタは、それぞれオンになる。
When writing data to the
これによって、２つの定電流源２１，２２から電流Ｉａ，Ｉｂが、スイッチ素子ＳＷ３を経由して、磁気抵抗素子に対してそれぞれ出力される。２つの電流Ｉａ，Ｉｂの和が磁気抵抗効果素子１を流れるため、書き込み電流Ｉｗの電流値は、２つの電流Ｉａ，Ｉｂの和に対応する電流値ｉ２になっている。この電流値ｉ２は、時間ｔｋから時間ｔｌの間において、一定になっている。
As a result, currents Ia and Ib are output from the two constant
所定の時間ｔｌになると、制御信号ｂＥＮＢＬ２は“Ｌ”レベルから“Ｈ”レベルにされる。一方、制御信号ｂＥＮＢＬ１は“Ｌ”レベルが持続される。
これによって、スイッチ素子ＳＷ２はオフし、スイッチ素子ＳＷ１はオンになり、定電流源２１が出力する電流Ｉａのみが、磁気抵抗効果素子１に対して供給される。このため、オーバーシュート電流Ｉｗの電流値は、電流値ｉ２から低下し、オーバーシュート電流Ｉｗの電流値は、時間ｔｏｓにおいて、電流値ｉ１になる。そして、第１の電流値ｉ１は、第２の期間Ｗ２内の時間ｔｏｓから時間ｔｍまで間において、一定になっている。
When a predetermined time t l, the control signal bENBL2 is in "H" level from the "L" level. On the other hand, the control signal bENBL1 is maintained at the “L” level.
As a result, the switch element SW2 is turned off, the switch element SW1 is turned on, and only the current Ia output from the constant
尚、第２の定電流源２２が出力する電流Ｉｂが、第１の電流値ｉ１に対応してもよいのはもちろんであり、第１のスイッチ素子ＳＷ１はオフになり、第２のスイッチ素子ＳＷ２のみがオンになってもよい。
Of course, the current Ib output from the second constant
磁気抵抗効果素子に対するデータ書き込みが完了し、時間ｔｍになると、制御信号ｂＥＮＢＬ１が“Ｌ”レベルから“Ｈ”レベルになり、スイッチ素子ＳＷ１がオフになる。これと同時に、スイッチ素子ＳＷ３も、それに対する制御信号によりオフし、書き込み電流発生回路２は、磁気抵抗効果素子１から電気的に分離される。
書き込み電流Ｉｗは立ち下がりを開始し、磁気抵抗効果素子１に流れるオーバーシュート電流の電流値は、電流値ｉ１から０になる。
Data write is completed with respect to the magnetoresistive element, at a time t m, becomes "H" level from the control signal bENBL1 the "L" level, the switch element SW1 is turned off. At the same time, the switch element SW3 is also turned off by the control signal therefor, and the write
The write current Iw starts to fall, and the current value of the overshoot current flowing through the
以上のように、図４に示される書き込み電流発生回路２は、オーバーシュートしたパルス形状の書き込み電流Ｉｗを出力する。そのパルス幅ＷＰ内において、電流値がオーバーシュートする第１の期間Ｗ１において、第１の電流値ｉ１より大きい第２の電流値ｉ２が一定に出力され、第１の期間Ｗ１に続く第２の期間Ｗ２において、第１の電流値ｉ１が一定に出力される。
このように、図４に示される書き込み電流発生回路２によって、書き込み電流のパルス幅ＷＰ内に、電流値がオーバーシュートした期間Ｗ１が形成され、図５に示されるオーバーシュートした形状を有する書き込み電流Ｉｗが、生成される。
尚、定電流源２１，２２がそれぞれ出力する電流Ｉａ，Ｉｂと電流値ｉ１，ｉ２との関係において、２つの電流Ｉａ，Ｉｂの和が電流値ｉ２を示すのではなく、例えば、電流Ｉａが電流値ｉ１を示し、電流Ｉｂが電流値ｉ２を示すようにしてもよい。この場合、スイッチ素子ＳＷ３がオンされた後、書き込み電流の電流値がオーバーシュートする期間Ｗ１においては、スイッチ素子ＳＷ２のみがオンされて、電流値ｉ２を有する電流Ｉａのみが、磁気抵抗効果素子１に対して一定に出力される。そして、期間Ｗ２の間には、スイッチ素子ＳＷ１のみがオンされ、電流値ｉ１を有する電流Ｉｂのみが、磁気抵抗効果素子１に対して一定に出力される。
As described above, the write
Thus, by the write
In addition, in the relationship between the currents Ia and Ib output from the constant
また、本実施形態においては、２つの定電流源２１，２２を用いて、２段階に電流値を変化させてオーバーシュート電流を生成したが、これに限定されない。例えば、３個以上の定電流源を用いて、電流値をオーバーシュートさせる第１の期間Ｗ１内において、電流値を３段階以上に変化させることによって、図３に示すパルス形状により近似したパルス形状のオーバーシュート電流を生成することも可能である。
In the present embodiment, the overshoot current is generated by changing the current value in two stages using the two constant
（ｂ） 検証
図７乃至図１０を参照して、本発明の実施形態に係わる磁気メモリにおいて、オーバーシュート電流を用いた書き込み動作の検証結果について、説明する。
(B) Verification
With reference to FIGS. 7 to 10, the verification result of the write operation using the overshoot current in the magnetic memory according to the embodiment of the present invention will be described.
図７（ａ）は、書き込み動作の検証に用いたパルス電流Ｊ１，Ｊ２，ＪＯＳのパルス波形を示している。図７（ａ）は、パルス電流の電流密度を絶対値で示している。
図７（ｂ）は、図７（ａ）に示されたパルス電流Ｊ１，Ｊ２，ＪＯＳをそれぞれ与えた場合における磁気抵抗効果素子の磁化反転過程を、マイクロマグネチクスシミュレーションを用いて計算した演算結果を示している。尚、図７（ｂ）に示される磁化反転過程は、平行状態（Ｐ状態：１）から反平行状態（ＡＰ状態：−１）に変化する場合のシミュレーション結果である。
FIG. 7A shows pulse waveforms of the pulse currents J 1 , J 2 , and J OS used for verifying the write operation. FIG. 7A shows the current density of the pulse current as an absolute value.
FIG. 7B shows the magnetization reversal process of the magnetoresistive effect element when the pulse currents J 1 , J 2 , and J OS shown in FIG. 7A are respectively given using micromagnetic simulation. The calculated calculation result is shown. Note that the magnetization reversal process shown in FIG. 7B is a simulation result when the parallel state (P state: 1) changes to the antiparallel state (AP state: −1).
図７（ａ）に示す例において、３つのパルス電流Ｊ１，Ｊ２，ＪＯＳは、同じパルス幅を有している。パルス電流Ｊ１及びパルス電流Ｊ２は、矩形状のパルス電流である。パルス電流Ｊ１の電流密度は、１．５ＭＡ／ｃｍ２であり、パルス電流Ｊ２の電流密度は２．０ＭＡ／ｃｍ２である。また、パルス電流ＪＯＳは、書き込み電流として、本発明の実施形態で用いるオーバーシュート電流である。パルス電流ＪＯＳは、電流の立ち上がり時に電流密度が２．０ＭＡ／ｃｍ２までオーバーシュートし、その後、電流密度が１．５ＭＡ／ｃｍ２になる。 In the example shown in FIG. 7A, the three pulse currents J 1 , J 2 , and J OS have the same pulse width. Pulse current J 1 and pulse current J 2 is a rectangular pulse current. Current density of the pulse current J 1 is 1.5 MA / cm 2, current density of the pulse current J 2 is 2.0 MA / cm 2. The pulse current J OS is an overshoot current used in the embodiment of the present invention as a write current. The pulse current J OS overshoots to a current density of 2.0 MA / cm 2 when the current rises, and then reaches a current density of 1.5 MA / cm 2 .
図７（ｂ）において、特性曲線Ｌ１はパルス電流Ｊ１のシミュレーション結果に対応し、特性曲線Ｌ２はパルス電流Ｊ２のシミュレーション結果に対応している。また、特性曲線ＬＯＳはパルス電流（オーバーシュート電流）ＪＯＳのシミュレーション結果に対応している。 In FIG. 7 (b), characteristic curve L 1 corresponds to the simulation results of the pulse current J 1, characteristic curve L 2 corresponds to the simulation results of the pulse current J 2. The characteristic curve L OS corresponds to the simulation result of the pulse current (overshoot current) J OS .
図７（ｂ）に示すように、パルス電流ＪＯＳのように、電流値の立ち上がり時に、電流密度（電流値）が２．０ＭＡ／ｃｍ２までオーバーシュートしたパルス形状を用いることで、電流密度（電流値）が２．０ＭＡ／ｃｍ２の矩形状のパルス電流Ｊ２とほぼ同様の反転特性を実現できることが、実証されている。 As shown in FIG. 7 (b), by using a pulse shape in which the current density (current value) overshoots to 2.0 MA / cm 2 at the rise of the current value, such as the pulse current J OS , the current density is obtained. It has been demonstrated that reversal characteristics substantially the same as the rectangular pulse current J 2 having a (current value) of 2.0 MA / cm 2 can be realized.
つまり、電流値の立ち上がりから所定の時間までの間に、大きな電流を磁気抵抗効果素子に与えることで、所定の時間経過後に電流値を小さくしても、スピン注入磁化反転を実現できることを示している。これは、スピン注入磁化反転方式を用いて磁気抵抗効果素子にデータを書き込む場合に、書き込み電流の実効値を低減できることを意味する。
この理由について、図８及び図９を用いて説明する。
図８は、スピン注入磁化反転における磁気抵抗効果素子の磁化Ｍｚの時間依存性を示している。図８に示される磁化Ｍｚは、磁気抵抗効果素子における磁性層の積層方向（Ｚ方向）の磁化成分を示している。
In other words, it shows that by applying a large current to the magnetoresistive effect element between the rise of the current value and a predetermined time, spin injection magnetization reversal can be realized even if the current value is reduced after the predetermined time has elapsed. Yes. This means that the effective value of the write current can be reduced when data is written to the magnetoresistive element using the spin transfer magnetization reversal method.
The reason for this will be described with reference to FIGS.
FIG. 8 shows the time dependence of the magnetization Mz of the magnetoresistive effect element in the spin transfer magnetization reversal. The magnetization Mz shown in FIG. 8 indicates the magnetization component in the stacking direction (Z direction) of the magnetic layer in the magnetoresistive effect element.
図８においては、磁気抵抗効果素子の磁化Ｍｚが、１（Ｐ状態）から−１（ＡＰ状態）に変化する過程が示されている。図８に示されるように、スピン注入による磁気抵抗効果素子の磁化反転は、その磁化の反転を特徴づける時間（期間）が２種類存在することがわかる。 FIG. 8 shows a process in which the magnetization Mz of the magnetoresistive effect element changes from 1 (P state) to −1 (AP state). As shown in FIG. 8, it can be seen that the magnetization reversal of the magnetoresistive effect element by spin injection has two types of time (period) characterizing the reversal of the magnetization.
まず、磁気抵抗効果素子の磁化Ｍｚが、１から０．９５まで変化する期間Ｔ１、即ち、書き込み電流Ｉｗが磁気抵抗効果素子に注入されてから、磁気抵抗効果素子（磁気自由層）の磁化の反転が開始する時間ｔａまでの期間である。
次に、磁化Ｍｚが０．９５から−０．９５まで変化する期間Ｔ２、即ち、書き込み電流Ｉｗによって、磁気抵抗効果素子（磁気自由層）の磁化の反転が開始した時間ｔａから磁化の反転が実質的に終了するまでの時間ｔｂまでの期間（Ｔ２＝ｔｂ−ｔａ）である。
このように、磁気抵抗効果素子のスピン注入磁化反転に必要な反転時間（期間）は、Ｔ１＋Ｔ２により定義できる。
図９は、磁気抵抗効果素子内の２つの磁性層の定常状態を平行状態（Ｐ状態）から反平行状態（ＡＰ状態）にする場合における、２つの期間Ｔ１，Ｔ２の電流値（電流密度）に対する依存性を示している。
First, the period T1 in which the magnetization Mz of the magnetoresistive effect element changes from 1 to 0.95, that is, after the write current Iw is injected into the magnetoresistive effect element, the magnetization of the magnetoresistive effect element (magnetic free layer) is changed. This is the period up to the time ta when the inversion starts.
Next, the magnetization reversal starts from the period T2 when the magnetization Mz changes from 0.95 to −0.95, that is, from the time ta when the magnetization reversal of the magnetoresistive element (magnetic free layer) starts by the write current Iw. This is a period (T2 = tb−ta) up to a time tb until substantially ending.
Thus, the reversal time (period) necessary for the spin injection magnetization reversal of the magnetoresistive effect element can be defined by T1 + T2.
FIG. 9 shows current values (current densities) in two periods T1 and T2 when the steady state of the two magnetic layers in the magnetoresistive element is changed from the parallel state (P state) to the antiparallel state (AP state). Dependence on is shown.
図９に示されるように、期間Ｔ１と期間Ｔ２とでは、印加された書き込み電流値（電流密度）に対する依存性が明らかに異なっており、期間Ｔ１は、期間Ｔ２に比較して、電流値に対して急峻に変化している。
このように、期間Ｔ１の電流に対する依存性は、期間Ｔ２の電流に対する依存性よりも大きい。つまり、磁化Ｍｚが１から０．９５まで変化する期間Ｔ１に与えられる電流（電流値）が、磁気抵抗効果素子の磁化反転特性（書き込み動作）に実効的に寄与し、その期間Ｔ１内に、大きい電流値を磁気抵抗効果素子に与えておけば、期間Ｔ１以降に与える電流値を小さくしても、磁気抵抗効果素子の磁化の反転特性は劣化しないことを示している。
それゆえ、本実施形態のように、オーバーシュート電流を書き込み電流に用いることで、実効的な書き込み電流の値を低減できる。
As shown in FIG. 9, the dependency on the applied write current value (current density) is clearly different between the period T1 and the period T2, and the period T1 has a current value compared to the period T2. On the other hand, it is changing sharply.
Thus, the dependency on the current in the period T1 is larger than the dependency on the current in the period T2. That is, the current (current value) given in the period T1 in which the magnetization Mz changes from 1 to 0.95 effectively contributes to the magnetization reversal characteristics (write operation) of the magnetoresistive element, and within the period T1, It is shown that if a large current value is given to the magnetoresistive effect element, the magnetization reversal characteristics of the magnetoresistive effect element do not deteriorate even if the current value given after the period T1 is made small.
Therefore, as in this embodiment, the effective write current value can be reduced by using the overshoot current as the write current.
また、図９に示す検証結果において、書き込み電流Ｉｗの注入開始時から所定の時間ｔａまでの期間Ｔ１内に、大きい電流値を磁気抵抗効果素子に与えることで、期間Ｔ１が、期間Ｔ２と比較して大幅に短くなることが示されている。一方で、期間Ｔ２において、大きい電流値を磁気抵抗効果素子に与えても、期間Ｔ２は大きく変化しないことが示されている。 Further, in the verification result shown in FIG. 9, the period T1 is compared with the period T2 by applying a large current value to the magnetoresistive effect element within the period T1 from the start of the injection of the write current Iw to the predetermined time ta. Has been shown to be significantly shorter. On the other hand, it is shown that even if a large current value is given to the magnetoresistive effect element in the period T2, the period T2 does not change greatly.
それゆえ、本実施形態のように、オーバーシュート電流を用いることによって、磁化方向の反転開始の初動時（期間Ｔ１内）に大きい電流密度（電流値）を磁気抵抗効果素子に与えることで、期間Ｔ１を短くできる、この結果として、磁気抵抗効果素子の磁化方向の反転時間（データの書き込み時間）を短縮できる。 Therefore, as in the present embodiment, by using an overshoot current, a large current density (current value) is given to the magnetoresistive effect element at the initial start of the magnetization direction reversal (within the period T1). T1 can be shortened. As a result, the reversal time (data write time) of the magnetization direction of the magnetoresistive effect element can be shortened.
図１０は、磁気抵抗効果素子の磁化方向の反転期間（Ｔ１＋Ｔ２）内に与える書き込み電流の電流密度（電流値）の大きさに対する反転期間（Ｔ１＋Ｔ２）の依存性を示している。尚、図１０においては、反転期間（Ｔ１＋Ｔ２）は、電流密度（電流値）Ｊとそれより大きい電流密度Ｊｏｓとの比率Ｊｏｓ／Ｊに対して正規化された値で示されている。図１０においては、横軸は電流密度の比率Ｊｏｓ／Ｊに対応し、縦軸は正規化された反転時間の値に対応している。 FIG. 10 shows the dependence of the reversal period (T1 + T2) on the magnitude of the current density (current value) of the write current applied within the reversal period (T1 + T2) of the magnetization direction of the magnetoresistive effect element. In FIG. 10, the inversion period (T1 + T2) is shown as a value normalized with respect to the ratio J os / J of the current density (current value) J and the larger current density J os . In FIG. 10, the horizontal axis corresponds to the current density ratio J os / J, and the vertical axis corresponds to the normalized inversion time value.
図１０に示されるように、比率Ｊｏｓ／Ｊが１．２程度になると、その場合の反転時間は、比率Ｊｏｓ／Ｊが１の場合よりも２０％程度低減する。さらに、比率Ｊｏｓ／Ｊが１．８程度になると、その場合の反転時間は、比率Ｊｏｓ／Ｊが１の場合よりも５０％程度低減する。このように、磁気抵抗効果素子の磁化方向の反転に要する時間を短縮できるので、磁気抵抗効果素子に対するデータの書き込みの高速化が実現できる。 As shown in FIG. 10, when the ratio J os / J is about 1.2, the inversion time in that case is reduced by about 20% compared to the case where the ratio J os / J is 1. Further, when the ratio J os / J is about 1.8, the inversion time in that case is reduced by about 50% compared to the case where the ratio J os / J is 1. Thus, since the time required for reversing the magnetization direction of the magnetoresistive effect element can be shortened, it is possible to increase the speed of data writing to the magnetoresistive effect element.
また、磁気抵抗効果素子の磁化方向が変化（反転）する時間Ｔ１＋Ｔ２以降において、電流値の依存性は小さいので、電流値を小さくしてもよい。それゆえ、書き込み電流の実効値を低減できる。 Further, since the dependence of the current value is small after time T1 + T2 when the magnetization direction of the magnetoresistive effect element changes (inverts), the current value may be reduced. Therefore, the effective value of the write current can be reduced.
尚、図１０に示される結果に基づいて、電流密度Ｊｏｓがオーバーシュート電流の第１の期間Ｗ１に与えられる電流値（第２の電流値）に対応し、電流密度Ｊがオーバーシュート電流の第２の期間Ｗ２に与えられる電流値（第１の電流値）に対応している場合、電流密度（電流値）の比率Ｊｏｓ／Ｊが、１．２以上、１．８以下に設定されていれば、反転時間の短縮と書き込み電流（実効値）の低減を両立するのに、より好ましい。比率Ｊｏｓ／Ｊの上限が１．８に設定されるのは、電流密度（電流値）の比率Ｊｏｓ／Ｊが１．８より大きくなる場合、磁化方向の反転時間はある値に収束する傾向を示すことと、書き込み動作が不安定になるのを抑制するためである。 Note that, based on the result shown in FIG. 10, the current density J os corresponds to the current value (second current value) given in the first period W 1 of the overshoot current, and the current density J is the overshoot current. The current density (current value) ratio J os / J is 1.2 or more and 1.8 or less when the current value (first current value) given in the second period W 2 of FIG. If it is set, it is more preferable to achieve both reduction of the inversion time and reduction of the write current (effective value). The upper limit of the ratio J os / J is set to 1.8, when the ratio J os / J of the current density (current value) is greater than 1.8, converges to the inversion time is the value of the magnetization direction This is to prevent the tendency and the writing operation from becoming unstable.
以上のように、書き込み電流の注入開始時に、大きな電流値を磁気抵抗効果素子に与えて、実質的な反転開始時間である時間ｔａを短縮でき、その一方で、時間ｔａ経過後に電流値を小さくしても、磁化の反転に要する時間が増大することはない。 As described above, when a write current is started to be injected, a large current value is given to the magnetoresistive element, so that the time ta which is a substantial inversion start time can be shortened, while the current value is decreased after the time ta has elapsed. Even so, the time required for magnetization reversal does not increase.
それゆえ、本実施形態のように、オーバーシュート電流を用いることで、期間Ｔ１を短くでき、磁気抵抗効果素子の磁化方向の反転に要する実質的な時間Ｔ１＋Ｔ２を短くできる。 Therefore, the period T1 can be shortened by using the overshoot current as in this embodiment, and the substantial time T1 + T2 required for reversing the magnetization direction of the magnetoresistive effect element can be shortened.
この場合、電流値がオーバーシュートを終える時間ｔｏｓと磁化Ｍｚが０．９５となる時間ｔａが同じになる、つまり、電流値がオーバーシュートしている期間Ｗ１が、磁化Ｍｚが１から０．９５になる期間Ｔ１と実質的に同じなることが、動作の高速化のためには好ましい。但し、複数の磁気抵抗効果素子から構成される磁気ランダムアクセスメモリにおいては、素子特性のばらつきに起因する動作マージンを確保するため、パルス幅ＷＰ内のオーバーシュートしている期間Ｗ１が、磁化Ｍｚが０から０．９５になる期間Ｔ１以上の長さになるように、書き込み電流Ｉｗのパルス形状が設定されることがより好ましい。また、データの書き込み不良を防止するため、オーバーシュートを終えて電流値ｉ１から立ち下がりが終了するまでの期間Ｗ２は、期間Ｔ２より長いことが好ましい。 In this case, the current value becomes the time ta to the time t os magnetization Mz finish overshoot is 0.95 are the same, that is, the period W 1 the current value is overshot, the magnetization Mz from 1 0 It is preferable to be substantially the same as the period T1 of .95 for speeding up the operation. However, in the magnetic random access memory composed of a plurality of magnetoresistive elements, in order to secure the operation margin due to variations in device characteristics, a period W 1 that overshoots in the pulse width W P, magnetization More preferably, the pulse shape of the write current Iw is set so that the length is equal to or longer than the period T1 in which Mz is 0 to 0.95. In order to prevent write failure of the data, the period W 2 from the current value i1 finishing overshoot until the falling ends is preferably longer than the period T2.
以上のように、本実施形態によれば、オーバーシュートしたパルス形状を有する書き込み電流を磁気抵抗効果素子に流して、データを書き込みことで、実効的な書き込み電流を低減でき、それと共に、書き込み時間を短縮できる。 As described above, according to the present embodiment, the write current having an overshoot pulse shape is allowed to flow through the magnetoresistive effect element to write data, thereby reducing the effective write current and the write time. Can be shortened.
尚、本実施例では、図５及び図６に示す例のように、オーバーシュートした部分が一定の電流値を示すパルス電流を用いて、本発明の実施形態について検証した。しかし、図３に示すパルス形状のオーバーシュート電流を書き込み電流に用いた場合においても、磁気抵抗効果素子の書き込み電流値の実効的な電流値の低減及び書き込み時間の短縮が図れることは、シミュレーションにより確認されている。 In this example, as in the examples shown in FIGS. 5 and 6, the embodiment of the present invention was verified by using a pulse current in which the overshoot portion shows a constant current value. However, even when the pulse-shaped overshoot current shown in FIG. 3 is used for the write current, the effective current value of the magnetoresistive effect element can be reduced and the write time can be reduced by simulation. It has been confirmed.
（３） 適用例
以下、本発明の実施形態の適用例について説明する。
本発明の実施形態は、例えば、磁気抵抗効果素子の一端から他端、又は、他端から一端に、書き込み電流を流す書き込み回路を備え、書き込み電流により第１の磁性層の磁化方向と第２の磁性層の磁化方向との関係を変化させるスピン注入磁気ランダムアクセスメモリに用いられる。
(3) Application examples
Hereinafter, application examples of the embodiment of the present invention will be described.
The embodiment of the present invention includes, for example, a write circuit that allows a write current to flow from one end to the other end of the magnetoresistive effect element, or from the other end to the one end. It is used for a spin injection magnetic random access memory that changes the relationship with the magnetization direction of the magnetic layer.
図１１は、スピン注入磁気ランダムアクセスメモリ（ＭＲＡＭ）のメモリセルアレイを示し、図１２は、メモリセルアレイを構成するメモリセルを示している。図１１及び図１２において、同じ要素には、同じ符号を付してある。 FIG. 11 shows a memory cell array of a spin injection magnetic random access memory (MRAM), and FIG. 12 shows memory cells constituting the memory cell array. 11 and 12, the same elements are denoted by the same reference numerals.
はじめに、メモリセルアレイを構成しているメモリセルの構造について説明する。図１２に示すように、磁気抵抗効果素子（ＭＴＪ素子）１の上端は、上部電極３１を介して上部ビット線３２に接続される。また、磁気抵抗効果素子１の下端は、下部電極３３、引き出し電極３４及びプラグ３５を介して、選択トランジスタＳＴのドレイン拡散層３７ａに接続される。
First, the structure of the memory cells constituting the memory cell array will be described. As shown in FIG. 12, the upper end of the magnetoresistive effect element (MTJ element) 1 is connected to the
選択トランジスタＳＴのソース拡散層３７ｂは、プラグ４１を介して下部ビット線４２に接続される。
The
ドレイン拡散層３７ａ及びソース拡散層３７ｂ間の半導体基板（チャネル領域）３６上には、ゲート絶縁膜３８を介してゲート電極（ワード線）３９が形成される。
A gate electrode (word line) 39 is formed on the semiconductor substrate (channel region) 36 between the
尚、下部電極３３及び引き出し電極３４の少なくとも１つを省略してもよい。例えば、下部電極３３を省略する場合には、磁気抵抗効果素子１は、引き出し電極３４上に形成される。また、引き出し電極３４を省略する場合には、下部電極３３は、プラグ３５上に形成される。さらに、下部電極３３及び引き出し電極３４を省略する場合には、磁気抵抗効果素子１は、プラグ３５上に形成される。
Note that at least one of the
図１１に示すように、図１２に示す構造のメモリセルＭＣが、メモリセルアレイ内に、例えば、アレイ状に配置される。 As shown in FIG. 11, the memory cells MC having the structure shown in FIG. 12 are arranged in an array, for example, in the memory cell array.
ワード線３９は、Ｘ方向に延び、メモリセルＭＣを構成する選択トランジスタＳＴのゲート電極に接続される。ワード線３９の一端は、ロウデコーダ５１に接続される。ロウデコーダ５１は、ワード線３９に対する選択動作を行う。
The
ビット線３２の一端は、トランジスタなどのスイッチ回路５４を介して書き込み回路５５に接続される。書き込み回路５５は、書き込み電流を生成するための書き込み電流発生回路（書き込みソース）２と、書き込み電流を吸収するためのシンク回路（図示せず）とを備える。
One end of the
同様に、ビット線４２の一端は、トランジスタなどのスイッチ回路５６を介して書き込み回路５７に接続される。書き込み回路５７は、書き込み電流を生成するための書き込み電流発生回路（書き込みソース）２と、書き込み電流を吸収するためのシンク回路（図示せず）とを備える。
Similarly, one end of the
書き込み回路５５，５７内の書き込み電流発生回路２には、例えば、図４に示した回路２が用いられる。
For example, the
また、ビット線４２の他端は、読み出し回路５２に接続される。読み出し回路５２は、読み出し電流を発生する定電流源や、センスアンプなどを含んでいる。
The other end of the
書き込み時には、書き込み対象となる選択されたメモリセルＭＣに接続されるスイッチ回路５４，５６がオンになり、その他のスイッチ回路がオフになる。また、選択されたメモリセルＭＣ内の選択トランジスタＳＴがオンになる。
At the time of writing, the
そして、書き込みデータに応じた向きの書き込み電流を選択されたメモリセルＭＣに供給する。例えば、“１”書き込みのときは、書き込み回路（ソース側）５５から書き込み回路（シンク側）５７に向かって書き込み電流Ｉｗを流し、“０”書き込みのときは、書き込み回路（ソース側）５７から書き込み回路（シンク側）５５に向かって書き込み電流Ｉｗを流す。
本例においては、オーバーシュートしたパルス形状を有する書き込み電流Ｉｗが、選択されたメモリセルＭＣ内の磁気抵抗効果素子１に流される。その書き込み電流Ｉｗのパルス形状の一例としては、例えば、図５に示されるように、パルス幅ＷＰの第１の期間Ｗ１において第１の電流値ｉ１より大きい第２の電流値ｉ２が一定に出力され、パルス幅ＷＰの第２の期間Ｗ２において第１の電流値ｉ１が一定に出力される。
Then, a write current having a direction corresponding to the write data is supplied to the selected memory cell MC. For example, when “1” is written, a write current Iw is supplied from the write circuit (source side) 55 to the write circuit (sink side) 57, and when “0” is written, the write circuit (source side) 57 A write current Iw is supplied toward the write circuit (sink side) 55.
In this example, a write current Iw having an overshoot pulse shape is supplied to the
尚、書き込み電流としてのオーバーシュート電流Ｉｗは、例えば、数ナノ秒から数マイクロ秒までの範囲内のパルス幅ＷＰを有する電流とする。 Incidentally, the overshoot current Iw as the write current, for example, a current having a pulse width W P in the range from a few nanoseconds to several microseconds.
上記のように、磁気ランダムアクセスメモリは、複数の磁気抵抗効果素子１を含んでいる。それらの磁気抵抗効果素子毎の特性のばらつきが存在し、例えば、１つのメモリセルアレイに対して反転しきい値電流のばらつきが生じる。
つまり、反転しきい値電流が小さい磁気抵抗効果素子と反転しきい値電流が大きい磁気抵抗効果素子とが、メモリセルアレイ内に存在し、ある磁気抵抗効果素子は、電流値ｉ１で磁化方向が変化しても、それとは別の磁気抵抗効果素子は、電流値ｉ１では磁化方向が変化しない場合がある。
As described above, the magnetic random access memory includes the plurality of
That is, a magnetoresistive effect element having a small inversion threshold current and a magnetoresistive effect element having a large inversion threshold current are present in the memory cell array, and the magnetization direction of a certain magnetoresistive effect element changes with the current value i1. However, the magnetoresistive effect element different from that may not change the magnetization direction at the current value i1.
本例のように、図５に示すようなオーバーシュートした形状の書き込み電流Ｉｗを用いることによって、反転しきい値電流が大きい磁気抵抗効果素子の存在を考慮して、電流値ｉ１より大きい電流値ｉ２の値及びその電流値ｉ２を与える期間Ｗ１を設定することで、素子特性のばらつきに起因したデータの書き込み不良も抑制できる。例えば、電流値ｉ２は、メモリセルアレイ内に存在する反転しきい値電流の分布の中で、最大値の反転しきい値電流に対応するように、設定されることが好ましい。また、電流値ｉ１は、例えば、反転しきい値電流の分布の中で、最小値の反転しきい値電流に対応するように、設定されることが好ましい。また、図５に示すオーバーシュート電流のように、電流値がオーバーシュートしている期間Ｗ１において、一定した電流値が磁気抵抗効果素子に与えられることで、書き込み動作の安定化を図ることもできる。また、パルス幅ＷＰ内の期間Ｗ２においても、動作の安定化のため、一定した電流値ｉ１が磁気抵抗効果素子に与えられていることが好ましい。 As in this example, by using the write current Iw having an overshoot shape as shown in FIG. 5, in consideration of the presence of a magnetoresistive effect element having a large inversion threshold current, a current value larger than the current value i1. by setting the period W 1 to give a value and its current value i2 of i2, it can be suppressed writing failure of the data due to variations in device characteristics. For example, the current value i2 is preferably set so as to correspond to the maximum value of the inversion threshold current in the distribution of the inversion threshold current existing in the memory cell array. The current value i1 is preferably set so as to correspond to the minimum inversion threshold current in the distribution of the inversion threshold current, for example. Further, as the overshoot current shown in FIG. 5, in a period W 1 the current value is overshot, by constant current value is applied to the magnetoresistive element, also possible to stabilize the write operation it can. Further, even in the period W 2 within the pulse width W P, for stable operation, it is preferable that a constant current value i1 is given to the magnetoresistive element.
データの読み出し時には、読み出し対象となる選択されたメモリセルＭＣに接続されるスイッチ回路５４がオンになり、その他のスイッチ回路がオフになる。また、選択されたメモリセルＭＣ内の選択トランジスタＴｒがオンになる。
When reading data, the
そして、読み出し電流を選択されたメモリセルＭＣに供給する。読み出し電流Ｉｒは、図１３に示しように、書き込み電流Ｉｗとは異なって、矩形状のパルス電流が用いられる。読み出し電流Ｉｒは、読み出し電流Ｉｒによって磁化反転（スイッチング）が生じないように、書き込み電流Ｉｗよりも十分に小さな値とする。また、読み出し電流のパルス幅ＷＰ’は、書き込み電流のパルス幅ＷＰよりも短いことが好ましい。 Then, a read current is supplied to the selected memory cell MC. As shown in FIG. 13, a rectangular pulse current is used as the read current Ir, unlike the write current Iw. The read current Ir is set to a value sufficiently smaller than the write current Iw so that magnetization reversal (switching) does not occur due to the read current Ir. Further, the pulse width W P of the read current 'is preferably shorter than the pulse width W P of the write current.
以上のように、本実施形態の適用例としての磁気ランダムアクセスメモリ（ＭＲＡＭ）は、データの書き込みのための書き込み電流として、例えば、図５に示すパルス形状のオーバーシュート電流が用いられる。
これによれば、本適用例としての磁気ランダムアクセスメモリは、実効的な書き込み電流の低減でき、且つ、データの書き込み時間を短縮できる。
As described above, the magnetic random access memory (MRAM) as an application example of the present embodiment uses, for example, the pulse-shaped overshoot current shown in FIG. 5 as the write current for writing data.
According to this, the magnetic random access memory as the application example can reduce the effective write current and can shorten the data write time.
［むすび］
本発明によれば、実効的な書き込み電流の低減及び書き込み時間の短縮が可能なスピン注入磁化反転技術を実現できる。
[Musubi]
According to the present invention, it is possible to realize a spin injection magnetization reversal technique capable of effectively reducing a write current and shortening a write time.
本発明の例は、磁気ランダムアクセスメモリへの適用例について説明したが、それ以外にも、ＴＭＲ効果を利用するメモリ全般に適用できる。 Although the example of the present invention has been described with respect to the application example to the magnetic random access memory, the present invention can be applied to all memories using the TMR effect.
本発明の例は、上述の実施形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で、各構成要素を変形して具体化できる。また、上述の実施形態に開示されている複数の構成要素の適宜な組み合せにより種々の発明を構成できる。例えば、上述の実施形態に開示される全構成要素から幾つかの構成要素を削除してもよいし、異なる実施形態の構成要素を適宜組み合わせてもよい。 The example of the present invention is not limited to the above-described embodiment, and can be embodied by modifying each component without departing from the gist thereof. Various inventions can be configured by appropriately combining a plurality of constituent elements disclosed in the above-described embodiments. For example, some constituent elements may be deleted from all the constituent elements disclosed in the above-described embodiments, or constituent elements of different embodiments may be appropriately combined.
１：磁気抵抗効果素子、１０Ａ，１０Ｂ：第１の磁性層、１２Ａ，１２Ｂ：トンネルバリア層、１４Ａ，１４Ｂ：第２の磁性層、２：書き込み電流発生回路、２１，２２：定電流源、Ｉｗ：書き込み電流。 1: magnetoresistive effect element, 10A, 10B: first magnetic layer, 12A, 12B: tunnel barrier layer, 14A, 14B: second magnetic layer, 2: write current generating circuit, 21, 22: constant current source, Iw: Write current.
Claims (10)
パルス形状の書き込み電流を前記磁気抵抗効果素子に流して、前記第１の磁性層の磁化方向と前記第２の磁性層の磁化方向との関係を変化させる、ことを具備し、
前記書き込み電流のパルス幅は、その電流の立ち上がりの開始から第１の時間までの第１の期間と、前記第１の期間に続く第２の期間とを含み、
前記書き込み電流は、前記第２の期間内に出力される第１の電流値と、前記第１の期間内に出力され前記第１の電流値より大きい第２の電流値とを含み、
前記第１の電流値は、前記磁気抵抗効果素子の反転しきい値電流の値以上である、
ことを特徴とする磁気抵抗効果素子のデータ書き込み方法。 Magnetism having a first magnetic layer whose magnetization direction is invariable, a second magnetic layer whose magnetization direction is variable, and a tunnel barrier layer provided between the first magnetic layer and the second magnetic layer A method of writing data of a resistive element,
Passing a pulse-shaped write current through the magnetoresistive effect element to change the relationship between the magnetization direction of the first magnetic layer and the magnetization direction of the second magnetic layer;
The pulse width of the write current includes a first period from the start of rising of the current to a first time, and a second period following the first period,
The write current includes a first current value output within the second period, and a second current value output within the first period and greater than the first current value ,
The first current value is equal to or greater than a value of an inversion threshold current of the magnetoresistive element;
A data writing method for a magnetoresistive effect element.
ことを特徴とする請求項１に記載の磁気抵抗効果素子のデータ書き込み方法。 The second current value is outputted to the constant within the first period, the first current value is constant in the second period from the first time to the end of the fall of the write current Output to the
The data writing method for a magnetoresistive effect element according to claim 1.
前記第２の電流値は、前記第１の定電流源の出力と前記第２の定電流源の出力との和によって生成され、
前記第１の電流値は、前記第１の定電流源の出力によって生成される、
ことを特徴とする請求項１又は２に記載の磁気抵抗効果素子のデータ書き込み方法。 The write current is generated by a write current generation circuit including a first constant current source and a second constant current source,
The second current value is generated by the sum of the output of the first constant current source and the output of the second constant current source,
The first current value is generated by an output of the first constant current source.
The data writing method of the magnetoresistive effect element according to claim 1 or 2 ,
前記第１の磁性層の磁化方向と前記第２の磁性層の磁化方向との関係を変化させるパルス形状の書き込み電流を生成する書き込み電流発生回路を備え、前記書き込み電流を前記磁気抵抗効果素子の一端から他端、又は、他端から一端に流す書き込み回路と、
を具備し、
前記書き込み電流のパルス幅は、その電流の立ち上がりの開始から第１の時間までの第１の期間と前記第１の期間に続く第２の期間とを含み、
前記書き込み回路は、前記書き込み電流として、前記第２の期間内に出力される第１の電流値と、前記第１の期間内に出力され前記第１の電流値より大きい第２の電流値とを含む電流を、前記磁気抵抗効果素子に流し、
前記第１の電流値は、前記複数のメモリセルがそれぞれ備える磁気抵抗効果素子の反転しきい値電流の分布のうちで、最小の反転しきい値電流の値以上である、
ことを特徴とする磁気ランダムアクセスメモリ。 Magnetism having a first magnetic layer whose magnetization direction is invariable, a second magnetic layer whose magnetization direction is variable, and a tunnel barrier layer provided between the first magnetic layer and the second magnetic layer A plurality of memory cells each comprising a resistive element;
A write current generation circuit for generating a pulse-shaped write current that changes a relationship between the magnetization direction of the first magnetic layer and the magnetization direction of the second magnetic layer; A writing circuit that flows from one end to the other, or from the other end to one end;
Comprising
The pulse width of the write current includes a first period from the start of rising of the current to a first time and a second period following the first period;
The write circuit outputs, as the write current, a first current value output within the second period, and a second current value output within the first period and greater than the first current value. A current containing is passed through the magnetoresistive element ,
The first current value is equal to or greater than a minimum inversion threshold current value in a distribution of inversion threshold currents of magnetoresistive effect elements included in each of the plurality of memory cells.
Magnetic random access memory characterized by that.
ことを特徴とする請求項５に記載の磁気ランダムアクセスメモリ。 The second current value is outputted to a constant within the first period, the first current value is constant in the second period from the first time to the end of the fall of the write current Output to the
The magnetic random access memory according to claim 5 .
第１の電流を出力する第１の定電流源と、
第２の電流を出力する第２の定電流源と、
を有し、
前記第１の電流値は、前記第１の電流によって生成され、
前記第２の電流値は、前記第１の電流と前記第２の電流との和によって生成される、
ことを特徴とする請求項５又は６に記載の磁気ランダムアクセスメモリ。 The write current generation circuit includes:
A first constant current source that outputs a first current;
A second constant current source for outputting a second current;
Have
The first current value is generated by the first current,
The second current value is generated by the sum of the first current and the second current.
The magnetic random access memory according to claim 5 or 6, characterized in that
前記読み出し電流は、前記第１の電流値よりも小さい電流値を有するパルス形状の電流である、
ことを特徴とする請求項５乃至７のいずれか１項に記載の磁気ランダムアクセスメモリ。 A read circuit that generates a read current for reading data from the magnetoresistive effect element included in the selected memory cell;
The read current is a pulse-shaped current having a current value smaller than the first current value.
The magnetic random access memory according to claim 5 , wherein the magnetic random access memory is a magnetic random access memory.
ことを特徴とする請求項５乃至８のいずれか１項に記載の磁気ランダムアクセスメモリ。 The second current value is equal to or greater than a maximum inversion threshold current value among distributions of inversion threshold currents of magnetoresistive elements provided in the plurality of memory cells, respectively.
The magnetic random access memory according to claim 5 , wherein the magnetic random access memory is a magnetic random access memory.
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