JP5203871B2 - 磁気抵抗効果素子及び磁気メモリ - Google Patents
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Description
本発明の第1実施形態による磁気抵抗効果素子を図1に示す。本実施形態の磁気抵抗効果素子は、シングルピン構造のMTJ素子1である。本実施形態のMTJ素子1は、磁性層からなる磁化自由層(記憶層)2と、磁性層からなる参照層6と、磁性層からなる強磁性層10と、記憶層2と参照層6の間に挟まれた非磁性層4と、参照層6と強磁性層10の間に挟まれた非磁性層8と、を有する積層構造を備えている。すなわち、本実施形態のMTJ素子1は、強磁性層10、非磁性層8、参照層6、非磁性層4、および記憶層2が、この順序で積層された積層構造(図1に示す順で形成された積層構造)であってもよいし、記憶層2、非磁性層4、参照層6、非磁性層8、および強磁性層10が、この順序で積層された積層構造(図1に示す順序とは逆の順で形成された積層構造)であってもよい。
5nm≦t1≦7nm
の関係を満たすことが望まれる。
1nm≦t12≦5nm
の関係を満たすことが望まれる。
また、t1=5nmに対して、t12=3nmの場合、t2=8.96nmが必要である。この場合の膜厚t2と膜厚t1との比(=t2/t1)の値は1.79となる。
また、t1=5nmに対して、t12=5nmの場合、t2=10.9nmが必要である。この場合の膜厚t2と膜厚t1との比(=t2/t1)の値は2.18となる。
したがって、t1=5nmにおいては、膜厚t2と膜厚t1との比(=t2/t1)の値は
1.50≦t2/t1≦2.18
を満たす。
また、t1=6nmに対して、t12=3nmの場合、t2=12.01nmが必要である。この場合の膜厚t2と膜厚t1との比(=t2/t1)の値は2.00となる。
また、t1=6nmに対して、t12=5nmの場合、t2=14.76nmが必要である。この場合の膜厚t2と膜厚t1との比(=t2/t1)の値は2.46となる。
したがって、t1=6nmにおいては、膜厚t2と膜厚t1との比(=t2/t1)の値は
1.63≦t2/t1≦2.46
を満たす。
また、t1=7nmに対して、t12=3nmの場合、t2=15.84nmが必要である。この場合の膜厚t2と膜厚t1との比(=t2/t1)の値は2.26となる。
また、t1=7nmに対して、t12=5nmの場合、t2=19.81nmが必要である。この場合の膜厚t2と膜厚t1との比(=t2/t1)の値は2.83となる。
したがって、t1=7nmにおいては、膜厚t2と膜厚t1との比(=t2/t1)の値は
1.82≦t2/t1≦2.83
を満たす。
2.0≦(Ms2×t2)/(Ms1×t1)≦3.8
の関係を満たすことが好ましい。
次に、本発明の第2実施形態による磁気抵抗効果素子を図6に示す。本実施形態の磁気抵抗効果素子は、デュアルピン構造のMTJ素子1である。本実施形態のMTJ素子1は、強磁性層12と、非磁性層14と、参照層16と、非磁性層18と、記憶層20と、非磁性層22と、参照層24と、非磁性層26と、強磁性層28が、この順序で積層された積層構造を有している。また、図6に示す場合と逆に、本実施形態のMTJ素子1は、強磁性層28と、非磁性層26と、参照層24と、非磁性層22と、記憶層20と、非磁性層18と、参照層16と、非磁性層14と、強磁性層12とが、この順序で積層された積層構造を有していてもよい。
2.0≦(Ms21×t21)/(Ms11×t11)≦3.8、および
2.0≦(Ms22×t22)/(Ms12×t12)≦3.8
の関係を更に満たすことが好ましい。
T1<T2、および
T3<T4
の関係を更に満たしていてもよい。
次に、本発明の第3実施形態による磁気メモリ(MRAM)について図8乃至図9を参照して説明する。
2 記憶層
4 非磁性層
6 参照層
8 非磁性層
10 強磁性層
20 MTJ素子
22 強磁性層
24 非磁性層
26 参照層
28 非磁性層
30 メモリセルアレイ
32 非磁性層
34 参照層
36 非磁性層
38 強磁性層
Claims (10)
- 膜面に垂直方向の磁気異方性を有する強磁性層と、
前記強磁性層上に設けられた第1の非磁性層と、
前記第1の非磁性層上に設けられ、かつ膜面に垂直方向の磁気異方性を有するとともに前記強磁性層の磁化の向きと反平行の磁化を有し、かつ前記強磁性層の積層方向の膜厚の1/2.8以上1/1.5以下の膜厚を有する参照層と、
前記参照層上に設けられた第2の非磁性層と、
前記第2の非磁性層上に設けられ、膜面に垂直方向の磁気異方性を有しスピン偏極した電子の作用により磁化の方向が変化する記憶層と、
を備え、
前記第1の非磁性層は、1nm以上5nm以下の膜厚を有し、
前記強磁性層は、前記記憶層に印加される漏れ磁界の膜面垂直成分を打ち消すことを特徴とする磁気抵抗効果素子。 - 膜面に垂直方向の磁気異方性を有しスピン偏極した電子の作用により磁化の方向が変化する記憶層と、
前記記憶層上に設けられた第1の非磁性層と、
前記第1の非磁性層上に設けられ、膜面に垂直方向の磁気異方性を有する参照層と、
前記参照層上に設けられた第2の非磁性層と、
前記第2の非磁性層上に設けられ、膜面に垂直方向の磁気異方性を有するとともに前記参照層の磁化の向きと反平行の磁化を有し、かつ前記参照層の積層方向の膜厚の1.5倍以上2.8倍以下の膜厚を有する強磁性層と、
を備え、
前記第2の非磁性層は、1nm以上5nm以下の膜厚を有し、
前記強磁性層は、前記記憶層に印加される漏れ磁界の膜面垂直成分を打ち消すことを特徴とする磁気抵抗効果素子。 - 前記参照層の飽和磁化をMs1、膜厚をt1とし、前記強磁性層の飽和磁化をMs2、膜厚をt2とするとき、
2.0≦(Ms2×t2)/(Ms1×t1)≦3.8の関係を満たすことを特徴とする請求項1または2記載の磁気抵抗効果素子。 - 前記参照層のキュリー温度をT1、前記強磁性層のキュリー温度をT2とするとき、
T1<T2
の関係を満たすことを特徴とする請求項1乃至3のいずれかに記載の磁気抵抗効果素子。 - 膜面に垂直方向の磁気異方性を有する第1の強磁性層と、
前記第1の強磁性層上に設けられた第1の非磁性層と、
前記第1の非磁性層上に設けられ、膜面に垂直方向の磁気異方性を有するとともに前記第1の強磁性層の磁化の向きと反平行の磁化を有し、かつ前記第1の強磁性層の積層方向の膜厚の1/2.8以上1/1.5以下の膜厚を有する第1の参照層と、
前記第1の参照層上に設けられた第2の非磁性層と、
前記第2の非磁性層上に設けられ、かつ膜面に垂直方向の磁気異方性を有しスピン偏極した電子の作用により磁化の方向が変化する記憶層と、
前記記憶層上に設けられた第3の非磁性層と、
前記第3の非磁性層上に設けられ、膜面に垂直方向の磁気異方性を有するとともに前記第1の参照層の磁化の向きと反平行の磁化を有する第2の参照層と、
前記第2の参照層上に設けられた第4の非磁性層と、
前記第4の非磁性層上に設けられ、膜面に垂直方向の磁気異方性を有するとともに前記第2の参照層の磁化の向きと反平行の磁化を有し、かつ前記第2の参照層の積層方向の膜厚の1.5倍以上2.8倍以下の膜厚を有する第2の強磁性層と、
を備え、
前記第1および第4の非磁性層はそれぞれ、1nm以上5nm以下の膜厚を有し、
前記第1および第2の強磁性層は、前記記憶層に印加される漏れ磁界の膜面垂直成分を打ち消すことを特徴とする磁気抵抗効果素子。 - 前記第1および第2の参照層の飽和磁化をそれぞれMs11,Ms12、膜厚をそれぞれt11,t12とし、前記第1および第2の強磁性層の飽和磁化をそれぞれMs21,Ms22、膜厚をそれぞれt21,t22とするとき、
2.0≦(Ms21×t21)/(Ms11×t11)≦3.8、および
2.0≦(Ms22×t22)/(Ms12×t12)≦3.8
の関係を満たすことを特徴とする請求項5記載の磁気抵抗効果素子。 - 前記第1の参照層のキュリー温度をT1、前記第1の強磁性層のキュリー温度をT2、前記第2の参照層のキュリー温度をT3、前記第2の強磁性層のキュリー温度をT4とするとき、
T1<T2、および
T3<T4
の関係を満たすことを特徴とする請求項5または6記載の磁気抵抗効果素子。 - 請求項1乃至7のいずれかに記載の磁気抵抗素子と、前記磁気抵抗素子に対して通電を行う第1及び第2の電極と、を含むメモリセルを備えていることを特徴とする磁気メモリ。
- 前記第1の電極に電気的に接続された第1の配線と、
前記第2の電極に電気的に接続された第2の配線と、
前記第1の配線及び前記第2の配線に電気的に接続され、かつ前記磁気抵抗素子に双方向に電流を供給する書き込み回路と、
をさらに具備することを特徴とする請求項8記載の磁気メモリ。 - 前記磁気抵抗素子の前記第2の電極と前記第2の配線との間に接続される選択トランジスタと、
前記選択トランジスタのオン/オフを制御する第3の配線と、
をさらに備えていることを特徴とする請求項9記載の磁気メモリ。
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