JP6093146B2 - 磁性細線を有する磁気メモリおよびその書き込み方法 - Google Patents
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Description
第1実施形態による磁気メモリを図1に示す。図1は、第1実施形態の磁気メモリの断面図である。図1に示すように、本実施形態の磁気メモリは、集積回路(図示せず)が搭載された基板100の上方に設けられた記憶素子として機能する磁性細線(Magnetic nanowire)4と、中間層2aおよび磁性電極層2bを有する電極2と、電極8と、電極10a、10bとを備えている。
磁性細線4への書き込みは、電極2と電極8とを用いて行う。これを図3(a)乃至図3(d)を参照して説明する。図3(a)、3(b)は磁性細線4が厚さ方向に磁化容易軸を有する場合を示す断面図であり、図3(c)、3(d)は磁性細線4が幅方向に磁化容易軸を有する場合を示す断面図である。
磁性電極層2bおよび電極8の寸法について図4(a)、4(b)を参照して説明する。図4(a)は磁性細線4が厚さ方向に磁化容易軸を有する場合を示す断面図であり、図4(b)は磁性細線4が幅方向に磁化容易軸を有する場合を示す断面図である。磁性電極層2bおよび電極8の寸法は、前述のとおり、磁性細線4の延在する方向における電極8の幅WNMEが、磁性細線4の延在する方向における磁性電極層2bの幅WFME以上であり、より望ましくは、電極8の幅WNMEは磁性電極層2bの幅WFMEより大きい。この範囲とすることで効率良く書き込みを行うことができる。また、電極8の幅WNMEは、磁性細線4が延在する方向における磁性細線4の磁区の長さ(1ビット長)Wbの2倍よりも小さい。電極8の幅WNMEが磁区の長さ(1ビット長)Wbの2倍以上になると、隣接セルへの誤書き込みが生じる。さらに、電極8の幅WNMEは400nm未満であることが望ましい。400nm以上となると、メモリとして高密度化することが難しい。
第1実施形態の第1変形例の磁気メモリについて図10を参照して説明する。図10は第1変形例の磁気メモリの断面図である。第1変形例では、さらにシフト動作用の電極20が設けられている。この電極20は、電極10aに比べて電極2から遠い位置に設けられる。ここで、遠い位置とは、電極20が接する磁性細線4の位置から電極2が接する磁性細線4の位置までの磁性細線4上の距離が、電極10aが接する磁性細線4の位置から電極2が接する磁性細線4の位置までの磁性細線4上の距離よりも長いことを意味する。磁性細線4は、複数の屈曲部を有している。スピントルク電流は近接して設けられた電極10aと電極3との間に流し、一方、電極20と電極10bとの間に流すことでシフト動作を行う。スピントルク電流が比較的大きく、シフト動作をディスターブする可能性がある場合には、このようにスピントルク電流が流れる経路を短くすることが好ましい。
第1実施形態の第2変形例による磁気メモリを図11に示す。この第2変形例の磁気メモリにおいては、各電極の機能は図1に示す第1実施形態と同様であるが、電極10aは磁性細線4の一端にあり、それに近接して電極2と電極8とを含む書き込み部5が設けられている。その結果、書き込みは磁性細線4の端で行なうことになる。なお、電極10aは、図11のように磁性細線4の下部でもよいが、磁性細線4の上部でも横でも、効果は変わらない。
次に、読み出しについて説明する。磁性細線4には、その一部に、読み出し部が配置されている。読み出し部の設け方は2通りある。第1の方法は、スピントルク書き込み部を構成する中間層2a/磁性電極層2bを流用して、トンネル磁気抵抗効果に代表させる磁気抵抗効果にて検出する。この場合、中間層2aにトンネルバリア材料を用いると、大きな信号を得ることができる。また、磁性電極層2bの中間層2aに接する部分の磁化容易軸方向は、磁性細線4の磁化容易軸方向と一致していることが望ましい。この第1の方法では、読み出し部と書き込み部の一部が兼用できるため、デバイス構造を簡素化することができる。
次に、第2実施形態による磁気メモリの製造方法について図14(a)乃至図17(b)を参照して説明する。
第3実施形態による磁気メモリについて図18乃至図19(b)を参照して説明する。第3実施形態の磁気メモリの平面図を図18に示す。この第3実施形態の磁気メモリは、第1実施形態の磁気メモリにおいて、異常ホール効果の検出することにより、読み出しを行っている。この異常ホール効果の検出のために、磁性細線4の延在する方向に直交する方向に延在する磁性細線40を設けるとともにこの磁性細線40の両端に電極50a、50bを設けている。
次に、第1および第3実施形態の磁気メモリの効果をマイクロマグネティクス・シミュレーションにより確認した。
2a 中間層
2b 磁性電極層
2c 非磁性電極
3 層間絶縁膜
4 磁性細線
5 書き込み部
6 絶縁層
8 非磁性電極
9a、9b ビア
10a 電極
10b 電極
12 層間絶縁膜
Claims (15)
- 磁性細線と、
前記磁性細線の異なる位置に接して設けられた第1および第2電極と、
前記第1および第2電極との間の前記磁性細線の位置に設けられ磁性層を含む第3電極と、
前記磁性細線と前記第3電極との間に設けられ前記磁性細線に接するとともに前記第3電極に接する中間層と、
前記磁性細線に対し前記第3電極に対向するように、前記磁性細線上に設けられた非磁性体の第4電極と、
前記磁性細線と前記第4電極との間に設けられ前記磁性細線に接するとともに前記第4電極に接する絶縁層と、
を備え、
書き込み時に、前記第4電極と前記磁性細線との間に電圧が印加されるとともに、前記第3電極と前記第1および第2電極のうちの一方との間に前記磁性細線を介して書き込み電流が流れ、
記録情報のシフト動作時に、前記第1電極と前記第2電極との間に前記磁性細線を介して電流が流れる磁気メモリ。 - 前記第4電極が前記絶縁層に接する面における前記磁性細線が延在する方向での前記第4電極の幅は、前記第3電極が前記中間層に接する面における前記磁性細線が延在する方向での前記第3電極の幅以上であり、400nm未満である請求項1記載の磁気メモリ。
- 前記磁性細線にはくびれが周期的に設けられており、前記第4電極が前記絶縁層に接する面における前記磁性細線が延在する方向での前記第4電極の幅は、前記第3電極が前記中間層に接する面における前記磁性細線が延在する方向での前記第3電極の幅以上であり、前記くびれの周期の2倍未満である請求項1記載の磁気メモリ。
- 前記磁性細線は磁壁ポテンシャルが周期的に変動する磁気特性を有し、前記第4電極が前記絶縁層に接する面における前記磁性細線が延在する方向での前記第4電極の幅は、前記第3電極が前記中間層に接する面における前記磁性細線が延在する方向での前記第3電極の幅以上であり、前記磁壁ポテンシャルの周期の2倍未満である請求項1記載の磁気メモリ。
- 前記磁性細線にはくびれが周期的に設けられており、1つの記録ビットはくびれ2周期分に対応し、前記第4電極が前記絶縁層に接する面における前記磁性細線が延在する方向での前記第4電極の幅は、前記第3電極が前記中間層に接する面における前記磁性細線が延在する方向での前記第3電極の幅以上であり、前記くびれの周期の3倍未満である請求項1記載の磁気メモリ。
- 前記磁性細線は磁壁ポテンシャルが周期的に変動する磁気特性を有し、1つの記録ビットは磁壁ポテンシャル2周期分に対応し、前記第4電極が前記絶縁層に接する面における前記磁性細線が延在する方向での前記第4電極の幅は、前記第3電極が前記中間層に接する面における前記磁性細線が延在する方向での前記第3電極の幅以上であり、前記磁壁ポテンシャルの周期の3倍未満である請求項1記載の磁気メモリ。
- 前記第4電極が前記絶縁層に接する面における前記磁性細線が延在する方向での前記第4電極の幅は、前記第3電極が前記中間層に接する面における前記磁性細線が延在する方向での前記第3電極の幅以上であり、記録ビットの長さの2倍未満である請求項1記載の磁気メモリ。
- 前記磁性細線が延在する方向に直交する方向における前記第4電極の幅は、前記第4電極に対応する前記磁性細線の部分における前記磁性細線の最大幅より大きい請求項1乃至7のいずれかに記載の磁気メモリ。
- 前記第3電極が前記中間層に接する面における前記磁性細線が延在する方向での前記第3電極の幅は、前記磁性細線の磁壁の幅以上で、かつ前記第4電極が前記絶縁層に接する面における前記磁性細線が延在する方向での前記第4電極の幅以下である請求項1乃至8のいずれかに記載の磁気メモリ。
- 前記中間層はトンネルバリア層であり、前記絶縁層の厚さより薄い請求項1乃至9のいずれかに記載の磁気メモリ。
- 前記中間層は非磁性金属層である請求項1乃至9のいずれかに記載の磁気メモリ。
- 前記磁性細線上に隣接して読出し部が設けられた請求項1乃至11のいずれかに記載の磁気メモリ。
- 前記第4電極と前記絶縁層が接する面は、前記磁性細線が延在する方向に直交する方向から投影したとき、前記第3電極と前記中間層が接する面を含む請求項1乃至12のいずれかに記載の磁気メモリ。
- 前記第4電極と前記絶縁層が接する面と、前記第3電極と前記中間層が接する面との、前記磁性細線が延在する方向における重なる部分の長さは、前記磁性細線の磁壁の幅以上で、かつ前記第3電極が前記中間層に接する面における前記磁性細線が延在する方向での前記第3電極の幅以下である請求項1乃至12のいずれかに記載の磁気メモリ。
- 請求項1乃至14のいずれかに記載の磁気メモリの書き込み方法であって、
前記第4電極に前記電圧を印加するステップと、
前記第3電極と、前記第1および第2電極の一方との間で前記磁性細線を介して前記書き込み電流を流すステップと、
を備え、
前記書き込み電流を流す時間と前記電圧を引加する時間とが重なる書き込み方法。
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