JP6184680B2 - 磁気記憶素子、磁気記憶装置、磁気メモリ、および駆動方法 - Google Patents
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Description
第1実施形態による磁気記憶素子を図1に示す。この第1実施形態の磁気記憶素子1は、磁性細線(Magnetic nanowire)10と、電極20、22と、読み出し部24と、書き込み部26と、を備えている。
次に、磁性細線10中の磁壁の移動について図7(a)乃至図8(d)を参照して説明する。
次に、本実施形態に磁気記憶素子1の書き込みおよび読み出しについて図11乃至図13を参照して説明する。
本実施形態の磁気記憶素子1において、後述する磁壁移動手順により磁性細線10内に記憶されたビットデータの順序を変えることなく移動することが可能である。したがって、書き込み、読み出しを行う前に、予め必要な距離だけ磁壁の位置を移動させることにより、任意のビットデータ位置について書き込みおよび読み出しを行うことが可能である。
次に、第1実施形態による磁気記憶素子1の磁性細線10の材料について説明する。磁性細線10には、磁化方向が磁性細線10の延在する方向(図2に示す第1方向)に対して直交する方向(図2に示す第2方向または第3方向)に向きうる各種の磁性材料を用いることができる。磁性細線10が基板面に対して垂直方向に形成される場合には、磁化方向を磁性細線10に対して垂直方向に向けるために、磁気異方性の磁化容易軸が磁性細線の膜面内方向にあることが必要である。磁性細線10が基板面と平行方向に形成される場合には、磁気異方性の磁化容易軸が膜面に垂直方向にあることが必要となる。一般に、磁化方向が磁性細線10の延在する方向(第1方向)に対して直交方向(短軸)を向く場合のほうが、磁性細線10の延在する方向(第1方向)を向く場合よりも反磁界が大きい。このため、磁化方向を第1方向に対して直交する方向に向けるには、反磁界に打ち勝つ十分な大きさの磁気異方性が必要とされる。そのため、磁気異方性エネルギーKuが大きい材料を用いることが好ましい。
次に、第1実施形態による磁気記憶素子1の製造方法について図15(a)乃至15(c)を参照して説明する。磁気記憶素子1は、成膜技術と微細加工技術によって作製される。磁気記憶素子1の具体的な製造工程の一例は以下の通りである。
磁性細線10は、様々な形状を有することができる。例えば、図18(a)、18(b)に示す磁性細線10は、細線幅が極小になる位置から第1方向に沿って細線幅が次に極小になる位置までの距離Lpが場所によって変化する例である。図18(a)の例は、磁性細線10が、少なくとも一部において、距離Lpの大きさが第1方向の位置によって異なる例を示す。図18(b)の例は、磁性細線10の少なくとも一部において、距離Lpの大きさが第1方向に沿って単調に長くなる例を示している。なお、第1方向に沿って単調に短くなるように構成してもよい。
第2実施形態による磁気記憶素子1を図22(a)、22(b)に示す。図22(a)は、第2実施形態の磁気記憶素子1の基板に垂直な面で切断した断面図であり、図22(b)は図22(a)に示す破線部分Yの上面図である。
第3実施形態による磁気記憶装置について図23および図24を参照して説明する。第3実施形態の磁気記憶装置の回路図を図23に示し、斜視図を図24に示す。
第4実施形態の磁気メモリを図25に示す。この第4実施形態の磁気メモリは、第3実施形態の磁気記憶装置500を基板600上に複数個マトリクス状に配置した構成を有している。このような構成とすることにより、大容量の磁気メモリを実現することができる。
10 磁性細線
12a 外形線
12b 外形線
14 磁性細線内の直線
20 電極
22 電極
24 読み出し部
26 書き込み部
Claims (19)
- 磁区を有する磁性細線と、
前記磁性細線に接続され前記磁性細線に電流を流す一対の電極と、
前記磁性細線に接続され前記磁区に磁化情報を書き込む書き込み部と、
前記磁性細線に接続され前記磁区の磁化情報を読み出す読み出し部と、
を備え、
前記磁性細線は前記磁性細線が延在する第1方向に直交する方向に磁化方向を有し、
前記第1方向と直交する第2方向と前記第1方向とによって決定される平面で切断した前記磁性細線の断面が第1および第2外形線を有し、
前記第1外形線は、前記磁性細線内の前記第1方向に平行な仮想直線からの距離が極小となる第1極小点と、この第1極小点と異なる、前記仮想直線からの距離が極小となる第2極小点と、前記第1極小点と前記第2極小点との間で前記仮想直線からの距離が最大となる第1極大点とを有し、
前記第1極小点と前記第2極小点とを結ぶ第1直線と、前記第1極小点と前記第1極大点とを結ぶ第2直線または前記第2極小点と前記第1極大点とを結ぶ第3直線との成す角度が4度以上30度以下である磁気記憶素子。 - 前記第2外形線は、前記仮想直線からの距離が極小となる第3極小点と、この第3極小点と異なる、前記仮想直線からの距離が極小となる第4極小点と、前記第3極小点と前記第4極小点との間で前記仮想直線からの距離が最大となる第2極大点とを有し、
前記第3極小点と前記第4極小点とを結ぶ第4直線と、前記第3極小点と前記第2極大点とを結ぶ第5直線または前記第4極小点と前記第2極大点とを結ぶ第6直線との成す角度が4度以上30度以下である請求項1記載の磁気記憶素子。 - 前記磁性細線の前記第2方向における最大の長さが60nm以下である請求項1または2記載の磁気記憶素子。
- 前記第2外形線は前記第1外形線の前記第1極大点に対応する、前記仮想直線からの距離が最大となる極大点を有し、前記第1極大点とこの第1極大点に対応する前記第2外形線の極大点とを結ぶ線は前記第1方向に略直交し、
前記第1外形線は、前記第1極大点とこの第1極大点に対応する前記第2外形線の極大点とを結ぶ前記線を直径とする円の外周より外側に位置する部分が存在する請求項1または2記載の磁気記憶素子。 - 磁区を有する磁性細線と、
前記磁性細線に接続され前記磁性細線に電流を流す一対の電極と、
前記磁性細線に接続され前記磁区に磁化情報を書き込む書き込み部と、
前記磁性細線に接続され前記磁区の磁化情報を読み出す読み出し部と、
を備え、
前記磁性細線は前記磁性細線が延在する第1方向に直交する方向に磁化方向を有し、
前記第1方向と直交する第2方向と前記第1方向とによって決定される平面で切断した前記磁性細線の断面が第1および第2外形線を有し、
前記第1外形線は、前記磁性細線内の前記第1方向に平行な仮想直線からの距離が極大となる第1極大点と、この第1極大点と異なる、前記仮想直線からの距離が極大となる第2極大点と、前記第1極大点と前記第2極大点との間で前記仮想直線からの距離が最小となる第1極小点とを有し、
前記第1極大点と前記第2極大点とを結ぶ第1直線と、前記第1極大点と前記第1極小点とを結ぶ第2直線または前記第2極大点と前記第1極小点とを結ぶ第3直線との成す角度が4度以上30度以下である磁気記憶素子。 - 前記第2外形線は、前記仮想直線からの距離が極大となる第3極大点と、この第3極大点と異なる、前記仮想直線からの距離が極大となる第4極大点と、前記第3極大点と前記第4極大点との間で前記仮想直線からの距離が最小となる第2極小点とを有し、
前記第3極大点と前記第4極大点とを結ぶ第4直線と、前記第3極大点と前記第2極小点とを結ぶ第5直線または前記第4極大点と前記第2極小点とを結ぶ第6直線との成す角度が4度以上30度以下である請求項5記載の磁気記憶素子。 - 前記磁性細線の前記第2方向における最大の長さが60nm以下である請求項5または6記載の磁気記憶素子。
- 前記第2外形線は前記第1外形線の前記第1極大点に対応する、前記仮想直線からの距離が最大となる極大点を有し、前記第1極大点とこの第1極大点に対応する前記第2外形線の極大点とを結ぶ線は前記第1方向に略直交し、
前記第1外形線は、前記第1極大点とこの第1極大点に対応する前記第2外形線の極大点とを結ぶ前記線を直径とする円の外周より外側に位置する部分が存在する請求項5または6記載の磁気記憶素子。 - 前記磁性細線内の前記磁区は、前記第1方向における長さが6nm以上200nm以下である請求項1乃至8のいずれかに記載の磁気記憶素子。
- 前記磁性細線は、希土類元素と鉄族遷移元素との合金である請求項1乃至9のいずれかに記載の磁気記憶素子。
- 前記第1外形線は前記仮想直線からの距離が極小となる極小点を複数個有し、前記第2外形線は前記第1外形線の各極小点に対応して前記第1方向の同じ位置に前記仮想直線からの距離が極小となる極小点を有し、前記第1外形線の隣接する極小点間の距離が前記第1方向の位置によって異なる請求1乃至10のいずれかに記載の磁気記憶素子。
- 前記磁性細線は、前記第1方向における長さが6nmの領域において、細線幅変化率が10%以上となる部分を有する請求項1乃至11のいずれかに記載の磁気記憶素子。
- 前記磁性細線は、前記第1方向における長さが6nmの領域において、細線幅変化が10nm以下である請求項1乃至11のいずれかに記載の磁気記憶素子。
- マトリクス状に配列された請求項1乃至13のいずれかに記載の複数の磁気記憶素子と、
前記複数の磁気記憶素子のそれぞれに対応して設けられた複数のスイッチングトランジスタであって、ソースおよびドレインのうちの一方が対応する列の磁気記憶素子内の読み出し部の一端に接続される、複数のスイッチングトランジスタと、
行に対応して設けられた複数の第1配線であって、各第1配線には、対応する行の前記スイッチングトランジスタのゲートが接続される、複数の第1配線と、
列に対応して設けられた複数の第2配線であって、各第2配線には、対応する列の前記記憶素子内の前記読み出し部の他端が接続される、複数の第2配線と、
を備えている磁気記憶装置。 - 請求項14記載の磁気記憶装置を複数個備え、前記複数の磁気記憶装置がマトリクス状に配列されている磁気メモリ。
- 請求項1乃至13のいずれかに記載の磁気記憶素子の駆動方法であって、
前記一対の電極を通して前記磁性細線に電流を第1の時間、流す第1ステップと、
前記第1ステップの後に、前記電流を遮断し、前記第1の時間よりも長い第2の時間待機する第2ステップと、
を備えている駆動方法。 - 磁性細線を備え、
前記磁性細線は前記磁性細線が延在する第1方向に直交する方向に磁化方向を有し、
前記第1方向とこの第1方向に交差する第2方向とによって決定される平面で切断した前記磁性細線の断面が第1および第2外形線を有し、
前記磁性細線は、前記第2方向の幅が極小となる第1部分と、この第1部分と異なる、前記第2方向の幅が極小となる第2部分と、前記第1部分と前記第2部分との間で前記第2方向の幅が最大となる第3部分とを有し、
前記第1外形線は、前記第1部分における第1点と、前記第2部分における第2点と、前記第3部分における第3点とを有し、
前記第1点と前記第2点とを結ぶ第1直線と、前記第1点と前記第3点とを結ぶ第2直線との成す角度が4度以上30度以下である磁気記憶素子。 - 磁性細線を備え、
前記磁性細線は前記磁性細線が延在する第1方向に直交する方向に磁化方向を有し、
前記第1方向とこの第1方向に交差する第2方向とによって決定される平面で切断した前記磁性細線の断面が第1および第2外形線を有し、
前記磁性細線は、前記第2方向の幅が極大となる第1部分と、この第1部分と異なる、前記第2方向の幅が極大となる第2部分と、前記第1部分と前記第2部分との間で前記第2方向の幅が最小となる第3部分とを有し、
前記第1外形線は、前記第1部分における第1点と、前記第2部分における第2点と、前記第3部分における第3点とを有し、
前記第1点と前記第2点とを結ぶ第1直線と、前記第1点と前記第3点とを結ぶ第2直線との成す角度が4度以上30度以下である磁気記憶素子。 - 前記磁性細線の前記第2方向における最大の長さが60nm以下である請求項17または18記載の磁気記憶素子。
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