JP6219395B2 - 面内電流と電場を利用した磁気メモリ素子 - Google Patents
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Description
前記自由磁性層に隣接して、前記磁気メモリセルに面内電流を印加する導線;前記磁気メモリセルに提供される外部磁場;及び前記磁気メモリセルのそれぞれに独立して電圧を供給する素子;を含み、
前記固定磁性層は、固定磁化方向を有し、膜面に対して垂直方向に磁化される物質からなる薄膜であり、
前記自由磁性層は、磁化方向が変わり、膜面に対して垂直方向に磁化される物質からなる薄膜であり、
前記外部磁場は、膜面に対して垂直方向(z軸)に磁化反転を誘導するように前記導線の長手方向に沿って印加され、
前記外部磁場が印加され且つ前記導線内の面内電流により供給される印加されたスピン電流によってスピンホールスピントルクが生成されるときに、前記自由磁性層に選択的に印加される電圧により、選択された磁気メモリセルの磁化方向を選択的に変化させて前記自由磁性層の垂直磁気異方性を減少させることが、実現されることを特徴とする磁気メモリ素子を提供する。
本発明による磁気メモリ素子の効果を磁化の運動方程式を利用した微小磁気モデリングを通じて確認した。
(1)下記の図2のように、本発明の一実施例による磁気メモリ素子に対して各セルごとに電圧でセルを選択するか、選択していない場合、導線204に印加した多様な値の面内電流及び外部で印加した磁場による自由磁性層の磁化反転の有無が決定される。
全体構造の断面積=400nm2
自由磁性層203:厚さ(t)=2nm、垂直磁気異方性定数(Kt)=8×106erg/cm3、飽和磁化値(MS)=1000emu/cm3、ギルバート減衰定数(α)=0.1、スピンホール角度(θSH)=0.3"
(3)下記の図4Aは、セルに選択的に加えられる電圧が印加されず、自由磁性層の磁気異方性の変化がないときの、印加された電流及び磁場によって磁化反転の有無を図示したグラフである。白地の‘磁化反転不可能’領域では、自由磁性層の磁化反転が起こらず、黒地の‘磁化反転可能’領域では、磁化反転が起こる。
101:固定磁性層
102:絶縁層
103:自由磁性層
200:本発明による磁気メモリ素子の構造
201:固定磁性層
202:絶縁層
203:自由磁性層
204:導線
300:本発明による複数個の磁気トンネル接合構造の磁気メモリセルが導線に接合されている磁気メモリ素子の構造
301:導線に隣接した複数個の磁気トンネル接合構造の磁気メモリセル
Claims (16)
- 固定磁性層、絶縁層及び自由磁性層を含む磁気メモリセルを複数個備える磁気メモリ素子であって、
前記自由磁性層に隣接して、前記磁気メモリセルに面内電流を印加する導線;前記磁気メモリセルに提供される外部磁場;及び前記磁気メモリセルのそれぞれに独立して電圧を供給する素子;を含み、
前記固定磁性層は、固定磁化方向を有し、膜面に対して垂直方向に磁化される物質からなる薄膜であり、
前記自由磁性層は、磁化方向が変わり、膜面に対して垂直方向に磁化される物質からなる薄膜であり、
前記外部磁場は、膜面に対して垂直方向(z軸)に磁化反転を誘導するように前記導線の長手方向に沿って印加され、
前記外部磁場が印加され且つ前記導線内の面内電流により供給される印加されたスピン電流によってスピンホールスピントルクが生成されるときに、前記自由磁性層に選択的に印加される電圧により、選択された磁気メモリセルの磁化方向を選択的に変化させて前記自由磁性層の垂直磁気異方性を減少させることが、実現される
ことを特徴とする磁気メモリ素子。 - 前記固定磁性層は、Fe、Co及びNi並びにこれらの混合物を含む一群のうち少なくとも1つを含む物質からなることを特徴とする請求項1に記載の磁気メモリ素子。
- 前記固定磁性層は、X層及びY層からなる2重層がn個積層されてなる多層薄膜((X/Y)n、n≧1)の多層薄膜構造であり、
前記X層及びY層は、それぞれ独立してFe、Co及びNi並びにこれらの混合物を含む一群のうち少なくとも1つを含むことを特徴とする請求項2に記載の磁気メモリ素子。 - 前記固定磁性層は、第1磁性層、非磁性層及び第2磁性層からなる反磁性体構造であって、
前記第1磁性層及び第2磁性層は、それぞれ独立してFe、Co及びNi並びにこれらの混合物を含む一群のうち少なくとも1つを含む物質からなり、
前記非磁性層は、Ru、Cu、及びこれらの混合物のうちから選択される物質からなることを特徴とする請求項1に記載の磁気メモリ素子。 - 前記第1磁性層及び第2磁性層のうち少なくとも1つ以上は、X層及びY層からなる2重層がn個積層されてなる多層薄膜((X/Y)n、n≧1)の多層薄膜構造であり、
前記X層及びY層は、それぞれ独立してFe、Co及びNi並びにこれらの混合物を含む一群のうち少なくとも1つを含むことを特徴とする請求項4に記載の磁気メモリ素子。 - 前記固定磁性層は、反強磁性層;第1磁性層;非磁性層;及び第2磁性層;からなる交換バイアスされた反磁性体構造であって、
前記反強磁性層は、Ir、Pt、Mn、及びこれらの混合物のうちから選択される物質からなり、
前記第1磁性層及び第2磁性層は、それぞれ独立してFe、Co及びNi並びにこれらの混合物を含む一群のうち少なくとも1つを含む物質からなり、
前記非磁性層は、Ru、Cu、及びこれらの混合物のうちから選択される物質からなることを特徴とする請求項1に記載の磁気メモリ素子。 - 前記第1磁性層及び第2磁性層のうち少なくとも1つ以上は、X層及びY層からなる2重層がn個積層されてなる多層薄膜((X/Y)n、n≧1)の多層薄膜構造であり、
前記X層及びY層は、それぞれ独立してFe、Co及びNi並びにこれらの混合物を含む一群のうち少なくとも1つを含むことを特徴とする請求項6に記載の磁気メモリ素子。 - 前記自由磁性層は、Fe、Co及びNi並びにこれらの混合物を含む一群のうち少なくとも1つを含む物質からなることを特徴とする請求項1に記載の磁気メモリ素子。
- 前記自由磁性層は、X層及びY層からなる2重層がn個積層されてなる多層薄膜((X/Y)n、n≧1)の多層薄膜構造であり、
前記X層及びY層は、それぞれ独立してFe、Co及びNi並びにこれらの混合物を含む一群のうち少なくとも1つを含むことを特徴とする請求項8に記載の磁気メモリ素子。 - 前記絶縁層は、AlOx、MgO、TaOx、ZrOx、及びこれらの混合物のうちから選択される物質からなることを特徴とする請求項1に記載の磁気メモリ素子。
- 前記面内電流を印加する導線は、Cu、Ta、Pt、W、Gd、Bi、Ir、及びこれらの混合物のうちから選択される物質からなることを特徴とする請求項1に記載の磁気メモリ素子。
- 前記磁気メモリセルの外部に隣接する導線をさらに含み、前記導線に電流が印加されるとき、形成されるエルステッド磁場を、前記磁気メモリセルに提供される磁場として使うことを特徴とする請求項1に記載の磁気メモリ素子。
- 前記磁気メモリセルは、固定磁性層、絶縁層及び自由磁性層が積層された構造外部に水平磁気異方性を有する磁性層をさらに含み、
前記水平磁気異方性を有する磁性層から発生する漏れ磁場を、前記磁気メモリセルに提供される磁場として使うことを特徴とする請求項1に記載の磁気メモリ素子。 - 前記水平磁気異方性を有する磁性層は、Fe、Co及びNi並びにこれらの混合物を含む一群のうち少なくとも1つを含む物質からなることを特徴とする請求項13に記載の磁気メモリ素子。
- 前記水平磁気異方性を有する磁性層に隣接する反強磁性層をさらに含み、前記反強磁性層によって、前記水平磁気異方性を有する磁性層は磁化が固定されたことを特徴とする請求項13に記載の磁気メモリ素子。
- 前記水平磁気異方性を有する磁性層に隣接した反強磁性層は、IrMn、FeMn、PtMn、及びこれらの混合物のうちから選択される物質からなることを特徴とする請求項15に記載の磁気メモリ素子。
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