強磁性層を有する自己参照磁気ランダムアクセスメモリ（ＭＲＡＭ）セル
【課題】小さい書き込み磁界及び読み出し磁界をそれぞれ使用して書き込みされ得て読み出しされ得るＭＲＡＭセルを提供する。
【解決手段】ＭＲＡＭセル１は、磁気トンネル接合２が高温閾値で加熱されるときに第１方向から第２方向に調整可能であり且つ低温閾値でピン止めされる正味の記憶磁化方向を有する記憶層２３と、可逆性である正味のセンス磁化方向を有するセンス層２１と、このセンス層をこの記憶層から分離するトンネル障壁層２２とから構成された磁気トンネル接合を有する。記憶層２３とセンス層２１とのうちの少なくとも１つの層の補償温度で、その第１磁化方向とその第２磁化方向とがほぼ等しいように、記憶層２３とセンス層２１とのうちの少なくとも１つの層が、３ｄ−４ｆアモルファスフェリ磁性合金材料から成り、その材料が、第１磁化方向を提供する３ｄ遷移金属原子の副格子と、第２磁化方向を提供する４ｆ希土類原子の副格子とを有する。
【解決手段】ＭＲＡＭセル１は、磁気トンネル接合２が高温閾値で加熱されるときに第１方向から第２方向に調整可能であり且つ低温閾値でピン止めされる正味の記憶磁化方向を有する記憶層２３と、可逆性である正味のセンス磁化方向を有するセンス層２１と、このセンス層をこの記憶層から分離するトンネル障壁層２２とから構成された磁気トンネル接合を有する。記憶層２３とセンス層２１とのうちの少なくとも１つの層の補償温度で、その第１磁化方向とその第２磁化方向とがほぼ等しいように、記憶層２３とセンス層２１とのうちの少なくとも１つの層が、３ｄ−４ｆアモルファスフェリ磁性合金材料から成り、その材料が、第１磁化方向を提供する３ｄ遷移金属原子の副格子と、第２磁化方向を提供する４ｆ希土類原子の副格子とを有する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
分野
本発明は、低いスイッチング磁界を有するフェリ磁性センス層及び／又は記憶層を使用する自己参照磁気ランダムアクセスメモリ（ＭＲＡＭ）セルに関する。また、本発明は、ＭＲＡＭセルが小さい書き込み磁界及び読み出し磁界をそれぞれ使用して書き込みされ得て読み出しされ得るように、ＭＲＡＭセルに書き込むための方法及びＭＲＡＭセルを読み出すための自己参照方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
関連技術の説明
一般に、いわゆる自己参照読み出し操作を使用する磁気ランダムアクセスメモリ（ＭＲＡＭ）セルが、その方向が第１安定方向から第２安定方向に変更され得る磁化方向を有する磁気記憶層と、薄い絶縁層と、可逆性の方向を有するセンス層とから構成された磁気トンネル接合を有する。自己参照ＭＲＡＭセルが、書き込み及び読み出し操作を低い電力消費と向上された速さとで実施することを可能にする。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】ヨーロッパ特許出願第２２７６０３４号明細書
【特許文献２】ヨーロッパ特許出願公開第２２３２４９５号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、センス層の磁化方向を記憶層の磁化方向に閉じられた磁束線で結合する漂遊局所磁界に起因して、双極子カップリングが、書き込み操作中にこの記憶層とこのセンス層との間で発生する。このとき、書き込み操作中に記憶層の磁化方向を切り替えることが、当該双極子カップリングに打ち勝つために十分に高い磁界を印加することを必要とする。磁界サイクルを記憶層のヒステリシスループを測定するために印加するときに、当該双極子カップリングが、このヒステリシスループをシフト（バイアス）させる。この双極子カップリングは、記憶層とセンス層との厚さと磁化方向とに依存し且つ磁気トンネル接合のサイズに依存する。特に、双極子カップリングが、磁気トンネル接合の直径の減少と共に増大し、したがってＭＲＡＭセルを縮小するときに、大きな問題になりうる。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
概要
本発明は、磁気トンネル接合に基づくランダムアクセスメモリ（ＭＲＡＭ）セルに関する。当該ＭＲＡＭセルは、磁気トンネル接合が高温閾値で加熱されるときに第１方向から第２方向に調整可能であり且つ低温閾値でピン止めされる正味の記憶磁化方向を有する記憶層と、印加された磁界の下で可逆性であるセンス磁化方向を有するセンス層と、このセンス層をこの記憶層から分離するトンネル障壁層とから構成された磁気トンネル接合を有する。前記記憶層と前記センス層とのうちの少なくとも１つの層の補償温度で、その第１磁化方向とその第２磁化方向とがほぼ等しいように、前記記憶層と前記センス層とのうちの少なくとも１つの層が、３ｄ−４ｆアモルファスフェリ磁性合金材料から成り、当該３ｄ−４ｆアモルファスフェリ磁性合金材料が、第１磁化方向を提供する３ｄ遷移金属原子の副格子と、第２磁化方向を提供する４ｆ希土類原子の副格子とを有する。
【０００６】
一実施の形態では、前記センス層は、３ｄ−４ｆアモルファスフェリ磁性合金材料から成る。その第１磁化方向は、第１センス磁化方向である。その第２磁化方向は、第２センス磁化方向である。この場合、前記センス層の補償温度が、前記高温閾値にほぼ一致する。
【０００７】
別の実施の形態では、前記記憶層は、３ｄ−４ｆアモルファスフェリ磁性合金材料から成る。その第１磁化方向は、第１記憶磁化方向である。その第２磁化方向は、第２記憶磁化方向である。この場合、前記記憶層の補償温度が、前記低温閾値にほぼ一致する。
【０００８】
さらに別の実施の形態では、前記センス層は、第１磁化方向と第２磁化方向とを提供する３ｄ−４ｆアモルファスフェリ磁性合金材料から成る。前記記憶層は、第１磁化方向と第２磁化方向とを提供する３ｄ−４ｆアモルファスフェリ磁性合金材料から成る。この記憶層の補償温度が、このセンス層の補償温度より大きい。
【０００９】
さらに別の実施の形態では、前記記憶層の前記補償温度は、前記低温閾値にほぼ一致する。前記センス層の前記補償温度は、前記高温閾値にほぼ一致する。
【００１０】
さらに別の実施の形態では、前記補償温度は、前記３ｄ遷移金属の副格子〜前記４ｆ希土類の副格子の相対組成にしたがって調整され得る。
【００１１】
さらに別の実施の形態では、前記フェリ磁性材料は、Ｇｄ、Ｓｍ又はＴｂを伴うＣｏ又はＦｅを含有する合金から成る。
【００１２】
また、本発明は、ＭＲＡＭセルに書き込むための方法に関する。当該方法は：
前記磁気トンネル接合を前記高温閾値に加熱し、
前記磁気トンネル接合が、前記高温閾値に達すると、データを前記記憶層に書き込むため、この記憶層の磁化方向を切り替えることから成る。
【００１３】
前記高温閾値が、前記補償温度にほぼ一致する。
【００１４】
さらに、本発明は、ＭＲＡＭセルを読み出すための方法に関する。当該方法は：
前記正味のセンス磁化方向を第１方向に整合させ、
切り替えられた前記記憶磁化方向の向きに対する前記正味のセンス磁化方向の前記第１方向によって決定される、前記磁気トンネル接合の第１抵抗を測定し、
前記正味のセンス磁化方向を第２方向に整合させ、
切り替えられた前記記憶磁化方向の向きに対する前記正味のセンス磁化方向の前記第２方向によって決定される、前記磁気トンネル接合の第２抵抗を測定し、
前記第１抵抗の値と前記第２抵抗の値との差を決定することから成る。
【００１５】
前記正味のセンス磁化方向を前記第１方向と前記第２方向とに整合させることは、前記補償温度より下の読み出し温度で実行される。
【００１６】
当該開示されたＭＲＡＭセルは、小さい書き込み磁界及び読み取り磁界をそれぞれ使用して書き込まれて読み出され得る。
【００１７】
図面の簡単な説明
本発明は、事例によって付与され且つ図面によって示された実施の形態の説明を用いてより良好に理解される。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】一実施の形態による、自己参照ランダムアクセスメモリ（ＭＲＡＭ）セルを示す。
【図２】本発明による、ＭＲＡＭセル内でセンス層として使用される強磁性層の磁化方向の温度依存性を示す。
【図３】本発明による、ＭＲＡＭセル内で記憶層として使用される強磁性層の磁化方向の温度依存性を示す。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
本発明の可能な実施の形態の詳細な説明
図１は、一実施の形態による自己参照ランダムアクセスメモリ（ＭＲＡＭ）セル１を示す。このＭＲＡＭセル１が、磁気トンネル接合２を有する。この磁気トンネル接合２が、正味の記憶磁化方向２３０を有する強磁性記憶層２３、正味のセンス磁化方向２１０を有するフェリ磁性センス層２１及びこの記憶層２３とこのセンス層２１との間に追加されたトンネル障壁層２２から構成される。層２５が、金属接触電極を示す。記憶磁化方向２３０の方向が、熱アシストされた切り替え（ＴＡＳ）書き込み操作を使用することによって第１安定方向から第２安定方向に調整可能である。換言すれば、記憶層２３が、高温閾値で加熱され、低温閾値でピン止めされるときに、正味の記憶磁化方向２３０が調整され得る。この記憶層２３は、例えば鉄−コバルト（ＣｏＦｅ）、鉄−コバルト−ホウ素（ＣｏＦｅＢ）、鉄−ニッケル（ＮｉＦｅ）、コバルト（Ｃｏ）等のような強磁性材料から製作されてもよい。図１の実施の形態では、記憶層２３が、反強磁性記憶層２４によって交換結合される。この反強磁性記憶層２４が、正味の記憶磁化方向２３０を低温閾値でピン止めし、この正味の記憶磁化方向２３０を高温閾値で自由にするために適合されている。この反強磁性記憶層２４は、ＩｒＭｎ、ＦｅＭｎ又はその他の適切な材料のようなマンガンを母材とした合金から製作され得る。一般に、当該高温閾値は、室温より上であり、例えば１２０°〜２２０°である。
【００２０】
トンネル障壁層２２は、好ましくはＡｌ２Ｏ３及びＭｇＯを有するグループから選択された材料から製作される。磁気トンネル接合２のトンネル抵抗が、当該絶縁層の厚さに指数関数的に依存し、当該磁気トンネル接合の抵抗−面積の積（ＲＡ）によって測定される。磁気トンネル接合２（記憶層２３及び反強磁性層２４）の温度を上げる十分に大きい電流をこの磁気トンネル接合に通電させるためには、このＲＡは十分に小さい必要がある。センス層２１が、低い保持力の、一般に鉄、コバルト、ニッケル又はこれらの合金を含有する軟フェリ磁性材料から製作され得る。このセンス層２１の正味のセンス磁化方向２１０が、容易に可逆可能である。つまり、当該正味のセンス磁化方向２１０は、低温閾値と高温閾値とで調整され得る。
【００２１】
一実施の形態によれば、当該ＴＡＳ書き込み操作が：
磁気トンネル接合２を高温閾値に加熱すること、
この磁気トンネル接合２が、この高温閾値に達すると、正味の記憶磁化方向２３０を（データを書き込む）書き込み状態に切り替え、
この正味の記憶磁化方向２３０を書き込み状態に固定するため、この磁気トンネル接合２を低温閾値に冷却することから成る。
【００２２】
磁気トンネル接合２を加熱することは、（図１の実施の形態中に示されたように）例えば電流線５を通じて加熱電流３１を印加することから成ってもよい。高温閾値は、ブロッキング温度ＴＢＳより上の温度に相当し得る。反強磁性層２４と記憶層２３との間の交換結合が、当該温度で消滅し、もはやピン止めされていない正味の記憶磁化方向２３０が、任意に調整され得る。正味の記憶方向２３０を切り替えることは、外部の書き込み磁界４２を印加することから成ってもよい。このとき、正味の記憶磁化方向２３０が、印加された磁界４２の方向に応じて一方向に切り替えられる。この書き込み磁界４２は、（図１の実施の形態中に示されたように）磁気トンネル接合２とやりとりする磁界線４中に書き込み電流４１を通電することによって印加され得る。当該磁界線４は、一般には磁気トンネル接合２の上又は下に配置される。低温閾値は、反強磁性層２４のブロッキング温度ＴＢＳより下の温度に相当する。反強磁性層２４が、当該温度で正味の記憶磁化方向２３０をピン止めする。磁気トンネル接合２を冷却することは、例えば磁気トンネル接合２が高温閾値に達した後に、加熱電流３１を抑制することから成ってもよい。
【００２３】
一実施の形態では、ＭＲＡＭセル１の自己参照読み出し操作が、第１読み出し磁界５２の第１方向に応じて、正味のセンス磁化方向２１０を当該第１方向に整合させるために適合された当該第１読み出し磁界５２を印加することから成る第１読み出しサイクルを有する。当該第１読み出し磁界５２が、第１極性を有する第１読み出し磁界電流５１を磁界線４中に通電することによって印加され得る。このとき、正味のセンス磁化方向２１０の第１方向が、センス電流３２を磁気トンネル接合２に通電することによって（データを書き込む）正味の記憶磁化方向２３０と比較される。この磁気トンネル接合２に対応する第１抵抗値Ｒ１が、この磁気トンネル接合２にわたって測定された電圧を発生させる。正味のセンス磁化方向２１０が、記憶磁化方向２３０に対してほぼ平行に整合される場合は、第１抵抗値Ｒ１は小さい（Ｒ１＝Ｒｍｉｎ）。他方で、正味のセンス磁化方向２１０が、記憶磁化方向２３０に対してほぼ反平行に整合される場合は、第１抵抗値Ｒ１は大きい（Ｒ１＝Ｒｍａｘ）。
【００２４】
当該第１抵抗値Ｒ１が、（ヨーロッパ特許出願第２２７６０３４号明細書中に記された）一般にＲｍｉｎとＲｍａｘとの間の半分である参照抵抗と比較され得る。好ましくは、ＭＲＡＭセル１の読み出し操作は、第２読み出し磁界５４の第２方向に応じて、正味のセンス磁化方向２０１を第１方向と反対の当該第２方向に整合させるために適合された当該第２読み出し磁界５４を印加することから成る第２読み出しサイクルをさらに有する。この第２読み出し磁界５４が、第２極性を有する第２読み出し磁界電流５３を磁界線４中に通電することによって印加され得る。このとき、正味のセンス磁化方向２１０の第２方向が、センス電流３２を磁気トンネル接合２に通電することによって切り換えられた正味の記憶磁化方向２３０と比較される。センス電流３２が、この磁気トンネル接合２に通電されるときに、この磁気トンネル接合２に対応する第２抵抗値Ｒ２が、この磁気トンネル接合２にわたって測定された電圧を発生させる。このとき、書き込みデータが、当該第２抵抗値Ｒ２と第１読み出しサイクル中に測定された第１抵抗値Ｒ１との差によって決定され得る。当該第１抵抗値Ｒ１と第２抵抗値Ｒ２との差は、磁気トンネルの磁気抵抗又は磁気抵抗ΔＲとも呼ばれる。当該記憶された第１抵抗値Ｒ１と当該第２抵抗値Ｒ２との差が、負又は正の磁気抵抗ΔＲを発生させ得る。
【００２５】
高温閾値での書き込み操作中は、記憶層２３が、反強磁性層２４にもはや交換結合されず、記憶磁化方向２３０が自由に調整され得る。しかしながら、センス磁化方向２１０に起因した記憶層２３とセンス層２１との双極子カップリングが、この記憶層２３をこのセンス層２１に結合する（図示されなかった）漂遊局所磁界を誘導しうる。当該漂遊局所磁界の値に応じて、すなわち正味のセンス磁化方向２１０の値に応じて、記憶磁化方向２３０が、ＭＲＡＭセル１の書き込みを抑制する当該双極子カップリングによってピン止めされうる。換言すれば、印加された書き込み磁界４２の大きさが増大されない限り、当該印加された書き込み磁界４２が、センス層２１による記憶層２３の双極子カップリングに打ち勝つことができない。
【００２６】
正味の記憶磁化方向２３０も、記憶層２３をセンス層２１に結合する（図示されなかた）漂遊局所磁界を誘導しうる。読み出し操作中は、増大された大きさの、第１読み出し磁界５２と第２読み出し磁界５４とが、記憶磁化方向２３０に起因した記憶層２３とセンス層２１とのこの双極子カップリングのために必要とされうる。
【００２７】
一実施の形態では、センス層２１が、３ｄ−４ｆアモルファスフェリ磁性合金から成る。当該３ｄ−４ｆアモルファスフェリ磁性合金が、３ｄ遷移金属〜４ｆ希土類材料で適切な元素と相対組成とを選択することによって提供され得る。ＭＲＡＭデバイスで使用される当該３ｄ−４ｆアモルファスフェリ磁性材料が、ヨーロッパ特許出願公開第２２３２４９５号明細書中に記されている。ここで開示された当該材料は、異なる目的のためのものである。さらに特に、センス層２１の３ｄ−４ｆアモルファスフェリ磁性材料が、第１センス磁化方向、ここでは第１センス磁化方向２１１を提供する３ｄ遷移金属の副格子と、第２磁化方向、ここでは第２センス磁化方向２１２を提供する４ｆ希土類原子の副格子とから成る。したがって、センス層２１の正味のセンス磁化方向２１０は、第１センス磁化方向２１１と第２センス磁化方向２１２とのベクトル和である。図２は、当該３ｄ−４ｆアモルファスフェリ磁性合金から製作されたセンス層２１の磁化方向の温度依存性を示す。さらに特に、この図は、３ｄ遷移金属原子の副格子の第１センス磁化方向２１１の絶対値と、４ｆ遷移金属原子の副格子の第２センス磁化方向２１２の絶対値とを温度の関数として示す。温度の関数としての正味のセンス磁化方向２１０も示されている。図２の例では、第１センス磁化方向２１１が、第２センス磁化方向２１２に対して反平行に配向されるように、３ｄ遷移金属の副格子と４ｆ希土類材料の副格子とのそれぞれの組成が選択されてある。センス層２１の補償温度ＴＣＯＭＰでは、第１センス磁化方向２１１と第２センス磁化方向２１２とが、ほぼ等しい大きさで且つ反対の符号を有する。これらの条件では、第１センス磁化方向２１１と第２センス磁化方向２１２とが相殺され、その正味のセンス磁化方向２１０が、ほぼ零になる。
【００２８】
補償温度ＴＣＯＭＰより下では、第２センス磁化方向２１２が、第１センス磁化方向２１１より大きくなり、正味のセンス磁化方向２１０が、この第２センス磁化方向２１２の向きに配向される。反対に、補償温度ＴＣＯＭＰより上では、第１センス磁化方向２１１が、第２センス磁化方向２１２より大きくなり、正味のセンス磁化方向２１０が、この第１センス磁化方向２１１の向きに配向される。温度が、センス層２１のキュリー温度ＴＣＷ以上に上昇されると、正味のセンス磁化方向２１０がほぼ零になり、センス層２１が常磁性になるように、熱変動が起こる。図２中に示されたように、センス層２１の保持力場ＨＷが発生する。保持力場ＨＷが、補償温度ＴＣＯＭＰで異なり、理論的には無限に増大する。補償温度ＴＣＯＭＰの両側では、温度が、補償温度ＴＣＯＭＰに近づくほど、保持力場ＨＷが、専らより速く減少する。
【００２９】
好適な実施の形態では、センス層２１の補償温度ＴＣＯＭＰが、高温閾値にほぼ一致する。この高温閾値での書き込み操作中は、正味のセンス磁化方向２１０が、ほぼ零であり、センス層２１による記憶層２３の双極子カップリングが発生しない。結果として、正味の記憶磁化方向２３０が、印加された小さい大きさの書き込み磁界４２を使用して容易に切り替えられ得る。
【００３０】
読み出し操作が、補償温度ＴＣＯＭＰより下の読み出し温度Ｔｒｅａｄで実行される。この読み出し温度Ｔｒｅａｄは、低温閾値に相当する。第１読み出し磁界５３及び第２読み出し磁界５４が、正味の記憶磁化方向２３０を切り替えできないように、この正味の記憶磁化方向２３０が、この低温閾値で反強磁性記憶層２４によってピン止めされる。当該読み出し操作中は、正味の記憶磁化方向２３０が、第１読み出し磁界５３及び第２読み出し磁界５４によって切り替えられ得ないように、この正味の記憶磁化方向２３０が、反強磁性記憶層２４によってピン止めされる。
【００３１】
好ましくは、３ｄ−４ｆアモルファスフェリ磁性合金が、Ｇｄ、Ｓｍ、又はＴｂを伴うＣｏ又はＦｅを含有する合金から成る。補償温度ＴＣＯＭＰが、当該３ｄ−４ｆアモルファスフェリ磁性合金の組成にしたがって調整され得る。例えば、当該補償温度ＴＣＯＭＰが、相対組成を３ｄ遷移金属と４ｆ希土類材料との間で選択することによって調整され得る。
【００３２】
ここで開示されたＭＲＡＭセル１と書き込み操作方法との利点は、補償温度ＴＣＯＭＰでの低い又は零の漂遊磁界に起因して、記憶磁化層２３０が、書き込み操作中に小さい大きさの書き込み磁界４２を使用して切り替えられ得る点である。さらに、正味のセンス磁化方向２１０が、容易に可逆可能であるので、第１読み出し磁界５２と第２読み出し磁界５４とが、読み出し操作中に小さくできる。
【００３３】
別の実施の形態では、記憶層２３が、３ｄ−４ｆアモルファスフェリ磁性合金から成る。さらに特に、当該記憶層２３の３ｄ−４ｆアモルファスフェリ磁性合金が、第１磁化方向、ここでは第１記憶磁化方向２３１を提供する３ｄ遷移金属原子の副格子と、第２磁化方向、ここでは第２記憶磁化方向を提供する４ｆ希土類原子の副格子とから成る。すなわち、当該記憶層２３の正味の記憶磁化方向２３０は、第１記憶磁化方向２３１と第２記憶磁化方向２３２とのベクトル和である。図３は、当該３ｄ−４ｆアモルファスフェリ磁性合金から製作された記憶層２３の磁化方向の温度依存性を示す。さらに特に、この図は、３ｄ遷移金属原子の副格子の第１センス磁化方向２３１の絶対値と、４ｆ遷移金属原子の副格子の第２センス磁化方向２３２の絶対値とを温度の関数として示す。温度の関数としての正味のセンス磁化方向２３０も示されている。図３の例では、第１記憶磁化方向２３１が、第２記憶磁化方向２３２に対して反平行に配向されるように、３ｄ遷移金属の副格子と４ｆ希土類材料の副格子とのそれぞれの組成が選択されてある。記憶層２３の補償温度ＴＣＯＭＰでは、第１記憶磁化方向２３１と第２記憶磁化方向２３２とが、ほぼ等しい大きさで且つ反対の符号を有し、その正味の記憶磁化方向２３０がほぼ零になるように相殺される。
【００３４】
フェリ磁性記憶層２３の補償温度ＴＣＯＭＰが、読み出し温度Ｔｒｅａｄ（又は低温閾値）にほぼ一致するように、当該フェリ磁性記憶層２３の補償温度ＴＣＯＭＰが調整され得る。読み出し操作が、読み出し温度Ｔｒｅａｄ（又は低温閾値）で実行される間は、記憶層２３によるセンス層２１の双極子カップリングが発生しない。結果として、正味のセンス磁化方向２１０が、小さい大きさの第１読み出し磁界５２と第２読み出し磁界５４とによって切り替えられ得る。
【００３５】
さらに別の実施の形態では、センス層２１と記憶層２３との双方が、３ｄ−４ｆアモルファスフェリ磁性合金から成る。この場合、センス層２１が、第１センス磁化方向２１１と第２センス磁化方向２１２とから成り、記憶層２３が、第１記憶磁化方向２３１と第２記憶磁化方向２３２とから成る。記憶層２３の補償温度ＴＣＯＭＰが、センス層２１の補償温度ＴＣＯＭＰより大きいように、記憶層２３の３ｄ−４ｆアモルファスフェリ磁性合金とセンス層２１の３ｄ−４ｆアモルファスフェリ磁性合金とが配合され得る。好適な実施の形態では、記憶層２３の補償温度ＴＣＯＭＰが、読み出し温度Ｔｒｅａｄ（又は低温閾値）にほぼ一致し、センス層２１の補償温度ＴＣＯＭＰが、高温閾値にほぼ一致する。
【符号の説明】
【００３６】
１ 磁気ランダムアクセスメモリ（ＭＲＡＭ）セル
２ 磁気トンネル接合
２１ センス層
２１０ 正味のセンス磁化方向
２１１ 第１センス磁化方向
２１２ 第２センス磁化方向
２２ トンネル障壁層
２３ 記憶層
２４ 反強磁性記憶層
２５ 電極
２３０ 正味の記憶磁化方向
２３１ 第１記憶磁化方向
２３２ 第２記憶磁化方向
３１ 加熱電流
３２ センス電流
４ 磁界線
４１ 書き込み電流
４２ 書き込み磁界
５ 電流線
５２ 第１読み出し磁界
５４ 第２読み出し磁界
ＨＷ 保持力場
Ｔｃｏｍｐ 補償温度（相殺温度）
Ｔｒｅａｄ 読み出し温度
【技術分野】
【０００１】
分野
本発明は、低いスイッチング磁界を有するフェリ磁性センス層及び／又は記憶層を使用する自己参照磁気ランダムアクセスメモリ（ＭＲＡＭ）セルに関する。また、本発明は、ＭＲＡＭセルが小さい書き込み磁界及び読み出し磁界をそれぞれ使用して書き込みされ得て読み出しされ得るように、ＭＲＡＭセルに書き込むための方法及びＭＲＡＭセルを読み出すための自己参照方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
関連技術の説明
一般に、いわゆる自己参照読み出し操作を使用する磁気ランダムアクセスメモリ（ＭＲＡＭ）セルが、その方向が第１安定方向から第２安定方向に変更され得る磁化方向を有する磁気記憶層と、薄い絶縁層と、可逆性の方向を有するセンス層とから構成された磁気トンネル接合を有する。自己参照ＭＲＡＭセルが、書き込み及び読み出し操作を低い電力消費と向上された速さとで実施することを可能にする。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】ヨーロッパ特許出願第２２７６０３４号明細書
【特許文献２】ヨーロッパ特許出願公開第２２３２４９５号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、センス層の磁化方向を記憶層の磁化方向に閉じられた磁束線で結合する漂遊局所磁界に起因して、双極子カップリングが、書き込み操作中にこの記憶層とこのセンス層との間で発生する。このとき、書き込み操作中に記憶層の磁化方向を切り替えることが、当該双極子カップリングに打ち勝つために十分に高い磁界を印加することを必要とする。磁界サイクルを記憶層のヒステリシスループを測定するために印加するときに、当該双極子カップリングが、このヒステリシスループをシフト（バイアス）させる。この双極子カップリングは、記憶層とセンス層との厚さと磁化方向とに依存し且つ磁気トンネル接合のサイズに依存する。特に、双極子カップリングが、磁気トンネル接合の直径の減少と共に増大し、したがってＭＲＡＭセルを縮小するときに、大きな問題になりうる。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
概要
本発明は、磁気トンネル接合に基づくランダムアクセスメモリ（ＭＲＡＭ）セルに関する。当該ＭＲＡＭセルは、磁気トンネル接合が高温閾値で加熱されるときに第１方向から第２方向に調整可能であり且つ低温閾値でピン止めされる正味の記憶磁化方向を有する記憶層と、印加された磁界の下で可逆性であるセンス磁化方向を有するセンス層と、このセンス層をこの記憶層から分離するトンネル障壁層とから構成された磁気トンネル接合を有する。前記記憶層と前記センス層とのうちの少なくとも１つの層の補償温度で、その第１磁化方向とその第２磁化方向とがほぼ等しいように、前記記憶層と前記センス層とのうちの少なくとも１つの層が、３ｄ−４ｆアモルファスフェリ磁性合金材料から成り、当該３ｄ−４ｆアモルファスフェリ磁性合金材料が、第１磁化方向を提供する３ｄ遷移金属原子の副格子と、第２磁化方向を提供する４ｆ希土類原子の副格子とを有する。
【０００６】
一実施の形態では、前記センス層は、３ｄ−４ｆアモルファスフェリ磁性合金材料から成る。その第１磁化方向は、第１センス磁化方向である。その第２磁化方向は、第２センス磁化方向である。この場合、前記センス層の補償温度が、前記高温閾値にほぼ一致する。
【０００７】
別の実施の形態では、前記記憶層は、３ｄ−４ｆアモルファスフェリ磁性合金材料から成る。その第１磁化方向は、第１記憶磁化方向である。その第２磁化方向は、第２記憶磁化方向である。この場合、前記記憶層の補償温度が、前記低温閾値にほぼ一致する。
【０００８】
さらに別の実施の形態では、前記センス層は、第１磁化方向と第２磁化方向とを提供する３ｄ−４ｆアモルファスフェリ磁性合金材料から成る。前記記憶層は、第１磁化方向と第２磁化方向とを提供する３ｄ−４ｆアモルファスフェリ磁性合金材料から成る。この記憶層の補償温度が、このセンス層の補償温度より大きい。
【０００９】
さらに別の実施の形態では、前記記憶層の前記補償温度は、前記低温閾値にほぼ一致する。前記センス層の前記補償温度は、前記高温閾値にほぼ一致する。
【００１０】
さらに別の実施の形態では、前記補償温度は、前記３ｄ遷移金属の副格子〜前記４ｆ希土類の副格子の相対組成にしたがって調整され得る。
【００１１】
さらに別の実施の形態では、前記フェリ磁性材料は、Ｇｄ、Ｓｍ又はＴｂを伴うＣｏ又はＦｅを含有する合金から成る。
【００１２】
また、本発明は、ＭＲＡＭセルに書き込むための方法に関する。当該方法は：
前記磁気トンネル接合を前記高温閾値に加熱し、
前記磁気トンネル接合が、前記高温閾値に達すると、データを前記記憶層に書き込むため、この記憶層の磁化方向を切り替えることから成る。
【００１３】
前記高温閾値が、前記補償温度にほぼ一致する。
【００１４】
さらに、本発明は、ＭＲＡＭセルを読み出すための方法に関する。当該方法は：
前記正味のセンス磁化方向を第１方向に整合させ、
切り替えられた前記記憶磁化方向の向きに対する前記正味のセンス磁化方向の前記第１方向によって決定される、前記磁気トンネル接合の第１抵抗を測定し、
前記正味のセンス磁化方向を第２方向に整合させ、
切り替えられた前記記憶磁化方向の向きに対する前記正味のセンス磁化方向の前記第２方向によって決定される、前記磁気トンネル接合の第２抵抗を測定し、
前記第１抵抗の値と前記第２抵抗の値との差を決定することから成る。
【００１５】
前記正味のセンス磁化方向を前記第１方向と前記第２方向とに整合させることは、前記補償温度より下の読み出し温度で実行される。
【００１６】
当該開示されたＭＲＡＭセルは、小さい書き込み磁界及び読み取り磁界をそれぞれ使用して書き込まれて読み出され得る。
【００１７】
図面の簡単な説明
本発明は、事例によって付与され且つ図面によって示された実施の形態の説明を用いてより良好に理解される。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】一実施の形態による、自己参照ランダムアクセスメモリ（ＭＲＡＭ）セルを示す。
【図２】本発明による、ＭＲＡＭセル内でセンス層として使用される強磁性層の磁化方向の温度依存性を示す。
【図３】本発明による、ＭＲＡＭセル内で記憶層として使用される強磁性層の磁化方向の温度依存性を示す。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
本発明の可能な実施の形態の詳細な説明
図１は、一実施の形態による自己参照ランダムアクセスメモリ（ＭＲＡＭ）セル１を示す。このＭＲＡＭセル１が、磁気トンネル接合２を有する。この磁気トンネル接合２が、正味の記憶磁化方向２３０を有する強磁性記憶層２３、正味のセンス磁化方向２１０を有するフェリ磁性センス層２１及びこの記憶層２３とこのセンス層２１との間に追加されたトンネル障壁層２２から構成される。層２５が、金属接触電極を示す。記憶磁化方向２３０の方向が、熱アシストされた切り替え（ＴＡＳ）書き込み操作を使用することによって第１安定方向から第２安定方向に調整可能である。換言すれば、記憶層２３が、高温閾値で加熱され、低温閾値でピン止めされるときに、正味の記憶磁化方向２３０が調整され得る。この記憶層２３は、例えば鉄−コバルト（ＣｏＦｅ）、鉄−コバルト−ホウ素（ＣｏＦｅＢ）、鉄−ニッケル（ＮｉＦｅ）、コバルト（Ｃｏ）等のような強磁性材料から製作されてもよい。図１の実施の形態では、記憶層２３が、反強磁性記憶層２４によって交換結合される。この反強磁性記憶層２４が、正味の記憶磁化方向２３０を低温閾値でピン止めし、この正味の記憶磁化方向２３０を高温閾値で自由にするために適合されている。この反強磁性記憶層２４は、ＩｒＭｎ、ＦｅＭｎ又はその他の適切な材料のようなマンガンを母材とした合金から製作され得る。一般に、当該高温閾値は、室温より上であり、例えば１２０°〜２２０°である。
【００２０】
トンネル障壁層２２は、好ましくはＡｌ２Ｏ３及びＭｇＯを有するグループから選択された材料から製作される。磁気トンネル接合２のトンネル抵抗が、当該絶縁層の厚さに指数関数的に依存し、当該磁気トンネル接合の抵抗−面積の積（ＲＡ）によって測定される。磁気トンネル接合２（記憶層２３及び反強磁性層２４）の温度を上げる十分に大きい電流をこの磁気トンネル接合に通電させるためには、このＲＡは十分に小さい必要がある。センス層２１が、低い保持力の、一般に鉄、コバルト、ニッケル又はこれらの合金を含有する軟フェリ磁性材料から製作され得る。このセンス層２１の正味のセンス磁化方向２１０が、容易に可逆可能である。つまり、当該正味のセンス磁化方向２１０は、低温閾値と高温閾値とで調整され得る。
【００２１】
一実施の形態によれば、当該ＴＡＳ書き込み操作が：
磁気トンネル接合２を高温閾値に加熱すること、
この磁気トンネル接合２が、この高温閾値に達すると、正味の記憶磁化方向２３０を（データを書き込む）書き込み状態に切り替え、
この正味の記憶磁化方向２３０を書き込み状態に固定するため、この磁気トンネル接合２を低温閾値に冷却することから成る。
【００２２】
磁気トンネル接合２を加熱することは、（図１の実施の形態中に示されたように）例えば電流線５を通じて加熱電流３１を印加することから成ってもよい。高温閾値は、ブロッキング温度ＴＢＳより上の温度に相当し得る。反強磁性層２４と記憶層２３との間の交換結合が、当該温度で消滅し、もはやピン止めされていない正味の記憶磁化方向２３０が、任意に調整され得る。正味の記憶方向２３０を切り替えることは、外部の書き込み磁界４２を印加することから成ってもよい。このとき、正味の記憶磁化方向２３０が、印加された磁界４２の方向に応じて一方向に切り替えられる。この書き込み磁界４２は、（図１の実施の形態中に示されたように）磁気トンネル接合２とやりとりする磁界線４中に書き込み電流４１を通電することによって印加され得る。当該磁界線４は、一般には磁気トンネル接合２の上又は下に配置される。低温閾値は、反強磁性層２４のブロッキング温度ＴＢＳより下の温度に相当する。反強磁性層２４が、当該温度で正味の記憶磁化方向２３０をピン止めする。磁気トンネル接合２を冷却することは、例えば磁気トンネル接合２が高温閾値に達した後に、加熱電流３１を抑制することから成ってもよい。
【００２３】
一実施の形態では、ＭＲＡＭセル１の自己参照読み出し操作が、第１読み出し磁界５２の第１方向に応じて、正味のセンス磁化方向２１０を当該第１方向に整合させるために適合された当該第１読み出し磁界５２を印加することから成る第１読み出しサイクルを有する。当該第１読み出し磁界５２が、第１極性を有する第１読み出し磁界電流５１を磁界線４中に通電することによって印加され得る。このとき、正味のセンス磁化方向２１０の第１方向が、センス電流３２を磁気トンネル接合２に通電することによって（データを書き込む）正味の記憶磁化方向２３０と比較される。この磁気トンネル接合２に対応する第１抵抗値Ｒ１が、この磁気トンネル接合２にわたって測定された電圧を発生させる。正味のセンス磁化方向２１０が、記憶磁化方向２３０に対してほぼ平行に整合される場合は、第１抵抗値Ｒ１は小さい（Ｒ１＝Ｒｍｉｎ）。他方で、正味のセンス磁化方向２１０が、記憶磁化方向２３０に対してほぼ反平行に整合される場合は、第１抵抗値Ｒ１は大きい（Ｒ１＝Ｒｍａｘ）。
【００２４】
当該第１抵抗値Ｒ１が、（ヨーロッパ特許出願第２２７６０３４号明細書中に記された）一般にＲｍｉｎとＲｍａｘとの間の半分である参照抵抗と比較され得る。好ましくは、ＭＲＡＭセル１の読み出し操作は、第２読み出し磁界５４の第２方向に応じて、正味のセンス磁化方向２０１を第１方向と反対の当該第２方向に整合させるために適合された当該第２読み出し磁界５４を印加することから成る第２読み出しサイクルをさらに有する。この第２読み出し磁界５４が、第２極性を有する第２読み出し磁界電流５３を磁界線４中に通電することによって印加され得る。このとき、正味のセンス磁化方向２１０の第２方向が、センス電流３２を磁気トンネル接合２に通電することによって切り換えられた正味の記憶磁化方向２３０と比較される。センス電流３２が、この磁気トンネル接合２に通電されるときに、この磁気トンネル接合２に対応する第２抵抗値Ｒ２が、この磁気トンネル接合２にわたって測定された電圧を発生させる。このとき、書き込みデータが、当該第２抵抗値Ｒ２と第１読み出しサイクル中に測定された第１抵抗値Ｒ１との差によって決定され得る。当該第１抵抗値Ｒ１と第２抵抗値Ｒ２との差は、磁気トンネルの磁気抵抗又は磁気抵抗ΔＲとも呼ばれる。当該記憶された第１抵抗値Ｒ１と当該第２抵抗値Ｒ２との差が、負又は正の磁気抵抗ΔＲを発生させ得る。
【００２５】
高温閾値での書き込み操作中は、記憶層２３が、反強磁性層２４にもはや交換結合されず、記憶磁化方向２３０が自由に調整され得る。しかしながら、センス磁化方向２１０に起因した記憶層２３とセンス層２１との双極子カップリングが、この記憶層２３をこのセンス層２１に結合する（図示されなかった）漂遊局所磁界を誘導しうる。当該漂遊局所磁界の値に応じて、すなわち正味のセンス磁化方向２１０の値に応じて、記憶磁化方向２３０が、ＭＲＡＭセル１の書き込みを抑制する当該双極子カップリングによってピン止めされうる。換言すれば、印加された書き込み磁界４２の大きさが増大されない限り、当該印加された書き込み磁界４２が、センス層２１による記憶層２３の双極子カップリングに打ち勝つことができない。
【００２６】
正味の記憶磁化方向２３０も、記憶層２３をセンス層２１に結合する（図示されなかた）漂遊局所磁界を誘導しうる。読み出し操作中は、増大された大きさの、第１読み出し磁界５２と第２読み出し磁界５４とが、記憶磁化方向２３０に起因した記憶層２３とセンス層２１とのこの双極子カップリングのために必要とされうる。
【００２７】
一実施の形態では、センス層２１が、３ｄ−４ｆアモルファスフェリ磁性合金から成る。当該３ｄ−４ｆアモルファスフェリ磁性合金が、３ｄ遷移金属〜４ｆ希土類材料で適切な元素と相対組成とを選択することによって提供され得る。ＭＲＡＭデバイスで使用される当該３ｄ−４ｆアモルファスフェリ磁性材料が、ヨーロッパ特許出願公開第２２３２４９５号明細書中に記されている。ここで開示された当該材料は、異なる目的のためのものである。さらに特に、センス層２１の３ｄ−４ｆアモルファスフェリ磁性材料が、第１センス磁化方向、ここでは第１センス磁化方向２１１を提供する３ｄ遷移金属の副格子と、第２磁化方向、ここでは第２センス磁化方向２１２を提供する４ｆ希土類原子の副格子とから成る。したがって、センス層２１の正味のセンス磁化方向２１０は、第１センス磁化方向２１１と第２センス磁化方向２１２とのベクトル和である。図２は、当該３ｄ−４ｆアモルファスフェリ磁性合金から製作されたセンス層２１の磁化方向の温度依存性を示す。さらに特に、この図は、３ｄ遷移金属原子の副格子の第１センス磁化方向２１１の絶対値と、４ｆ遷移金属原子の副格子の第２センス磁化方向２１２の絶対値とを温度の関数として示す。温度の関数としての正味のセンス磁化方向２１０も示されている。図２の例では、第１センス磁化方向２１１が、第２センス磁化方向２１２に対して反平行に配向されるように、３ｄ遷移金属の副格子と４ｆ希土類材料の副格子とのそれぞれの組成が選択されてある。センス層２１の補償温度ＴＣＯＭＰでは、第１センス磁化方向２１１と第２センス磁化方向２１２とが、ほぼ等しい大きさで且つ反対の符号を有する。これらの条件では、第１センス磁化方向２１１と第２センス磁化方向２１２とが相殺され、その正味のセンス磁化方向２１０が、ほぼ零になる。
【００２８】
補償温度ＴＣＯＭＰより下では、第２センス磁化方向２１２が、第１センス磁化方向２１１より大きくなり、正味のセンス磁化方向２１０が、この第２センス磁化方向２１２の向きに配向される。反対に、補償温度ＴＣＯＭＰより上では、第１センス磁化方向２１１が、第２センス磁化方向２１２より大きくなり、正味のセンス磁化方向２１０が、この第１センス磁化方向２１１の向きに配向される。温度が、センス層２１のキュリー温度ＴＣＷ以上に上昇されると、正味のセンス磁化方向２１０がほぼ零になり、センス層２１が常磁性になるように、熱変動が起こる。図２中に示されたように、センス層２１の保持力場ＨＷが発生する。保持力場ＨＷが、補償温度ＴＣＯＭＰで異なり、理論的には無限に増大する。補償温度ＴＣＯＭＰの両側では、温度が、補償温度ＴＣＯＭＰに近づくほど、保持力場ＨＷが、専らより速く減少する。
【００２９】
好適な実施の形態では、センス層２１の補償温度ＴＣＯＭＰが、高温閾値にほぼ一致する。この高温閾値での書き込み操作中は、正味のセンス磁化方向２１０が、ほぼ零であり、センス層２１による記憶層２３の双極子カップリングが発生しない。結果として、正味の記憶磁化方向２３０が、印加された小さい大きさの書き込み磁界４２を使用して容易に切り替えられ得る。
【００３０】
読み出し操作が、補償温度ＴＣＯＭＰより下の読み出し温度Ｔｒｅａｄで実行される。この読み出し温度Ｔｒｅａｄは、低温閾値に相当する。第１読み出し磁界５３及び第２読み出し磁界５４が、正味の記憶磁化方向２３０を切り替えできないように、この正味の記憶磁化方向２３０が、この低温閾値で反強磁性記憶層２４によってピン止めされる。当該読み出し操作中は、正味の記憶磁化方向２３０が、第１読み出し磁界５３及び第２読み出し磁界５４によって切り替えられ得ないように、この正味の記憶磁化方向２３０が、反強磁性記憶層２４によってピン止めされる。
【００３１】
好ましくは、３ｄ−４ｆアモルファスフェリ磁性合金が、Ｇｄ、Ｓｍ、又はＴｂを伴うＣｏ又はＦｅを含有する合金から成る。補償温度ＴＣＯＭＰが、当該３ｄ−４ｆアモルファスフェリ磁性合金の組成にしたがって調整され得る。例えば、当該補償温度ＴＣＯＭＰが、相対組成を３ｄ遷移金属と４ｆ希土類材料との間で選択することによって調整され得る。
【００３２】
ここで開示されたＭＲＡＭセル１と書き込み操作方法との利点は、補償温度ＴＣＯＭＰでの低い又は零の漂遊磁界に起因して、記憶磁化層２３０が、書き込み操作中に小さい大きさの書き込み磁界４２を使用して切り替えられ得る点である。さらに、正味のセンス磁化方向２１０が、容易に可逆可能であるので、第１読み出し磁界５２と第２読み出し磁界５４とが、読み出し操作中に小さくできる。
【００３３】
別の実施の形態では、記憶層２３が、３ｄ−４ｆアモルファスフェリ磁性合金から成る。さらに特に、当該記憶層２３の３ｄ−４ｆアモルファスフェリ磁性合金が、第１磁化方向、ここでは第１記憶磁化方向２３１を提供する３ｄ遷移金属原子の副格子と、第２磁化方向、ここでは第２記憶磁化方向を提供する４ｆ希土類原子の副格子とから成る。すなわち、当該記憶層２３の正味の記憶磁化方向２３０は、第１記憶磁化方向２３１と第２記憶磁化方向２３２とのベクトル和である。図３は、当該３ｄ−４ｆアモルファスフェリ磁性合金から製作された記憶層２３の磁化方向の温度依存性を示す。さらに特に、この図は、３ｄ遷移金属原子の副格子の第１センス磁化方向２３１の絶対値と、４ｆ遷移金属原子の副格子の第２センス磁化方向２３２の絶対値とを温度の関数として示す。温度の関数としての正味のセンス磁化方向２３０も示されている。図３の例では、第１記憶磁化方向２３１が、第２記憶磁化方向２３２に対して反平行に配向されるように、３ｄ遷移金属の副格子と４ｆ希土類材料の副格子とのそれぞれの組成が選択されてある。記憶層２３の補償温度ＴＣＯＭＰでは、第１記憶磁化方向２３１と第２記憶磁化方向２３２とが、ほぼ等しい大きさで且つ反対の符号を有し、その正味の記憶磁化方向２３０がほぼ零になるように相殺される。
【００３４】
フェリ磁性記憶層２３の補償温度ＴＣＯＭＰが、読み出し温度Ｔｒｅａｄ（又は低温閾値）にほぼ一致するように、当該フェリ磁性記憶層２３の補償温度ＴＣＯＭＰが調整され得る。読み出し操作が、読み出し温度Ｔｒｅａｄ（又は低温閾値）で実行される間は、記憶層２３によるセンス層２１の双極子カップリングが発生しない。結果として、正味のセンス磁化方向２１０が、小さい大きさの第１読み出し磁界５２と第２読み出し磁界５４とによって切り替えられ得る。
【００３５】
さらに別の実施の形態では、センス層２１と記憶層２３との双方が、３ｄ−４ｆアモルファスフェリ磁性合金から成る。この場合、センス層２１が、第１センス磁化方向２１１と第２センス磁化方向２１２とから成り、記憶層２３が、第１記憶磁化方向２３１と第２記憶磁化方向２３２とから成る。記憶層２３の補償温度ＴＣＯＭＰが、センス層２１の補償温度ＴＣＯＭＰより大きいように、記憶層２３の３ｄ−４ｆアモルファスフェリ磁性合金とセンス層２１の３ｄ−４ｆアモルファスフェリ磁性合金とが配合され得る。好適な実施の形態では、記憶層２３の補償温度ＴＣＯＭＰが、読み出し温度Ｔｒｅａｄ（又は低温閾値）にほぼ一致し、センス層２１の補償温度ＴＣＯＭＰが、高温閾値にほぼ一致する。
【符号の説明】
【００３６】
１ 磁気ランダムアクセスメモリ（ＭＲＡＭ）セル
２ 磁気トンネル接合
２１ センス層
２１０ 正味のセンス磁化方向
２１１ 第１センス磁化方向
２１２ 第２センス磁化方向
２２ トンネル障壁層
２３ 記憶層
２４ 反強磁性記憶層
２５ 電極
２３０ 正味の記憶磁化方向
２３１ 第１記憶磁化方向
２３２ 第２記憶磁化方向
３１ 加熱電流
３２ センス電流
４ 磁界線
４１ 書き込み電流
４２ 書き込み磁界
５ 電流線
５２ 第１読み出し磁界
５４ 第２読み出し磁界
ＨＷ 保持力場
Ｔｃｏｍｐ 補償温度（相殺温度）
Ｔｒｅａｄ 読み出し温度
【特許請求の範囲】
【請求項１】
磁気ランダムアクセスメモリ（ＭＲＡＭ）セルにおいて、
当該磁気ランダムアクセスメモリセルは、磁気トンネル接合が高温閾値で加熱されるときに第１方向から第２方向に調整可能であり且つ低温閾値でピン止めされる正味の記憶磁化方向を有する記憶層と、可逆性である正味のセンス磁化方向を有するセンス層と、このセンス層をこの記憶層から分離するトンネル障壁層とから構成された磁気トンネル接合を有し、
前記記憶層と前記センス層とのうちの少なくとも１つの前記層の補償温度で、その第１磁化方向とその第２磁化方向とがほぼ等しいように、前記記憶層と前記センス層とのうちの少なくとも１つの層が、３ｄ−４ｆアモルファスフェリ磁性合金材料から成り、当該３ｄ−４ｆアモルファスフェリ磁性合金材料が、第１磁化方向を提供する３ｄ遷移金属原子の副格子と、第２磁化方向を提供する４ｆ希土類原子の副格子とを有する当該磁気ランダムアクセスメモリセル。
【請求項２】
前記センス層は、３ｄ−４ｆアモルファスフェリ磁性合金材料から成り、その第１磁化方向は、第１センス磁化方向であり、その第２磁化方向は、第２センス磁化方向であり、前記センス層の補償温度が、前記高温閾値にほぼ一致する請求項１に記載の磁気ランダムアクセスメモリセル。
【請求項３】
前記記憶層は、３ｄ−４ｆアモルファスフェリ磁性合金材料から成り、その第１磁化方向は、第１記憶磁化方向であり、その第２磁化方向は、第２記憶磁化方向であり、前記記憶層の補償温度が、前記低温閾値にほぼ一致する請求項１に記載の磁気ランダムアクセスメモリセル。
【請求項４】
前記センス層は、第１磁化方向と第２磁化方向とを提供する３ｄ−４ｆアモルファスフェリ磁性合金材料から成り、前記記憶層は、第１磁化方向と第２磁化方向とを提供する３ｄ−４ｆアモルファスフェリ磁性合金材料から成り、この記憶層の補償温度が、このセンス層の補償温度より大きい請求項１に記載の磁気ランダムアクセスメモリセル。
【請求項５】
前記記憶層の前記補償温度は、前記低温閾値にほぼ一致し、前記センス層の前記補償温度は、前記高温閾値にほぼ一致する請求項４に記載の磁気ランダムアクセスメモリセル。
【請求項６】
前記補償温度は、前記３ｄ遷移金属の副格子〜前記４ｆ希土類の副格子の相対組成にしたがって調整され得る請求項１に記載の磁気ランダムアクセスメモリセル。
【請求項７】
前記フェリ磁性材料は、Ｇｄ、Ｓｍ又はＴｂを伴うＣｏ又はＦｅを含有する合金から成る請求項１に記載の磁気ランダムアクセスメモリセル。
【請求項８】
磁気ランダムアクセスメモリに書き込むための方法において、
当該磁気ランダムアクセスメモリセルは、磁気トンネル接合が高温閾値で加熱されるときに第１方向から第２方向に調整可能であり且つ低温閾値でピン止めされる正味の記憶磁化方向を有する記憶層と、可逆性である正味のセンス磁化方向を有するセンス層と、このセンス層をこの記憶層から分離するトンネル障壁層とから構成された磁気トンネル接合を有し、
前記記憶層と前記センス層とのうちの少なくとも１つの前記層の補償温度で、その第１磁化方向とその第２磁化方向とがほぼ等しいように、前記記憶層と前記センス層とのうちの少なくとも１つの層が、３ｄ−４ｆアモルファスフェリ磁性合金材料から成り、当該３ｄ−４ｆアモルファスフェリ磁性合金材料が、第１磁化方向を提供する３ｄ遷移金属原子の副格子と、第２磁化方向を提供する４ｆ希土類原子の副格子とを有し、
当該方法は、前記磁気トンネル接合を前記高温閾値に加熱すること、及び前記磁気トンネル接合が前記高温閾値に達すると、データを前記記憶層に書き込むため、この記憶層の磁化方向を切り替えることから成り、前記高温閾値が、前記補償温度にほぼ一致する当該方法。
【請求項９】
磁気ランダムアクセスメモリを読み出すための方法において、
当該磁気ランダムアクセスメモリセルは、磁気トンネル接合が高温閾値で加熱されるときに第１方向から第２方向に調整可能であり且つ低温閾値でピン止めされる正味の記憶磁化方向を有する記憶層と、可逆性である正味のセンス磁化方向を有するセンス層と、このセンス層をこの記憶層から分離するトンネル障壁層とから構成された磁気トンネル接合を有し、
前記記憶層と前記センス層とのうちの少なくとも１つの前記層の補償温度で、その第１磁化方向とその第２磁化方向とがほぼ等しいように、前記記憶層と前記センス層とのうちの少なくとも１つの層が、３ｄ−４ｆアモルファスフェリ磁性合金材料から成り、当該３ｄ−４ｆアモルファスフェリ磁性合金材料が、第１磁化方向を提供する３ｄ遷移金属原子の副格子と、第２磁化方向を提供する４ｆ希土類原子の副格子とを有し、
当該方法は、
前記正味のセンス磁化方向を第１方向に整合させること、
切り替えられた前記記憶磁化方向の向きに対する前記正味のセンス磁化方向の前記第１方向によって決定される、前記磁気トンネル接合の第１抵抗を測定すること、
前記正味のセンス磁化方向を第２方向に整合させること、
切り替えられた前記記憶磁化方向の向きに対する前記正味のセンス磁化方向の前記第２方向によって決定される、前記磁気トンネル接合の第２抵抗を測定すること、
前記第１抵抗の値と前記第２抵抗の値との差を決定することから成り、
前記正味のセンス磁化方向を前記第１方向と前記第２方向とに整合させることは、前記補償温度より下の読み出し温度で実行される当該方法。
【請求項１】
磁気ランダムアクセスメモリ（ＭＲＡＭ）セルにおいて、
当該磁気ランダムアクセスメモリセルは、磁気トンネル接合が高温閾値で加熱されるときに第１方向から第２方向に調整可能であり且つ低温閾値でピン止めされる正味の記憶磁化方向を有する記憶層と、可逆性である正味のセンス磁化方向を有するセンス層と、このセンス層をこの記憶層から分離するトンネル障壁層とから構成された磁気トンネル接合を有し、
前記記憶層と前記センス層とのうちの少なくとも１つの前記層の補償温度で、その第１磁化方向とその第２磁化方向とがほぼ等しいように、前記記憶層と前記センス層とのうちの少なくとも１つの層が、３ｄ−４ｆアモルファスフェリ磁性合金材料から成り、当該３ｄ−４ｆアモルファスフェリ磁性合金材料が、第１磁化方向を提供する３ｄ遷移金属原子の副格子と、第２磁化方向を提供する４ｆ希土類原子の副格子とを有する当該磁気ランダムアクセスメモリセル。
【請求項２】
前記センス層は、３ｄ−４ｆアモルファスフェリ磁性合金材料から成り、その第１磁化方向は、第１センス磁化方向であり、その第２磁化方向は、第２センス磁化方向であり、前記センス層の補償温度が、前記高温閾値にほぼ一致する請求項１に記載の磁気ランダムアクセスメモリセル。
【請求項３】
前記記憶層は、３ｄ−４ｆアモルファスフェリ磁性合金材料から成り、その第１磁化方向は、第１記憶磁化方向であり、その第２磁化方向は、第２記憶磁化方向であり、前記記憶層の補償温度が、前記低温閾値にほぼ一致する請求項１に記載の磁気ランダムアクセスメモリセル。
【請求項４】
前記センス層は、第１磁化方向と第２磁化方向とを提供する３ｄ−４ｆアモルファスフェリ磁性合金材料から成り、前記記憶層は、第１磁化方向と第２磁化方向とを提供する３ｄ−４ｆアモルファスフェリ磁性合金材料から成り、この記憶層の補償温度が、このセンス層の補償温度より大きい請求項１に記載の磁気ランダムアクセスメモリセル。
【請求項５】
前記記憶層の前記補償温度は、前記低温閾値にほぼ一致し、前記センス層の前記補償温度は、前記高温閾値にほぼ一致する請求項４に記載の磁気ランダムアクセスメモリセル。
【請求項６】
前記補償温度は、前記３ｄ遷移金属の副格子〜前記４ｆ希土類の副格子の相対組成にしたがって調整され得る請求項１に記載の磁気ランダムアクセスメモリセル。
【請求項７】
前記フェリ磁性材料は、Ｇｄ、Ｓｍ又はＴｂを伴うＣｏ又はＦｅを含有する合金から成る請求項１に記載の磁気ランダムアクセスメモリセル。
【請求項８】
磁気ランダムアクセスメモリに書き込むための方法において、
当該磁気ランダムアクセスメモリセルは、磁気トンネル接合が高温閾値で加熱されるときに第１方向から第２方向に調整可能であり且つ低温閾値でピン止めされる正味の記憶磁化方向を有する記憶層と、可逆性である正味のセンス磁化方向を有するセンス層と、このセンス層をこの記憶層から分離するトンネル障壁層とから構成された磁気トンネル接合を有し、
前記記憶層と前記センス層とのうちの少なくとも１つの前記層の補償温度で、その第１磁化方向とその第２磁化方向とがほぼ等しいように、前記記憶層と前記センス層とのうちの少なくとも１つの層が、３ｄ−４ｆアモルファスフェリ磁性合金材料から成り、当該３ｄ−４ｆアモルファスフェリ磁性合金材料が、第１磁化方向を提供する３ｄ遷移金属原子の副格子と、第２磁化方向を提供する４ｆ希土類原子の副格子とを有し、
当該方法は、前記磁気トンネル接合を前記高温閾値に加熱すること、及び前記磁気トンネル接合が前記高温閾値に達すると、データを前記記憶層に書き込むため、この記憶層の磁化方向を切り替えることから成り、前記高温閾値が、前記補償温度にほぼ一致する当該方法。
【請求項９】
磁気ランダムアクセスメモリを読み出すための方法において、
当該磁気ランダムアクセスメモリセルは、磁気トンネル接合が高温閾値で加熱されるときに第１方向から第２方向に調整可能であり且つ低温閾値でピン止めされる正味の記憶磁化方向を有する記憶層と、可逆性である正味のセンス磁化方向を有するセンス層と、このセンス層をこの記憶層から分離するトンネル障壁層とから構成された磁気トンネル接合を有し、
前記記憶層と前記センス層とのうちの少なくとも１つの前記層の補償温度で、その第１磁化方向とその第２磁化方向とがほぼ等しいように、前記記憶層と前記センス層とのうちの少なくとも１つの層が、３ｄ−４ｆアモルファスフェリ磁性合金材料から成り、当該３ｄ−４ｆアモルファスフェリ磁性合金材料が、第１磁化方向を提供する３ｄ遷移金属原子の副格子と、第２磁化方向を提供する４ｆ希土類原子の副格子とを有し、
当該方法は、
前記正味のセンス磁化方向を第１方向に整合させること、
切り替えられた前記記憶磁化方向の向きに対する前記正味のセンス磁化方向の前記第１方向によって決定される、前記磁気トンネル接合の第１抵抗を測定すること、
前記正味のセンス磁化方向を第２方向に整合させること、
切り替えられた前記記憶磁化方向の向きに対する前記正味のセンス磁化方向の前記第２方向によって決定される、前記磁気トンネル接合の第２抵抗を測定すること、
前記第１抵抗の値と前記第２抵抗の値との差を決定することから成り、
前記正味のセンス磁化方向を前記第１方向と前記第２方向とに整合させることは、前記補償温度より下の読み出し温度で実行される当該方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図２】
【図３】
【公開番号】特開２０１３−８０９２０（Ｐ２０１３−８０９２０Ａ）
【公開日】平成２５年５月２日（２０１３．５．２）
【国際特許分類】
【外国語出願】
【出願番号】特願２０１２−２０７９８５（Ｐ２０１２−２０７９８５）
【出願日】平成２４年９月２１日（２０１２．９．２１）
【出願人】（５０９０９６２０１）クロッカス・テクノロジー・ソシエテ・アノニム (33)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２５年５月２日（２０１３．５．２）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１２−２０７９８５（Ｐ２０１２−２０７９８５）
【出願日】平成２４年９月２１日（２０１２．９．２１）
【出願人】（５０９０９６２０１）クロッカス・テクノロジー・ソシエテ・アノニム (33)
【Ｆターム（参考）】
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