磁気トンネル接合装置およびその装置に対する書込み／読出し方法
本発明の装置は、第１の電極（１２）と、磁性基準層（１）と、トンネルバリア（３）と、磁性記憶層（４）と、第２の電極（１３）とを連続的に備えている。記憶層（４）と第２の電極（１３）との間には少なくとも１つの第１の断熱層が配置され、この第１の断熱層は、その熱伝導率が５Ｗ／ｍ／℃未満である材料から形成されている。第１の電極（１２）と基準層（１）との間に配置された層によって第２の断熱層を構成することができる。書込み段階は、記憶層（４）のトンネル接合部を通じて基準層（１）へと向かう電流（ｌ１）の循環を含んでおり、一方、読出し段階は逆方向の電流循環を含んでいる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、
−第１の電極と、
−基準層を形成し且つ所定の磁化を有する第１の磁性層と、トンネルバリアを形成する電気絶縁層と、記憶層を形成し且つ可逆性のある磁化方向を有する第２の磁性層とを連続的に備える磁気トンネル接合部と、
−中間層と、
−第２の電極と、
を連続的に備える磁気装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
文献仏国特許第２８３２５４２号は、磁気トンネル接合部を有する磁気装置と、この磁気装置を使用して読出しおよび書込みを行なうための方法とについて記載している。図１に示されるように、トンネル接合部は、基準層１を形成し且つ所定の磁化２を有する第１の磁性層と、トンネルバリア３を形成する電気的絶縁層と、記憶層４を形成し且つ図１に２方向矢印で示される可逆磁化方向５を有する第２の磁性層とを連続して備えている。記憶層４の可逆磁化方向５は、基準層１の所定の磁化２に対して方向付けることができ、それによりそれらの磁化同士が平行または逆平行となるようにすることができる。
【０００３】
記憶層４の磁化のブロッキング温度は、基準層１のブロッキング温度よりも低い。また、本装置は、電流源６と、スイッチ７と、記憶層に対して磁場を印加することにより基準層１の磁化２の向きを変えることなく記憶層４の磁化５を基準層１の磁化２に対して方向付ける手段（図示せず）とを備えている。
【０００４】
書込み段階において、すなわち、外部磁場の印加による記憶層４の磁化段階においては、トンネル接合部を通じて電流Ｉが流され、それにより、記憶層４がその磁化５のブロッキング温度よりも高い温度に加熱される。
【０００５】
読出し段階においては、基準層１の磁化方向に対する記憶層４の磁化５の方向が磁気トンネル接合部の抵抗によって測定される。この磁気トンネル接合部の抵抗は、基準層１の磁化方向に対する記憶層４の磁化５の方向に依存する。
【０００６】
書込み中においては、約０．５Ｖの電圧が接合部の端子に印加される。これには比較的高い電力が必要とされる。また、この電力によって接合部がさらに損傷する可能性がある。読出しにおいて印加される電圧は一般に０．３Ｖである。その後、トンネル接合部が読出し中に加熱され、これにより、予定外の読出しを行なう危険性が高まる。
【０００７】
図２は、電位差Ｖを受けるトンネル接合部における電子のポテンシャルエネルギ８を示している。接合部は、Ｘ０に配置されるトンネルバリアの各側に配置され且つそれぞれが上側フェルミレベルＥｆｓおよび下側フェルミレベルＥｆｉを有する電子放出層および電子受入層によって形成されている。フェルミレベルの差は電位差、すなわち、Ｅｆｓ−Ｅｆｉ＝ｅＶに比例している。ここで、ｅは電子の素電荷である。矢印９で示されるように、電子放出層によって放出される電子は、エネルギを損失することなく、トンネル効果によりトンネルバリアを通過する。その後、高いエネルギＥｆｓから低いエネルギＥｆｉへの電子の非弾性緩和が起こると、電子は、例えばフォノン１０および／またはマグノン１１の生成により電子受入層中にエネルギｅＶを損失し、これにより電子受入層の温度が高くなる。非弾性緩和は、特徴的な長さである平均非弾性自由行程長λｉｎにわたって起こる。この長さは、一般に、磁気トンネル接合部で通常使用される磁性材料においては約数ナノメートルである。したがって、数ナノメートルの厚さを有し、トンネルバリアに隣接して電子受入層中に位置される領域では、トンネル電流による熱生成が最大となる。
【０００８】
また、文献仏国特許第２８３２５４２号に記載されるトンネル接合部は、トンネル接合部の基準層のトンネルバリアと対向する面に配置される例えばＮｉＭｎから成る反強磁性層を備えることもできる。さらに、トンネル接合部の記憶層のトンネルバリアと対向する面には、例えばＦｅＭｎまたはＩｒ２０Ｍｎ８０から成る反強磁性層を配置することもできる。反強磁性層は、記憶層および基準層の帯磁方向を保持する機能を果たす。トンネル接合部を形成する層を反強磁性層上に堆積させ、かつ、接合部のナノ構造化を行うためには、更なるステップ、例えばアライメントステップが必要となるであろう。さらに、トンネルバリア短絡の危険性が高まる。
【０００９】
文献国際公開第００／７９５４０号は、薄い層の積層により形成される磁気メモリについて記載している。この文献は、特に十分な導電率を有するがアルミニウムに対して低い熱伝導率を有する断熱層を用いてメモリセルを断熱して、キュリー温度で電気加熱電流の低減を達成可能としてメモリセルを断熱することを提案している。断熱層の材料は、例えば、タンタルと窒素との化合物（ＴａＮ）またはタングステン（Ｗ）である。
【００１０】
しかしながら、そのような断熱層を導入すると、トンネル接合部との一体性の問題、すなわち、表面ラフネスの増大や、メモリドットを規定するために必要なエッチング時間の増大といった問題が更に生じてしまう。そのような断熱層は、更なる研磨ステップおよびエッチングステップを必要とするため、接合部の堆積・製造プロセスが複雑になる。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
本発明の目的は、これらの欠点を改善することであり、特に、記憶層を効率的に加熱することができる一方で、この加熱に必要な電力を最小限に抑える装置を実現し、それにより、装置の電力消費量を低減するとともに、トンネル接合部短絡の危険性を最小にし、同時に製造方法を簡略化することである。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明において、この目的は、添付の請求項によって達成され、特に、中間層が、５Ｗ／ｍ／℃よりも低い熱伝導率を有する材料によって形成される第１の断熱層を構成するという事実により達成される。
【００１３】
本発明の更なる目的は、本発明に係る磁気装置の読出し／書込み方法を提供することであり、
−書込み段階は、第２の磁性層からトンネル接合部を通して第１の磁性層へと至る電流の流れを含み、それにより、第２の磁性層の磁化のブロッキング温度よりも高い温度まで第２の磁性層が加熱され、
− 読出し段階は、第１の磁性層からトンネル接合部を通して第２の磁性層へと至る電流の流れを含んでいる。
【００１４】
他の利点および特徴は、単なる非限定的な実施例として与えられ且つ添付図面に表わされる本発明の特定の実施形態の以下の説明から更に明らかとなる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
本発明に係る磁気装置は第１および第２の電極を備えており、これらの電極間には図１に示されるようなトンネル接合部が設けられている。この場合、熱伝導率が低い材料によって形成された断熱層が、トンネル接合部の磁性層のうちの少なくとも１つと接触しており、これにより、書込み段階中にトンネル電流によって生成される熱が記憶層中に集中する。
【００１６】
図３において、磁気装置は、Ｘ軸に沿って、第１の電極１２と、図１に示されるようなトンネル接合部と、第１の断熱層と、第２の電極１３とを連続的に備えている。第１の断熱層は、記憶層４と第２の電極１３との間に配置された中間層１４によって形成されている。電極１２，１３は、室温であり、書込み段階および読出し段階後にトンネル接合部を冷却することができる。
【００１７】
本発明において、第１の断熱層を成す中間層１４は、５Ｗ／ｍ／℃未満の熱伝導率を有する材料によって形成されている。実際には、トンネル接合部を形成する層の中間層１４上での堆積が簡素化すればするほど、中間層１４の厚さは薄くなる。特に、薄い層１４のラフネスは全体的に小さく、薄い層１４上に堆積されるトンネル接合部の短絡の危険性が減少する。しかしながら、所定の熱抵抗において、中間層１４は、その熱伝導率を低くするにつれて、厚さを薄くすることができる。
【００１８】
この点で、従来例で使用される化合物は満足できるものではない。これは、特に、前述した文献国際公開第００／７９５４０号で言及されたタングステン（Ｗ）の場合、または、タンタルと窒素との化合物（ＴａＮ）の場合であり、これらはそれぞれ約３５Ｗ／ｍ／℃および約１７３Ｗ／ｍ／℃の熱伝導率を有している。また、これは、前述した文献仏国特許第２８３２５４２号で言及されたＦｅＭｎまたはＩｒ２０Ｍｎ８０から成る反強磁性層の場合でもあり、これらはそれぞれ４４Ｗ／ｍ／℃および３５．６Ｗ／ｍ／℃の熱伝導率を有している。反強磁性層を断熱層として使用するには、厚いことが必要であり、トンネル接合部を形成する層の反強磁性層上への堆積および接合部のナノ構造化が更に難しくなる。
【００１９】
また、５Ｗ／ｍ／℃未満の熱伝導率を有する材料によっても、断熱層の低い熱キャパシタンス（熱容量）を得ることができ、これにより、非常に低い熱時定数を得ることができる。熱時定数は、断熱層の熱抵抗Ｒｔｈと断熱層の熱キャパシタンスＣｔｈとの積（Ｒｔｈ・Ｃｔｈ）に対応している。熱時定数が小さくなればなるほど、書込み段階において温度勾配を素早く確立することができる。
【００２０】
図４において、装置は、第１の断熱層に加えて、第１の電極１２と基準層１との間に配置された層１５によって形成される第２の断熱層を備えている。
【００２１】
記憶層４は、磁性材料から成る単一の層または複数層によって形成され、その強制磁場は、２０℃〜２５０℃の範囲の温度区間においては、温度が増加する際に急速に減少する。例えば、記憶層の材料は、記憶層４とトンネルバリア３との間の界面近傍でコバルトを多く含むテルビウム（Ｔｂ）とコバルト（Ｃｏ）との合金であっても良く、これにより、トンネルバリア３を通過する電子の分極（偏向）を高めることができる。ＴｂとＣｏとの合金は、室温に近いブロッキング温度を有している。また、記憶層４は、層の面に対して垂直な磁化を有する反復多層構造によって形成されていても良く、例えばそれぞれが０．５ｎｍおよび２ｎｍの厚さを有するコバルト（Ｃｏ）および白金（Ｐｔ）の２つの層が交互に繰り返される多層構造によって形成されても良い。
【００２２】
好ましくは、記憶層４は、強磁性層と反強磁性層とを積み重ねることにより形成され、例えば、ＦｅＭｎ等の鉄とマンガンとの化合物から成り、あるいは、イリジウムとマンガンとの化合物から成る。この場合、イリジウムとマンガンとの化合物は、例えば２０％のＩｒと８０％のＭｎとを含み、１３０℃〜２５０℃の範囲のブロッキング温度を有する。
【００２３】
第１および／または第２の断熱層は、断熱層の電気抵抗がトンネルバリア３の電気抵抗よりも十分に低くなるように、好ましくは少なくとも１０のファクタ（a factor ten）分だけ低くなるような導電率を有していることが好ましい。断熱層はトンネルバリア３と直列に接続されており、実際には、磁気抵抗信号が弱くなればなるほど、断熱層の電気抵抗が高くなる。
【００２４】
第１および／または第２の断熱層の材料は、一方で、ヒ素（Ａｓ）、アンチモン（Ｓｂ）、ビスマス（Ｂｉ）、ゲルマニウム（Ｇｅ）、スズ（Ｓｎ）、鉛（Ｐｂ）から選択される少なくとも１つの元素を含み、他方で、硫黄（Ｓ）、セレン（Ｓｅ）、テルル（Ｔｅ）、アルミニウム（Ａｌ）、ガリウム（Ｇａ）、インジウム（Ｉｎ）、タリウム（Ｔｌ）から選択される少なくとも１つの元素を含む少なくとも１つの合金を含んでいることが好ましい。したがって、断熱層の材料は、約１．５Ｗ／ｍ／℃の非常に低い熱伝導率において約１．７５ｍΩｃｍという比較的良好な導電率を示すビスマス（Ｂｉ）とテルル（Ｔｅ）との合金、例えばＢｉＴｅまたはＢｉ２Ｔｅ３であっても良い。断熱層の材料における他の例は、タリウムとスズとテルルとの合金、例えばＴｌ２ＳｎＴｅ５、タリウムとビスマスとテルルとの合金、例えばＴｌ９ＢｉＴｅ６、ストロンチウム（Ｓｒ）とガリウムとゲルマニウムとの合金、例えばＳｒ８Ｇａ１６Ｇｅ３０、ストロンチウムとユウロピウム（Ｅｕ）とガリウムとゲルマニウムとの合金、例えばＳｒ４Ｅｕ４Ｇａ１６Ｇｅ３０である。なお、ビスマスとテルルとの合金は、しばしば非常に低い熱伝導率を示す熱電材料の一部を成す。
【００２５】
また、断熱層の材料は、室温で結晶相とアモルファス相とで存在することができる相変化材料であっても良い。一般に、アモルファス状態は高い電気抵抗を示すが、結晶状態は低い電気抵抗を示す。第１および／または第２の断熱層において使用される相変化材料の場合、材料はその結晶状態でなければならない。相変化材料の熱伝導率は、一般に、アモルファス状態および結晶状態で５Ｗ／ｍ／℃である。例えば、ゲルマニウム、アンチモン、テルルの合金であるＧｅ２Ｓｂ２Ｔｅ５およびＳｂ２Ｔｅ３はそれぞれ、約０．３Ｗ／ｍ／℃および約１２Ｗ／ｍ／℃の熱伝導率を有する。結晶状態の層を得るためには、一般に、熱処理を行なわなければならない。この熱処理は、トンネル接合部を形成する層の堆積前に行なわれることが有益である。
【００２６】
また、第１および／または第２の断熱層の材料は、リン（Ｐ）、ヒ素（Ａｓ）、アンチモン（Ｓｂ）から選択される少なくとも１つの元素を含むとともに、鉄（Ｆｅ）、ルテニウム（Ｒｕ）、オスミウム（Ｏｓ）、コバルト（Ｃｏ）、ロジウム（Ｒｈ）、イリジウム（Ｉｒ）、亜鉛（Ｚｎ）から選択される少なくとも１つの元素を含む少なくとも１つの合金、例えば合金Ｚｎ４Ｓｂ３およびＣｏＦｅ４Ｓｂ１２を含んでいる材料であっても良い。更に、第１および／または第２の断熱層の材料は、ランタン（Ｌａ）、セリウム（Ｃｅ）、プラセオジム（Ｐｒ）、ネオジウム（Ｎｄ）、サマリウム（Ｓｍ）、ユウロピウム（Ｅｕ）、ガドリニウム（Ｇｄ）、ツリウム（Ｔｍ）、イッテルビウム（Ｙｂ）、トリウム（Ｔｈ）、ウラニウム（Ｕ）から選択される少なくとも１つの元素を含んでいても良く、例えば合金Ｙｂ０．２Ｃｏ４Ｓｂ１２、ＬａＴｈＦｅ３ＣｏＳｂ１２、ＥｕＣｏ４Ｓｂ１２、およびＥｕＣｏＳｂ１２Ｇｅ０．５であっても良い。
【００２７】
第１の断熱層が磁性層、例えば反強磁性層によって形成される場合には、記憶層４から磁性断熱層を分離するために、図５に示されるように、層１４によって形成される第１の断熱層と記憶層４との間に磁気分離層１９を配置することができる。磁気分離層１９の材料は、タンタル、クロム、バナジウム、マンガン、および白金から選択される非磁性材料であっても良い。第２の断熱層が反強磁性体である場合には、第２の断熱層と基準層との間に磁気分離層は不要である。これは、基準層の磁化が閉じ込められる（trapped）からである。
【００２８】
図５に示される特定の実施形態においては、トンネルバリア３自体によって第３の断熱層が形成される。例えば、トンネルバリアは、シリコン酸化膜（ＳｉＯ２）、酸化ジルコニウム（ＺｒＯ２）または酸化チタン（ＴｉＯ２）から成っていても良い。酸化ジルコニウムおよび酸化チタンの熱伝導率はそれぞれ、１．５Ｗ／ｍ／℃および７．４Ｗ／ｍ／℃である。
【００２９】
従来例に係る装置の温度変化を検討した。したがって、図６は、従来例に係る磁気トンネル接合部を備える磁気装置において、記憶層４から基準層１へと電流が流れる場合（曲線１７）および反対方向に電流が流れる場合（曲線１８）のそれぞれの場合における２つの理論的な温度分布を示している。電流の流れによって生成される温度プロファイルの対称性を引き出すため、この例の構造は、意図的に選択された対称性を有している。装置は、Ｘ軸に沿って、第１の電極１２と第２の電極１３との間に、
−図６のＸ１〜Ｘ２の間に含まれる隙間に配置された厚さ５ｎｍのタンタル（Ｔａ）から成る層と、
−基準層１を形成するＮｉＦｅから成る３ｎｍ厚の層とＩｒＭｎから成る５ｎｍ厚の層との積層体（Ｘ２−Ｘ０）と、
−トンネルバリア３を形成するアルミナから成る０．６ｎｍ厚の層であって、その厚みに基づいてＸ０に配置された破線により示されている層と、
−記憶層４を形成するＩｒＭｎから成る５ｎｍ厚の層とＮｉＦｅから成る３ｎｍ厚の層との積層体（Ｘ０−Ｘ３）と、
−５ｎｍの厚さのＴａから成る層（Ｘ３−Ｘ４）と、
を連続的に備えている。
【００３０】
この場合、本装置は、座標Ｘ０に対して対称であり、断熱層を備えていない。曲線１７，１８は、室温に維持され且つ０．５Ｖの電位差を有する２つの銅電極に対してこれらの端子で接続されたトンネル接合部に関して得られる。
【００３１】
図６では、温度分布１７および１８の非対称性を観察することができる。記憶層４から基準層１へと流れる電流（曲線１７）は、実際には、基準層１から記憶層４へと向かう電子の移動（図中の右方向）に対応しており、これは、記憶層４（Ｘ０−Ｘ３）中における、すなわち、図２に示されるトンネルバリア（Ｘ０）の右側に位置する領域中における電子のエネルギの散逸（損失）を示している。これは曲線１７の振幅によって示され、この振幅は、Ｘの値がＸ０よりも低い値における場合よりも、Ｘ０よりも高い場合の方が大きい。曲線１８は、図６の右から左へと流れる電子の移動に対応しており、したがって、Ｘ０よりも低い値において多くの熱が生成される。
【００３２】
したがって、所与の電流においては、電流の方向が、接合部内で最も熱くなっている磁性層１または４を規定することができる。このようにすることで、本発明に係る磁気装置の読出し／書込み方法を実行することができる。書込み段階は、記憶層４からトンネル接合部を通じて基準層１へと至る電流ｌ１の流れ（図５）を含んでおり、それにより、記憶層４の磁化５のブロッキング温度よりも高い温度まで記憶層４が加熱される。これに対し、読出し段階は、トンネル接合部を通じた反対方向の電流ｌ２の流れ（図５）、すなわち、基準層１から記憶層４への電流の流れを含んでいる。したがって、記憶層４は、書込み段階中に効率的に加熱されるが、読出し段階中の記憶層４の加熱は低減される。例えば電流ｌ１，ｌ２は可逆発電機１６によって生成され得る。
【００３３】
本発明に係る装置における温度変化が図７〜図９に示されている。図７〜図９に示される理論的な温度分布（曲線Ｋ１〜Ｋ５）は、記憶層４から基準層１への電流方向において、すなわち、基準層１から記憶層４への電子の移動において得られるものであり、したがって、書込み段階に対応している。
【００３４】
曲線Ｋ１〜Ｋ５および曲線１７，１８は、持続時間が５００ｐｓで且つ強度が２５０ｍＡ／μｍ２の電流パルスの終わりにおける温度分布を示しており、トンネル接合部の抵抗Ｒとトンネル接合の表面積Ｓとの積ＲＳ＝２Ωμｍ２に対応している。パルスの持続時間にわたって、接合部の温度は、急速に増大して、最大温度に対応する恒久的な状態（a permanent regime）に達する。その後、電流が解消されると、サーモスタットの機能を果たす外部電極１２および１３への熱拡散により、温度が元の室温まで急速に降下する。
【００３５】
図７に表わされる３つの曲線Ｋ１，Ｋ２およびＫ３は、異なる層１４を備える図３に係る磁気装置における温度分布の変化を示している。上記磁気装置もそれぞれ、図７のＸ１〜Ｘ２の間に含まれる隙間に配置されたタンタルから成る層を備えている（図３には示されていない）。
【００３６】
したがって、曲線Ｋ１における磁気装置の層１４は、５ｎｍの厚さのＢｉＴｅから成る層（Ｘ３−Ｘ４）と５ｎｍの厚さのＴａから成る層（Ｘ４−Ｘ５）との積層膜を記憶層４と第２の電極１３との間に連続的に設けることにより形成される。
【００３７】
曲線Ｋ２における層１４は、５ｎｍの厚さのＴａから成る層（Ｘ３−Ｘ４）と５ｎｍの厚さのＢｉＴｅから成る層（Ｘ４−Ｘ５）との積層膜を記憶層４と第２の電極１３との間に連続的に設けることにより形成される。
【００３８】
曲線Ｋ３に対応する層１４は、５ｎｍの厚さのＴａから成る層（Ｘ３−Ｘ４）と１０ｎｍの厚さのＢｉＴｅから成る層（Ｘ４−Ｘ６）との積層膜を記憶層４と第２の電極１３との間に連続的に設けることにより形成される。
【００３９】
実際には、断熱層の使用により、磁性層（Ｘ０−Ｘ３）内で１００℃〜１７５℃の間に含まれる温度に達する。したがって、この温度は、従来例に係る装置で得られる温度よりも高い（図６において、曲線１７は常に１００℃よりも実質的に低い）。断熱層の効率は、その厚さが大きくなればなるほど益々良くなる。確かに、曲線Ｋ３は曲線Ｋ２よりも大きい。しかしながら、断熱層の厚さは、電流が無くなると温度減少速度を制限する。
【００４０】
さらに、加熱に必要な電力消費量を減らすため、記憶層４は、薄く、例えば約８ｎｍの厚さを有していることが好ましい。
【００４１】
曲線Ｋ１〜Ｋ３によって示される温度分布は、アルミナトンネルバリア３において得られる。アルミナは良好な熱電導体であるため、記憶層４で生じる熱は、トンネルバリア３および基準層１を通じて第１の電極１２へと移動する。加熱効率に悪影響を及ぼすこの熱損失を制限するためには、図４に示される第２の断熱層を挿入して、熱をできる限り記憶層４内に閉じ込めることが有益である。
【００４２】
図８に示される曲線Ｋ４は、層１４および層１５によってそれぞれ形成される第１および第２の断熱層を備えた装置の温度分布を示している。層１５は、５ｎｍ厚のＴａから成る層（Ｘ７−Ｘ１）と５ｎｍ厚のＢｉＴｅから成る層（Ｘ１−Ｘ２）との積層を第１の電極１２と基準層１との間に連続的に設けることにより形成される。層１４は、曲線Ｋ１に対応する層１４と同一である。記憶層４（Ｘ０−Ｘ３）における温度は約３００℃であり、したがって、第１の断熱層だけを使用する場合（曲線Ｋ１）よりも高い。
【００４３】
図９は、トンネルバリア３自体によって形成される第３の断熱層と層１４によって形成される第１の断熱層とを備えた装置において得られた温度分布（曲線Ｋ５）を示している。トンネルバリア３は、０．６ｎｍの厚さのシリカ層によって形成されている。層１４および基準層１はそれぞれ曲線Ｋ２に対応する層と同一である。記憶層４（Ｘ０−Ｘ３）における温度は約１７５℃（曲線Ｋ５）であり、したがって、温度が１５０℃を超えないアルミナトンネルバリア３を有する装置の温度（曲線Ｋ２）よりも高い。確かに、シリカは、アルミナ（３６．７Ｗ／ｍ／℃）よりも低い熱伝導率（１．５Ｗ／ｍ／℃）を有しており、したがって、熱を更に効率的に記憶層４内に閉じ込めることができる。
【００４４】
本発明は前述した実施形態に限定されない。特に、第１、第２および第３の断熱層の任意の組み合わせが可能である。
【図面の簡単な説明】
【００４５】
【図１】従来技術に係る磁気トンネル接合部を備える装置を示している。
【図２】電位差を受ける従来技術に係るトンネル接合部における電子のエネルギ変化を示している。
【図３】本発明に係る磁気装置の特定の実施形態を示している。
【図４】本発明に係る磁気装置の特定の実施形態を示している。
【図５】本発明に係る磁気装置の特定の実施形態を示している。
【図６】磁気トンネル接合部において、記憶層から基準層へと電流が流れる場合および反対方向に電流が流れる場合のそれぞれにおける２つの理論的な温度分布を示している。
【図７】図３に示された実施形態に対応する理論的な温度分布を示している。
【図８】図４に示された実施形態に対応する理論的な温度分布を示している。
【図９】図５に示された実施形態に対応する理論的な温度分布を示している。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、
−第１の電極と、
−基準層を形成し且つ所定の磁化を有する第１の磁性層と、トンネルバリアを形成する電気絶縁層と、記憶層を形成し且つ可逆性のある磁化方向を有する第２の磁性層とを連続的に備える磁気トンネル接合部と、
−中間層と、
−第２の電極と、
を連続的に備える磁気装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
文献仏国特許第２８３２５４２号は、磁気トンネル接合部を有する磁気装置と、この磁気装置を使用して読出しおよび書込みを行なうための方法とについて記載している。図１に示されるように、トンネル接合部は、基準層１を形成し且つ所定の磁化２を有する第１の磁性層と、トンネルバリア３を形成する電気的絶縁層と、記憶層４を形成し且つ図１に２方向矢印で示される可逆磁化方向５を有する第２の磁性層とを連続して備えている。記憶層４の可逆磁化方向５は、基準層１の所定の磁化２に対して方向付けることができ、それによりそれらの磁化同士が平行または逆平行となるようにすることができる。
【０００３】
記憶層４の磁化のブロッキング温度は、基準層１のブロッキング温度よりも低い。また、本装置は、電流源６と、スイッチ７と、記憶層に対して磁場を印加することにより基準層１の磁化２の向きを変えることなく記憶層４の磁化５を基準層１の磁化２に対して方向付ける手段（図示せず）とを備えている。
【０００４】
書込み段階において、すなわち、外部磁場の印加による記憶層４の磁化段階においては、トンネル接合部を通じて電流Ｉが流され、それにより、記憶層４がその磁化５のブロッキング温度よりも高い温度に加熱される。
【０００５】
読出し段階においては、基準層１の磁化方向に対する記憶層４の磁化５の方向が磁気トンネル接合部の抵抗によって測定される。この磁気トンネル接合部の抵抗は、基準層１の磁化方向に対する記憶層４の磁化５の方向に依存する。
【０００６】
書込み中においては、約０．５Ｖの電圧が接合部の端子に印加される。これには比較的高い電力が必要とされる。また、この電力によって接合部がさらに損傷する可能性がある。読出しにおいて印加される電圧は一般に０．３Ｖである。その後、トンネル接合部が読出し中に加熱され、これにより、予定外の読出しを行なう危険性が高まる。
【０００７】
図２は、電位差Ｖを受けるトンネル接合部における電子のポテンシャルエネルギ８を示している。接合部は、Ｘ０に配置されるトンネルバリアの各側に配置され且つそれぞれが上側フェルミレベルＥｆｓおよび下側フェルミレベルＥｆｉを有する電子放出層および電子受入層によって形成されている。フェルミレベルの差は電位差、すなわち、Ｅｆｓ−Ｅｆｉ＝ｅＶに比例している。ここで、ｅは電子の素電荷である。矢印９で示されるように、電子放出層によって放出される電子は、エネルギを損失することなく、トンネル効果によりトンネルバリアを通過する。その後、高いエネルギＥｆｓから低いエネルギＥｆｉへの電子の非弾性緩和が起こると、電子は、例えばフォノン１０および／またはマグノン１１の生成により電子受入層中にエネルギｅＶを損失し、これにより電子受入層の温度が高くなる。非弾性緩和は、特徴的な長さである平均非弾性自由行程長λｉｎにわたって起こる。この長さは、一般に、磁気トンネル接合部で通常使用される磁性材料においては約数ナノメートルである。したがって、数ナノメートルの厚さを有し、トンネルバリアに隣接して電子受入層中に位置される領域では、トンネル電流による熱生成が最大となる。
【０００８】
また、文献仏国特許第２８３２５４２号に記載されるトンネル接合部は、トンネル接合部の基準層のトンネルバリアと対向する面に配置される例えばＮｉＭｎから成る反強磁性層を備えることもできる。さらに、トンネル接合部の記憶層のトンネルバリアと対向する面には、例えばＦｅＭｎまたはＩｒ２０Ｍｎ８０から成る反強磁性層を配置することもできる。反強磁性層は、記憶層および基準層の帯磁方向を保持する機能を果たす。トンネル接合部を形成する層を反強磁性層上に堆積させ、かつ、接合部のナノ構造化を行うためには、更なるステップ、例えばアライメントステップが必要となるであろう。さらに、トンネルバリア短絡の危険性が高まる。
【０００９】
文献国際公開第００／７９５４０号は、薄い層の積層により形成される磁気メモリについて記載している。この文献は、特に十分な導電率を有するがアルミニウムに対して低い熱伝導率を有する断熱層を用いてメモリセルを断熱して、キュリー温度で電気加熱電流の低減を達成可能としてメモリセルを断熱することを提案している。断熱層の材料は、例えば、タンタルと窒素との化合物（ＴａＮ）またはタングステン（Ｗ）である。
【００１０】
しかしながら、そのような断熱層を導入すると、トンネル接合部との一体性の問題、すなわち、表面ラフネスの増大や、メモリドットを規定するために必要なエッチング時間の増大といった問題が更に生じてしまう。そのような断熱層は、更なる研磨ステップおよびエッチングステップを必要とするため、接合部の堆積・製造プロセスが複雑になる。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
本発明の目的は、これらの欠点を改善することであり、特に、記憶層を効率的に加熱することができる一方で、この加熱に必要な電力を最小限に抑える装置を実現し、それにより、装置の電力消費量を低減するとともに、トンネル接合部短絡の危険性を最小にし、同時に製造方法を簡略化することである。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明において、この目的は、添付の請求項によって達成され、特に、中間層が、５Ｗ／ｍ／℃よりも低い熱伝導率を有する材料によって形成される第１の断熱層を構成するという事実により達成される。
【００１３】
本発明の更なる目的は、本発明に係る磁気装置の読出し／書込み方法を提供することであり、
−書込み段階は、第２の磁性層からトンネル接合部を通して第１の磁性層へと至る電流の流れを含み、それにより、第２の磁性層の磁化のブロッキング温度よりも高い温度まで第２の磁性層が加熱され、
− 読出し段階は、第１の磁性層からトンネル接合部を通して第２の磁性層へと至る電流の流れを含んでいる。
【００１４】
他の利点および特徴は、単なる非限定的な実施例として与えられ且つ添付図面に表わされる本発明の特定の実施形態の以下の説明から更に明らかとなる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
本発明に係る磁気装置は第１および第２の電極を備えており、これらの電極間には図１に示されるようなトンネル接合部が設けられている。この場合、熱伝導率が低い材料によって形成された断熱層が、トンネル接合部の磁性層のうちの少なくとも１つと接触しており、これにより、書込み段階中にトンネル電流によって生成される熱が記憶層中に集中する。
【００１６】
図３において、磁気装置は、Ｘ軸に沿って、第１の電極１２と、図１に示されるようなトンネル接合部と、第１の断熱層と、第２の電極１３とを連続的に備えている。第１の断熱層は、記憶層４と第２の電極１３との間に配置された中間層１４によって形成されている。電極１２，１３は、室温であり、書込み段階および読出し段階後にトンネル接合部を冷却することができる。
【００１７】
本発明において、第１の断熱層を成す中間層１４は、５Ｗ／ｍ／℃未満の熱伝導率を有する材料によって形成されている。実際には、トンネル接合部を形成する層の中間層１４上での堆積が簡素化すればするほど、中間層１４の厚さは薄くなる。特に、薄い層１４のラフネスは全体的に小さく、薄い層１４上に堆積されるトンネル接合部の短絡の危険性が減少する。しかしながら、所定の熱抵抗において、中間層１４は、その熱伝導率を低くするにつれて、厚さを薄くすることができる。
【００１８】
この点で、従来例で使用される化合物は満足できるものではない。これは、特に、前述した文献国際公開第００／７９５４０号で言及されたタングステン（Ｗ）の場合、または、タンタルと窒素との化合物（ＴａＮ）の場合であり、これらはそれぞれ約３５Ｗ／ｍ／℃および約１７３Ｗ／ｍ／℃の熱伝導率を有している。また、これは、前述した文献仏国特許第２８３２５４２号で言及されたＦｅＭｎまたはＩｒ２０Ｍｎ８０から成る反強磁性層の場合でもあり、これらはそれぞれ４４Ｗ／ｍ／℃および３５．６Ｗ／ｍ／℃の熱伝導率を有している。反強磁性層を断熱層として使用するには、厚いことが必要であり、トンネル接合部を形成する層の反強磁性層上への堆積および接合部のナノ構造化が更に難しくなる。
【００１９】
また、５Ｗ／ｍ／℃未満の熱伝導率を有する材料によっても、断熱層の低い熱キャパシタンス（熱容量）を得ることができ、これにより、非常に低い熱時定数を得ることができる。熱時定数は、断熱層の熱抵抗Ｒｔｈと断熱層の熱キャパシタンスＣｔｈとの積（Ｒｔｈ・Ｃｔｈ）に対応している。熱時定数が小さくなればなるほど、書込み段階において温度勾配を素早く確立することができる。
【００２０】
図４において、装置は、第１の断熱層に加えて、第１の電極１２と基準層１との間に配置された層１５によって形成される第２の断熱層を備えている。
【００２１】
記憶層４は、磁性材料から成る単一の層または複数層によって形成され、その強制磁場は、２０℃〜２５０℃の範囲の温度区間においては、温度が増加する際に急速に減少する。例えば、記憶層の材料は、記憶層４とトンネルバリア３との間の界面近傍でコバルトを多く含むテルビウム（Ｔｂ）とコバルト（Ｃｏ）との合金であっても良く、これにより、トンネルバリア３を通過する電子の分極（偏向）を高めることができる。ＴｂとＣｏとの合金は、室温に近いブロッキング温度を有している。また、記憶層４は、層の面に対して垂直な磁化を有する反復多層構造によって形成されていても良く、例えばそれぞれが０．５ｎｍおよび２ｎｍの厚さを有するコバルト（Ｃｏ）および白金（Ｐｔ）の２つの層が交互に繰り返される多層構造によって形成されても良い。
【００２２】
好ましくは、記憶層４は、強磁性層と反強磁性層とを積み重ねることにより形成され、例えば、ＦｅＭｎ等の鉄とマンガンとの化合物から成り、あるいは、イリジウムとマンガンとの化合物から成る。この場合、イリジウムとマンガンとの化合物は、例えば２０％のＩｒと８０％のＭｎとを含み、１３０℃〜２５０℃の範囲のブロッキング温度を有する。
【００２３】
第１および／または第２の断熱層は、断熱層の電気抵抗がトンネルバリア３の電気抵抗よりも十分に低くなるように、好ましくは少なくとも１０のファクタ（a factor ten）分だけ低くなるような導電率を有していることが好ましい。断熱層はトンネルバリア３と直列に接続されており、実際には、磁気抵抗信号が弱くなればなるほど、断熱層の電気抵抗が高くなる。
【００２４】
第１および／または第２の断熱層の材料は、一方で、ヒ素（Ａｓ）、アンチモン（Ｓｂ）、ビスマス（Ｂｉ）、ゲルマニウム（Ｇｅ）、スズ（Ｓｎ）、鉛（Ｐｂ）から選択される少なくとも１つの元素を含み、他方で、硫黄（Ｓ）、セレン（Ｓｅ）、テルル（Ｔｅ）、アルミニウム（Ａｌ）、ガリウム（Ｇａ）、インジウム（Ｉｎ）、タリウム（Ｔｌ）から選択される少なくとも１つの元素を含む少なくとも１つの合金を含んでいることが好ましい。したがって、断熱層の材料は、約１．５Ｗ／ｍ／℃の非常に低い熱伝導率において約１．７５ｍΩｃｍという比較的良好な導電率を示すビスマス（Ｂｉ）とテルル（Ｔｅ）との合金、例えばＢｉＴｅまたはＢｉ２Ｔｅ３であっても良い。断熱層の材料における他の例は、タリウムとスズとテルルとの合金、例えばＴｌ２ＳｎＴｅ５、タリウムとビスマスとテルルとの合金、例えばＴｌ９ＢｉＴｅ６、ストロンチウム（Ｓｒ）とガリウムとゲルマニウムとの合金、例えばＳｒ８Ｇａ１６Ｇｅ３０、ストロンチウムとユウロピウム（Ｅｕ）とガリウムとゲルマニウムとの合金、例えばＳｒ４Ｅｕ４Ｇａ１６Ｇｅ３０である。なお、ビスマスとテルルとの合金は、しばしば非常に低い熱伝導率を示す熱電材料の一部を成す。
【００２５】
また、断熱層の材料は、室温で結晶相とアモルファス相とで存在することができる相変化材料であっても良い。一般に、アモルファス状態は高い電気抵抗を示すが、結晶状態は低い電気抵抗を示す。第１および／または第２の断熱層において使用される相変化材料の場合、材料はその結晶状態でなければならない。相変化材料の熱伝導率は、一般に、アモルファス状態および結晶状態で５Ｗ／ｍ／℃である。例えば、ゲルマニウム、アンチモン、テルルの合金であるＧｅ２Ｓｂ２Ｔｅ５およびＳｂ２Ｔｅ３はそれぞれ、約０．３Ｗ／ｍ／℃および約１２Ｗ／ｍ／℃の熱伝導率を有する。結晶状態の層を得るためには、一般に、熱処理を行なわなければならない。この熱処理は、トンネル接合部を形成する層の堆積前に行なわれることが有益である。
【００２６】
また、第１および／または第２の断熱層の材料は、リン（Ｐ）、ヒ素（Ａｓ）、アンチモン（Ｓｂ）から選択される少なくとも１つの元素を含むとともに、鉄（Ｆｅ）、ルテニウム（Ｒｕ）、オスミウム（Ｏｓ）、コバルト（Ｃｏ）、ロジウム（Ｒｈ）、イリジウム（Ｉｒ）、亜鉛（Ｚｎ）から選択される少なくとも１つの元素を含む少なくとも１つの合金、例えば合金Ｚｎ４Ｓｂ３およびＣｏＦｅ４Ｓｂ１２を含んでいる材料であっても良い。更に、第１および／または第２の断熱層の材料は、ランタン（Ｌａ）、セリウム（Ｃｅ）、プラセオジム（Ｐｒ）、ネオジウム（Ｎｄ）、サマリウム（Ｓｍ）、ユウロピウム（Ｅｕ）、ガドリニウム（Ｇｄ）、ツリウム（Ｔｍ）、イッテルビウム（Ｙｂ）、トリウム（Ｔｈ）、ウラニウム（Ｕ）から選択される少なくとも１つの元素を含んでいても良く、例えば合金Ｙｂ０．２Ｃｏ４Ｓｂ１２、ＬａＴｈＦｅ３ＣｏＳｂ１２、ＥｕＣｏ４Ｓｂ１２、およびＥｕＣｏＳｂ１２Ｇｅ０．５であっても良い。
【００２７】
第１の断熱層が磁性層、例えば反強磁性層によって形成される場合には、記憶層４から磁性断熱層を分離するために、図５に示されるように、層１４によって形成される第１の断熱層と記憶層４との間に磁気分離層１９を配置することができる。磁気分離層１９の材料は、タンタル、クロム、バナジウム、マンガン、および白金から選択される非磁性材料であっても良い。第２の断熱層が反強磁性体である場合には、第２の断熱層と基準層との間に磁気分離層は不要である。これは、基準層の磁化が閉じ込められる（trapped）からである。
【００２８】
図５に示される特定の実施形態においては、トンネルバリア３自体によって第３の断熱層が形成される。例えば、トンネルバリアは、シリコン酸化膜（ＳｉＯ２）、酸化ジルコニウム（ＺｒＯ２）または酸化チタン（ＴｉＯ２）から成っていても良い。酸化ジルコニウムおよび酸化チタンの熱伝導率はそれぞれ、１．５Ｗ／ｍ／℃および７．４Ｗ／ｍ／℃である。
【００２９】
従来例に係る装置の温度変化を検討した。したがって、図６は、従来例に係る磁気トンネル接合部を備える磁気装置において、記憶層４から基準層１へと電流が流れる場合（曲線１７）および反対方向に電流が流れる場合（曲線１８）のそれぞれの場合における２つの理論的な温度分布を示している。電流の流れによって生成される温度プロファイルの対称性を引き出すため、この例の構造は、意図的に選択された対称性を有している。装置は、Ｘ軸に沿って、第１の電極１２と第２の電極１３との間に、
−図６のＸ１〜Ｘ２の間に含まれる隙間に配置された厚さ５ｎｍのタンタル（Ｔａ）から成る層と、
−基準層１を形成するＮｉＦｅから成る３ｎｍ厚の層とＩｒＭｎから成る５ｎｍ厚の層との積層体（Ｘ２−Ｘ０）と、
−トンネルバリア３を形成するアルミナから成る０．６ｎｍ厚の層であって、その厚みに基づいてＸ０に配置された破線により示されている層と、
−記憶層４を形成するＩｒＭｎから成る５ｎｍ厚の層とＮｉＦｅから成る３ｎｍ厚の層との積層体（Ｘ０−Ｘ３）と、
−５ｎｍの厚さのＴａから成る層（Ｘ３−Ｘ４）と、
を連続的に備えている。
【００３０】
この場合、本装置は、座標Ｘ０に対して対称であり、断熱層を備えていない。曲線１７，１８は、室温に維持され且つ０．５Ｖの電位差を有する２つの銅電極に対してこれらの端子で接続されたトンネル接合部に関して得られる。
【００３１】
図６では、温度分布１７および１８の非対称性を観察することができる。記憶層４から基準層１へと流れる電流（曲線１７）は、実際には、基準層１から記憶層４へと向かう電子の移動（図中の右方向）に対応しており、これは、記憶層４（Ｘ０−Ｘ３）中における、すなわち、図２に示されるトンネルバリア（Ｘ０）の右側に位置する領域中における電子のエネルギの散逸（損失）を示している。これは曲線１７の振幅によって示され、この振幅は、Ｘの値がＸ０よりも低い値における場合よりも、Ｘ０よりも高い場合の方が大きい。曲線１８は、図６の右から左へと流れる電子の移動に対応しており、したがって、Ｘ０よりも低い値において多くの熱が生成される。
【００３２】
したがって、所与の電流においては、電流の方向が、接合部内で最も熱くなっている磁性層１または４を規定することができる。このようにすることで、本発明に係る磁気装置の読出し／書込み方法を実行することができる。書込み段階は、記憶層４からトンネル接合部を通じて基準層１へと至る電流ｌ１の流れ（図５）を含んでおり、それにより、記憶層４の磁化５のブロッキング温度よりも高い温度まで記憶層４が加熱される。これに対し、読出し段階は、トンネル接合部を通じた反対方向の電流ｌ２の流れ（図５）、すなわち、基準層１から記憶層４への電流の流れを含んでいる。したがって、記憶層４は、書込み段階中に効率的に加熱されるが、読出し段階中の記憶層４の加熱は低減される。例えば電流ｌ１，ｌ２は可逆発電機１６によって生成され得る。
【００３３】
本発明に係る装置における温度変化が図７〜図９に示されている。図７〜図９に示される理論的な温度分布（曲線Ｋ１〜Ｋ５）は、記憶層４から基準層１への電流方向において、すなわち、基準層１から記憶層４への電子の移動において得られるものであり、したがって、書込み段階に対応している。
【００３４】
曲線Ｋ１〜Ｋ５および曲線１７，１８は、持続時間が５００ｐｓで且つ強度が２５０ｍＡ／μｍ２の電流パルスの終わりにおける温度分布を示しており、トンネル接合部の抵抗Ｒとトンネル接合の表面積Ｓとの積ＲＳ＝２Ωμｍ２に対応している。パルスの持続時間にわたって、接合部の温度は、急速に増大して、最大温度に対応する恒久的な状態（a permanent regime）に達する。その後、電流が解消されると、サーモスタットの機能を果たす外部電極１２および１３への熱拡散により、温度が元の室温まで急速に降下する。
【００３５】
図７に表わされる３つの曲線Ｋ１，Ｋ２およびＫ３は、異なる層１４を備える図３に係る磁気装置における温度分布の変化を示している。上記磁気装置もそれぞれ、図７のＸ１〜Ｘ２の間に含まれる隙間に配置されたタンタルから成る層を備えている（図３には示されていない）。
【００３６】
したがって、曲線Ｋ１における磁気装置の層１４は、５ｎｍの厚さのＢｉＴｅから成る層（Ｘ３−Ｘ４）と５ｎｍの厚さのＴａから成る層（Ｘ４−Ｘ５）との積層膜を記憶層４と第２の電極１３との間に連続的に設けることにより形成される。
【００３７】
曲線Ｋ２における層１４は、５ｎｍの厚さのＴａから成る層（Ｘ３−Ｘ４）と５ｎｍの厚さのＢｉＴｅから成る層（Ｘ４−Ｘ５）との積層膜を記憶層４と第２の電極１３との間に連続的に設けることにより形成される。
【００３８】
曲線Ｋ３に対応する層１４は、５ｎｍの厚さのＴａから成る層（Ｘ３−Ｘ４）と１０ｎｍの厚さのＢｉＴｅから成る層（Ｘ４−Ｘ６）との積層膜を記憶層４と第２の電極１３との間に連続的に設けることにより形成される。
【００３９】
実際には、断熱層の使用により、磁性層（Ｘ０−Ｘ３）内で１００℃〜１７５℃の間に含まれる温度に達する。したがって、この温度は、従来例に係る装置で得られる温度よりも高い（図６において、曲線１７は常に１００℃よりも実質的に低い）。断熱層の効率は、その厚さが大きくなればなるほど益々良くなる。確かに、曲線Ｋ３は曲線Ｋ２よりも大きい。しかしながら、断熱層の厚さは、電流が無くなると温度減少速度を制限する。
【００４０】
さらに、加熱に必要な電力消費量を減らすため、記憶層４は、薄く、例えば約８ｎｍの厚さを有していることが好ましい。
【００４１】
曲線Ｋ１〜Ｋ３によって示される温度分布は、アルミナトンネルバリア３において得られる。アルミナは良好な熱電導体であるため、記憶層４で生じる熱は、トンネルバリア３および基準層１を通じて第１の電極１２へと移動する。加熱効率に悪影響を及ぼすこの熱損失を制限するためには、図４に示される第２の断熱層を挿入して、熱をできる限り記憶層４内に閉じ込めることが有益である。
【００４２】
図８に示される曲線Ｋ４は、層１４および層１５によってそれぞれ形成される第１および第２の断熱層を備えた装置の温度分布を示している。層１５は、５ｎｍ厚のＴａから成る層（Ｘ７−Ｘ１）と５ｎｍ厚のＢｉＴｅから成る層（Ｘ１−Ｘ２）との積層を第１の電極１２と基準層１との間に連続的に設けることにより形成される。層１４は、曲線Ｋ１に対応する層１４と同一である。記憶層４（Ｘ０−Ｘ３）における温度は約３００℃であり、したがって、第１の断熱層だけを使用する場合（曲線Ｋ１）よりも高い。
【００４３】
図９は、トンネルバリア３自体によって形成される第３の断熱層と層１４によって形成される第１の断熱層とを備えた装置において得られた温度分布（曲線Ｋ５）を示している。トンネルバリア３は、０．６ｎｍの厚さのシリカ層によって形成されている。層１４および基準層１はそれぞれ曲線Ｋ２に対応する層と同一である。記憶層４（Ｘ０−Ｘ３）における温度は約１７５℃（曲線Ｋ５）であり、したがって、温度が１５０℃を超えないアルミナトンネルバリア３を有する装置の温度（曲線Ｋ２）よりも高い。確かに、シリカは、アルミナ（３６．７Ｗ／ｍ／℃）よりも低い熱伝導率（１．５Ｗ／ｍ／℃）を有しており、したがって、熱を更に効率的に記憶層４内に閉じ込めることができる。
【００４４】
本発明は前述した実施形態に限定されない。特に、第１、第２および第３の断熱層の任意の組み合わせが可能である。
【図面の簡単な説明】
【００４５】
【図１】従来技術に係る磁気トンネル接合部を備える装置を示している。
【図２】電位差を受ける従来技術に係るトンネル接合部における電子のエネルギ変化を示している。
【図３】本発明に係る磁気装置の特定の実施形態を示している。
【図４】本発明に係る磁気装置の特定の実施形態を示している。
【図５】本発明に係る磁気装置の特定の実施形態を示している。
【図６】磁気トンネル接合部において、記憶層から基準層へと電流が流れる場合および反対方向に電流が流れる場合のそれぞれにおける２つの理論的な温度分布を示している。
【図７】図３に示された実施形態に対応する理論的な温度分布を示している。
【図８】図４に示された実施形態に対応する理論的な温度分布を示している。
【図９】図５に示された実施形態に対応する理論的な温度分布を示している。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
−第１の電極（１２）と、
−基準層を形成し且つ所定の磁化（２）を有する第１の磁性層（１）と、トンネルバリア（３）を形成する電気絶縁層と、記憶層を形成し且つ可逆的に方向を変更できる磁化（５）を有する第２の磁性層（４）と、を連続的に備える磁気トンネル接合部と、
−中間層（１４）と、
−第２の電極（１３）と、
を連続的に備え、
前記中間層（１４）は、５Ｗ／ｍ／℃よりも低い熱伝導率を有する材料によって形成される第１の断熱層を構成することを特徴とする磁気装置。
【請求項２】
前記第１の電極（１２）と前記第１の磁性層（１）との間に設けられた層（１５）によって第２の断熱層が形成されることを特徴とする請求項１に記載の装置。
【請求項３】
前記第１および／または第２の断熱層の材料は、前記断熱層の電気抵抗が前記トンネルバリア（３）の電気抵抗よりも十分に低くなるような導電率を有していることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の装置。
【請求項４】
前記第１および／または第２の断熱層の材料は、ヒ素、アンチモン、ビスマス、ゲルマニウム、スズおよび鉛から選択される少なくとも１つの元素を含むとともに、硫黄、セレン、テルル、アルミニウム、ガリウム、インジウムおよびタリウムから選択される少なくとも１つの元素を含む少なくとも１つの合金を含んでいることを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか一項に記載の装置。
【請求項５】
前記第１および／または第２の断熱層の材料は、リン、ヒ素およびアンチモンから選択される少なくとも１つの元素を含むとともに、鉄、ルテニウム、オスミウム、コバルト、ロジウム、イリジウムおよび亜鉛から選択される少なくとも１つの元素を含む少なくとも１つの合金を含んでいることを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか一項に記載の装置。
【請求項６】
前記第１および／または第２の断熱層の材料は、ランタン、セリウム、プラセオジム、ネオジム、サマリウム、ユウロピウム、ガドリニウム、ツリウム、イッテルビウム、トリウムおよびウラニウムから選択される少なくとも１つの元素を含んでいることを特徴とする請求項５に記載の装置。
【請求項７】
前記第１の断熱層は反強磁性層によって形成され、
前記第１の断熱層と前記第２の磁性層（４）との間に設けられた磁気分離層（１９）を備えていることを特徴とする請求項１から請求項６のいずれか一項に記載の装置。
【請求項８】
前記磁気分離層（１９）の材料は、タンタル、クロム、バナジウム、マンガンおよび白金から選択されることを特徴とする請求項７に記載の装置。
【請求項９】
前記トンネルバリア（３）によって第３の断熱層が形成されることを特徴とする請求項１から請求項８のいずれか一項に記載の装置。
【請求項１０】
前記トンネルバリア（３）の材料は、シリコン酸化膜、酸化ジルコニウムおよび酸化チタンから選択されることを特徴とする請求項９に記載の装置。
【請求項１１】
請求項１から請求項１０のいずれか一項に記載の磁気装置の読出し／書込み方法であって、
−書込み段階は、前記第２の磁性層（４）から前記トンネル接合部を通じて前記第１の磁性層（１）へと至る電流（ｌ１）の流れを含み、それにより、前記第２の磁性層（４）の磁化（５）のブロッキング温度よりも高い温度まで前記第２の磁性層（４）が加熱され、
− 読出し段階は、前記第１の磁性層（１）から前記トンネル接合部を通じて前記第２の磁性層（４）へと至る電流（ｌ２）の流れを含んでいることを特徴とする方法。
【請求項１】
−第１の電極（１２）と、
−基準層を形成し且つ所定の磁化（２）を有する第１の磁性層（１）と、トンネルバリア（３）を形成する電気絶縁層と、記憶層を形成し且つ可逆的に方向を変更できる磁化（５）を有する第２の磁性層（４）と、を連続的に備える磁気トンネル接合部と、
−中間層（１４）と、
−第２の電極（１３）と、
を連続的に備え、
前記中間層（１４）は、５Ｗ／ｍ／℃よりも低い熱伝導率を有する材料によって形成される第１の断熱層を構成することを特徴とする磁気装置。
【請求項２】
前記第１の電極（１２）と前記第１の磁性層（１）との間に設けられた層（１５）によって第２の断熱層が形成されることを特徴とする請求項１に記載の装置。
【請求項３】
前記第１および／または第２の断熱層の材料は、前記断熱層の電気抵抗が前記トンネルバリア（３）の電気抵抗よりも十分に低くなるような導電率を有していることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の装置。
【請求項４】
前記第１および／または第２の断熱層の材料は、ヒ素、アンチモン、ビスマス、ゲルマニウム、スズおよび鉛から選択される少なくとも１つの元素を含むとともに、硫黄、セレン、テルル、アルミニウム、ガリウム、インジウムおよびタリウムから選択される少なくとも１つの元素を含む少なくとも１つの合金を含んでいることを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか一項に記載の装置。
【請求項５】
前記第１および／または第２の断熱層の材料は、リン、ヒ素およびアンチモンから選択される少なくとも１つの元素を含むとともに、鉄、ルテニウム、オスミウム、コバルト、ロジウム、イリジウムおよび亜鉛から選択される少なくとも１つの元素を含む少なくとも１つの合金を含んでいることを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか一項に記載の装置。
【請求項６】
前記第１および／または第２の断熱層の材料は、ランタン、セリウム、プラセオジム、ネオジム、サマリウム、ユウロピウム、ガドリニウム、ツリウム、イッテルビウム、トリウムおよびウラニウムから選択される少なくとも１つの元素を含んでいることを特徴とする請求項５に記載の装置。
【請求項７】
前記第１の断熱層は反強磁性層によって形成され、
前記第１の断熱層と前記第２の磁性層（４）との間に設けられた磁気分離層（１９）を備えていることを特徴とする請求項１から請求項６のいずれか一項に記載の装置。
【請求項８】
前記磁気分離層（１９）の材料は、タンタル、クロム、バナジウム、マンガンおよび白金から選択されることを特徴とする請求項７に記載の装置。
【請求項９】
前記トンネルバリア（３）によって第３の断熱層が形成されることを特徴とする請求項１から請求項８のいずれか一項に記載の装置。
【請求項１０】
前記トンネルバリア（３）の材料は、シリコン酸化膜、酸化ジルコニウムおよび酸化チタンから選択されることを特徴とする請求項９に記載の装置。
【請求項１１】
請求項１から請求項１０のいずれか一項に記載の磁気装置の読出し／書込み方法であって、
−書込み段階は、前記第２の磁性層（４）から前記トンネル接合部を通じて前記第１の磁性層（１）へと至る電流（ｌ１）の流れを含み、それにより、前記第２の磁性層（４）の磁化（５）のブロッキング温度よりも高い温度まで前記第２の磁性層（４）が加熱され、
− 読出し段階は、前記第１の磁性層（１）から前記トンネル接合部を通じて前記第２の磁性層（４）へと至る電流（ｌ２）の流れを含んでいることを特徴とする方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【公表番号】特表２００７−５０９４８９（Ｐ２００７−５０９４８９Ａ）
【公表日】平成１９年４月１２日（２００７．４．１２）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００６−５３０４１８（Ｐ２００６−５３０４１８）
【出願日】平成１６年１０月６日（２００４．１０．６）
【国際出願番号】ＰＣＴ／ＦＲ２００４／００２５１７
【国際公開番号】ＷＯ２００５／０３６５５９
【国際公開日】平成１７年４月２１日（２００５．４．２１）
【出願人】（５０２１４２３２３）コミサリア、ア、レネルジ、アトミク (195)
【氏名又は名称原語表記】ＣＯＭＭＩＳＳＡＲＩＡＴ Ａ Ｌ’ＥＮＥＲＧＩＥ ＡＴＯＭＩＱＵＥ
【Ｆターム（参考）】
【公表日】平成１９年４月１２日（２００７．４．１２）
【国際特許分類】
【出願日】平成１６年１０月６日（２００４．１０．６）
【国際出願番号】ＰＣＴ／ＦＲ２００４／００２５１７
【国際公開番号】ＷＯ２００５／０３６５５９
【国際公開日】平成１７年４月２１日（２００５．４．２１）
【出願人】（５０２１４２３２３）コミサリア、ア、レネルジ、アトミク (195)
【氏名又は名称原語表記】ＣＯＭＭＩＳＳＡＲＩＡＴ Ａ Ｌ’ＥＮＥＲＧＩＥ ＡＴＯＭＩＱＵＥ
【Ｆターム（参考）】
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