[發明專利]自旋累積磁化反轉型存儲元件及自旋RAM

有效

• 申請號: 200810098862.7
• 申請日: 2008-05-19
• 公開（公告）號: CN101325087A
• 公開（公告）日: 2008-12-17
• 發明（設計）人: 三浦勝哉
• 申請（專利權）人: 株式會社日立制作所
• 主分類號: G11C11/16
• 分類號: G11C11/16;H01L43/08
• 代理公司: 北京銀龍知識產權代理有限公司
• 代理人: 熊志誠

技術領域

本發明涉及使用自旋累積技術，具有磁阻效應元件的磁紀錄、讀出存儲器。

背景技術

現在，在動態隨機存取存儲器(DRAM)所代表的存儲器的領域，滿足高 速、高集成、低功耗這三個要求的新存儲器的研究開發正在全世界進行。作為 滿足這些條件并具有非易失性的存儲器的侯補，非常期待磁隨機存取存儲器 (MRAM)。

該MRAM做成把隧道磁阻(TMR)效應元件排列成陣列狀的構造。TMR 元件基本構造為用二個強磁性層夾住作為隧道阻擋層使用的絕緣層。TMR效 應是在這二個強磁性體的磁化方向在平行、反平行的場合，TMR元件的電阻 矩具有極大的變化。二十世紀九十年代雖然研究成功絕緣層使用了氧化鋁的 TMR元件，但近幾年對于令人注目的絕緣層使用氧化鎂的情況，也發表了超 過300％的文獻。這些都記載在非專利文獻1等中。

非專利文獻1：Jun?Hayakawa，Shoji?Ikeda，Young?Min?Lee，Ryutaro Sasaki，Toshiyasu?Meguto，Fumihiro?Matsukura，Hiromasa?Takahashi?and Hideo?Ohno“Current-Driven?Magnetization?Switching?in?CoFeB/Mgo/CoFeB Magnetic?Tunnel?Junctions”，Jpn.J.Appl.Phys.44.L1267(2005).

非專利文獻2：F.J.Jedema，H.B.Heersche，A.T.Filip，J.J.A.Baselman s?and?B，J，van?Wees，“Electrical?detection?of?spin?precession?a?metallic mesoscopic?spin?valve”Mature?416，713(2002).

非專利文獻3：T.K?imura.Y.Otani?and?J.Hamrle，“Switching Magnetization?of?a?Nanoscale?Ferromagnetic?Particle?Using?Nonlocal?Spin Injection”，Phys?Rev.Lett.96，037201(2006).

就使用了TMR效應的MRAM而言，中間隔有絕緣層的二個鐵磁性體的 磁化借助于配置成平行或逆平行時的電阻差來進行讀出。

通過使二個鐵磁性體的頑磁力產生差，用外部磁場使一方的磁化反轉來實 現寫入。一般外部磁場使用流經位線/字線的電流產生的合成磁場。

這里，把磁化反轉的鐵磁性層作為自由層，把沒有反轉的鐵磁性層作為固 定層。可是，在用該外部磁場的寫入方式中，若為了提高集成度而減小隧道磁 阻元件(TMR元件)，則因自由層的頑磁力增大而使外部磁場引起的自由層的 磁化反轉變得困難。

另外，若為了施加磁場而使電流流過的布線微細化，提高了電流密度的布 線將斷開。而且，若電流流過該布線，由于布線附近的TMR元件也有磁場， 要寫入的TMR元件以外的元件也存在進行了重寫的干擾的問題。

因此，作為寫入技術使用了自旋轉矩(spin-transfer?torque)的自旋注入磁 化反轉(spin-transfer?torque?magnetization?reversal)技術令人注目，但由于讀出電 流路徑和寫入電流路徑為相同的路徑，如果讀出電流和寫入電流沒有足夠的 差，就有用讀出電流進行了寫入的可能性。

由于寫入時需要大的電流密度，容易引起TMR元件的絕緣破壞，并存在 需要與大電流對應的晶體管之類的缺點。

發明內容

本發明的目的就是為了解決上述問題。

為了達到上述的目的，本發明的自旋累積磁化反轉型存儲元件及磁存儲器 具有鐵磁性字線、與鐵磁性字線交叉的非磁性位線、與鐵磁性字線相對的布線、 在鐵磁性字線及非磁性位線的交叉部分和布線之間設置的磁阻效應元件，磁阻 效應元件具有在布線側設置的第一鐵磁性層、在鐵磁性字線側設置的第二鐵磁 性層、在第一鐵磁性層和第二鐵磁性層之間設置的非磁性層。

在寫入動作時，使電流在鐵磁性字線和上述非磁性位線之間流動，通過從 鐵磁性字線向非磁性位線累積自旋來使第二鐵磁性層的磁化方向反轉。