(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
磁壁を安定に保持できる第１の磁壁保持部及び第２の磁壁保持部を備える強磁性構造体と、
前記強磁性構造体の両端部に接続された第１の電極及び第２の電極と、
前記強磁性構造体の前記第１の磁壁保持部と前記第２の磁壁保持部の間の位置に接続された第３の電極と、
前記第１の電極と前記第２の電極に接続された電流源と、
前記第１の電極と前記第３の電極の間に接続された電圧計と、を備え、
前記強磁性構造体は第１の端部、中央部及び第２の端部を有し、前記第１の端部と前記中央部の間に断面積が極小値をとる前記第１の磁壁保持部を有すると共に前記第２の端部と前記中央部の間に断面積が極小値をとる前記第２の磁壁保持部を有し、前記第１の端部は幅広部を備え当該幅広部から前記第１の磁壁保持部に向かって断面積が単調に減少し、前記第２の端部は幅広部を備え当該幅広部から前記第２の磁壁保持部に向かって断面積が単調に減少し、前記中央部は幅広部を備え当該幅広部から前記第１の磁壁保持部及び前記第２の磁壁保持部に向かって断面積が単調に減少し、
前記第１の電極は前記第１の端部の幅広部に接続され、前記第２の電極は前記第２の端部の幅広部に接続され、前記第３の電極は前記中央部の幅広部に接続され、
前記電流源から前記第１の電極及び前記第２の電極を介して前記強磁性構造体に流す電流の向きに応じて前記強磁性構造体の磁壁を前記第１の磁壁保持部と前記第２の磁壁保持部のいずれかに保持させることにより情報の記録を行い、
前記電流源から前記第１の電極及び前記第２の電極を介して前記強磁性構造体に一定方向、かつ一方の磁壁保持部に保持されている磁壁が当該磁壁保持部に向かって断面積が単調に減少している部分に移動するが他方の磁壁保持部にまでは移動せず、印加が止まると移動した磁壁が前記保持されていた磁壁保持部に戻る大きさの読み出し電流を流し、磁壁移動により発生する起電力を前記電圧計で検出することにより前記磁壁が保持されている磁壁保持部を特定することで情報読み出しを行うことを特徴とする磁気メモリ。
【請求項２】
請求項１記載の磁気メモリにおいて、前記強磁性構造体は、前記第１の磁壁保持部及び前記第２の磁壁保持部を挟む両端部に互いに磁化が逆方向を向いた磁化固定膜が積層されていることを特徴とする磁気メモリ。
【請求項３】
磁壁を安定に保持できる第１の磁壁保持部及び第２の磁壁保持部を備える強磁性構造体と、前記強磁性構造体の両端部に接続された第１の電極及び第２の電極と、前記強磁性構造体の前記第１の磁壁保持部と前記第２の磁壁保持部の間の位置に接続された第３の電極と、前記強磁性構造体に流れる電流をオン・オフ制御するスイッチング素子とを各々備える磁気メモリセルが２次元アレイ状に配列されたメモリセル群と、
前記メモリセル群の中の所望の磁気メモリセルを選択する選択手段と、を有し、
前記強磁性構造体は第１の端部、中央部及び第２の端部を有し、前記第１の端部と前記中央部の間に断面積が極小値をとる前記第１の磁壁保持部を有すると共に前記第２の端部と前記中央部の間に断面積が極小値をとる前記第２の磁壁保持部を有し、前記第１の端部は幅広部を備え当該幅広部から前記第１の磁壁保持部に向かって断面積が単調に減少し、前記第２の端部は幅広部を備え当該幅広部から前記第２の磁壁保持部に向かって断面積が単調に減少し、前記中央部は幅広部を備え当該幅広部から前記第１の磁壁保持部及び前記第２の磁壁保持部に向かって断面積が単調に減少し、
前記第１の電極は前記第１の端部の幅広部に接続され、前記第２の電極は前記第２の端部の幅広部に接続され、前記第３の電極は前記中央部の幅広部に接続され、
前記選択手段によって選択された磁気メモリセルの前記第１の電極及び前記第２の電極を介して前記強磁性構造体に流す電流の向きに応じて前記強磁性構造体の磁壁を前記第１の磁壁保持部と前記第２の磁壁保持部のいずれかに保持させることにより情報の記録を行い、
前記選択手段によって選択された磁気メモリセルの前記第１の電極及び前記第２の電極を介して前記強磁性構造体に一定方向、かつ一方の磁壁保持部に保持されている磁壁が当該磁壁保持部に向かって断面積が単調に減少している部分に移動するが他方の磁壁保持部にまでは移動せず、印加が止まると移動した磁壁が前記保持されていた磁壁保持部に戻る大きさの読み出し電流を流し、磁壁移動により前記第１の電極と前記第３の電極の間に発生する起電力を検出することにより前記磁壁が保持されている磁壁保持部を特定することで情報読み出しを行うことを特徴とする磁気ランダムアクセスメモリ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電流による書き込み及び読み出しが可能な不揮発性の磁気メモリに関する。
【背景技術】
【０００２】
電子は、電気伝導を担う電荷に加え、磁性を担うスピンを有する。近年、電子の電荷を活用したエレクトロニクスに加えて、スピンの性質を積極的に利用したスピントロニクス素子の開発に注目が集まっている。例えば、スピン注入を用いたトンネル磁気抵抗素子として、スピン注入素子が提案されている。また、強磁性体中に挿入された磁壁を移動させると、その磁壁部分に起電力が発生することが知られている（非特許文献１）。
【０００３】
特許文献１には、強磁性構造体をメモリセルとし、電流によって磁壁を移動させることにより情報の書き込みと読み出しを行う磁気メモリが記載されている。この磁気メモリは、磁壁保持部が２か所形成された強磁性構造体の両端部に接続された第１及び第２の電極と中央部に接続された中央電極を備える。情報の記録に当たっては、両端の第１及び第２の電極から強磁性構造体に電流を流し、電流の向きによって磁壁を２か所の磁壁保持部のいずれかに保持する。磁壁が２か所の磁壁保持部のどちらに保持されているかを情報の“１”と“０”に対応させる。情報の読み出しに当たっては、第１の電極と中央電極の間に電流を流し、第２の電極と中央電極の間に流れる電流の有無により磁壁が保持されている磁壁保持部を検出して読み出しを行う。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特許第４９６２８８９号
【非特許文献】
【０００５】
【非特許文献１】Physical Review B 82, 054410 (2010)
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
特許文献１に記載された磁気メモリは、情報記憶時には強磁性構造体の両端に接続された電極の間に電流を流す。一方、情報読み出し時には、強磁性構造体の一端に接続された電極と中央に接続された電極の間に電流を流す。つまり、情報記憶時と情報読み出し時とで電流経路が異なるため、強磁性構造体に流す電流制御のためのスイッチング素子（トランジスタ）が２個必要であり、磁気メモリのサイズが大きくなる。また、一方の磁壁保持部では読み出し動作によって磁壁が他方の磁壁保持部に移動し、記憶した情報が破壊されてしまうため、読み出し後に磁壁の位置を元の磁壁保持部に戻すための通電が必要になる。
【０００７】
本発明は、電流による書き込み及び読み出しが可能で、サイズが小さな磁気メモリを提供することを目的とする。また、読み出し動作によって情報の破壊が生じることのない磁気メモリを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明では、２か所の磁壁保持部を備える強磁性構造体を用いる磁気メモリにおいて、情報書き込み時と情報読み出し時の電流経路を同じにして電流制御のためのスイッチング素子（トランジスタ）を１個とすることで磁気メモリのサイズの縮小を図った。
【０００９】
また、情報の読み出しを非破壊的に行うことで、読み出し後に磁壁の位置を元に戻すための通電を不要にした。
【００１０】
また、磁壁保持部に情報を保持する磁気メモリのサイズを小さくするためには、磁壁幅が小さな強磁性構造体を用いることが好ましい。そのための材料選択を行った。
【００１１】
本発明による磁気メモリは、磁壁を安定に保持できる第１の磁壁保持部及び第２の磁壁保持部を備える強磁性構造体と、強磁性構造体の両端部に接続された第１の電極及び第２の電極と、強磁性構造体の第１の磁壁保持部と第２の磁壁保持部の間の位置に接続された第３の電極と、第１の電極と前記第２の電極に接続された電流源と、第１の電極と第３の電極の間に接続された電圧計と、を備え、電流源から第１の電極及び第２の電極を介して強磁性構造体に流す電流の向きに応じて強磁性構造体の磁壁を第１の磁壁保持部と第２の磁壁保持部のいずれかに保持させることにより情報の記録を行い、電流源から第１の電極及び第２の電極を介して強磁性構造体に一定方向の読み出し電流を流し、電圧計の出力により磁壁が保持されている磁壁保持部を特定することで情報読み出しを行う。
【００１２】
一方の磁壁保持部に保持されている磁壁は読み出し電流により他方の磁壁保持部に移動しない。換言すると、読み出し電流の大きさは、読み出し電流により記憶している情報が破壊されることがない大きさとした。
【００１３】
強磁性構造体は電流が流れる方向に垂直な方向の断面積が第１の磁壁保持部及び第２の磁壁保持部で極小となる形状とすることができる。
【００１４】
また、強磁性構造体は、第１の磁壁保持部及び第２の磁壁保持部を挟む両端部に互いに磁化が逆方向を向いた磁化固定膜が積層されていてもよい。これにより、強磁性構造体には１つの磁壁が挿入されることが確実になる。
強磁性構造体の材料としては、Ｃｏ，Ｃｏ／Ｎｉ多層膜，ＦｅＰｔが好ましい。
【００１５】
また、本発明による磁気ランダムアクセスメモリは、磁壁を安定に保持できる第１の磁壁保持部及び第２の磁壁保持部を備える強磁性構造体と、強磁性構造体の両端部に接続された第１の電極及び第２の電極と、強磁性構造体の第１の磁壁保持部と第２の磁壁保持部の間の位置に接続された第３の電極と、強磁性構造体に流れる電流をオン・オフ制御するスイッチング素子とを各々備える磁気メモリセルが２次元アレイ状に配列されたメモリセル群と、メモリセル群の中の所望の磁気メモリセルを選択する選択手段と、選択手段によって選択された磁気メモリセルの第１の電極及び第２の電極を介して強磁性構造体に流す電流の向きに応じて強磁性構造体の磁壁を前記第１の磁壁保持部と第２の磁壁保持部のいずれかに保持させることにより情報の記録を行い、選択手段によって選択された磁気メモリセルの第１の電極及び第２の電極を介して強磁性構造体に一定方向、かつ一方の磁壁保持部に保持されている磁壁が他方の磁壁保持部に移動しない大きさの読み出し電流を流し、第１の電極と第３の電極の間に発生する電圧により磁壁が保持されている磁壁保持部を特定することで情報読み出しを行うものである。
【発明の効果】
【００１６】
本発明によると、高集積化が可能で高速動作する不揮発性メモリを提供することができる。
上記した以外の、課題、構成及び効果は、以下の実施形態の説明により明らかにされる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本発明の磁気メモリの構成例を示す模式図。
【図２】強磁性構造体に存在する磁壁の位置と磁壁エネルギーの関係を示す図。
【図３】磁気メモリの書き込み動作を説明する模式図。
【図４】磁気メモリの書き込み動作を説明する模式図。
【図５】磁気メモリの読み出し動作を説明する模式図。
【図６】読み出し電流の波形と電圧計の出力波形の例を示す模式図。
【図７】磁気メモリの読み出し動作を説明する模式図。
【図８】読み出し電流の波形と電圧計の出力波形の例を示す模式図。
【図９】本発明の磁気メモリセルの構成例を示す概略図。
【図１０】磁気ランダムアクセスメモリの構成例を示す図。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
以下、図面を参照して本発明の実施の形態を説明する。
【００１９】
図１は、本発明の磁気メモリの構成例を示す模式図である。
本実施例の磁気メモリは、強磁性構造体１０、磁気メモリに対して情報の書き込み及び読み出しを行うための電流を流す電流源２０、及び情報の読み出しに用いられる電圧計３０を備える。強磁性構造体１０は板状、棒状あるいは柱状などの形状を有し、第１の端部１１、中央部１２及び第２の端部１３の３つの部分からなる。第１の端部１１と中央部１２の間には断面積が小さくなったくびれ領域が設けられ、このくびれ領域は磁壁を安定に保持できる第１の磁壁保持部１４として機能する。また、第２の端部１３と中央部１２の間にも断面積が小さくなったくびれ領域が設けられ、このくびれ領域は磁壁を安定に保持できる第２の磁壁保持部１５として機能する。電流源２０は強磁性構造体１０の第１の端部１１と第２の端部１３に接続されていて、強磁性構造体１０に書き込み電流あるいは読み出し電流を流す。電圧計３０は強磁性構造体１０の第１の端部１１と中央部１２に接続されていて、電流源２０から強磁性構造体１０に読み出し電流を印加した時の電圧計３０の出力に基づいて情報の読み出しを行う。なお、電圧計３０は、強磁性構造体１０の第２の端部１３と中央部１２の間に接続してもよい。
【００２０】
強磁性構造体１０の材料としては、形成される磁壁幅が小さく、かつ移動が容易な特性をもつ材料が好ましく、例えばＣｏ，Ｃｏ／Ｎｉ多層膜，ＦｅＰｔなどを用いることができる。本実施例では、強磁性構造体１０としてＣｏ／Ｎｉ多層膜を用いた。また、本実施例では強磁性構造体の形状を板状とし、大きさは幅２０ｎｍ，長さ１２０ｎｍ，厚さ２ｎｍで２個所のくびれの位置は板の両端より内部に４０ｎｍの位置とし、くびれ幅４ｎｍとした。
【００２１】
図２は、強磁性構造体に存在する磁壁の位置と磁壁エネルギーの関係を示す図である。磁壁に蓄えられるエネルギーは、強磁性構造体の磁壁位置の断面積に比例するため、第１の磁壁保持部１４及び第２の磁壁保持部１５で極小値をとり、第１の磁壁保持部１４と第２の磁壁保持部１５の間の中央部１２の個所で極大値を取る。すなわち、磁壁は第１の磁壁保持部１４あるいは第２の磁壁保持部１５においてエネルギー的に安定となり、この２つの磁壁保持部のいずれかに保持される。また、２つの磁壁保持部１４，１５の間にはエネルギー障壁Ｅbが存在し、一方の磁壁保持部に保持されている磁壁にこのエネルギー障壁Ｅbを超えるエネルギーを与えて駆動すると磁壁を他方の磁壁保持部に移動させることができる。本実施例の強磁性構造体の場合、エネルギー障壁Ｅbは、磁気異方性定数Ｋu＝４×１０5Ｊ／ｍ3，交換スティフネスＡex＝１０-11Ｊ／ｍ，断面積Ｓcross＝１０ｎｍ2なので、Ｅb＝（ＫuＡex）1/2Ｓcross＝７．２×１０-20Ｊと見積もられる。
【００２２】
図３及び図４は、本実施例の磁気メモリの書き込み動作を説明する模式図である。図３は、第１の磁壁保持部１４に保持されている磁壁１６を第２の磁壁保持部１５に移動する書き込み動作の説明図である。磁壁は強磁性構造体１０に電流を流すことによって移動させることができる。第１の磁壁保持部１４に保持されている磁壁１６を第２の磁壁保持部１５に移動する場合には、図３に示すように、電流源２０から強磁性構造体に対して第２の端部１３から第１の端部１１の方向に書き込み電流ＩWを流す。書き込み電流ＩWをパルス電流とする場合、前述のエネルギー障壁Ｅb（７．２×１０-20Ｊ）を超えるには、例えば大きさ１００μＡの電流をパルス幅１ｎｓで与えればよい。
【００２３】
図４は、第２の磁壁保持部１５に保持されている磁壁１６を第１の磁壁保持部１４に移動する書き込み動作の説明図である。この場合には、電流源２０から強磁性構造体１０に対して第１の端部１１から第２の端部１３の方向に書き込み電流ＩWを流す。書き込み電流は、例えば大きさ−１００μＡの電流をパルス幅１ｎｓで与えればよい。
【００２４】
例えば、第１の磁壁保持部１４に磁壁が存在する状態を“１”、第２の磁壁保持部１５に磁壁が存在する状態を“０”と定義すれば、磁壁の存在する場所により２値のデジタル磁気記録を行なうことができる。磁壁１６は、第１の磁壁保持部１４あるいは第２の磁壁保持部１５に保持された後は、書き込み電流を遮断してもその磁壁保持部に永久的に保持される。従って、本実施例の磁気メモリは不揮発メモリとなる。
【００２５】
なお、本実施例では、強磁性構造体１０の第１の端部１１と第２の端部１３の上に、磁化が互いに逆方向を向いた磁化固定層４１，４２を積層している。磁化固定層４１，４２を積層することで、それと強磁性結合する第１の端部１１の磁化と第２の端部１３の磁化は互いに逆向きに固定される。この構造により、強磁性構造体１０の第１の端部１１と第２の端部１３の間には必ず１個の磁壁が挿入されること、換言すると安定状態では第１の磁壁保持部１４あるいは第２の磁壁保持部１５のいずれかに必ず磁壁が保持されることが保証される。磁化固定層４１，４２としては、Ｃｏ，Ｃｏ／Ｎｉ多層膜，ＦｅＰｔなどを用いることができる。図では、磁性膜を垂直磁化膜として示しているが、磁性膜が面内磁化膜であっても同様である。
【００２６】
図５は、本実施例の磁気メモリの読み出し動作を説明する模式図である。図５は、磁気メモリを構成する強磁性構造体１０の第１の磁壁保持部１４に磁壁１６が保持されている場合、すなわち情報“１”を読み出す場合の動作を示している。図６は、そのときの読み出し電流の波形と電圧計の出力波形の例を示す模式図である。
【００２７】
電流源２０から強磁性構造体１０に読み出し電流パルスを印加する。図示した例では、強磁性構造体１０に第２の端部１３から第１の端部１１に向かう方向の読み出し電流ＩRを印加している。この読み出し電流ＩRによって、第１の磁壁保持部１４に保持されている磁壁１６は第２の磁壁保持部１５の方向に移動する。但し、このとき読み出し電流ＩRによって磁壁に与えられるエネルギーは、磁壁が図２に示したエネルギー障壁Ｅbを超えることができないエネルギーとなるように調整されている。本実施例の場合、エネルギー障壁Ｅbは  ７．２×１０-20Ｊであるので、例えば読み出し電流ＩRとして大きさ５０μＡの電流をパルス幅１ｎｓで与えればよい。
【００２８】
このとき、第１の磁壁保持部１４に保持されている磁壁１６は読み出し電流パルスの印加によって第２の磁壁保持部１５の方向に移動し、第１の磁壁保持部１４と中央部１２の幅広部の間の位置１７まで達するがエネルギー障壁のため中央部１２の幅広部を超えることができない。そして、読み出し電流パルスの印加が止まると、第１の磁壁保持部１４と中央部１２の幅広部の間の位置１７にあった磁壁は、磁壁エネルギーが低い第１の磁壁保持部１４の方に戻り、第１の磁壁保持部１４に達してそこに安定的に保持される。このとき強磁性構造体１０の中央部１２には磁壁移動により起電力が発生する。起電力の方向は磁壁移動の方向に依存するので、強磁性構造体１０の第１の端部１１と中央部１２に接続された電圧計３０には図６に示したような出力波形が得られる。
【００２９】
図７は、本実施例の磁気メモリの読み出し動作を説明する別の模式図である。図７は、磁気メモリを構成する強磁性構造体１０の第２の磁壁保持部１５に磁壁１６が存在する場合、すなわち情報“０”を読み出す場合の動作を示している。図８は、そのときの読み出し電流の波形と電圧計の出力波形の例を示す模式図である。
【００３０】
電流源２０から強磁性構造体１０に、図５の場合と同様に第２の端部１３から第１の端部１１に向かう方向の読み出し電流ＩRを流す。読み出し電流ＩRは、情報“１”の読み出しの時と同じであり、例えば大きさ５０μＡの電流をパルス幅１ｎｓで与える。この読み出し電流によって、強磁性構造体１０第２の磁壁保持部１５に保持されている磁壁は第２の端部１３の方向に移動する。但し、このとき読み出し電流が磁壁に与えるエネルギーは、磁壁１６が図２に示したエネルギー障壁Ｅbを超えることがない大きさのエネルギーであり、第２の端部１３の幅広部に達するのに必要なエネルギーより小さいので、磁壁１６は強磁性構造体１０の第２の端部１３の幅広部に達することができない。
【００３１】
そして、読み出し電流パルスの印加が止まると、第２の磁壁保持部１５と第２の端部１３の幅広部の間に位置していた磁壁は、磁壁エネルギーが低い第２の磁壁保持部１５の方に戻り、第２の磁壁保持部１５に達してそこに安定的に保持される。このとき強磁性構造体１０の第２の端部１３の部分には磁壁移動により起電力が発生する。しかし、電圧計３０は強磁性構造体１０の第１の端部１１と中央部１２に接続されているため、電圧計３０はこの磁壁移動による起電力を検出することができず、結果として電圧計３０の出力には変化が生じない。
【００３２】
こうして、強磁性構造体に同じ読み出し電流を流して電圧計の出力を観察することにより、磁気メモリを構成する強磁性構造体の２つの磁壁保持部のどちらに磁壁が保持されているかを特定することができる。つまり、強磁性構造体１０に同じ読み出し電流を流したとき、磁気メモリに記憶されている情報が“１”であるか“０”であるかによって電圧計３０の出力が異なるので、電圧計の出力に基づいて情報を読み出すことができる。
【００３３】
なお、ここでは読み出し電流を強磁性構造体１０の第２の端部１３から第１の端部１１の方向に流したが、逆に第１の端部１１から第２の端部１３に向かって読み出し電流を流しても構わない。また、電圧計３０を接続する個所も、強磁性構造体１０の第１の端部１１と中央部１２ではなく、第２の端部１３と中央部１２に接続するようにしてもよい。
【００３４】
本実施例によると、一方の磁壁保持部に保持されている磁壁は読み出し電流により他方の磁壁保持部に移動しない。すなわち、本実施例の読み出し方法は、磁気メモリに記憶されている情報を破壊することのない非破壊読み出しであるので、破壊読み出しの場合に必要であった情報読み出しの後に破壊された情報を復元するための動作が不要である。従って、本実施例によると、破壊読み出しの場合に比べて高速に情報を読み出すことができる。
【００３５】
図９は、本発明の磁気メモリセルの構成例を示す概略図である。
ＭＯＳトランジスタ５０は、２つのｎ型半導体５１，５２と一つのｐ型半導体５３からなる。ｎ型半導体５２に接続されたドレイン電極５４は、電極５５を介して接地されている。ｎ型半導体５１にはソース電極５６が接続されている。ゲート電極５７のＯＮ／ＯＦＦにより、ソース電極５６とドレイン電極５４の間に流れる電流のＯＮ／ＯＦＦが制御される。ソース電極５６は、その上に積層された何層かの電極を介して強磁性構造体１０の第２の端部１３に接続されている。ビット線５８は強磁性構造体１０の第１の端部１１に接続されている。本実施例の磁気メモリセルは、更に強磁性構造体１０の中央部１２に接続された出力線５９を有する。
【００３６】
本実施例の磁気メモリセルは１個のスイッチング素子５０により、書き込み及び読み出しを行うことができる。図９からわかるように、この磁気メモリセルの占める面積は、２Ｆ×４Ｆ＝８Ｆ2と高集積である。なお、磁気メモリセルの寸法を縮小して高集積化を図るためには強磁性構造体１０の寸法を小さく抑えることが必要であり、そのためには磁壁幅を小さくできる強磁性材料を選択する必要がある。強磁性材料であっても、例えばパーマロイは磁壁幅が１００ｎｍ程度になるため、強磁性構造体の寸法が大きくなって磁気メモリセルの大きさを小さくすることができない。この磁壁幅が小さいという観点からすると、強磁性体構造体の材料としてはＣｏ，Ｃｏ／Ｎｉ多層膜，ＦｅＰｔなどが好ましい。磁壁幅ｄｗはｄｗ＝（Ａex／Ｋu）-1/2と表わされるので、Ｃｏで５．８ｎｍ、Ｃｏ／Ｎｉ多層膜で５ｎｍ、ＦｅＰｔで１４ｎｍと見積もられる。
【００３７】
図１０は、図９に示した磁気メモリセルを複数個アレイ状に配置して構成した磁気ランダムアクセスメモリの構成例を示す図である。ゲート電極５７とビット線５８及び出力線５９が磁気メモリセルに電気的に接続されている。ビット線５８を制御するドライバとしてビット線ドライバ６１が設置され、ゲート電極５７を制御するドライバとしてゲートドライバ６２が設置されている。また、出力線５９の信号は読み出し回路６３に供給され、信号の読み出しが行われる。ビット線ドライバ６１とゲート線ドライバ６２により、情報の書き込みあるいは読み出しを行う磁気メモリセルが選択される。磁気ランダムアクセスメモリへの情報の書き込みは、選択された磁気メモリセルに正方向あるいは負方向の書き込み電流パルスを印加することで行われる。また、磁気ランダムアクセスメモリからの情報読み出しは、選択された磁気メモリセルに例えば正方向の読み出し電流パルスを印加し、その時の出力線の電圧を検知することで行われる。
【００３８】
本実施例の磁気メモリの情報書き込み時間及び読み出し時間は、（磁壁の走る距離）／（磁壁の移動速度）により決まる。本実施例の場合、（磁壁の走る距離）は３０ｎｍ程度、磁壁の移動速度は１５ｍ／ｓ程度であるため、書き込み時間及び読み出し時間は１０ｎ秒程度である。従って、ＧＨｚ帯域で動作する高速な磁気メモリを実現できる。
【００３９】
また、磁気メモリセルの占める面積は８Ｆ2と高集積であってＤＲＡＭと同等の集積化が可能であり、高集積化ＳＲＡＭとしての利用が期待できる。
【００４０】
磁気メモリとして磁性トンネル接合を利用したＭＲＡＭも開発が進められている。しかし、磁性トンネル接合にはＭｇＯ等の酸化膜が使用され、酸化膜は電流による劣化があるため書き換え耐性の点で難点がある。この点、本発明の磁気メモリは酸化膜を使用しないため電流による劣化の心配がなく、書き換え耐性に優れるという利点もある。
【００４１】
なお、本発明は上記した実施例に限定されるものではなく、様々な変形例が含まれる。例えば、上記した実施例は本発明を分かりやすく説明するために詳細に説明したものであり、必ずしも説明した全ての構成を備えるものに限定されるものではない。また、ある実施例の構成の一部を他の実施例の構成に置き換えることが可能であり、また、ある実施例の構成に他の実施例の構成を加えることも可能である。また、各実施例の構成の一部について、他の構成の追加・削除・置換をすることが可能である。
【符号の説明】
【００４２】
１０  強磁性構造体
１１  第１の端部
１２  中央部
１３  第２の端部
１４  第１の磁壁保持部
１５  第２の磁壁保持部
１６  磁壁
２０  電流源
３０  電圧計
４１  磁化固定層
４２  磁化固定層
５０  ＭＯＳトランジスタ
５４  ドレイン電極
５６  ソース電極
５７  ゲート電極
５８  ビット線
５９  出力線
６１  ビット線ドライバ
６２  ゲートドライバ
６３  読み出し回路
【要約】
【課題】電流による書き込み及び読み出しが可能で、サイズが小さく高速な磁気メモリを提供する。
【解決手段】２か所の磁壁保持部１４，１５を備える強磁性構造体１０を用い、両端部に電流源２０を接続し、一方の端部と中央部１２に電圧計３０を接続した。情報書き込みは電流源２０から流す電流の向きによって２つの磁壁保持部のいずれかに磁壁を保持するかによって行う。情報読み出しは、電流源から一方向の読み出し電流を流し、電圧計の出力により磁壁が保持されている磁壁保持部を検出することで行う。情報書き込み時と情報読み出し時の電流経路を同じにして電流制御のためのスイッチング素子を１個にして磁気メモリのサイズの縮小を図った。また、情報の読み出しを非破壊的に行うことで、読み出し後に磁壁の位置を元に戻すための通電を不要にした。
【選択図】図１【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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