(57)【要約】【課題】磁気メモリが提供される。【解決手段】本発明による磁気メモリは、磁気接合及び少なくとも１つのスピン軌道相互作用（ＳＯ）活性膜を含む。前記磁気接合の各々は磁性のデータ格納膜を含む。前記ＳＯ活性膜は前記磁気接合の前記データ格納膜に隣接する。前記ＳＯ活性膜は前記少なくとも１つのＳＯ活性膜と前記少なくとも１つのＳＯ活性膜に最も近い前記複数個の磁気接合の中の１つの磁気接合の前記データ格納膜との間の方向に垂直である方向に前記少なくとも１つのＳＯ活性膜を通じて流れる電流によって前記データ格納膜にＳＯトルクを加えるように構成される。前記データ格納膜は少なくとも前記ＳＯトルクを使用してスイッチ可能するように構成される。【選択図】図３
2014045196.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
各々がデータ格納膜を含み、前記データ格納膜は磁性である、複数個の磁気接合と、
前記磁気接合の前記データ格納膜に隣接する少なくとも１つのスピン軌道相互作用（ＳＯ）活性膜と、を含み、
前記少なくとも１つのＳＯ活性膜は、前記少なくとも１つのＳＯ活性膜と前記少なくとも１つのＳＯ活性膜に最も近い前記複数個の磁気接合の中の１つの磁気接合の前記データ格納膜との間の方向に垂直である方向に前記少なくとも１つのＳＯ活性膜を通じて流れる電流によって前記データ格納膜にＳＯトルクを印加するように構成され、
前記データ格納膜は少なくとも前記ＳＯトルクを使用してスイッチ可能するように構成される磁気メモリ。
【請求項２】
前記複数個の磁気接合の各々は基準膜及び非磁性スペーサー膜を含み、前記非磁性スペーサー膜は前記データ格納膜及び前記基準膜の間に配置され、前記データ格納膜は自由膜である請求項１に記載の磁気メモリ。
【請求項３】
前記少なくとも１つのＳＯ活性膜の各々のためのスピン拡散挿入膜をさらに含み、前記スピン拡散挿入膜は前記データ格納膜及び前記少なくとも１つのＳＯ活性膜の間に在る請求項１に記載の磁気メモリ。
【請求項４】
前記スピン拡散挿入膜は少なくとも１つの金属膜、抵抗面積が２Ω・μｍ２より小さい絶縁膜、及び第１膜と第２膜を有する多重膜を含み、前記第１膜は第１物質を含み、前記第２膜は前記第１物質と異なる第２物質を含む請求項３に記載の磁気メモリ。
【請求項５】
前記少なくとも１つのＳＯ活性膜は、Ａの第１ＳＯ膜及びＢでドーピングされたＭの第２ＳＯ膜から選択され、ＡはＹ、Ｚｒ、Ｎｂ、Ｍｏ、Ｔｃ、Ｒｕ、Ｒｈ、Ｐｄ、Ｃｄ、Ｉｎ、Ｓｂ、Ｔｅ、Ｈｆ、Ｔａ、非晶質β−Ｔａ、Ｗ、Ｒｅ、Ｏｓ、Ｉｒ、Ｐｔ、Ａｕ、Ｈｇ、Ｔｌ、Ｐｂ、Ｂｉ、Ｐｏ、及びＡｔの中の少なくとも１つを含み、ＭはＡｌ、Ｔｉ、Ｖ、Ｃｒ、Ｍｎ、Ｃｕ、Ｚｎ、Ａｇ、Ｈｆ、Ｔａ、Ｗ、Ｒｅ、Ｐｔ、Ａｕ、Ｈｇ、Ｐｂ、Ｓｉ、Ｇａ、ＧａＭｎ及びＧａＡｓの中の少なくとも１つを含み、ＢはＶ、Ｃｒ、Ｍｎ、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｐ、Ｓ、Ｚｎ、Ｇａ、Ｇｅ、Ａｓ、Ｓｅ、Ｙ、Ｚｒ、Ｎｂ、Ｍｏ、Ｔｃ、Ｒｕ、Ｒｈ、Ｐｄ、Ａｇ、Ｃｄ、ＩｎＳｂ、Ｔｅ、Ｉ、Ｌｕ、Ｈｆ、Ｔａ、Ｗ、Ｒｅ、Ｏｓ、Ｉｒ、Ｐｔ、Ａｕ、Ｈｇ、Ｔｌ、Ｐｂ、Ｂｉ、Ｐｏ、Ａｔ、Ｌａ、Ｃｅ、Ｐｒ、Ｎｄ、Ｐｍ、Ｓｍ、Ｅｕ、Ｇｄ、Ｔｂ、Ｄｙ、Ｈｏ、Ｅｒ、Ｔｍ、及びＹｂの中の少なくとも１つを含む請求項１に記載の磁気メモリ。
【請求項６】
前記少なくとも１つのＳＯ活性膜はＣｕ、Ｚｎ、Ｇａ、Ｇｅ、Ａｓ、Ｓｅ、Ｙ、Ｚｒ、Ｎｂ、Ｍｏ、Ｔｃ、Ｒｕ、Ｒｈ、Ｐｄ、Ａｇ、Ｃｄ、Ｉｎ、Ｓｎ、Ｓｂ、Ｔｅ、Ｉ、Ｌｕ、Ｈｆ、Ｔａ、非晶質β−Ｔａ、Ｗ、Ｒｅ、Ｏｓ、Ｉｒ、Ｐｔ、Ａｕ、Ｈｇ、Ｔｌ、Ｐｂ、Ｂｉ、Ｐｏ、Ａｔ、Ｌａ、Ｃｅ、Ｐｒ、Ｎｄ、Ｐｍ、Ｓｍ、Ｅｕ、Ｇｄ、Ｔｂ、Ｄｙ、Ｈｏ、Ｅｒ、Ｔｍ、及びＹｂの中の少なくとも１つを含む請求項１に記載の磁気メモリ。
【請求項７】
前記ＳＯ活性膜は前記データ格納膜に隣接し、前記データ格納膜はＣＯ、Ｆｅ、Ｎｉ、及びＭｎの中の少なくとも１つを含み、前記複数個の磁気接合の各々は前記データ格納膜に隣接する絶縁膜を含み、前記データ格納膜に隣接する前記絶縁膜は酸化アルミニウム及び酸化マグネシウムの中の少なくとも１つを含む請求項６に記載の磁気メモリ。
【請求項８】
前記少なくとも１つのＳＯ活性膜は前記複数個の磁気接合の中の少なくとも２つに延長される請求項１に記載の磁気メモリ。
【請求項９】
前記少なくとも１つのＳＯ活性膜はＳＯ活性ワードラインである請求項８に記載の磁気メモリ。
【請求項１０】
前記複数個の磁気接合の各々に隣接する前記ＳＯ活性膜の一部分は第１厚さ及び第１幅を有し、前記ＳＯ活性膜は前記複数個の磁気接合の中の２つの間で第２厚さ及び第２幅を有し、前記第１厚さと前記第１幅との第１掛け算は前記第２厚さと前記第２幅の第２掛け算より小さい請求項９に記載の磁気メモリ。
【請求項１１】
前記複数個の磁気接合に対応する少なくとも１つのワードラインを含み、前記少なくとも１つのＳＯ活性膜は前記データ格納膜及び前記少なくとも１つのワードラインの間に配置された請求項１に記載の磁気メモリ。
【請求項１２】
前記少なくとも１つのワードラインは前記少なくとも１つのＳＯ活性膜の各々に対応する少なくとも１つの孔を含む請求項１１に記載の磁気メモリ。
【請求項１３】
前記ＳＯ活性膜は、
前記電流の複数個の電荷キャリアの複数個のスピンを分極させるための少なくとも１つのスピン分極された電流インジェクタと、
大きいスピン拡散長さを有する少なくとも１つの導電膜と、を含み、
前記少なくとも１つの導電膜は少なくとも１つのスピン分極された電流インジェクタ及び前記複数個の磁気接合の間に在る請求項１に記載の磁気メモリ。
【請求項１４】
前記スピン拡散長さは少なくとも１００ｎｍである請求項１３に記載の磁気メモリ。
【請求項１５】
前記スピン拡散長さは少なくとも１μｍである請求項１４に記載の磁気メモリ。
【請求項１６】
前記データ格納膜は前記磁気接合を通過する書込み電流を使用してスイッチ可能するように構成された請求項１に記載の磁気メモリ。
【請求項１７】
前記データ格納膜は第１方向に待機磁気モーメントを有し、前記少なくとも１つのＳＯ活性膜は前記第１方向と垂直である第２方向にのＳＯ分極を生成する請求項１６に記載の磁気メモリ。
【請求項１８】
前記データ格納膜の前記待機磁気モーメントは面と垂直である請求項１７に記載の磁気メモリ。
【請求項１９】
前記少なくとも１つのＳＯ活性膜を通じる前記電流は第１電流パルスであり、前記書込み電流は第２電流パルスであり、前記第１電流パルスは前記第２電流パルスの後に開始しない請求項１６に記載の磁気メモリ。
【請求項２０】
前記少なくとも１つのＳＯ活性膜は少なくとも１つのＺ、主物質Ｂの（１１１）表面上に配置される少なくとも１つの表面合金Ａ／Ｂ、物質Ｑ、又はそれらの組み合わせを含み、ＡはＣｕ、Ｚｎ、Ｇａ、Ｇｅ、Ａｓ、Ｓｅ、Ｙ、Ｚｒ、Ｎｂ、Ｍｏ、Ｔｃ、Ｒｕ、Ｒｈ、Ｐｄ、Ａｇ、Ｃｄ、Ｉｎ、Ｓｎ、Ｓｂ、Ｔｅ、Ｉ、Ｌｕ、Ｈｆ、Ｔａ、Ｗ、Ｒｅ、Ｏｓ、Ｉｒ、Ｐｔ、Ａｕ、Ｈｇ、Ｔｌ、Ｐｂ、Ｂｉ、Ｐｏ、Ａｔ、Ｌａ、Ｃｅ、Ｐｒ、Ｎｄ、Ｐｍ、Ｓｍ、Ｅｕ、Ｇｄ、Ｔｂ、Ｄｙ、Ｈｏ、Ｅｒ、Ｔｍ、及びＹｂの中の少なくとも１つを含み、
ＢはＳｉ、Ｚｎ、Ｃｕ、Ａｇ、Ａｕ、Ｗ、Ｚｎ、Ｃｒ、Ｐｔ、及びＰｄの中の少なくとも１つを含み、前記表面合金Ａ／ＢはＢｉ／Ａｇ、Ｓｂ／Ａｇ、Ｂｉ／Ｓｉ、Ａｇ／Ｐｔ、Ｐｂ／Ｇｅ、又はＢｉ／Ｃｕを含み、ＺはＣｕ、Ｚｎ、Ｇａ、Ｇｅ、Ａｓ、Ｓｅ、Ｙ、Ｚｒ、Ｎｂ、Ｍｏ、Ｔｃ、Ｒｕ、Ｒｈ、Ｐｄ、Ａｇ、Ｃｄ、Ｉｎ、Ｓｎ、Ｓｂ、Ｔｅ、Ｉ、Ｌｕ、Ｈｆ、Ｔａ、Ｗ、Ｒｅ、Ｏｓ、Ｉｒ、Ｐｔ、Ａｕ、Ｈｇ、Ｔｌ、Ｐｂ、Ｂｉ、Ｐｏ、Ａｔ、Ｌａ、Ｃｅ、Ｐｒ、Ｎｄ、Ｐｍ、Ｓｍ、Ｅｕ、Ｇｄ、Ｔｂ、Ｄｙ、Ｈｏ、Ｅｒ、Ｔｍ、及びＹｂの中の少なくとも１つを含み、
ＱはＩｎＧａＡｓ、ＨｇＣｄＴｅ、ＬａＡｌＯ３／ＳｒＴｉＯ３二重膜、及びＬａＴｉＯ３／ＳｒＴｉＯ３二重膜の中の少なくとも１つを含む請求項１に記載の磁気メモリ。
【請求項２１】
前記データ格納膜は磁化容易軸を有し、前記少なくとも１つのＳＯ活性膜は前記磁化容易軸にしたがう分極を有するＳＯフィールドを生成する請求項１に記載の磁気メモリ。
【請求項２２】
前記ＳＯフィールド及びスピン伝達フィールドが整列される時、前記データ格納膜はスイッチングされるように構成される請求項２１に記載の磁気メモリ。
【請求項２３】
前記データ格納膜は前記データ格納膜を通じて印加される加熱電流及び前記ＳＯフィールドによってスイッチングされるように構成される請求項２１に記載の磁気メモリ。
【請求項２４】
前記データ格納膜は前記データ格納膜に印加される異方性調節電圧及び前記ＳＯフィールドによってスイッチされるように構成され、前記異方性調節電圧は前記データ格納膜の磁気異方性を変化させるように構成される請求項２１に記載の磁気メモリ。
【請求項２５】
前記少なくとも１つのＳＯ活性膜に隣接し、前記複数個の磁気素子に対応する複数個の可変抵抗性素子をさらに含み、
前記複数個の可変抵抗性素子の各々は前記複数個の磁気接合の中で記録されない少なくとも１つの磁気接合に対応する第１領域で低抵抗状態を有するように構成されて前記少なくとも１つのＳＯ活性膜からの前記電流を分類させ、前記複数個の磁気接合の中で記録される少なくとも１つの他の磁気接合に対応する第２領域で高抵抗状態を有するように構成されて前記少なくとも１つのＳＯ活性膜は前記第２領域で前記ＳＯフィールドを生成する請求項２１に記載の磁気メモリ。
【請求項２６】
前記少なくとも１つのＳＯ活性膜に隣接し、前記複数個の磁気素子に対応する複数個の加熱素子をさらに含み、
前記複数個の加熱素子の各々は前記複数個の磁気接合の中で記録されない少なくとも１つの磁気接合に対応する領域での前記少なくとも１つのＳＯ活性膜を加熱するように配置され、前記少なくとも１つのＳＯ活性膜は前記少なくとも１つのＳＯ活性膜を加熱しない前記複数個の加熱素子の部分で前記ＳＯフィールドを生成する請求項２１に記載の磁気メモリ。
【請求項２７】
各々が少なくとも１つの選択素子及び少なくとも１つの磁気接合を含み、前記少なくとも１つの磁気接合の各々は基準膜、非磁性スペーサー膜、及び磁性の自由膜を含み、前記非磁性スペーサー膜は前記基準膜及び前記自由膜の間にある、複数個の磁気格納セルと、
前記磁気接合の前記自由膜に隣接する少なくとも１つのスピン軌道相互作用ＳＯ）活性膜と、を含み、
前記少なくとも１つのスピン軌道相互作用ＳＯ活性膜は前記少なくとも１つのＳＯ活性膜を通過する面内電流によって自由膜にＳＯトルクを印加するように構成され、
前記自由膜は前記少なくとも１つの磁気接合を通じて印加される垂直記録電流及び前記ＳＯトルクを使用してスイッチ可能するように構成される磁気メモリ。
【請求項２８】
各々が少なくとも１つの選択素子及び少なくとも１つの磁気接合を含み、前記少なくとも１つの磁気接合の各々は基準膜、非磁性スペーサー膜、及び磁性の自由膜を含み、前記非磁性スペーサー膜は前記基準膜及び前記自由膜の間にある、複数個の磁気格納セルと、
前記磁気接合の前記自由膜に隣接する少なくとも１つのスピン軌道相互作用ＳＯ活性膜と、を含み、
前記少なくとも１つのスピン軌道相互作用ＳＯ活性膜は前記少なくとも１つのＳＯ活性膜を通過する面内電流によって自由膜にＳＯトルクを印加するように構成され、
前記自由膜は前記ＳＯトルクを使用してスイッチ可能するように構成される磁気メモリ。
【請求項２９】
各々が磁性のデータ格納膜を含む複数個の磁気接合を提供し、
前記磁気接合の前記データ格納膜に隣接する少なくとも１つのスピン軌道相互作用ＳＯ活性膜を提供することを含み、
前記少なくとも１つのＳＯ活性膜は前記少なくとも１つのＳＯ活性膜と前記少なくとも１つのＳＯ活性膜に最も近い前記複数個の磁気接合の磁気接合の前記データ格納膜との間の方向に垂直である方向に前記少なくとも１つのＳＯ活性膜を通過して流れる電流によって自由膜にＳＯトルクを印加するように構成され、
前記データ格納膜は少なくとも前記ＳＯトルクを使用してスイッチング可能であるように構成される磁気メモリ提供方法。
【請求項３０】
前記複数個の磁気接合の各々は基準膜及び非磁性スペーサー膜をさらに含み、前記非磁性スペーサー膜は前記データ格納膜と前記基準膜との間に配置され、前記データ格納膜は自由膜である請求項２９に記載の磁気メモリ提供方法。
【請求項３１】
前記少なくとも１つのＳＯ活性膜の各々にスピン拡散挿入膜を提供することをさらに含み、
前記スピン拡散挿入膜は前記データ格納膜及び前記少なくとも１つのＳＯ活性膜の間に在る請求項２９に記載の磁気メモリ提供方法。
【請求項３２】
前記少なくとも１つのＳＯ活性膜は前記複数個の磁気接合の中の少なくとも２つを通じて延長する請求項２９に記載の磁気メモリ提供方法。
【請求項３３】
前記複数個の磁気接合に対応する少なくとも１つのワードラインを提供することをさらに含み、
前記少なくとも１つのＳＯ活性膜は前記データ格納膜及び前記少なくとも１つのワードラインの間に在る請求項２９に記載の磁気メモリ提供方法。
【請求項３４】
前記少なくとも１つのワードラインは前記少なくとも１つのＳＯ活性膜の各々に対応する少なくとも１つの孔を含む請求項３３に記載の磁気メモリ提供方法。
【請求項３５】
前記ＳＯ活性膜を提供する段階は、
前記電流のための複数個の電荷キャリアの複数個のスピンを分極させるために少なくとも１つのスピン分極された電流インジェクタを提供することと、
大きいスピン拡散長さを有する少なくとも１つの導電膜を提供することと、を含み、
前記少なくとも１つの導電膜は前記少なくとも１つのスピン分極された電流インジェクタ及び前記複数個の磁気接合の間に在る請求項２９に記載の磁気メモリ提供方法。
【請求項３６】
前記データ格納膜は前記磁気接合を通じて流れる書込み電流を使用してスイッチ可能するように構成される請求項２９に記載の磁気メモリ提供方法。
【請求項３７】
前記データ格納膜は第１方向の磁気モーメントを有し、前記少なくとも１つのＳＯ活性膜は前記第１方向と垂直である第２方向のＳＯフィールドを生成する請求項３６に記載の磁気メモリ提供方法。
【請求項３８】
前記データ格納膜の前記磁気モーメントは面と垂直である請求項３７に記載の磁気メモリ提供方法。
【請求項３９】
前記少なくとも１つのＳＯ活性膜を通過する前記電流は第１電流パルスであり、前記書込み電流は第２電流パルスであり、前記第１電流パルスは前記第２電流パルスの前に始まる請求項３７に記載の磁気メモリ提供方法。
【請求項４０】
前記データ格納膜は磁化容易軸を有し、前記少なくとも１つのＳＯ活性膜は前記磁化容易軸にしたがうＳＯフィールドを生成する請求項２９に記載の磁気メモリ提供方法。
【請求項４１】
各々がデータ格納膜を含む複数個の磁気接合を含む磁気メモリをプログラムする方法において、
前記磁気接合の前記データ格納膜に隣接する少なくとも１つのスピン軌道相互作用ＳＯ活性膜を通じて電流を駆動することを含み、
前記少なくとも１つのＳＯ活性膜は前記少なくとも１つのＳＯ活性膜と前記少なくとも１つのＳＯ活性膜に最も近い前記複数個の磁気接合の磁気接合の前記データ格納膜との間の方向と垂直である方向に前記少なくとも１つのＳＯ活性膜を通過した電流によって自由膜にＳＯトルクを加えるように構成され、前記データ格納膜は少なくとも前記ＳＯトルクを使用してスイッチ可能するように構成され、前記データ格納膜は磁性である磁気メモリプログラム方法。
【請求項４２】
前記少なくとも１つのＳＯ活性膜を通過する前記電流を駆動することは前記少なくとも１つのＳＯ活性膜通過する第１電流パルスを印加することを含み、
前記方法は前記第１電流パルスが開始された後に前記少なくとも１つの磁気接合の一部分を通過する第２電流パルスを印加することをさらに含む請求項４１に記載の磁気メモリプログラム方法。
【請求項４３】
記録される前記複数個の磁気接合の少なくとも１つを選択することをさらに含む請求項４１に記載の磁気メモリプログラム方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は磁気接合を提供する方法及び装置と、磁気接合を使用して製造されたメモリに関する。
【背景技術】
【０００２】
磁気メモリ、特に磁性ランダムアクセスメモリ（ｍａｇｎｅｔｉｃ  ｒａｎｄｏｍ  ａｃｃｅｓｓ  ｍｅｍｏｒｉｅｓ、ＭＲＡＭｓ）は速い読出し／書込み速度、優れた耐久性、不揮発性、及び動作中における低消費電力といったポテンシャルにより高い関心がもたれている。ＭＲＡＭは磁性物質を格納−記録媒体として利用して情報を格納することができる。ＭＲＡＭの一実施形態はスピン伝達トルクランダムアクセスメモリ（ｓｐｉｎ  ｔｒａｎｓｆｅｒ  ｔｏｒｑｕｅ  ｒａｎｄｏｍ  ａｃｃｅｓｓ  ｍｅｍｏｒｙ、ＳＴＴ−ＲＡＭ）である。ＳＴＴ−ＲＡＭは磁気接合を通じて印加される電流によって少なくとも一部に書き込まれる磁気接合を利用する。磁気接合を通じて印加されるスピン分極された電流（ｓｐｉｎ  ｐｏｌａｒｉｚｅｄ  ｃｕｒｒｅｎｔ）は磁気接合での磁気モーメントにスピントルクを加える。その結果、スピントルクに反応する磁気モーメントを有する複数の膜は目的とする状態にスイッチされることができる。
【０００３】
例えば、図１は一般的なＳＴＴ−ＲＡＭで使用される一般的な磁気トンネルリング接合（ｍａｇｎｅｔｉｃ  ｔｕｎｎｅｌｉｎｇ  ｊｕｎｃｔｉｏｎｓ、ＭＴＪ、１０）を図示する。一般的なＭＴＪ１０は通常下部コンタクト１１上に配置され、一般的なシード膜１２を使用し、一般的な反強磁性膜（ａｎｔｉｆｅｒｒｏｍａｇｎｅｔｉｃ、ＡＦＭ、１４）、一般的な被固定膜（ｐｉｎｎｅｄ  ｌａｙｅｒ、１６）、一般的なトンネルリングバリアー膜（ｔｕｎｎｅｌｉｎｇ  ｂａｒｒｉｅｒ  ｌａｙｅｒ、１８）、一般的な自由膜（ｆｒｅｅ  ｌａｙｅｒ、２０）及び一般的なキャッピング膜２２を含む。上部コンタクト２４がまた図示される。
【０００４】
一般的なコンタクト１１、２４はＣＰＰ（面垂直電流、ｃｕｒｒｅｎｔ−ｐｅｒｐｅｎｄｉｃｕｌａｒ−ｔｏ−ｐｌａｎｅ）方向又は図１に示すｚ軸にしたがって、電流を印加するように使用される。一般的なシード膜１２は、通常望ましい結晶構造を有する、反強磁性膜１４のような次の層の成長を助けるのに活用される。一般的なトンネルリングバリアー膜１８は非磁性であり、例えばＭｇＯのような薄い絶縁体である。
【０００５】
一般的な被固定膜１６と一般的な自由膜２０とは磁性である。一般的な基準膜１６の磁気モーメント１７は通常反強磁性膜１４との交換バイアス相互作用によって、特別な方向に固定されるか、又は被固定されている。たとえ単一（１つの）膜に図示されていても、一般的な基準膜１６は多層膜を包含することができる。例えば、一般的な基準膜１６はＲｕのような薄い導電膜を通じて反強磁性的に結合された磁性膜を含む合成反強磁性（ｓｙｎｔｈｅｔｉｃ  ａｎｔｉｆｅｒｒｏｍａｇｎｅｔｉｃ；ＳＡＦ）膜であり得る。ＳＡＦで、Ｒｕの薄膜が挿入された多層磁気膜が使用され得る。他の実施形態で、Ｒｕ膜を交差する結合は強磁性であり得る。その上に、他のバーションの一般的なＭＴＪ１０は追加的な非磁性膜又は導電膜（図示せず）によって自由膜２０から分離されている被固定膜（図示せず）を包含することができる。
【０００６】
一般的な自由膜２０は変化可能である磁気モーメント２１を有する。たとえ単一膜に図示されても、一般的な自由膜２０は多層膜を包含することができる。例えば、一般的な自由膜２０はＲｕのような薄い導電膜を通じて反強磁性又は強磁性に結合された磁性膜を含む合成膜であり得る。たとえ面内に図示されても、一般的な自由膜２０の磁気モーメント２１は垂直異方性を有することができる。同様に、一般的な被固定膜１６の磁気モーメント１７は、また面に対して垂直であり得る。
【０００７】
一般的な自由膜２０の磁気モーメント２１をスイッチするために、面に対して垂直（ｚ軸方向）に電流が印加される。電流キャリア（ｃａｒｒｉｅｒ）はスピン分極されて、一般的な自由膜の磁気モーメント２１にトルクを加える。一般的な自由膜２０の磁気モーメント２１に対するスピン伝達トルク（ｓｐｉｎ  ｔｒａｎｓｆｅｒ  ｔｏｒｑｕｅ）は、磁気モーメント２１が磁化容易軸（ｅａｓｙ  ａｘｉｓ）（安定状態）と平行である最初は小さい。このように、磁気モーメント２１の安定な状態は、またスイッチングでのスタグネーションポイント（ｓｔａｇｎａｔｉｏｎ  ｐｏｉｎｔ）と関連される。熱的運動のために、磁気モーメント２１は一般的な自由膜２０の磁化容易軸に整列されるように回転することができる。そうすると、スピン伝達トルクはさらに効果的に作用して自由膜２０の磁気モーメントがスイッチされることができる。上部コンタクト２４から下部コンタクト１１に充分な電流が印加される時、一般的な自由膜２０の磁気モーメント２１は一般的な基準膜１６の磁気モーメント１７と平行になるようにスイッチされることができる。下部コンタクト１１から上部コンタクト２４に充分な電流が印加される時、自由膜の磁気モーメント２１が基準膜１６の磁気モーメントと反平行になるようにスイッチされることができる。磁場配位（ｍａｇｎｅｔｉｃ  ｃｏｎｆｉｇｕｒａｔｉｏｎｓ）での差異は他の磁気抵抗に対応し、したがって、一般的なＭＴＪ１０の他の論理的な状態（例えば、論理演算“０”及び論理演算“１”）に対応する。
【０００８】
ＳＴＴ−ＲＡＭ用途に利用される時、一般的なＭＴＪ１０の自由膜２０は一般的な磁気接合１０の損傷を防ぐために相対的に低い電流でスイッチングされ、前記電流（図示せず）を供給するトランジスターのサイズを減らし、そしてメモリ駆動のためのエネルギー消費を減らすことが要求される。その上に、さらに高い伝送速度で一般的な磁気接合１０のプログラミングに使用されるのに、短い電流パルス（ｃｕｒｒｅｎｔ  ｐｕｌｓｅ）が要求される。例えば、一般的な自由膜２０の磁気モーメントがさらに速やかにスイッチングされるように、２０−３０ｎｓ又はその以下の単位の電流パルスが要求される。
【０００９】
たとえ一般的なＭＴＪ１０が、スピン伝達を使用して書き込み、ＳＴＴ−ＲＡＭに使用されても、問題点がある。例えば、書込みエラー率（ｗｒｉｔｅ  ｅｒｒｏｒ  ｒａｔｅ、ＷＥＲ）が適当なパルス幅を有するメモリで要求されることより大きくなり得る。書込みエラー率は通常のスイッチング電流と少なくとも同一の電流でセル（例えば、一般的な磁気接合で自由膜２０の磁気モーメント２１）がスイッチされない確率である。書込みエラー率は１０−９又はその以下が要求される。しかし、前記の書込みエラー率値で一般的な自由膜２０のスイッチングを達成するのに非常に大きい電流が要求され得る。その上に、さらに短い書込み電流パルス（ｗｒｉｔｅ  ｃｕｒｒｅｎｔ  ｐｕｌｓｅ）で、書込みエラー率を向上させる結果があった。例えば、図２は異なる幅のパルスでの書込みエラー率の傾向を図示するグラフ５０である。グラフ５０で実際データは示されなかった。代わりに、グラフ５０は傾向を示す。最も長いことから最も短いことまでのパルス幅は曲線５２、５４、５６、５８を示す。グラフ５０から分かるように、大きいパルス幅で、接合１０に印加された電圧対書込みエラー率は大きい傾斜を有する。したがって、このようなパルス幅での高い電圧の用途はＷＥＲの相当な減少をもたらすことができる。しかし、曲線５４、５６、５８のようにパルス幅が短くなる時、曲線５４、５６、５８の傾斜は減少する。パルス幅が短くなることにしたがって、電圧及び／又は電流の増加はＷＥＲの減少を少なく発生させる。十分に短いパルスで、甚だしくは高い電流／電圧であっても低いエラー率の結果が発生しない。結果的に、一般的なＭＴＪ１０を適用したメモリは電圧の増加によって回復されず、容認できないほど高い書込みエラー率を有し得る。
【００１０】
さらに、たとえ１つの磁気トンネルリング接合が図１に図示されても、二重磁気トンネルリング接合がスイッチングのための十分に高いスピン伝達トルクを得るためにしばしば使用される。二重磁気トンネルリング接合は２つのトンネルリングバリアー膜の間にサンドイッチされた１つの自由膜を有する。各々のトンネルリングバリアー膜は自由膜と基準膜との間に在る。二重磁気トンネルリング接合の第２番目（上方の）のトンネルリングバリアーは適合する結晶構造が成長するのに難しいことがある。さらに、高いトルクを得るために、基準膜は反対方向に固定された複数の磁気モーメントを有する。結果的に、磁気抵抗が相殺されて、読出し信号を減少させる。信号の減少は望ましくない。
【００１１】
したがって、必要なのは、スピン伝達トルクに基づくメモリの性能を向上させることができる方法とシステムである。本明細書に記述された方法及びシステムはそのような要求に対応する。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
本発明の目的は、メモリに基づいたスピン伝達トルクの性能を向上させ、性能の差異(ｖａｒｉａｔｉｏｎ)を減少させて収率を増大させる方法とシステムを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
上述した技術的な課題を解決するための磁気メモリの構造が提供される。
【００１４】
本発明による磁気メモリの構造は、各々がデータ格納膜を含み、前記データ格納膜は、磁性である複数個の磁気接合と、前記磁気接合の前記データ格納膜に隣接する少なくとも１つのスピン軌道相互作用（ＳＯ）活性膜と、を含み、前記少なくとも１つのＳＯ活性膜は、前記少なくとも１つのＳＯ活性膜と前記少なくとも１つのＳＯ活性膜に最も近い前記複数個の磁気接合の中の１つの磁気接合の前記データ格納膜との間の方向に垂直である方向に前記少なくとも１つのＳＯ活性膜を通じて流れる電流によって前記データ格納膜にＳＯトルクを印加するように構成され、前記データ格納膜は少なくとも前記ＳＯトルクを使用してスイッチ可能するように構成されることができる。
【００１５】
一実施形態で、前記複数個の磁気接合の各々は基準膜及び非磁性スペーサー膜を含み、前記非磁性スペーサー膜は前記データ格納膜及び前記基準膜の間に配置され、前記データ格納膜は自由膜であり得る。
【００１６】
一実施形態で、前記少なくとも１つのＳＯ活性膜の各々のためのスピン拡散挿入膜をさらに含み、前記スピン拡散挿入膜は前記データ格納膜及び前記少なくとも１つのＳＯ活性膜の間に在り得る。
【００１７】
一実施形態で、前記スピン拡散膜は少なくとも１つの金属膜、抵抗面積が２Ω・μｍ２より小さい絶縁膜、及び第１膜と第２膜を有する多重膜を含み、前記第１膜は第１物質を含み、第２膜は前記第１物質と異なる第２物質を含むことができる。
【００１８】
一実施形態で、前記少なくとも１つのＳＯ活性膜はＡの第１ＳＯ膜及びＢでドーピングされたＭの第２ＳＯ膜から選択され、ＡはＹ、Ｚｒ、Ｎｂ、Ｍｏ、Ｔｃ、Ｒｕ、Ｒｈ、Ｐｄ、Ｃｄ、Ｉｎ、Ｓｂ、Ｔｅ、Ｈｆ、Ｔａ、非晶質β−Ｔａ、Ｗ、Ｒｅ、Ｏｓ、Ｉｒ、Ｐｔ、Ａｕ、Ｈｇ、Ｔｌ、Ｐｂ、Ｂｉ、Ｐｏ、及びＡｔの中の少なくとも１つを含み、ＭはＡｌ、Ｔｉ、Ｖ、Ｃｒ、Ｍｎ、Ｃｕ、Ｚｎ、Ａｇ、Ｈｆ、Ｔａ、Ｗ、Ｒｅ、Ｐｔ、Ａｕ、Ｈｇ、Ｐｂ、Ｓｉ、Ｇａ、ＧａＭｎ及びＧａＡｓの中の少なくとも１つを含み、ＢはＶ、Ｃｒ、Ｍｎ、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｐ、Ｓ、Ｚｎ、Ｇａ、Ｇｅ、Ａｓ、Ｓｅ、Ｙ、Ｚｒ、Ｎｂ、Ｍｏ、Ｔｃ、Ｒｕ、Ｒｈ、Ｐｄ、Ａｇ、Ｃｄ、ＩｎＳｂ、Ｔｅ、Ｉ、Ｌｕ、Ｈｆ、Ｔａ、Ｗ、Ｒｅ、Ｏｓ、Ｉｒ、Ｐｔ、Ａｕ、Ｈｇ、Ｔｌ、Ｐｂ、Ｂｉ、Ｐｏ、Ａｔ、Ｌａ、Ｃｅ、Ｐｒ、Ｎｄ、Ｐｍ、Ｓｍ、Ｅｕ、Ｇｄ、Ｔｂ、Ｄｙ、Ｈｏ、Ｅｒ、Ｔｍ、及びＹｂの中の少なくとも１つを含むことができる。
【００１９】
一実施形態で、前記少なくとも１つのＳＯ活性膜はＣｕ、Ｚｎ、Ｇａ、Ｇｅ、Ａｓ、Ｓｅ、Ｙ、Ｚｒ、Ｎｂ、Ｍｏ、Ｔｃ、Ｒｕ、Ｒｈ、Ｐｄ、Ａｇ、Ｃｄ、Ｉｎ、Ｓｎ、Ｓｂ、Ｔｅ、Ｉ、Ｌｕ、Ｈｆ、Ｔａ、非晶質β−Ｔａ、Ｗ、Ｒｅ、Ｏｓ、Ｉｒ、Ｐｔ、Ａｕ、Ｈｇ、Ｔｌ、Ｐｂ、Ｂｉ、Ｐｏ、Ａｔ、Ｌａ、Ｃｅ、Ｐｒ、Ｎｄ、Ｐｍ、Ｓｍ、Ｅｕ、Ｇｄ、Ｔｂ、Ｄｙ、Ｈｏ、Ｅｒ、Ｔｍ、及びＹｂの中の少なくとも１つを含むことができる。
【００２０】
一実施形態で、前記ＳＯ活性膜は前記データ格納膜に隣接し、前記データ格納膜はＣＯ、Ｆｅ、Ｎｉ、及びＭｎの中の少なくとも１つを含み、前記複数個の磁気接合の各々は前記データ格納膜に隣接する絶縁膜を含み、前記データ格納膜に隣接する前記絶縁膜は酸化アルミニウム及び酸化マグネシウムの中の少なくとも１つを含むことができる。
【００２１】
一実施形態で、前記少なくとも１つのＳＯ活性膜は前記複数個の磁気接合の中の少なくとも２つに延長されることができる。
【００２２】
一実施形態で、前記少なくとも１つのＳＯ活性膜はＳＯ活性ワードラインである。
【００２３】
一実施形態で、前記複数個の磁気接合の各々に隣接する前記ＳＯ活性膜の一部分は第１厚さ及び第１幅を有し、前記ＳＯ活性膜は前記複数個の磁気接合の中の２つの間で第２厚さ及び第２幅を有し、前記第１厚さと前記第１幅との第１掛け算は前記第２厚さと前記第２幅の第２掛け算より小さいことがあり得る。
【００２４】
一実施形態で、前記複数個の磁気接合に対応する少なくとも１つのワードラインを含み、前記少なくとも１つのＳＯ活性膜は前記データ格納膜及び前記少なくとも１つのワードラインの間に配置されることができる。
【００２５】
一実施形態で、前記少なくとも１つのワードラインは前記少なくとも１つのＳＯ活性膜の各々に対応する少なくとも１つの孔を含むことができる。
【００２６】
一実施形態で、前記ＳＯ活性膜は、前記電流の複数個の電荷キャリアの複数個のスピンを分極させるための少なくとも１つのスピン分極された電流インジェクタと、大きいスピン拡散長さを有する少なくとも１つの導電膜と、を含み、前記少なくとも１つの導電膜は少なくとも１つのスピン分極された電流インジェクタ及び前記複数個の磁気接合の間に在り得る。
【００２７】
一実施形態で、前記スピン拡散長さは少なくとも１００ｎｍであり得る。
【００２８】
一実施形態で、前記スピン拡散長さは少なくとも１μｍであり得る。
【００２９】
一実施形態で、前記データ格納膜は前記磁気接合を通過する書込み電流を使用してスイッチ可能するように構成されることができる。
【００３０】
一実施形態で、前記データ格納膜は第１方向に待機磁気モーメントを有し、前記少なくとも１つのＳＯ活性膜は前記第１方向と垂直である第２方向にのＳＯ分極を生成することができる。
【００３１】
一実施形態で、前記データ格納膜の前記磁気モーメントは面と垂直であり得る。
【００３２】
一実施形態で、前記少なくとも１つのＳＯ活性膜を通じる前記電流は第１電流パルスであり、前記書込み電流は第２電流パルスであり、前記第１電流パルスは前記第２電流パルスの後に開始しないことがあり得る。
【００３３】
一実施形態で、前記少なくとも１つのＳＯ活性膜は少なくとも１つのＺ、主物質Ｂの（１１１）表面上に配置される少なくとも１つの表面合金Ａ／Ｂ、物質Ｑ、又はそれらの組み合わせを含み、ＡはＣｕ、Ｚｎ、Ｇａ、Ｇｅ、Ａｓ、Ｓｅ、Ｙ、Ｚｒ、Ｎｂ、Ｍｏ、Ｔｃ、Ｒｕ、Ｒｈ、Ｐｄ、Ａｇ、Ｃｄ、Ｉｎ、Ｓｎ、Ｓｂ、Ｔｅ、Ｉ、Ｌｕ、Ｈｆ、Ｔａ、Ｗ、Ｒｅ、Ｏｓ、Ｉｒ、Ｐｔ、Ａｕ、Ｈｇ、Ｔｌ、Ｐｂ、Ｂｉ、Ｐｏ、Ａｔ、Ｌａ、Ｃｅ、Ｐｒ、Ｎｄ、Ｐｍ、Ｓｍ、Ｅｕ、Ｇｄ、Ｔｂ、Ｄｙ、Ｈｏ、Ｅｒ、Ｔｍ、及びＹｂの中の少なくとも１つを含み、ＢはＳｉ、Ｚｎ、Ｃｕ、Ａｇ、Ａｕ、Ｗ、Ｚｎ、Ｃｒ、Ｐｔ、及びＰｄの中の少なくとも１つを含み、前記合金Ａ／ＢはＢｉ／Ａｇ、Ｓｂ／Ａｇ、Ｂｉ／Ｓｉ、Ａｇ／Ｐｔ、Ｐｂ／Ｇｅ、又はＢｉ／Ｃｕを含み、ＺはＣｕ、Ｚｎ、Ｇａ、Ｇｅ、Ａｓ、Ｓｅ、Ｙ、Ｚｒ、Ｎｂ、Ｍｏ、Ｔｃ、Ｒｕ、Ｒｈ、Ｐｄ、Ａｇ、Ｃｄ、Ｉｎ、Ｓｎ、Ｓｂ、Ｔｅ、Ｉ、Ｌｕ、Ｈｆ、Ｔａ、Ｗ、Ｒｅ、Ｏｓ、Ｉｒ、Ｐｔ、Ａｕ、Ｈｇ、Ｔｌ、Ｐｂ、Ｂｉ、Ｐｏ、Ａｔ、Ｌａ、Ｃｅ、Ｐｒ、Ｎｄ、Ｐｍ、Ｓｍ、Ｅｕ、Ｇｄ、Ｔｂ、Ｄｙ、Ｈｏ、Ｅｒ、Ｔｍ、及びＹｂの中の少なくとも１つを含み、ＱはＩｎＧａＡｓ、ＨｇＣｄＴｅ、ＬａＡｌＯ３／ＳｒＴｉＯ３二重膜、及びＬａＴｉＯ３／ＳｒＴｉＯ３二重膜の中の少なくとも１つを含むことができる。
【００３４】
一実施形態で、前記データ格納膜は磁化容易軸を有し、前記少なくとも１つのＳＯ活性膜は前記磁化容易軸にしたがう分極を有するＳＯフィールドを生成することができる。
【００３５】
一実施形態で、前記ＳＯフィールド及びスピン伝達フィールドが整列される時、前記データ格納膜はスイッチングされるように構成されることができる。
【００３６】
一実施形態で、前記データ格納膜は前記データ格納膜を通じて印加される加熱電流及び前記ＳＯフィールドによってスイッチングされるように構成されることができる。
【００３７】
一実施形態で、前記データ格納膜は前記データ格納膜に印加される異方性調節電圧及び前記ＳＯフィールドによってスイッチされるように構成され、前記異方性調節電圧は前記データ格納膜の磁気異方性を変化させるように構成されることができる。
【００３８】
一実施形態で、前記少なくとも１つのＳＯ活性膜に隣接し、前記複数個の磁気素子に対応する複数個の可変抵抗性素子をさらに含み、前記複数個の可変抵抗性素子の各々は前記複数個の磁気接合の中で記録されない少なくとも１つの磁気接合に対応する第１領域で低抵抗状態を有するように構成されて前記少なくとも１つのＳＯ活性膜からの前記電流を分類させ、前記複数個の磁気接合の中で記録される少なくとも１つの他の磁気接合に対応する第２領域で高抵抗状態を有するように構成されて前記少なくとも１つのＳＯ活性膜は前記第２領域で前記ＳＯフィールドを生成することができる。
【００３９】
一実施形態で、前記少なくとも１つのＳＯ活性膜に隣接し、前記複数個の磁気素子に対応する複数個の加熱素子をさらに含み、前記複数個の加熱素子の各々は前記複数個の磁気接合の中で記録されない少なくとも１つの磁気接合に対応する領域での前記少なくとも１つのＳＯ活性膜を加熱するように配置され、前記少なくとも１つのＳＯ活性膜は前記少なくとも１つのＳＯ活性膜を加熱しない前記多数の加熱素子の部分で前記ＳＯフィールドを生成することができる。
【００４０】
本発明の一実施形態による磁気メモリの構造は、各々が少なくとも１つの選択素子及び少なくとも１つの磁気接合を含み、前記少なくとも１つの磁気接合の各々は基準膜、非磁性スペーサー膜、及び磁性の自由膜を含み、前記非磁性スペーサー膜は前記基準膜及び前記自由膜の間にある、複数個の磁気格納セルと、前記磁気接合の前記自由膜に隣接する少なくとも１つのスピン軌道相互作用ＳＯ）活性膜と、を含み、前記少なくとも１つのスピン軌道相互作用ＳＯ活性膜は前記少なくとも１つのＳＯ活性膜を通過する面内電流によって自由膜にＳＯトルクを印加するように構成され、前記自由膜は前記少なくとも１つの磁気接合を通じて印加される垂直記録電流及び前記ＳＯトルクを使用してスイッチ可能するように構成されることができる。
【００４１】
本発明の一実施形態による磁気メモリの構造は、各々が少なくとも１つの選択素子及び少なくとも１つの磁気接合を含み、前記少なくとも１つの磁気接合の各々は基準膜、非磁性スペーサー膜、及び磁性の自由膜を含み、前記非磁性スペーサー膜は前記基準膜及び前記自由膜の間にある、複数個の磁気格納セルと、前記磁気接合の前記自由膜に隣接する少なくとも１つのスピン軌道相互作用ＳＯ活性膜と、を含み、前記少なくとも１つのスピン軌道相互作用ＳＯ活性膜は前記少なくとも１つのＳＯ活性膜を通過する面内電流によって自由膜にＳＯトルクを印加するように構成され、前記自由膜は前記ＳＯトルクを使用してスイッチ可能するように構成されることができる。
【００４２】
本発明の一実施形態による磁気メモリの提供方法は、各々が磁性のデータ格納膜を含む複数個の磁気接合を提供し、前記磁気接合の前記データ格納膜に隣接する少なくとも１つのスピン軌道相互作用ＳＯ活性膜を提供することを含み、前記少なくとも１つのＳＯ活性膜は前記少なくとも１つのＳＯ活性膜と前記少なくとも１つのＳＯ活性膜に最も近い前記複数個の磁気接合の磁気接合の前記データ格納膜との間の方向に垂直である方向に前記少なくとも１つのＳＯ活性膜を通過して流れる電流によって前記自由膜にＳＯトルクを印加するように構成され、前記データ格納膜は少なくとも前記ＳＯトルクを使用してスイッチング可能であるように構成されることができる。
【００４３】
一実施形態で、前記複数個の磁気接合の各々は基準膜及び非磁性スペーサー膜をさらに含み、前記非磁性スペーサー膜は前記データ格納膜と前記基準膜との間に配置され、前記データ格納膜は自由膜であり得る。
【００４４】
一実施形態で、前記少なくとも１つのＳＯ活性膜の各々にスピン拡散挿入膜を提供することをさらに含み、前記スピン拡散挿入膜は前記データ格納膜及び前記少なくとも１つのＳＯ活性膜の間に在り得る。
【００４５】
一実施形態で、前記少なくとも１つのＳＯ活性膜は前記複数個の磁気接合の中の少なくとも２つを通じて延長することができる。
【００４６】
一実施形態で、前記複数個の磁気接合に対応する少なくとも１つのワードラインを提供することをさらに含み、前記少なくとも１つのＳＯ活性膜は前記データ格納膜及び前記少なくとも１つのワードラインの間に在り得る。
【００４７】
一実施形態で、前記少なくとも１つのワードラインは前記少なくとも１つのＳＯ活性膜の各々に対応する少なくとも１つの孔を含むことができる。
【００４８】
一実施形態で、前記ＳＯ活性膜を提供する段階は、前記電流のための複数個の電荷キャリアの複数個のスピンを分極させるために少なくとも１つのスピン分極された電流インジェクタを提供することと、大きいスピン拡散長さを有する少なくとも１つの導電膜を提供することと、を含み、前記少なくとも１つの導電膜は前記少なくとも１つのスピン分極された電流インジェクタ及び前記複数個の磁気接合の間に在り得る。
【００４９】
一実施形態で、前記データ格納膜は前記磁気接合を通じて流れる書込み電流を使用してスイッチ可能するように構成されることができる。
【００５０】
一実施形態で、前記データ格納膜は第１方向の磁気モーメントを有し、前記少なくとも１つのＳＯ活性膜は前記第１方向と垂直である第２方向のＳＯフィールドを生成するすることができる。
【００５１】
一実施形態で、前記データ格納膜の前記磁気モーメントは面と垂直であり得る。
【００５２】
一実施形態で、前記少なくとも１つのＳＯ活性膜を通過する前記電流は第１電流パルスであり、前記書込み電流は第２電流パルスであり、前記第１電流パルスは前記第２電流パルスの前に始まることができる。
【００５３】
一実施形態で、前記データ格納膜は磁化容易軸を有し、前記少なくとも１つのＳＯ活性膜は前記磁化容易軸にしたがうＳＯフィールドを生成するすることができる。
【００５４】
本発明による磁気メモリのプログラム方法は、各々がデータ格納膜を含む複数個の磁気接合を含む磁気メモリをプログラムする方法において、前記磁気接合の前記データ格納膜に隣接する少なくとも１つのスピン軌道相互作用ＳＯ活性膜を通じて電流を駆動することを含み、前記少なくとも１つのＳＯ活性膜は前記少なくとも１つのＳＯ活性膜と前記少なくとも１つのＳＯ活性膜に最も近い前記複数個の磁気接合の磁気接合の前記データ格納膜との間の方向と垂直である方向に前記少なくとも１つのＳＯ活性膜を通過した電流によって前記自由膜にＳＯトルクを加えるように構成され、前記データ格納膜は少なくとも前記ＳＯトルクを使用してスイッチ可能するように構成され、前記データ格納膜は磁性であり得る。
【００５５】
一実施形態で、前記少なくとも１つのＳＯ活性膜を通過する前記電流を駆動することは前記少なくとも１つのＳＯ活性膜通過する第１電流パルスを印加することを含み、前記方法は前記第１電流パルスが開始された後に前記少なくとも１つの磁気接合の一部分を通過する第２電流パルスを印加することをさらに含むことができる。
【００５６】
一実施形態で、記録される前記複数個の磁気接合の少なくとも１つを選択することをさらに含むことができる。
【発明の効果】
【００５７】
本発明はスピン−軌道トルクが自由膜の磁気モーメントをスイッチングするのに使用されるので、メモリの性能が向上されることができる。
【図面の簡単な説明】
【００５８】
【図１】一般的な磁気接合を図示する。
【図２】一般的なスピン伝達トルクＲＡＭの電圧に他の書込みエラー率を図示する。
【図３】スピン軌道相互作用を利用してスイッチングされる磁気接合の例示的実施形態を図示する。
【図４】スピン軌道相互作用を利用してスイッチングされる他の磁気接合の例示的な実施形態を図示する。
【図５】スピン軌道相互作用を利用してスイッチングされる磁気接合のプログラミングに使用される電圧パルスの例示的な実施形態を図示する。
【図６】スピン軌道相互作用を利用してスイッチングされる磁気接合の他の例示的な実施形態を図示する。
【図７】スピン軌道相互作用を利用してスイッチングされる磁気接合の他の例示的な実施形態を図示する。
【図８】スピン軌道相互作用を利用してスイッチングされる磁気接合の他の例示的な実施形態を図示する。
【図９】スピン軌道相互作用を利用してスイッチングされる磁気接合の他の例示的な実施形態を図示する。
【図１０】スピン軌道相互作用を利用してスイッチングされる磁気接合の他の例示的な実施形態を図示する。
【図１１】スピン軌道相互作用を利用してスイッチングされる磁気接合の他の例示的な実施形態を図示する。
【図１２】スピン軌道相互作用を利用してスイッチングされる磁気接合の他の例示的な実施形態を図示する。
【図１３】スピン軌道相互作用を利用してスイッチングされる磁気接合の例示的な実施形態を図示する。
【図１４】スピン軌道相互作用を利用してスイッチングされる磁気接合の他の例示的な実施形態を図示する。
【図１５】スピン軌道相互作用を利用してスイッチングされる磁気接合の他の例示的な実施形態を図示する。
【図１６】スピン軌道相互作用を利用してスイッチングされる磁気接合の他の例示的な実施形態を図示する。
【図１７】スピン軌道相互作用を利用してスイッチングされる磁気接合の他の例示的な実施形態を図示する。
【図１８】スピン軌道相互作用を利用してスイッチングされる磁気接合の他の例示的な実施形態を図示する。
【図１９】スピン軌道相互作用を利用してスイッチングされる複数の磁気接合を提供する方法の例示的な実施形態を図示するフローチャートである。
【図２０】スピン軌道相互作用を利用してスイッチングされる複数の磁気接合をプログラミングする方法の例示的な実施形態を図示するフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００５９】
例示的な実施形態は、磁気メモリのような磁気装置、及び磁気接合を使用する装置で使用可能である磁気接合に関連される。下記の記載は当該技術で熟練された者が作るか、或いは使用するように記述され、特許出願の文脈及びそれの範囲内で提供される。例示的な実施形態に対する多様な変形と一般的な概念と本明細書で記述された特徴は非常に明確である。例示的な実施形態は主に、特別な実行の内で提供される特別な方法及びシステムの用語内で記述される。しかし、前記方法及びシステムは他の実行内で効率的に動作する。“例示的な実施形態（ｅｘｅｍｐｌａｒｙ  ｅｍｂｏｄｉｍｅｎｔ）”、“一実施形態（ｏｎｅ  ｅｍｂｏｄｉｍｅｎｔ）”及び“他の実施形態（ａｎｏｔｈｅｒ  ｅｍｂｏｄｉｍｅｎｔ）”のような語句は多数の実施形態のみだけでなく、同一であるか、或いは異なる実施形態として見なされ得る。前記実施形態は特定要素を有するシステム及び／又は装置に関連して記述される。しかし、前記システム及び／又は装置は、図示されたことより多いか、或いは少ない要素が包含されることができ、発明の範囲から逸脱しないように前記要素の配列及び形態に対する変形が可能である。例示的な実施形態は、また特定段階を有する特別な方法の文脈内で記述される。しかし、前記方法及びシステムは異なり及び／又は追加した段階及び例示的な実施形態とは不一致しない異なる順序の段階を有する他の方法で効率的に動作する。それで、本発明は図示された実施形態に限定されることを意図しないが、本明細書内で記述された原理及び特徴と一貫する最も広い範囲に相当する。
【００６０】
例示的な実施形態は、磁気メモリをプログラミングする方法だけでなく、スピン軌道相互作用を通じてスイッチングされる磁気接合を活用する磁気メモリを提供する方法及び装置が記載する。磁気メモリは、磁気接合と少なくとも１つのＳＯ活性膜とを含む。各々の磁気接合は磁性を有するデータ格納膜を含む。複数のＳＯ活性膜は磁気接合のデータ格納膜に隣接する。複数のＳＯ活性膜は、少なくとも１つのＳＯ活性膜と多数の磁気接合との中で少なくとも１つのＳＯ活性膜に最も近い磁気接合のデータ格納膜の間の方向と実質的に垂直である方向に、少なくとも１つのＳＯ活性膜を通過する電流によってデータ格納膜にＳＯトルクを加えるように構成される。データ格納膜は少なくとも１つのＳＯトルクを使用してスイッチされるように構成される。
【００６１】
例示的な実施形態は、特定要素を有する磁気メモリ及び特定磁気素子の文脈内で記述される。本発明が他の要素及び／又は追加要素及び／又は本発明に矛盾しない他の特性を有する磁気メモリ及び前記磁気接合の使用で一貫することを当該技術で熟練された者は容易に認識する。前記方法及びシステムは、また、スピン軌道相互結合、スピン伝達現象、磁気異方性、他の物理的現像の最近の理解の文脈内で記述される。結果的に、当業者は前記方法及びシステムの挙動（ｂｅｈａｖｉｏｒ）の理論的な説明は、スピン軌道相互結合、スピン伝達、磁気異方性、及び他の物理的な現象の最近の理解を基づいて作られたことを容易に認識する。しかし、本明細書内で記述された方法及びシステムは、特定の物理的説明に依存しない。当業者は、また、前記方法及びシステムが基板との特別な関係を有する構造の文脈内に記述されたことを容易に認識する。しかし、当業者は前記方法及びシステムが他の構造でも一貫することを容易に認識する。追加的に、前記方法及びシステムは、合成及び／又は単一の特定膜の文脈内で記述される。しかし、当業者は前記膜が他の構造を有することができることを容易に認識する。さらに、前記方法及びシステムは磁気接合、スピン軌道活性膜及び／又は特別な膜を有する他の構造の文脈内で記述される。しかし、当業者は前記方法及びシステムに矛盾されない磁気接合、スピン軌道活性膜、及び／又は追加的な及び／又は他の膜を有する他の構造がまた使用され得ることを容易に認識する。その上に、所定の要素は磁性、強磁性、及びフェリ磁性であることとして記述される。本明細書内で使用されたように、前記磁性である用語は強磁性、フェリ磁性、又はそれと類似な構造を包含することができる。したがって、本明細書内で使用されたように、“磁性（ｍａｇｎｅｔｉｃ）”又は“強磁性（ｆｅｒｒｏｍａｇｎｅｔｉｃ）”は強磁性体（ｆｅｒｒｏｍａｇｎｅｔｓ）及びフェリ磁性体（ｆｅｒｒｉｍａｇｎｅｔｓ）を含むが、これに限定されない。前記方法及びシステムは、また、単一磁気接合の文脈内で記述される。しかし、当業者は前記方法及びシステムが多数の磁気接合を有する磁気メモリの使用に一貫することを容易に認識する。その上に、本明細書内で使用されたように、“面内（ｉｎ−ｐｌａｎｅ）”は磁気接合の１つ以上の膜の実質的に面内に又は面に対して平行である。反対に、“垂直（ｐｅｒｐｅｎｄｉｃｕｌａｒ）”は磁気接合の１つ以上の膜に対して実質的に垂直である方向に対応する。
【００６２】
図３はスイッチングされるスピン軌道相互作用を活用した磁気メモリ１００の一部の例示的な実施形態を図示する。さらに明確にするために、図３はスケール（ｓｃａｌｅ）に合わない。その上に、各セルのビットライン、ロー及びカラム選択装置、並びにトランジスター（ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）のような選択素子のような磁気メモリの部分は図示されない。磁気メモリ１００は磁気接合１１０及びスピン軌道相互作用活性膜１２０を含む。磁気接合１１０は複数のトランジスター及び／又は他の磁気接合のような複数の選択装置を含むメモリセルの一部分であり得る。
【００６３】
図示された実施形態で、磁気接合１１０はデータ格納膜１１２、非磁性スペーサー膜１１４、及び基準膜１１６を含む。スペーサー膜１１４は非磁性である。所定の実施形態では、各々のスペーサー膜１１４は絶縁体、例えばトンネルリングバリアーである。そのような実施形態では、各々のスペーサー膜１１４は磁気接合１１０のＴＭＲ及びスピン伝達効率及び／又はスピン軌道相互作用を向上させることができる結晶性ＭｇＯを包含することができる。他の実施形態で、スペーサー膜１１４はＣｕのような導電体であり得る。選択的な実施形態で、スペーサー膜１１４は他の構造、例えば絶縁マトリックス（ｉｎｓｕｌａｔｉｎｇ  ｍａｔｒｉｘ）に導電性チャネル（ｃｏｎｄｕｃｔｉｖｅ  ｃｈａｎｎｅｌ）を含む顆粒状の膜（ｇｒａｎｕｌａｒ  ｌａｙｅｒ）であり得る。
【００６４】
データ格納膜１１２はスイッチ可能である磁気モーメント（図示せず）を有する自由膜１１２である。磁気接合１１０が待機状態（スイッチされない）である時、自由膜１１２の磁気モーメントは自由膜１１２の磁化容易軸にしたがう。基準膜１１２の磁気モーメントは磁気メモリ１００が動作する間に実質的に固定されることが望ましい。基準膜１１６は単一膜で図示されている。しかし、他の実施形態では、基準膜１１６は複数の非磁性膜によって分離された強磁性層を有する合成反強磁性体を含む多重膜を包含することができるが、これに限定されない。複数の非磁性膜はＲｕであり得る。所定の実施形態で、磁気接合１１０は、また基準膜１１６の磁気モーメントを固定する反強磁性膜（図示せず）のような固定膜を含む。他の実施形態で、基準膜１１６の磁気モーメントは他の方式で固定される。自由膜１１２及び基準膜１１６は強磁性であり、したがって、Ｆｅ、Ｎｉ、及びＣｏの中の１つ以上を包含することができる。たとえ磁気モーメントが図示されなくとも、前記膜１１２、１１６の磁気モーメントは所定の実施形態で面に対して垂直であり得る。したがって、各々の膜１１２、１１６は面外磁気消去フィールド（ｏｕｔ−ｏｆ−ｐｌａｎｅ  ｄｅｍａｇｎｅｔｉｚａｔｉｏｎ  ｆｉｌｅｄ）（通常、４πＭｓの相当部分）を超過する垂直異方性フィールド（ｐｅｒｐｅｎｄｉｃｕｌａｒ  ａｎｉｓｏｔｒｏｐｙ  ｆｉｅｌｄ）を有することができる。他の実施形態で、磁気モーメントは面内に在る。
【００６５】
自由膜１１２の磁気モーメントは、スピン軌道相互作用効果を使用してスイッチングされ、以下に記述される。所定の実施形態で、自由膜１１２の磁気モーメントはただスピン軌道相互効果のみを使用し、スイッチングされる。しかし、他の実施形態で、自由膜１１２は効果の結合を使用してスイッチされることができる。例えば、自由膜１１２の磁気モーメントはスピン軌道相互作用によって誘導されたトルクによって補助された（ａｓｓｉｓｔｅｄ）スピン伝達トルクを主な効果として使用してスイッチされることができる。しかし、他の実施形態で、主なスイッチメカニズムはスピン軌道相互結合によって誘導されたトルクである。所定の実施形態で、スピン伝達トルクを含む（これに限定されない）他の効果は磁気接合１１０のスイッチング及び／又は選択を補助することができる。
【００６６】
ＳＯ活性膜１２０は自由膜１１２の磁気モーメントをスイッチングするのに使用され得る強いスピン軌道相互作用を有する膜である。ＳＯ活性膜１２０はスピン軌道フィールド（ｓｐｉｎ−ｏｒｂｉｔ  ｆｉｅｌｄ）ＨＳＯを生成するのに利用され得る。さらに特別に、ＳＯ活性膜１２０を通じて面内に印加された電流及び伴わうスピン軌道相互作用はスピン軌道フィールドＨＳＯをもたらすことができる。スピン軌道フィールドＨＳＯは自由膜１１２の磁気モーメントに対するスピン軌道トルクＴＳＯと同様である。
【００６７】
ＴＳＯ＝  −  γ［Ｍ  ｘ  ＨＳＯ］・・・（数式１）
したがって、このように相互相関された（ｍｕｔｕａｌｌｙ  ｃｏｒｒｅｌａｔｅｄ）トルクとフィールドはスピン軌道フィールド及びスピン軌道トルクとして称され得る。これはスピン軌道相互作用が、スピン軌道トルク及びスピン軌道フィールドの源であることを反映する。また、このような専門用語はさらに一般的なスピン伝達トルク（ＳＴＴ）からスピン軌道（ＳＯ）トルクを区別する。スピン軌道トルクはＳＯ活性膜１２０の面内に印加された電流及びスピン軌道相互作用から起きる。対照的に、スピン伝達トルクは自由膜１１２、スペーサー膜１１４、及び基準膜１１６を通じて流れる面垂直電流（ｐｅｒｐｅｎｄｉｃｕｌａｒ−ｔｏ−ｐｌａｎｅ）に起因する。面垂直電流は、自由膜１１２内にスピン分極された電荷キャリアを注入する。スピン軌道トルクＴＳＯは、磁化容易軸と平行な均衡状態から自由膜１１２の磁気モーメントの方向を容易に変えることができる。スピン軌道トルクＴＳＯは、類似な最大振幅の一般的なＳＴＴトルクより相当に速く、自由膜の磁気モーメントを傾ける。所定の実施形態で、スイッチングはスピン軌道トルクを利用して完了され得る。他の実施形態で、スピン伝達のような他のメカニズムを利用してスイッチングを完了することができる。生成されたスピン軌道フィールド／スピン軌道トルクは自由膜１１２の磁気モーメントをスイッチングするのに利用され得る。
【００６８】
所定の実施形態で、ＳＯ相互作用は２つの効果（スピンホール効果（ｓｐｉｎ  Ｈａｌｌ  ｅｆｆｅｃｔ）とラシュバ効果（Ｒａｓｈｂａ  ｅｆｆｅｃｔ））の組み合わせを包含することができる。多くのＳＯ活性膜で、スピン軌道相互作用はスピンホール効果とラシュバ効果とを両方を包含するが、２つの中で１つが支配的である。結果的に、スピンホール効果とラシュバ効果とは以下に記述される。スピンホール効果は一般的に本体（ｂｕｌｋ）効果として見なす。しばしばスピンホール効果を示す物質は、重い金属又は重い金属がドーピングされた物質を含む。例えば、そのような物質は、Ａ及びＢがドーピングされたＭから選択され得る。ＡはＹ、Ｚｒ、Ｎｂ、Ｍｏ、Ｔｃ、Ｒｕ、Ｒｈ、Ｐｄ、Ｃｄ、Ｉｎ、Ｓｂ、Ｔｅ、Ｈｆ、Ｔａ（高い抵抗性非晶質のβ−Ｔａを含む）、Ｗ、Ｒｅ、Ｏｓ、Ｉｒ、Ｐｔ、Ａｕ、Ｈｇ、Ｔｌ、Ｐｂ、Ｂｉ、Ｐｏ、Ａｔ、及び／又はそれらの組み合わせを含み、ＭはＡｌ、Ｔｉ、Ｖ、Ｃｒ、Ｍｎ、Ｃｕ、Ｚｎ、Ａｇ、Ｈｆ、Ｔａ、Ｗ、Ｒｅ、Ｐｔ、Ａｕ、Ｈｇ、Ｐｂ、Ｓｉ、Ｇａ、ＧａＭｎ、又はＧａＡｓの中の少なくとも１つを含み、ＢはＶ、Ｃｒ、Ｍｎ、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｐ、Ｓ、Ｚｎ、Ｇａ、Ｇｅ、Ａｓ、Ｓｅ、Ｙ、Ｚｒ、Ｎｂ、Ｍｏ、Ｔｃ、Ｒｕ、Ｒｈ、Ｐｄ、Ａｇ、Ｃｄ、ＩｎＳｂ、Ｔｅ、Ｉ、Ｌｕ、Ｈｆ、Ｔａ、Ｗ、Ｒｅ、Ｏｓ、Ｉｒ、Ｐｔ、Ａｕ、Ｈｇ、Ｔｌ、Ｐｂ、Ｂｉ、Ｐｏ、Ａｔ、Ｌａ、Ｃｅ、Ｐｒ、Ｎｄ、Ｐｍ、Ｓｍ、Ｅｕ、Ｇｄ、Ｔｂ、Ｄｙ、Ｈｏ、Ｅｒ、Ｔｍ、Ｙｂの中の少なくとも１つを含む。所定の実施形態で、ＳＯ活性膜１２０はＩｒがドーピングされたＣｕ及び／又はＢｉがドーピングされたＣｕで構成されるか、或いはこれを包含することができる。ドーフィングは一般的に０．１原子％から１０原子％の範囲である。他の実施形態で、他の物質が使用され得る。
【００６９】
スピンホール効果で、電流ＪＳＯはＳＯ活性膜１２０の面内に印加される（例えば、ＪＳＯは実質的に図３のｘ−ｙ面での面内電流（ｃｕｒｒｅｎｔ−ｉｎ−ｐｌａｎｅ））。別の言い方をすると、前記電流はＳＯ活性膜１２０とデータ格納膜／自由膜１１２との間の方向と垂直になる方向（例えば、表面の法線と垂直、図３のｚ方向と垂直）に印加される。前記電流の方向に垂直であり、表面の法線（ｚ方向）方向のスピンを有する電荷キャリアはＳＯ活性膜１２０の表面に蓄積される。図３に示す実施形態で、ｙ方向のスピン（単位分極ベクトルＰＳＯ１２２に図示された）を有する電荷キャリアがＳＯ活性膜１２０の上部に蓄積される。大部分のこのようなスピン分極されたキャリア（ｓｐｉｎ−ｐｏｌａｒｉｚｅｄ  ｃａｒｒｉｅｒｓ）は自由膜へ拡散する。このような拡散は自由膜１１２の磁気モーメントにトルクＴＳＯを生じる。磁気モーメントに対するトルクは磁気モーメントに対する有効フィールド（ｅｆｆｅｃｔｉｖｅ  ｆｉｅｌｄ）に相当するので、ＴＳＯ＝−γ［Ｍ  ｘ  ＨＳＯ］を通じて、スピン蓄積は自由膜に前記フィールドＨＳＯを引き起こすことと理解できる。スピンホール効果のためのスピン軌道フィールドはスピン軌道分極１２２と自由膜１１２の磁気モーメントとの外積（ｃｒｏｓｓ  ｐｒｏｄｕｃｔ）であり、次のように与えられる：
【００７０】
ＨＳＯ∝（ＪＳＯ＊ＰＳＯ／２ｔ＊ｅ）ｍｘｐＳＯ・・・（数式２）
【００７１】
ここで、ｔは自由膜１１２の厚さ、ｅは電気の電荷量、ｍはデータ格納膜１１２の磁気モーメント方向の単位ベクトル、ｐＳＯはスピン分極１２２方向の単位ベクトルである。このように、トルクの大きさは面内電流密度ＪＳＯ及びキャリアのスピン分極ＰＳＯに比例する。スピンホール効果が単なるＳＯ相互作用である所定の実施形態で、ＰＳＯは所謂ホール角度（Ｈａｌｌ  ａｎｇｌｅ）ＳＯと同一である。一般的に、ＰＳＯはＳＯ活性膜１２０及び隣接膜に使用される物質及び幾何学の特性である。様々な物質で、ＰＳＯは０．０１−１であり得る。ＳＯ分極（ＰＳＯ）のさらに大きい値はさらに大きい分極をもたらし、したがって、さらに大きいスピン軌道フィールド及びトルクをもたらす。
【００７２】
スピンホール効果ｐＳＯによって誘導された分極が自由膜１１２の磁化容易軸と平行になる時、スピンホール効果は磁気接合１１０をスイッチングするのに使用することができる。スピン軌道トルクＴＳＯを得るために、電流パルスがＳＯ活性膜１２０を通じて面内に印加される。結果的なスピン軌道トルクＴＳＯは減衰トルクを相殺し、一般的なＳＴＴスイッチングと類似な方式で自由膜１１２の磁気モーメントをスイッチングする。
【００７３】
ＳＯ活性膜１２０内のスピン軌道フィールドＨＳＯの他のソースは、界面でのスピン軌道相互作用と関連され得る。この場合、スピン軌道フィールドの強さはしばしば結晶フィールド（ｃｒｙｓｔａｌ  ｆｉｅｌｄ）の強さと関連され、しばしば界面で大きい。隣接膜との格子定数の不一致、界面での重い金属の存在及び他の効果のため、スピン軌道相互作用が所定の界面で相当に大きくなり得る。界面での強いスピン軌道効果は界面方向と垂直方向への結晶フィールドの勾配（ｇｒａｎｄｉｅｎｔ）と関連され、しばしばラシュバ効果として言及される。しかし、本明細書内で使用されるように、その源と方向に関わらず、ラシュバ効果は界面でのスピン軌道相互作用を言う。少なくとも所定の実施形態で、相当な大きさのラシュバ効果を得るために、ＳＯ活性膜１２０のための界面は異ならなければならない。例えば、磁気接合１１０に隣接するＰｔ膜、自由膜１１２のためのＣｏ膜、及び酸化アルミニウム（ａｌｕｍｉｎｕｍ  ｏｘｉｄｅ）又は非磁性ＭｇＯ膜１１４を有するＳＯ活性膜１２０でラシュバ効果が発生し得る。所定の実施形態で、他の物質が使用され得る。
【００７４】
磁化に対する界面でのスピン軌道相互作用の効果（即ち、ラシュバ効果）は２つある。先ず、スピン蓄積は界面で形成され得る。ラシュバ効果のための前記スピン蓄積のスピン分極の単位ベクトルＰＳＯは通常、結晶フィールドと電流方向とに対して垂直である。多くのＳＯ活性膜１２０は膜１２０の面に対して垂直である結晶フィールドを有する。このように、スピン軌道分極ＰＳＯ１２２は図３に示したように面内にある。その代わりに、ＳＯ活性膜１２０は面内又は面の方に傾いた結晶フィールドを有することができる。このように、ＳＯ活性膜１２０は面と垂直又は相対的に面の方に傾いた（図３に図示せず）スピン軌道分極を有する。所定の実施形態で、ＳＯ活性膜１２０は表面合金（ｓｕｒｆａｃｅ  ａｌｌｏｙ）であり得る。例えば、ＳＯ活性膜１２０はＣｕ、Ｚｎ、Ｇａ、Ｇｅ、Ａｓ、Ｓｅ、Ｙ、Ｚｒ、Ｎｂ、Ｍｏ、Ｔｃ、Ｒｕ、Ｒｈ、Ｐｄ、Ａｇ、Ｃｄ、Ｉｎ、Ｓｎ、Ｓｂ、Ｔｅ、Ｉ、Ｌｕ、Ｈｆ、Ｔａ、Ｗ、Ｒｅ、Ｏｓ、Ｉｒ、Ｐｔ、Ａｕ、Ｈｇ、Ｔｌ、Ｐｂ、Ｂｉ、Ｐｏ、Ａｔ、Ｌａ、Ｃｅ、Ｐｒ、Ｎｄ、Ｐｍ、Ｓｍ、Ｅｕ、Ｇｄ、Ｔｂ、Ｄｙ、Ｈｏ、Ｅｒ、Ｔｍ、Ｙｂ、及び／又はそれらの組み合わせの中で少なくとも１つを包含することができる。他の実施形態で、ＳＯ活性膜１２０は、Ａ／Ｂの表面合金（例えば、主な物質であるＢの（１１１）表面に配置されたＡの原子）を包含するが、上部の原子層のはＡとＢの混合物である。ＡはＣｕ、Ｚｎ、Ｇａ、Ｇｅ、Ａｓ、Ｓｅ、Ｙ、Ｚｒ、Ｎｂ、Ｍｏ、Ｔｃ、Ｒｕ、Ｒｈ、Ｐｄ、Ａｇ、Ｃｄ、Ｉｎ、Ｓｎ、Ｓｂ、Ｔｅ、Ｉ、Ｌｕ、Ｈｆ、Ｔａ、Ｗ、Ｒｅ、Ｏｓ、Ｉｒ、Ｐｔ、Ａｕ、Ｈｇ、Ｔｌ、Ｐｂ、Ｂｉ、Ｐｏ、Ａｔ、Ｌａ、Ｃｅ、Ｐｒ、Ｎｄ、Ｐｍ、Ｓｍ、Ｅｕ、Ｇｄ、Ｔｂ、Ｄｙ、Ｈｏ、Ｅｒ、Ｔｍ、Ｙｂの中の少なくとも１つを含み、ＢはＳｉ、Ｚｎ、Ｃｕ、Ａｇ、Ａｕ、Ｗ、Ｚｎ、Ｃｒ、Ｐｔ、Ｐｄの中の少なくとも１つを含む。多くの実施形態で、Ａは２つ又は３つの他の物質を含む。所定の実施形態で、少なくとも０．１で３つの単層膜（ｍｏｎｏｌａｙｅｒ）のＡが蒸着される。所定の実施形態で、およそ１／３の単層膜のＡが蒸着される。所定の実施形態で、これは置換形Ｂｉ／Ａｇ、置換形Ｐｂ／Ａｇ、置換形Ｓｂ／Ａｇ、置換形Ｂｉ／Ｓｉ、置換形Ａｇ／Ｐｔ、置換形Ｐｂ／Ｇｅ、置換形Ｂｉ／Ｃｕ、及びＡｕ、Ａｇ、Ｃｕ又はＳｉの（１１１）表面上に配置された膜を含む二重膜の中の１つ以上であり得る。他の実施形態で、ＳＯ活性膜１２０はＩｎＧａＡｓ、ＨｇＣｄＴｅ又はこの中で層ＬａＡｌＯ３／ＳｒＴｉＯ３、ＬａＴｉＯ３／ＳｒＴｉＯ３のような化合物を包含することができる。他の実施形態で、他の物質が使用され得る。所定の実施形態で、ラシュバ効果が（数式２）で表現された自由膜のスピン軌道トルクＴＳＯ及び関連されたスピン軌道フィールドＨＳＯを生じる。本明細書の単位分極ベクトルｐＳＯは上で説明されたことのように面内に、傾くか、又は面と垂直であり得る。所定の実施形態で、ラシュバ効果のための分極ＰＳＯは０．１−１であり得る；所定の他の実施形態で、それは１を越えることがあり得る。さらに大きい分極ＰＳＯ値はさらに大きい分極と、結果的にさらに大きいスピン軌道フィー���ドを生じる。他の実施形態で、下の数式のように、ラシュバ効果は自由膜の磁気モーメントにスピン軌道フィールドをもたらすことができる。
【００７５】
ＨＳＯ∝（ＪＳＯ＊ＰＳＯ／２ｄ＊ｅ）ｐＳＯ・・・（数式３）
【００７６】
ラシュバ効果で、スピン軌道フィールドによるスピン軌道トルクの大きさは面内電流密度ＪＳＯ及び分極ＰＳＯに比例する。したがって、ＪＳＯはＳＯ活性膜１２０及び自由膜１１２の間の方向と垂直になる（例えば、ｘ−ｙ面、及び表面の法線と垂直）。言い換えれば、ｐＳＯはスピン軌道分極方向の単位ベクトルである。このような実施形態のスピン軌道分極ＰＳＯはＳＯ活性膜１２０に使用される物質の特性である。所定の実施形態でのラシュバ効果の分極ＰＳＯは０．１−１であり得る。所定の他の実施形態で、分極が１より大きくなり得る。したがって、さらに大きい値の分極ＰＳＯはさらに大きい分極及びさらに大きいスピン軌道フィールドを生じる。他の実施形態で、ラシュバ効果によるスピン軌道フィールドＨＳＯは(数式２)で提供された式及び(数式３)で提供された他の式を組み合わせて提供されることができる。各々の式の寄与は物質及び界面の幾何学的な性質に依存する。
【００７７】
仮に、ラシュバ効果による単位分極ベクトルｐＳＯが自由膜１１２の磁化容易軸と平行であれば、ラシュバ効果は磁気接合１１０のスイッチングに使用されることができ、スピンホール効果で記述されることと類似である。したがって、自由膜１１２をスイッチするために、面内電流パルスＪＳＯはＳＯ活性膜１２０を通じて印加される。電流パルスは先に記述された方法でスピン軌道フィールドＨＳＯを生成する。（数式２）の式によって提供されたＳＯフィールドの構成と関連されたトルクは、磁気減衰トルクと反対になり、ＳＴＴと類似な方式であり、先のスピンホール効果で議論されたことと同様に自由膜の磁気モーメントをスイッチすることができる。（数式３）の式によって提供されたＳＯフィールドの構成は自由膜の真性異方性フィールド（ｉｎｔｒｉｎｓｉｃ  ａｎｉｓｏｔｒｏｐｙ  ｆｉｅｌｄ）ＨＫと反対になる。仮にＨＳＯがＨＫを超えれば、磁気モーメントは、またスイッチされるはずである。仮にスピン軌道フィールドの両構成要素が存在すれば、２つの効果は互いに助けることができる。電子の場合（ＴＳＯが減衰値を超える）、スピン軌道フィールドＨＳＯは電子の場合（ＨＳＯが異方性フィールドＨＫを超える）に比べて通常は１／α倍さらに小さくなり得り、αは自由膜のギルバート減衰定数（Ｇｉｌｂｅｒｔ  ｄａｍｐｉｎｇ  ｃｏｎｓｔａｎｔ）であり、通常は０．００１−０．０５である。
【００７８】
したがって、磁気メモリ１００は自由膜１１２の磁気モーメントのスイッチングでＳＯ膜１２０によって生成されたスピン軌道相互作用とスピン軌道フィールドとを使用することができる。所定の実施形態で、ＳＯ活性膜１２０はスピン軌道フィールドＨＳＯを生成するためのスピンホール効果とラシュバ効果との１つ又は両方に依存することができる。結果的に、本明細書に使用されたように、“スピン軌道効果”、“スピン軌道フィールド”、及び／又は“スピン軌道相互作用”のような条件はラシュバ効果、スピンホール効果、所定の２つの効果の組み合わせ、及び／又は所定の他のスピン軌道相互作用又はスピン軌道相互作用と類似な効果を通じたスピン軌道結合（ｓｐｉｎ  ｏｒｂｉｔ  ｃｏｕｐｌｉｎｇ）を包含することができる。スピン軌道フィールドはデータ格納膜／自由膜１１２の磁気モーメントにトルクを加える。前記スピン軌道トルクは自由膜１１２の磁気モーメントをスイッチするのに使用され得る。所定の実施形態で、スピン軌道フィールドが自由膜１１２の磁気モーメントをスイッチングすることを補助する。スピン伝達トルクのような他のメカニズムは主なスイッチングメカニズムである。他の実施形態で、スピン軌道トルクは自由膜１１２の磁気モーメントのための主なスイッチメカニズムである。しかし、所定の実施形態で、スピン軌道トルクはスピン伝達トルクのような他のメカニズムによって補助（ａｓｓｉｓｔｅｄ）されることができる。補助は、自由膜１１２の磁気モーメントをスイッチすること及び／又はスイッチングされた磁気接合の選択することであり得る。
【００７９】
スピン軌道トルクが自由膜１１２の磁気モーメントをスイッチするのに使用されることができるので、メモリ１００の性能は向上される。上から議論されたことのように、ＳＯ活性膜１２０によって生成されたスピン軌道トルクは磁気接合１１０のスイッチング時間を減少させることができる。スピン軌道トルクは通常、高効率ＰＳＯを有し、電流ＪＳＯに比例する。この電流密度は面内にあり、スペーサー膜１１４を通過して流れないので、前記スピン軌道電流は磁気接合１１０に損傷を与えることなく、増加することができる。結果的に、スピン軌道フィールド及びスピン軌道トルクは増加される。したがって、書込み時間（ｗｒｉｔｅ  ｔｉｍｅ）は減少し、書込みエラー率は向上される。したがって、メモリ１００の性能は向上される。
【００８０】
図４は磁気メモリ１００’の例示的な実施形態を示したことである。さらに明確にするために、図４はスケールに合わない。磁気メモリ１００’は磁気メモリ１００と類似である。結果的に、類似な成分は類似な図面番号を有する。磁気メモリ１００’は磁気接合１１０及びＳＯ活性膜１２０に各々類似の磁気接合１１０’及びＳＯ活性膜１２０’を含む。磁気接合１１０’はデータ格納膜／自由膜１１２、非磁性スペーサー膜１１４、及び基準膜１１６に各々類似なデータ格納膜／自由膜１１２’、非磁性スペーサー膜１１４’、及び基準膜１１６’を含む。したがって、成分１１０’、１２０’の構造及び機能は上に記述された成分１１０、１２０と類似である。自由膜１１２’の磁気モーメント１１３’は面と垂直であることが安定である。したがって、磁気モーメント１１３’は自由膜１１２’の磁化容易軸１１５’と平行である。図示された実施形態で、基準膜１１６’の磁気モーメント１１７’は、また面と垂直である。
【００８１】
磁気接合１１０’の主なスイッチメカニズムはスピン伝達トルクである。したがって、磁気接合１１０’を通じて面と垂直に（軸に沿って）印加されるスイッチ電流ＪＳＴＴは主なスイッチ電流である。しかし、スピン軌道相互作用トルクはスイッチングを補助するのに使用される。面内スピン軌道電流、ＪＳＯは、したがってＳＯ活性膜１２０’を通じて印加される。スピン軌道電流はｘ−ｙ面にある。ｘ−ｙ面は、またメモリ１００’の膜の面である。ＳＯ活性膜１２０’はＨＳＯのような複数のスピン軌道フィールドを増加させ得るスピン軌道分極を有する。スピン軌道フィールド、ＨＳＯはスピンホール効果、ラシュバ効果、又は両方による成分を有することができる。その上に、たとえ面内スピン軌道電流と垂直に示しているが、他の実施形態で、スピン軌道フィールドは他の方向であり得る。ＳＯ活性膜１２０’は先に記述したような構造、機能、及び構成物質を有することがあり得る。したがって、ＳＯ活性膜１２０’は磁気接合１１０’のスイッチングを補助するのに使用され得る。
【００８２】
磁気接合１１０’をスイッチングすることを補助するために、スピン軌道分極ｐＳＯは自由膜１１２’の磁化容易軸／安定状態１１３’と垂直である。磁化容易軸１１５’は面に対して垂直であり、これに反してスピン軌道分極は面内にある（例えば、ｘ−ｙ面内）。スピン軌道トルクＴＳＯは自由膜１１２’の磁気モーメントを磁化容易軸と平行な均衡状態から面と垂直方向に容易に方向を変えることができる。スピン軌道トルクＴＳＯは初期位置で最大化することができ、したがって、ＳＯ電流パルスが適用された直後に自由膜１２１’の磁気モーメントを相当に大きく、傾くことができる。したがって、スピン軌道トルクＴＳＯは類似する最大の大きさの一般的なＳＴＴトルクより相当に速く、自由膜の磁気モーメントを傾けることができる。事実、自由膜の磁気モーメントと同一線上である一般的な基準膜の磁気モーメントのため、ＳＴＴパルスが印加された直後での一般的なＳＴＴトルクは小さい。ＴＳＯは自由膜の磁気モーメントを論理１又は０（各々磁気モーメントの上又は下方向）に該当する状態に合うように方向を変える。しかし、磁気モーメントはそれ以上反対方向にスイッチされないことがあり得る。結果的に、スピン伝達トルクが自由膜１１２’の磁気モーメントをスイッチするために適用され得る。ＳＯ活性膜のための面内電流パルスに加えて、ＳＴＴ電流パルスは面と垂直に印加されてスイッチングを完成する。均衡位置からの自由膜１１２’の磁気モーメントのさらに大きい傾き（ｔｉｌｔ）のため、ＳＴＴトルクはさらに大きい。ＳＴＴトルクは自由膜１１２’の磁気モーメントが自由膜の磁化容易軸１１５’と垂直である時、最大値に達する。したがって、仮に磁気モーメントがＳＯトルクＴＳＯによって相当に傾ければ、ＳＴＴトルクはさらに速やかに磁気モーメントをスイッチングする。スピン軌道ＴＳＯは磁気モーメントを均衡位置から容易に傾くことができ、傾いた位置でＳＴＴトルクは磁気モーメントを新しい均衡状態に容易にスイッチすることができる。このため、単なるスイッチングのみをする一般的なＳＴＴトルクの場合に比較して全体スイッチング時間が相当に減少され得る。その上に、書込みエラー率は相当に向上され得る。したがって、スピン軌道相互作用は自由膜１１２’の磁気モーメントをスイッチングすることを補助するのに使用され得る。
【００８３】
スピン軌道トルクＴＳＯによる自由膜１１２’の磁気モーメントのさらに大きい傾きで全体スイッチング時間が減少するので、スピン軌道トルクＴＳＯの大きさ及び関連されたフィールドＨＳＯが十分に大きいことが重要である。したがって、スピン軌道フィールドは磁気接合１１０’の異方性フィールドの相当な比率であることが要求される。所定の実施形態で、スピン軌道フィールドは磁気接合１１０’の異方性フィールドの少なくとも１０％であり５０％以上を越えないように要求される。しかし、他の実施形態で、スピン軌道フィールドはその他の値を有することができる。
【００８４】
自由膜の磁気モーメントを確実に傾けるために、所定の実施形態でＳＯフィールドパルス（ＳＯ  ｆｉｅｌｄ  ｐｕｌｓｅ）は十分に短い。そのような実施形態で、性能向上のために、ＳＯフィールドパルスの全体の持続時間（ｄｕｒａｔｉｏｎ）が磁気モーメントの歳差周期（ｍａｇｎｅｔｉｚａｔｉｏｎ  ｐｒｅｃｅｓｓｉｏｎ  ｐｅｒｉｏｄ）の半分より小さい。所定の実施形態で、磁気モーメントの歳差周期は、（２π／γＨＫ）×１／２と同一であり、ＨＫは自由膜１１２’の異方性フィールドである。したがって、ＳＯ電流パルスは少なくとも３０ｐｓであり、３ｎｓを越えないことがあり得るが、ＨＫに依存する。代わりに仮にパルス幅が歳差周期（所定の実施形態で２π／γＨＫ）の単位であれば、磁気モーメントは磁化容易軸に平行であるスタグネーションポイントに戻る。ＳＯフィールドＨＲはスイッチング速度を向上させないこともあり得る。仮にパルス幅が歳差周期より長ければ、例えば１ｎｓ又はその以上、最終的な磁気モーメントの傾きは調節することができない。
【００８５】
所定の他の実施形態で、仮にＳＯフィールドＨＳＯが（数式１）で表現された形式を有し、ＨＳＯフィールドが十分に大きければ、スピン軌道フィールドＨＳＯは分極ベクトルｐＳＯと平行（又は反並行）である時まで自由膜１１２’の磁気モーメントを回転させることができる。面と垂直である磁化容易軸を有する自由膜１１２’に対して、これは磁化容易軸と垂直である方向と対応する。とても大きい大きさのＳＯトルクＴＳＯの場合、ＳＯ活性膜１２０’を通じて電流パルスが印加される限り、磁気モーメントは磁化容易軸から回転されて維持され得る。したがって、仮にスピン軌道電流パルスが十分に大きい大きさと幅を有すれば、磁気モーメントはスピンホール効果によって面内に固定されるように維持され得る。所定の実施形態で、ＳＯフィールドパルスの持続時間に制限がない。その上に自由膜の磁気モーメントの初期傾きが磁化容易軸と垂直である時、ＳＴＴは最大になる。
【００８６】
仮にスピン軌道トルクによる自由膜の磁気モーメント勾配が非常に大きくなく、（例えば、所定の実施形態ではπ／４ラジアンより小さい）ＳＴＴトルクが適用されなければ、磁気モーメントはＳＯフィールドパルスの終了の後に初期磁気状態に戻ることができる。しかし、仮に勾配がさらに大きくなれば、磁気モーメントは反対位置に戻りやすくなる。仮にＴＳＯによって誘導された勾配がπ／２と近く、ＳＴＴパルスが印加されなければ、磁気モーメントは初期状態に戻ることと反対状態にスイッチングされることで同一の機会を有することができる。したがって、ＴＳＯによって誘導された大きい勾配で、セルの情報がスピン軌道トルクＴＳＯによって、妨害されるか、或いは削除されることができる。所定の実施形態で、ＳＯ効果による最適の勾配は速度（さらに大きい勾配）と初期メモリ状態（さらに小さい勾配）での非攪乱（ｎｏｎ−ｄｉｓｔｕｒｂａｎｃｅ）に対する制限の間の選択（ｔｒａｄｅ−ｏｆｆ）によって決定され得る。
【００８７】
自由膜１１２’の磁気モーメント１１３’をスイッチするために、面内スピン軌道電流パルスＪＳＯがＳＯ活性膜１２０’を通じて印加される。言い換えれば、スピン軌道電流パルスはＳＯ活性膜１２０’と自由膜１１２’との間の方向と垂直に印加される（例えば、ｚ方向に対して垂直）。ＳＯ電流パルスは上に記述された方式のようにスピン軌道フィールドＨＳＯを生成する。電流ＪＳＯの十分に小さいパルス幅で、スピン軌道フィールドＨＳＯは自由膜１１２’の磁気モーメント１１３’を磁化容易軸１１５’にしたがう平衡状態から攪乱されるようにする。仮にスピン伝達電流ＪＳＴＴが印加されれば、自由膜１１２’の磁気モーメント１１３’がスイッチされることができる。磁気接合１１０’のスイッチングは向上されることができる。例えば、図５はメモリ１００’をプログラミングするのに使用される電流パルスのタイミングを図示するグラフ１５０である。図４及び図５を参照して、グラフ１５０に現れる線１５２、１５４は例示的な目的のみであり、特別な現実のパルスを明確に記述することを意味しない。
【００８８】
幅ｔＳＯと大きさＪＳＯを有するＳＯ電流パルス１５２はＳＯ活性膜１２０’を通じて印加される。ラシュバ効果によって生成されたスピン軌道フィールドの一部分によって攪乱される磁気モーメント１１３’がスタグネーションポイントへ歳差運動して戻らないように、幅ｔＳＯは小さいことが要求される。したがって、ＳＯ電流パルス１５２の幅は相対的に小さい（例えば、０．１ｎｓ〜３ｎｓ）ことが要求される。所定のそのような実施形態で、ＳＯ電流パルス１５２の幅は３０ｐｓ〜０．１ｎｓの単位である。その上に、ＳＯ電流パルス１５２はＳＯ活性膜１２０’の面内に存在するので、ＳＯ電流パルス１５２の大きさは大きくなり得る。例えば、自由膜が０．０１ｍＡ〜１ｍＡ単位の電流に対応する大きいＨＫを有する時、電流密度ＪＳＯは１ｘ１０８Ａ／ｃｍ２の単位であり得る。所定の他の装置で、電流密度は１ｘ１０７Ａ／ｃｍ２の単位であり得る。
【００８９】
ＳＯ電流パルスの開始の後に、幅ｔＳＴＴ及び大きさＪＳＴＴを有するスピン伝達トルク（ＳＴＴ）電流パルス１５４は磁気接合１１０’を通じて面と垂直に印加される。したがって、磁気モーメント１１３’がスタグネーションポイントへ歳差運動して戻る機会を有する前に、ＳＴＴ電流パルス１５４は開始され得る。図５に図示された実施形態で、ＳＴＴ電流パルス１５４はＳＯ電流パルス１５２が終了される前に開始する。しかし、他の実施形態で、ＳＴＴ電流パルス１５４はＳＯ電流パルス１５２の終了の時又はその後に開始することができる。仮にＳＴＴ電流パルス１５４がＳＯ電流パルス１５２が終了された後に開始されれば、ＳＯ電流パルス１５２の終了とＳＴＴ電流パルス１５４の開始との間の時間は短いこと（例えば、磁気モーメント１１３’の数歳差周期の以下）が要求される。ＳＴＴ電流パルス１５４は面と垂直であるので、ＳＴＴ電流パルス１５４の大きさはＳＯ電流パルス１５２の大きさに比べて相当に小さいことがあり得る。例えば、ＪＳＴＴは１ｘ１０６Ａ／ｃｍ２の単位であり得る。ＳＴＴ電流パルス１５４の幅は磁気接合１１０’をスイッチするのに要求される時間の間である。しかし、またＳＯ電流パルス１５２が使用されるので、スイッチングは相変わらずさらに早いことができる。
【００９０】
電流パルス１５２、１５４を使用することは、磁気メモリ１００’をさらに急激にスイッチすることができる。ＳＯ活性膜１２０’を通じるＳＯ電流パルス１５２は磁化容易軸１１５’にしたがうスタグネーションポイントから磁気モーメント１１３’を攪乱させるスピン軌道フィールドを生成する。磁気接合１１０’を通じるＳＴＴ電流パルス１５４によるスピン伝達トルクは磁気モーメント１１３’をスイッチングするのにさらに大きい寄与をすることができる。したがって、ＳＴＴトルクは磁気接合１１０’の磁気モーメント１１３’をさらに容易にスイッチするのに使用され得る。
【００９１】
スピン軌道トルクは自由膜１１２’の磁気モーメント１１３’をスイッチングするのに使用されることができるので、メモリ１００’の性能は向上され得る。ＳＯ活性膜１２０’によって生成されたスピン軌道トルクは磁気接合１１０’が増加された速度にプログラムされるようにする。スピン軌道トルクは高い効率を有し、面内スピン軌道電流パルス（ｉｎ−ｐｌａｎｅ  ｓｐｉｎ−ｏｒｂｉｔ  ｃｕｒｒｅｎｔ）１５２の大きさに比例するので、スピン軌道トルクは大きくなり得る。したがって、大きいスピン軌道トルクはスタグネーションポイントから磁気モーメント１１３’を攪乱させることができる。スピン伝達トルクパルス１５４の幅と大きさは磁気メモリ１００’の記録の間に減少され得る。したがって、書込み時間は減少され書込みエラー率は向上され得る。メモリの性能１００’はこのようにすることによって、向上されることができる。
【００９２】
図６は磁気メモリ１００’’の例示的な実施形態を図示する。さらに明確にするために、図６はスケールに合わない。磁気メモリ１００’’は磁気メモリ１００と類似である。結果的に、類似な成分は類似な図面符号を有する。磁気メモリ１００’’は、したがって磁気接合１１０及びＳＯ活性膜１２０と各々類似な磁気接合１１０’’及びＳＯ活性膜１２０’’を含む。磁気接合１１０’’はデータ格納膜／自由膜１１２、非磁性スペーサー膜１１４、及び基準膜１１６と各々類似なデータ格納膜／自由膜１１２’’、非磁性スペーサー膜１１４’’、及び基準膜１１６’’を含む。したがって、成分１１０’’、１２０’’の構造と機能は先に記述された成分１１０、１２０と各々類似である。自由膜１１２’’の磁気モーメント１１３’’は面内で安定である。したがって、磁気モーメント１１３’’は自由膜１１２’’の磁化容易軸１１５’’と平行である。図示された実施形態で、基準膜１１６’’の磁気モーメント１１７’’また面内である。所定の実施形態で、このような面内磁化容易軸方向はＳＯ活性膜１２０’’の電流ＪＳＯ方向に垂直である。結果的に、ｐＳＯは自由膜１１２’’の磁化容易軸１１５’’と平行である。
【００９３】
磁気接合１１０’’は主なスイッチングメカニズムでスピン軌道トルクを使用してスイッチングされる。所定の実施形態で、スピン軌道トルクはスピンホール効果及び／又はラシュバ効果から生成される。ＳＯ活性膜１２０’’は、したがって先に記述したことのような構造、機能、及び構成物質を有することができる。ＳＯ活性膜１２０’’を通じて印加された面内電流ＪＳＯは主なスイッチング電流である。しかし、以下で議論される他のメカニズムは、磁気接合１１０’’の選択に使用され、したがって、磁気接合１１０’’のプログラミングを補助することができる。その上に、他の実施形態で、他のメカニズム及び／また物質が使用され得る。
【００９４】
磁気接合１１０’’をプログラムするために、スピン軌道フィールドは磁気モーメント１１３’’がスイッチングされるように要求される方向に自由膜１１２’’の磁化容易軸／安定状態１１５’’にしたがうスピン軌道分極ｐＳＯによって生成される。ＳＯ活性膜１２０’’を通じて印加されるように要求されるスピン軌道電流はＪＳＴＴ（少なくとも数ｍＡ／ｃｍ２）の単位である。図６に図示された実施形態で、磁気モーメント１１３’’は＋ｙ方向に在り、その方向は変化されることが要求される。磁気モーメント１１３’’を−ｙ方向にスイッチするために、スピン軌道電流ＪＳＯは前記図示された方向の反対に印加される。スピン軌道相互作用によって生成されたスピン軌道フィールド１２２’’はスピン軌道トルクを磁気モーメント１１３’’に印加して、磁気モーメント１１３’’を要求される方向にスイッチングする。
【００９５】
スピン軌道トルクは自由膜１１２’’の磁気モーメント１１３’’をスイッチするので、メモリ１００’の性能が向上され得る。ＳＯ電流はＳＯ活性膜１２０’’の面内に在り、したがって、スペーサー１１４’’を通過しないので、電流密度ＪＳＯは大きくなり得る。例えば、電流密度は１ｘ１０８Ａ／ｃｍ２の単位であり、これは０．０１ｍＡ〜１ｍＡ単位の電流に対応する。そのような大きい電流は大きいスピン軌道フィールドを提供し、したがって、磁気接合１１３’’に大きいスピン軌道トルクを提供することができる。言い換えれば、磁気接合１１０’’のオーバードライブ（ｏｖｅｒｄｒｉｖｅ）がさらに容易に成就されることができる。その上に、磁気接合１１０’’は２つの基準膜を含む二重磁気接合の代わりに単一磁気接合であり得る。したがって、磁気抵抗の相殺のような問題点及び二重接合のための障壁膜成長の問題点が解決される。したがって、メモリ１００’’の性能は向上され得る。
【００９６】
図７は磁気メモリ１００’’’の例示的な実施形態を図示する。さらに明確にするために、図７はスケールに合わない。磁気メモリ１００’’’は磁気メモリ１００／１００’’と類似である。結果的に、類似な成分は類似な図面符号を有する。したがって、磁気メモリ１００’’’は磁気接合１１０／１１０’’及びＳＯ活性膜１２０／１２０’’に各々類似な磁気接合１１０’’’及びＳＯ活性膜１２０’’’を含む。磁気接合１１０’’’はデータ格納膜／自由膜１１２／１１２’’、非磁性スペーサー膜１１４／１１４’’、及び基準膜１１６／１１６’’と各々類似なデータ格納膜／自由膜１１２’’’、非磁性スペーサー膜１１４’’’、及び基準膜１１６’’’を含む。したがって、成分１１０’’’、１２０’’’の構造及び機能は上に記述された成分１１０／１１０’’、１２０／１２０’’と各々類似である。自由膜１１２’’’の磁気モーメント１１３’’’は面と垂直であることが安定である。したがって、磁気モーメント１１３’’’は自由膜１１２’’’の磁化容易軸１１５’’’と平行である。示した実施形態では、基準膜１１６’’’の磁気モーメント１１７’’’は、また面と垂直である。
【００９７】
磁気接合１１０’’’は主なスイッチングメカニズムであるスピン軌道トルクを使用してスイッチングされる。所定の実施形態で、スピン軌道トルクがラシュバ効果から生成される。したがって、ＳＯ活性膜１２０’’’は先にラシュバ効果に対して説明したことのような構造、機能、及び構成物質を有することができる。しかし、他の実施形態で、他のメカニズム及び／又は物質が使用され得る。ＳＯ活性膜１２０’’’を通じて印加される面内電流ＪＳＯは主なスイッチング電流である。しかし、他のメカニズムが磁気接合１１０’’’の選択に使用され得り、したがって、磁気接合１１０’’’のプログラミングを補助することができる。
【００９８】
磁気接合１１０’’’をプログラムするために、スピン軌道フィールドは磁気モーメント１１３’’’がスイッチングされるように要求される方向に自由膜１１２’’’の磁化容易軸／安定状態１１５’’’にしたがうスピン軌道分極ｐＳＯによって生成される。所定の実施形態で、前記スピン軌道フィールドは主に又は全体的にラシュバ効果によって生成される。ＳＯ活性膜１２０’’’を通じて印加されることが要求されるスピン軌道電流はＪＳＴＴ（少なくとも数ｍＡ／ｃｍ２）の単位である。図７に図示された実施形態で、磁気モーメント１１３’’’は＋ｚ方向に在り、その方向は変化されることが要求される。磁気モーメント１１３’’’を−ｚ方向にスイッチするために、スピン軌道電流ＪＳＯは図示された方向の反対に印加される。スピン軌道相互作用によって生成されたスピン軌道フィールド１２２’’’は磁気モーメント１１３’’’にスピン軌道トルクを印加して、磁気モーメント１１３’’’を要求される方向にスイッチングする。
【００９９】
磁気メモリ１００’’’は磁気メモリ１００’’の長所を共有する。スピン軌道トルクは自由膜１１２’’’の磁気モーメント１１３’’’をスイッチするので、メモリ１００’’’の性能は向上され得る。ＳＯ活性膜１２０’’の面内にＳＯ電流が存在するので、電流密度ＪＳＯは大きくなり得る。したがって、磁気接合１１０’’’のオーバードライブはさらに容易に成就されることができる。その上に、磁気接合１１０’’’は単一磁気接合であり得る。その上に、磁気接合１１０’’’は２つの基準膜を含む二重磁気接合の代わりに単一磁気接合であり得る。したがって、磁気抵抗の相殺のような問題点及び二重接合のための障壁膜成長の問題点が解決される。したがって、メモリ１００’’’の性能は向上され得る。
【０１００】
したがって、スピン軌道相互作用は磁気接合のデータ格納膜／自由膜１１２／１１２’／１１２’’／１１２’’’の磁気モーメントをスイッチングするメカニズムとして使用され得る。スピン軌道相互作用はスピン伝達トルクスイッチングのようなスイッチングを補助するか、或いは主なスイッチングメカニズムとして使用され得る。面内スピン軌道電流をさらに大きくすることができるので、スピン軌道相互作用はさらに大きいトルクを許容し、向上された書込みエラー率で速いスイッチングを許容する。その上に、ＳＴＴ−ＲＡＭメモリのための使用に望ましいが、多様な問題点を有している二重の磁気接合の使用は避けなければならない。したがって、磁気メモリ１００、１００’、１００’’、及び／又は１００’’’の性能は改善されることができる。
【０１０１】
図８はスピン軌道相互作用を使用してスイッチングされる磁気接合２１０を適用した磁気メモリ２００の例示的な実施形態を図示する。さらに明確にするために、図８はスケールに合わない。磁気メモリ２００は磁気メモリ１００、１００’、１００’’、及び１００’’’と類似である。結果的に、類似な成分は類似な図面符号を有する磁気メモリ２００は、したがって磁気接合１１０／１１０’／１１０’’／１１０’’’及びＳＯ活性膜１２０／１２０’／１２０’’／１２０’’’と各々類似な磁気接合２１０及びＳＯ活性膜２２０を含む。磁気接合２１０はデータ格納膜／自由膜１１２／１１２’／１１２’’／１１２’’’、非磁性スペーサー膜１１４／１１４’／１１４’’／１１４’’’、及び基準膜１１６／１１６’／１１６’’／１１６’’’と各々類似なデータ格納膜／自由膜２１２、非磁性スペーサー膜２１４、及び基準膜２１６を含む。したがって、成分２１０、２２０の構造及び機能は先に記述された成分１１０／１１０’／１１０’’／１１０’’’及び１２０／１２０’／１２０’’／１２０’’’と各々類似である。例えば、自由膜２１２は面内又は面と垂直である磁化容易軸を有し得り、データを格納するために使用され得る。基準膜２１６は、また面内又は面に対して垂直である固定された磁気モーメントを有することができる。磁気接合２１０は先に記述されたように主なメカニズム又はスピン伝達トルクのような他のメカニズムを補助スピン軌道相互作用を使用してスイッチされることができる。
【０１０２】
磁気メモリ２００は磁気接合２１０のみでなく、各々の磁気接合２１０に対応する選択素子２１８を含む。図示された実施形態で、メモリセルは磁気接合２１０及び選択素子２１８を含む。選択素子２１８はトランジスターでありビットラインと結合され得る。図示された実施形態で、磁気メモリ２００は、また選択的スピン拡散挿入膜２３０を包含することができる。所定の実施形態で選択的スピン拡散膜２３０は金属である。しかし、他の実施形態で、前記膜は薄い絶縁物質であり得り、例えば、結晶質ＭｇＯ又は他の酸化物又は他の絶縁膜であり得る。前記膜の抵抗面積（ｒｅｓｉｓｔａｎｃｅ−ａｒｅａ、ＲＡ）は小さくせねばならない。例えば、２Ｏｈｍ・μｍ２以下である。他の実施形態で、選択的スピン拡散膜２３０は２又はその以上の他の物質の膜を含む多重膜であり得る。仮に、選択的スピン拡散挿入膜２３０が磁気接合２１０のスイッチングに主な寄与をするように要求されれば、(数式３）の数式によって提供されたスピン軌道フィールドの寄与を減らすのに又は／及び(数式２)の数式によって提供されたスピン軌道フィールドの寄与を強化するのに使用され得る。また、選択的スピン拡散挿入膜２３０は自由膜２１２のための向上されたシード膜を提供することに及び／又はＳＯ活性膜２２０に近接して連関された自由膜の減衰（ｄａｍｐｉｎｇ）を減らすのに使用され得る。
【０１０３】
図８には単なる１つの磁気接合２１０が図示されるが、ＳＯ活性膜２２０は複数個の磁気接合に延長できる。したがって、ＳＯ活性膜２２０は、またワードライン（ｗｏｒｄ  ｌｉｎｅ）として機能することができる。その上に、ＳＯ活性膜２２０は実質的に一定な厚さ（ｚ方向の大きさ）及び一定な幅（ｙ方向の大きさ）を有することと図示される。所定の実施形態で、ＳＯ活性膜の厚さ及び／又は幅は少なくとも磁気接合２１０の下で減少される。そのような実施形態で、スピン軌道電流密度は磁気接合２１０の領域で増加する。したがって、スピン軌道相互作用を使用したスイッチングが向上され得る。
【０１０４】
磁気メモリ２００は磁気メモリ１００、１００’、１００’’、及び１００’’’の長所を共有する。スピン軌道トルクが自由膜２１２の磁気モーメント２１３をスイッチングするのに使用されるので、メモリ２００の性能は向上され得る。ＳＯ電流がＳＯ活性膜２２０の面内に存在するので、電流密度ＪＳＯは大きくなり得る。したがって、磁気接合２１０のオーバードライブはさらに容易に達成されることができる。その上に、磁気接合２１０は２つの基準膜を含む二重磁気接合の代わりに単一の磁気接合であり得る。磁気抵抗の減衰のような問題点及び二重接合のための障壁膜の成長の問題点が解決される。したがって、メモリ２００の性能が向上され得る。
【０１０５】
図９はスピン軌道相互作用を使用してスイッチングされる磁気接合２１０’を適用した磁気メモリ２００’の例示的な実施形態を図示する。さらに明確にするために、図９はスケールに合わない。磁気メモリ２００’は磁気メモリ２００、１００、１００’、１００’’、１００’’’と類似である。結果的に類似な構成は類似な図面符号を有する。磁気メモリ２００’は、したがって磁気接合２１０／１１０／１１０’／１１０’’／１１０’’’及びＳＯ活性膜２２０／１２０／１２０’／１２０’’／１２０’’’と各々類似な磁気接合２１０’及びＳＯ活性膜２２０’を含む。磁気接合２１０’はデータ格納膜／自由膜２１２／１１２／１１２’／１１２’’／１１２’’’、非磁性スペーサー膜２１４／１１４／１１４’／１１４’’／１１４’’’、及び基準膜２１６／１１６／１１６’／１１６’’／１１６’’’と各々類似なデータ格納膜／自由膜２１２’、非磁性スペーサー膜２１４’、及び基準膜２１６’を含む。したがって、成分２１０’、２２０’の構造及び機能は先に記述された成分２１０／１１０／１１０’／１１０’’／１１０’’’及び２２０／１２０／１２０’／１２０’’／１２０’’’と各々類似である。例えば、自由膜２１２’は面内又は面と垂直である磁化容易軸を有し得り、データを格納するのに使用され得る。基準膜２１６’は、また面内又は面と垂直である固定された磁気モーメントを有することができる。磁気接合２１０’は先に記述されたように主なメカニズム又はスピン伝達トルクのような他のメカニズムを補助スピン軌道相互作用を使用してスイッチされることができる。磁気メモリ２００’は、また選択的スピン拡散挿入膜２３０と類似な選択的スピン拡散挿入膜２３０’を包含することができる。簡単に、ＳＯフィールド２２２’はｙ方向に図示される。しかし、ＳＯフィールド２２２’は面と垂直である方向を含む他の方向（例えば、正又は負のｚ方向）であり得るが、これに限定されない。
【０１０６】
磁気メモリ２００’は、またワードライン２４０を含む。ワードライン２４０は複数個の磁気接合２１０’に延長され、したがって、複数個のメモリセルに延長する。ＳＯ活性膜２２０’はワードラインに電気的に結合するが、単一の磁気接合２１０’領域に局限される。したがって、図示された実施形態で、各々のＳＯ活性膜２２０’は磁気接合２１０’に対応する。図示された実施形態で、ＳＯ活性膜２２０’はワードライン２４０に延長する。しかし、他の実施形態で、ＳＯ活性膜２２０’の頂点はワードライン２４０の頂点と実質的に同一の高さを含む他の位置にあり得るが、これに限定されない。図示された実施形態で、ＳＯ活性膜２２０’の底はワードライン２４０内に在る。したがって、ＳＯ活性膜２２０’は陥没されたワードライン２４０内に配置され得る。しかし、他の実施形態で、ＳＯ活性膜２２０’の底は他の位置にあり得る。その代わりに、ＳＯ活性膜２２０’はワードライン２４０の厚さと同一であるか、又はより薄い厚さを有し得り、ワードラインの孔内に配置され得る。そのような実施形態で、ＳＯ活性膜２２０’を通じる電流密度は周囲のワードライン２４０でより大きくなり得る。ＳＯ活性膜２２０’は、また磁気接合２１０’の角に拡張することと図示される。しかし、他の実施形態で、ＳＯ活性膜２２０’はｘ−ｙ面で磁気接合２１０’より遠く拡張され得る。
【０１０７】
磁気メモリ２００’は磁気メモリ２００、１００、１００’、１００’’、及び１００’’’の長所を共有する。スピン軌道トルクが自由膜２１２’の磁気モーメント２１３’をスイッチングするのに使用されるので、メモリ２００’の性能は向上され得る。ＳＯ電流はＳＯ活性膜２２０’の面内に存在するので、電流密度ＪＳＯは大きくなり得る。したがって、磁気接合２１０’のオーバードライブはさらに容易に達成されることができる。その上に、磁気接合２１０’は２つの基準膜を含む二重磁気接合の代わりに単一の磁気接合であり得る。したがって、磁気抵抗の相殺のような問題点及び二重接合のための障壁膜の成長の問題点が解決される。したがって、メモリ２００’の性能は向上され得る。
【０１０８】
図１０はスピン軌道相互作用を使用してスイッチングされる磁気接合２１０’’を適用した磁気メモリ２００’’の例示的な実施形態を図示する。さらに明確にするために、図１０はスケールに合わない。磁気メモリ２００’’は磁気メモリ２００、２００’、１００、１００’、１００’’、１００’’’と類似である。結果的に類似な構成は類似な図面符号を有する。磁気メモリ２００’’は、したがって磁気接合２１０／２１０’／１１０／１１０’／１１０’’／１１０’’’及びＳＯ活性膜２２０／２２０’／１２０／１２０’／１２０’’／１２０’’’と各々類似な磁気接合２１０’’及びＳＯ活性膜２２０’’を含む。磁気接合２１０’’はデータ格納膜／自由膜２１２／２１２’／１１２／１１２’／１１２’’／１１２’’’、非磁性スペーサー膜２１４／２１４’／１１４／１１４’／１１４’’／１１４’’’、及び基準膜２１６／２１６’／１１６／１１６’／１１６’’／１１６’’’と各々類似なデータ格納膜／自由膜２１２’’、非磁性スペーサー膜２１４’’、及び基準膜２１６’’を含む。したがって、成分２１０’’、２２０’’の構造及び機能は上で記述された成分２１０／２１０’／１１０／１１０’／１１０’’／１１０’’’及び２２０／２２０’／１２０／１２０’／１２０’’／１２０’’’と各々類似である。例えば、自由膜２１２’’は面内又は面と垂直である磁化容易軸を有し得り、データを格納するのに使用され得る。基準膜２１６’’は、また面内又は面に対して垂直である固定された磁気モーメントを有することができる。磁気接合２１０’’は先に記述されたように主なメカニズム又はスピン伝達トルクのような他のメカニズムを補助スピン軌道相互作用を使用してスイッチされることができる。磁気メモリ２００’’は、また選択的スピン拡散挿入膜２３０’’と類似な選択的スピン拡散挿入膜２３０／２３０’を包含することができる。簡単に、ＳＯフィールド２２２’’はｙ方向に図示される。しかし、ＳＯフィールド２２２’’は面と垂直である方向（例えば、正又は負のＺ方向）を含む他の方向であり得るが、これに限定されない。
【０１０９】
磁気メモリ２００’’は、またワードライン２４０と類似なワードライン２４０’を含む。ワードライン２４０’は複数個の磁気接合２１０’に延長し、したがって、複数個のメモリセルに延長される。ＳＯ活性膜２２０’’はワードラインに電気的に結合するが、単一の磁気接合２１０’’領域に限定される。したがって、図示された実施形態で、各々のＳＯ活性膜２２０’’は磁気接合２１０’’に対応する。図示された実施形態で、ＳＯ活性膜２２０’’はワードライン２４０’の上及び下に拡張される。図示された実施形態で、ＳＯ活性膜２２０’’はワードライン２４０’内の孔内に配置される。しかし、他の実施形態で、ＳＯ活性膜２２０’’の頂点及び／又は底は他の位置にあり得る。ＳＯ活性膜２２０’’は、また磁気接合２１０’’の角に拡張することと図示される。しかし、他の実施形態で、ＳＯ活性膜２２０’’はｘ−ｙ面で磁気接合２１０’’より遠く拡張することができる。
【０１１０】
磁気メモリ２００’’は磁気メモリ２００、２００’、１００、１００’、１００’’、及び１００’’’の長所を共有する。スピン軌道トルクが自由膜２１２’’の磁気モーメント２１３’’をスイッチングするのに使用されるので、メモリ２００’’の性能は向上され得る。ＳＯ電流はＳＯ活性膜２２０’’の面内に存在するので、電流密度ＪＳＯは大きくなり得る。したがって、磁気接合２１０’’のオーバードライブはさらに容易に達成されることができる。その上に、磁気接合２１０’’は２つの基準膜を含む二重磁気接合の代わりに単一の磁気接合であり得る。したがって、磁気抵抗の相殺のような問題点及び二重接合のための障壁膜成長の問題点が解決される。したがって、メモリ２００’’の性能は向上され得る。
【０１１１】
図１１はスピン軌道相互作用を使用してスイッチングされる磁気接合２１０’’’を適用した磁気メモリ２００’’’の例示的な実施形態を図示する。さらに明確にするために、図１１はスケールに合わない。磁気メモリ２００’’’は磁気メモリ２００、２００’、２００’’、１００、１００’、１００’’、１００’’’と類似である。結果的に類似な構成は類似な図面符号を有する。磁気メモリ２００’’’は、したがって磁気接合２１０／２１０’／２１０’’／１１０／１１０’／１１０’’／１１０’’’及びＳＯ活性膜２２０／２２０’／２２０’’／１２０／１２０’／１２０’’／１２０’’’と類似な磁気接合２１０’’’及びＳＯ活性膜２２０’’’を含む。磁気接合２１０’’’はデータ格納膜／自由膜２１２／２１２’／２１２’’／１１２／１１２’／１１２’’／１１２’’’、非磁性スペーサー膜２１４／２１４’／２１４’’／１１４／１１４’／１１４’’／１１４’’’、及び基準膜２１６／２１６’／２１６’’／１１６／１１６’／１１６’’／１１６’’’と各々類似なデータ格納膜／自由膜２１２’’’、非磁性スペーサー膜２１４’’’、及び基準膜２１６’’’を含む。したがって、成分２１０’’’、２２０’’’の構造及び機能は先に記述された成分２１０／２１０’／２１０’’／１１０／１１０’／１１０’’／１１０’’’及び２２０／２２０’／２２０’’／１２０／１２０’／１２０’’／１２０’’’と各々類似である。例えば、自由膜２１２’’’は面内又は面と垂直である磁化容易軸を有し得り、データを格納するのに使用され得る。基準膜２１６’’’は、また面内又は面と垂直である固定された磁気モーメントを有することができる。磁気接合２１０’’’は先に記述されたように主なメカニズム又はスピン伝達トルクのような他のメカニズムを補助スピン軌道相互作用を使用してスイッチされることができる。磁気メモリ２００’’’は、また選択的スピン拡散挿入膜２３０’’’と類似な選択的スピン拡散挿入膜２３０／２３０’／２３０’’を包含することができる。簡単に、ＳＯフィールド２２２’’’はｙ方向に図示される。しかし、ＳＯフィールド２２２’’’は面と垂直である方向（例えば正又は負のｚ方向）を含む他の方向にあり得るが、これに限定されない。
【０１１２】
磁気メモリ２００’’’は、またワードライン２４０／２４０’に類似なワードライン２４０’’’を含む。ワードライン２４０’’’は複数個の磁気接合２１０’’’に延長され、したがって、複数個のメモリセルに延長される。ＳＯ活性膜２２０’’’はワードラインに電気的に結合するが、単一の磁気接合２１０’’’領域に限定される。図示された実施形態で、各々のＳＯ活性膜２２０’’’は磁気接合２１０’’’に隣接している。ＳＯ活性膜２２０’’’は自由膜２１２’’’の直下にない。代わりに、ワードライン２４０’’’の他の部分が磁気接合２１０’’’の下にある。ＳＯ活性膜２２０’’’は磁気接合２１０’’’から若干分離されてあり得る。この分離が非常に大きくてはだめであり、通常はＭＴＪ幅より小さい。しかし、所定の実施形態で、それより大きくなることができるが、１００ｎｍまでであることができる。
【０１１３】
磁気メモリ２００’’’は磁気メモリ２００、２００’、２００’’、１００、１００’、１００’’、及び１００’’’の長所を共有する。スピン軌道トルクが自由膜２１２’’’の磁気モーメント２１３’’’をスイッチングするのに使用されるので、メモリ２００’’’の性能は向上され得る。ＳＯ電流はＳＯ活性膜２２０’’’の面内に存在するので、電流密度ＪＳＯは大きくなり得る。したがって、磁気接合２１０’’’のオーバードライブはさらに容易に達成されることができる。その上に、磁気接合２１０’’’は２つの基準膜を含む二重磁気接合の代わりに単一磁気接合であり得る。したがって、磁気抵抗の相殺のような問題点及び二重接合のための障壁膜成長の問題点が解決される。したがって、メモリ２００’’’の性能は向上され得る。
【０１１４】
図１２はスピン軌道相互作用を使用してスイッチングされる磁気接合２１０’’’’を適用した磁気メモリ２００’’’’の例示的な実施形態を図示する。さらに明確にするために、図１２はスケールに合わない。磁気メモリ２００’’’’は磁気メモリ２００、２００’、２００’’、２００’’’、１００、１００’、１００’’、１００’’’と類似である。結果的に類似な構成は類似な図面符号を有する。磁気メモリ２００’’’’は、したがって磁気接合２１０／２１０’／２１０’’／２１０’’’／１１０／１１０’／１１０’’／１１０’’’及びＳＯ活性膜２２０／２２０’／２２０’’／２２０’’’／１２０／１２０’／１２０’’／１２０’’’と各々類似な磁気接合２１０’’’’及びＳＯ活性膜２２０’’’’を含む。磁気接合２１０’’’’はデータ格納膜／自由膜２１２／２１２’／２１２’’／２１２’’’／１１２／１１２’／１１２’’／１１２’’’、非磁性スペーサー膜２１４／２１４’／２１４’’／２１４’’’／１１４／１１４’／１１４’’／１１４’’’、及び基準膜２１６／２１６’／２１６’’／２１６’’’／１１６／１１６’／１１６’’／１１６’’’と各々類似なデータ格納膜／自由膜２１２’’’’、非磁性スペーサー膜２１４’’’’、及び基準膜２１６’’’’を含む。したがって、成分２１０’’’’、２２０’’’’の構造及び機能は先に記述された成分２１０／２１０’／２１０’’／２１０’’’／１１０／１１０’／１１０’’／１１０’’’及び２２０／２２０’／２２０’’／２２０’’’／１２０／１２０’／１２０’’／１２０’’’と各々類似である。例えば、自由膜２１２’’’’は面内又は面と垂直である磁化容易軸を有し得りデータを格納するのに使用され得る。基準膜２１６’’’’は、また面内又は面に対して垂直である固定された磁気モーメントを有することができる。磁気接合２１０’’’’は先に記述されたように主なメカニズム又はスピン伝達トルクのような他のメカニズムを補助スピン軌道相互作用を使用してスイッチされることができる。磁気メモリ２００’’’’は、また選択的スピン拡散挿入膜２３０’’’’と類似な選択的スピン拡散挿入膜２３０／２３０’／２３０’’／２３０’’’を包含することができる。簡単に、ＳＯフィールド２２２’’’’はｙ方向に図示される。しかし、ＳＯフィールド２２２’’’’は面と垂直である方向（例えば、正又は負のｚ方向）を含む他の方向にあり得るが、これに限定されない。
【０１１５】
磁気メモリ２００’’’’は、また導電ライン（ｃｏｎｄｕｃｔｉｖｅ  ｌｉｎｅ）の部分であり得るトランジスター２４５を含む。トランジスター２４５はＳＯ活性膜２２０’’’’によって分離されたソース２４２及びドレーン２４４を含む。トランジスター２４５は、また磁気接合２１０’’’’からオフセット（ｏｆｆｓｅｔ）されることができるゲート（図示せず）を含む。したがって、ＳＯ活性膜２２０’’’’は面内スピン軌道電流が流れるチャネルの部分であり得る。
【０１１６】
磁気メモリ２００’’’’は磁気メモリ２００、２００’、２００’’、２００’’’１００、１００’、１００’’、及び１００’’’の長所を共有する。スピン軌道トルクが自由膜２１２’’’’の磁気モーメント２１３’’’’をスイッチングするのに使用されるので、メモリ２００’’’’の性能は向上され得る。ＳＯ電流はＳＯ活性膜２２０’’’’の面内に存在するので、電流密度ＪＳＯは大きくなり得る。したがって、磁気接合２１０’’’’のオーバードライブはさらに容易に達成されることができる。その上に、磁気接合２１０’’’’は２つの基準膜を含む二重磁気接合の代わりに単一の磁気接合であり得る。したがって、磁気抵抗の相殺のような問題点及び二重接合のための障壁膜成長の問題点が解決される。したがって、メモリ２００’’’’の性能は向上され得る。
【０１１７】
図１３はスピン軌道相互作用のように見える特徴を使用してスイッチングされる磁気接合２６０を適用した磁気メモリ２５０の例示的な実施形態を図示する。さらに明確にするために、図１３はスケールに合わない。磁気メモリ２５０は磁気メモリ２００、２００’、２００’’、２００’’’、２００’’’’、１００、１００’、１００’’、１００’’’と類似である。結果的に、類似な成分は類似な図面符号を有する。磁気メモリ２５０は、したがって磁気接合２１０／２１０’／２１０’’／２１０’’’／２１０’’’’／１１０／１１０’／１１０’’／１１０’’’及びＳＯ活性膜２２０／２２０’／２２０’’／２２０’’’／２２０’’’’／１２０／１２０’／１２０’’／１２０’’’と各々類似な磁気接合２６０及び構造２７０を含む。磁気接合２６０はデータ格納膜／自由膜２１２／２１２’／２１２’’／２１２’’’／２１２’’’’／１１２／１１２’／１１２’’／１１２’’’、非磁性スペーサー膜２１４／２１４’／２１４’’／２１４’’’／２１４’’’’／１１４／１１４’／１１４’’／１１４’’’、及び基準膜２１６／２１６’／２１６’’／２１６’’’／２１６’’’’／１１６／１１６’／１１６’’／１１６’’’と各々類似なデータ格納膜／自由膜２６２、非磁性スペーサー膜２６４、及び基準膜２６６を含む。したがって、成分２６０、２７０の構造及び機能は先に記述された成分２１０／２１０’／２１０’’／２１０’’’／２１０’’’’／１１０／１１０’／１１０’’／１１０’’’及び２２０／２２０’／２２０’’／２２０’’’／２２０’’’’／１２０／１２０’／１２０’’／１２０’’’と各々類似である。例えば、自由膜２６２は面内又は面と垂直である磁化容易軸を有し得り、データを格納するのに使用され得る。基準膜２６６は、また面内又は面に対して垂直である固定された磁気モーメントを有することができる。磁気接合２６０は先に記述されたように主なメカニズム又はスピン伝達トルクのような他のメカニズムを補助スピン軌道相互作用を使用してスイッチされることができる。磁気メモリ２５０は、また選択的スピン拡散挿入膜２８０と類似な選択的スピン拡散挿入膜２３０／２３０’／２３０’’／２３０’’’／２３０’’’’を包含することができる。
【０１１８】
本明細書の文脈で、ＳＯ活性膜と類似な構造２７０が使用されるので、磁気メモリ２５０は磁気接合２６０をスイッチングするのにスピン軌道相互作用を使用したと見なす。さらに特別に、磁気接合２６０の外部の構造２７０は磁気接合２６０をスイッチングするのに使用されるスピン分極された面内電流を提供する。したがって、メモリ２５０のスイッチングメカニズムはスピン軌道相互作用のように見える。
【０１１９】
磁気メモリ２５０で、ＳＯ活性膜と類似な構造２７０が高伝導性ワードライン２７６と少なくとも１つのスピン分極された電流インジェクタ（ｓｐｉｎ  ｐｏｌａｒｉｚｅｄ  ｃｕｒｒｅｎｔ  ｉｎｊｅｃｔｏｒ、２７４）の組み合わせから形成される。図１３に図示された実施形態で、１つのスピン分極された電流インジェクタ２７４のみが使用される。しかし、他の実施形態で、複数個のスピン分極された電流インジェクタが使用され得る。例えば、反対のスピン分極を有する２つのインジェクタが使用され得る。その代わりに、１つのスピン分極された電流インジェクタ２７４が使用されることができるが、電流の方向は反対である。スピン分極された電流インジェクタ２７４はスピン分極された電流インジェクタ２７４を通じて印加される電流のための電荷キャリアのスピンを分極する。例えば、スピン分極された電流インジェクタ２７４は磁気膜であり得る。その上に、１つのスピン分極されたインジェクタ２７４は複数個の磁気接合２６０のための分極されたスピンを提供するように要求される。したがって、高伝導性ワードライン２７６は大きいスピン拡散長さを有する少なくとも１つの伝導層である。例えば、所定の実施形態で、前記スピン拡散長さは少なくとも１００ナノメータである。所定の実施形態で、スピン拡散長さは少なくとも１マイクロメータである。例えば、１つの実施形態で、高伝導性ワードライン２７６はグラフェンライン（ｇｒａｐｈｅｎｅ  ｌｉｎｅ）であり得る。スピン分極された電流インジェクタ２７４からのスピン分極された電荷キャリアがそれらのスピン情報を破壊する深刻な散乱を経ずに、ワードライン２７６を横切って、少なくとも１つの磁気接合２６０に到達することができるように大きいスピン拡散長さが要求される。
【０１２０】
電流はインジェクタ２７４によって分極化され、高伝導性ワードライン２７６を通じて流れる時、それのスピン情報を維持するので、分極化された電流は、先に記述されたスピンホール及びラシュバ効果に、スピンの分極と類似な方式で作用する。したがって、インジェクタ２７４と高伝導性ワードライン２７６の組み合わせはＳＯ活性膜２２０／２２０’／２２０’’／２２０’’’／２２０’’’’／１２０／１２０’／１２０’’／１２０’’’と類似な方式で機能する。言い換えれば、スピン分極された電流はスピン軌道フィールド及びトルクと類似なフィールドとトルクを提供することができる。主なスイッチングメカニズムのための又はスイッチングを補助するためのスピン分極された電流を使用して、磁気接合２６０は先に記述されたことと類似な方式で書き込まれ得る。
【０１２１】
磁気メモリ２５０は磁気メモリ２００、２００’、２００’’、２００’’’、２００’’’’１００、１００’、１００’’、及び１００’’’の長所を共有する。スピン軌道トルクが自由膜の磁気モーメントをスイッチングするのに使用されるので、メモリ２５０の性能は向上され得る。ＳＯ電流はＳＯ活性膜２７０の面内に存在するので、電流密度ＪＳＯは大きくなり得る。したがって、磁気接合２１０’’’’のオーバードライブはさらに容易に達成されることができる。その上に、磁気接合２６０は２つの基準膜を含む二重磁気接合の代わりに単一の磁気接合であり得る。したがって、磁気抵抗の相殺のような問題点及び二重接合のための障壁膜成長の問題点が解決される。したがって、メモリ２５０の性能は向上されることができる。
【０１２２】
したがって、メモリ２００、２００’、２００’’、２００’’’、２００’’’’、及び２５０は各々ＳＯ活性膜２２０、２２０’、２２０’’、２２０’’’、２２０’’’’、及び２７０の多様な配置を図示する。メモリ１００、１００’、及び１００’’に関して、磁気接合２１０、２１０’、２１０’’、２１０’’’、２１０’’’’、及び２６０は主なスイッチングメカニズム又は主なスイッチングメカニズムを補助スピン軌道トルクを使用することができる。仮にスピン軌道トルクが主なスイッチングメカニズムとして使用されれば、それ以上のことが無しで、ＳＯ活性膜、又はＳＯ活性膜を含むワードラインをしたがう磁気接合１１０、１１０’、１１０’’、１１０’’’、２１０、２１０’、２１０’’、２１０’’’、２１０’’’’、及び２６０はスイッチされることができる。結果的に、磁気接合を選択するメカニズムが要求される。
【０１２３】
図１４はスピン軌道相互作用を主に使用してスイッチングされる磁気接合３１０を適用した磁気メモリ３００の例示的な実施形態を図示する。さらに明確にするために、図１４はスケールに合わない。磁気メモリ３００は磁気メモリ１００、１００’、１００’’、１００’’’、２００、２００’、２００’’、２００’’’、２００’’’’、及び２５０と類似である。結果的に、類似な構成は類似な図面符号を有する。したがって、磁気メモリ３００は先に記述した磁気接合、選択素子、ＳＯ活性膜と類似な磁気接合３１０、選択素子３１８、及びＳＯ活性膜３２０を含む。たとえ図示しなくとも、磁気接合３１０は先に記述したことと類似なデータ格納膜／自由膜、非磁性スペーサー膜、基準膜を含む。したがって、成分３１０、３２０の構造及び機能は先に記述したことと類似である。たとえＳＯ活性膜３２０はワードラインに図示されても、他の実施形態では他の配置が使用され得る。その上に、選択的スピン拡散挿入層３３０が図示される。このような膜３３０は選択的スピン拡散挿入膜２３０、２３０’、２３０’’、２３０’’’、２３０’’’’、及び２８０と類似である。磁気接合３１０の自由膜の各々は面内又は面と垂直である磁化容易軸を有する。
【０１２４】
メモリ３００で、スピン軌道相互作用スイッチングはスピン伝達トルクによって補助される。特に、ＳＯ活性膜３２０は、スピン軌道トルクＴＳＯとスピン伝達トルクの組み合わせが磁気接合をスイッチするのに十分になるように、構成される、例えば、図示された実施形態で、第１スピン伝達選択電流ＪＳＴＴ−Ｓｅｌ１はスピン軌道フィールドＨＳＯのような方向への有効ＳＴＴフィールドＨ１を有するＳＴＴトルクを生成する。たとえＨ１及びＨＳＯは全てがｘ−ｙ面にあることと図示されても、他の実施形態では、前記フィールドＨ１及びＨＳＯは面と垂直であることを含む異なる方向であり得る。したがって、ＨＳＯ及びＨ１の影響の下で前記磁気接合はスイッチングされる。しかし、第２スピン伝達選択電流ＪＳＴＴ−Ｓｅｌ２は反対方向に印加される。このようなフィールドＨ２を有するスピン伝達トルクはスピン軌道フィールドＨＳＯと反対方向である。ＨＳＯからＨ２を引いたことの結合された作用は磁気接合をスイッチするのに十分でない。したがって、たとえスピン軌道トルクＴＳＯのみで磁気接合３１０をプログラムするのに十分であるとしても、磁気接合３１０はスイッチされない。他の実施形態で、前記選択は他の方式で実施されることができる。例えば、所定の実施形態で、スピン伝達選択電流はプログラムされた磁気接合３１０のみを通じて印加される。そのような実施形態で、スピン軌道トルクは、そのような方向のスピン伝達トルクがなければ、磁気接合３１０をプログラムするのに不十分である。他の実施形態で、スピン伝達選択電流はプログラムされない磁気接合のみを通じて印加される。そのような実施形態で、スピン軌道トルクは自ら磁気接合３１０をプログラムするのに十分である。しかし、反対方向であるスピン軌道トルク及びスピン伝達トルクの組み合わせは磁気接合をプログラムするのに不十分である。したがって、磁気メモリ３００は書き込まれる磁気接合３１０を選択するためにスピン伝達トルクを使用し、主なスイッチングメカニズムとしてスピン軌道トルクを使用する。
【０１２５】
磁気メモリ３００は磁気メモリ１００、１００’、１００’’、１００’’’、２００、２００’、２００’’、２００’’’、及び／又は２５０の長所を共有する。スピン軌道トルクは自由膜の磁気モーメントをスイッチングするのに使用されるので、メモリ３００の性能は向上され得る。その上に、プログラムされる磁気接合３１０はスピン伝達トルクを使用して選択され得る。したがって、メモリ３００の性能は向上され得る。
【０１２６】
図１５はスピン軌道相互作用を主に使用してスイッチングされる磁気接合３１０’を適用した磁気メモリ３００’の例示的な実施形態を図示する。さらに明確にするために、図１５はスケールに合わない。磁気メモリ３００’は磁気メモリ１００、１００’、１００’’、１００’’’、２００、２００’、２００’’、２００’’’、２００’’’’、２５０及び３００と類似である。結果的に、類似な成分は類似な図面符号を有する。したがって、磁気メモリ３００’は先に記述された磁気接合、選択素子、スピン拡散挿入膜、及びＳＯ活性膜と類似な磁気接合３１０’、選択素子３１８’、選択的スピン拡散挿入膜３３０’及びＳＯ活性膜３２０’を含む。たとえ図示しなくても、磁気接合３１０’は先に記述したことと類似なデータ格納膜／自由膜、非磁性スペーサー膜、及び基準膜を含む。したがって、成分３１０’、３２０’の構造及び機能は先に記述したことと類似である。たとえＳＯ活性膜３２０’がワードラインに図示されても、他の実施形態で、他の構成が使用され得る。磁気接合３１０’の自由膜の各々は面内又は面と垂直である磁化容易軸を有する。
【０１２７】
メモリ３００’で、スピン軌道相互作用スイッチングは熱によって補助される。図示された実施形態で、磁気接合を通過するヒーティング電流ＪＨｅａｔの駆動によって、要求される磁気接合３１０’で熱が生成される。加熱された磁気接合で、異方性フィールドがＨｋ１に減る。前記異方性フィールドは、スピン軌道フィールドＨＳＯが磁気接合３１０’をスイッチするのに充分なトルクを加える程度に、十分に小さい。対照的に、スイッチされなく、加熱されない磁気接合３１０’は、高い異方性フィールドＨｋ２を有する。スピン軌道フィールドＨＳＯは加熱されない磁気接合３１０’のための自由膜の磁気モーメントをスイッチするのに不十分である。したがって、磁気メモリ３００’は書き込まれる磁気接合３１０’を選択するために磁気接合３１０’の加熱を活用し、主なスイッチングメカニズムとしてスピン軌道トルクを使用する。たとえＨｋ１、Ｈｋ２及びＨＳＯは全てがｘ−ｙ面にあることと図示したが、他の実施形態で前記フィールドＨｋ１、Ｈｋ２、及びＨＳＯは面と垂直であることを含む異なる方向であり得る。
【０１２８】
磁気メモリ３００’は磁気メモリ１００、１００’、１００’’、１００’’’、２００、２００’、２００’’、２００’’’、２００’’’’、２５０、及び／又は３００の長所を共有する。スピン軌道トルクは自由膜の磁気モーメントをスイッチングするのに使用されるので、メモリ３００の性能は向上され得る。その上に、プログラムされる磁気接合３１０’はスピン伝達トルクを使用して選択され得る。したがって、メモリ３００’の性能は向上され得る。
【０１２９】
図１６はスピン軌道相互作用を主に使用してスイッチングされる磁気接合３１０’’を適用した磁気メモリ３００’’の例示的な実施形態を図示する。さらに明確にするために、図１６はスケールに合わない。磁気メモリ３００’’は磁気メモリ１００、１００’、１００’’、１００’’’、２００、２００’、２００’’、２００’’’、２００’’’’、２５０、３００及び３００’と類似である。結果的に、類似な成分は類似な図面符号を有する。したがって、磁気メモリ３００’’は先に記述された磁気接合、選択素子、スピン拡散挿入膜、及びＳＯ活性膜と類似な磁気接合３１０’’、選択素子３１８’’、選択的スピン拡散挿入膜３３０’’、及びＳＯ活性膜３２０’’を含む。たとえ図示しなくても、磁気接合３１０’’は先に記述したことと類似なデータ格納膜／自由膜、非磁性スペーサー膜、及び基準膜を含む。したがって、成分３１０’’、３２０’’の構造及び機能は先に記述したことと類似である。たとえ、ＳＯ活性膜３２０’’がワードラインに図示されても、他の実施形態で、他の配置が使用され得る。磁気接合３１０’’の自由膜の各々は面内又は面と垂直である磁化容易軸を有する。たとえＨｋ１、Ｈｋ２、及びＨＳＯは全てがｘ−ｙ面にあることと図示されても、他の実施形態で、フィールドＨｋ１、Ｈｋ２、及びＨＳＯは面と垂直であることを含む異なる方向であり得る。
【０１３０】
メモリ３００’’で、スピン軌道相互作用スイッチングは電圧調節異方性（ｖｏｌｔａｇｅ  ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｄ  ａｎｉｓｏｔｒｏｐｙ）によって補助される。これは十分に大きい誘電率及び高いＲＡを有する磁気接合３１０’’内の非磁性バリアー膜を使用して製作されることができる。垂直磁気異方性は前記接合を通じて印加される電圧に敏感である。図示された実施形態で、調節電圧ＶＣｏｎｔｒｏｌ１は１つの磁気接合３１０’’を横切って印加される。面内磁化容易軸を有する磁気接合３１０’’で、前記調節電圧は垂直磁気異方性をＨｋ１に増加させる。磁化容易軸と垂直である異方性の増加は磁気接合３１０’’がスイッチされるようにすることができる。スイッチされない磁気接合３１０’’には他の電圧ＶＣｏｎｔｒｏｌ２（０であることもあり得る）が印加される。結果的に、そのような磁気接合３１０’’は減少された垂直異方性フィールドＨｋ２を有する。そのような磁気接合３１０’’はスイッチされないことがあり得る。他の実施形態で、磁気接合は面と垂直である磁化容易軸を有することができる。そのような実施形態で、調節電圧ＶＣｏｎｔｒｏｌ１の印加は相変わらず垂直異方性の増加をもたらす。しかし、磁化容易軸にしたがう異方性が増加するので、磁気接合はスイッチされない。対照的に、調節電圧ＶＣｏｎｔｒｏｌ２の印加は相対的垂直異方性（ｒｅｌａｔｉｖｅ  ｐｅｒｐｅｎｄｉｃｕｌａｒ  ａｎｉｓｏｔｒｏｐｙ）を減少させる。結果的に、そのような磁気接合３１０’’はより低い異方性フィールドＨｋ２を有する。スピン軌道トルクＴＳＯはより低い垂直異方性磁気接合３１０’’のための自由膜の磁気モーメントをスイッチングする。したがって、磁気メモリ３００’’は書き込まれる磁気接合３１０’’を選択するために磁気接合３１０’’の電圧調節された異方性を活用し、主なスイッチングメカニズムとしてスピン軌道トルクを使用する。
【０１３１】
磁気メモリ３００’’は磁気メモリ１００、１００’、１００’’、１００’’’、２００、２００’、２００’’、２００’’’、２００’’’’、２５０、３００及び／又は３００’の長所を共有する。スピン軌道トルクが自由膜の磁気モーメントをスイッチングするのに使用されるので、メモリ３００’’の性能は向上され得る。その上に、プログラムされる磁気接合３１０’’はスピン伝達トルクを使用して選択され得る。したがって、メモリ３００’’の性能は向上され得る。
【０１３２】
図１７はスピン軌道相互作用を主に使用してスイッチングされる磁気接合３１０’’’を適用した磁気メモリ３００’’’の例示的な実施形態を図示する。さらに明確にするために、図１７はスケールに合わない。磁気メモリ３００’’’は磁気メモリ１００、１００’、１００’’、１００’’’、２００、２００’、２００’’、２００’’’、２００’’’’、３００、３００’、及び３００’’と類似である。結果的に、類似な成分は類似な図面符号を有する。したがって、磁気メモリ３００’’’は先に記述された磁気接合、選択素子、スピン拡散挿入膜、及びＳＯ活性膜と類似な磁気接合３１０’’’、選択素子３１８’’’、選択的スピン拡散挿入膜３３０’’’、及びＳＯ活性膜３２０’’’を含む。たとえ図示しなくても、磁気接合３１０’’’は先に記述したことと類似なデータ格納膜／自由膜、非磁性スペーサー膜、及び基準膜を含む。したがって、成分３１０’’’、３２０’’’の構造及び機能は先に記述したことと類似である。たとえＳＯ活性膜３２０’’’がワードラインに図示されても、他の実施形態で、他の配置が使用され得る。磁気接合３１０’’’の自由膜の各々は面内又は面と垂直である磁化容易軸を有する。たとえＨＳＯ１及びＨＳＯ２は全てがｘ−ｙ面にあることと図示されても、他の実施形態で、前記フィールドＨＳＯ１、及びＨＳＯ２が面と垂直であることを含む異なる方向であり得る。
【０１３３】
メモリ３００’’’で、スピン軌道相互作用スイッチングは抵抗調節によって補助される。図示された実施形態で、抵抗器３３５の抵抗が抵抗選択トランジスター３３６を通じて調節される。したがって、抵抗器３３５は多様な抵抗素子である。抵抗Ｒ１はＳＯ活性膜３２０’’’の抵抗に比べて相対的に大きい抵抗である。したがって、ＳＯ活性膜３２０’’’の電流は抵抗器３３５を通じる流れへ方向を変えない。（即ち、分類されない）このように、スピン軌道トルクによって生成されたＨＳＯ１は磁気接合３１０’’’をスイッチするのに相変わらず十分である。ＳＯ活性膜３２０’’’に比べて低い抵抗器Ｒ２に対して、スピン軌道電流ＴＳＯは抵抗器Ｒ２を通じて流れる。（即ち、分類（ｓｈｕｎｔ）される）前記膜３２０’’’の上部表面での電荷キャリアの蓄積は減少される。スピン軌道フィールドＨＳＯ２は、また減少される。Ｒ２上に生成されたスピン軌道フィールドは磁気接合３１０’’’に記録するのに十分でない。したがって、磁気メモリ３００’’’は記録される磁気接合３１０’’’を選択するために磁気接合３１０’’’の抵抗変化を活用し、主なスイッチメカニズムとしてスピン軌道トルクを使用する。
【０１３４】
磁気メモリ３００’’’は磁気メモリ１００、１００’、１００’’、１００’’’、２００、２００’、２００’’、２００’’’、２００’’’’、２５０、３００、３００’、及び３００’’の長所を共有する。スピン軌道トルクは自由膜の磁気モーメントをスイッチングするのに使用されるので、メモリ３００’’’の性能は向上され得る。その上に、プログラムされる磁気接合３１０’’’はスピン伝達トルクを使用して選択され得る。したがって、メモリ３００’’’の性能は向上され得る。
【０１３５】
図１８はスピン軌道相互作用を主に使用してスイッチングされる磁気接合３１０’’’’を適用した磁気メモリ３００’’’’の例示的な実施形態を図示する。図１８はスケールに合わない。磁気メモリ３００’’’は磁気メモリ１００、１００’、１００’’、１００’’’、２００、２００’、２００’’、２００’’’、２００’’’’、３００、３００’、３００’’、及び３００’’’と類似である。結果的に、類似な成分は類似な図面符号を有する。したがって、磁気メモリ３００’’’’は先に記述された磁気接合、選択素子、スピン拡散挿入膜、及びＳＯ活性膜と類似な磁気接合３１０’’’’、選択素子３１８’’’’、選択的スピン拡散挿入膜３３０’’’’、及びＳＯ活性膜３２０’’’’を含む。たとえ図示しなくても、磁気接合３１０’’’’は先に記述したことと類似なデータ格納膜／自由膜、非磁気スペーサー膜、及び基準膜を含む。したがって、成分３１０’’’’、３２０’’’’の構造及び機能は先に記述したことと類似である。たとえＳＯ活性膜３２０’’’’がワードラインに図示されても、他の実施形態で、他の配置が使用され得る。磁気接合３１０’’’’の自由膜の各々は面内又は面と垂直である磁化容易軸を有する。たとえＨＳＯ１及びＨＳＯ２は全てがｘ−ｙ面にあることと図示されても、他の実施形態で、前記フィールドＨＳＯ１、及びＨＳＯ２が面と垂直であることを含む異なる方向であり得る。
【０１３６】
メモリ３００’’’’で、スピン軌道相互作用スイッチングはヒーター３４０を使用したＳＯ活性膜３２０’’’’の加熱によって補助される。ヒーター３４０はヒーター選択トランジスター３４２を通じて調節される。ヒーター１のような加熱素子が待機の間である時、ＳＯ活性膜３２０’’’’は磁気接合３１０’’’’をスイッチングするためのスピン軌道フィールドＨＳＯ１を生成することができる。しかし、ヒーター２が駆動され得る。ＳＯ活性膜３２０’’’’は加熱されて、ＳＯによるスピン蓄積の緩和を増加させ、したがって、スピン軌道フィールドＨＳＯ２を減少させる。生成されたスピン軌道フィールドは磁気接合３１０’’’’に記録するのに十分でない。したがって、磁気メモリ３００’’’’は記録される磁気接合３１０’’’’を選択するためにＳＯ活性膜３２０’’’’の加熱を活用し、主なスイッチングメカニズムとしてスピン軌道トルクを使用する。
【０１３７】
磁気メモリ３００’’’’は磁気メモリ１００、１００’、１００’’、１００’’’、２００、２００’、２００’’、２００’’’、２００’’’’、２５０、３００、３００’、３００’’、及び３００’’’の長所を共有する。スピン軌道トルクが自由膜の磁気モーメントをスイッチングするのに使用されるので、メモリ３００’’’’の性能は向上され得る。その上に、プログラムされる磁気接合３１０’’’’はスピン伝達トルクを使用して選択され得る。したがって、メモリ３００’’’’の性能は向上され得る。
【０１３８】
図１９はスピン軌道相互作用を使用してスイッチングされる複数の磁気接合を有する磁気メモリを提供する方法４００の例示的な実施形態を図示するフローチャートである。簡単に、所定の段階は省略されるか、組み合わせ組み合わされるか、及び／又は挿入されることができる。方法４００は磁気メモリ１００の文脈内で記述される。しかし、方法４００は磁気メモリ１００’、１００’’、１００’’’、２００、２００’、２００’’、２００’’’、２００’’’’、２５０、３００、３００’、３００’’、３００’’’、及び／又は３００’’’’を含む（しかし、これに限定されない）他の磁気メモリを提供することに使用され得る。
【０１３９】
段階４０２で、ＳＯ活性膜１２０が提供される。所定の実施形態で、段階４０２はスピンホール効果に適当な膜を提供することを含む。他の実施形態で、ラシュバ効果に適当な膜が提供される。その他の実施形態で、スピンホール効果及びラシュバ効果の組み合わせを使用することができるＳＯ活性膜１２０が提供され得る。他のスピン軌道相互作用メカニズムがまた提供され得る。また、段階４０２はＳＯ活性膜をパターニングすることを包含することができる。段階４０４で、スピン拡散膜（磁気メモリ１００に図示せず）が選択的に提供される。スピン拡散膜は、提供されれば、ＳＯ活性膜１２０及び磁気接合１１０の間に配置される。
【０１４０】
段階４０６で、磁気接合１１０が提供される。所定の実施形態で、段階４０６は自由膜１１２、トンネルリングバリアー膜１１４のような非磁気膜、及び基準膜１１６を提供することを含む。次の、磁気メモリ１００の製造が完了され得る。したがって、方法４００を使用して、磁気メモリ１００、１００’、１００’’、１００’’’、２００、２００’、２００’’、２００’’’、２００’’’’、２５０、３００、３００’、３００’’’、及び／又は３００’’’’の中で１つ以上の利益が達成されることができる。
【０１４１】
図２０はスピン軌道相互作用を使用してスイッチングされる複数の磁気接合をプログラミングする方法４５０の例示的な実施形態を示したフローチャートである。方法４５０はメモリ１００、１００’、１００’’、１００’’’、２００、２００’、２００’’、２００’’’、２００’’’’、２５０、３００、３００’、３００’’’、及び／又は３００’’’’の中で１つ以上で使用され得る。簡単に、所定の段階は省略されるか、組み合わせ組み合わされるか、及び／又は挿入されることができる。方法４５０は磁気メモリ１００の文脈内で記述される。しかし、方法４５０は磁気メモリ１００、１００’、１００’’、１００’’’、２００、２００’、２００’’、２００’’’、２００’’’’、２５０、３００、３００’、３００’’’、及び／又は３００’’’’を含む（しかし、これに限定されない）他の磁気メモリに使用され得る。
【０１４２】
段階４５２で、面内スピン軌道書込み電流が印加される。スピン軌道書込み電流はパルスのように印加され得る。パルスの持続時間（ｄｕｒａｔｉｏｎ）及び上昇（ｒｉｓｅ）は短いことが要求される（例えば、スピン軌道相互作用によって補助されたスイッチングで０．１ｎｓ−３ｎｓ以下）。他の実施形態で、他のパルス持続時間が使用され得る。所定の実施形態で、仮にスピン軌道相互作用が主なスイッチングメカニズムであれば、パルスの持続時間がさらに長いことがあり得る。
【０１４３】
段階４５４で、スピン伝達トルク書込み電流は磁気接合を通じて選択的に印加される。仮にスピン軌道相互作用がスピン伝達トルク書込みを助けるのに使用されれば、段階４５４が実施される。仮にスピン軌道相互作用が主な書込みメカニズムとして使用されれば、段階４５４は省略されることがあり得る。また、段階４５４での電流は、先に記述されたように（例えば、図５参照）、パルスに印加され得る。段階４５４で印加される電流パルスは段階４５２でのパルスが開始されたの後に始まることが要求される。また、電流パルスはスピン軌道書込み電流パルスの間に開始し、スピン軌道書込み電流パルスの前又はスピン軌道書込み電流パルスの後に終了される。しかし、スピン伝達書込み電流パルスは、スピン軌道相互作用書込みパルスの終了の後に自由膜の磁気モーメントの数回の歳差運動のための時間より遅くないように、始まることが要求される。したがって、セルの書込みは段階４５２及び４５４を使用して完成できる。
【０１４４】
その上に、段階４５６で、記録される磁気接合１１０が選択され得る。例えば、スピン伝達トルク、磁気接合１１０の加熱、磁気異方性の電圧調節、ＳＯ活性膜１２０の抵抗調節、先のこと及び／又は他のメカニズムの組み合わせが記録されるセルを選択するのに使用され得る。また、段階４５６は段階４５２と実質的に同一の時間で実施されることができる。したがって、磁気メモリ１００の磁気接合１１０がプログラムされ得る。磁気接合１１０を通じる読出し電流を駆動し、磁気接合１１０が高い抵抗状態であるか、又は低い抵抗状態であるかを決定することによって、磁気接合１１０は読み出されることができる。
【０１４５】
したがって、方法４５０を使用して、磁気メモリ１００、１００’、１００’’、１００’’’、２００、２００’、２００’’、２００’’’、２００’’’’、２５０、３００、３００’、３００’’、３００’’’、及び／又は３００’’’’はプログラムされ得る。したがって、磁気メモリ１００、１００’、１００’’、１００’’’、２００、２００’、２００’’、２００’’’、２００’’’’、２５０、３００、３００’、３００’’、３００’’’、及び／又は３００’’’’の長所は達成される。
【０１４６】
磁気接合を提供する方法及び装置と、磁気接合を使用する製造されたメモリが記述された。磁気メモリ１００、１００’、１００’’、１００’’’、２００、２００’、２００’’、２００’’’、２００’’’’、２５０、３００、３００’、３００’’、３００’’’、及び／又は３００’’’’の特徴の多様な組み合わせが結合されることができる。方法及び装置は図示された例示的な実施形態をしたがって記述され、当該技術で熟練された者は実施形態に対する多様な変形を容易に認識するようにし、変形は方法及びシステムのマッピング及び範囲内にある。したがって、多くの変形は当業者によって添付された特許請求の範囲から逸脱せずに、作製され得る。
【符号の説明】
【０１４７】
１００、２００、２５０、３００・・・磁気メモリ
１１０、２１０、２６０，３１０・・・磁気接合
１１２，２６２・・・データ格納膜／自由膜
１１４，２１４・・・非磁性スペーサー膜
１１６，２６６・・・基準膜
１２０・・・ＳＯ活性膜、スピン軌道相互作用活性膜
１２２・・・スピン起動分極
２２０，３２０・・・ＳＯ活性膜
２３０、２８０，３３０・・・選択的スピン拡散挿入膜
２４０・・・ワードライン
２４５・・・トランジスター
２６４・・・非磁性スペーサー膜
２７４・・・電流インジェクタ
２７６・・・高伝導性ワードライン
３１８・・・選択素子
３４０・・・ヒーター
【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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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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