(57)【要約】【課題】磁気トンネル接合磁気装置、メモリ、及び前記装置を用いた書き込み及び読み出し方法。【解決手段】前記装置（１６）は、半導体又は絶縁体の層（２０ｂ）によって分離された基準層（２０ｃ）と記憶層（２０ａ）とを備える。記憶層の磁化のブロッキング温度は、基準層の磁化のブロッキング温度よりも小さい。装置はさらに、磁化のブロッキング温度よりも上に記憶層を加熱する手段（２２，２４）と、前記基準層の向きを変えることなく基準層の磁化に対して記憶層の磁化の向きを調整する磁場（３４）を記憶層に印加する手段（２６）と、を備える。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
磁気トンネル接合（１８；５２ａ，５２ｂ，５２ｃ，５２ｄ；７４）を有する磁気装置（１６）であって、
−基準層を形成するとともに固定方向の磁化を有する第１磁気層（２０ｃ，３６，５４，８２，９４，１１４）と、
−記憶層を形成するとともに可変方向の磁化を有する第２磁気層（２０ａ，３８，５６，８６，９８，１１２）と、
−前記第１層を前記第２層から分離するとともに半導性又は電気絶縁性である第３層（２０ｂ，４８，５８，８４，１０２，１２３）と、を含む磁気装置において、
該装置は、前記記憶層の磁化のブロッキング温度が、前記基準層の磁化のブロッキング温度よりも低く、かつ前記装置はさらに、
−前記磁気トンネル接合を通じて電子を流すよう設けられた手段（２２，２４；６２，６０ａ，６０ｂ，６０ｃ，６０ｄ；７６，７８；１０４，１０６；１２４，１２６）である、前記記憶層の磁化のブロッキング温度よりも高い温度まで前記記憶層を加熱する手段と、
−前記記憶層に、前記基準層の向きを変えることなく、前記基準層の磁化に対して前記記憶層の磁化の向きを調整することのできる磁場を印加する手段（２６，６４，６６，６８；１０８；１１６，１１８）及び／又は磁気トルクを印加する手段（８２，９０）と、を含み、
前記記憶層（８６）に磁気トルクを印加する手段（８２，９０）が、前記記憶層にスピンが偏極されている電子の流れを注入する手段を含むことを特徴とする磁気装置。
【請求項２】
請求項１記載の装置において、
前記トンネル接合の加熱がない場合、前記記憶層及び基準層のブロッキング温度は、前記装置の作動温度の値よりも大きな値を有することを特徴とする装置。
【請求項３】
請求項１又は２記載の装置において、
前記記憶層（３８，５６，８６）及び基準層（３６，５４，８２）それぞれの磁化は実質的に、前記層の平面に垂直であることを特徴とする装置。
【請求項４】
請求項３記載の装置において、
前記記憶層（３８）は、Ｃｏ−Ｐｔ又はＣｏ−Ｐｄ合金単層、あるいは、温度が上昇するときに前記記憶層の保磁力が急速に減少するように、Ｐｔ又はＰｄの層（４６）と交互になったＣｏの層（４４）の積層によって形成された多層、であることを特徴とする装置。
【請求項５】
請求項３記載の装置において、
前記記憶層は、鉄又はニッケル又はクロム及びプラチナ又はパラジウムを有するコバルトリッチ合金の単層、あるいは、温度が上昇するときに前記記憶層の保磁力が急速に減少するようにＰｔ又はＰｄの層と交互になった、鉄又はニッケル又はクロムを有するコバルトリッチ合金層の積層によって形成された多層、であることを特徴とする装置。
【請求項６】
請求項１又は２記載の装置において、
前記記憶層（２０ａ，９８，１１２）及び基準層（２０ｃ，９４，１１４）それぞれの磁化は実質的に、前記層の平面に平行であることを特徴とする装置。
【請求項７】
請求項１から６のいずれか一項に記載の装置において、
前記基準層と結合された第１反強磁性層（５０，８０，９６）をさらに含むことを特徴とする装置。
【請求項８】
請求項７記載の装置において、
前記第１反強磁性層（５０，８０，９６）の磁化のブロッキング温度は、前記記憶層のブロッキング温度よりも高いことを特徴とする装置。
【請求項９】
請求項１から８のいずれか一項に記載の装置において、
前記基準層は、２つの磁性体層とＲｕ又はＲｅ又はＩｒ又はＲｈの中間層とを含む多層であり、前記２つの磁性体層は、前記中間層によって分離され、かつ前記中間層を介した相互作用によって反平行に結合されていることを特徴とする装置。
【請求項１０】
請求項１から９のいずれか一項に記載の装置において、
交換異方性によって前記記憶層に結合された第２反強磁性層（１００）をさらに含むことを特徴とする装置。
【請求項１１】
請求項１０記載の装置において、
前記第２反強磁性層（１００）の磁化のブロッキング温度は、前記基準層のブロッキング温度よりも低いことを特徴とする装置。
【請求項１２】
請求項１から１０のいずれか一項に記載の装置において、
前記磁場を印加する手段（２６，６４，６６，６８；１０８；１１６，１１８）が、前記記憶層内に磁場を生成する電流パルスを送るように構成された少なくとも１つの導電ラインを含むことを特徴とする装置。
【請求項１３】
請求項１から１２のいずれか一項に記載の装置において、
前記トルクを印加する手段（８２，９０）が、偏極スピンを有する電子を生成するように電流パルスが印加された少なくとも１つの偏極層を含むことを特徴とする装置。
【請求項１４】
アドレッシング行及びアドレッシング列によってアドレスすることのできる記憶素子のマトリックスを含むメモリであって、
前記メモリは、各記憶素子が、
−請求項１から１３のいずれか一項に記載の磁気装置（１６）と、
−前記磁気装置と直列に配置された電流切換手段（２４）と、
を含み、
前記磁気装置は、前記アドレッシング行（２２）に連結され、各切換手段は、前記アドレッシング列（２８）に連結されていることを特徴とするメモリ。
【請求項１５】
請求項１から１３のいずれか一項に記載の磁気装置に情報を書き込む方法であって、
−前記記憶層（２０ａ，３８，５６，８６，９８，１１２）を、該記憶層の磁化のブロッキング温度よりも高い温度まで加熱する段階と、
−前記記憶層を冷却している間、前記記憶層に、前記基準層の配向を変えることなく、前記基準層（２０ｃ，３６，５４，８２，９４，１１４）の磁化に対する該記憶層の磁化の向きを調整することのできる磁場又はトルクを印加する段階と、
を含むことを特徴とする方法。
【請求項１６】
請求項１５記載の方法において、
前記基準層に見られる、書き込みの間に印加される磁気トルク又は前記記憶層に対する前記磁場（３４，７２，１１０，１２０）の値は、接合を加熱している間に前記層が到達する最大温度において前記基準層の磁化を反転させるために必要とされる磁場又はトルクよりも小さいことを特徴とする方法。
【請求項１７】
請求項１５又は１６記載の方法において、
前記記憶層は、交換異方性によって反強磁性層（１００）に結合され、
前記記憶層及び前記反強磁性層を、これら層の磁化のブロッキング温度よりも高い温度まで加熱し、
前記反強磁性層を冷却している間、冷却している間に印加される磁場の磁化方向によって予め決定されたどんな方向にも前記記憶層の磁化の向きを調整する
ことを特徴とする方法。
【請求項１８】
請求項１から１３のいずれか一項に記載の磁気装置に記憶される情報を読み出す方法であって、
−前記磁気トンネル接合（１８；５２ａ，５２ｂ，５２ｃ，５２ｄ；７４）の抵抗値を決定し、
−前記抵抗値から、前記記憶層の磁化の配向を推定する、
ことを特徴とする方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、磁気トンネル接合装置及び該装置を用いたメモリに関する。
【０００２】
本発明はさらに、前記装置における熱磁気書き込み方法（thermomagnetic writing method）及び前記装置の読み出し方法に関する。
【０００３】
本発明は、エレクトロニクスの用途、特に記憶素子及びＭＲＡＭ（Magnetic Random Access Memory：磁気抵抗メモリ）型メモリ又はダイレクト（又はランダム）アクセス磁気メモリの形成の用途で見出される。
【背景技術】
【０００４】
周囲温度で高い磁気抵抗を有するＭＴＪ（magnetic tunnel junctions：磁気トンネル接合）の発展に伴って、ＭＲＡＭ磁気メモリへの関心が再び取り上げられるようになってきた。
【０００５】
磁気トンネル接合を用いた磁気メモリに関しては、例えば次の特許文献１及び非特許文献１を参照されたい。
（１）特許文献１（Gallagherら）
（２）非特許文献１
【０００６】
添付の図１Ａ及び図１Ｂは、既知の磁気トンネル接合の構造及び機能を概略的に例示する。
【０００７】
接合には参照番号２が付されている。接合は、２つの磁性体層の間に挟まれた酸化物層３ｂを含む積層である。この装置は、電流が層の平面に垂直に流れるという違いを除けばスピンゲートのように機能する。
【０００８】
外部磁場（２方向矢印）によって所望の方向に磁化を配向することができるので、磁性体層の一つ３ａは、「自由（free）」又は「記憶（storage）」と称され、反強磁性層（単一方向矢印）を用いた交換結合によって磁化方向が固定されるので、他の磁性体層３ｃは「ピン止め（pinned）」又は「基準（reference）」と称される。
【０００９】
磁性体層の磁化が反平行である場合、接合の抵抗は高く；磁化が平行である場合、前記抵抗は低くなる。これら２つの状態間の抵抗の相対的な変化は、積層中の層に対する適切な材料の選択及び／又は前記材料の熱処理を通じて４０％を達成することができる。
【００１０】
接合２は、スイッチングトランジスタ４と上部導電ラインを形成する電流供給ライン６との間に配置されている。前記ラインに流れる電流Ｉ１は、第１磁場７を生み出す。電流供給ライン６と直交する、下部導電ラインを形成する導体８は、前記ラインに電流を流すことによって、第２磁場９を生み出すことができる。
【００１１】
「書き込み」モード（図１Ａ）では、トランジスタ４は遮断モード（blocked mode）に置かれ、それゆえにこのトランジスタには電流が流れない。電流供給ライン６及び導体８に電流インパルスを循環させる。その結果、接合２は、２つの直交する磁場にさらされる。磁化の反転、したがって記憶素子の書き込みを誘起するために磁化容易軸に沿って他方の磁場が印加されるのに対して、反転磁場を減少させるために、自由層３ａの磁化困難軸に沿って一方の磁場が印加される。
【００１２】
原理的には、個別に取られる各磁場は磁化の切換を誘起するほど十分には強くないので、２つのライン６及び８の交差点に配置された記憶素子のみが反転することができる。
【００１３】
「読み出し」モード（図１Ｂ）では、トランジスタは、トランジスタのゲートに正の電流インパルスを送ることによって、飽和型（saturated regime）（すなわち、このトランジスタを横断する電流が最大である）に置かれる。ライン６のみに送られた電流Ｉ３は、トランジスタが飽和モードに置かれている記憶素子を横断する。
【００１４】
この電流は、この記憶素子の接合の抵抗を測定することを可能にする。したがって基準記憶素子に関して、記憶素子の状態（「０」又は「１」）を決定することができ、したがって記憶層３ａの磁化が基準層３ｃの磁化に平行であるか又は反平行であるかが知られる。
【００１５】
この種の書き込みメカニズムは、特にトンネル接合アレイにおいて不利である。
１）接合の自由層の磁化の反転は外部磁場の影響の下で引き起こされ、かつ反転磁場は統計的に分布するので、単に上部又は下部導電ラインに沿って生み出される磁場の影響によってある隣接した接合を付随的に反転させることは不可能ではない。高密度メモリに対しては、記憶素子のサイズは確実にサブミクロンであるので、アドレッシングエラーの数が上昇する。
２）記憶素子のサイズの減少により個々の反転磁場の値が増加し；それゆえに記憶素子を書き込むために高電流を必要とし、このため電力消費が増加しがちである。
３）書き込みモードは９０°の２つの電流ラインを使用するため、集積密度が制限される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１６】
【特許文献１】米国特許第５，６４０，３４３号明細書
【非特許文献】
【００１７】
【非特許文献１】S.S. P. Parking et al., J. Appl. Phys., vol. 85, no 8, 1999, pp. 5828-5833
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１８】
この発明の目的は、上述の欠点を克服することである。
【００１９】
この発明の一側面によれば、ＭＲＡＭで使用され得るとともに、アドレッシングエラーを排除しかつ情報の書き込みにおいて優れた再現性を得るために書き込みメカニズムが反転磁場の分布の影響を受けない、磁気トンネル接合磁気装置が提案される。
【００２０】
本発明の他の側面によれば、エネルギー消費量が低い磁気トンネル接合磁気装置が提案される。
【００２１】
他の側面によれば、情報の多層記憶（multi-level storage）を可能にする磁気トンネル接合磁気装置が提案される。この装置は、本発明に係るメモリにおいて、同一の数の記憶素子に対して記憶容量を増加させるという利点を有する。
【００２２】
この発明のさらなる目的は、情報を周囲温度で安定に保つと同時にこれら記憶素子のサイズ、及び前記メモリの書き込みエラーのレベルを減少させることによって磁気メモリを改善することである。
【００２３】
本発明では、知られた特性の磁性材料が用いられ、本発明によれば、前記材料の温度が前記材料の磁化のブロッキング温度を超えて上昇するときに、磁化の反転磁場は非常に低い。
【課題を解決するための手段】
【００２４】
より正確には、この発明は、
−基準層を形成するとともに固定方向の磁化を有する第１磁気層と、
−記憶層を形成するとともに可変方向の磁化を有する第２磁気層と、
−前記第１層を前記第２層から分離するとともに、半導性又は電気絶縁性の第３層と、を含む磁気装置において、
前記装置は、前記記憶層の磁化のブロッキング温度が、前記基準層の磁化のブロッキング温度よりも低く、かつ前記装置はさらに、
−前記磁気トンネル接合を通じて電流を流すよう設けられた、前記記憶層の磁化のブロッキング温度よりも高い温度まで前記記憶層を加熱する手段と、
−前記記憶層に、前記基準層の配向を変えることなく、前記基準層の磁化に対して前記記憶層の磁化の向きを調整することのできる磁場を印加する手段と、
を含む、磁気トンネル接合を備えた磁気装置に関する。
【００２５】
本発明の好ましい実施例によれば、前記記憶層及び基準層のブロッキング温度は、前記トンネル接合の加熱の外側で前記装置の作動温度の値よりも大きな値を有する（作動するときに装置が熱くなることは知られている）。
【００２６】
本発明の装置の第１の具体的な実施例によれば、前記記憶層及び基準層それぞれの磁化は実質的に、前記層の平面に垂直である。
【００２７】
この場合、前記記憶層は、Ｃｏ−Ｐｔ又はＣｏ−Ｐｄ合金の単層、あるいは、温度が上昇するときに前記記憶層の保磁力が急速に減少するように、Ｐｔ又はＰｄの層と交互になったＣｏ層の積層によって形成された多層、とすることができる。
【００２８】
変形例として、前記記憶層は、鉄又はニッケル又はクロム及びプラチナ又はパラジウムを有するコバルトリッチ合金の単層、あるいは、温度が上昇するときに前記記憶層の保磁力が急速に減少するようにＰｔ又はＰｄの層と交互になった、鉄又はニッケル又はクロムを有するコバルトが豊富な合金の層の積層によって形成された多層、とすることができる。
【００２９】
第２の具体的な実施例によれば、前記記憶層及び基準層それぞれの磁化は実質的に、前記層の平面に平行である。
【００３０】
本発明の装置はさらに、前記基準層と結合された第１反強磁性層を含むことができる。
【００３１】
好ましくは、前記第１反強磁性層の磁化のブロッキング温度は、前記記憶層のブロッキング温度よりも高い。
【００３２】
本発明の具体的な実施例によれば、前記基準層は、２つの磁性体層とＲｕ又はＲｅ又はＩｒ又はＲｈの中間層とを含む多層であり、前記２つの磁性体層は、前記中間層によって分離され、かつ前記中間層を介した相互作用によって反平行に結合されている。
【００３３】
本発明の装置の好ましい実施例によれば、前記装置はさらに、交換異方性によって前記記憶層に結合された第２反強磁性層を含む。
【００３４】
好ましくは、前記第２反強磁性層の磁化のブロッキング温度は、前記基準層のブロッキング温度よりも低い。
【００３５】
前記記憶層に磁場を印加する手段は、前記記憶層内で、スピンが偏極された電子の流れを注入する手段を含むことができる。
【００３６】
この発明はまた、アドレッシング行及びアドレッシング列によってアドレスすることのできる記憶素子のマトリックスを含むメモリであって、前記メモリは、各記憶素子が、
−本発明に係る磁気装置と、
−前記磁気装置と直列に配置された電流切換手段と、を含み、
前記磁気装置は、前記アドレッシング行に連結され、各切換手段は、前記アドレッシング列に連結されていることを特徴とするメモリに関する。
【００３７】
この発明はまた、本発明に係る磁気装置に情報を書き込む方法であって、
−前記記憶層（２０ａ，３８，５６，８６，９８，１１２）を、該記憶層の磁化のブロッキング温度よりも高い温度まで加熱する段階と、
−前記記憶層を冷却している間、前記記憶層に、前記基準層の配向を変えることなく、前記基準層（２０ｃ，３６，５４，８２，９４，１１４）の磁化に対して該記憶層の磁化の向きを調整することのできる磁場を印加する段階と、
を含むことを特徴とする方法に関する。
【００３８】
好ましくは、基準層に見られる、記憶の間に印加される磁場の値は、基準層の磁化の反転磁場が、接合を加熱している間に前記層が到達する最大温度で達する値よりも小さい。
【００３９】
本発明の書き込み方法の好ましい実施例によれば、前記記憶層は交換異方性によって反強磁性層に結合され、前記記憶層及び前記反強磁性層を、前記層の磁化のブロッキング温度よりも高い温度まで加熱し、前記反強磁性層を冷却している間、冷却している間に印加される磁場の磁化方向によって予め決定されたどんな方向にも前記記憶層の磁化の向きを調整する。
【００４０】
この発明はさらに、本発明に係る装置に記憶される情報を読み出す方法であって、
−前記磁気トンネル接合（１８，５２ａ，５２ｂ，５２ｃ，５２ｄ，７４）の抵抗値を決定し、
−前記抵抗値から、前記記憶層の磁化の配向を推定する、
方法に関する。
【００４１】
この発明は、決して制限することなく、実例によって与えられた次の実施例の説明を読み、添付の図面を参照することによって、より完全に理解されよう。
【図面の簡単な説明】
【００４２】
【図１Ａ】既知の磁気トンネル接合装置の動作原理を概略的に示す図である。
【図１Ｂ】既知の磁気トンネル接合装置の動作原理を概略的に示す図である。
【図２】磁気トンネル接合装置のマトリックスを含むメモリの概略部分図である。
【図３】本発明に係る磁気トンネル接合装置の動作原理を概略的に示す図である。
【図４】この発明で用いられ得、かつ層が該層の平面に垂直な磁化を有するトンネル接合を示す概略断面図である。
【図５】本発明で用いられ得る２層のトンネル接合のうち反強磁性材料層と結合することによる２つの異なる保磁力の形成を示すグラフである。
【図６】本発明で用いられ得る多層に対する温度の関数として反転磁場の変化を示すグラフである。
【図７】これらの層の平面に垂直な磁化を有するトンネル接合を用いた、本発明に係る一連の磁気装置の例を概略的に示す図である。
【図８】ジュール効果による加熱とスピンが偏極した電子の流れを注入することによる磁気スイッチングとの組み合わせを用いた、本発明に係る磁気装置の例を概略的に示す図である。
【図９】本発明で用いられ得る、平面磁化を有するトンネル接合の例を示す概略断面図である。
【図１０】平面磁化を有するトンネル接合を用いた、本発明に係る磁気装置の例を示す概略図である。
【図１１】前記装置の他の例を示す概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００４３】
この発明の実施例において、磁気メモリは、本発明に係る磁気装置のマトリックスを含む。「記憶素子」とも称される前記装置のそれぞれは、Ｆ１／Ｏ／Ｆ２の形態の磁気トンネル接合を含む。ここで、Ｆ１及びＦ２はそれぞれ、「記憶磁気電極（storage magnetic electrode）」とも称される磁気記憶層、「基準磁気電極（reference magnetic electrode）」とも称される磁気基準層を示し、Ｏは、Ｆ１とＦ２との間に構成されトンネル障壁を形成する層を示す。
【００４４】
層Ｆ１及びＦ２のそれぞれは、その磁化の反転磁場（reversal field）によって特徴づけられ、該磁場は、この層を形成する材料の温度の関数である。
【００４５】
この発明において、層Ｆ１及びＦ２の材料は、ＨｃＦ１と指示された層Ｆ１の反転磁場の温度減少がＨｃＦ２と指示された層Ｆ２の反転磁場の温度減少よりも大いに急速になるよう選択される。
【００４６】
通常、反転磁場が、周囲温度（約２０℃）で、Ｆ１に対して約１００Ｏｅ（約８０００Ａ／ｍ）及びＦ２に対して約６００Ｏｅ（約４８０００Ａ／ｍ）、２００℃で、Ｆ１に対して約５Ｏｅ（約４００Ａ／ｍ）（１Ｏｅが１０００／（４π）Ａ／ｍに等しいことを思い出されたい）及びＦ２に対して４００Ｏｅ（約３２０００Ａ／ｍ）となるように、層Ｆ１及びＦ２に対する材料が選択される。
【００４７】
換言すると、層Ｆ１の「磁気ブロッキング温度」、又はより簡単には層Ｆ１の「ブロッキング温度」とも称される層Ｆ１の磁化のブロッキング温度が、層Ｆ２の磁化のブロッキング温度よりも著しく低くなるように、層Ｆ１及びＦ２に対する材料が選択される。
【００４８】
書き込みの間、記憶素子の選択原理はそれゆえに、前記記憶素子の（温度Ｔｍａｘまで、通常２００℃までの）非常に短時間の加熱を引き起こすことにあり、前記加熱は、情報が格納される磁気層Ｆ１の磁化の反転磁場を低下させる効果を有する。
【００４９】
装置の動作原理は温度変化に基づいているので、記憶層及び基準層が好ましくは加熱の外側において装置の動作温度よりも高いブロッキング温度を有さねばならないことは明らかにみえる。
【００５０】
その上、この装置の目的は安定した方法で情報を格納することなので、したがってこの理由のために、前記層は、装置の動作温度よりも著しく高いブロッキング温度を有することが好ましい。
【００５１】
記憶素子を冷却している間、
ＨｃＦ１（Ｔｍａｘ）＜Ｈｅ＜ＨｃＦ２（Ｔｍａｘ）
ここでＨｅは通常約２０Ｏｅと６０Ｏｅとの間である、となるように、大きさ（amplitude）Ｈｅの磁場が、記憶層Ｆ１の磁化の向きを調整することを望む方向に印加される。
【００５２】
次いで、「ピン止め層（pinned layer）」とも称される基準層Ｆ２の磁化が常に同一の方向に向けられたままであるのに対して、前記記憶層Ｆ１の磁化は、印加磁場Ｈｅの方向に向く。
【００５３】
接合の加熱は、接合を通じて短い電流インパルス（数ナノ秒に対して約１０４Ａ／ｃｍ２から１０５Ａ／ｃｍ２）を送ることによって制御することができる。
【００５４】
磁場Ｈｅは、磁気トンネル接合よりも上及び／又は磁気トンネル接合よりも下にある平面に位置する導電ラインに電流インパルスを送ることによって生成される。
【００５５】
冷却している間に記憶層の磁化のスイッチングを引き起こす第２の可能性は、以下に詳細に述べられる技術の一つに従って、前記層に、スピンが偏極した電子の流れを注入することにある。
【００５６】
この場合この発明は、前記層の磁化の反転磁場を減少させるために記憶層の材料を加熱することを、記憶層を通じてスピンが偏極された電子の流れを流すことによって、記憶層を冷却している間にこの磁化に磁気トルクを印加することと、組み合わせることにある。
【００５７】
上部又は下部導電ラインに電流を送ることによって生成された局所場の印加を通じて、スイッチングを、接合の記憶層に偏極されたスピンを有する電子の流れを注入することと組み合わせることがまた可能である。
【００５８】
この発明の４つの主な利点が強調され得る。
【００５９】
１）記憶素子の完璧な選択
この発明は、既知の技術よりもずっと優れた記憶素子の選択を可能にする。実際、記憶素子が、図２に見られるように、既知のＭＲＡＭのアーキテクチャを表す正方形アレイに構成されると仮定する。
【００６０】
前記既知のメモリにおいては、３つのレベルのライン：
−書き込みの間、磁気トンネル接合２に印加する磁場Ｈｘを生成するのに役立ち、かつまた読み出しの間、前記接合に対する電気接点として役立つ上部導電ライン１０と、
−書き込みの瞬間に、磁場Ｈｙを生成するのにのみ役立つ下部導電ライン１２と、
−（飽和した）通過位置（passing posiiton）又は（ブロックされた）閉鎖位置（closed position）にするためにトランジスタゲート４上で動作する制御ライン１４と、
に区別される。
【００６１】
既知の書き込み手順によれば、書き込みは、アドレスすることを望む記憶素子で交差する上部及び下部導電ラインに沿って電流インパルスを送ることによって実行される。しかしながら、反転磁場の分布があるならば、ラインに沿って位置させられたある記憶素子は制御されずに反転する危険にさらされる。
【００６２】
この発明では、こういった問題はない。この様子は、本発明に係るＭＲＡＭメモリの記憶素子、すなわちセルを形成する、本発明に係る磁気装置１６を示す図３に概略的に示されている。
【００６３】
前記記憶素子は、記憶層２０ａと、基準層２０ｃと、これらの層の間の絶縁又は半導体層２０ｂと、を含む、磁気トンネル接合１８を備える。この接合は、上部導電ライン２２とスイッチングトランジスタ２４との間に配置され、かつライン２２に垂直な下部導電ライン２６と結合されている。
【００６４】
記憶素子１６のトランジスタ２４を通過状態に変えることによって、前記トランジスタは、制御ライン２８によって、かつ対応する上部導電ライン２２に電流インパルス３０を送ることによって、命令され、前記電流インパルスは接合１８を横切り、その接合の加熱を引き起こす。
【００６５】
しかしながら、図３のメモリの接合は、図２のメモリのように正方形アレイに構成される（さらに図２では素子の構成要素は、括弧内で示された図３の対応する構成要素の前にくる）。したがって、全体のアレイのうち一つの接合のみが電流インパルス３０によって加熱され、他の接合の全ては周囲温度のままである。
【００６６】
温度上昇に結びつけられた反転磁場の低下（典型的には、２０℃における１００Ｏｅから、２００℃における５Ｏｅまで）は、周囲温度における反転磁場の分布幅（典型的には１００Ｏｅ±２０Ｏｅ）よりもずっと重要である。
【００６７】
したがって、アドレスされた接合を冷却している間、約１０Ｏｅの磁場３４を生成する電流インパルス３２を下部導電ライン２６に送ることによって、前記接合の記憶層２０ａの磁化をスイッチすることのみが確実となる。
【００６８】
しかしながら、ライン２６は、磁場を生成するために必須という訳ではない。（第１段階で加熱を引き起こすために用いられた）上部ライン２２は、第２段階で、冷却の間、磁場を生成するために、極めて容易に使用することができる。
【００６９】
図３の場合、ライン２６を除去すると、（例えば装置を旋回させることによって）層の磁化方向が、磁場を生成する電流ライン２２と垂直になることを確実にする必要がある。
【００７０】
したがって図３の記憶素子１６の動作は次のようになる。アドレッシングトランジスタ２４は通過状態にあるので、書き込みは、接合を約２００℃まで加熱するために接合１８を介して電流インパルスを送ることによって達成される。接合を冷却している間、電流インパルスは、記憶層２０ａに磁場を生成するために下部導電ライン２６に送られ、これは、所望の方向に前記層の磁化をスイッチさせる効果を有する。
【００７１】
読み出しは、接合を介して電流を流すことによって閉鎖状態のトランジスタを用いて達成され（電流は、熱の発生が少なくなるように書き込みの間よりも小さい）、これにより抵抗を測定することが可能となり、したがって記憶層２０ａの磁化が基準層２０ｃの磁化に平行であるか又は反平行であるかを知ることができる。
【００７２】
２）消費の減少
書き込みのために生成すべき磁場が、従来技術におけるよりもずっと弱いという事実を仮定すれば、導電ラインに送る磁場インパルスの強度は、著しく減少する。
【００７３】
その上、従来技術における下部導電ラインの一つのインパルス及び上部導電ラインの一つのインパルスと比べて、図３の場合に必要なのは、下部導電ラインの単一のインパルスである。
【００７４】
記憶素子の加熱を引き起こすのに要求される出力は、５０Ｏｅの磁場インパルスを生成するよりもずっと小さい（通常、５００記憶素子のラインに沿って５０Ｏｅの磁場インパルスを生成するのに数十ｐＪであるのと比較して、１５０ｎｍ×１５０ｎｍの磁気トンネル接合を２００℃に加熱するのに１ｐＪ）ので、電気消費（electrical consumption）はこの発明の動作原理を用いて１０分の１にすることができるということがわかる。
【００７５】
３）小さな寸法に対する情報の安定性
この発明は、記憶層に対して、周囲温度で高いピンニングエネルギーを有する材料を使用することを可能にする。従来技術では、記憶層のピンニングが高くなればなるほど、記憶層の磁化をスイッチするためにますますエネルギーを供給する必要があるので、このことは可能ではない。
【００７６】
この発明では、材料を加熱することによって、書き込んでいる間のピンニングエネルギーを低くする。このように、周囲温度で高いピンニングエネルギーを有することを可能にすることができる。このことは、小さな寸法に対してかなりの優位点を与える。実際、従来技術では、記憶層に格納される情報は、周囲温度における熱揺らぎに対して不安定になる。
【００７７】
実際、Ｋ及びＶはそれぞれ、単位体積あたりの磁気異方性（すなわち、より一般的には、単位体積あたりのピンニングエネルギー）及び記憶層の体積を示し、情報は、ＫＶ＜２５ｋＴ（ここでｋはボルツマン定数であり、Ｔは温度である）ならば不安定になる。
【００７８】
この発明では、周囲温度におけるピンニングエネルギーの増加によって体積の減少を非常に簡単に補償し、それゆえに用いられた製造方法（例えばリソグラフィー／食刻）が許す限り記憶素子のサイズを減少させることができるのに対して、与えられた材料に対して、記憶素子のサイズを減少させるある瞬間又は他の瞬間に、常にこの限界に到達する。
【００７９】
４）スイッチング原理として偏極スピンを有する電子の流れを注入しかつ加熱する場合の製造の簡便さ
実際、この場合には、局所磁場を生成するためにラインのレベル（level of line）を加える必要はない。一連の記憶素子の製造は単純化されており、このためより高い集積密度を達成することが可能である。
【００８０】
この発明では、後に偏極スピンを有する電子の流れを用いることに戻る。
【００８１】
以下、次の記述において、本発明の様々な実施例を考える。
【００８２】
上で見てきたように、この発明における基本構造は、トンネル障壁Ｏによって分離された２つの磁気層Ｆ１及びＦ２を含み、この構造はＦ１／Ｏ／Ｆ２と称することができる。２つの磁気層は、これら２つの磁気層のうちの一つ（記憶層）の磁化の反転磁場が、温度が上昇するときに、他の磁気層（基準層）の磁化の反転磁場よりもかなり急速に減少するようなものである。
【００８３】
本発明の第１実施例では、２つの層Ｆ１及びＦ２の磁化は、これら層の平面、すなわち、より正確には前記層の界面に垂直である。
【００８４】
層Ｆ１及びＦ２は、純粋な材料、合金、又は一連の交互層を含むことができ、これらのうちのいくつかは磁性を有する。
【００８５】
六方晶構造のＣｏ層は、六方格子のｃ軸が前記層を含むサンプルの平面に垂直である場合に、これら層の平面に垂直な磁化を有する。ＣｏＰｔ、ＦｅＰｄ、及びＦｅＰｔのような合金層はまた、これら平面に垂直な磁化を有することができる。最後に、例えばＣｏ０．６ｎｍ／Ｐｔ１．４ｎｍのような、少なくとも一つが磁性を有する２つの異なる材料からなる交互層を含む多層はまた、平面に垂直な磁化を有することができる。
【００８６】
コバルトはたいてい、例えばＦｅ又はＮｉ又はＣｒを有する、Ｃｏの豊富（７０％よりも多い）な合金に置換することができる。
【００８７】
この発明で用いることができる多層Ｃｏ／Ｐｔベースの磁気トンネル接合を形成する例は、図４に示されている。
【００８８】
より正確には、図４に見られるように、前記磁気トンネル接合は、層の平面に垂直な磁化を有する基準層３６及び記憶層３８を含み；基準層３６は、プラチナの層４２と交互するコバルトの層４０を含み；同様に、記憶層３８は、プラチナの層４６と交互するコバルトの層４４を含み；層３６及び３８は、アルミナのトンネル障壁層４８によって分離されている。
【００８９】
Ｃｏ及びＰｔの相対的な厚さを利用することによって、層３６及び３８それぞれを形成する材料の保磁力と、温度に応じた前記保磁力の変化と、を変更することができる。また、ＰｔＭｎ又はＰｔＰｄＭｎのような高いブロッキング温度を有する反強磁性材料５０と結合させることによって、これら層のうちの一つ（基準層３６）の磁化のブロッキングエネルギーを上昇させることもできる。
【００９０】
この場合、隣接する強磁性層のブロッキング温度の値が反強磁性層のブロッキング温度の値まで増加することがわかる。
【００９１】
本発明で用いることのできる垂直異方性の多層の他の例は、例えばＣｏ／Ｐｄ，Ｃｏ／Ｎｉ，及びＣｕ／Ｎｉである。
【００９２】
例として、図５は、異なる保磁力を有する２つの多層を結合した、平面に垂直な磁化を有する構造を得ることができることを示す。
【００９３】
この構造に対して印加磁場Ｈ（ｋＯｅ）の関数として磁気抵抗ＭＲ（％）の変化をプロットした。
【００９４】
ＮｉＯ３００／Ｃｏ６／（Ｐｔ１８／Ｃｏ６）２／Ｃｕ３０／（Ｃｏ６／Ｐｔ１８）２。
【００９５】
図５の場合、多層の一つの保磁力の増加は、前記多層の磁化を隣接する反強磁性層（例えば、ＮｉＯ（図５の場合），ＰｔＭｎ，ＰｄＰｔＭｎ，又はＦｅＭｎ）と連結することによって得られる。
【００９６】
同じ結果は、Ｃｏ／Ｐｔの多層をＦｅＰｔの合金と結合することによって得ることができる。
【００９７】
その上、上述の材料のそれぞれは、温度の関数として保磁力のそれ自身の変化を有する。
【００９８】
図６は、例えば「フルウエハ（full wafer）」ウエハに対する温度Ｔ（℃）の関数として、横方向の寸法が巨視的な（曲線Ｉ）、及びサブミクロンの寸法のアレイ、電極の（曲線ＩＩ）、多層（Ｃｏ０．６ｎｍ／Ｐｔ１．４ｎｍ）のＨｒ反転磁場（Ｏｅ）の変化を示す。
【００９９】
使用されたＣｏ及びＰｔの厚さを用いると、Ｈｒ反転磁場は、温度に伴って急速に減少し、約２００℃の温度Ｔｃで磁場が実質的に相殺される。
【０１００】
Ｐｔの厚さを固定してＣｏの厚さを増加させるならば、反転磁場はさほど急速には減少せず、換言すると、２００℃よりも大きな温度で相殺される。同様に、合金ＦｅＰｔでは、反転磁場は約５００℃周辺で相殺する。
【０１０１】
したがって、例えばＦｅＰｔ合金電極を用いて交互のＣｏの層とＰｔの層とから形成された多層を結合する磁気トンネル接合を形成することによって、本発明に係る構造を形成することができる。接合を介して電流インパルスを送ることによって、前記接合の温度は約２００℃まで上昇する。
【０１０２】
次いで前記接合を冷却する間、接合を介して流れている電流を切り、下部又は上部導電ラインによって弱い磁場を印加する（図７参照）。記憶層の磁化が冷却の間、印加磁場の方向に向くのに対して、基準層の磁化は変化しないままである。
【０１０３】
より正確には、図７は、この発明に係る平面に垂直な磁化を用いてトンネル接合から一連の複数の記憶素子を形成する例を示す。前記接合５２ａ，５２ｂ，５２ｃ，及び５２ｄはそれぞれ、基準層５４と、記憶層５６と、これらの層の間の絶縁又は半導体層５８と、を含む。前記接合５２ａ，５２ｂ，５２ｃ，及び５２ｄは、スイッチングトランジスタ６０ａ，６０ｂ，６０ｃ，及び６０ｄと導電ライン６２との間に配置されている。
【０１０４】
ライン６４，６６，及び６８のような上部導電ラインがまた示されており、該ラインは接合の両側に位置している。
【０１０５】
例えば接合５２ｂを含む記憶素子の書き込みのために、前記接合は、接合を通じてインパルスを送ることによって、記憶層のブロッキング温度よりも上であるが基準層のブロッキング温度よりも下に加熱される。
【０１０６】
その上、トランジスタは、通過状態（passing state）に置かれている、接合５２ｂと結合されたトランジスタ６０ｂを除いて、閉鎖状態（blocked state）に置かれる。
【０１０７】
アドレス５２ｂに対して接合の両側に位置する２つの上部導電ライン６４及び６６には、平面に実質的に垂直な２つの磁場７０及び７２を生成するために実質的に反対の電流が供給され、磁場はアドレスすべき接合のレベルに加えられる。前記磁場は、ブロッキング温度よりも下に冷却している間、記憶層の磁化を分極するのに役立つ。記憶層の磁化は、ここでは２つの状態（バイナリストレージ（binary storage））を取ることができる。
【０１０８】
冷却中にスイッチングを達成するための第２の方法は、記憶層を通じて偏極スピンを有する電子の流れを注入することにある。この動作を実施することを可能にする構造が図８に示されている。
【０１０９】
図８は、上部導電ライン７６とスイッチングトランジスタ７８との間に配置された積層（スタック：stack）７４を示す。積層は、ライン７６からトランジスタ７８へ向けて、ＰｔＭｎの層８０と、基準層８２と、アルミナ層８４と、記憶層８６と、銅層８８と、「偏極している」と称される層９０と、ＰｔＭｎの層９２と、を含む。
【０１１０】
記憶層８６はここでは、例えば多層（Ｃｏ／Ｐｔ）のような、反転磁場が約２００℃で相殺する垂直磁化を有する材料を含む。基準層８２は、例えばＦｅＰｔのような、反転磁場及び磁化が２００℃でかなり大きなままである材料を含む。同様に、偏極層９０を形成するＦｅＰｔの第２磁性体層の磁化は、２００℃でかなり大きなままである。
【０１１１】
磁気スイッチングの原理は、次の通りである。トンネル接合を通じて、頂部から底部まで、又は底部から頂部までのどちらかに電流インパルスを印加する。
【０１１２】
前記電流インパルスは、約１ｎｓから数ナノ秒の時間、最大値を示し、次いで数ナノ秒で再び漸次ゼロに減少する特定のプロファイルを有する。前記電流インパルスは、第１段階で、接合を加熱する効果を有し、第２段階で、電流が減少している間、換言すると接合を冷却している間、特定の方向に磁化を向ける効果を有する。
【０１１３】
電流が頂部から底部へ流れる場合（換言すると電子が底部から頂部へ流れる場合）には、「底部へむけて」偏極されたスピンを有する電子がＣｏ／Ｐｔの多層へ注入される。その上、トンネル効果によってアルミナ障壁８４を横切ることになる電子は好ましくは、スピンがＦｅＰｔの層８２の磁化に平行な電子であり、かつしたがって「頂部へ向かう」スピンを有する電子である。
【０１１４】
これにより、Ｃｏ／Ｐｔの多層において、底部へ向かう過剰な電子が生成される。下部偏極層から底部へ向かう電子の注入を用いて積み重ねられた、前記底部へ向かう過剰な電子は、Ｃｏ／Ｐｔの多層の磁化を、冷却中に底部へ向かわせる。
【０１１５】
他方で、電流が底部から頂部へ流れる場合（換言すると、電子が頂部から底部へ流れる場合）には、Ｃｏ／Ｐｔの層において「頂部へ向かう」電子が蓄積し、これにより前記層の磁化を、冷却中に頂部へ向かわせる効果が得られる。
【０１１６】
この磁気スイッチング原理はまた、下部偏極層なしに動作することができるが、それゆえに電流インパルスの形状は、接合の温度が十分に落ちるほどの電流の十分な減少と、冷却の間記憶層の磁化を分極させることができるほど十分な電流の流れとの間に優れた均衡を見出すよう調整するためにはより困難を伴う、ということを指摘しておく。
【０１１７】
付加的な偏極層９０の面白さは、トンネル接合の他の層８２から来る偏極スピンを有する電子の流れと、偏極層９０から来る偏極スピンを有する電子の流れとを積み重ねることを可能にすることである。
【０１１８】
記憶素子のこの構造は、アドレッシングトランジスタ及びトンネル接合に加えて、あるレベルの導電ラインを要求するのみであるので、特に簡単である。
【０１１９】
本発明の第２実施例では、２つの層Ｆ１及びＦ２の磁化は、これら層の平面に、より正確には前記層の界面に平行である。
【０１２０】
以前のように、磁気トンネル接合を形成する磁性材料は、他のものよりもより速い保磁力の温度低下が起こるように選択されねばならない。
【０１２１】
基準層Ｆ２の材料は、Ｃｏ，Ｆｅ，Ｎｉ（例えばＣｏ９０Ｆｅ１０）をベースにした合金とすることができ、その磁化は、ＰｔＭｎのような高いブロッキング温度（２００℃よりもずっと高い）を有する反強磁性材料を用いて交換相互作用によってピン止めすることができる。
【０１２２】
層Ｆ１の材料は、該材料が約２００℃まで加熱されるときに磁化の切り換えを容易にすることができる量だけキュリー温度が減少する合金から形成することができる。
【０１２３】
この特性を得る好都合な手段は、他の磁性体層（基準層）の磁化が高ブロッキング温度を有する反強磁性層、例えばブロッキング温度が２８０℃よりも大きいＰｔＭｎと結合されているのに対して、記憶層の磁化を、ブロッキング温度が２００℃よりも下の低ブロッキング温度を有する反強磁性層（例えばＦｅ５０Ｍｎ５０又はＩｒ２０Ｍｎ８０）へ結合することにある。
【０１２４】
この様子は、概略的に図９に示されており、図９は、この発明で用いることのできる平面磁化を有するトンネル接合の例を示す。
【０１２５】
Ｃｏ９０Ｆｅ１０の基準層９４は、例えばＰｔＭｎ又はＮｉＭｎの、高ブロッキング温度（２００℃よりも十分に上）を有する反強磁性層９６との相互作用によってピン止めされる。
【０１２６】
Ｎｉ８０Ｆｅ２０の記憶層９８は、例えばＦｅ５０Ｍｎ５０又はＩｒ２０Ｍｎ８０の、低ブロッキング温度（１００℃と２００℃との間）を有する反強磁性層１００に結合されており、前記層９８は、Ａｌ２Ｏ３のトンネル障壁層１０２によって層９４から分離されている。
【０１２７】
記憶層に結合された反強磁性層のブロッキング温度を低くする一つの方法は、層の厚さを減少させることとすることができることに留意されたい。実際、反強磁性層が厚くなるほど、該層のブロッキング温度が低くなることが知られている。
【０１２８】
情報の書き込みは、以前のように接合を介して電流インパルスを送ることによって実施され、これにより基準層が、磁化を固定したままにするのに十分低い温度のままであるのに対して、（隣接する反強磁性層を含む）記憶層の材料が、前記層の磁化の反転を可能にする温度まで加熱されるという効果が得られる。
【０１２９】
この様子は、図１０に概略的に示されており、図１０は、この発明に係る平面磁化を有するトンネル接合から記憶素子を形成する例を示す。
【０１３０】
書き込みのために、接合は、接合を介して導電ライン１０４に沿ってトランジスタ１０６へ進み次いで通過する電流インパルスを送ることによって、記憶層９８のブロッキング温度よりは上であるが基準層９４のブロッキング温度よりは下に加熱される。
【０１３１】
上部導電ライン１０８は、磁場１１０を生成するのに役立ち、磁場は冷却中に記憶層９８の磁化を所望の方向に分極させる。前記記憶層の磁化は、ここでは２つの状態（バイナリストレージ）を取ることができるのみである。
【０１３２】
他の例に関して上で既に与えられた理由のために、ライン１０８は必須ではなく、その機能は好都合にはライン１０４によって果たされ得る。この場合はまた、層の磁化方向がライン１０４の方向に直交するということを確かめなければならない。
【０１３３】
ブロッキング温度が基準層よりも低い反強磁性層に記憶層が結合されたこの装置は、２つの主な利点を有する。
【０１３４】
１）記憶層の超常磁性安定限界は、この技術を用いてより小さいサイズの記憶素子を形成することができるように押し戻される。
【０１３５】
実際、小さなサイズ（サブミクロンのスケール）の記憶素子に磁気情報を格納することに常に現れる問題は、熱揺らぎ（超常磁性限界）に対する磁化の安定性の問題である。
【０１３６】
Ｋが材料の磁気異方性を示し、Ｖが磁気記憶層の体積を示すならば、ＫＶの高さのエネルギー障壁よりも上をいくことによる特性磁化反転時間は、τ＝τ０ｅｘｐ（ＫＶ／（ｋＴ））、ここでτ０は約１０−９秒の特性テスト時間、ｋはボルツマン定数、Ｔは温度、である。
【０１３７】
少なくとも１０年間安定したままであるよう記憶層に書き込む情報のためには、磁化自身がこの期間安定したままでなければならない。したがって、ＫＶ／ｋＴ＞Ｌｏｇ（１０年／１０−９秒）、換言するとＫＶ＞４０ｋＴとする必要がある。
【０１３８】
このことは、記憶層の体積、それゆえに横方向の寸法に対して最小の限界、換言すると、記憶素子の寸法に対して最小の限界を強いる。
【０１３９】
他方で、異方性が、周囲温度で比較的高いが前記層のブロッキング温度（約２００℃）に近づくとき急速に減少する反強磁性層と、磁気記憶層が結合されている場合には、超常磁性限界は押し戻される。
【０１４０】
実際、周囲温度において記憶層の磁化を反転させるために克服すべきエネルギー障壁は、いまやＡ（ＫｆＥｆ＋ＫａＥａ）に等しい。ここで、Ａは磁気記憶層と反強磁性層との共通領域を示し、Ｅｆ及びＥａはそれぞれ前記記憶層及び反強磁性層の厚さを示し、Ｋｆ及びＫａはそれぞれこれらの磁気異方性を示す。
【０１４１】
反強磁性材料の異方性Ｋａは通常、周囲温度における強磁性層の異方性Ｋｆよりもずっと小さいので、安定性条件Ａ（ＫｆＥｆ＋ＫａＥａ）＞４０ｋＴは、磁気記憶層が単独であった場合よりもずっと小さな寸法（dimension）で満足させることができるようにみえる。
【０１４２】
通常、項ＫａＥａは、項ＫｆＥｆよりも周囲温度で１００倍高くすることができる。このことは、超常磁性限界よりも上のままとする一方で同時に、接合の領域を１００倍小さくすることができることを意味する。したがって、これによりずっと高い集積密度を達成することが可能となる。
【０１４３】
前述された平面に垂直な磁化を有する磁性体層の場合において、低いネール温度にある反強磁性層への記憶層のこの結合を用いることも可能であることを指摘されたい。ここで再び、超常磁性限界は、周囲温度で最小寸法へ向けて押し戻される。
【０１４４】
２）反強磁性層に結合された記憶層を使用することに起因する第２の非常に重要な利点は、マルチレベルの情報の記憶を達成することができることである。
【０１４５】
実際、従来技術の接合では、記憶素子は、平行及び反平行の２つの磁気配置に対応する２つの可能な状態を有し、前記配置はそれぞれ、基準層の磁化に対する記憶層の磁化の平行及び反平行の配列に対応する。
【０１４６】
これら双安定型の装置は、記憶層に、基準層の磁化に対して平行な磁化容易軸を有する、磁気結晶又は形（例えば楕円形状の記憶素子）に由来する磁気異方性を与えることによって得られる。
【０１４７】
この発明では、記憶層の磁化は好都合には、基準層の磁化に対して平行な方向と反平行な方向との間のあらゆる中間の方向に向けることができる。
【０１４８】
このことを達成するためには、接合を通じて電流インパルスを送り、次いで反強磁性層を冷却している間、所望の方向に記憶層の磁化を向けることによって、記憶層及び隣接する反強磁性層を前記層のブロッキング温度よりも上に加熱することで十分である。
【０１４９】
記憶層の磁化に所望の向きを与えるためには、前記層に局所的な磁場を所望の方向に印加する必要がある。これを達成するためには２つの可能性が存在する。
【０１５０】
１）前記記憶素子の上及び下にそれぞれ配置された垂直な導電ラインに電流インパルスを送ることによって磁気スイッチングが達成されるアーキテクチャを用いることができる。
【０１５１】
前記ラインは、２つの垂直な方向に沿った磁場を生成することを可能にする。２つのラインに流れる電流の相対的な強度を利用することにより、平面に対するあらゆる方向に磁場を生成することができる。
【０１５２】
この様子は、図１１に概略的に示されており、図１１は、この発明に係る平面磁化を有するトンネル接合から記憶素子を形成する例を示す。
【０１５３】
書き込みのために、磁気トンネル接合は、接合を通じて電流インパルスを送ることによって、記憶層１１２のブロッキング温度よりは上であるが基準層１１４のブロッキング温度よりは下に加熱される。
【０１５４】
上部導電ライン１１６及び下部導電ライン１１８は、平面内の２つの垂直な方向に沿って磁場１２０及び１２２を生成するのに役立ち、これにより冷却の間、接合の平面のあらゆる所望の方向に記憶層１１２の磁化を分極させることが可能になる。
【０１５５】
図１０に関して既に上で説明したように、ライン１１６は必須ではなく、ライン１２４で置換することができる。
【０１５６】
したがって記憶層の磁化は、ここでは２つよりも多くの状態（マルチレベルストレージ（multilevel storage））を取ることができる。
【０１５７】
図１１では、参照番号１２３はトンネル障壁層を示す。間に接合が位置する導電ライン１２４とスイッチングトランジスタ１２６とがまた示されており、これによりトランジスタが飽和モードで動作するときに前記接合を介して電流を流すことが可能となる。
【０１５８】
２）トンネル接合よりも上又は下に位置する導電ラインに電流を流すことによって以前のように生成された磁場と、磁気記憶層にトンネル接合を通じて偏極スピンを有する電子の流れを注入することによって発揮された磁気トルクと、の組み合わせを用いることもできる。
【０１５９】
この場合、注入された電子のスピンの偏極を生成する磁性体層の磁化は、導電ラインに電流を流すことによって生成された磁場に実質的に垂直でなければならない。
【０１６０】
この場合、所望の方向に記憶層を向けるのに必要な電流密度は実質的に、接合が実際に、書き込みプロセスの間、記憶層に結合された反強磁性層のブロッキング温度よりも下の冷却相にあるように、接合を加熱するのに必要な電流密度よりも小さい、ということを保証することも重要である。
【０１６１】
書き込みは、接合の抵抗のレベルを測定することによって実行される。
【０１６２】
実際、抵抗は、
Ｒ＝Ｒｐａｒ（１＋ΔＲ／Ｒｐａｒ）［１−ｃｏｓ（θｓ−θｐ）／２］
の法則に従って変化する。ここでθｓ及びθｐはそれぞれ、接合の平面内における、記憶層及びピン止めされた層、すなわち基準層の磁化それぞれを特徴づける角度を表す。
【０１６３】
ΔＲ／Ｒｐａｒ＝（Ｒａｎｔ−Ｒｐａｒ）／Ｒｐａｒは、磁気抵抗の大きさの総計（total magnetoresistance amplitude）である。
【０１６４】
したがって平行抵抗Ｒｐａｒと反平行抵抗Ｒａｎｔとの間の中間抵抗のレベルを読むことによって、記憶層の磁化の方向を決定することが可能である。
【０１６５】
前述の構造において、磁性体層とトンネル障壁層との間の界面に他の材料の薄い層を挿入することが可能である。
【０１６６】
前記薄い層は、トンネル障壁層との界面の近くにおける電子の偏極を強化するよう意図された磁性体層か、あるいは、トンネル障壁層の近くのスピンに依存する量子井戸を形成することのできる、又はトンネル接合の両側の２つの磁性体層の磁気非結合（magnetic decoupling）を増加させることのできる非磁性層、とすることができる。
【符号の説明】
【０１６７】
１６  磁気装置
１８，５２ａ，５２ｂ，５２ｃ，５２ｄ，７４  磁気トンネル接合
２０ａ，３８，５６，８６，９８，１１２  第２磁気層
２０ｂ，４８，５８，８４，１０２，１２３  第３層
２０ｃ，３６，５４，８２，９４，１１４  第１磁気層
２２〜２４，６２〜６０ａ〜６０ｂ〜６０ｃ〜６０ｄ，７６〜７８，１２４〜１２６  記憶層を加熱する手段
２２，２６，６４，６６，６８，１０８，１１６，１１８  磁場を印加する手段
２２  アドレッシング行
２８  アドレッシング列
２４  電流切換手段
２０ａ，３８，５６，８６，９８，１１２  記憶層
２０ｃ，３６，５４，８２，９４，１１４  基準層
３４，７２，１１０，１２０  磁場
４４  Ｃｏの層
４６  Ｐｔ又はＰｄの層
５０，８０，９６  第１反強磁性層
１００  第２反強磁性層
【図１Ａ】
2011193018.tif 000003
【図１Ｂ】
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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】
2011193018.tif 000009
【図７】
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【図８】
2011193018.tif 000011
【図９】
2011193018.tif 000012
【図１０】
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【図１１】
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