(57)【要約】【課題】高信頼性かつ低消費電力の磁気メモリセル及び磁気ランダムアクセスメモリを提供する。【解決手段】磁気メモリセル１の強磁性自由層１０１の面積よりも接続面積１１２の小さい上部電極１０８を強磁性自由層１０１に接続し、電流１０７の印加により磁気メモリセル上で不均一な磁界を発生することにより、低電流かつ書き込み誤り率の小さいスピントランスファートルク磁化反転を実現する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
非磁性膜を挟んで強磁性自由層と強磁性固定層とが形成された磁気抵抗効果素子と、
前記強磁性自由層の上面に接して配置された上部電極と前記強磁性固定層の下方に設置された下部電極とを有し、
前記強磁性自由層の上面の面積をＡC、前記上部電極の前記強磁性自由層との接続面の面積をＡEとするとき、ＡC＞ＡE、かつ前記強磁性自由層の上面の重心座標と前記接続面の重心座標とが異なり、前記磁気抵抗効果素子に電流を流してスピントランスファートルクによって前記強磁性自由層の磁化を反転させて情報の書き込みを行うことを特徴とする磁気メモリセル。
【請求項２】
請求項１記載の磁気メモリセルにおいて、前記非磁性膜は絶縁膜であることを特徴とする磁気メモリセル。
【請求項３】
請求項１記載の磁気メモリセルにおいて、前記磁気抵抗効果素子に流れる電流をオン・オフ制御するスイッチング素子を有することを特徴とする磁気メモリセル。
【請求項４】
請求項１記載の磁気メモリセルにおいて、前記上部電極は強磁性膜を備えることを特徴とする磁気メモリセル。
【請求項５】
非磁性膜を挟んで強磁性自由層と強磁性固定層とが形成された磁気抵抗効果素子と、
前記強磁性自由層の上面に接して配置された上部電極と前記強磁性固定層の下方に設置された下部電極とを有し、
前記強磁性自由層の上面全面が、それより大きく、かつ下面の重心座標が前記強磁性自由層の上面の重心座標と異なる上部電極によって覆われており、前記磁気抵抗効果素子に電流を流してスピントランスファートルクによって前記強磁性自由層の磁化を反転させて情報の書き込みを行うことを特徴とする磁気メモリセル。
【請求項６】
請求項５記載の磁気メモリセルにおいて、前記非磁性膜は絶縁膜であることを特徴とする磁気メモリセル。
【請求項７】
請求項５記載の磁気メモリセルにおいて、前記磁気抵抗効果素子に流れる電流をオン・オフ制御するスイッチング素子を有することを特徴とする磁気メモリセル。
【請求項８】
請求項５記載の磁気メモリセルにおいて、前記上部電極は強磁性膜を備えることを特徴とする磁気メモリセル。
【請求項９】
複数の磁気メモリセルと、所望の磁気メモリセルを選択する手段とを備え、
前記磁気メモリセルは、
非磁性膜を挟んで強磁性自由層と強磁性固定層とが形成された磁気抵抗効果素子と、前記強磁性自由層の上面に接して配置された上部電極と前記強磁性固定層の下方に設置された下部電極とを有し、前記強磁性自由層の上面の面積をＡC、前記上部電極の前記強磁性自由層との接続面の面積をＡEとするとき、ＡC＞ＡE、かつ前記強磁性自由層の上面の重心座標と前記接続面の重心座標とが異なり、前記磁気抵抗効果素子に電流を流してスピントランスファートルクによって前記強磁性自由層の磁化を反転させて情報の書き込みを行うことを特徴とする磁気ランダムアクセスメモリ。
【請求項１０】
請求項９記載の磁気ランダムアクセスメモリにおいて、前記非磁性膜は絶縁膜であることを特徴とする磁気ランダムアクセスメモリ。
【請求項１１】
請求項９記載の磁気ランダムアクセスメモリにおいて、前記磁気抵抗効果素子に流れる電流をオン・オフ制御するスイッチング素子を有することを特徴とする磁気ランダムアクセスメモリ。
【請求項１２】
請求項９記載の磁気ランダムアクセスメモリにおいて、前記上部電極は強磁性膜を備えることを特徴とする磁気ランダムアクセスメモリ。
【請求項１３】
請求項９記載の磁気ランダムアクセスメモリにおいて、前記情報書込み時に書き込み電流Ｉ1を印加する前及び／又は後に、書き込み電流Ｉ1より小さい電流を通電することを特徴とする磁気ランダムアクセスメモリ。
【請求項１４】
複数の磁気メモリセルと、所望の磁気メモリセルを選択する手段とを備え、
前記磁気メモリセルは、
非磁性膜を挟んで強磁性自由層と強磁性固定層とが形成された磁気抵抗効果素子と、前記強磁性自由層の上面に接して配置された上部電極と前記強磁性固定層の下方に設置された下部電極とを有し、前記強磁性自由層の上面全面が、それより大きく、かつ下面の重心座標が前記強磁性自由層の上面の重心座標と異なる上部電極によって覆われており、前記磁気抵抗効果素子に電流を流してスピントランスファートルクによって前記強磁性自由層の磁化を反転させて情報の書き込みを行う
ことを特徴とする磁気ランダムアクセスメモリ。
【請求項１５】
請求項１４記載の磁気ランダムアクセスメモリにおいて、前記非磁性膜は絶縁膜であることを特徴とする磁気ランダムアクセスメモリ。
【請求項１６】
請求項１４記載の磁気ランダムアクセスメモリにおいて、前記磁気抵抗効果素子に流れる電流をオン・オフ制御するスイッチング素子を有することを特徴とする磁気ランダムアクセスメモリ。
【請求項１７】
請求項１４記載の磁気ランダムアクセスメモリにおいて、前記上部電極は強磁性膜を備えることを特徴とする磁気ランダムアクセスメモリ。
【請求項１８】
請求項１４記載の磁気ランダムアクセスメモリにおいて、前記情報書込み時に書き込み電流Ｉ1を印加する前及び／又は後に、書き込み電流Ｉ1より小さい電流を通電する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、低消費電力かつ高信頼性を有する不揮発性磁気メモリ及び磁気ランダムアクセルメモリに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
磁気ランダムアクセスメモリは高集積度・高速アクセス・低消費電力を兼備するユニバーサルメモリの実現の可能性を持つ不揮発性メモリとして注目されている。磁気ランダムアクセスメモリは、ＡｌもしくはＭｇの酸化物を絶縁膜に用いたトンネル磁気抵抗効果素子（T. Miyazaki and N. Tezuka, J. Magn. Magn. Mater. 139, L231 (1995),S. Yuasa. et al., Nature Material 3, 868(2004)）から成る磁気メモリセルとその磁気メモリセルを選択するトランジスタから構成され、トンネル磁気抵抗効果素子の出力電圧により情報を読み出す方式である。一方、従来の情報書き込みは、ビット線とワード線に通電させることにより発生する電流誘起の空間磁界を使ってトンネル磁気抵抗効果素子を構成する強磁性自由層の磁化方向を回転させる方式が採用されてきた。しかし、高集積化により磁気メモリセルの微細化が進むと、強磁性自由層の体積が減少し磁化反転に必要な磁界が増大する。そのため書き込みに要する電流が増し、消費電力が増大する結果となる。一方、別の情報書き込み方式として、トンネル磁気抵抗効果素子に電流を流すことにより磁化を回転させる、いわゆるスピントランスファートルク磁化反転、あるいは同義であるスピン注入磁化反転方式があり、例えば米国特許第５，６９５，８６４号明細書あるいは特開２００２−３０５３３７号公報に開示されている。この書き込み手法は、上記空間磁界を用いる手法とは異なり、高集積化に伴うトンネル磁気抵抗効果素子の強磁性自由層の微細化により書き込みに要する電流が減少でき、低消費電力化に有利である。
【０００３】
【非特許文献１】J. Magn. Magn. Mater. 139, L231 (1995)
【非特許文献２】Nature Material 3, 868(2004)
【非特許文献３】Appl. Phys. Lett. 85, 5358(2004)
【特許文献１】米国特許第５，６９５，８６４号明細書
【特許文献２】特開２００２−３０５３３７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
スピントランスファートルク磁化反転による書込み方式は、図１４に示すように、一般的なメモリの書込み動作時間である１０ナノ秒以下においては、スピントランスファートルク磁化反転の閾値電流が大幅に増大し、磁化反転に誤りが生じることが知られている。図１４（ａ）は、Appl. Phys. Lett. 85, 5358 (2004)から引用した書込み電流に対する反転確率のプロット図である。この図から反転確率が０，１にならない領域が存在し、且つ書込み時間の短い領域で、反転確率を１にする書込み電流の値が著しく増大していることがわかる。図１４（ｂ）は、書込み時間に対する書込み電流の大きさを示した図であり、１０ナノ秒以下の書込み時間において、書込み電流が増大することがわかる。図１４（ｃ）は、書込み電流に対して反転確率をプロットした図であり、反転確率が０，１にならない電流領域（Ｉ1以上Ｉ2以下）が存在することがわかる。
【０００５】
磁気メモリの情報の書込みは、通常１０ナノ秒以下の時間において行われる必要がある。低消費電力かつ高信頼性をもつ高集積不揮発性磁気メモリの実現には、そのような短い時間においてトンネル磁気抵抗効果素子の記録層の磁化を低電流で誤りなく確実に反転させる必要がある。
【０００６】
本発明は、このような要請に応えることのできる磁気メモリセル及びランダムアクセス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】
【０００７】
本発明では、磁気メモリセルを構成する巨大磁気抵抗効果素子やトンネル磁気抵抗効果素子の記録層である強磁性自由層に接する電極に流れる電流により発生する磁界を印加しながらスピントランスファートルクにより記録層の磁化反転を行う。磁界印加は、強磁性自由層とそれに接する電極の配置により、強磁性自由層内の磁化の方向が円弧を描くように行う。本明細書では、前記電流により発生する磁界印加手段によって生じた強磁性自由層内に発生する円弧形状の特徴をもつ磁区をＣ形状磁区と呼ぶ事にする。
【０００８】
すなわち、本発明による磁気メモリセルは、非磁性膜を挟んで強磁性自由層と強磁性固定層とが形成された磁気抵抗効果素子と、強磁性自由層の上面に接して配置された上部電極と強磁性固定層の下方に設置された下部電極とを有し、強磁性自由層の上面の面積をＡC、上部電極の強磁性自由層との接続面の面積をＡEとするとき、ＡC＞ＡE、かつ強磁性自由層の上面の重心座標と接続面の重心座標とが異なり、磁気抵抗効果素子に電流を流してスピントランスファートルクによって強磁性自由層の磁化を反転させて情報の書き込みを行うものである。
【０００９】
また、本発明による磁気メモリセルは、非磁性膜を挟んで強磁性自由層と強磁性固定層とが形成された磁気抵抗効果素子と、強磁性自由層の上面に接して配置された上部電極と強磁性固定層の下方に設置された下部電極とを有し、強磁性自由層の上面全面が、それより大きく、かつ下面の重心座標が強磁性自由層の上面の重心座標と異なる上部電極によって覆われており、磁気抵抗効果素子に電流を流してスピントランスファートルクによって強磁性自由層の磁化を反転させて情報の書き込みを行うものである。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によると、スピントランスファートルクによる書き込み電流を低減して、書き込みの誤り率を低減することができ、信頼性の高い低消費電力不揮発性メモリを実現することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
以下、図面を参照して本発明の実施の形態を説明する。以下では本発明を、トンネル磁気抵抗効果素子を組み込んだ磁気メモリセルを用いる例によって説明するが、本発明は、巨大磁気抵抗効果素子を組み込んだ磁気メモリセルに対しても同様に適用可能である。
【００１２】
図１は本発明による磁気メモリセル１の一例を示す図であり、図１（ａ）は斜視図、図１（ｂ）は上面図である。図１（ａ）に示すように、本実施例の磁気メモリセル１は、強磁性自由層１０１，絶縁膜１０２，強磁性固定層１０３で構成されるトンネル磁気抵抗効果素子１００と、トンネル磁気抵抗効果素子１００に流す電流のオン・オフを行うためのトランジスタ１０５、ビット線１０６、さらに２つの電極１０４，１０８により構成される。下部電極１０４と上部電極１０８は、それぞれトンネル磁気抵抗効果素子１００の強磁性固定層１０３側、強磁性自由層１０１側においてトンネル磁気抵抗効果素子１００と接続している。矢印１０７で示す順方向もしくはその逆方向に電流を流すことによって働くスピントランスファートルクにより、強磁性自由層１０１の磁化が反転する。
【００１３】
図１（ｂ）に示すように、強磁性自由層１０１と上部電極１０８とは実線で囲まれる接続面１１２において接続しており、その接続面の面積をＡE（＞０）と定義する。さらに、接続面１１２の強磁性自由層１０１と接する面の重心１１０の座標を（ｘ2，ｙ2）とする。一方、強磁性自由層１０１の上面の面積をＡCと定義し、強磁性自由層において上部電極１０８と接する面の重心１１１の座標を（ｘ1，ｙ1）とする。図１（ｂ）の場合、ＡC＞ＡEかつｘ1＝ｘ2，ｙ1≠ｙ2の関係がある。本実施例の場合、ＡC＞ＡEであって、座標（ｘ2，ｙ2）と座標（ｘ1，ｙ1）とが一致しない。このような関係を満たす強磁性自由層１０１と上部電極１０８の配置には、図２（ａ）のように接続面１１２の重心位置が強磁性自由層１０１の長辺方向の重心位置に一致しない場合（ｘ1≠ｘ2）や、図２（ｂ）に示すように接続面１１２が強磁性自由層１０１の角部に位置するような場合も含まれる。あるいは、図３に示すように、強磁性自由層１０１の上面の面積ＡCと上部電極１０８の下面の面積とは等しいが、両者が横方向にずれて配置されているためにＡC＞ＡEかつｘ1≠ｘ2，ｙ1≠ｙ2となる場合も含まれる。
【００１４】
このような強磁性自由層１０１と上部電極１０８の配置において電流１０７を流した場合、電流１０７により磁界１０９が発生する。この磁界１０９が、次に述べるように強磁性自由層１０１にＣ形状磁区を形成する役割を果たすことになる。
【００１５】
図４は、上部電極１０８の方向から見た強磁性自由層１０１の平面図である。強磁性自由層１０１と上部電極１０８を上記のような配置に構成し、電流を印加すると、図４に示すような磁気的構造を得る事が可能となる。図４（ａ）は電流を上部電極１０８から下部電極１０４の方向に流したときに得られる磁気的構造の一例を示す図であり、図４（ｂ）は電流を下部電極１０４から上部電極１０８の方向に流したときに得られる磁気的構造の一例を示す図である。１１４は、強磁性自由層１０１内の個々のスピンの方向を示し、全体としての磁区方向１１３に沿った形状に形成される。上記のとおり磁区方向１１３に示す円弧を描く形状の磁区をＣ形状磁区と定義する。一方、図４（ｂ）の場合には、図４（ａ）の場合と逆の方向にＣ形状磁区が形成される。
【００１６】
印加電流１０７により図４のようなＣ形状磁区が形成された場合、高速かつ円滑なスピントランスファートルク磁化反転を実現可能であり、低消費電力かつ高信頼性磁気メモリセル及び磁気ランダムアクセスメモリを実現することができる。下部電極１０４と上部電極１０８の間に電流が印加された瞬間に、個々のスピン１１４はスピントランスファートルクのエネルギーを受け、歳差運動と呼ばれる回転運動を始め、徐々に方向を変化させていく。その際、強磁性自由層１０１内の個々のスピン１１４は、全体として図４（ａ）あるいは図４（ｂ）に示すようなＣ形状磁区を形成しながら、個々のスピン１１４が一斉に回転する。一方、Ｃ形状磁区が形成されない場合、個々のスピン１１４は秩序なく反転し、全スピンが最終的に反転しない場合が生じ、磁化反転の誤りが存在してしまう。スピントランスファートルク磁化反転が起こっているときにＣ形状磁区が形成されていると、スピン１１４は一斉に円滑に回転することが可能である。
【００１７】
上部電極１０８と強磁性自由層１０１の配置を図１や図２あるいは図３のようにすることにより、電極１０４，１０８間に電流１０７を流すことで強磁性自由層１０１内に常に図４に示すようなＣ形状磁区を誘起することができ、スピントランスファートルク磁化反転を高速、円滑かつ低い誤り率で実現することが可能となる。従来の磁気メモリでは、上部電極１０８と強磁性自由層１０１の配置の関係は一般に、ＡC＝ＡE、ｘ1＝ｘ2、ｙ1＝ｙ2である。この場合、印加電流１０７により発生する磁界によって強磁性自由層１０１の内部に磁区が形成されるが、その場合の磁区は図５に示すように強磁性自由層１０１の面の中心に対して同心円状になる。このような磁区を形成した場合、スピントルク磁化反転過程においてコヒーレントな反転が実現できず、高速反転が期待できない。
【００１８】
これまで、Ａc＞ＡEの場合について説明してきたが、Ａc＝ＡEであっても本発明の効果を得ることができる配置がある。それは、図６に示したように、強磁性自由層１０１の上面全面を、それより大きく、かつ下面の重心座標が強磁性自由層１０１の重心座標と一致しない上部電極１０８によって覆う場合である。この場合には、Ａc＝ＡEかつｘ1＝ｘ2、ｙ1＝ｙ2である。しかし、電流１０７を印加すると、上部電極１０８から発生する空間磁界により、強磁性自由層１０１に矢印１０９で示される方向のＣ形状磁区が形成される。この場合も、Ｃ形状磁区が誘発されるので、従来よりもスピンは一斉にかつ円滑に回転することができる。
【００１９】
上記Ｃ形状磁区は、スピントランスファートルク磁化反転を誤り率小さく且つ強磁性自由層１０１の磁化を一斉に円滑に反転させることに寄与し、さらにＣ形状磁区が形成された状態で電流１０７により発生する空間磁界が重畳することでスピントルク磁化反転の閾値電流密度（Ｊc）を低減させる効果をもつ。
【００２０】
ここで７５ｎｍ×１００ｎｍの面積をもつ強磁性自由層１０１に上部電極１０８が５０ｎｍ×５０ｎｍで接続された構造の例を図７（ａ）に示す。例えば２×１０6Ａ／ｃｍ2の電流密度をもつ電流１０７が、電流中心からｙ方向に距離ｒ離れた場所に作る磁界の大きさの関係を図７（ｂ）に示す。電流１０７が作る磁界は、電流の中心から２５ｎｍの距離で最大３Ｏｅの大きさになることが分かる。一方、磁気抵抗効果素子１００のスピントランスファートルクにおけるＪcは、磁気抵抗効果素子１００を構成する強磁性自由層１０１の保磁力（Ｈc）に依存する。例えばＪcは保磁力Ｈcに対して図８の実線に示すような特性を示し、保磁力が小さくなるとＪcは低減する。今、図７に示した電流密度２×１０6Ａ／ｃｍ2をＪcとする磁気抵抗効果素子を例にとる。ここに示したＪcとＨcの関係は、強磁性自由層の材料や形状あるいは磁気抵抗効果素子１００の磁気抵抗比に依存して変化する。Ｊc＝２×１０6Ａ／ｃｍ2では、図８において黒丸で示すデータに相当する。このときの磁気抵抗効果素子においてＨc＝４Ｏｅである。図７に示したように、電流１０７が強磁性自由層１０１の中に作る最大磁界の大きさが３Ｏｅである場合、実効的にＨc＝１Ｏｅとなり、実質的なＪcは白丸で表される値１．５×１０6Ａ／ｃｍ2を取ることが可能である。ここに示した電流１０７が作る磁界によるＪcの低減は、本例以外にもＣ形状磁区を形成可能な強磁性自由層１０１と上部電極１０８の配置構造において実現可能である。Ｊcの低減は、Ｃ磁区形状ができた状態で、空間磁界の大きさが重畳することで生まれる効果である。
【００２１】
次に、上部電極１０８の構造的・材料的特徴について述べる。図９（ａ）、図９（ｂ）は上部電極１０８と強磁性自由層１０１の接続部分の例の上面図である。通常、上部電極１０８はＣｕ，Ａｌなどの非磁性金属材料で構成されるが、図９（ａ）あるいは図９（ｂ）に示すように、非磁性金属材料７０８を強磁性金属膜８０１で被覆した構造を有することも可能である。このときの強磁性金属膜８０１の膜厚は、１００ｎｍ以下が望ましい。強磁性金属層８０１は、Ｃｏ，Ｆｅ，Ｎｉのいずれか一つの元素を含む材料であることが望ましい。強磁性金属層８０１の形成法は、スパッタ法を用いる事が望ましいが、電解めっきや無電解めっきもしくはスパッタ以外の物理的堆積法を適用してもよい。このような電極を用いることにより、電流を印加したときに発生する磁界を約２倍に増大させることが可能であり、ひいてはＪcを低減する効果をもつ。
【００２２】
次に、上記Ｃ形状磁区を形成可能な構造に使用される磁気抵抗効果素子１００の材料構成について述べる。強磁性自由層１０１及び強磁性固定層１０３に用いる材料構成及び組み合わせを図１０に示す。強磁性自由層１０１及び強磁性固定層１０３には、ＣｏＦｅＢ，ＣｏＦｅ，ＣｏＢ，ＣｏＦｅ，Ｃｏ，Ｆｅ，ＮｉＦｅなどの磁性材料を単層で用いることができる。また、強磁性自由層１０１及び強磁性固定層１０３は、それぞれ第一の強磁性層１０１１と第三の強磁性層１０１２、第二の強磁性層１０３１と第四の強磁性層１０３２を、図１１に示した材料の組み合わせに従って、反平行結合するＲｕなどの中間層１０００を選択して３層の構成で使用してもかまわない。これらの材料はスパッタ法により形成されることが望ましい。図１０に記載した材料を用いることにより、高いトンネル磁気抵抗比と低いＪc、及び安定したスピントルク磁化反転が可能となる。特に強磁性固定層１０３は、その磁化を安定して固定するために、ＭｎＰｔ，ＭｎＦｅ、ＭｎＩｒなど、Ｍｎ化合物で構成される反強磁性膜を隣接させてよい。絶縁膜１０２は、酸化マグネシウム，アルミニウム酸化物、酸化シリコンなどの材料を用いることができる。
【００２３】
図１２は、本発明の磁気メモリセル１にスピントランスファートルク磁化反転方式を用いて書込みを行う際の、電流パルスの印加方法の例について図示したものである。ここに示すパルス電流は、上記した電流１０７に相当する。まず図１２（ａ）示す電流パルス印加方法は従来の方法であり、時間に対して矩形形状のＪcに相当するパルス電流（Ｉ1）を印加することになる。この方式を用いた場合、印加電流パルス幅が１０ナノ秒以下になると、強磁性自由層１０１の磁化が完全に反転しない場合が生じ、メモリセルへの書込みの誤りが発生する問題が生ずる。一方、図１２（ｂ）に示す電流パルス印加方法は、Ｉ1を印加した後、連続的に（ＩH＜Ｉ1）のパルス電流を印加する方式である。また図１２（ｃ）は、図１２（ｂ）に示した方法の逆で、Ｉ1を印加する前にＩH（ＩH＜Ｉ1）のパルス電流を印加する方式である。さらに図１２（ｄ）は、ＩH1（ＩH1＜Ｉ1）及びＩH2（ＩH2＜Ｉ1）をＩ1印加の前後で印加する方式である。図１２（ｂ）〜（ｄ）に示したように、Ｉ1印加に加えてＩH（ＩH1，ＩH2）の電流パルスを印加する方法は、スピントランスファートルク磁化反転をアシストし、誤り率を低減させる効果が期待できる。ＩＨを印加することは、スピントルク磁化反転のウォームアップ状態においてＣ形状磁区を形成し、Ｉ1印加による完全なスピントルク磁化反転を円滑かつ高速化を可能とする。上記電流パルス印加方式を、Ｃ形状磁区を形成できる構造をもつ磁気メモリセルに具備することで、さらなるスピントランスファートルク磁化反転書込みの誤り率の低減を可能とする。
【００２４】
図１３は、磁気メモリセル１を複数個アレイ状に配置して構成した本発明による磁気ランダムアクセスメモリの構成例を示す図である。ビット線１０６とゲート電極１１５がメモリセルに電気的に接続されている。ビット線１０６を制御するドライバーとしてビット線ドライバー２００１が設置され、ゲート電極１１５を制御するドライバーとしてゲートドライバー２００２が設置され、ギガビット級の容量をもつ磁気ランダムアクセスメモリが実現可能になる。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】本発明の磁気メモリセルの構成例を示す図であり、（ａ）は斜視図、（ｂ）は上面図。
【図２】上部電極と強磁性自由層の配置例を示す図。
【図３】本発明の磁気メモリセルの構成例を示す図。
【図４】本発明の磁気メモリセルに電流を印加したときに強磁性自由層に形成される磁気的構造の特徴を示した図。
【図５】従来の磁気メモリセルに電流を印加したときに強磁性自由層に形成される磁気的構造の特徴を示した図。
【図６】本発明の磁気メモリセルの構成例を示す図。
【図７】電流による磁界の大きさを示す図であり、（ａ）は磁界発生の模式図、（ｂ）は電極径方向と磁界の大きさの関係を示す図。
【図８】本発明の磁気メモリセルにおいて強磁性自由層の保磁力Ｈcとスピントランスファートルク磁化反転に必要な閾値電流密度Ｊcの関係を示した図。
【図９】強磁性体を被覆した上部電極と強磁性自由層の接続部の上面図。
【図１０】強磁性自由層と強磁性固定層に用いられる材料の例を示す図。
【図１１】強磁性自由層と強磁性固定層に用いられる材料の例を示す図。
【図１２】スピントランスファートルク磁化反転書き込みに使用可能なパルス形状を示した図であり、（ａ）は従来のパルス形状を示す図、（ｂ）〜（ｄ）は本発明によるパルス形状を示す図。
【図１３】本発明による磁気ランダムアクセスメモリの構成例を示す図。
【図１４】スピントランスファートルク磁化反転による書込み方式の問題点を説明する図。
【符号の説明】
【００２６】
１…磁気メモリセル、１００…トンネル磁気抵抗効果素子、１０１…強磁性自由層、１０２…絶縁膜、１０３…強磁性固定層、１０４…下部電極、１０５…トランジスタ、１０６…ビット線、１０７…電流、１０８…上部電極、１０９…磁界、１１２…接続面、１１３…磁区方向、１１４…スピン、１１５…ゲート電極、７０８…非磁性金属膜、８０１…強磁性金属被覆、１０００…中間層、１０１１…第一の強磁性層、１０１２…第三の強磁性層、１０３１…第二の強磁性層、１０３２…第四の強磁性層、２００１…ビット線ドライバー、２００２…ゲートドライバー
【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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