(57)【要約】      （修正有）【課題】記憶層と、センス層と、この記憶層とこのセンス層との間に挿入されたトンネル障壁層とを有する磁気トンネル接合を備える磁気ランダムアクセスメモリセルを提供する。【解決手段】記憶層が、第１記憶磁化方向を呈する第１磁気層２３１と、第２記憶磁化方向を呈する第２磁気層２３２と、この第１記憶磁化方向がこの第２記憶磁化方向に対してほぼ反平行にあるように、前記第１磁気層と前記第２磁気層とを分離する非磁性の結合層２３３とから構成され、読み出し温度では、第１記憶磁化が、第２記憶磁化にほぼ等しく、前記読み出し温度より高い書き込み温度では、前記第２記憶磁化が、前記第１記憶磁化より大きいように、前記第１磁気層と前記第２磁気層とが配置されている。磁気トンネル接合が、低温で冷却されるときに、当該開示されたＭＲＡＭセルが、低い漂遊磁界を発生させる。【選択図】図１
2013123058.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
記憶層と、センス層と、この記憶層とこのセンス層との間に挿入されたトンネル障壁層とを有する磁気トンネル接合を備える磁気ランダムアクセスメモリ（ＭＲＡＭ）セルにおいて、
前記記憶層が、第１記憶磁化方向を呈する第１磁気層と、第２記憶磁化方向を呈する第２磁気層と、この第１記憶磁化方向がこの第２記憶磁化方向に対してほぼ反平行にあるように、前記第１磁気層と前記第２磁気層とを分離する非磁性の結合層とから構成され、
読み出し温度では、第１記憶磁化が、第２記憶磁化にほぼ等しく、前記読み出し温度より高い書き込み温度では、前記第２記憶磁化が、前記第１記憶磁化より大きいように、前記第１磁気層と前記第２磁気層とが配置されている当該磁気ランダムアクセスメモリセル。
【請求項２】
前記第１磁気層は、第１キュリー温度を呈する第１強磁性層から成り、前記第２磁気層は、前記第１キュリー温度より高い第２キュリー温度を呈する第２強磁性層から成る請求項１に記載の磁気ランダムアクセスメモリセル。
【請求項３】
前記書き込み温度は、前記第１キュリー温度及び前記第２キュリー温度より低く設定されている請求項２に記載の磁気ランダムアクセスメモリ。
【請求項４】
前記書き込み温度は、前記第１キュリー温度より高く且つ前記第２キュリー温度より低く設定されている請求項２に記載の磁気ランダムアクセスメモリセル。
【請求項５】
前記第１磁気層は、３ｄ記憶磁化方向を提供する遷移金属原子の副格子と、この３ｄ記憶磁化方向に対して反平行にある４ｆ記憶磁化方向を提供する希土類原子の副格子とから構成されるフェリ磁性のアモルファス合金からなり、前記第１記憶磁化方向は、前記３ｄ記憶磁化方向と前記４ｆ記憶磁化方向とのベクトル和に一致する請求項１に記載の磁気ランダムアクセスメモリセル。
【請求項６】
前記希土類の副格子は、第１キュリー温度を有し、前記遷移金属原子の副格子は、前記第１キュリー温度より高い第２キュリー温度を有する請求項５に記載の磁気ランダムアクセスメモリセル。
【請求項７】
前記書き込み温度は、フェリ磁性の記憶層の補償温度にほぼ一致し、前記第１記憶磁化方向が、ほぼ零になる請求項６に記載の磁気ランダムアクセスメモリセル。
【請求項８】
前記書き込み温度は、前記フェリ磁性の記憶層の前記希土類の副格子の前記第１キュリー温度にほぼ一致する請求項６に記載の磁気ランダムアクセスメモリセル。
【請求項９】
記憶層と、センス層と、この記憶層とこのセンス層との間のトンネル障壁層とを有する磁気トンネル接合を備える磁気ランダムアクセスメモリセルに書き込むための方法であって、前記記憶層が、第１記憶磁化方向を呈する第１磁気層と、第２記憶磁化方向を呈する第２磁気層と、この第１記憶磁化方向がこの第２記憶磁化方向に対してほぼ反平行にあるように、前記第１磁気層と前記第２磁気層とを分離する非磁性の結合層とから構成され、
読み出し温度では、第１記憶磁化が、第２記憶磁化にほぼ等しく、前記読み出し温度より高い書き込み温度では、前記第２記憶磁化が、前記第１記憶磁化より大きいように、前記第１磁気層と前記第２磁気層とが配置されている当該方法において、
当該方法は、前記磁気トンネル接合を前記書き込み温度で加熱すること、前記第１記憶磁化方向と前記第２記憶磁化方向とを調整すること及び前記磁気トンネル接合を前記読み出し温度で冷却することから成る当該方法。
【請求項１０】
前記第１記憶磁化方向と前記第２記憶磁化方向とを調整することが、書き込み磁界を印加することによって実行される請求項９に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
分野
本発明は、磁気トンネル接合が高温で加熱されるときに容易に調整され得る磁化方向を呈する合成記憶層を有し且つ磁気トンネル接合が低温で冷却されるときに低い漂遊磁界を発生する当該磁気トンネル接合を備える磁気ランダムアクセスメモリ（ＭＲＡＭ）セルに関する。また、本発明は、ＭＲＡＭセルに書き込むための熱アシストされた方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
関連技術の説明
一般に、いわゆる自己参照読み込み操作を使用するＭＲＡＭセルは、方向が第１安定方向から第２安定方向に変更され得る磁化方向を呈する磁気記憶層と、薄い絶縁層と、両方向を呈するセンス層とから形成された磁気トンネル接合を有する。自己参照ＭＲＡＭセルは、低い消費電力及び向上された速度で書き込み及び読み出しを実行することを可能にする。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかしながら、記憶層とセンス層との間の双極子カップリングが、読み出し操作中に局所漂遊磁界に起因して発生し、センス層の磁化を記憶層の磁化に閉じられた磁束構造で結合させる。したがって、センス層の磁化方向を読み出し操作中に切り替えることが、当該双極子カップリングに打ち勝つために十分に高い磁界を印加することを必要とする。当該双極子カップリングは、センス層のヒステリシスループを測定するために磁界サイクルを印加するときにヒステリシスループをシフト（バイアス）させる。この双極子カップリングは、記憶層及びセンス層の厚さ及び磁化に依存し且つ磁気トンネル接合の大きさに依存する。特に、双極子カップリングが、磁気トンネル接合の直径を減少させるにつれて増大し、したがってＭＲＡＭセルをより小さくするときに大きな問題になりうる。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
概要
本発明は、記憶層と、センス層と、この記憶層とこのセンス層との間に挿入されたトンネル障壁層とを有する磁気トンネル接合を備える磁気ランダムアクセスメモリ（ＭＲＡＭ）セルに関する。前記記憶層は、第１記憶磁化方向を呈する第１磁気層と、第２記憶磁化方向を呈する第２磁気層と、この第１記憶磁化方向がこの第２記憶磁化方向に対してほぼ反平行にあるように、この第１磁気層とこの第２磁気層とを分離する非磁性の結合層とから構成される。読み出し温度では、第１記憶磁化が、第２記憶磁化にほぼ等しく、前記読み出し温度より高い書き込み温度では、第２記憶磁化が、第１記憶磁化より大きいように、前記第１磁気層と前記第２磁気層とが配置されている。
【０００５】
一実施の形態では、前記第１磁気層は、第１キュリー温度を呈する第１強磁性層から成り得て、前記第２磁気層は、前記第１キュリー温度より高い第２キュリー温度を呈する第２強磁性層から成り得る。
【０００６】
別の実施の形態では、前記書き込み温度は、前記第１キュリー温度及び前記第２キュリー温度より低く設定され得る。
【０００７】
さらに別の実施の形態では、前記書き込み温度は、前記第１キュリー温度より高く且つ前記第２キュリー温度より低く設定され得る。
【０００８】
さらに別の実施の形態では、前記第１磁気層は、３ｄ記憶磁化方向を提供する遷移金属原子の副格子と、この３ｄ記憶磁化方向に対して反平行にある４ｆ記憶磁化方向を提供する希土類原子の副格子とから構成されるフェリ磁性のアモルファス合金からなり得る。前記第１記憶磁化方向は、前記３ｄ記憶磁化方向と前記４ｆ記憶磁化方向とのベクトル和に一致する。
【０００９】
さらに別の実施の形態では、前記希土類の副格子は、第１キュリー温度を有し得り、前記遷移金属原子の副格子は、前記第１キュリー温度より高い第２キュリー温度を有し得る。
【００１０】
さらの別の実施の形態では、前記書き込み温度は、フェリ磁性の記憶層の補償温度にほぼ一致する。この場合、前記第１記憶磁化方向が、ほぼ零になる。
【００１１】
さらに別の実施の形態では、前記書き込み温度は、前記フェリ磁性の記憶層の前記希土類の副格子の前記第１キュリー温度にほぼ一致し得る。
【００１２】
また、本発明は、前記磁気トンネル接合を前記書き込み温度に加熱すること、前記第１記憶磁化方向と前記第２記憶磁化方向とを調整すること及び前記磁気トンネル接合を前記読み出し温度に冷却することから成るＭＲＡＭセルに書き込むための方法に関する。
【００１３】
一実施の形態では、前記第１記憶磁化方向と前記第２記憶磁化方向とを調整することは、書き込み磁界を印加することによって実行され得る。
【００１４】
別の実施の形態では、前記ＭＲＡＭセルは、前記磁気トンネル接合の一方の端部に電気接触している電流線を有し、前記磁気トンネル接合を加熱することが、加熱電流を、前記電流線を通じて前記磁気トンネル接合に通電することから成り得る。
【００１５】
当該開示されたＭＲＡＭセルの第１記憶磁化と第２記憶磁化とは、磁気トンネル接合が高温で加熱されるときに容易に調整され得て且つ磁気トンネル接合が低温で冷却されるときに低い漂遊磁界を発生する。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
図面の簡単な説明
本発明は、例によって与えられ且つ図面によって示された一実施の形態の説明を用いてより良好に理解される。
【図１】一実施の形態による、第１記憶磁化方向と第２記憶磁化方向とを呈する記憶層を有する磁気トンネル接合を備える自己参照磁気ランダムアクセスメモリ（ＭＲＡＭ）セルを示す。
【図２】第１記憶磁化方向と第２記憶磁化方向との、磁化の温度依存性を示す。
【図３】一実施の形態による、第１記憶磁化方向と第２記憶磁化方向との配列を示す記憶層の上面図である。
【図４】図３の実施の形態による記憶層の磁化曲線を示す。
【図５】別の実施の形態による、第１記憶磁化方向と第２記憶磁化方向との配列を示す。
【図６】図５の実施の形態による、記憶層の磁化曲線を示す。
【図７】さらに別の実施の形態による、第１記憶磁化方向と第２記憶磁化方向との配列を示す。
【図８】図７の実施の形態による、記憶層の磁化曲線を示す。
【図９】別の実施の形態による、自己参照磁気ランダムアクセスメモリセルを示す。
【図１０】図９の実施の形態による、自己参照磁気ランダムアクセスメモリセルの第１記憶磁化方向と第２記憶磁化方向との、磁化の温度依存性を示す。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
可能な実施の形態の詳細な説明
図１は、一実施の形態による自己参照磁気ランダムアクセスメモリ（ＭＲＡＭ）セルを示す。このＭＲＡＭセル１は、記憶層２３と、センス層２１と、この記憶層２３とこのセンス層２１との間に挿入されたトンネル障壁層２２とを有する磁気トンネル接合２を備える。
【００１８】
図１の実施の形態では、記憶層２３が、強磁性であり且つ第１記憶磁化方向２３４を呈する第１磁気層２３１と、強磁性であり且つ第２記憶磁化方向２３５を呈する第２磁気層２３２と、この第１強磁性層２３１とこの第２強磁性層２３２とを分離している非磁性の結合層２３３とから構成されている合成反強磁性（ＳＡＦ）構造から成る記憶層２３から成る。これらの強磁性層２３１及び２３２は、例えば鉄−コバルト（ＣｏＦｅ）、コバルト鉄ボロン（ＣｏＦｅＢ）、鉄−ニッケル（ＮｉＦｅ）、コバルト（Ｃｏ）等のような材料から製作されてもよい。第１強磁性層２３１と第２強磁性層２３２との厚さが、例えば１ｎｍ〜１０ｎｍで構成され得るものの、好ましくは約１．５ｎｍ〜約４ｎｍで構成され得る。
【００１９】
結合層２３３が、ルテニウム（Ｒｕ）、レニウム（Ｒｅ）、ロジウム（Ｒｈ）、テルル（Ｔｅ）、イットリウム（Ｙ）、クロム（Ｃｒ）イリジウム（Ｉｒ）、銀（Ａｇ）、銅（Ｃｕ）等から成るグループから選択された材料でもよい。好ましくは、結合層２３３は、ルテニウムから製作される。当該結合層２３３の寸法（例えば、厚さ）は、第１記憶磁化方向２３４が第２記憶磁化方向２３５と反平行に配向されるように、第１強磁性層２３１と第２強磁性層２３２とを磁気結合させるために選択されてもよい。当該厚さは、結合層２３３が形成される材料に依存しうる。一般に、当該厚さは、約０．２ｎｍ〜約３ｎｍで構成され、好ましくは約０．６ｎｍ〜約２ｎｍで構成され、又は約０．６ｎｍ〜約０．９ｎｍで構成され、又は約１．６ｎｍ〜約２ｎｍで構成される。その他の厚さも、強磁性層２３１及び２３２を結合するために適合しうる。
【００２０】
磁気トンネル接合２は、両方向であるセンス磁化方向２１０を呈するセンス層２１と、このセンス層２１を記憶層２３から分離しているトンネル障壁層２２とをさらに有する。より低い切り替え磁界を得るため、センス層２１が、コバルト鉄ボロンを母材とした合金の代わりに、鉄−ニッケルを母材とした合金から製作されてもよい。好ましくは、センス層２１は、交換バイアスされず、その磁化方向が、例えば熱運動に起因して自由に変更され得る方向を呈する。すなわち、その磁化方向が、磁界の向きに自由に揃えられ得る。トンネル障壁層２２は、一般にはナノメートルの範囲内の薄い層であり、例えばアルミナ（Ａｌ２Ｏ３）又は酸化マグネシウム（ＭｇＯ）のような適合した任意の絶縁材料から形成され得る。
【００２１】
一実施の形態では、図１の典型的な構成で示されたように、記憶層２３が、反強磁性層２４に交換結合され得る。この反強磁性層２４は、臨界温度未満で第１強磁性層２３１の第１記憶磁化方向２３４をピン止めし、当該臨界温度以上でこの第１記憶磁化方向２３４を自由にするように適合されている。反強磁性層２４は、ＩｒＭｎ、ＰｔＭｎ若しくはＦｅＭｎ又はその他の任意の適合した材料のようなマンガンを母材とした合金から製作され得る。
【００２２】
好適な一実施の形態では、第１強磁性層２３１が、第２強磁性層２３２の第２キュリー温度ＴＣ２より低い第１キュリー温度ＴＣ１を呈する。
【００２３】
図２は、一実施の形態による、第１記憶磁化方向２３４と第２記憶磁化方向２３５との、飽和磁化ＭＳの温度依存性を示す。温度が、キュリー温度ＴＣ１とＴＣ２とにそれぞれ向かって上昇するにつれて、第１記憶磁化２３４及び第２記憶磁化２３５が低下する。キュリー温度ＴＣ１、ＴＣ２以上では、第１磁化２３４と第２磁化２３５との正味の磁化がそれぞれ、零になり、当該材料が常磁性であるように、熱搖動が発生する。また、記憶層２３の実効記憶磁化方向の温度依存性が、図２中に示されている。当該実効記憶磁化方向２３６が、第１記憶磁化方向２３４と第２記憶磁化方向２３５とのベクトル和に一致する。第１キュリー温度ＴＣ１及び第２キュリー温度ＴＣ２より十分下にある閾値温度ＴＳより低い読み出し温度では、第１記憶磁化方向２３４と第２記憶磁化方向２３５とが、ほぼ等しく、実効記憶磁化方向２３６が、ほぼ零である。ここで、表現の、ほぼ等しい及びほぼ零はそれぞれ、正確に等しい及び正確に零を含む。したがって、実効記憶磁化方向２３６によって生成される正味の記憶漂遊磁界（図示せず）が、ほぼ零であり、双極子カップリングが、記憶層２３とセンス層２１との間で起きない。その結果、読み出し温度Ｔ１では、センス磁化方向２１０が、例えば小さい外部磁界を使用して容易に切り替えられ得る。したがって、磁気トンネル接合２を読み出し温度Ｔ１でセットすることが、ＭＲＡＭセル１の読み出し操作を実行するときに有益である。当該読み出し温度Ｔ１は、ＭＲＡＭセル１の操作温度、例えばＭＲＡＭセルの周囲温度に一致する。
【００２４】
図３ａ〜３ｄは、一実施の形態による第１記憶磁化方向２３４と第２記憶磁化方向２３５との配列を示す記憶層２３の上面図である。この場合、磁気トンネル接合２が、読み出し温度Ｔ１にある。図４は、磁気トンネル接合２が読み出し温度Ｔ１にある場合の、合成反強磁性の記憶層２３の磁化曲線を示す。符号Ｂは、外部の書き込み磁界４２の大きさを示し、符号Ｍは、第１記憶磁化２３４と第２記憶磁化２３５との磁化値を示す。図４は、書き込み磁界４２がスピンフロップ磁界値ＢＳＦ（図４中に符号[２]によって示された平らな部分）より下にある大きさで印加されるときに、第１記憶磁化方向２３４と第２記憶磁化方向２３５との切り替えが発生しないことを示す。このとき、第１記憶磁化方向２３４と第２記憶磁化方向２３５とが、結合層２３３の結合効果に起因して反平行に配向される（図３ｂ及び３ｃ参照）。書き込み磁界４２の大きさが、スピンフロップ磁界値ＢＳＦの上で増大されるときは（図４中の符号[１]及び[２]によって示された部分）、第１記憶磁化方向２３４が、第２記憶磁化方向２３５ともはや反平行でないものの、この第２記憶磁化方向と所定の角度αを成す（図３ａ及び３ｄ参照）。書き込み磁界４２を飽和磁界値ＢＳＡＴに向けてさらに増大させることによって、第１記憶磁化方向２３４が、第２記憶磁化方向２３５に対してほぼ平行に配向され得る（図３中に図示せず）。
【００２５】
磁気トンネル接合２の読み出し温度Ｔ１では、したがって、第１記憶磁化方向２３４と第２記憶磁化方向２３５とを切り替えることが、書き込み磁界４２をスピンフロップ磁界値ＢＳＦより上の大きさで印加することを必要とする。一般的なスピンフロップ値ＢＳＦが、約４００エルステッド〜６００エルステッドの範囲にわたるので、第１記憶磁化方向２３４と第２記憶磁化方向２３５との切り替えを磁気トンネル接合２の読み出し温度Ｔ１で切り替えることが、大きさが少なくとも４００エルステッドである書き込み磁界４２を必要とする。
【００２６】
図５ａ〜５ｄは、磁気トンネル接合２が閾値温度（ＴＳ）より高い、すなわち読み出し温度Ｔ１より高い書き込み温度Ｔ２にある場合の、第１記憶磁化方向２３４と第２記憶磁化方向２３５との配列を示す。この例では、第２記憶磁化方向２３５が、第１記憶磁化方向２３４より大きくなり（図２参照）、実効記憶磁化方向２３６が零でないように、当該書き込み温度Ｔ２が、第１キュリー温度ＴＣ１及び第２キュリー温度ＴＣ２より低いものの、第１キュリー温度ＴＣ１の近くにある。図５ａ〜５ｄでは、第２記憶磁化方向２３５のより大きい大きさが、より太い矢印２３５によって示されている。
【００２７】
図６は、磁気トンネル接合２が書き込み温度Ｔ２にあるときに、書き込み磁界４２が印加される場合の、合成反強磁性の記憶層２３の磁化曲線を示す。この場合には、当該磁化曲線は、図６中の符号[２]及び[３]によって示された曲線部分内のヒステリシスを示す。すなわち、書き込み磁界４２が、切り替え磁界値ＢＳ以上の大きさで印加されるときに、第１記憶磁化方向２３４と第２記憶磁化方向２３５とが、例えば図５ｂ中に示された最初の方向から図５ｃ中に示された別の方向に切り替えられ得る。図によれば、当該切り替え磁場ＢＳは、８０エルステッド未満になりうる。図５ｂ及び５ｃでは、第１記憶磁化方向２３４と第２記憶磁化方向２３５とが、結合層２３３の結合効果に起因して反平行に配向されている。図４の磁化曲線と同様に、図６中の部分[１]及び[４]が、図５ａ及び５ｂ中に示された配列を引き起こすフリップフロップ磁界値ＢＳＦ以上の大きさで印加される書き込み磁界４２に一致する。この場合、第１記憶磁化方向２３３と第２記憶磁化方向２３４とが、互いに所定の角度αを形成する。
【００２８】
図７ａ及び７ｂは、磁気トンネル接合２が、第１キュリー温度ＴＣ１より高いものの、第２キュリー温度ＴＣ２より低い書き込み温度Ｔ３にある場合の、第１記憶磁化方向２３４と第２記憶磁化方向２３５との配列を示す（図２参照）。磁気トンネル接合２が、第１キュリー温度ＴＣ１より高いので、第１記憶磁化２３４が、ほぼ零になる。したがって、実効記憶磁化方向２３６が、第２記憶磁化方向２３５だけによって決定される。図７ａ及び７ｂでは、当該実効記憶磁化方向２３６が、第２記憶磁化方向２３５だけを表示することによって示されている。この構成では、合成反強磁性の記憶層２３が、あたかも第２強磁性層２３２だけから構成されているように、当該記憶層２３が挙動する。
【００２９】
図８は、磁気トンネル接合２が書き込み温度Ｔ３にあるときに、書き込み磁界４２が印加される場合の、合成反強磁性の記憶層２３の磁化曲線を示す。図８の当該磁化曲線は、符号[１]及び[２]によって示された曲線部分内のヒステリシスを示す。書き込み磁界４２が、切り替え磁界値ＢＳ以上の大きさで印加されるときに、第２記憶磁化方向２３５が、例えば図７ａ中に示された最初の方向から図７ｂ中に示された別の方向に切り替えられ得る。ここで、第２記憶磁化方向２３５が切り替えられるだけで済むので、切り替え磁界値ＢＳが、４０エルステッド未満になりうる。
【００３０】
一実施の形態によれば、ＭＲＡＭセル１の熱アシストされた書き込み操作が、磁気トンネル接合２を書き込み温度Ｔ２、Ｔ３、Ｔ４に加熱すること、第１記憶磁化方向２３４と第２記憶磁化方向２３５とを調整すること及びこの磁気トンネル接合２を読み出し温度Ｔ１に冷却することからなり得る。
【００３１】
第１記憶磁化方向２３４と第２記憶磁化方向２３５とを調整することが、書き込み磁界４２を印加することによって実行され得る。一例だけによれば、書き込み磁界４２が、書き込み電流４１を界磁線４中に通電することによって発生され得る（図１参照）。この代わりに、書き込み磁界４２が、界磁電流４１を、磁気トンネル接合２の一方の端部に電気接触している電流線５中に通電することによって発生されてもよい。書き込み磁界４２の大きさが、第１記憶磁化方向２３４と第２記憶磁化方向２３５とを書き込み磁界４２の方向に応じて揃えるか又は界磁電流４１の大きさと極性とに揃えるように適合されている。さらに特に、図１では、界磁電流４１が、当該頁内を指して示されていて、且つ、書き込み磁界４２が、左側に向かって指している矢印によって示されている。この代わりに、第１記憶磁化方向２３４と第２記憶磁化方向２３５とが、スピン偏極電流（図示せず）を、例えば電流線５を通じて磁気トンネル接合２中に通電することによって調整されてもよい。
【００３２】
磁気トンネル接合２を加熱することは、図１中に示されたように、例えば加熱電流３１を、電流線５を通じて磁気トンネル接合２中に通電することによって実行され得る。好ましくは、当該磁気トンネル接合２が、書き込み温度Ｔ３で加熱される。この書き込み温度Ｔ３では、第１記憶磁化方向２３４が、ほぼ零になる。そしてこの場合には、第１記憶磁化方向２３４と第２記憶磁化方向２３５とを調整することが、最も容易であり、例えば最も低い書き込み磁界４２で済む。一実施の形態では、当該書き込み温度Ｔ３が、ほぼ最大にある実効記憶磁化２３６に対応する。図２の例では、実効記憶磁化２３６の最大値が、第１キュリー温度ＴＣ１に一致する。この場合、第１記憶字磁化２３４が、零になり、第２記憶磁化２３５が、第２キュリー温度ＴＣ２より低いときに存在する。したがって、当該唯一の第２記憶磁化方向２３５を切り替えるために要求される書き込み磁界４２が、書き込み温度Ｔ３で最も低い。例えば、切り替え磁界値ＢＳが、４０エルステッドより低くなりうる。
【００３３】
磁気トンネル接合２が、好ましくは読み出し温度Ｔ１で冷却される。この場合、第１記憶磁化方向２３４と第２記憶磁化方向２３５とが、ほぼ等しく、実効記憶磁化２３６が、ほぼ零である（図２参照）。したがって、読み出し温度Ｔ１では、記憶漂遊磁界が、記憶層２３によって基本的に発生されず、双極子カップリングが、記憶層２３とセンス層２１との間でほとんど発生しない。読み出し温度Ｔ１では、センス磁化方向２１０が、例えば（４０エルステッド未満の）小さい外部磁界を使用して容易に切り替えられ得る。したがって、磁気トンネル接合２を読み出し温度Ｔ１でセットすることが、ＭＲＡＭセル１の読み出し操作を実行するときに有益である。
【００３４】
第２の実施の形態
図９は、別の実施の形態によるＭＲＡＭセル１を示す。この場合、合成反強磁性の記憶層２３の第１磁気層が、フェリ磁性である。好ましくは、当該強磁性の記憶層２３１は、フェリ磁性のアモルファス合金から成る。当該フェリ磁性のアモルファス合金は、適切な元素及び相対組成を遷移金属と希土類物質との間で選択することによって提供され得る。さらに特に、当該フェリ磁性の記憶層２３１は、４ｆ記憶磁化方向２３４２を提供する希土類原子の副格子と、この４ｆ記憶磁化方向に対してほぼ反平行に配向される３ｄ記憶磁化方向２３４１を提供する遷移金属原子の副格子とから成る。当該フェリ磁性の記憶層２３１の第１記憶磁化方向２３４が、３ｄ記憶磁化方向２３４１と４ｆ記憶磁化方向２３４２とのベクトル和に一致する。図９及び１０の例で示されたように、第２記憶磁化方向２３５が、３ｄ記憶磁化方向２３４１に平行に結合されるように、結合層２３３の厚さが選択され得る。
【００３５】
図１０は、図９の実施の形態によるＭＲＡＭセル１の４ｆ記憶磁化２３４２及び３ｄ記憶磁化方向２３４１並びに第２記憶磁化２３５の温度依存性を示す。記憶層２３の第１記憶磁化２３４及び実効記憶磁化２３６の温度依存性も、図１０中に示されている。図１０の例では、フェリ磁性の記憶層２３１の希土類の副格子の第１キュリー温度ＴＣ１が、フェリ磁性の記憶層２３１と第２記憶層２３２との遷移金属の副格子の第２キュリー温度ＴＣ２より低い。
【００３６】
４ｆ記憶磁化方向２３４２と３ｄ記憶磁化方向２３４１とのベクトル和が、第２記憶磁化方向２３５とほぼ同じ大きさを有する第１記憶磁化方向２３４になるように、フェリ磁性のアモルファス合金が、磁気トンネル接合２の読み出し温度Ｔ１で提供され得る（図１０参照）。結合層２３３の磁気結合に起因して、第１記憶磁化方向２３４が、第２記憶磁化方向２３５に対してほぼ反平行に配向される結果、実効記憶磁化方向２３６が、ほぼ零である。この構成では、第１記憶磁化方向２３４と第２記憶磁化方向２３５との切り替えが、書き込み操作中に高い書き込み磁界４２を必要とする。しかしながら、この構成では、双極子カップリングが、記憶層２３とセンス層２１との間でほとんど発生しなく、センス磁化方向２１０が容易に切り替えられ得る。読み出し温度Ｔ１でほぼ等しい第１磁化方向２３４と第２磁化方向２３５とを呈することが、例えばフェリ磁性の記憶層２３１の厚さと第２記憶層２３２の厚さとを調整することによって獲得され得る。
【００３７】
磁気トンネル接合２を書き込み温度Ｔ２で加熱すると、４ｆ記憶磁化２３４２は減少する一方で、３ｄ記憶磁化方向２３４１はほとんど変化しないままである。したがって、第１記憶磁化２３４が、読み出し温度Ｔ１での第１記憶磁化２３４に比べて減少される。書き込み温度Ｔ２では、第２記憶磁化２３５も、読み出し温度Ｔ１での第２記憶磁化２３５に比べてほとんど変化されないままであるので、実効記憶磁化２３６が増大され、第１記憶磁化方向２３４と第２記憶磁化方向２３５とを切り替えるために要求される書き込み磁界４２をさらに減少させる。
【００３８】
磁気トンネル接合２は、書き込み温度Ｔ３でさらに加熱され得る。この場合、第１記憶磁化２３４が、ほぼ零になる。図１０の例では、当該書き込み温度Ｔ３は、フェリ磁性の記憶層２３１の補償温度ＴＣＯＭＰにほぼ一致する。この場合、４ｆ記憶磁化２３４２が、反対方向に配向された３ｄ記憶磁化２３４１にほぼ等しい。書き込み温度Ｔ３では、実効記憶磁化２３６がさらに増大されるように、第２記憶磁化２３５が、書き込み温度Ｔ２での第２記憶磁化２３５に比べて僅かだけ減少される。したがって、第１記憶磁化方向２３４と第２記憶磁化方向２３５とを切り替えるために要求される書き込み磁４２が、さらに減少され得る。
【００３９】
磁気トンネル接合２を、フェリ磁性の記憶層２３１の希土類の副格子の第１キュリー温度ＴＣ１にほぼ一致する書き込み温度Ｔ４で加熱すると、４ｆ記憶磁化２３４２が、ほぼ零になる。したがって、当該書き込み温度Ｔ４では、第１記憶磁化方向２３４と第２記憶磁化方向２３５とのベクトル和が、最大である。したがって、第１記憶磁化方向２３４と第２記憶磁化方向２３５とを切り替えるために要求される書き込み磁界４２が、最少である。
【符号の説明】
【００４０】
１        磁気ランダムアクセスメモリセル
２        磁気トンネル接合
２１      センス層
２１０    センス磁化方向、センス磁化
２２      トンネル障壁層
２３      合成記憶層
２３１    第１磁気層
２３２    第２磁気層
２３３    結合層
２３４    第１記憶磁化方向、第１記憶磁化
２３４１  ３ｄ記憶磁化方向、３ｄ記憶磁化
２３４２  ４ｆ記憶磁化方向、４ｆ記憶磁化
２３５    第２記憶磁化方向、第２記憶磁化
２３６    実効記憶磁化方向、実効記憶磁化
２４      反強磁性層
３１      加熱電流
４        界磁線
４１      書き込み電流、界磁電流
４２      書き込み磁界
５        電流線
ＢＳ  切り替え磁界
ＢＳＡＴ  飽和磁界
ＢＳＦ  スピンフロップ磁界
Ｔ１  読み出し温度
Ｔ２，Ｔ３，Ｔ４  書き込み温度
ＴＣ１  第１キュリー温度
ＴＣ２  第２キュリー温度
【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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【外国語明細書】
2013123058000001.pdf