[发明专利]磁阻效应元件以及磁性随机存取存储器

说明书

技术领域

本发明的实施方式涉及磁阻效应元件以及磁性随机存取存储器。

背景技术

以往，提出了各种类型的固体磁性存储器。近年，提出了使用了表示巨磁阻（GMR：Giant Magneto Resistive）效应的磁阻效应元件的磁性随机存取存储器（MRAM：Magnetic Random Access Memory），特别是，使用了表示隧道磁阻（TMR：Tunneling Magneto Resistive）效应的铁磁性隧道结的磁性随机存取存储器受到关注。

铁磁性隧道结的MTJ（Magnetic Tunnel Junction）元件主要由第1铁磁性层、绝缘层、第2铁磁性层的3层膜构成。而且，在读出时，电流隧穿绝缘层地流过。该情况下，铁磁性隧道结的阻值根据第1以及第2铁磁性层的磁化的相对角的余弦变化。例如，铁磁性隧道结的阻值在第1以及第2铁磁性层的磁化的朝向平行（相同朝向）时取极小值，在反平行（相反朝向）时取极大值。将此称为上述的TMR效应。还存在通过该TMR效应产生的阻值的变化在室温下超过300％的情况。

在包含作为存储单元的铁磁性隧道结的MTJ元件的磁性存储器装置中，将至少一个铁磁性层视为基准层，使其磁化方向固定，并将其他铁磁性层设为记录层。在该单元，将2进制信息的“0”或“1”与基准层和记录层的磁化的配置的平行状态或反平行状态建立对应，由此，对信息进行存储。另外，也可以将“1”或“0”与基准层和记录层的磁化的配置的平行状态或反平行状态建立对应。

以往，记录信息的写入采取的方式是，通过使电流流通相对于该单元另外设置的写入布线而产生的磁场来使记录层的磁化反转（以下，称为电流磁场写入方式）。但是，在电流磁场写入方式中存在的问题点是，伴随着存储单元的细微化，写入所需的电流增加，大容量化变得困难。

近年，作为不同于电流磁场写入方式的磁性体的反转方式，提出了通过向MTJ元件直接通电，借助于从基准层注入的自旋转矩来使记录层的磁化反转的方式（以下称为自旋转矩写入方式）（例如，参照专利文献1）。自旋转矩写入方式具有的特征是：存储单元越被细微化，写入所需的电流越减少，大容量化很容易。从存储单元的信息读出是通过使电流流通铁磁性隧道结并检测通过TMR效应产生的阻抗变化来进行的。

通过配置多个这样的存储单元来构成磁性存储器。对于实际的构成，例如与DRAM相同地构成为以能够选择任意单元的方式对各存储单元配置开关晶体管并嵌入周边电路。自旋转矩写入方式适合于如上所述地减少信息写入所需的电流，但为了使磁化反转，需要向两个方向流通的电流，存在驱动所需的周边电路数增加的问题。

这是因为实际上实现大容量存储还需要削减存储单元部分以外的周边电路面积。作为解决该问题的方法，提案的方式是：使电流向一个方向流动，并使电流的大小以及脉冲宽度变化，由此，利用各条件下的自旋转矩写入电流的差别来产生朝向分别对应于信息“0”、“1”的方向的磁化反转（例如，参照专利文献2、3）。在使用这些技术的情况下，使脉冲宽度变化是决定磁化反转方向所需的参数。

因此，在为了进行没有误写入的稳定的写入而向与信息“0”、“1”的某一方对应的方向写入信息时，需要使脉冲宽度足够长。从存储器的高速工作的观点来看，这成为问题。而且，如果使专利文献2中记载的磁性体的进动的整数倍与脉冲宽度一致，则需要对存储单元内的各元件进行脉冲宽度的精密控制。但是，在实际的存储单元中，存在由布线电容的偏差产生的迟延或脉冲波形的偏差等，因此，所存在的问题是：一般很难高精度地控制元件间的脉冲宽度。所以，不能进行没有误写入的稳定的写入。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：美国专利第6，256，223号说明书

专利文献2：日本特开2009-152258号公报

专利文献3：美国专利申请公开第2009/0213642号说明书。

发明内容

发明所要解决的课题

本实施方式是考虑了上述情况而形成的，其目的在于提供一种能够使用单一方向电流进行没有误写入的稳定写入的磁阻效应元件以及磁性随机存取存储器。

用于解决课题的手段