[发明专利]磁存储器和磁存储器记录方法

说明书

[问题]为了提供一种磁存储器，其中反转误差的发生可以被抑制并且可以实现稳定记录。[方案]一种磁存储器包括：自旋轨道层，其中自旋极化电子由电流产生；磁存储元件，提供在自旋轨道层上并且具有由绝缘层和磁性层组成的叠层结构，在该磁性层中磁化方向根据要记录的信息改变；以及电压施加层，经由绝缘层向磁性层施加电压。电压施加层在电流在自旋轨道层中流动的同时向磁性层施加电压，从而改变磁性层的磁各向异性或磁阻尼常数。

技术领域

本公开涉及磁存储器和磁存储器记录方法。

背景技术

随着从高容量服务器到移动终端的各种信息设备的快速发展，在诸如构成信息设备的存储器和逻辑的元件中追求诸如更高集成度、更高速度、更低功耗等的更高性能。特别是，非易失性半导体存储器的进步是显著的。例如，作为大容量文件存储器的闪速存储器已经变得流行以驱动硬盘驱动器。同时，考虑到对代码存储应用和工作存储器的应用，正在开发各种类型的半导体存储器，诸如铁电随机存取存储器(FeRAM)、磁随机存取存储器(MRAM)和相变随机存取存储器(PCRAM)，从而替换目前通常使用的NOR闪速存储器、动态随机存取存储器(DRAM)等。注意，这些半导体存储器中的一些已经投入实际使用。

MRAM(其是上述半导体存储器之一)通过改变MRAM的磁存储元件的磁体的磁化状态，利用电阻的变化来记录信息。这种MRAM能够执行高速操作并且能够几乎无限地重写(10¹⁵次或更多次)，并且由于其高可靠性已经在诸如工业自动化和飞机的领域中被使用。此外，MRAM由于其高速操作和高可靠性而期望在未来发展为代码存储和工作存储器。

在这样的MRAM当中，使用自旋转矩磁化反转来反转磁体的磁化的MRAM被很多地期望，因为使用诸如高速操作的上述优点能够实现更低的功耗和更大的容量。注意，使用这种自旋转矩磁化反转的MRAM被称为自旋转移矩-磁随机存取存储器(STT-MRAM)。

此外，为了进一步提高MRAM中的更大容量，需要进一步减小用于反转磁化的反转电流。作为方法之一，正在研究用于使用自旋轨道转矩来记录信息的自旋轨道转矩-磁随机存取存储器(SOT-MRAM)，该自旋轨道转矩在电流在非磁性金属中流动时引起的自旋极化中造成。

SOT-MRAM的磁存储元件的基本配置包括：其中磁化方向改变以记录信息的磁性层；向磁性层设置自旋轨道转矩的自旋轨道层；以及用于读取记录在磁性层中的信息的机构。例如，下面的专利文献1和非专利文献1公开了使用自旋轨道转矩反转磁化方向的SOT-MRAM。

引文列表

专利文献

专利文献1：日本专利申请公开第2014-45196号非专利文献

非专利文献1：Applied Physics Letters 104,042406(2014)

非专利文献2：Nature Materials 3172(2012)

发明内容

本发明要解决的问题

顺便提及，SOT-MRAM的磁存储元件的磁性层可以由面内磁化膜或垂直磁化膜形成。然而，使用垂直磁化膜有利于SOT-MRAM的更大容量。在使用垂直磁化膜作为磁性层的情况下，使磁化方向旋转的力继续作用在磁性层上，同时电流在自旋轨道层中流动。因此，为了在期望的方向上稳定地反转磁性层的磁化方向，需要严格控制在自旋轨道层中流动的脉冲电流的电流值和时间宽度(脉冲宽度)。

然而，在其中集成了多个磁存储元件的磁存储器中，磁存储元件的特性变化，并且用于使磁性层的磁化方向在期望的方向上稳定地反转的电流值和脉冲宽度的最佳值在每个磁存储元件中是不同的。此外，由于上述最佳值根据使用磁存储器的环境的温度等而变化，因此难以有利地控制在自旋轨道层中流动的电流的电流值和脉冲宽度。因此，难以抑制其中磁存储元件的磁性层未按需要反转或无意地反转的反转误差的发生。