JP2017139399A - 磁気メモリ - Google Patents

Abstract

【課題】温度変動を効率的に補償できる磁気メモリを提供することを目的とする。
【解決手段】本発明の一態様に係る磁気メモリは、磁気抵抗効果素子と、前記磁気抵抗効果素子に設けられた導電部と、前記導電部の抵抗値変化に基づき前記磁気抵抗効果素子の駆動温度を判断し、前記磁気抵抗効果素子に印加する電流量を制御できる制御部と、を有する。
【選択図】図１

Description

本発明は、磁気メモリに関する。

強磁性層と非磁性層の多層膜からなる巨大磁気抵抗（ＧＭＲ）素子、及び、非磁性層に絶縁層（トンネルバリア層、バリア層）を用いたトンネル磁気抵抗（ＴＭＲ）素子が知られている。一般に、ＴＭＲ素子は、ＧＭＲ素子と比較して素子抵抗が高いものの、ＴＭＲ素子の磁気抵抗（ＭＲ）比は、ＧＭＲ素子のＭＲ比より大きい。そのため、磁気センサ、高周波部品、磁気ヘッド及び不揮発性ランダムアクセスメモリ（ＭＲＡＭ）用の素子として、ＴＭＲ素子に注目が集まっている。

ＭＲＡＭは、絶縁層を挟む二つの強磁性層の互いの磁化の向きが変化するとＴＭＲ素子の素子抵抗が変化するという特性を利用してデータを読み書きする。ＭＲＡＭの書き込み方式としては、電流が作る磁場を利用して書き込み（磁化反転）を行う方式や磁気抵抗効果素子の積層方向に電流を流して生ずるスピントランスファートルク（ＳＴＴ）を利用して書き込み（磁化反転）を行う方式が知られている。

ところで、強磁性層の保磁力は、強磁性層の温度に依存することが知られている。強磁性層の温度が高くなると、強磁性体の保磁力は小さくなる。そのため、一般のＭＲＡＭは、保磁力の大きな低温時にも書き込み（磁化反転）可能で、かつ、保磁力の小さな高温時でもデータが保持できる（磁化反転しない）ように設計されている。

市場に出回る製品の保証温度は使用される想定温度よりも広く設定されることが通常である。そのため、上記のような設計で作製されたＭＲＡＭは、実際に使用する際の読み書きの効率が充分とは言えなかった。そこで、温度変化に伴う保磁力の変化を補償するために、特許文献１〜３には磁気抵抗効果素子の温度を温度センサで測定し、温度に応じて印加する電流量を変えることが記載されている。

特開２００４−９５１５７号公報 特開２００４−３２６９５１号公報 特開２００５−３２２３５２号公報

しかしながら、特許文献１〜３に記載されたメモリ素子は、磁気抵抗効果素子と別に設けられた素子または回路によって温度を測定している。このように、温度を測定するために、素子または回路を別途設けると、メモリ素子の構造が複雑化し、メモリ素子の集積性が低下するという問題もある。

本発明は上記問題に鑑みてなされたものであり、温度変化を補償でき、集積性の高い磁気メモリを提供することを目的とする。

本発明者らは、導電部を磁気抵抗効果素子に積層することで、温度変化を導電部の抵抗値変化によって判断することができ、磁気抵抗効果素子の温度変化を別途の素子を設けることなく、正確に測定できることを見出した。また磁気抵抗効果素子に印加する電流を所定の条件に従って制御することで、より効率的に温度変化を補償できることを見出し、本発明を完成させた。
すなわち、本発明は、上記課題を解決するため、以下の手段を提供する。

（１）本発明の一態様に係る磁気メモリは、磁気抵抗効果素子と、前記磁気抵抗効果素子に積層された導電部と、前記導電部の抵抗値変化に基づき前記磁気抵抗効果素子の駆動温度を判断し、前記磁気抵抗効果素子に印加する電流量を制御できる制御部と、を有する。

（２）上記（１）に記載の磁気メモリにおいて、前記導電部がライン状であり、所定の領域内において所定のパターンを形成してもよい。

（３）上記（１）又は（２）のいずれかに記載の磁気メモリにおいて、前記磁気抵抗効果素子が凹部を有し、前記導電部が前記凹部に設けられていてもよい。

（４）上記（１）〜（３）のいずれか一つに記載の磁気メモリにおける前記磁気抵抗効果素子の昇温過程において、前記制御部が、摂氏０℃以下の昇温時低温領域、摂氏０℃〜７５℃の昇温時室温領域及び摂氏７５℃以上の昇温時高温領域の領域毎に印加する電流量を変えてもよい。

（５）上記（１）〜（４）のいずれか一つに記載の磁気メモリにおける前記磁気抵抗効果素子の降温過程において、前記制御部が、摂氏−１０℃以下の降温時低温領域、摂氏−１０℃〜６５℃の降温時室温領域及び摂氏６５℃以上の降温時高温領域の領域毎に印加する電流量を変えてもよい。

（６）上記（１）〜（５）のいずれか一つに記載の磁気メモリにおいて、前記制御部が、前記領域毎に印加する電流量をＳＣＲ理論に基づいて出力してもよい。

（７）上記（１）〜（５）のいずれか一つに記載の磁気メモリにおいて、前記制御部が、前記領域毎に印加する電流量を熱擾乱の理論に基づいて出力してもよい。

本発明の一態様に係る磁気メモリによれば、温度を測定するための素子を別途設けることなく、より効率的に温度変化を補償できる。

本発明の第１実施形態に係る磁気メモリの模式図である。 本発明の第１実施形態に係る磁気メモリの要部拡大図である。 本発明の第１実施形態に係る磁気メモリにおける導電部の平面模式図である。 本発明の第２実施形態に係る磁気メモリの別の例の要部拡大図である。

以下、本発明について、図を適宜参照しながら詳細に説明する。以下の説明で用いる図面は、本発明の特徴をわかりやすくするために便宜上特徴となる部分を拡大して示している場合があり、各構成要素の寸法比率などは実際とは異なっていることがある。以下の説明において例示される材料、寸法等は一例であって、本発明はそれらに限定されるものではなく、その要旨を変更しない範囲で適宜変更して実施することが可能である。

「第１実施形態」
図１は、本発明の第１実施形態に係る磁気メモリの模式図である。また図２は、本発明の第１実施形態に係る磁気メモリの要部の断面を拡大した模式図である。本発明の第１実施形態に係る磁気メモリ１００は、磁気抵抗効果素子１０と、導電部２０と、制御部３０と、を有する。磁気メモリ１００は、基板１５上に形成されている。基板１５には、磁気メモリ１００の他に、データを出力するドライバ、データを入力するレシーバ、データを増幅する増幅器等を含む中央演算処理装置（ＣＰＵ）等のその他の回路を同時に有していてもよい。

［磁気抵抗効果素子］
磁気抵抗効果素子１０は、図２に示すように、第１強磁性金属層１１と、第２強磁性金属層１２と、非磁性層１３とを有する。第１強磁性金属層１１及び第２強磁性金属層１２には、配線１４が接続されている。図２は、磁気抵抗効果素子１０の中央を通り、第２強磁性金属層１２に接続される配線に延在する方向に沿った断面図であり、第１強磁性金属層１１に接続される配線は図示されない。
また磁気抵抗効果素子１０の効果を実現できる範囲でその他の層を有していてもよい。例えば、基板１５と第１強磁性金属層１１の間に下地層を有していてもよい。また例えば、第２強磁性金属層１２の非磁性層１３と接する面と反対側の面にキャップ層を有していてもよい。

（第１強磁性金属層、第２強磁性金属層）
第１強磁性金属層１１は、第２強磁性金属層１２より保磁力が大きい。すなわち、磁気抵抗効果素子１０は、第１強磁性金属層１１の磁化が一方向に固定され、第２強磁性金属層１２の磁化の向きが相対的に変化することで機能する。第１強磁性金属層１１は固定層または参照層と呼ばれ、第２強磁性金属層１２は自由層または記録層と呼ばれる。

第１強磁性金属層１１には、公知の材料を用いることができる。例えば、Ｃｒ、Ｍｎ、Ｃｏ、Ｆｅ及びＮｉからなる群から選択される金属及びこれらの金属を１種以上含み強磁性を示す合金を用いることができる。またこれらの金属と、Ｂ、Ｃ、及びＮの少なくとも１種以上の元素とを含む合金を用いることもできる。具体的には、Ｃｏ−ＦｅやＣｏ−Ｆｅ−Ｂが挙げられる。

またより高い出力を得るためにはＣｏ_２ＦｅＳｉなどのホイスラー合金を用いることができる。ホイスラー合金は、Ｘ_２ＹＺの化学組成をもつ金属間化合物を含む。Ｘは、周期表上でＣｏ、Ｆｅ、Ｎｉ、あるいはＣｕ族の遷移金属元素または貴金属元素である。Ｙは、Ｍｎ、Ｖ、ＣｒあるいはＴｉ族の遷移金属であり、Ｘの元素種をとることもできる。Ｚは、ＩＩＩ族からＶ族の典型元素である。例えば、Ｃｏ_２ＦｅＳｉ、Ｃｏ_２ＭｎＳｉやＣｏ_２Ｍｎ_１−ａＦｅ_ａＡｌ_ｂＳｉ_１−ｂなどが、ホイスラー合金として挙げられる。

また、第１強磁性金属層１１の第２強磁性金属層１２に対する保磁力をより大きくするために、第１強磁性金属層１１と接する材料としてＩｒＭｎ，ＰｔＭｎなどの反強磁性材料を用いても良い。さらに、第１強磁性金属層１１の漏れ磁場を第２強磁性金属層１２に影響させないようにするため、シンセティック強磁性結合の構造としても良い。

第１強磁性金属層１１の磁化の向きを積層面に対して垂直にする場合には、ＣｏとＰｔの積層膜を用いることが好ましい。磁化の向きを積層面に対して垂直にすると、磁化の熱安定性を高めることができる。具体的には、第１強磁性金属層１１を［Ｃｏ（０．２４ｎｍ）／Ｐｔ（０．１６ｎｍ）］_６／Ｒｕ（０．９ｎｍ）／［Ｐｔ（０．１６ｎｍ）／Ｃｏ（０．１６ｎｍ）］_４／Ｔａ（０．２ｎｍ）／ＦｅＢ（１．０ｎｍ）とすることができる。

第２強磁性金属層１２の材料として、強磁性材料、特に軟磁性材料を適用できる。例えば、Ｃｒ、Ｍｎ、Ｃｏ、Ｆｅ及びＮｉからなる群から選択される金属、これらの金属を１種以上含む合金、これらの金属とＢ、Ｃ、及びＮの少なくとも１種以上の元素とが含まれる合金等を用いることができる。具体的には、Ｃｏ−Ｆｅ、Ｃｏ−Ｆｅ−Ｂ、Ｎｉ−Ｆｅが挙げられる。

第２強磁性金属層１２の磁化の向きを積層面に対して垂直にする場合には、第２強磁性金属層１２の厚みを２．５ｎｍ以下とすることが好ましい。第２強磁性金属層１２と非磁性層１３の界面で、第２強磁性金属層１２に垂直磁気異方性を付加することができる。また、垂直磁気異方性は第２強磁性金属層１２の膜厚を厚くすることによって効果が減衰するため、第２強磁性金属層１２の膜厚は薄い方が好ましい。

磁気センサとして磁気抵抗効果素子を活用させるためには、外部磁場に対して抵抗変化が線形に変化することが好ましい。一般的な強磁性層の積層膜では磁化の方向が形状異方性によって積層面内に向きやすい。第１強磁性金属層１１と第２強磁性金属層１２の磁化方向が面内の場合、例えば外部から磁場を印可して、第１強磁性金属層と第２強磁性金属層の磁化の向きを直交させることによって外部磁場に対して抵抗変化が線形に変化する。しかしながらこの場合、磁気抵抗効果素子の近くに磁場を印可させる機構が必要であり、集積及び省エネの観点で望ましくない。そのため強磁性金属層のいずれか一方が垂直な磁気異方性を持つことが好ましい。

（非磁性層）
非磁性層１３には、公知の材料を用いることができる。
例えば、非磁性層１３が絶縁体からなる場合（トンネルバリア層である場合）、その材料としては、Ａｌ_２Ｏ_３、ＳｉＯ_２、及びＭｇＯ等を用いることができる。またこれらの他にも、Ａｌ，Ｓｉ，Ｍｇの一部が、Ｚｎ、Ｂｅ等に置換された材料等も用いることができる。これらの中でも、ＭｇＯはコヒーレントトンネルが実現できる材料であるため、スピンを効率よく注入できる。
また、非磁性層１３が金属からなる場合、その材料としては、Ｃｕ、Ａｕ、Ａｇ等を用いることができる。

（その他の層）
第２強磁性金属層１２の非磁性層１３と反対側の面には、キャップ層が形成されていることが好ましい。キャップ層は、第２強磁性金属層１２からの元素の拡散を抑制することができる。またキャップ層は、磁気抵抗効果素子１０の各層の結晶配向性にも寄与する。キャップ層を設けることで、磁気抵抗効果素子１０の第１強磁性金属層１１及び第２強磁性金属層１２の磁性を安定化し、磁気抵抗効果素子１０を低抵抗化することができる。キャップ層の材料としては、Ｒｕ，Ｔａ，Ｒｈ，Ｉｒなどの重元素や、Ａｌ_２Ｏ_３，ＭｇＯ，ＴａＯ_ｘ，ＨｆＯ_ｘなどの組成式から酸素が欠損した酸化物が好ましい。

第１強磁性金属層１１と基板１５の間には、下地層が形成されていることが好ましい。下地層は、基板１５上に積層される第１強磁性金属層１１を含む各層の結晶配向性、結晶粒径等の結晶性を高めることができる。

下地層は、導電性および絶縁性のいずれでもよいが、下地層に通電する場合は導電性材料を用いることが好ましい。
例えば１つの例として、下地層には（００１）配向したＮａＣｌ構造を有し、Ｔｉ，Ｚｒ，Ｎｂ，Ｖ，Ｈｆ，Ｔａ，Ｍｏ，Ｗ，Ｂ，Ａｌ，Ｃｅの群から選択される少なくとも１つの元素を含む窒化物の層を用いることができる。

別の例として、下地層にはＡＢＯ_３の組成式で表される（００２）配向したペロブスカイト系導電性酸化物の層を用いることができる。ここで、サイトＡはＳｒ、Ｃｅ、Ｄｙ、Ｌａ、Ｋ、Ｃａ、Ｎａ、Ｐｂ、Ｂａの群から選択された少なくとも１つの元素を含み、サイトＢはＴｉ、Ｖ、Ｃｒ、Ｍｎ、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｇａ、Ｎｂ、Ｍｏ、Ｒｕ、Ｉｒ、Ｔａ、Ｃｅ、Ｐｂの群から選択された少なくとも１つの元素を含む。

別の例として、下地層には（００１）配向したＮａＣｌ構造を有し、かつＭｇ、Ａｌ、Ｃｅの群から選択される少なくとも１つの元素を含む酸化物の層を用いることができる。

別の例として、下地層には（００１）配向した正方晶構造または立方晶構造を有し、かつＡｌ、Ｃｒ、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｒｈ、Ｐｄ、Ａｇ、Ｉｒ、Ｐｔ、Ａｕ、Ｍｏ、Ｗの群から選択される少なくとも１つの元素を含む層を用いることができる。

また下地層は一層に限られず、上述の例の層を複数層積層してもよい。下地層の構成を工夫することにより磁気抵抗効果素子１０の各層の結晶性を高め、磁気特性の改善が可能となる。

（基板）
基板１５は、平坦性に優れることが好ましい。平坦性に優れた表面を得るために、材料として例えば、Ｓｉ、ＳｉＧｅ、ＳｉＣ、ＡｌＴｉＣ等を用いることができる。また、磁気抵抗効果素子１０をＭＲＡＭとして使用する場合には、基板１５と下地層の間に複数層の回路が構成される。

［導電部］
導電部２０は、導電層２１と絶縁層２２とからなり、磁気抵抗効果素子１０に積層されている。導電部２０は、温度変化に応じて抵抗値が変化する。そのため、導電部２０の抵抗を測定することで、磁気抵抗効果素子１０の温度を測定できる。

導電部２０の形状は、電流の流れ方向に延在するライン状であることが好ましい。導電部２０の形状をライン状にすることにより、導電部２０内を電流が流れる距離を長くすることができ、温度変化に伴う抵抗値の変化量が大きくなる。そのため、より抵抗値と温度の関係を明確にすることができる。

また導電部２０は、磁気抵抗効果素子１０上の所定の領域Ｒ内において所定のパターンを形成していることが好ましい。所定のパターンは種々のパターンを採用することができる。

例えば、図３（ａ）に示すような一方向に延在する第１配線２０ａと、第１配線２０ａと交差する第２配線２０ｂとを交互に接続された櫛歯状のパターン２０Ａ、図３（ｂ）に示すような徐々に径が小さくなる第１螺旋配線２０ｃと、徐々に径が大きくなる第２螺旋配線２０ｄとが接続された渦状のパターン２０Ｂ、図３（ｃ）に示すような一方向に延在する第１配線２０ｅと、屈曲部２０ｆとが交互に接続された蛇行のパターン２０Ｃ等を用いることができる。所定のパターンは、フォトリソグラフィー等のパターンニング技術を用いて形成することができる。

導電部２０を所定の領域Ｒ内でパターン形成することによって、限られた領域内で導電部２０の長さをかせぐことができ、集積性を高めることができる。また温度変化に伴う抵抗値の変化量も大きくなるため、磁気抵抗効果素子１０の温度変化をより精密に計測することができる。

また所定の領域Ｒは、平面視で磁気抵抗効果素子１０の主要部（第１強磁性金属層１１、第２強磁性金属層１２及び非磁性層１３）と重なる位置全面とすることが好ましい。すなわち、導電部２０が磁気抵抗効果素子１０の主要部と平面視重なる位置全面に配設されていることが好ましい。

磁気抵抗効果素子１０において磁化反転が生じるのは第２強磁性金属層１２である。そのため、第２強磁性金属層１２の温度をより正確に測ることで、第２強磁性金属層１２の磁化を磁化反転するのに必要な電流量を求めることができる。導電部２０が磁気抵抗効果素子１０の主要部と平面視重なる位置全面に配設されていれば、第２強磁性金属層１２の面内全面の温度を漏れなく、より精密に測定することができる。

導電層２１に用いる材料は、特に限定されるものではないが、抵抗率の温度係数の大きいものが好ましい。抵抗率の温度係数とは、温度が１℃上がることの抵抗率の変化量を意味する。例えば、金、銀、銅、アルミニウム、鉄等を用いることができる。

絶縁層２２は、磁気抵抗効果素子１０と導電層２１が導通することを防ぐ。絶縁層２２に用いる材料は、特に限定されるものではないが、熱伝導性及び絶縁性に優れるものが好ましい。熱伝導性及び絶縁性に優れる材料としては、ＡｌＮ、ＳｉＣ等が知られ、これらも絶縁層２２に用いることができる。

［制御部］
制御部３０は、温度判定部３１と電流源３２，３３とを有する。温度判定部３１は、導電部２０の抵抗値に基づいて温度を判定し、温度の情報に基づき磁気抵抗効果素子１０に印加する電流量を導出する。電流源３２，３３は、必要な電流を磁気抵抗効果素子１０に印加する。電流源３２，３３は図１に示すように、読み出し用と書き込み用に分けてもよいし、一つでもよい。温度判定部３１及び電流源３２，３３は、公知のものを用いることができる。制御部３０による温度の判定手順及び温度に応じた電流量の出力手順については、後述する。

上述のように、本発明の一態様に係る磁気メモリによれば、磁気抵抗効果素子の温度を別途の素子や回路を用いずに計測することができ、磁気メモリの集積度を高めることができる。

次いで、本発明の一態様にかかる磁気メモリ１００の駆動について説明する。
本発明の一態様に係る磁気メモリ１００は、磁気抵抗効果素子１０の温度が事前に設定された温度領域のいずれに対応するかを判定する手順と、温度領域に応じて出力する電流量を変える手順と、を有し、この手順に従い駆動することでデータを記録することができる。

「温度を判定する手順」
磁気メモリ１００は、まず温度判定部３１において、磁気抵抗効果素子１０の温度が事前に設定された温度領域のいずれに対応するかを判定する。具体的には、まず導電部２０に電流を流し、導電部２０の抵抗値を測定する。そして、事前に作成した導電部２０の温度と抵抗値の関係に基づいて、磁気抵抗効果素子１０の温度が、事前に設定された温度領域のいずれに対応するかを判定する。

温度領域は、磁気抵抗効果素子１０の昇温過程と降温過程のそれぞれにおいて３つ温度領域を設定する。導電部２０の温度と抵抗値の関係は、事前に較正しておけば、より細かく領域を区分すること、または較正に応じて具体的な温度を検出することもできる。一方で、温度領域の設定を３つの温度領域という大きな区分で分けることで、温度判定部３１にかかる負荷を低減することができる。温度判定部３１にかかる負荷が大きくなると、温度判定部３１に遅延が生じたり、温度判定部３１の構成が複雑化し、集積性が低下するおそれがある。

磁気抵抗効果素子１０の昇温過程における温度領域は、摂氏０℃以下の昇温時低温領域、摂氏０℃〜７５℃の昇温時室温領域及び摂氏７５℃以上の昇温時高温領域の３領域とする。

昇温時低温領域と昇温時室温領域の境界は、摂氏０℃に設けている。摂氏０℃は水の融点であり、摂氏０℃を下回ると磁気抵抗効果素子１０の周囲の空気中の水分等が磁気抵抗効果素子１０の表面で凍結、結露し、磁気抵抗効果素子１０の駆動環境が大きく変化することがある。摂氏０℃に境界を設けることで、磁気抵抗効果素子１０が駆動環境の変化に基づき、異なる挙動を示した場合でも対応することができる。

また昇温時室温領域と昇温時高温領域の境界は、摂氏７５℃に設けている。摂氏７５℃は、夏の車内のダッシュボード付近の温度に近い。すなわち、人間が磁気抵抗効果素子１０を通常使用することが想定される環境温度（気温）の最大の温度である。そのため、摂氏７５℃に境界を設けることで、通常の環境下で磁気メモリ１００を使用する際に、印加する電流値の設定を頻繁に変更することを避けることができ、より磁気メモリを効率的に動作させることができる。

磁気抵抗効果素子１０の設置される環境が密封されている等、放熱性が悪化することが想定される場合は、境界を摂氏８５℃としてもよい。すなわち、昇温時室温領域の温度を摂氏０℃〜８５℃、昇温時高温領域の温度を摂氏８５℃以上としてもよい。

一方で、磁気抵抗効果素子１０の降温過程における温度領域は、摂氏−１０℃以下の降温時低温領域、摂氏−１０℃〜６５℃の降温時室温領域及び摂氏６５℃以上の降温時高温領域の３領域とする。いずれの温度領域も昇温時よりも１０℃低く設定している。

昇温時における温度領域の境界と、降温時における温度領域の境界をずらすことにより、境界温度において印加する電流値の設定を頻繁に変更することを避けることができる。例えば、磁気メモリ１００を動作すると、磁気抵抗効果素子１０は一律に昇温するのではなく、ある程度の温度幅の中で昇温と降温を繰り返しながら高くなる。昇温時と降温時の温度領域の境界をずらすことにより、この温度幅の中における昇温及び降温による影響を無視することができる。

導電部２０の抵抗値の測定は、随時行ってもよいし、一定の間隔で測定してもよい。磁気メモリ１００の動作が定常状態に入ると、温度変化が頻繁に生じることは少ない。そのため、温度判定部３１の動作遅延や温度判定部３１への過剰な負荷を避けるという観点からは、一定の間隔ごとに測定することが好ましい。また磁気メモリ１００の動作開始時及び動作停止時等は、温度変化が大きくなることが想定されるため、これらのタイミングでは測定間隔を短くしてもよい。

「出力する電流量を決定する手順」
次いで、温度判定部３１は、抵抗値から判定された温度領域に応じて出力する電流量を電流源３２に指示する。磁気抵抗効果素子１０に印加する電流量は、温度領域毎に所定の理論に基づいて設定する。所定の理論としては、ＳＣＲ理論と、熱擾乱の理論のいずれを用いてもよい。

ＳＣＲ理論は、経験則から求められた理論である。ＳＣＲ理論の詳細については、例えば「物性科学選書、裳華房、「化合物磁性 遍歴電子系」、安達健五、ｐ．２１６」等に記載されている。

また熱擾乱の理論は、熱エネルギーと磁化反転に必要なエネルギーのバリア（ストレージバリア）とから確率論的に磁化反転する確率を求めた理論である。例えば「ＩＥＥＥ ＴＲＡＮＳＡＣＴＩＯＮＳ ＯＮ ＭＡＧＮＥＴＩＣＳ，ｖｏｌ３５，Ｎｏ．６，１９９９，ｐ．４４２３」等に記載されている。

まずＳＣＲ理論に基づく、電流量の設定した場合について説明する。
第２強磁性金属層１２の磁化を反転させるために必要な電流は、飽和磁化に対し比例する。また、ＳＣＲ理論によると、キュリー温度（Ｔｃ）以下の温度領域で、飽和磁化（Ｍｓ）は、温度Ｔの３／２乗に対して比例する。そのため、各温度領域における飽和磁化の値から、温度領域毎に磁化反転を行うために必要な電流量を求めることができる。

ＳＣＲ理論に基づくと、昇温時低温領域及び降温時低温領域において印加される電流は、昇温時室温領域及び降温時室温領域において印加される電流量に対して１．０３倍より大きいことが好ましい。また昇温時高温領域及び降温時高温領域において印加される電流は、昇温時室温領域及び降温時室温領域において印加される電流量に対して０．９８倍よりも大きく１倍より小さいことが好ましい。

上述のように、ＳＣＲ理論は、キュリー温度（Ｔｃ）以下の温度領域で成り立つ。そのため、磁気メモリ１００の動作温度が、第２強磁性金属層１２のキュリー温度より十分低い場合（例えば、キュリー温度の１／３以下の温度）に、ＳＣＲ理論に基づいて電流量を設定することが好ましい。なお、Ｃｏのキュリー温度は１３８８Ｋであり、Ｎｉのキュリー温度は６２７Ｋである。そのため、磁気メモリ１００の動作温度は、第２強磁性金属層１２のキュリー温度より充分小さい。

次に熱擾乱の理論に基づく、電流量の設定した場合について説明する。
磁気メモリ１００において１０年間データを安定的に保持するためには、磁化反転する確率が１０^−１５以下である必要があると言われている。この確率を実現する為には、ストレージバリアが６０ｋ_ＢＴ（ｋ_Ｂはボルツマン定数、Ｔは絶対温度）以上必要であると言われている。

すなわち、所定の温度環境で所定の電流値を印加した場合に、６０ｋ_ＢＴというストレージバリアを超えて磁化反転が生じる確率を熱擾乱の理論に基づき求める。この確率が一定の値以上となると安定的に磁化反転が生じると判断することができる。そのため、この確率計算から所定の温度領域における必要な電流量を求める。この計算によると、印加する電流量は、温度の逆数に比例する。

熱擾乱の理論に基づくと、昇温時低温領域及び降温時低温領域において印加される電流は、昇温時室温領域及び降温時室温領域において印加される電流量に対して１．２７倍より大きいことが好ましい。また昇温時高温領域及び降温時高温領域において印加される電流は、昇温時室温領域及び降温時室温領域において印加される電流量に対して０．８３倍よりも大きく１倍より小さいことが好ましい。

上述のように、熱擾乱の理論によると、印加する電流量は温度の逆数に比例する。温度の逆数に比例するということは、換言すると極低温では発散することを意味する。そのため、熱擾乱の理論は、極低温の環境下では用いないことが好ましい。

上述のような手順で磁気メモリを駆動すると、磁気抵抗効果素子１０の温度を導電部２０の抵抗値から制御部３０によって読み取り、その温度から必要な電流量を算出できる。そのため、温度領域毎で書き込み電流の下限値、読み出し電流の上限値を設定することができ、より効率的なデータ記録を行うことができる。

「第２実施形態」
次に、図４を参照して第２実施形態の磁気メモリについて説明する。図４は、第２実施形態にかかる磁気メモリの要部拡大図である。
第２実施形態においては第１実施形態と同様の構成要素には同一の符号を付して詳細な説明を省略する。この第２実施形態の磁気メモリは、導電部が磁気抵抗効果素子に設けられた凹部に嵌めこまれている点が、第１実施形態と相違する。

第２実施形態に係る磁気メモリ２００において、磁気抵抗効果素子１０には凹部１０ａが形成されている。凹部１０ａには、絶縁層２４を介して導電層２３が形成されている。導電層２３は、第１実施形態に係る導電部と同様に、平面視で所定の領域内に所定のパターンを有し配設されていることが好ましい。

上記の構成によれば、導電部２０を磁気抵抗効果素子１０から突出させることなく設けることができる。そのため、回路基板に対して２次元的な集積のみならず、２次元的にも集積することができる。

以上、本発明の実施形態について図面を参照して詳述したが、各実施形態における各構成及びそれらの組み合わせ等は一例であり、本発明の趣旨から逸脱しない範囲内で、構成の付加、省略、置換、及びその他の変更が可能である。

１００，２００…磁気メモリ、１０…磁気抵抗効果素子、１１…第１強磁性金属層、１２…第２強磁性金属層、１３…非磁性層、１４…配線、１５…基板、２０…導電部、２１，２３…導電層、２２，２４…絶縁層、２０Ａ，２０Ｂ，２０Ｃ…パターン、２０ａ…第１配線、２０ｂ…第２配線、２０ｃ…第１螺旋配線、２０ｄ…第２螺旋配線、２０ｅ…第１配線、２０ｆ…屈曲部、３０…制御部、３１…温度判定部、３２…電流源

Claims (7)

1. 磁気抵抗効果素子と、
   前記磁気抵抗効果素子に積層された導電部と、
   前記導電部の抵抗値変化に基づき前記磁気抵抗効果素子の駆動温度を判断し、前記磁気抵抗効果素子に印加する電流量を制御できる制御部と、を有する磁気メモリ。
2. 前記導電部がライン状であり、所定の領域内において所定のパターンを形成している請求項１に記載の磁気メモリ。
3. 前記磁気抵抗効果素子が凹部を有し、前記導電部が前記凹部に設けられている請求項１又は２のいずれかに記載の磁気メモリ。
4. 前記磁気抵抗効果素子の昇温過程において、
   前記制御部が、摂氏０℃以下の昇温時低温領域、摂氏０℃〜７５℃の昇温時室温領域及び摂氏７５℃以上の昇温時高温領域の領域毎に印加する電流量を変える請求項１〜３のいずれか一項に記載の磁気メモリ。
5. 前記磁気抵抗効果素子の降温過程において、
   前記制御部が、摂氏−１０℃以下の降温時低温領域、摂氏−１０℃〜６５℃の降温時室温領域及び摂氏６５℃以上の降温時高温領域の領域毎に印加する電流量を変える請求項１〜４のいずれか一項に記載の磁気メモリ。
6. 前記制御部が、前記領域毎に印加する電流量をＳＣＲ理論に基づいて出力する請求項１〜５のいずれか一項に記載の磁気メモリ。
7. 前記制御部が、前記領域毎に印加する電流量を熱擾乱の理論に基づいて出力する請求項１〜５のいずれか一項に記載の磁気メモリ。

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