JP2018530165A

JP2018530165A - 磁気メモリセル

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Publication number: JP2018530165A
Application number: JP2018517693A
Authority: JP
Inventors: ジル・ゴダン; イオアン・ミハイ・ミロン; オリヴィエ・ブル; サフィール・チェナットゥクジイル
Original assignee: Centre National de la Recherche Scientifique CNRS
Current assignee: Centre National de la Recherche Scientifique CNRS
Priority date: 2015-10-08
Filing date: 2016-10-05
Publication date: 2018-10-11
Also published as: KR20180074675A; US20180294023A1; FR3042303A1; WO2017060626A1; KR102586671B1; US10622046B2; EP3360172A1; FR3042303B1; CN108140727B; EP3360172B1; CN108140727A

Abstract

本発明は、導電層セクション（３２）と、前記導電層とは異なる層（３６）のセクションとの間に磁性層セクションを含む積層体（３１）であって、前記磁性層が、前記層の平面に垂直な磁化（３５）を有する積層体（３１）と、前記積層体が配置される金属化セクション（４２）と、各々が中心軸（４５Ｄ〜４５Ｇ）を有する第１、第２、第３及び第４の金属化アーム（４４Ｄ〜４４Ｇ）と、を備え、各アームについて、前記中心軸の方向において前記積層体に向かって流れる電流が、前記第１及び第２のアーム（４４Ｅ、４４Ｇ）に対して主に左にあり、前記第３及び第４のアーム（４４Ｄ、４４Ｆ）に対して主に右にある前記アームに最も近い積層体のセクションを見る、磁気メモリセル（３０）に関する。

Description

本特許出願は、仏国特許出願第１５／５９５８４号明細書の優先権を主張するものであり、これは、本明細書の一体部分とみなされる。

本発明は、磁気メモリセルに関し、より詳細には、電流誘起反転を有するタイプの磁気メモリセルに関する。

仏国特許第２，９６３，１５２号明細書には、図１Ａ、図１Ｂ及び図１Ｃに概略的に示されている磁気メモリセルが開示されている。以下の図１Ａ及び図１Ｂはそれぞれ、仏国特許第第２，９６３，１５２号明細書の図１ｃ〜図１ｆ、図２ａ〜図２ｂ及び図３ａ〜図３ｄに関連して説明されるような磁気メモリセルの断面図及び斜視図を示す。図１Ｃは、このメモリセルの単純化した平面図である。

図１Ａおよび図１Ｂに示すように、このメモリセルは、導電性トラック１の上に積層体３を備える。積層体３は、それぞれが薄い層のセクション又はいくつかの薄い層の積層体によって形成された領域の積層体を含む。導電性トラック１は、例えば、酸化ケイ素の層で被覆されたシリコンウェハで作られる基板５上に形成され、端子Ａ及びＢを横切って接続される。積層体３を構成する積層体は、トラック１から、非磁性導電材料で作られる領域１０と、磁性材料で作られる領域１１と、非磁性材料で作られる領域１２と、磁性材料で作られる領域１３と、電極１４を備える。層１２の材料は、導電性であってもよい。これは、好ましくは、トンネル効果の電子によって横切ることができるほど十分に薄い絶縁材料である。非磁性領域１０と非磁性領域１２との間には、層の平面に直交する方向に非対称系を有するように構造的な差がある。この差は、特に、これらの層の材料、厚さ、又は成長モードの違いに起因する可能性がある。

上記の特許出願には、種々の層を構成することができる材料のリストが記載されている。領域１１及び１３の磁性材料は、層の平面に対して垂直に配向された磁化を有するような条件で形成される。層１３の磁性材料は、無形の磁化を保持するような条件で形成される（トラップ層）。上部電極層１４は、端子Ｃに接続される。

メモリセルの書き込みは、端子Ａ及びＢを横切って電流を流すことによって行われ、一方、水平方向（層の平面並びに端子Ａ及びＢを横切る電流の方向に平行）に向けられた磁場Ｈが印加される。端子Ａと端子Ｂとの間の電流の相対的な方向と磁場ベクトルＨに依存して、磁化が上向き又は下向きになるように層１１が書き込まれる。

このメモリセルを読み出すために、端子Ｃと端子Ａ及びＢの一方又は他方に電圧が印加される。端子Ｃ並びに端子Ａ及びＢの他方の一方に生じる電流は、層１１及び１３の磁化の相対的な方向に依存して異なる値をとる：２つの磁化が同じ方向の場合は高い値、２つの磁化の向きが反対の場合は、低い値。

上述したメモリセルの１つの特徴は、端子Ａ及びＢを流れる電流と、その電流に平行な層の平面に印加される磁界のために、その書き込みが行われることである。書き込み中に端子Ａ又は端子Ｂから端子Ｃに向かって流れる電流はない。これは、メモリセルの読み出し動作と書き込み動作とを完全に分離する利点を有する。

多くの代替的な実施形態が可能である。特に、先に説明した各層は、所望の特性を得るために、当該技術分野で知られている方法で、層の積層体で構成することができる。

トラック１が磁性層１１の成長に適した非磁性材料で作られる限り、導電性の非磁性材料で作られる層のセクション１０を省略することができる。トラック１は、積層体３の下に過度の厚さを有することがある。層１１内の磁化の反転が可能であるためには、磁性層中にスピン軌道結合が存在することも必要である。この目的のために、例えば、この層１１と接触する層（又はそれから微細な分離層によって分離された層）を、スピン軌道結合が高い材料で作るか、又はスピン軌道結合が高い材料で形成することが必要である。別の解決策は、例えば、このスピン軌道結合を形成するために、磁性層１１と層１０及び１２の一方又は他方との間の接触のためのものである。これは、例えば、層１２が絶縁体で作られる場合には、磁性層１１と層１２とのハイブリッド化によって行うことができる（非特許文献１を参照）。

図１Ａ及び図１Ｂのメモリセルが、端子Ａ及びＢ並びに層のセクション１０、１１及び１２が設けられたトラック１を備える記憶素子と、上記の例では、層１３及び１４並びに電極Ｃを含む読み取り素子との２つの要素に分解することができることに留意すべきである。同じ記憶素子を用いて、例えば光学読み取りのような種々の読み取りモードを考慮することができる。

図１Ｃは、積層体３の簡略上面図である。トラック１と積層体３だけが示され、端子１５及び１６に接続された端子Ａ及びＢも示される。

先に示したように、このメモリセルは、電流の方向に０でない成分を有する磁場の印加と同時に端子Ａ及びＢに電流を印加することによって書き込み可能である。磁場を発生させる手段の例は、前述の特許出願に記載されている。外部磁場の印加又は磁場Ｈを生成することができる特定の磁性層の製造は、実用的な製造上の問題を引き起こす。

米国特許出願第２０１４／０１１０００４号明細書には、磁場なしで電流を印加することによって書き込むことができる磁気メモリセルが記載されている。図２は、本特許出願の図１５Ｃ、図１６Ｃ及び図１７Ｃに対応する磁気メモリセルの概略底面図である。磁場２０は、図１Ａ〜図１Ｃに関連して説明した磁気積層体３の層と同様の層のセクションの積層体を含む。積層体２０は、細長い矩形形状を有し、大きな側部の一方の側に、上方から見て、大きな側部に直交する方向に延びるセクション２２を含む。矩形の２つの対向する端部は、接点２４Ａ及び２４Ｂによって端子Ａ及びＢに接続される。セクション２２は、積層体２０に非対称性を与え、これによって、単に直流を印加することによってメモリセルを書き込むことが可能になる。端子Ａから端子Ｂへ、又は端子Ｂから端子Ａへの電流の流れの方向は、書き込まれた値を規定する。

このメモリセルの書き込みは、デバイスを横切る直流電流の流れ方向に依存する。

仏国特許第第２，９６３，１５２号明細書米国特許出願第２０１４／０１１０００４号明細書

"Ｓｐｉｎ−ｏｒｂｉｔｃｏｕｐｌｉｎｇｅｆｆｅｃｔｓｂｙｍｉｎｏｒｉｔｙｉｎｔｅｒｆａｃｅｒｅｓｏｎａｎｃｅｓｔａｔｅｓｉｎｓｉｎｇｌｅ−ｃｒｙｓｔａｌｍａｇｎｅｔｉｃｔｕｎｎｅｌｊｕｎｃｔｉｏｎｓ"，Ｙ．Ｌｕｅｔａｌ．ＰｈｙｓｉｃａｌＲｅｖｉｅｗＢ，Ｖｏｌ．８６，ｐ．１８４４２０（２０１２）

書き込みが２つの書き込み端子間を流れる電流の方向に依存せず、電流が任意の極性を有することができ、特に交流であることができるメモリセルを有することが望まれる。

従って、一実施形態は、導電層セクションと、前記導電層とは異なる層のセクションとの間に磁性層セクションを含む積層体であって、前記磁性層が、前記層の平面に垂直な磁化を有する積層体と、前記積層体が配置される金属化セクションと、各々が中心軸を有する第１、第２、第３及び第４の金属化アームと、を備え、各アームについて、前記中心軸の方向において前記積層体に向かって流れる電流が、前記第１及び第２のアームに対して主に左にあり、前記第３及び第４のアームに対して主に右にある前記アームに最も近い積層体のセクションを見る、磁気メモリセルを提供する。

一実施形態によれば、前記磁性層が、３ｎｍ未満の厚さを有する。

一実施形態によれば、前記磁気メモリセルは、平面視において対称中心を有する。

一実施形態によれば、前記磁気メモリセルは、前記層の平面に垂直な対称平面を有し、前記第１及び第３のアームは、前記対称平面に対して互いに対称的であり、前記第２及び第４のアームは、前記対称平面に対して互いに対称的である。

一実施形態によれば、前記各アームについて、前記アームに最も近い前記積層体の部分は、平面視において、前記アームの中心軸と鋭角をなす方向に延びた部分を含む。

一実施形態によれば、前記鋭角のうちの少なくとも１つは、３０°と６０°との間に含まれる。

一実施形態によれば、前記細長い部分の少なくとも１つは、先端を形成する。

一実施形態によれば、前記細長い部分の少なくとも１つは、丸い先端を形成する。

一実施形態によれば、前記金属化部分と前記第１、第２、第３及び第４のアームとの間に十字形状が形成され、前記積層体は延び、前記十字形状の中心に位置する。

一実施形態によれば、前記積層体は、第３のアームの中心軸に関して、０°から３０°、好ましくは５°から２５°の間の角度を形成する方向に延びた中央部分を含む。

一実施形態によれば、前記第１及び第２のアームの中心軸は、実質的に同一線上にあり、前記第３及び第４のアームの中心軸は、実質的に同一線上にあり、前記積層体は、前記軸の合流点の中心に位置する細長い形状を有し、前記鋭角は、３０°から４５°に含まれる。

一実施形態によれば、前記第１及び第３のアームの中心軸は、実質的に同一線上にあり、前記第２及び第４のアームの中心軸は、実質的に同一線上にあり、前記第１及び第２のアームの中心軸は、実質的に平行であり、前記第１及び第２のアームは、反対方向に延びている。

一実施形態によれば、前記第２及び第３のアームの中心軸は、実質的に同一線上にあり、前記第１及び第４のアームの中心軸は、前記第１及び第３のアームの中心軸に実質的に直交する。

別の実施形態によれば、前記第１及び第２のアームの間に第１の電流を、又は、前記第３及び第４のアームの間に第２の電流を流すことからなる段階を含む、メモリセルの書き込み方法が提供される。

一実施形態によれば、前記第１又は第２の電流は、交流である。

これらの特徴及び利点、並びに他のものは、添付図面を参照して非限定的に提供される特定の実施形態の以下の説明において詳細に説明される。

磁気メモリセルの概略断面図である。磁気メモリセルの概略斜視図である。図１Ａ及び図１Ｂに示される磁気メモリセルの単純化された平面図である。磁気メモリセルの概略上面図である。磁気メモリセルの一実施形態の概略斜視図である。磁気メモリセルの一実施形態の概略上面図である。図３に示す実施形態の動作を示す図である。磁気メモリセルの他の実施形態の概略上面図である。磁気メモリセルの他の実施形態の概略上面図である。磁気メモリセルの他の実施形態の概略上面図である。磁気メモリセルの他の実施形態の概略上面図である。磁気メモリセルの他の実施形態の概略上面図である。

同じ要素は、様々な図で同じ参照番号によって示されており、さらに、異なる図は、縮尺通りに描かれていない。明確にするために、記載された実施形態を理解するのに有用な要素のみが示され、概略が示されている。

「上」、「下」、「左」、「右」等の絶対的な位置を示す用語、又は「上方」、「下方」、「上部」等の相対的な位置を示す用語が参照されるときは、特段の断りがない限り、図１Ａ、図１Ｂ、図３Ａ及び図４の対象の要素の向きに対して言及している。特段の断りがない限り、「およそ」、「実質的に」及び「約」という表現は、１０％以内、好ましくは５％以内、又は配向に関して１５度以内、好ましくは１０度以内を意味する。

図３Ａ及び図３Ｂはそれぞれ、磁気メモリセル３０の一実施形態の概略斜視図及び概略上面図である。

磁気メモリセル３０は、層部分の積層体によって形成された積層体３１を備える。積層体３１は、下から上に向かって、導電層部分３２と、層の平面に垂直な磁化３５を有する書き込み可能な磁性層部分３４と、層３２とは異なる非磁性層部分３６と、磁性層部分３８と、電極４０を備える。電極４０は、端子Ｃに接続されている。層３２、３４、３６、３８及び４０は、図１Ａ〜図１Ｃに関連して説明したそれぞれの領域１０、１１、１２、１３及び１４を形成する薄層と同様である。特に、図１Ａ〜図１Ｃに関連して説明した代替案が適用可能である。

積層体３１は、４つのアームを有する十字の形状を上面図で有する金属化層４２の中央部分に配置される。４つのアーム４４Ｄ、４４Ｅ、４４Ｆ、４４Ｇは、直角を成す中心軸４５Ｄ、４５Ｅ、４５Ｆ、４５Ｇを有する。アームは、アームの端部に位置するそれぞれの接点４６Ｄ、４６Ｅ、４６Ｆ、４６Ｇによってそれぞれの端子Ｄ、Ｅ、Ｆ、Ｇに接続される。上面図では、積層体３１は、軸４５Ｄ、４５Ｅ、４５Ｆ、４５Ｇと略４５度の鋭角をなす方向４７に細長い矩形の形状をしている。

対向アーム４４Ｄ、４４Ｆの軸４５Ｄ、４５Ｆと方向４７との間の鋭角４８Ｄ、４８Ｆは、反時計方向に向いている。対向するアーム４４Ｅ、４４Ｇの軸４５Ｅ、４５Ｇと方向４７との間の鋭角４８Ｅ、４８Ｇは、時計方向に向いている。この構成では、対向するアーム４４Ｅ、４４Ｇの一方又は他方に配置され、軸４５Ｄ及び４５Ｆに沿って積層体を見ている観察者は、右側に、最も近い積層体の部分を見る。軸４５Ｅ、４５Ｇに沿って積層体を見ると、反対側のアーム４４Ｅ及び４４Ｇの他方の一方にいる観察者は、左側に最も近い積層体の部分を見る。

動作中、メモリセル３０は、対向する端子Ｄ及びＦを横切って、又は対向する端子Ｅ及びＧを横切って電流を流すのに適したデバイスに接続される。

メモリセル３０を書き込むために、本発明者らは、対向する端子Ｄ及びＦを横切る電流の流れによって磁化３５に第１の配向が与えられ、反対の端子Ｅ及びＧの間を流れる電流によって逆の向きが与えられることを観察した。これらの向きは、それぞれ端子ＤとＦ、ＥとＧを横切って流れる電流の方向に関係なく与えられる。

図４は、メモリセル３０の動作を示す４つの概略上面図Ｖ１〜Ｖ４を示す。図Ｖ２は、１８０°回転後の図Ｖ１に対応し、図Ｖ３は、反時計回りに９０°回転した後の図Ｖ１に対応し、図Ｖ４は、１８０°回転後の図Ｖ３に対応する。各図Ｖ１〜Ｖ４の向きは、下から上へ同じ方向に電流の流れが示されるようになっている。

図４の左上の図Ｖ１では、端子Ｅは、図の上部に位置している。電流Ｉ_ＧＥは、端子Ｇから端子Ｅに向かって流れる。本発明者らは、積層体３１内の電流Ｉ_ＧＥの経路が、書き込み可能な磁性層３４の磁化３５に配向を与える特性を有することに留意した。積層体内の電流の経路とそこから生じる電子のスピンに対する作用は、書き込み可能な層３４全体で一様ではない。従って、与えられた配向が書き込み可能な層３４全体の磁化に及ぶことは、注目に値する。この例では、下層３２から上層３６に向いた配向５４は、磁化３５に与えられる。

図４の左下の図Ｖ２では、端子Ｅは、図の下部に位置している。メモリセル３０には、端子Ｅから端子Ｇに向かって電流Ｉ_ＥＧが流れる。上面図において、メモリセル３０は、積層体３１の中心に対して対称である。従って、積層体３１内の電流Ｉ_ＥＧの経路は、電流Ｉ_ＧＥの経路と同一である。従って、磁化３５の配向５４は、図Ｖ１の方向と同じ方向にある。書き込み可能な層３４の磁化３５に与えられる配向は、端子Ｅ及びＧを横切って流れる電流の流れの方向に依存しない。

図４の右上の図Ｖ３では、端子Ｄは、図の上部に位置している。メモリセル３０には、端子Ｆから端子Ｄに向けて電流Ｉ_ＦＤが流れる。積層体３１内の現在のＩ_ＦＤの経路は、図Ｖ１における電流Ｉ_ＧＥの経路の鏡像である。ミラーは、図４の平面に対して垂直であり、電流が流れるアームに平行である。電流Ｉ_ＦＤの通過に起因する磁化の原因となる局在電子のスピンへの作用は、ミラーに対して、電流Ｉ_ＧＥの通過に起因する作用に対して非対称である。従って、図Ｖ１及びＶ２の向き５４の逆である向き５９が、書き込み可能な磁性層３４の磁化３５に与えられる。

図４の右下の図Ｖ４では、端子Ｄは、図の下部に配置されている。メモリセル３０には、端子Ｄから端子Ｆに向けて電流Ｉ_ＤＦが流れる。端末Ｄから端末Ｆへの積層体３１内の電流Ｉ_ＤＦの経路は、図Ｖ３の電流Ｉ_ＦＤの通路と同一である。その結果、書き込み可能な層の磁化の向きは、端子Ｄ及び端子Ｆを流れる電流の方向に依存しない。

メモリセル３０の読み出しは、図１Ａ及び図１Ｂに関連して説明した読み出しと同様に、端子Ｃと端子Ｄ、Ｅ、Ｆ及びＧのいずれか１つとの間の抵抗を測定することによって得られる。上部層３８及び４０並びに端子Ｃは、読み取りアセンブリを構成する。あるいは、読み取りアセンブリを省略し、例えば異常ホール効果又は光学読み取りデバイスを使用する電子読み取りデバイスで読み取りアセンブリを置き換えることができる。

図５Ａ〜図５Ｅは、磁気メモリセルの他の実施形態の概略上面図である。分かりやすくするために、図５Ａ〜図５Ｅに関連して説明したメモリセルの要素と、同じ役割を有する図３Ａ及び図３Ｂに関連して説明したメモリセルの要素は、同じ参照番号を用いて示す。

図５Ａ〜図５Ｅに示す磁気メモリセルの各々は、金属化層上に配置された積層体を備える。各積層体は、図３Ａ及び図３Ｂに関連して説明した積層体３１の層の積層体と同様の層の積層体の一部を含む。各積層体は、端末Ｃとの接触によって上部に配される。

図５Ａにおいて、磁気メモリセル６０は、金属化層６２上に配置され、４つのアーム４４Ｄ、４４Ｅ、４４Ｆ及び４４Ｇによって延びる積層体６１を備える。アーム４４Ｄ及び４４Ｆは、ほぼ同一直線上にある中心軸４５Ｅ及び４５Ｇに沿って２つの反対方向に延びている。アーム４４Ｅ及び４４Ｇは、ほぼ同一直線上にある中心軸４５Ｅ及び４５Ｇに沿って２つの反対方向に延びている。積層体６１は、軸４５Ｅ、４５Ｇの合流点の中心に位置し、中心軸に対して鋭角をなす方向６６に延長した矩形の形状であり、例えば、互いに３０°から４５°の間に含まれる。

上面図では、軸４５Ｄ及び軸４５Ｆと方向６６との間の鋭角６８Ｄ及び６８Ｆは、反時計方向に向けられている。軸４５Ｅ及び軸４５Ｇと方向６６との間の鋭角６８Ｅ及び軸６８Ｇは、時計回り方向を向いている。メモリセル６０は、積層体６１の中心に対して対称である。さらに、メモリセルは、図５Ｂの平面に垂直で軸６６を含むミラーに対して対称である。従って、メモリセル６０の動作は、図４Ａ〜図４Ｄに関連して説明した動作と同様であり、４つの書き込み電流が端子Ｅ及び端子Ｆを横切って、又は端子Ｅ及びＧを横切って流れる。

図５Ｂにおいて、磁気メモリセル７０は、図３Ａ及び図３Ｂに関連して説明した横断面で金属化層４２の中心に配置された積層体７１を備える。積層体７１は、軸４５Ｄ、４５Ｅ、４５Ｆ、４５Ｇと略４５度の鋭角をなす方向７３に延長した長方形の中央部分７２を有する。部分７２は、その小さな側面の各々から、先端形状の部分７４及び７５によって方向７３に延びている。対向アーム４４Ｄ、４４Ｆの各軸４５Ｄ、４５Ｆと方向７３との間の鋭角７８Ｄ、７８Ｆは、反時計方向に向いている。対向するアーム４４Ｅ、４４Ｇの各軸４５Ｅ、４５Ｇと方向７３との間の鋭角７８Ｅ、７８Ｇは、時計方向に向いている。

メモリセル７０は、図３Ａ及び図３Ｂに関連して説明したメモリセル３０と同じ対称性を有する。従って、メモリセル７０の動作は、メモリセル３０の動作と同様である。

さらに、本発明者らは、アームに近い積層体の部分にチップ形成部分７４、７５が存在することにより、より弱い電流でメモリセルを書き込むことを可能にする利点があることを観察した。

あるいは、中央部分７２を省略することができる。２つの部分７４及び７５は、次に、十字の中心に位置し、方向７３に伸びたダイヤモンドの先端を形成する。

図５Ｃにおいて、磁気メモリセル８０は、図３Ａ及び３Ｂに関連して説明した金属化層４２の中央に配置された積層体８１を備える。積層体８１は、平行四辺形の中央部分８２を含み、大きい方の辺は、方向４５Ｄと４５°未満の鋭角８３を形成する。中央部分８２は、軸４５Ｄ、４５Ｅ、４５Ｆ及び４５Ｇと鋭角をなすそれぞれの方向８６及び８７の先端形成部分８４及び８５によって、その小さな側面のそれぞれから延びている。部分８５の先端は、例えばアーム４４Ｄの端部とアーム４４Ｅの端部との間の合流点に実質的に位置する。部分８５の先端は、例えばアーム４４Ｆの端部とアーム４４Ｇの端部との間の合流点に実質的に位置する。各軸４５Ｄ、４５Ｆと方向８６との間の鋭角８８Ｄ、８８Ｆは、反時計方向に向いている。各軸４５Ｅ、４５Ｇと方向８７との間の鋭角８８Ｅ、８８Ｇは、時計方向に向いている。上面図において、メモリセル８０は、積層体８１の中心に対して対称である。このことから、反対の端子に電流を流すことによって与えられる書き込みは、電流の方向に依存しないことが推測できる。

一例として、鋭角８３は、約１５°である。鋭角８８Ｄ及び８８Ｆは、約４５°とすることができる。

メモリセル８０は、ミラーに対して対称ではない。しかしながら、図３Ａ及び図３Ｂに関連して説明した磁気セル３０の場合と同様に、アーム４４Ｄ又は４４Ｆの一方から積層体に向かって流れる電流は、その右側でそれに最も近い積層体の部分を見る。アーム４４Ｅ又は４４Ｇの１つから積層体に向かって流れる電流は、その左側でそれに最も近い積層体の部分を見る。アームに対する積層体のこの構成は、図３Ａ、図３Ｂ及び図４のメモリセル３０の動作と同じ動作をメモリセル８０に提供する。

実際、メモリセル３０の端子Ｄ及びＦを横切って電流が流れ、メモリセル８０の端子Ｄ及びＦを横切って電流が流れるとき、これらの電流は、アーム４４Ｄに最も近い積層体の部分において同様の経路を有する。同様に、これら２つの電流は、アーム４４Ｆに最も近い積層体の部分において同様の経路を有する。しかし、アームに最も近い積層体のこれらの部分は、書き込み可能な層３４の磁化に与えられる配向を決定する。このため、端子Ｄから端子Ｆに向かって電流が流れるとき、書き込み可能な層の磁化に与えられる向きは、メモリセル８０とメモリセル３０とで同一である。端子Ｆから端子Ｄへ、端子Ｅから端子Ｇへ、端子Ｇから端子Ｅへ流れる電流についても同様である。

メモリセル８０は、メモリセル７０の部分７４及び７５よりも鋭い先端形成部分８４及び８５を有することができ、メモリセルを書き込むために低減された書込み電流を使用できるという利点を有する。

図５Ｄにおいて、磁気メモリセル９０は、４つのアーム４４Ｄ、４４Ｅ、４４Ｆ及び４４Ｇによって延びる金属化層９２上に配置された積層体９１を備える。アーム４４Ｄ及び４４Ｅは、ほぼ同一直線上にある中心軸４５Ｄ及び４５Ｅに沿って２つの反対方向に延びる。アーム４４Ｆ及び４４Ｇは、ほぼ同一直線上にある中心軸４５Ｆ及び４５Ｇに沿って、２つの反対方向にアーム４４Ｆ及び４４Ｇに対して実質的に平行に延びる。アーム４４Ｄ及び４４Ｅは、金属化層９２の同じ側にある。積層体９１は、複数のアームの間に中心を置く細長い中心矩形部分９３を含む。各アーム４４Ｄ、４４Ｅ、４４Ｆ、４４Ｇについて、中央部分９３は、アームに最も近いその小さな側から、細長い部分９４Ｄ、９４Ｅ、９４Ｆ、９４Ｇによって、アームとの鋭角を形成する方向９６Ｄ、９６Ｅ、９６Ｆ、９６Ｇに延びる。各細長い部分９４Ｄ、９４Ｅ、９４Ｆ、９４Ｇは、中央部分９３から最も遠いそれぞれのアーム４４Ｄ、４４Ｅ、４４Ｆ、４４Ｇの端部に接近する先端の形態である。軸４５Ｄと方向９６Ｄとの間の鋭角９８Ｄは、反時計方向に向けられている。軸４５Ｅと方向９６Ｅとの間の鋭角９８Ｅは、時計方向に向けられている。

軸４５Ｆと方向９６Ｆとの間の鋭角９８Ｆは、反時計方向に向けられている。軸４５Ｇと方向９６Ｇとの間の鋭角９８Ｇは、時計方向に向けられている。さらに、メモリセル９０は、図３Ａ及び３Ｂに関して説明したメモリセル３０と同じ対称性を有する。従って、メモリセル９０の動作は、端子Ｄ及びＦを横切って、又は端子Ｅ及びＧを横切って書き込み電流が流れるメモリセル３４の動作と同様である。

一例として、鋭角９８Ｄ、９８Ｅ、９８Ｆ、９８Ｇは、ほぼ等しく約４５°である。

メモリセル９０は、弱い電流でメモリセルを書き込むことができる先端部の部分９４Ｄ、９４Ｅ、９４Ｆ、９４Ｇを含むという利点を有する。メモリセル９０はさらに、並列アームによって給電される利点を有し、その構成によってメモリセルを電子部品、例えば多数のメモリセルを含むメモリ内に集積することが容易になる。

図５Ｅにおいて、磁気メモリセル１００は、４つのアーム４４Ｄ、４４Ｅ、４４Ｆ及び４４Ｇによって延びる金属化層１０２上に配置された積層体１０１を備える。アーム４４Ｄ及び４４Ｇは、ほぼ同一直線上にあるそれぞれの中心軸４５Ｄ及び４５Ｇに沿って２つの反対方向に延びている。アーム４４Ｅ、４４Ｆは、アーム４４Ｄ、４４Ｇの同一側で軸４５Ｄ、４５Ｇに対してほぼ垂直な方向に、中心軸４５Ｅ、４５Ｆに沿って延在している。積層体１０１は、軸４５Ｄに沿って延びた長方形状の中央部分１０３を含む。中央部分１０３は、アーム４４Ｅと４４Ｆとの間に位置し、アーム４４Ｅと４４Ｆに対向する軸４５Ｄと４５Ｇの側の大部分において見られる。中央部分１０３は、先端形状の細長い部分１０４及び１０５による細い側面の各々によって延びている。部分１０４は、アーム４４Ｄ及び４４Ｅを横切って配置され、アーム４４Ｄの一方の側とアーム４４Ｅの一方の側との間の合流点に近づく方向１０６に延びる。部分１０５は、アーム４４Ｆ、４４Ｇを横切って位置し、アーム４４Ｆの側部とアーム４４Ｇの側部との合流点に近づきながら方向１０７に延びている。軸４５Ｄと方向１０６との間の鋭角１０８Ｄは、反時計方向に向けられている。軸４５Ｆと方向１０７との間の鋭角１０８Ｆは、反時計方向に向けられている。軸４５Ｅと方向１０６との間の鋭角１０８Ｅは、時計方向に向けられている。軸４５Ｇと方向１０７との間の鋭角１０８Ｇは、時計方向に向けられている。一例として、鋭角１０８Ｄは、約４５°である。鋭角１０８Ｅは、約４５°とすることができる。

メモリセル１００の構成では、アーム４４Ｄ及び４４Ｆの一方又は他方に、軸４５Ｄ及び４５Ｆに沿って積層体に向かって流れる電流は、その右側で、それに最も近い積層体の部分を見る。アーム４４Ｅ及び４４Ｇの一方又は他方を、軸４５Ｅ及び４５Ｇに沿って積層体に向かって流れる電流は、その左側で、それに最も近い積層体の部分を見る。従って、メモリセル１００の動作は、図５Ｄに関連して説明したメモリセル８０の動作と同様である。

アームの配置は、例えば多数のメモリセルを含むメモリのような電子デバイスにおけるメモリセル１００の実現を容易にすることができる。

あるいは、メモリセル１００のアーム４４Ｅは、軸４５Ｄに対して図５Ｅに示すアーム４４Ｅに対して対称なアーム４４Ｅと置き換えることができる。この代替案では、鋭角１０８Ｅ及びその向きは、変更されていない。

一例として、中心軸４５Ｄ〜４５Ｇに直交する方向に測定された図３Ａ、図３Ｂ及び図５Ａ〜図５Ｅのアーム４４Ｄ〜４４Ｆの寸法は、１０ｎｍ〜２００ｎｍの間に含まれる。

磁気セルを書き込むために使用される電流は、例えば、１０^５Ａ／ｃｍ^２〜１０^８Ａ／ｃｍ^２の間に含まれる。

書き込み可能な磁性層は、特定の垂直磁気異方性、特にＦｅＰｔ、ＦｅＰｄ、ＣｏＰｔ、又は希土類／遷移金属合金、特にＧｄＣｏ、ＴｄＦｅＣｏを有する合金を含むことができる。書き込み可能な磁性層は、界面に誘起される垂直磁気異方性、特にＣｏ、Ｆｅ、ＣｏＦｅ、Ｎｉ、ＣｏＮｉを積層体内に有する金属又は合金を含むことができる。

書き込み可能な磁性層３４を挟む層３２、３６の１つは、Ｐｔ、Ｗ、Ｉｒ、Ｒｕ、Ｐｄ、Ｃｕ、Ａｕ、Ｂｉ、Ｈｆ又はこれらの金属の合金のような非磁性金属であってもよく、又は、これらの金属のそれぞれのいくつかの層の積層体の形態であってもよい。

導電層３２は、非磁性体又は反強磁性体で形成することができる。反強磁性体の例には、ＩｒＭｎ、ＦｅＭｎ、ＰｔＭｎのようなＭｎ系合金、又はＰｔＦｅＭｎ等のこれらの化合物の合金、又はＣｏＯ_ｘ又はＮｉＯ_ｘ等の酸化物が含まれる。下部層３２の導電率は、書込み段階で電流を通過させるのに十分でなければならない。

書き込み可能な磁性層を覆う非磁性層３６は、ＳｉＯ_ｘ、ＡｌＯ_ｘ、ＭｇＯ_ｘ、ＴａＯ_ｘ、ＨｆＯ_ｘ等の誘電体酸化物、又はトンネル効果を可能にする厚さのＳｉＮ、ＢＮ_ｘ等の誘電体窒化物で作ることができる。

書き込み可能な磁性層を挟む層３２、３６のうちの１つの層の厚さは、０．５ｎｍから２００ｎｍの間、より詳細には０．５ｎｍから１００ｎｍの間、好ましくは３ｎｍ未満であり得る。

書き込み可能な磁性層の厚さは、３ｎｍ未満であり得る。

書込みアセンブリの磁性層３８は、磁性材料又は磁性材料の化合物から作製することができ、又は磁性材料及び非磁性材料のいくつかの層を含むことができる。

上述した磁気メモリセルの１つの利点は、書き込み電流が交流であり得、直流であれば、その方向を気にする必要がないことである。

特定の実施形態が記載されている。様々な代替及び変更が当業者には明らかであろう。特に、金属化層上に配置された積層体の特定の構成について説明したが、各アームについて、アームの中心軸の方向において積層体を見るアーム上にいる外側の観察者が、アームのうちの２つに対して観察者の左に大部分、他の２つのアームに対して観察者の右に大部分があるアームに最も近い積層体の部分を見る限り、他の構成も可能である。

さらに、上述した磁気メモリセルの積層体は全て、鋭い角部を有する形状を有するが、実際の形状は丸くすることができる。特に、先端は、丸くすることができ、曲線の半径は、好ましくは１〜１０ｎｍの間に含まれる。

さらに、「金属化層」という用語は、金属又は非金属の導電性材料、例えばドープされた半導体を示すものとして解釈されなければならない。

さらに、記載されたメモリセルでは、書き込み層は非磁性層で覆われているが、この非磁性層を磁性層で置き換えることができ、又は磁性材料及び非磁性材料のいくつかの層を含むことができ、重要な点は、書き込み層を挟む複数の層が異なるものである。

さらに、説明されたメモリセルでは、金属化層は、直線アームによって延びているが、これらの金属化層はまた、積層体に最も近い部分において、直線アームと同じ方向を有し、直線アームの中心軸のよって規定される中心軸を有する湾曲アームによって延びることもできる。

１導電性トラック
３積層体
５基板
１０非磁性領域
１１磁性材料領域
１２非磁性領域
１３磁性材料領域
１４電極
１５端子
１６端子
２０積層体
２２セクション
２４Ａ接点
２４Ｂ接点
３０磁気メモリセル
３１積層体
３２導電層部分
３４磁性層部分
３６非磁性層部分
３８磁性層部分
４０電極
４２金属化層
４４Ｄアーム
４４Ｅアーム
４４Ｆアーム
４４Ｇアーム
４５Ｄ軸
４５Ｅ軸
４５Ｆ軸
４５Ｇ軸
４６Ｄ接点
４６Ｅ接点
４６Ｆ接点
４６Ｇ接点
４７方向
４８Ｄ鋭角
４８Ｅ鋭角
４８Ｆ鋭角
４８Ｇ鋭角
５４配向
５９向き
６２金属化層
６６方向
６８Ｄ鋭角
６８Ｅ鋭角
６８Ｆ鋭角
６８Ｇ鋭角
７０磁気メモリセル
７１積層体
７２中央部分
７４先端形状の部分
７５先端形状の部分
７８Ｄ鋭角
７８Ｅ鋭角
７８Ｆ鋭角
７８Ｇ鋭角
８０磁気メモリセル
８１積層体
８２中央部分
８３鋭角
８４先端形成部分
８５先端形成部分
８６方向
８７方向
８８Ｄ鋭角
８８Ｅ鋭角
８８Ｆ鋭角
８８Ｇ鋭角
９０磁気メモリセル
９１積層体
９２金属化層
９３中心矩形部分
９４Ｄ細長い部分
９４Ｅ細長い部分
９４Ｆ細長い部分
９４Ｇ細長い部分
９６Ｄ方向
９６Ｅ方向
９６Ｆ方向
９６Ｇ方向
９８Ｄ鋭角
９８Ｅ鋭角
９８Ｆ鋭角
９８Ｇ鋭角
１００磁気メモリセル
１０１積層体
１０２金属化層
１０３中央部分
１０４細長い部分
１０５細長い部分
１０６方向
１０７方向
１０８Ｄ鋭角
１０８Ｅ鋭角
１０８Ｆ鋭角
１０８Ｇ鋭角

Claims

導電層セクション（３２）と、前記導電層とは異なる層（３６）のセクションとの間に磁性層セクションを含む積層体（３１；６１；７１；８１；９１；１０１）であって、前記磁性層が、前記層の平面に垂直な磁化（３５）を有する積層体（３１；６１；７１；８１；９１；１０１）と、
前記積層体が配置される金属化セクション（４２；６２；７２；８２；９２；１０２）と、
各々が中心軸（４５Ｄ〜４５Ｇ）を有する第１、第２、第３及び第４の金属化アーム（４４Ｄ〜４４Ｇ）と、
を備え、
各アームについて、前記中心軸の方向において前記積層体に向かって流れる電流が、前記第１及び第２のアーム（４４Ｅ、４４Ｇ）に対して主に左にあり、前記第３及び第４のアーム（４４Ｄ、４４Ｆ）に対して主に右にある前記アームに最も近い積層体のセクションを見る、磁気メモリセル（３０；６０；７０；８０；９０；１００）。
前記磁性層が、３ｎｍ未満の厚さを有することを特徴とする、請求項１に記載の磁気メモリセル（３０；６０；７０；８０；９０；１００）。
平面視で対称中心を有する、請求項１又は２に記載の磁気メモリセル（３０；６０；７０；８０；９０）。
前記層の平面に垂直な対称平面を有し、
前記第１及び第３のアーム（４４Ｅ、４４Ｄ）が、前記対称平面に対して互いに対称的であり、
前記第２及び第４のアーム（４４Ｇ、４４Ｆ）が、前記対称平面に対して互いに対称的である、請求項１から３の何れか一項に記載の磁気メモリセル（３０；６０；７０；９０）。
前記各アーム（４４Ｄ〜４４Ｇ）について、前記アームに最も近い前記積層体の部分は、平面視において、前記アームの中心軸（４５Ｄ〜４５Ｇ）と鋭角をなす方向に延びた部分（３１；６１；７４，７５；８４，８５；９４Ｄ〜９４Ｇ；１０４，１０５）を含む、請求項１から４の何れか一項に記載の磁気メモリセル。
前記鋭角のうちの少なくとも１つが、３０°から６０°である、請求項５に記載の磁気メモリセル（３０；６０；７０；８０；９０；１００）。
前記細長い部分（７４，７５；８４，８５；９４Ｄ〜９４Ｇ；１０４，１０５）の少なくとも１つが、先端を形成する、請求項５又は６に記載の磁気メモリセル（７０；８０；９０；１００）。
前記細長い部分（７４，７５；８４，８５；９４Ｄ〜９４Ｇ；１０４，１０５）の少なくとも１つが、丸い先端を形成する、請求項５又は６に記載の磁気メモリセル（７０；８０；９０；１００）。
前記金属化部分（４２）と前記第１、第２、第３及び第４のアーム（４４Ｄ〜４４Ｇ）との間に十字形状が形成され、前記積層体（３１；７１；８１）が延び、前記十字形状の中心に位置する、請求項５〜８の何れか一項に記載の磁気メモリセル（３０；７０；８０）。
前記積層体（８１）が、前記第３のアーム（４４Ｄ）の中心軸（４５Ｄ）に関して、０°から３０°、好ましくは５°から２５°の角度（８３）を形成する方向に延びた中央部分（８２）を含む、請求項９に記載の磁気メモリセル（８０）。
前記第１及び第２のアーム（４４Ｅ、４４Ｇ）の中心軸（４５Ｅ、４５Ｇ）が、実質的に同一線上にあり、
前記第３及び第４のアーム（４４Ｄ、４４Ｆ）の中心軸（４５Ｄ、４５Ｆ）が、実質的に同一線上にあり、
前記積層体（６１）が、前記軸の合流点の中心に位置する細長い形状を有し、
前記鋭角（６８Ｄ〜６８Ｇ）が、３０°から４５°に含まれる、請求項５から８の何れか一項に記載の磁気メモリセル（６０）。
前記第１及び第３のアーム（４４Ｅ、４４Ｄ）の中心軸（４５Ｅ、４５Ｄ）が、実質的に同一線上にあり、
前記第２及び第４のアーム（４４Ｇ、４４Ｆ）の中心軸（４５Ｇ、４５Ｆ）が、実質的に同一線上にあり、
前記第１及び第２のアーム（４４Ｅ、４４Ｇ）の中心軸（４５Ｅ、４５Ｇ）が、実質的に平行であり、
前記第１及び第２のアームが、反対方向に延びている、請求項５から８の何れか一項に記載の磁気メモリセル（９０）。
前記第２及び第３のアーム（４４Ｇ、４４Ｄ）の中心軸（４５Ｇ、４５Ｄ）が、実質的に同一線上にあり、
前記第１及び第４のアーム（４４Ｅ、４４Ｆ）の中心軸（４５Ｅ、４５Ｆ）が、前記第１及び第３のアームの中心軸に実質的に直交する、請求項５から８の何れか一項に記載の磁気メモリセル（１００）。
前記第１及び第２のアーム（４４Ｅ、４４Ｇ）の間に第１の電流（Ｉ_ＧＥ、Ｉ_ＥＧ）を、又は、前記第３及び第４のアーム（４４Ｄ、４４Ｆ）の間に第２の電流（Ｉ_ＤＦ、Ｉ_ＦＤ）を流すことからなる段階を含む、請求項１から１３の何れか一項に記載のメモリセル（３０；６０；７０；８０；９０；１００）を書き込む方法。
前記第１又は第２の電流（Ｉ_ＧＥ、Ｉ_ＥＧ）が、交流である、請求項１４に記載の方法。