磁性存储器的驱动方法技术

本发明专利技术提供一种磁性存储器，该存储器包含沿层厚方向积层的２个以上的存储器层与２个以上的隧道层，所述２个以上的存储器层串联电连接，第一层组的磁化反转所产生的阻抗变化与第二层组的磁化反转所产生的阻抗变化互不相同，其中第一层组是由从所述２个以上的存储器层选择的至少１个构成。（*该技术在2022年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及磁性存储器及其驱动方法，以及使用这种存储器的磁性随机访问存储器(MRAM)等磁存储装置。
技术介绍
隧道磁阻效应(TMRtunnel magnetoresistance)元件包含隧道(阻挡层barrier)层和夹着该层的一对磁性层。TMR元件中，利用一对磁性层中磁化方向的相对角度差异产生的自旋隧道效果。自旋阀型的TMR元件中，一对磁性层包含磁化难以旋转的固定磁性层与磁化容易旋转的自由磁性层。自由磁性层具有存储器层的功能，其信息作为磁化方向而被记录。作为磁性存储器，TMR元件以矩阵状排列的MRAM中，随着集成度越来越高，可能会产生下面一些问题。1.由于元件间隔减少而出现磁串扰所导致的记录错误。2.由于磁性体的精细化带来的磁化反转磁场的增加及记录电流的增大。3.由于导线的微细化导致的记录电流的局限性。4.随着导线的微细化使阻抗上升并导致读出时S/N下降。由于这些问题，普遍认为很难达到大于Gbit/平方英寸的高集成度。
技术实现思路
本专利技术的磁性存储器，包括沿层厚方向积层的2个以上的存储器层和2个以上的隧道层，2个以上的存储器层串联电连接，第一层组的磁化反转所产生的阻抗变化ΔR1与第二层组的磁化反转所产生的阻抗变化ΔR2互不相同，其中第一层组由从上述2个以上的存储器层选择的至少1个所构成，而第二层组是由从上述2个以上的存储器层选择的至少1个所构成。通过本专利技术可以实现多值化的磁性存储器。存储器的多值化，不仅可以抑制存储器的精细化，还可以高密度记录信息。利用本专利技术的磁性存储器，可以进行信息的非破坏读取。可以通过施加额定电流或额定电压时的电压变化或电流变化来测定存储器的阻抗变化。本专利技术也提供一种适用上述磁性存储器的驱动方法。使用这种驱动方法，存储器层的磁化反转通过利用由包含在厚度方向通过该存储器层的电流的多个电流所产生的磁场来进行。将这种驱动方法适用于本专利技术的磁性存储器时，上述电流沿厚度方向通过从上述2个以上的存储器层选择的、成为磁化反转的对象的至少1个层。但是，上述驱动方法基本可适用于所有能够使电流沿层厚方向通过的磁阻元件，以及使用这些磁阻元件的磁性存储器，并不局限于TMR元件，也可以用于CPP(电流垂直于面Current Perpendicular to Plane)型GMR(巨磁电阻)元件的驱动。通过本专利技术可以实现顺畅的磁化反转。顺畅的磁化反转对减少高集成度磁性存储器中的误记录非常有效。附图说明图1A、图1B分别表示可用于本专利技术的磁性存储器的磁阻元件基本构造的截面图。图2是表示可用于本专利技术的磁性存储器的磁阻元件基本构造及周围部件的截面图。图3A、图3B是本专利技术的磁性存储器的一种形态的截面图，该图是从相互成90度角的不同的方向观看磁性存储器的状态。图4是本专利技术的磁性存储器的另一种形态的截面图。图5是用来说明本专利技术的磁性存储器中存储值的图。图6是用来说明本专利技术的磁性存储器中最大存储值的图。图7是本专利技术的磁性存储器的一种形态，是使用包含多个存储器层的磁阻元件的形态的截面图。图8用来说明读出本专利技术的磁性存储器输出的一例方法的电路图。图9A、图9B分别表示本专利技术的磁性存储器的另一种形态的截面图。图10是本专利技术的磁性存储器的一种形态，是使用包含多个存储器层的磁阻元件的另一种形态的截面图。图11是表示磁性存储器装置的一种形态的平面图，该装置沿面内方向设置多个本专利技术的磁性存储器而形成。图12是本专利技术的磁性存储器装置的另一种形态的平面图。图13是用来说明图12所示的磁性存储器装置中导线的位置关系的截面图。图14A、图14B分别表示存储器层的磁化开关曲线的例子。图15用来说明存储器层的磁化开关曲线与可磁化反转的合成磁场之间的关系图。图16是本专利技术的磁性存储器装置中各个存储器层的易磁化轴的相对关系的平面图。图17A、图17B表示因存储器层的易磁化轴的夹角α而引起的磁化开关曲线的倾向，以及说明在此情况下合成磁场引起的磁化反转。图18是表示本专利技术的存储器装置中，沿面内方向配置的存储器层的易磁化轴的一例关系的平面图。图19A～图19E分别表示存储器层的面形状的示例的平面图。图20A～图20C用来说明本专利技术的一例驱动方法，图20A是磁性存储器的截面图，图20B是记录电流与时间之间的关系图，图20C是存储器层的平面图。图21A、图21B是用来说明本专利技术的另一例驱动方法的磁性存储器的截面图，图21A是写入操作，图21B是读出操作。图22A、图22B用来说明本专利技术的另一例驱动方法的磁性存储器的截面图，图22A是写入操作，图22B是读出操作。图23是使用了本专利技术的磁性存储器的系统LSI的一例电路图。图24是将本专利技术的磁性存储器配置于面内方向的磁性存储器装置的另一例的平面图。图25是磁化开关曲线，表示通过字线的电流IW及通过位线的电流IB所引起的磁化反转。图26表示本专利技术的磁性存储器装置中元件的配置的另一例的平面图。图27是按照本专利技术的实施例所制造的磁性存储器的截面图。具体实施例方式在本专利技术的磁性存储器中，从多个存储器层中选择的第一层组的阻抗变化ΔR1与第二层组的阻抗变化ΔR2互不相同。包含在这些存储器层组内的存储器层的数量并没有限制，但第一层组及第二层组也可以同时由1个存储器层构成。阻抗变化ΔR1与阻抗变化ΔR2(其中ΔR1＜ΔR2)，优选满足下面的关系式(1)。ΔR1×2≤ΔR2(1)如果公式(1)的关系成立，就可以很容易地分离2个存储器层组的输出。本专利技术的磁性存储器也可以由2个以上的磁阻元件(TMR元件)沿层厚方向积层而形成。TMR元件包含各自至少1个构成磁性存储器的存储器层与隧道层。磁性存储器中设置2个以上的记录导线用来写入信息。这种情况下，优选在从上述2个以上的TMR元件中选择的、相邻的一对TMR元件之间配置从上述2个以上记录导线中选择的至少1根记录导线。TMR元件与至少1根记录导线优选是交叉配置。其原因在于，如果记录导线与存储器层之间的距离变小，就能够减少磁化反转所需电流量。本专利技术的磁性存储器的一形态中，包含沿层厚方向积层的2个以上的TMR元件，这2个以上的TMR元件包括输出各异的2个TMR元件。在这个磁性存储器中，记录导线也可以夹着各个TMR元件的方式而设置。包含N个TMR元件的存储器中，可以设置至少(N+1)根记录导线。其中N为2以上的整数。TMR元件不仅可以只包含1个存储器层，还可以包含2个以上的存储器层。这种TMR元件包含从构成磁性存储器的存储器层中选择的至少2个。这种TMR元件也可以包含至少2个隧道层。在这种情况下，包含在1个TMR元件中的至少2个存储器层中，也可以包含因磁化反转而产生的电阻变化互不相同的2个存储器层。本专利技术的磁性存储器的另一形态中，装备TMR元件，该元件包含沿层厚方向积层而成，输出互不相同的至少2个存储器层。为了形成由于磁化反转阻抗变化互不相同的2个存储器层，例如，也可形成膜厚互不相同的2个隧道层。根据隧道层的厚度，作为固定磁性层/隧道层/存储器层(自由磁性层)，能够记载的积层体的隧道阻抗发生变化。另外，自旋隧道效应也会受影响。由于隧道阻抗发生变化，即便隧道阻抗变化率随着磁化反转而保持恒定，仍可以改变阻抗变化。调整隧道层的膜厚是控制因存储器层的磁化反转而导致阻抗变化的一种方法。包含N本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种磁性存储器，包含沿层厚方向积层的２个以上的存储器层与２个以上的隧道层，所述２个以上的存储器层串联电连接，第一层组的磁化反转所产生的阻抗变化与第二层组的磁化反转所产生的阻抗变化互不相同，该第一层组由从所述２个以上的存储器层中选择的至少１个构成，该第二层组由从所述２个以上的存储器层中选择的至少１个构成。

【技术特征摘要】
JP 2001-6-19 184480/20011.一种磁性存储器，包含沿层厚方向积层的2个以上的存储器层与2个以上的隧道层，所述2个以上的存储器层串联电连接，第一层组的磁化反转所产生的阻抗变化与第二层组的磁化反转所产生的阻抗变化互不相同，该第一层组由从所述2个以上的存储器层中选择的至少1个构成，该第二层组由从所述2个以上的存储器层中选择的至少1个构成。2.如权利要求1所述的磁性存储器，其特征在于，所述第一层组的阻抗变化ΔR1与所述第二层组的阻抗变化ΔR2满足下面的关系式。ΔR1×2≤ΔR2其中ΔR1＜ΔR2。3.如权利要求1所述的磁性存储器，其特征在于，包含2个以上的磁阻元件，所述2个以上的磁阻元件分别包含从所述2个以上的存储器层中选择的至少1个和从所述2个以上的隧道层中选择的至少1个，且还包含2个以上的记录导线，在从所述2个以上的磁阻元件中选择的、相互邻接的一对磁阻元件之间，配置有从所述2个以上的记录导线选择的至少一个记录导线。4.如权利要求1所述的磁性存储器，其特征在于，包含含有从所述2个以上的存储器层中选择的至少2个层的磁阻元件，所述至少2个层中包含因磁化反转所产生的阻抗变化互不相同的2个存储器层。5.如权利要求1所述的磁性存储器，其特征在于，所述2个以上的隧道层包含膜厚度互不相同的2个隧道层。6.如权利要求1所述的磁性存储器，其特征在于，从所述2个以上的存储器层中选择的第N个存储器层中的阻抗变化用ΔRN表示、所述ΔRN的最小值用ΔRmin表示，所述ΔRN的最大值用ΔRmax表示，此时下面的关系式成立ΔRmax≥ΔRmin×2N-1其中N为2以上的整数。7.如权利要求1所述的磁性存储器，其特征在于，从所述2个以上的存储器层中选择的第N个存储器层中的阻抗变化用ΔRN表示、第M个最小的ΔRN用ΔRM表示时，下面的关系式成立。ΔRM×2≤ΔRM+1其中，N为2以上的整数，M为1以上(N-1)以下的整数。8.如权利要求1所述的磁性存储器，其特征在于，所述2个以上的存储器层包含沿层的厚度方向邻接的、易磁化轴方向互不相同的一对存储器层。9.如权利要求8所述的磁性存储器，其特征在于，所述易磁化轴方向的夹角20度以上90度以下。10.如权利要求8所述的磁性存储器，其特征在于，所述一对存储器层中的至少一个是包含2个以上磁性膜的积层体。11.如权利要求1所述的磁性存储器，其特征在于，包含与所述2个以上的存储器层电连接的非线形元件。12.一种磁性存储器装置，...

【专利技术属性】
技术研发人员：平本雅祥，松川望，小田川明弘，里见三男，杉田康成，川岛良男，
申请(专利权)人：松下电器产业株式会社，
类型：发明
国别省市：JP[日本]