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MAGNETIC MEMORY ELEMENT AND MAGNETIC MATERIAL USING THE SAME

Patent code P200016785
File No. 5801
Posted date Apr 13, 2020
Application number P2017-132264
Publication number P2019-016673A
Date of filing Jul 5, 2017
Date of publication of application Jan 31, 2019
Inventor
  • (In Japanese)森山 貴広
  • (In Japanese)小野 輝男
  • (In Japanese)関 剛斎
  • (In Japanese)周 偉男
  • (In Japanese)高梨 弘毅
Applicant
  • (In Japanese)国立大学法人京都大学
  • (In Japanese)国立大学法人東北大学
Title MAGNETIC MEMORY ELEMENT AND MAGNETIC MATERIAL USING THE SAME
Abstract PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a magnetic memory element with high information writing speed and low power consumption.
SOLUTION: A magnetic memory element 10 includes a recording portion (recording layer 11) made of an antiferromagnetic material which can be antiferromagnetic in at least two directions of a first direction and a second direction, a spin flow generation portion (first spin flow generation portion 121, second spin flow generation portion 122) made of a substance having a spin hall effect, which is provided in contact with the recording portion or via a conductive member with the recording portion, a first current introduction portion 131 for supplying a current perpendicular to the first direction to the spin flow generation portion, and a second current introduction portion 132 for passing a current perpendicular to the second direction to the spin flow generation portion. Since information can be recorded in the recording portion only by passing a current from the first current introduction portion or the second current introduction portion to the spin flow generation portion, the information writing speed is high and the power consumption is small.
Outline of related art and contending technology (In Japanese)

近年、情報爆発と呼ばれる情報量の飛躍的な増加に伴って、高密度・低消費電力の記憶装置(メモリ)が必要とされている。現在、高密度・低消費電力のメモリとしてフラッシュメモリが広く用いられている。しかし、フラッシュメモリは、動作原理上、電子が酸化膜を貫通するため、酸化膜の劣化により書き込み可能回数が限られるうえに、情報の書き込み速度も遅くなる、という物理的限界がある。

このようなフラッシュメモリを置き換えることが期待される次世代のメモリとして、書き換え可能な磁気メモリ(MRAM、以下では「磁気メモリ」とする)素子が提案されている。磁気メモリ素子では一般に、磁性体を特定の方向に磁化させることによりデータを書き込み、磁性体に電流を流した際に磁化の方向によって電気抵抗の大きさが異なること(磁気抵抗効果)を利用してデータを読み出す。磁気メモリ素子は、このような動作原理によってフラッシュメモリよりも劣化が生じ難いため、書き込み可能回数を多くすることができる。

従来より開発が進められている磁気メモリ素子では、多くの場合、強磁性体が用いられている。強磁性体は、それを構成する各原子が有するスピンが同じ方向に揃うことにより、全体として一方向に磁気モーメントを有する。このような強磁性体を用いた磁気メモリ素子では、記録ビット毎に磁気モーメントを特定の一方向に揃えることにより、各記録ビットにデータを記録してゆく。しかしながら、強磁性体では一方向に揃った磁気モーメントによって磁界が生成されるため、記録ビットを近づけすぎると、隣接する記録ビットからの磁界の影響を受けて磁気モーメントの向きが変化してしまうおそれがある。そのため、強磁性体を用いた磁気メモリ素子は記録ビットを高密度化することが難しい。

それに対して特許文献1には、反強磁性体から成る材料を記録ビットに用いた磁気メモリ素子が記載されている。反強磁性体は、ネール温度TNと呼ばれる相転移温度よりも低温において、それを構成する各原子が有するスピンが、隣接する原子のスピンと互いに逆方向を向くという磁気的特性(反強磁性)を有し、ネール温度TNよりも高温では常磁性である。特許文献1に記載の磁気メモリ素子では、記録ビット毎にスピンを90°異なる2つの方向のいずれかに向けることにより、「0」及び「1」の2値のいずれかを書き込む。反強磁性体では全体としては磁気モーメントを有しないため、反強磁性体を用いた磁気メモリ素子は隣接する記録ビット同士で悪影響を及ぼすことがなく、記録ビット間の距離を小さくすることができるため、記録ビットを高密度化することができるという特長を有する。

Field of industrial application (In Japanese)

本発明は、磁気的状態によって情報を記録する磁気メモリ素子、及び該磁気メモリ素子に用いる磁性材料に関する。

Scope of claims (In Japanese)
【請求項1】
 
a) 第1方向と第2方向の少なくとも2方向において反強磁性となり得る反強磁性体から成る記録部と、
b) 前記記録部に接して、又は該記録部との間に導電性部材を介して設けられた、スピンホール効果を有する物質から成るスピン流生成部と、
c) 前記スピン流生成部に、前記第1方向に垂直な電流を流す第1電流導入部と、
d) 前記スピン流生成部に、前記第2方向に垂直な電流を流す第2電流導入部と
を備えることを特徴とする磁気メモリ素子。

【請求項2】
 
前記スピン流生成部が前記記録部を挟んで2個設けられ、
前記第1電流導入部が該2個の前記スピン流生成部にそれぞれ、前記第1方向に垂直な電流を流すように設けられ、
前記第2電流導入部が該2個の前記スピン流生成部にそれぞれ、前記第2方向に垂直な電流を流すように設けられている
ことを特徴とする請求項1に記載の磁気メモリ素子。

【請求項3】
 
前記反強磁性体がNiOであることを特徴とする請求項1又は2に記載の磁気メモリ素子。

【請求項4】
 
a) 第1方向と第2方向の少なくとも2方向を取り得る第1磁気モーメントを有する第1磁性体層と、前記第1磁気モーメントに平行且つ逆向きの第2磁気モーメントを有する第2磁性体層を積層した積層体から成る記録部と、
b) 前記記録部に接して、又は該記録部との間に導電性部材を介して設けられた、電流が流れることでスピンホール効果によるスピン流が形成されるスピン流生成部と、
c) 前記スピン流生成部に前記第1方向に垂直な方向の電流を流す第1電流導入部と、
d) 前記スピン流生成部に前記第2方向に垂直な方向の電流を流す第2電流導入部と
を備えることを特徴とする磁気メモリ素子。

【請求項5】
 
前記スピン流生成部が前記記録部を挟んで2個設けられ、
前記第1電流導入部が該2個の前記スピン流生成部にそれぞれ、前記第1方向に垂直な電流を流すように設けられ、
前記第2電流導入部が該2個の前記スピン流生成部にそれぞれ、前記第2方向に垂直な電流を流すように設けられている
ことを特徴とする請求項4に記載の磁気メモリ素子。

【請求項6】
 
前記積層体が、
Co及びGdから成るCoGd合金であって、Coの原子含有率が80%以上である第1磁性体層と、
CoGd合金であって、Coの原子含有率が72%以下である第2磁性体層と
を積層したものであることを特徴とする請求項4又は5に記載の磁気メモリ素子。

【請求項7】
 
前記第1磁性体層のCoの原子含有率が80~90%であり、前記第2磁性体層のCoの原子含有率が55~72%であることを特徴とする請求項6に記載の磁気メモリ素子。

【請求項8】
 
a) Co及びGdから成るCoGd合金であって、Coの原子含有率が80%以上である第1磁性体層と、
b) CoGd合金であって、Coの原子含有率が72%以下である第2磁性体層と
を積層したものであることを特徴とする磁性材料。

【請求項9】
 
前記第1磁性体層のCoの原子含有率が80~90%であり、前記第2磁性体層のCoの原子含有率が55~72%であることを特徴とする請求項8に記載の磁性材料。
IPC(International Patent Classification)
F-term
Drawing

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JP2017132264thum.jpg
State of application right Published
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