[发明专利]磁阻元件和磁存储器

说明书

相关申请的交叉引用

本发明基于并要求在2011年6月30日提交的在先的日本专利申请2011-146718的优先权，通过引用将其全部内容并入到这里。

技术领域

本文中描述的实施例一般而言涉及磁阻元件和磁存储器。

背景技术

磁阻元件具有包括具有恒定磁化的磁性层(参考层)、具有可变磁化的磁性能(存储层)以及在这两个磁性层之间的非磁性层的叠层结构作为基本结构，并被用于磁随机存取存储器的存储器基元(memory cell)或可重构的逻辑电路的自旋场效应晶体管(FET)的LSI等等。在该情况下，以柱状来构图磁阻元件。

此外，作为磁阻元件中固有的问题，存在这样的问题：存储层的磁滞曲线因受由参考层的磁化导致的磁场(杂散磁场)的影响而从不存在杂散磁场时的曲线沿预定方向偏移(shift)。为了使该曲线返回到原始状态，需要将用于抵消杂散磁场的偏移调整层添加到磁阻元件。

然而，近年来，已经开发了通过自旋注入的写入系统、垂直磁化型磁阻元件等等。相应地，磁阻元件的小型化迅速进展。因此，即使最终形成了厚的偏移调整层，也难以使存储层的磁滞曲线返回到不存在杂散磁场时的原始状态。

发明内容

概括而言，根据一个实施例，一种磁阻元件，包括：存储层，其具有垂直且可变的磁化；参考层，其具有垂直且恒定的磁化；偏移调整层，其具有沿与所述参考层的磁化相反的方向的垂直且恒定的磁化；第一非磁性层，其在所述存储层与所述参考层之间；以及第二非磁性层，其在所述参考层与所述偏移调整层之间；其中，所述参考层的切换磁场等于或小于所述存储层的切换磁场，且所述参考层的磁弛豫常数大于所述存储层的磁弛豫常数。

附图说明

图1到3为示出了磁阻元件的图；

图4为用于解释当参考层被制造为很薄时的问题的图；

图5为示出了当参考层的矫顽力等于存储层的矫顽力时的MH回线的图；

图6和7为示出了存储层和参考层的磁化反转(magnetization reversal)概率分布的图；

图8为示出了MRAM的主要部分的图；

图9为示出了MRAM的存储器基元的图；

图10为示出了作为应用实例的DSL数据路径部分的图；

图11为示出了作为另一应用实例的蜂窝电话终端的图；

图12为示出了作为又一应用实例的MRAM卡的图；以及

图13到16为示出了将数据转写(transfer)到MRAM卡的转写装置的图。

具体实施方式

将描述磁阻元件和磁存储器的实施例。

在以下描述中，具有基本上相同的功能和构成的构成要素用相同的符号表示，且将仅在必要时重复描述。此外，附图是示意性的，且厚度与平面尺寸之间的关系、层的厚度的比例等等有时与实际情况不同。因此，应考虑下面的描述来判断具体的厚度或尺寸。同样，在附图中，相互的尺寸关系、比率等等有时会改变。

此外，以下实施例是用于具体化技术构思的装置和方法的示例。在该技术构思中，构成部件的材料、形状、结构、设置等等并未被限制为下述情况。各种变更可在专利权利要求中被添加到该技术构思中。

在下面的描述中，有时会使用根据该技术构思的磁阻元件和磁存储器所特有的表示法，因此其表示法将被定义如下。此外，在实施例的描述中将适当地定义未被如下定义的表示法。

下文中描述的磁阻元件包括作为基本构成要素的具有垂直且可变的磁化的存储层、具有垂直且恒定的磁化的参考层、具有沿与参考层的磁化相反的方向的垂直且可变的磁化的偏移调整层、在存储层与参考层之间的非磁性层以及在参考层与偏移调整层之间的非磁性层。

这里，存储层为具有可变的磁化的磁性层，参考层为具有恒定的磁化的磁性层。可变意味着磁性层的剩余磁化可沿彼此相反的第一和第二方向反转，而恒定意味着磁性层的剩余磁化恒定地指向第一和第二方向中的一个。

彼此相反的方向包括以下情况：由第一和第二方向形成的角θ在90°＜θ≤180°的范围内。然而，存储层的剩余磁化的磁化方向可以优选地基本上反转180°。

偏移调整层为具有沿与参考层的磁化相反的方向的磁化的磁性层。该偏移调整层具有调整存储层的磁滞曲线的偏移的目的。

垂直磁化意味着磁性层的剩余磁化的磁化方向变为垂直或基本上垂直于磁性层的膜表面(上表面/下表面)。在本说明书中，基本上垂直意味着磁性层的剩余磁化的磁化方向在相对于磁性层的膜表面的45°＜θ≤90°的范围内。

(磁阻元件)