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公開番号2024114453
公報種別公開特許公報(A)
公開日2024-08-23
出願番号2023020242
出願日2023-02-13
発明の名称磁気メモリ装置、磁気メモリ素子の制御方法、および制御プログラム
出願人学校法人関西大学,国立大学法人東海国立大学機構
代理人弁理士法人 HARAKENZO WORLD PATENT & TRADEMARK
主分類H10B 61/00 20230101AFI20240816BHJP()
要約【課題】磁気メモリ素子の磁性細線から順次読み出されたデータが消滅することを防止する。
【解決手段】コントローラ(12)は、ビット列に対応する複数の磁化の向きをそれぞれ有する複数の磁区を磁性細線(22)に書き込み、磁性細線(22)の他端部(28)の磁区が有する磁化の向きに対応するビットの値を読み出す。コントローラ(12a)が磁気メモリ素子(11a)から読み出したビットの値に対応する磁化の向きを有する磁区を、コントローラ(12b)は他の磁気メモリ素子(11b)に記録する。
【選択図】図1
特許請求の範囲【請求項１】
２つの磁気メモリ素子と、コントローラとを備える磁気メモリ装置であって、
前記２つの磁気メモリ素子のそれぞれは、
第１電流によるトルクが発生するトルク発生源と、
前記トルクに応じた磁化の向きを有する磁区が一端部に形成され、第２電流が流れることにより前記磁区が他端部の側へ移動する磁性細線と、
所定の磁化方向を維持する固定層と、
前記磁性細線の他端部および前記固定層の間に設けられた中間層と、を備え、
前記コントローラは、
前記２つの磁気メモリ素子のそれぞれに関して、書き込み時は、前記第１電流および前記第２電流を制御することにより、ビット列に対応する複数の磁化の向きをそれぞれ有する複数の磁区を前記磁性細線に書き込み、読み出し時は、前記中間層に第３電流を流すように制御することにより、前記磁性細線の他端部の磁区が有する磁化の向きに対応するビットの値を読み出すことを可能とし、
前記読み出し時において、前記２つの磁気メモリ素子の一方から読み出した前記ビットの値に対応する磁化の向きを有する磁区を前記２つの磁気メモリ素子の他方に記録する、磁気メモリ装置。
続きを表示（約 1,400 文字）【請求項２】
前記コントローラは、前記読み出し時において、
前記２つの磁気メモリ素子の一方の前記中間層に前記第３電流を流すことにより、前記ビットの値を読み出し、
前記２つの磁気メモリ素子の他方に、前記第１電流および前記第２電流を流すことにより、読み出した前記ビットの値に対応する磁化の向きを有する磁区を記録する、請求項１に記載の磁気メモリ装置。
【請求項３】
前記２つの磁気メモリ素子の組を複数備える、請求項１に記載の磁気メモリ装置。
【請求項４】
前記読み出し時において、前記２つの磁気メモリ素子の一方として機能する読み出し側の磁気メモリ素子の数は、前記２つの磁気メモリ素子の他方として機能する記録側の磁気メモリ素子の数より多い、請求項１に記載の磁気メモリ装置。
【請求項５】
前記コントローラは、前記読み出し時において、前記２つの磁気メモリ素子の一方として機能する読出し側の磁気メモリ素子と、前記２つの磁気メモリ素子の他方として機能する記録側の磁気メモリ素子と、を識別する識別ビットに対応する磁化の向きを有する磁区が、前記２つの磁気メモリ素子における前記磁性細線の他端部に形成されるように制御する、請求項１に記載の磁気メモリ装置。
【請求項６】
前記コントローラは、前記読み出し時において、前記２つの磁気メモリ素子の一方から読み出した前記ビットの値に対応する磁化の向きを有する磁区を前記２つの磁気メモリ素子の他方に記録し、これを順次行うように制御した後、前記２つの磁気メモリ素子の他方に記録したビットの値に対応する磁化の向きを有する磁区を前記２つの磁気メモリ素子の一方に記録し、これを順次行うように制御する、請求項１に記載の磁気メモリ装置。
【請求項７】
前記コントローラは、前記読み出し時において、前記磁性細線の他端部の磁区が有する磁化の向きに対応する前記ビットの値を読み出すと共に、前記磁性細線の一端部に、所定の磁化の向きを有する磁区を形成するように制御する、請求項１に記載の磁気メモリ装置。
【請求項８】
前記第３電流は、前記第２電流と同じ値である、請求項１に記載の磁気メモリ装置。
【請求項９】
第１電流によるトルクが発生するトルク発生源と、前記トルクに応じた磁化の向きを有する磁区が一端部に形成され、第２電流が流れることにより前記磁区が他端部の側へ移動する磁性細線と、所定の磁化方向を維持する固定層と、前記磁性細線の他端部および前記固定層の間に設けられた中間層と、を備える２つの磁気メモリ素子を制御する制御方法であって、
前記２つの磁気メモリ素子のそれぞれに関して、
書き込み時に、前記第１電流および前記第２電流を制御することにより、ビット列に対応する複数の磁化の向きをそれぞれ有する複数の磁区を前記磁性細線に書き込み、
読み出し時に、前記中間層に第３電流を流すように制御することにより、前記磁性細線の他端部の磁区が有する磁化の向きに対応するビットの値を読み出し、
前記読み出し時において、前記２つの磁気メモリ素子の一方から読み出した前記ビットの値に対応する磁化の向きを有する磁区を前記２つの磁気メモリ素子の他方に記録する、磁気メモリ素子の制御方法。
【請求項１０】
請求項１に記載の磁気メモリ装置の前記コントローラとしてコンピュータを機能させるための制御プログラム。

発明の詳細な説明【技術分野】
【０００１】
本発明は、ナノスケールの磁気構造体を含む磁気メモリ素子を備える磁気メモリ装置、磁気メモリ素子の制御方法、および制御プログラムに関する。
続きを表示（約 2,000 文字）【背景技術】
【０００２】
従来、消費電力を低減させる観点から、記憶したデータを保持するための電力を必要としない不揮発性メモリの開発が進められている。磁気を利用した不揮発性メモリとしては、磁気抵抗メモリ（Magnetoresistive Random Access Memory、ＭＲＡＭ）、レーストラックメモリ（Racetrack Memory）などが挙げられる。
【０００３】
ＭＲＡＭは、磁気抵抗効果(Magnetic Resistance effect、ＭＲ)素子を備える。ＭＲ素子は、磁化方向が可変な自由層と、所定の磁化方向を維持する固定層（ピン層）と、上記自由層および上記固定層の間に中間層とを備える。上記自由層と上記固定層と上記中間層とで、磁気トンネル接合(Magnetic Tunnel Junction、ＭＴＪ)を形成する。ＭＲＡＭは、上記自由層の磁化の向きに応じて上記ＭＲ素子の電気抵抗が変化する性質を利用して、データの読み書きを行う。
【０００４】
一方、レーストラックメモリは、磁性材料を数百ナノメートルから数百マイクロメートルの直線状に加工した磁気ナノワイヤを備える。データの書込み時には、書込みヘッドにより磁気ナノワイヤ中に磁区が生成され、磁気ナノワイヤにパルス電流を流すことにより上記磁区が移動し、これを繰り返す。一方、データの読出し時には、読出しヘッドにより上記磁区の磁化方向が検出され、磁気ナノワイヤにパルス電流を流すことにより磁区が移動し、これを繰り返す。上記読出しヘッドには、上記ＭＲ素子が利用される。ここで、上記磁気ナノワイヤの一端が上記ＭＲ素子の上記自由層としての役割を担う。
【０００５】
また、特許文献１に記載の磁気メモリ素子は、スピン軌道トルクを生成するＳＯＴ（Spin-Orbit Torque）発生源と、磁性細線（磁気ナノワイヤ）と、上記中間層および上記固定層と、を備える。上記磁性細線は、一端が上記ＳＯＴ発生源の主面に接続され、他端が上記中間層に接続されている。上記中間層の他端部と上記中間層と上記固定層とで、上記磁気トンネル接合を形成し、上記ＭＲ素子を構成する。
【０００６】
データの書込み時には、ＳＯＴ発生源が生成したスピン軌道トルクにより、上記磁性細線の一端部に磁区が生成され、上記磁性細線に電流を流すことにより上記磁区が他端方向に移動し、これを繰り返す。一方、上記磁性細線の他端部と上記中間層および上記固定層とは、データ読出し用のＭＲ素子として機能する。従って、データの読出し時には、上記ＭＲ素子により上記磁性細線の他端部における磁区の磁化方向が検出され、上記磁性細線に電流を流すことにより、一端方向に隣接する磁区が上記他端部に移動し、これを繰り返す。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
特開２０２２－０５９４４１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
上記のような磁気メモリ素子においては、磁性細線の他端部の磁区は、読み出し時に磁性細線に電流を流すことにより消失する。このような読出し方法は、「破壊読出し」と呼ばれる。従って、特許文献１に記載の磁気メモリ素子では、磁性細線からデータを順次読み出す場合、読み出したデータが順次消滅することになる。
【０００９】
本発明の一態様は、磁気メモリ素子の磁性細線から順次読み出されたデータが消滅することを防止できる磁気メモリ装置等を実現することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記の課題を解決するために、本発明の一態様に係る磁気メモリ装置は、２つの磁気メモリ素子と、コントローラとを備える磁気メモリ装置であって、前記２つの磁気メモリ素子のそれぞれは、第１電流によるトルクが発生するトルク発生源と、前記トルクに応じた磁化の向きを有する磁区が一端部に形成され、第２電流が流れることにより前記磁区が他端部の側へ移動する磁性細線と、所定の磁化方向を維持する固定層と、前記磁性細線の他端部および前記固定層の間に設けられた中間層と、を備え、前記コントローラは、前記２つの磁気メモリ素子のそれぞれに関して、書き込み時は、前記第１電流および前記第２電流を制御することにより、ビット列に対応する複数の磁化の向きをそれぞれ有する複数の磁区を前記磁性細線に書き込み、読み出し時は、前記中間層に第３電流を流すように制御することにより、前記磁性細線の他端部の磁区が有する磁化の向きに対応するビットの値を読み出すことを可能とし、前記読み出し時において、前記２つの磁気メモリ素子の一方から読み出した前記ビットの値に対応する磁化の向きを有する磁区を前記２つの磁気メモリ素子の他方に記録する。
（【００１１】以降は省略されています）

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