[發明專利]磁阻元件和磁存儲器

有效

• 申請號: 200910127673.2
• 申請日: 2009-03-23
• 公開（公告）號: CN101546807A
• 公開（公告）日: 2009-09-30
• 發明（設計）人: 北川英二;吉川將壽;永瀬俊彥;大坊忠臣;長嶺真;西山勝哉;岸達也;與田博明
• 申請（專利權）人: 株式會社東芝
• 主分類號: H01L43/08
• 分類號: H01L43/08;H01L43/10;G11C11/15
• 代理公司: 中國國際貿易促進委員會專利商標事務所
• 代理人: 屠長存

技術領域

本發明涉及磁阻元件和磁存儲器。例如，本發明涉及一種可以通 過向其雙向提供電流來存儲信息的磁阻元件。

背景技術

使用鐵磁材料的磁隨機存取存儲器(MRAM)被預期為具有非 易失性、高速運行、大容量和低功耗的非易失性存儲器。MRAM包 括利用隧穿磁阻(TMR)效應的磁性隧道結(MTJ)，作為存儲元件。 MRAM根據MTJ元件的磁化配置來存儲信息。

利用互連電流的磁場來執行寫入操作的傳統的MRAM有下列問 題。隨著進一步的比例縮小(scale?reduction)，流過互連的電流減 小，而由于這個原因，很難將足夠的電流磁場提供到MTJ元件。另 外，由MTJ元件的比例縮小導致將信息記錄到MTJ元件所需要的電 流磁場的大小增加。因此，對于126M比特到256M比特這一代，在 MRAM中利用互連電流的磁場來執行寫入操作存在理論極限。

為了解決前述的問題，已經提出利用自旋動量轉移(SMT)來 執行寫入操作的MRAM(文獻1：US專利No.6,256,223)。利用自 旋動量轉移(也稱為自旋注入)的磁化切換(magnetization?switching) 具有下列優點。具體地，即使元件的比例縮小，磁化切換所需電流密 度的幅度(magnitude)也不增加，因此，可以進行高效寫入操作。

發明內容

根據本發明的一個方面，提供一種磁阻元件，包括：第一底層， 具有取向在(001)面的立方或四方晶體結構；第一磁性層，設于第 一底層上，具有垂直于膜表面的磁各向異性，并且具有取向在(001) 面的面心四方(fct)結構；第一非磁性層，設于第一磁性層上；以及 第二磁性層，設于第一非磁性層上，并且具有垂直于膜表面的磁各向 異性。第一底層的面內(in-plane)晶格常數a1和第一磁性層的面內 晶格常數a2滿足下式，其中b是第一磁性層的Burgers矢量的幅度， v是第一磁性層的彈性模量，hc是第一磁性層的厚度。

|2×a1/2-a2|/a2<b×{ln(hc/b)+1}/{2π×hc×(1+v)}]]>

根據本發明的一個方面，提供一種磁阻元件，包括：第一底層， 具有取向在(001)面的鈣鈦礦結構；第一磁性層，設于第一底層上， 具有垂直于膜表面的磁各向異性，并且具有取向在(001)面的fct結 構；第一非磁性層，設于第一磁性層上；以及第二磁性層，設于第一 非磁性層上，并且具有垂直于膜表面的磁各向異性。第一底層的面內 晶格常數a1和第一磁性層的面內晶格常數a2滿足下式，其中b是第 一磁性層的Burgers矢量的幅度，v是第一磁性層的彈性模量，hc是 第一磁性層的厚度。

|a1-a2|/a2＜b×{ln(hc/b)+1}/{2π×hc×(1+v)}

根據本發明的一個方面，提供一種包括存儲器單元的磁存儲器， 該存儲器單元包括磁阻元件，以及將該磁阻元件夾在中間以提供電流 到該磁阻元件的第一電極和第二電極。

附圖說明

圖1是表示晶格失配與記錄層的臨界厚度之間的關系的曲線；

圖2是示出根據第一實施例的MTJ元件10的結構的截面圖；

圖3是示出根據第一實施例的MTJ元件10的另一種結構的截面 圖；