[發(fā)明專利]熱輔助磁寫入元件

無效

• 申請?zhí)枺?/td>: 200980116561.5
• 申請日: 2009-04-27
• 公開（公告）號: CN102017005A
• 公開（公告）日: 2011-04-13
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 貝納德·迪耶尼
• 申請（專利權(quán)）人: 原子能與替代能源委員會;國家科學(xué)研究中心
• 主分類號: G11C11/16
• 分類號: G11C11/16;H01F10/32
• 代理公司: 北京集佳知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11227
• 代理人: 王萍;陳煒

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及并入磁阻堆的磁元件的領(lǐng)域，該磁阻堆包括由絕緣隧道阻擋層隔開的兩個磁層、限制電流路徑層、半傳導(dǎo)層或金屬層，并且特別包括磁隧道結(jié)，諸如在非易失性磁隨機(jī)存取存儲器中使用的那些，其以本質(zhì)上已知的方式允許電子系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)的存儲、讀取和寫入。更具體地，本發(fā)明應(yīng)用于包括一組存儲器點的磁隨機(jī)存取存儲器，其通常被表示為首字母縮寫MRAM，每個存儲器點由磁隧道結(jié)形成，該磁隧道結(jié)也被表示為首字母縮寫MTJ。通過相似的方式，本發(fā)明還涉及具有磁層的如下邏輯元件，這些邏輯元件使用至少一個磁阻堆，該磁阻堆包括由絕緣隧道阻擋層隔開的兩個磁層、限制電流路徑層、半傳導(dǎo)層或金屬層。

因此在以下描述中，表述“磁元件”意味著磁層的堆，這些磁層包括：至少一個釘扎層(也被稱為參考層)、自由層(也被稱為存儲層)、以及所述層之間的絕緣或半傳導(dǎo)層或限制電流路徑層。釘扎層和自由層的概念的定義將會在本說明書的剩余部分中更清楚地呈現(xiàn)。

背景技術(shù)

隨著具有與CMOS元件的使用兼容的電阻和環(huán)境溫度下的高磁阻的磁隧道結(jié)(MTJ)的發(fā)展，MRAM磁存儲器受到關(guān)注。

例如在文獻(xiàn)US-A-5640343中已描述了這些具有磁隧道結(jié)的磁存儲器。在它們最簡單的形式中，它們包括具有不同的矯頑性的由薄絕緣層隔開的兩個磁層。當(dāng)構(gòu)成位于隧道阻擋層兩側(cè)的兩個上述磁層的各個存儲層和參考層的磁化反平行時，磁隧道結(jié)的電阻是高的。相反地，當(dāng)磁化平行時，該電阻變低。

優(yōu)選地，這兩個磁層由3d金屬(Fe、Co、Ni)及其合金(可能含有硼和鋯，以便使所述層的結(jié)構(gòu)是無定形的并且使它們的界面平坦)制成并且絕緣層通常由無定形礬土(A1O_x)或晶體氧化鎂(MgO)制成。有利地，諸如在例如文獻(xiàn)US-5583725中描述的，也稱為“釘扎層”的參考層自身可以包括數(shù)個層的堆，以便構(gòu)成被稱為“合成反鐵磁”(SAF)”層的層。相似地，諸如在例如Y.SAITO等人的出版物Journal?of?Magnetism?andMagnetic?Materials，Volume?223，2001，第293頁中描述的，對于每個存儲器點，可以將單磁隧道結(jié)替換為雙磁隧道結(jié)。在該情況中，存儲層被插入在兩個絕緣層之間，該結(jié)構(gòu)包括被安置在與所述各個絕緣層相對的側(cè)的兩個參考層。

最常規(guī)的架構(gòu)是文獻(xiàn)US-A-6021065中和出版物Journal?of?AppliedPhysics，vol.81，1997，第3758頁中描述的并且在圖1中示出的架構(gòu)，其被稱為場致磁翻轉(zhuǎn)(FIMS)，即感生磁場的磁化的反向。

如圖示現(xiàn)有技術(shù)的圖1中可以觀察到的，每個存儲器元件或存儲器點10包括CMOS技術(shù)晶體管12和磁隧道結(jié)MTJ?11的組合。所述隧道結(jié)11包括被稱為“存儲層”或“自由層”的至少一個磁層20、薄絕緣層21和被稱為“釘扎層”的磁層22，該磁層22還被稱為參考層。具有存儲器點(每個存儲器點包括磁隧道結(jié))的這些磁存儲器的功能在于生成用于寫入的脈沖磁場，該脈沖磁場由與每個所述磁點關(guān)聯(lián)的電流線或?qū)w創(chuàng)建。

因此，并且在FIMS架構(gòu)的背景下，觀察到三層電流線。在圖1中，通常彼此成90°安置的兩層線14(字線)和線15(位線)，被設(shè)計用于生成在寫入過程期間使自由層20的磁化翻轉(zhuǎn)的磁場脈沖。這些磁場脈沖通過使典型地2至5納秒的并且具有約幾個毫安的電流的短電脈沖在電流線14和15中流通來產(chǎn)生。這些脈沖的強(qiáng)度及其同步被調(diào)整使得僅有位于這兩個電流線的交叉點的存儲器點的磁化經(jīng)歷翻轉(zhuǎn)。

為了單獨地對每個存儲器元件尋址，設(shè)計了也稱為“控制線”的附加的電流線16的層，用于控制與每個存儲器點關(guān)聯(lián)的晶體管選擇或開關(guān)溝道12的導(dǎo)通和截止。換句話說，CMOS晶體管12被用作開關(guān)。

在被尋址的存儲器點的寫入模式中，所選擇的晶體管12處于阻擋或“截止”模式，從而沒有電流通過晶體管。電流脈沖I被傳送到對應(yīng)于所選擇的存儲器點10的兩個電流線14和15中。電流I的脈沖幅度使得除了線14和15的交叉點處以外的所創(chuàng)建的磁場不足以使線14或15上的存儲器點翻轉(zhuǎn)，在線14和15的交叉點處兩個線的聯(lián)合貢獻(xiàn)足以生成如下磁場，該磁場同樣是足夠的并且能夠使被尋址的存儲器點的層20的磁化翻轉(zhuǎn)。