[發(fā)明專利]切換向平面外的磁性隧道結(jié)單元的方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201110383019.5
• 申請日: 2011-11-15
• 公開（公告）號: CN102467954A
• 公開（公告）日: 2012-05-23
• 發(fā)明（設(shè)計）人: I·金;王小斌;Y·陸;習(xí)海文
• 申請（專利權(quán)）人: 希捷科技有限公司
• 主分類號: G11C11/16
• 分類號: G11C11/16;H01L27/22;H01L43/08
• 代理公司: 上海專利商標(biāo)事務(wù)所有限公司 31100
• 代理人: 錢孟清

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及切換向平面外的磁性隧道結(jié)單元的方法。

背景技術(shù)

新型存儲器已展現(xiàn)出與常用形式的存儲器相媲美的顯著可能性。例如，非易失性自旋轉(zhuǎn)移(spin-transfer)扭矩隨機存取存儲器(此處稱為ST-RAM)作為“通用”存儲器已被討論過。磁性隧道結(jié)(MTJ)單元由于其高速、相對高的密度和低功耗而在ST-RAM的應(yīng)用中引起了很多關(guān)注。

大多數(shù)活動已集中在具有向平面內(nèi)的(in-plane)磁各向異性的MTJ單元。預(yù)測具有向平面外的(out-plane)磁化方向的MTJ單元能夠?qū)崿F(xiàn)比具有相同磁各向異性場的向平面內(nèi)的MTJ單元小的切換電流。因此，向平面外的磁化方向MTJ單元以及使用它們的方法引起了極大的關(guān)注。

發(fā)明內(nèi)容

本公開涉及經(jīng)常被稱為磁性隧道結(jié)單元的磁性自旋扭矩存儲單元以及使用它們的方法，這些磁性自旋扭矩存儲器單元具有與晶片平面垂直對準(zhǔn)的、或“向平面外的”關(guān)聯(lián)鐵磁層的磁各向異性(即，磁化方向)。

本公開的一個特定實施例是切換向平面外的磁性隧道結(jié)單元的鐵磁自由層的磁化方向的方法，該方法包括：使交流切換電流流經(jīng)向平面外的磁性隧道結(jié)單元，其中交流切換電流切換鐵磁自由層的磁化方向。

本公開的另一特定實施例是磁性存儲系統(tǒng)，該磁性存儲系統(tǒng)包括：具有鐵磁自由層、阻擋層和鐵磁基準(zhǔn)層的磁性隧道結(jié)單元，其中阻擋層定位在鐵磁基準(zhǔn)層和鐵磁自由層之間，并且鐵磁自由層和鐵磁基準(zhǔn)層的磁化方向是向平面外；以及電連接到磁性隧道結(jié)單元的交流電流源。

本公開的又一特定實施例是電存儲數(shù)據(jù)的方法，該方法包括：設(shè)置向平面外的磁性隧道結(jié)存儲器單元，向平面外的磁性隧道結(jié)存儲器單元包括鐵磁自由層、阻擋層和鐵磁基準(zhǔn)層，其中阻擋層定位在鐵磁基準(zhǔn)層和鐵磁自由層之間，并且鐵磁自由層和鐵磁基準(zhǔn)層的磁化方向是向平面外的；并且使交流切換電流流經(jīng)向平面外的磁性隧道結(jié)單元，其中交流切換電流切換鐵磁自由層的磁化方向，由此存儲數(shù)據(jù)位。

通過閱讀以下詳細(xì)描述，這些以及各個其他特征和優(yōu)點將是顯而易見的。

附圖說明

考慮以下結(jié)合附圖對本公開的各個實施例的詳細(xì)描述，可更完整地理解本公開，在附圖中：

圖1A是說明性MTJ單元的示意圖；圖1B是包括可任選釘扎層的說明性MTJ單元的示意圖；圖1C是在低電阻狀態(tài)下具有向平面外的磁化方向的說明性MTJ單元的示意圖；圖1D是高電阻狀態(tài)下的說明性磁性隧道結(jié)存儲單元的示意側(cè)視圖；

圖2A是示出直流(DC)切換電流對磁化方向的旋磁馳豫的影響的示意圖；而圖2B是示出交流(AC)切換電流對磁化方向的旋磁馳豫的影響的示意圖；

圖3是包括MTJ單元和晶體管的說明性存儲單元的示意圖；

圖4是說明性存儲器陣列的示意圖；以及

圖5是說明性存儲系統(tǒng)的示意圖。

這些附圖不一定按比例示出。附圖中所使用的相同數(shù)字表示相同部件。然而，應(yīng)當(dāng)理解，在給定附圖中使用數(shù)字表示部件并不旨在限制在另一附圖中用相同數(shù)字標(biāo)記的部件。

具體實施方式

本公開涉及具有磁各向異性的磁性隧道結(jié)(MTJ)單元的各個實施例，磁各向異性導(dǎo)致關(guān)聯(lián)鐵磁層的磁化方向是與晶片平面垂直對準(zhǔn)的、或“向平面外的”。

在以下描述中，參考形成本說明書一部分的一組附圖，其中通過圖示示出了若干具體實施例。應(yīng)當(dāng)理解，構(gòu)想并可作出其他實施例而不背離本公開的范圍或精神。因此，以下詳細(xì)描述不采取限制性含義。本文中所提供的任何定義用于方便理解本文中頻繁使用的某些術(shù)語，而不旨在限制本公開的范圍。

除非另外指出，否則在說明書和權(quán)利要求書中使用的表示特征大小、量和物理性質(zhì)的所有數(shù)字應(yīng)當(dāng)理解為在任何情況下均由術(shù)語“約”修飾。因此，除非相反地指出，否則在上述說明書和所附權(quán)利要求中闡明的數(shù)值參數(shù)是近似值，這些近似值可利用本文中公開的教示根據(jù)本領(lǐng)域技術(shù)人員所尋求獲得的期望性質(zhì)而變化。

如本說明書和所附權(quán)利要求書中所使用的，單數(shù)形式“一”、“一個”和“該”涵蓋具有復(fù)數(shù)引用物的實施例，除非該內(nèi)容另外明確地指出。如本說明書和所附權(quán)利要求書中所使用的，術(shù)語“或”一般以包括“和/或”的含義來使用，除非該內(nèi)容另外明確地指出。

盡管本公開不限于此，但通過討論以下所提供的示例將獲得對本公開的各個方面的理解。