[發明專利]具有橫向釘扎的非易失性存儲器單元

無效

• 申請號: 201110427752.2
• 申請日: 2011-12-19
• 公開（公告）號: CN102544352A
• 公開（公告）日: 2012-07-04
• 發明（設計）人: 習海文;A·克利亞;B·李;P·J·瑞安
• 申請（專利權）人: 希捷科技有限公司
• 主分類號: H01L43/08
• 分類號: H01L43/08;H01L43/12;G11C11/16
• 代理公司: 上海專利商標事務所有限公司 31100
• 代理人: 錢慰民

發明內容

本發明的各個實施例一般涉及配置有橫向磁化釘扎層的非易失性存儲器單元。

根據各個實施例，磁性自由層通過非磁性間隔層與反鐵磁性層(AFM)橫向隔開，并通過磁性隧道結與合成反鐵磁性層(SAF)中間地隔開。AFM通過與SAF的釘扎區接觸來釘扎住SAF的磁化，所述SAF的釘扎區橫向地延伸超過磁性隧道結。

以本發明的各個實施例為表征的這些和其他特征和優點可考慮以下具體討論和所附附圖來理解。

附圖說明

圖1是根據本發明的各個實施例所構成和操作的示例性數據存儲設備的概括功能示圖。

圖2示出用于從圖1的設備的存儲器陣列讀取數據和向其寫入數據的電路。

圖3概括地示出一種可將數據寫入存儲器陣列的存儲器單元的方式。

圖4概括地示出一種可從圖3的存儲器單元讀取數據的方式。

圖5示出根據本發明的各個實施例所構成和操作的示例性存儲器單元。

圖6示出根據本發明的各個實施例所構成和操作的示例性存儲器單元的等距示圖。

圖7顯示存儲器單元的示例性替換構造。

圖8顯示根據本發明各種實施例進行的示例性單元制造例程的一種流程圖和相應說明的磁性疊層。

具體實施方式

本公開一般涉及非易失性存儲器單元，諸如自旋矩隨機存取存儲器(STRAM)單元。固態非易失性存儲器是在形狀因數不斷減小的情況下為了提供可靠的數據存儲和更快的數據傳輸速率而正在開發的技術。然而，與固態單元關聯的若干問題抑制了實際應用，例如大的切換電流、低的工作裕量以及導致低的總數據容量的低的面密度。在近期的嘗試中，高易失性通過降低單元的隧道磁阻(TMR)效應而進一步敗壞了固態單元，這對應于降低的單元可讀性和可寫性。

因此，具有由相對磁性自由層橫向定位的反鐵磁性層(AFM)磁性釘扎的合成反鐵磁性(SAF)層的固態非易失性存儲器單元降低了易失性，同時提高了可讀性和可寫性。AFM相對于自由層的橫向取向允許高溫退火以增加單元的TMR，并且同時不會通過來自AFM的易失性原子擴散而增加易失性。AFM的這種橫向結構也提供了較小的單元總厚度，該較小的單元總厚度能導致各數據存儲設備中增加的存儲容量。

圖1提供根據本發明的各種實施例來配置和操作的數據存儲設備100的功能框圖。該數據存儲設備被構想成包括諸如PCMCIA卡或USB型的外部存儲器件之類的便攜式非易失性的存儲設備。然而，應當理解，設備100的這些特性僅僅是出于說明具體實施例的目的，而非限于所要求保護的主題。

設備100的最高層的控制由合適的控制器102進行，控制器102可以是可編程的或基于硬件的微控制器。控制器102經由控制器接口(I/F)電路104和主機I/F電路106與主機設備通信。必要命令、編程、操作數據等的本地存儲經由隨機存取存儲器(RAM)108和只讀存儲器(ROM)110提供。緩沖器112用來暫存來自主機設備的輸入寫數據并將待傳輸的數據回讀給主機設備。

在114示出包括大量存儲器陣列116(標示為陣列0-N)的存儲空間，盡管應當理解可根據需要使用單個陣列。每個陣列116包括一塊選定存儲容量的半導體存儲器。控制器102和存儲器空間114之間的通信是經由存儲器(MEM)接口118來協調的。根據需要，實時差錯檢測和校正(EDC)編碼和解碼操作是藉由EDC塊120在數據傳輸過程中執行的。

盡管并非限制，但在一些實施例中，圖1所示的各個電路被排列成單個芯片集，該單個芯片集在具有合適的封裝、外殼和互連特征(出于清楚的目的而未單獨示出)的一個或多個半導體管芯上形成。運作該設備的輸入功率由合適的功率管理電路122處理并從例如電池、AC電源輸入等適當源提供。功率也能例如通過使用USB式接口等從主機直接被提供給設備100。

可使用任何數量的數據存儲和傳輸協議，諸如邏輯塊尋址(LBA)，由此數據被排列并存儲在固定尺寸的塊(諸如512個字節的用戶數據加上ECC、備份、報頭信息等的開銷字節)中。根據LBA發布主機命令，并且設備100可進行相應LBA至PBA(物理塊地址)的轉換來標識并提供與擬存儲或檢索的數據相關聯的位置。

圖2提供圖1的存儲器空間114的選擇方面的一般表示。數據被存儲為存儲器單元124的行列布局，它們可由各行(字)和列(位)線訪問。單元和其存取線的實際配置將取決于給定應用的要求。然而，一般而言，應當理解，各種控制線一般將包括選擇性地啟用和禁用對各個單元值相應的寫入和讀取的啟用線。