[發明專利]信息存儲元件和存儲裝置

有效

• 申請號: 201610997701.6
• 申請日: 2012-07-25
• 公開（公告）號: CN106887247B
• 公開（公告）日: 2023-09-15
• 發明（設計）人: 山根一陽;細見政功;大森廣之;別所和宏;肥后豐;淺山徹哉;內田裕行
• 申請（專利權）人: 索尼公司
• 主分類號: G11C11/16
• 分類號: G11C11/16;H01F10/32;H10N50/85;H10B61/00
• 代理公司: 北京康信知識產權代理有限責任公司 11240
• 代理人: 田喜慶;吳孟秋

本發明涉及信息存儲元件和存儲裝置，其中，該存儲元件包括：存儲層，根據磁體的磁化狀態來保持信息；磁化固定層，具有用作被存儲在存儲層中的信息的基準的磁化；以及絕緣層，由被設置在存儲層與磁化固定層之間的非磁體形成，其中，通過利用伴隨在存儲層、絕緣層以及磁化固定層的層結構的層壓方向上流動的電流發生的自旋扭矩磁化反轉來反轉存儲層的磁化來存儲信息，并且存儲層的尺寸小于磁化的方向被同時改變的尺寸。

本申請是申請日2012年07月25日、申請號為201210260559.9、發明名稱為“存儲元件和存儲裝置”的申請的分案申請。

技術領域

本發明涉及包括將鐵磁層的磁化狀態存儲為信息的存儲層和磁化方向被固定的磁化固定層，并且存儲層的磁化方向通過使電流流動而改變的存儲元件，以及包括該存儲元件的存儲裝置。

背景技術

隨著諸如移動終端和大容量服務器的各種信息裝置的快速發展，已對諸如各種信息裝置中所包括的存儲器或邏輯電路的元件研究了諸如高集成度、高速度以及低功耗的高新性能特征。具體地，半導體非易失性存儲器已高度先進并且諸如大容量文件存儲器的閃存已作為硬盤驅動器被大量生產。另一方面，鐵電隨機存取存儲器(FeRAM)、磁性隨機存取存儲器(MRAM)、相變隨機存取存儲器(PCRAM)等在開發中，以將這些存儲器發展成代碼存儲器或工作存儲器并且代替目前已有的NOR閃存或DRAM。此外，一些存儲器已被投入實際使用。

在這些存儲器中，MRAM由于數據根據磁體的磁化方向被存儲而能夠快速地并且幾乎是無數次地(10¹⁵次以上)重寫數據，并且已被用在工業自動化、飛機等領域。從高速操作和可靠性方面來講，MRAM期望在未來被發展成代碼存儲器或工作存儲器。實際上，低功耗和大容量的問題已變成一個難題。此問題是MRAM的記錄原理所固有的問題，該記錄原理為，使電流在基本上彼此垂直的兩種地址線(字線和位線)中流動并且通過利用由每條地址線產生的電流磁場來反轉在地址線的交叉點處的磁存儲元件的磁性層的磁化的方法，即，利用由每條地址線產生的電流磁場來反轉磁化。

作為此問題的一種解決方案，在不依賴電流磁場的情況下執行的記錄類型，即，磁化反轉類型已被實驗。在這些類型當中，已積極地進行了對自旋扭矩磁化反轉的研究(例如，參見日本未審專利申請公開第2003-17782號、美國專利第6256223號、日本未審專利申請公開第2008-227388號、PHYs.Rev.B,54.9353(1996)以及J.Magn.Mat.,159,L1(1996))。

在許多情況下，自旋扭矩磁化反轉類型存儲元件通過如在MRAM中的磁隧道結(MTJ)構成。在這種構造中，當通過在穿過被固定在給定方向上的磁性層的自旋極化電子進入另一自由磁性層(其中方向未被固定)時將扭矩(其被稱為自旋轉移扭矩)施加于磁性層而使值為等于或大于給定閾值的電流流動時，自由磁性層被反轉。通過改變電流的極性來執行重寫“0/1”。

在尺寸為約0.1μm的元件中，用于反轉磁性層的電流的絕對值是1mA以下。此外，可執行按比例縮小(scaling)，以與元件體積成比例地減小電流值。此外，由于不需要MRAM中所必需的記錄電流磁場生成字線，所以具有簡化了單元結構的優點。

在下文中，利用自旋扭矩磁化反轉的MRAM被稱為自旋扭矩磁隨機存取存儲器(ST-MRAM)。自旋扭矩磁化反轉也被稱為自旋注入磁化反轉。非常期望將ST-RAM實現為除MRAM的優點(數據被快速地并且幾乎無限次地被重寫)之外還具有低功耗和高容量的優點的非易失性存儲器。

發明內容

在MRAM中，從存儲元件分離地提供寫入線(字線或位線)并且利用通過使電流在寫入線中流動而產生的電流磁場來寫入(記錄)信息。因此，能夠在寫入線中流過用于寫入信息所需的足夠的電流量。