[發(fā)明專利]一種基于分離磁性隧道結(jié)與探針磁讀寫(xiě)頭的磁性存儲(chǔ)裝置

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201810750103.8
• 申請(qǐng)日: 2018-07-10
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN109192232B
• 公開(kāi)（公告）日: 2020-09-08
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 游龍;洪正敏;李仕豪
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 華中科技大學(xué)
• 主分類號(hào): G11C11/16
• 分類號(hào): G11C11/16;G11C11/15
• 代理公司: 華中科技大學(xué)專利中心 42201
• 代理人: 李智;曹葆青

1.一種基于分離磁性隧道結(jié)與探針磁讀寫(xiě)頭的磁性存儲(chǔ)裝置，其特征在于，

所述磁性存儲(chǔ)裝置的磁讀寫(xiě)頭和存儲(chǔ)介質(zhì)相互分離；

所述磁讀寫(xiě)頭為探針結(jié)構(gòu)；

所述分離磁性隧道結(jié)的固定層位于所述磁讀寫(xiě)頭的尖端處，所述分離磁性隧道結(jié)的自由層位于存儲(chǔ)介質(zhì)的表面，所述分離磁性隧道結(jié)的隧穿層位于所述固定層表面、所述自由層表面中至少一個(gè)。

2.如權(quán)利要求1所述的磁性存儲(chǔ)裝置，其特征在于，所述磁讀寫(xiě)頭包括基體層和尖端，所述尖端包含釘扎層和固定層，所述磁讀寫(xiě)頭讀寫(xiě)一體化。

3.如權(quán)利要求1或2所述的磁性存儲(chǔ)裝置，其特征在于，磁性存儲(chǔ)裝置包括自組裝隔離型存儲(chǔ)器和硬盤。

4.如權(quán)利要求3所述的磁性存儲(chǔ)裝置，其特征在于，所述磁性存儲(chǔ)裝置是自組裝隔離型存儲(chǔ)器，所述存儲(chǔ)介質(zhì)采用自組裝隔離型薄膜技術(shù)。

5.如權(quán)利要求4所述的磁性存儲(chǔ)裝置，其特征在于，所述存儲(chǔ)介質(zhì)為平面薄膜結(jié)構(gòu)，包括基體層、隔離層和自由層；

所述基體層起導(dǎo)電和主體支撐作用，所述隔離層是非鐵磁材料，起到隔離作用，所述自由層是鐵磁性柱體，被隔離層隔離開(kāi)；

每個(gè)鐵磁性柱體代表一個(gè)存儲(chǔ)單元，其磁化狀態(tài)表示存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)。

6.如權(quán)利要求3所述的磁性存儲(chǔ)裝置，其特征在于，所述磁性存儲(chǔ)裝置是硬盤，所述存儲(chǔ)介質(zhì)是硬盤盤面，包括基體層和自由層，基體層起導(dǎo)電和主體支撐作用，自由層是硬盤盤面生長(zhǎng)的磁性層。

7.如權(quán)利要求1或2所述的磁性存儲(chǔ)裝置，其特征在于，所述磁性存儲(chǔ)裝置通過(guò)磁讀寫(xiě)頭和存儲(chǔ)介質(zhì)的點(diǎn)接觸形成完整的磁性隧道結(jié)并使電流導(dǎo)通，利用自旋轉(zhuǎn)移力矩效應(yīng)實(shí)現(xiàn)寫(xiě)操作，利用隧穿磁電阻效應(yīng)實(shí)現(xiàn)讀操作。

8.如權(quán)利要求7所述的磁性存儲(chǔ)裝置，其特征在于，所述利用自旋轉(zhuǎn)移力矩效應(yīng)實(shí)現(xiàn)寫(xiě)操作寫(xiě)入數(shù)據(jù)操作，具體包括：

在磁讀寫(xiě)頭和存儲(chǔ)介質(zhì)間施加一個(gè)大電壓，根據(jù)自旋轉(zhuǎn)移力矩效應(yīng)，電流會(huì)攜帶自旋力矩改寫(xiě)自由層的磁化方向，如果目標(biāo)是使自由層和固定層磁化方向相同，電流施加的方向應(yīng)是從自由層到固定層，即從存儲(chǔ)介質(zhì)到磁讀寫(xiě)頭；如果目標(biāo)是使自由層和固定層磁化方向相反，電流施加的方向應(yīng)是從固定層到自由層，即從磁讀寫(xiě)頭到存儲(chǔ)介質(zhì)，就可以通過(guò)控制電流的方向?qū)懭?或者1。

9.如權(quán)利要求7所述的磁性存儲(chǔ)裝置，其特征在于，所述利用隧穿磁電阻效應(yīng)實(shí)現(xiàn)讀操作，具體包括：

在磁讀寫(xiě)頭和存儲(chǔ)介質(zhì)間施加一個(gè)小電壓，根據(jù)隧穿磁電阻效應(yīng)，如果自由層磁化方向與固定層的磁化方向相同，那么為低電阻態(tài)；如果自由層磁化方向與固定層的磁化方向相反，那么為高電阻態(tài)，自由層磁化方向表示存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)，根據(jù)電阻大小可以判斷存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)是0還是1。

10.如權(quán)利要求4所述的磁性存儲(chǔ)裝置，其特征在于，基體層材料是導(dǎo)電半導(dǎo)體材料或?qū)щ娊饘俨牧希会斣鷮邮氰F磁層/反鐵磁層結(jié)構(gòu)或反鐵磁層/非磁金屬層結(jié)構(gòu)，所述鐵磁層材料是CoMnSi、CoFeSi、CoCr、FeNi、FeCo、Fe、Co、Ni，反鐵磁材料是FeMn、IrMn、CoO、NiO，非磁金屬材料是Cu、Au、Pt、Ta、Ru；固定層材料是CoFeB、CoMnSi、CoFeSi、CoFeAl、GaMnAs、CoFeAlSi、CoFe、FePt、CoPt、FeNi、Fe、Co、Ni；隧穿層材料是MgO、Al₂O₃、AlO_x、TiO₂、HfO₂、MgAlO₄、AlN、BN；自由層材料是CoFeB、CoMnSi、CoFeSi、CoFeAl、GaMnAs、CoFeAlSi、CoFe、FePt、CoPt、FeNi、Fe、Co、Ni；隔離層材料是ZrO₂、MgO。