[發明專利]一種基于分離磁性隧道結與探針磁讀寫頭的磁性存儲裝置

有效

• 申請號: 201810750103.8
• 申請日: 2018-07-10
• 公開（公告）號: CN109192232B
• 公開（公告）日: 2020-09-08
• 發明（設計）人: 游龍;洪正敏;李仕豪
• 申請（專利權）人: 華中科技大學
• 主分類號: G11C11/16
• 分類號: G11C11/16;G11C11/15
• 代理公司: 華中科技大學專利中心 42201
• 代理人: 李智;曹葆青

本發明公開了一種基于分離磁性隧道結與探針磁讀寫頭的磁性存儲裝置，磁性存儲裝置的磁讀寫頭和存儲介質相互分離；磁讀寫頭為探針結構；分離磁性隧道結的固定層位于磁讀寫頭的尖端處，分離磁性隧道結的自由層位于存儲介質的表面，分離磁性隧道結的隧穿層位于固定層表面、自由層表面中至少一個。本發明把磁性隧道結中自由層和固定層分開，將固定層制作在納米級別探針結構的磁讀寫頭上，將自由層制作在存儲介質上，分別用作讀寫和數據存儲功能，降低了工藝難度和成本，簡化了磁讀寫頭的結構，實現了讀寫一體化，通過縮小磁讀寫頭的尺寸實現了高密度存儲。

技術領域

本發明屬于信息存儲技術領域，更具體地，涉及一種基于分離磁性隧道結與探針磁讀寫頭的磁性存儲裝置。

背景技術

傳統存儲器中，靜態隨機存儲器(SRAM)和動態隨機存儲器(DRAM)屬于易失性存儲器，在工作過程中需要不斷刷新上電，從而面臨非常嚴重的能耗問題；NAND FLASH由于速度緩慢，只能應用在計算機等設備的外圍存儲，同時在使用壽命、耐擦寫能力、穩定性、抗輻射能力等方面存在不足，難以勝任航天、軍工方面的要求。在新型存儲器中，有一種自旋轉移力矩磁隨機存儲器(spin torque transfer-magnetic random access memory：STT)，核心存儲結構是磁性隧道結(Magnetic Tunnel Junction：MTJ)，具有非常明顯的性能優勢：速度快，和DRAM相當，是NAND FLASH的近10萬倍；屬于非易失存儲器，掉電后數據不丟失；不需要持續刷新，讀寫電流較小，功耗遠比DRAM和SRAM低；具有非常好的耐擦寫能力，達到10¹⁰以上，意味著它具有很長的使用壽命；靠磁性層存儲數據，被認為具有抗輻射特性的；與半導體工藝兼容較好。STT-MRAM目前主要面臨著兩個方面的約束，其一是制造工藝非常苛刻，過程復雜，導致制造成本很高，這其中多層膜結構的濺射和制作微小存儲單元所需的大量光刻是導致成本高昂的主要原因；其二是當尺寸更小，核心結構MTJ進入亞20nm尺寸時，存儲數據的磁性層面臨更嚴重的熱擾動問題，會使得數據無法保持足夠的穩定性，同時目前STT-MRAM的1T-1MTJ結構會由于晶體管的尺寸較大使得存儲密度還不夠高，要進一步提高存儲密度，還得從縮小MTJ尺寸開始，帶動讀寫電流的減小，才能使得晶體管和整個存儲器的尺寸減小。因而，為了進一步推進該種存儲器的發展，就要精簡制造工藝和進一步縮小MTJ的尺寸。

在云存儲云技術、大數據分析、監控系統、企業數據存儲等領域使用較多的往往不是固態硬盤或其他的高速存儲器，而是容量、價格、性能、穩定性綜合占優的機械硬盤。綜合近十年的技術發展，機械硬盤容量呈上升發展，但是，容量的提升相對緩慢，無法跟上人們對于信息容量的日益增長的需求。另外，像熱輔助磁記錄技術需要在磁頭上增加一個近場加熱激光器，點陣圖案化技術要大量使用到超高精度的光刻和刻蝕工藝，這些都會提高硬盤結構和制造的復雜性，并增加硬盤的制造成本。而且目前機械硬盤面臨著磁記錄頭技術單一的問題，現在的技術都更多的是使磁記錄媒介的單個記錄單元做得更小，而磁記錄頭卻一直難以改進。

發明內容

針對現有技術的缺陷，本發明的目的在于解決現有技術磁性存儲裝置工藝復雜、成本高、存儲密度低的技術問題。

為實現上述目的，本發明實施例提供了一種基于分離磁性隧道結與探針磁讀寫頭的磁性存儲裝置，所述磁性存儲裝置的磁讀寫頭和存儲介質相互分離；所述磁讀寫頭為探針結構；所述分離磁性隧道結的固定層位于所述磁讀寫頭的尖端處，所述分離磁性隧道結的自由層位于存儲介質的表面，所述分離磁性隧道結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。

具體地，所述磁讀寫頭包括基體層和尖端，所述尖端包含釘扎層和固定層，所述磁讀寫頭讀寫一體化。

具體地，磁性存儲裝置包括自組裝隔離型存儲器和硬盤。

具體地，所述磁性存儲裝置是自組裝隔離型存儲器，所述存儲介質采用自組裝隔離型薄膜技術。