利用磁畴拖动的磁器件单元及其操作方法技术

本发明专利技术提供一种利用磁畴拖动的磁器件单元及其操作方法。该磁器件单元包括：数据储存单元，包括具有可翻转磁化方向且具有多个毗邻磁畴的自由层、以及与该自由层的一部分对应地形成且具有被钉扎磁化方向的参考层，其中多个数据位区域以阵列形成在该自由层上，该数据位区域的每个以该参考层的有效尺寸单元形成，使得该数据储存单元以阵列储存多位数据；第一输入部分，电连接到该自由层的该数据位区域的至少一个和该参考层以施加写信号和读信号中的至少一种；以及第二输入部分，电连接到该自由层以将储存在该自由层的该数据位区域中的数据向相邻数据位区域拖动，且施加用于磁畴拖动的拖动信号。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及磁器件单元，更特别地，涉及利用磁畴拖动技术读和写多个数据位的磁器件单元及其操作方法。
技术介绍
用于信息存储的磁器件可大致分成存储器件(memory device)和存贮器件(storage device)。存储器件需要固态性能方面的改进，存贮器件需要存贮容量方面的改进。磁随机存取存储器(MRAM)是一种非易失性存储器件和新的固态磁存储器，其利用基于纳米磁材料的自旋相关传导现象的磁电阻效应。也就是说，MRAM利用自旋对电子传输现象的显著影响而产生的巨磁致电阻(GMR)或隧道磁致电阻(TMR)。这里自旋是电子的自由度。GMR是在铁磁材料/金属非磁材料/铁磁材料的毗连布置中当具有置于其间的非磁材料的铁磁材料具有相同磁化方向和具有相反磁化方向时产生的电阻差。TMR是当在铁磁材料/绝缘体/铁磁材料的毗连布置中两铁磁材料具有相同磁化方向时与两铁磁材料具有相反磁化方向时相比电流容易地流过时的电阻。由于利用GRM的MRAM具有由磁化方向引起的较小电阻差，因此不能得到大的电压差。另外，由于MRAM具有与GMR层结合以构成一单元的金属氧化物半导体场效应晶体管(MOSFET)的尺寸大的缺点，因此目前正在积极进行带TMR层的MRAM的商业化的研究。MRAM可包括作为开关器件的晶体管和其中储存数据的磁隧道结(MTJ)单元。通常，MTJ单元可包括具有被钉扎磁化方向的被钉扎铁磁层、其磁化方向可以平行于或反平行于被钉扎铁磁层的被钉扎磁化方向的自由铁磁层、以及位于被钉扎铁磁层和自由铁磁层之间且磁分隔被钉扎铁磁层和自由铁磁层的非磁层。然而，由于一般的MRAM每MTJ单元仅储存一位数据，因此在增大MRAM的数据储存容量方面存在限制。因此，为了增大诸如MRAM的磁存储器的信息储存容量，需要新的储存技术。
技术实现思路
本专利技术提供一种当磁畴壁形成在自由层上以形成多个磁畴时利用磁畴拖动技术以储存多位数据或读取所储存的数据的磁器件单元及其操作方法。根据本专利技术的一个方面，提供一种磁器件单元，包括数据储存单元，包括具有可翻转磁化方向且具有多个毗邻磁畴的自由层、以及与部分自由层对应地形成且具有被钉扎磁化方向的参考层，其中多个数据位区域以阵列形成在该自由层上，每个数据位区域以该参考层的有效尺寸单元形成以允许数据储存单元在所述阵列中储存多位数据；第一输入部分，电连接到该自由层的该数据位区域的至少一个且连接到该参考层以施加写信号和读信号中的至少一种；以及第二输入部分，电连接到该自由层以通过施加用于磁畴拖动的拖动信号将储存在该自由层的该数据位区域中的数据向相邻数据位区域拖动。该写信号可以是脉冲形式的翻转电流。该读信号可以是小于该翻转电流的脉冲电流。该翻转电流和用于读的该脉冲电流之一与该拖动信号可以交替输入，使得数据储存操作和数据读取操作之一与磁畴拖动操作可以交替进行。该数据位区域可包括至少一个磁畴，且磁畴拖动通过数据位区域单元进行。该数据位区域可包括至少一个磁畴，且磁畴拖动通过数据位区域单元进行。该磁器件单元还可包括在该参考层和该自由层之间的非磁层。该非磁层可以是导电层或用作隧穿势垒的绝缘层。该磁器件单元还可包括缓冲单元，其毗邻该数据储存单元且形成在该数据储存单元的至少一侧，以储存根据磁畴拖动被拖到该数据储存单元区域之外的数据。可以形成多个数据储存单元。该缓冲单元可以位于两个相邻数据储存单元之间。每数据储存单元可以形成至少一个第一输入部分。所述多个数据储存单元可以以阵列形成，且至少一个第一输入部分可以与该数据储存单元的每个对应地设置。根据本专利技术的另一方面，提供一种操作磁器件单元的方法，该方法包括通过多个毗邻数据位区域的至少一个数据位区域的磁化方向指定来储存数据，或者根据所述至少一个数据位区域的磁化方向读取所储存的数据；以及进行磁畴拖动。数据储存和所储存数据的读取之一与该磁畴拖动交替进行。附图说明通过参考附图详细描述其示例性实施例，本专利技术的上述和其他特征和优点将变得更加明显，附图中图1和2是根据本专利技术一实施例的磁器件单元的视图；图3A至3C是示出图1和2的第三数据位区域(具体数据位区域)通过施加翻转电流而反转且然后第三数据位区域的被反转的磁化方向通过拖动电流被拖动到相邻第四数据位区域的视图；图4A和4B是示出第三数据位区域(具体数据位区域)的磁化方向通过施加读取脉冲电流到第三数据位区域而被读取且通过拖动电流被拖动到相邻第四数据位区域的视图；图5是根据本专利技术一实施例应用到磁器件单元的拖动电流信号脉冲1(拖动)、读脉冲电流信号脉冲2(读)、以及翻转写脉冲电流信号脉冲2(写)的曲线图；以及图6是根据本专利技术另一实施例的磁器件单元的视图。具体实施例方式现在将参考附图更全面地描述本专利技术，附图中示出了本专利技术的示例性实施例。图1和2是根据本专利技术一实施例的磁器件单元10的视图。参考图1和2，磁器件单元10包括数据储存单元20、第一输入部分40和第二输入部分50。数据储存单元20储存多位数据。第一输入部分40输入写信号和读信号的一个信号脉冲2。第二输入部分50输入用于拖动磁畴的拖动信号脉冲1。磁器件单元10的数据储存单元20包括自由层11和参考层15。自由层11可以翻转磁化方向并具有多个毗邻磁畴。参考层15形成为对应于部分自由层11。非磁层13可布置在参考层15和自由层11之间。根据本专利技术的当前实施例，非磁层13形成在自由层11的整个表面之下。磁器件单元10根据通过第二输入部分50施加的拖动信号脉冲1拖动自由层11中的毗邻磁畴，并利用电流诱导磁翻转(CIMS)法(即自旋传输转矩)通过与拖动信号脉冲1同步，用通过第一输入部分40施加的写信号(例如图5的脉冲2(写))磁反转部分磁区域(即与参考层15对应的具体位置)以存储数据位(即0或1)。此外，磁器件单元10根据通过第二输入部分50施加的拖动信号脉冲1和通过与拖动信号脉冲1同步由第一输入部分40施加的读信号(例如图5中的脉冲2(读))来拖动磁畴并在自由层11和参考层15之间施加读信号(读脉冲信号)。这样，磁器件单元10通过自旋隧穿效应读取储存在磁畴中的信息数据。图1和2中的脉冲2是读信号或写信号。形成自由层11以翻转其磁化方向，且自由层11包括磁畴壁。由磁畴壁定义的多个毗邻磁畴可布置在自由层11上。自由层11可由铁磁材料形成。磁畴壁可以自然地形成。另外，根据铁磁材料的各种类型和沉积条件，可以调节由磁畴壁定义的磁畴的宽度。磁畴的磁化方向可以独立地翻转。在磁器件单元10中，储存数据或读取数据可以通过自由层11的区域单元进行，该区域单元对应于参考层15的有效尺寸。参考层15的有效尺寸实际上确定自由层11中数据位区域的尺寸。因此，自由层11的长度可对应于将要储存的数据位的数量和参考层15的有效尺寸(尤其地，在磁畴拖动方向上的长度)的乘积。因此，数据储存单元20包括阵列中的多个数据位区域，以通过参考层15的有效尺寸单元在其中储存多位数据。图1是第一至第六数据位区域D1至D6的视图，其每个具有与参考层15的尺寸对应的尺寸以储存六位数据。如果需要可以增加数据位区域的数量。在磁器件单元10中，数据位区域D1至D6的每个可以由在数据位区域D1至D6的每个的两端具有磁畴势垒的单个磁畴形成，或者由两个以上磁畴形成。也就是说，数据位本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种磁器件单元，包括：　　　　数据储存单元，包括具有可翻转磁化方向且具有多个毗邻磁畴的自由层、以及与该自由层的一部分对应地形成且具有被钉扎磁化方向的参考层，　　　　其中多个数据位区域以阵列形成在该自由层上，该数据位区域的每个以该参考层的有效尺寸单元形成以允许该数据储存单元在所述阵列中储存多位数据；　　　　第一输入部分，电连接到该自由层的该数据位区域的至少一个且电连接到该参考层以施加写信号和读信号中的至少一种；以及　　　　第二输入部分，电连接到该自由层以通过施加用于磁畴拖动的拖动信号将储存在该自由层的该数据位区域中的数据向相邻数据位区域拖动。

【技术特征摘要】
KR 2006-1-26 8242/061.一种磁器件单元，包括数据储存单元，包括具有可翻转磁化方向且具有多个毗邻磁畴的自由层、以及与该自由层的一部分对应地形成且具有被钉扎磁化方向的参考层，其中多个数据位区域以阵列形成在该自由层上，该数据位区域的每个以该参考层的有效尺寸单元形成以允许该数据储存单元在所述阵列中储存多位数据；第一输入部分，电连接到该自由层的该数据位区域的至少一个且电连接到该参考层以施加写信号和读信号中的至少一种；以及第二输入部分，电连接到该自由层以通过施加用于磁畴拖动的拖动信号将储存在该自由层的该数据位区域中的数据向相邻数据位区域拖动。2.根据权利要求1的磁器件单元，其中该写信号是脉冲形式的翻转电流。3.根据权利要求2的磁器件单元，其中该读信号是小于该翻转电流的脉冲电流。4.根据权利要求3的磁器件单元，其中该翻转电流和用于读的该脉冲电流之一与该拖动信号交替地施加，使得数据储存操作和数据读取操作之一与磁畴拖到操作交替地进行。5.根据权利要求4的磁器件单元，其中该数据位区域的每个包括至少一个磁畴，且磁畴拖动通过数据位区域单元进行。6.根据权利要求1的磁器件单元，其中该数据位区域的每个包括至少一个磁畴，磁畴拖动通过数据位区域单元进行，且该数据储存操作和该数据读取操作之一与该磁畴拖动操作交替地进行。7.根据权利要求1的磁器件单元，还包括该参考层和该自由层之间的非磁层。8.根据权利要求7的磁器件单元，其中该非磁层是导电层。9.根据权利要求7的磁器件单元，其中该非磁层是用作隧穿势垒的绝缘层。10.根据权利要求1的磁器件单元，还包括缓冲单元，其与该数据储存单元毗邻且形成在该数据储存单元的至少一侧以储存根据磁畴拖动被拖到该数据储存单元之外的数据。11.根据权利要求10的磁器件单元，其中形成多个数据储存单元，该缓冲单元位于两个相邻数据储存单元之间，且每数据储存单元形成至少一个第一输入部分。12.根据权利要求1的磁器件单元，其中多个数据储存单元以阵列形成，且每数据储存单元形成至少一个第一输入部分。13.一种操作磁器件单元的方法，该磁器件单元包括数据储存单元，包括具有可翻转磁化方向且具有多个毗邻磁畴的自由层、以及与该...

【专利技术属性】
技术研发人员：金起园，金泰完，曹永真，黄仁俊，
申请(专利权)人：三星电子株式会社，
类型：发明
国别省市：KR[韩国]