改进的磁性切换制造技术

本发明专利技术提供一种具有改进的切换特性的磁阻设备和操作方法。通过磁阻片的各片端的局部磁性方向朝着对准该片的难磁化轴的平行旋转，促进该片的磁性层的磁性方向的切换。因此，在一个实施例，通过例如改变片形状或者进行掺杂来扩大各片端的难磁化轴磁容量，以支持难磁化轴磁化。还提供一种方法，该方法施加难磁化轴磁场到各片端以用于启动切换，以及施加易磁化轴磁场以用于完成切换。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术总体涉及磁存储器，更具体而言，涉及磁阻存储器元件。
技术介绍
巨磁阻(GMR)效应的发现已经导致大量基于自旋的电子装置的发展。在由铁磁层和非磁性层交替配置而成的某些薄膜装置中观测到该GMR效应。在典型的装置中，铁磁层的磁性方向的相对指向限定该装置的二元状态。当铁磁层的磁性方向为平行指向时，该装置两端的电阻通常最低，而当磁性方向为反平行指向时，该装置的电阻最高。一种GMR装置通常被称为“自旋阀(spin valve)”。包括自旋阀的GMR装置能够被用作磁性随机存取存储器(MRAM)装置中的数据存储元件。关于这一点，GMR装置的示例性MRAM应用在以下美国专利中得以描述No.6,147,922；6,175,525；6,178,111；以及6,493,258。所有这些专利文献在此被引用以作为参考。自旋阀通常包括两个铁磁层，这两个铁磁层由非磁性金属(通常为铜)的薄层隔开，该自旋阀还包括反铁磁层，该反铁磁层“钉牢(pin)”其中一个铁磁层的磁化方向。图1a从侧面示出(以简化形式)典型的自旋阀10中的各层。如图1a所示，自旋阀10包括由非磁性层16隔开的铁磁层12和14。在一种典型结构中，其中一个磁性层被配置成固定层14。固定层14邻近反铁磁层18，以使得固定层14的磁化方向被“钉牢”的特定指向。固定层14中的箭头表示示例性钉牢指向，但是该指向通常还可以被钉牢到另一方向。因此，当操作磁场被施加到自旋阀10时，固定层14的磁化方向保持相对固定。第二磁性层12被称为自由层12。和固定层14相反，自由层12的磁化方向可以在平行和反平行指向之间进行自由切换，如自由层12中的双箭头符号所示。通过施加合适的磁场到自旋阀10，自由层12的磁化方向能够被反转，而固定层14的磁化方向仍然保持不变。然而，需要一种更具鲁棒性的装置来用于反转铁磁层(12和14)的磁化方向。图1b示出图1a的自旋阀10的三维视图。如图所示，自旋阀10具有难磁化轴(短轴)和易磁化轴(长轴)。通常，自由层12和固定层14的磁化方向基本上平行于易磁化轴。图1c示出现有技术中的磁阻片(magnetoresistive bit)20的顶视图，其基本上类似于图1a和1b的自旋阀。该片20具有由拉长主体26互连的第一片端22和第二片端24。如图所示，片端(22和24)成锥形。片20的磁性层的磁化方向28如图所示指向第二片端24并且平行于片20的易磁化轴。难磁化轴如图所示垂直于易磁化轴。该磁化方向28表示该片的逻辑状态。因此，指向第二片端24的磁化方向28可以表示第一逻辑状态。相反，该磁化方向28也可以被反转为沿易磁化轴指向第一片端22，因此表示第二逻辑状态。片端22和24沿易磁化轴成锥形。在一种典型结构中，片20沿难磁化轴和易磁化轴对称。
技术实现思路
研究表明，磁阻片的逻辑状态的切换(反转)至少由每个片端上的局部磁化方向部分地驱动。利用这个发现，提出一种具有改进的切换特性的磁阻设备和操作方法。根据本专利技术的一个方面，磁阻片具有改进的切换性能。该片包括夹在两个磁性层之间的非磁性层。每个磁性层具有第一片端和第二片端，以及连接这两个片端的拉长主体。所述片端均具有用于支持难磁化轴端磁化的扩大的磁容量，以用于驱动切换处理。类似地，所述拉长主体被配置成沿着所述片的易磁化轴支持体磁化，以便存储该片的二元状态。该扩大的磁容量例如可以通过“C形”、“S形”或者“I形”片结构来实现。此外，扩大的磁容量可以通过沿着所述片的难磁化轴从每个片端延伸出去的锥形突起来产生。扩大的磁容量也可以通过磁性硬化所述片端来实现。另一个实施例还包括沿着每个片端的扩大的表面积。根据本专利技术的另一个方面，还提出一种用于切换平面内电流磁阻片的逻辑状态的方法。该方法包括施加三个磁场到该片。第一磁场沿着该片的第一端的难磁化轴施加，其中第一端具有用于支持难磁化轴磁化的扩大的磁容量。第二磁场沿着该片的第二端的难磁化轴施加，其中第二端具有用于支持难磁化轴磁化的扩大的磁容量。第三磁场被施加到该片的主体，其中该主体被配置成支持易磁化轴磁化。在一个实施例中，施加第一和第二磁场是为了确保第一和第二片端都具有难磁化轴磁化。例如可以通过使得电流通过设置在该片附近的导线来施加第一和第二磁场。另一个实施例还包括去除该第三磁场，并且在去除第三磁场之后，沿着易磁化轴保持主体磁化方向。该主体磁化方向表示该片的逻辑状态。在本专利技术的另一个方面中，提供一种磁阻单元，其包括磁阻片、字线以及感测线。该片还包括中间夹有非磁性层的第一磁性层和第二磁性层。每个磁性层都具有一对片端，所述片端具有沿着该片的难磁化轴的扩大的可磁化性，并且每个层都具有沿着该片的易磁化轴的中心磁化方向。所述字线设置在该片附近，用于施加第一磁场到该片。所述感测线电连接到该片，以用于将读取电流传送到该片以确定该片的逻辑状态。此外，该感测线可以施加第二磁场到该片。在另一个实施例中，第一磁性层的中心磁化方向被固定，而第二磁性层的中心磁化方向可以响应于施加到该片的磁场而自由旋转其方向。另一个方面还提供了一种磁阻装置，其包括磁阻片，该磁阻片在两个片端处均具有扩大的难磁化轴磁化容量，以用于支持启动状态切换处理。附图说明图1a是现有技术的自旋阀的各层的示意图。图1b是现有技术的自旋阀的三维视图。图1c是现有技术的磁阻片的顶视图。图2是磁性层中的磁性切换处理的顺序图。图3是在每个片端中均具有扩大的磁容量的磁阻片的一个实施例的顶视图。图4是在每个片端中均具有扩大的磁容量的磁阻片的另一个实施例的顶视图。图5是在每个片端中均具有扩大的磁容量的磁阻片的又一个实施例的顶视图。图6是根据一个实施例的磁阻单元的三维视图。图7是磁性切换方法的流程图。具体实施例方式1.磁性切换处理在具有一对磁性层的磁阻片中，该片的逻辑状态可以根据各磁性层的磁化方向来确定。通过切换(或者反转)其中一个磁性层的磁化方向，该逻辑状态可以从第一状态被切换成第二状态。参照图2，一系列框架按照时间顺序记录了磁阻片的磁性层中的磁性切换处理的有限分析。通常来说，该序列示出所述切换处理涉及磁性层内的基本磁化方向的协调旋转(或者逆转)。首先看框架(a)，如图所示，磁性层202为具有锥形片端(204和206)的拉长元件。为了简便起见，各片端被标记为第一片端204和第二片端206。磁性层202的易磁化轴(长轴)如图所示平行于磁性层202的拉长方向。难磁化轴(短轴)排列在磁性层202的平面内，并且垂直于易磁化轴。在磁性层202内，基本磁化方向如图所示为沿着易磁化轴指向第二片端206的小箭头。该片的各片端和主体之间的磁交换往往会使得磁化变得均匀和单向。(磁化交换是往往在给定方向上磁化原子集合的磁域的铁磁交换。)概要箭头208示出磁性层202的一般化的磁化方向，其沿着易磁化轴指向第二片端206。如图所示，在框架(a)中的沿着易磁化轴的均匀磁化表示第一逻辑状态。框架(b)、(c)、(d)和(e)表示在切换处理的各顺序场景中的磁性层202。因此，以平行方式，第一片端204位于每个框架内的磁性层的最左端，而第二片端206位于每个框架内的磁性层的最右端。跳到框架(e)，即最后一个框架，基本磁化方向如图所示沿着易磁化轴指向第一片端204。框架(e)的概要箭头2本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种磁阻（ＭＲ）片，包括：夹在两个磁性层之间的非磁性层，每个磁性层包括：第一片端，其具有扩大的磁容量，以用于支持沿着该ＭＲ片的难磁化轴的第一片端磁化；第二片端，其具有扩大的磁容量，以用于支持沿着该ＭＲ片的难磁化轴的第 二片端磁化；以及拉长主体，其互连第一和第二片端，以用于支持沿着该ＭＲ片的易磁化轴的主体磁化。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】US 2004-1-10 10/754,9951.一种磁阻(MR)片，包括夹在两个磁性层之间的非磁性层，每个磁性层包括第一片端，其具有扩大的磁容量，以用于支持沿着该MR片的难磁化轴的第一片端磁化；第二片端，其具有扩大的磁容量，以用于支持沿着该MR片的难磁化轴的第二片端磁化；以及拉长主体，其互连第一和第二片端，以用于支持沿着该MR片的易磁化轴的主体磁化。2.根据权利要求1所述的MR片，其中，第一和第二片端均具有沿着易磁化轴的不对称性。3.根据权利要求2所述的MR片，其中，所述不对称性是“C形”不对称性。4.根据权利要求2所述的MR片，其中，所述不对称性是“S形”...

【专利技术属性】
技术研发人员：RR卡蒂，
申请(专利权)人：霍尼韦尔国际公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]