信息存储元件及其驱动方法技术

本发明专利技术公开了一种信息存储元件及其驱动方法，信息存储元件包括：字电极，包括连续形成并且导电的第一磁性材料；非磁性膜，与字电极的第一磁性材料接触地形成；第二磁性材料，经由非磁性膜连接至第一磁性材料；磁化设定机构，设置在字电极的两个端部的至少一个端部附近并且设定字电极的端部的磁化方向；矫顽力减小机构，减小第二磁性材料的矫顽力；以及导电性位电极，形成以兼作第二磁性材料或者与第二磁性材料平行地形成，连续形成位电极以与字电极交叉。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及采用磁性材料的。
技术介绍
在诸如计算机的信息装置中，硬盘广泛用作外部存储设备。然而，因为硬盘包括旋转机构，所以很难小型化和节能。采用闪速存储器的SSD (固态驱动器)已经开始用作小装置的外部存储设备。然 而，其价格高并且其存储容量也不够。此外，存在记录次数的限制，从而存在作为外部存储 设备使用的限制。因此，期望一种具有高存储容量并且能够高速读写的非易失性存储设备。作为用于非易失性存储器的候选者，将信息记录为磁性材料的磁化的磁存储器引 起了人们的注意并且其开发正在进行之中。在这些磁存储器中，通过电流磁场反转磁化方 向的MRAM(例如，由Freescale Semiconductor, Inc.生产的MR2A16)已经投入到实际应用 中。作为具有较高密度的磁存储器，人们将注意力投向了如下构造，S卩，在这种构造 中，不使用电流磁场，而是使得电流在夹置非磁性材料的两种磁性材料之间流动，并使用这 两种磁性材料之间的起作用的自旋注入扭矩(spin-injection torque)。(例如，参照日 本专利公开第 2003-17782 和 F. J. Albert et al.，Appl. Phys. Lett. Vol. 77，No. 23，2000， p. 3809)。具有这种构造的磁存储器被称为自旋扭矩MRAM或者自旋RAM。
技术实现思路
然而，在具有上述各种构造的磁存储器中，需要将一个晶体管连接至每个存储元 件。此外，需要使流过存储元件的电流大于特定电流，因此，连接的晶体管还需要具有 特定尺寸。因此，包括晶体管的存储单元的尺寸较大，并且难以不同于闪速存储器地提高记 录密度。本专利技术需要提供一种，均允许实现高记录密度。根据本专利技术的第一实施方式，提供了一种信息存储元件，包括字电极，被配置为 包括连续形成并且导电的第一磁性材料；非磁性膜，被配置为与字电极的第一磁性材料接 触地形成；以及第二磁性材料，被配置为经由非磁性膜连接至第一磁性材料。此外，信息存 储元件包括磁化设定机构，被配置为设置在字电极的两个端部的至少一个端部附近并且设定字电极的该端部的磁化方向；以及矫顽力减小机构，被配置为减小第二磁性材料的矫 顽力。而且，信息存储元件包括导电性位电极，被配置为形成以兼作第二磁性材料或者与第 二磁性材料平行地形成。连续形成位电极以与字电极交叉。在根据本专利技术的第一实施方式的上述信息存储元件的构造中，包括字电极，包括 连续形成并且导电的第一磁性材料；以及磁化设定机构，用于设定字电极的该端部的磁化 方向。通过该磁化设定机构，设定字电极的该端部处的第一磁性材料的磁化方向。通过使 电流流过字电极，可以改变连续形成的字电极的第一磁性材料的磁化方向，并且可以移动 第一磁性材料中的磁畴壁。此外，包括与第一磁性材料接触地形成的非磁性膜以及经由非磁性膜连接至第一 磁性材料的第二磁性材料。从而，由第一磁性材料、非磁性膜、第二磁性材料这些来构成磁 阻效应元件。而且，包括用于减少第二磁性材料的矫顽力的矫顽力减小机构。通过这种矫顽力 减小机构，可以减少第二磁性材料的矫顽力，并且可以促进第二磁性材料的磁化方向的反 转。这可以改变与第一磁性材料的磁化方向匹配的第二磁性材料的磁化方向。S卩，可以根据第二磁性材料的磁化方向来记录信息。此外，信息存储元件包括导电性位电极，形成导电性位电极以兼作第二磁性材料 或者与第二磁性材料平行地形成导电性位电极，并且连续形成该导电性位电极以与字电极 交叉。因此，通过在位电极和字电极的交叉点附近的磁阻元件来构成存储单元。选择位电 极和字电极，并且通过使电流流过选择的字电极来改变第一磁性材料的磁化方向。其后，减 小第二磁性材料的矫顽力。因此，可以将信息记录在选择的位电极和字电极的交叉点附近 的存储单元中。另外，选择位电极和字电极，并且当通过使电流流过选择的字电极来改变第一磁 性材料的磁化方向时，检测存储单元的磁阻效应元件的电阻变化。因此，可以得到存储单元 的第二磁性材料的磁化方向。这可以读出记录在存储单元中的信息。而且，当矫顽力减小机构不工作时并且当未使电流流过字电极时，第二磁性材料 的磁化方向不改变。因此，可以保持记录的信息。因此，即使当关闭电源时，也不会丢失信 息，这可以实现非易失性。根据本专利技术的第二实施方式，提供了用于驱动信息存储元件的第一方法。第一方 法包括第一步骤，通过使电流流过根据本专利技术的第一实施方式的上述信息存储元件中的字 电极来改变第一磁性材料的磁化方向。此外，第一方法包括第二步骤，通过矫顽力减小机构 减小第二磁性材料的矫顽力从而将第二磁性材料的磁化方向改变为对应于第一磁性材料 的磁化方向的方向。在根据本专利技术的第二实施方式的用于驱动信息存储元件的上述第一方法中，通过 在第一步骤中由流过字电极的电流来改变第一磁性材料的磁化方向，可以改变与字电极相 对应的存储单元的第一磁性材料的磁化方向。此外，通过在第二步骤中将第二磁性材料的磁化方向改变为对应于第一磁性材料 的磁化方向的方向，改变与字电极相对应的存储单元的第二磁性材料的磁化方向，以便可 以将信息记录在该存储单元中。根据本专利技术的第三实施方式，提供了用于驱动信息存储元件的第二方法。在该第二方法中，在根据本专利技术的第一实施方式的上述信息存储元件中，在使电流流过字电极的 同时，检测由第一磁性材料、非磁性膜、第二磁性材料所构成的磁阻效应元件的电阻。这时， 基于由于第一磁性材料的磁化方向的变化而产生的变化来读取记录在第二磁性材料中的 fn息ο在根据本专利技术的第三实施方式的用于驱动信息存储元件的上述第二方法中，基于 由于第一磁性材料的磁化方向的变化而产生的变化来读取记录在第二磁性材料中的信息。 与基于磁阻效应元件的电阻值读出信息的现有技术的磁存储器相比，这可以提高读取灵敏度。根据本专利技术的上述实施方式，通过选择字线和位线，可以将信息记录在这些电极 的交叉点附近的存储单元中。因此，即使在没有(为现有技术的信息存储元件中的每个存 储单元而设置的)用于选择的有源元件(晶体管等)的情况下，也可以选择存储单元并且 可以记录信息。因为用于选择的有源元件是不必要的，所以与现有技术的存储单元相比，可以使 存储单元小型化并且可以提高存储单元的密度。因此，可以实现可以高密度地记录信息的非易失存储设备(存储器)。 附图说明图1为根据本专利技术的一种实施方式的信息存储元件的示意性构造图(平面图)；图2为沿着图1中的线X-X截取的截面图；图3A 图3G为用于说明在图1的信息存储元件中记录信息的方法的示图；图4A 图4D为用于说明在图1的信息存储元件中记录信息的方法的示图；图5A 图5D为用于说明读取图1的信息存储元件中的信息的方法的示图；图6为示意性地示出对应于图5A 图5D的状态的电压变化的示图；图7A和图7B为用于说明制造图1的信息存储元件的方法的制造步骤图；图8A和图8B为用于说明制造图1的信息存储元件的方法的制造步骤图；图9A和图9B为用于说明制造图1的信息存储元件的方法的制造步骤图；图IOA 图IOC为用于说明制造图1的信息存储元件的方法的制造步骤图；图11为示出在图1的信息存储元件中记录信息时所施加的电流脉冲的一种形式 的示图；以及图12为示出在图1的信息存储元件中的读出操作本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种信息存储元件，包括：字电极，包括连续形成并且导电的第一磁性材料；非磁性膜，与所述字电极的第一磁性材料接触地形成；第二磁性材料，经由所述非磁性膜连接至所述第一磁性材料；磁化设定机构，设置在所述字电极的两个端部的至少一个端部，并设定所述字电极的所述端部的磁化方向；矫顽力减小机构，减小所述第二磁性材料的矫顽力；以及导电性位电极，被形成为兼作所述第二磁性材料或者与所述第二磁性材料平行地形成，所述位电极连续形成以与所述字电极交叉。

【技术特征摘要】
JP 2009-10-27 2009-2468891.一种信息存储元件，包括字电极，包括连续形成并且导电的第一磁性材料； 非磁性膜，与所述字电极的第一磁性材料接触地形成； 第二磁性材料，经由所述非磁性膜连接至所述第一磁性材料； 磁化设定机构，设置在所述字电极的两个端部的至少一个端部，并设定所述字电极的 所述端部的磁化方向；矫顽力减小机构，减小所述第二磁性材料的矫顽力；以及导电性位电极，被形成为兼作所述第二磁性材料或者与所述第二磁性材料平行地形 成，所述位电极连续形成以与所述字电极交叉。2.根据权利要求1所述的信息存储元件，其中，平行地形成多个所述字电极并且并行地形成多个所述位电极，并且每个所述字电极与 每个所述位电极垂直。3.根据权利要求1所述的信息存储元件，其中， 所述非磁性膜为隧道绝缘膜。4.根据权利要求1所述的信息存储元件，其中，所述第一磁性材料和所述第二磁性材料的磁化方向是垂直于所述磁性材料的主表面 的方向。5.根据权利要求1所述的信息存储元件，其中， 所述位电极兼作所述矫顽力减小机构。6.根据权利要求1所述的信息存储元件，其中， 所述位电极与所述第二磁性材料接触地形成。7.根据权利要求1所述的信息存储元件，其中，设置在所述字电极的两个端部的至少一个端部的所述磁化设定机构具有通过电流磁 场改变磁化方向的构造。8.一种用于驱动信息存储元件的方法，所述信息存储元件包括字电极，包括连续形成并且导电的第一磁性材料；非磁性膜，与所述字电极的所述第一 磁性材料接触地形成；第二磁性材料，经由所述非磁性膜连接至所述第一磁性材料；磁化 设定机构，设置在所述字电极的两个端部的至少一个端部并且设定所述字电极的所述端部 的磁化方向；矫顽力减小机构，用于减小所述第二磁性材料的矫顽力；以及导电性位电极， 形成为兼作所述第二磁性材料或者与所述第二磁性...

【专利技术属性】
技术研发人员：大森广之，细见政功，别所和宏，肥后丰，山根一阳，大石雄纪，
申请(专利权)人：索尼公司，
类型：发明
国别省市：JP[日本]