具有双重自旋转矩基准层的磁性随机存取存储器制造技术

披露了可适用于自旋转矩随机存取存储器（ＳＴ－ＲＡＭ）的磁性数据存储单元。磁性单元包括第一和第二固定磁性层以及位于固定磁性层之间的自由磁性层。磁性单元还包括配置成提供流过磁性层的自旋极化电流的端子。第一固定磁性层具有基本平行于自由磁性层的易磁化轴的磁化方向，而第二固定磁性层具有基本正交于自由磁性层的易磁化轴的磁化方向。双重固定磁性层在对自由磁性层作写入时提供增强的自旋转矩，由此减小需要的电流并减小磁性数据存储单元的形体尺寸，并增加磁性自旋转矩数据存储器的数据存储密度。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】具有双重自旋转矩基准层的磁性随机存取存储器
技术介绍
磁性随机存取存储器(MRAM)或自旋转矩RAM(STRAM)是一种非易失固态数据存储技术，这种技术具有远大的前途，但在获得有竞争力的存储密度级方面提出挑战。提供以上讨论仅用作一般的背景信息，并且不旨在用来帮助确定所要求保护的主题的范 围。舰披露了可适用于自旋转矩随机存取存储器(ST-RAM)的磁性数据存储单元。磁性单元包括第一和第二固定磁性层以及位于这两个固定磁性层之间的自由磁性层。磁性单元还包括配置成提供通过磁性层的自旋极化电流的接线端。第一固定磁性层具有基本平行于自由磁性层的易磁化轴的磁化方向，而第二固定磁性层具有基本垂直于自由磁性层的易磁化轴的磁化方向。双重固定磁性层在对自由磁性层写入时提供增强的自旋转矩，由此减小需要的电流并减小磁性数据存储单元的形体尺寸，并增加磁性自旋转矩数据存储的数据存储密度。本文的概述和摘要提供对所选实施例某些方面的示例性介绍，并且不应理解成定义对所要求的主题事项的范围作何解释的任何限定或暗示。附图简述附图说明图1示出根据一解说性示例的磁性数据存储单元的立体图，其示出具有图示磁化方向的单元的磁性层的分解图。图2示出根据一解说性示例的磁性数据存储单元的侧面图，其具有作用于单元的磁化方向和自旋转矩的示意性表示。图3示出根据一解说性示例的作用于单元内的多个自旋转矩的叠加因变于磁化方向之间的夹角的图示。图4示出根据一解说性示例的针对不同磁性单元磁阻因变于电流的比较性图示。图5示出根据另一解说性示例的磁性数据存储单元的立体图，其示出具有多个磁化方向的单元的磁性层的分解图。图6示出根据另一解说性示例的磁性数据存储单元的立体图，其示出具有多个磁化方向的单元的磁性层的分解图。图7示出根据另一解说性示例的包含磁性数据存储单元的数据存储系统。图8示出根据一解说性示例的与磁性数据存储单元关联的方法。具体描述图1示出根据一解说性示例的磁性数据存储单元100的立体图，其示出具有图示磁化方向的单元的磁性层121、122、123的分解图。在一解说性实施例中，例如磁性单元100 的许多磁性数据存储单元可一起包含在数据存储设备或其它数据存储系统中，并配置成用于存储数据。在该解说性实施例中，又称为基准层并具有互补磁化方向的双重固定磁性层 121、123在对自由磁性层122写入时通过切换自由磁性层122的磁化方向来提供增强的自旋转矩，如下文中进一步描述的那样。相对于仅具有单个固定磁性层的磁性单元而言，由双重固定磁性层121、123提供的增强的自旋转矩能够使用较低电流来切换自由磁性层122。相对于仅具有单个固定磁性层的磁性单元而言，该较低电流允许减小磁性数据存储单元100的形体尺寸，并由此使包含该磁性数据存储单元的磁性自旋转矩数据存储中具有增大的数据存储密度。具体地说， 具有单个固定基准层的磁性单元可能需要比集成的场效应晶体管(FET)的典型集成电路所能提供的更大的电流，同时相对而言，具有互补磁化方向的双重固定磁性层的磁性单元可通过处于集成电路的正常电流容量内的较低电流而工作。这些方面将在下文中作进一步描述。单元100的磁性层包括第一固定磁性层121、第二固定磁性层123以及位于第一和第二固定磁性层121、123之间的自由磁性层122。磁性层121、123是固定的，因为其磁化各自保持在相应的固定方向，同时磁性层122是自由的，因为其磁化保持自由以在沿其易磁化轴的两个相反方向中的任一方向对准，如下文中进一步描述的那样。“磁化”可理解为在适用的情况下指示磁化方向。磁性单元100还包括配置成提供流过磁性层121、122、123的叠层的自旋极化电流的接线端111、113。接线端111、113连接于节点115，该节点115可连接于额外的信号线(图1未示出)。磁性层的分解图示出固定磁性层121的磁化方向141， 其指示磁性层121的固定磁化方向；固定磁性层123的磁化方 向143，其指示磁性层123的固定磁化方向；以及自由磁性层122的磁化方向142，其指示磁性层122的易磁化轴。磁性层121的磁化具有正交取向，有时也称为平面外或垂直取向，其磁化大致垂直于该层的平坦、延伸的圆形表面而取向。磁性层123的磁化具有直径取向，有时也称为面内取向，并且大致平行于层的平坦表面而取向。本领域内技术人员将发现，包括“大致正交” 和“大致平行”的这些表述被简化并且不作为每个层内的磁化的完整表述或指示恰好正交或恰好平行，但有益于辨认磁化的大致取向，如本领域内技术人员在考虑磁化方向的相对取向时所能理解的那样。固定磁性层的磁化方向141、143各自以实线表示，仅在其一端具有箭头，这表示这些磁性层的磁化方向是固定的，而自由磁性层的磁化方向142表示为在其两端都具有箭头的虚线，这表示该磁化方向指示易磁化轴，并且该层的磁化可以基本相等的稳定性与易磁化轴的任一极对准。理想地，这将具有相等的稳定性或落在相等稳定性的公称制造公差内，因此如果自由磁性层的磁化方向在存在环境影响时中断并使之继续，则磁化方向将以相等可能性返回到与易磁化轴共线的任一方向。在图1的示例性实施例中，自由磁性层122的易磁化轴设定在垂直方向，与固定磁性层121的磁化方向磁化方向141对准。因此，在图1的示例性实施例中，第一固定磁性层 121具有与自由磁性层122的易磁化轴大致平行的磁化方向141，而第二固定磁性层123具有与自由磁性层122的易磁化轴大致正交的磁化方向143。自由磁性层122的磁化方向142 在任何时候都预先安排以与易磁化轴稳定对准，要么平行于要么反平行于磁性层121的固定磁化方向141。磁化方向以下面参照图2进一步描述的意义“大致”平行和“大致”垂直。易磁化轴可通过多种技术来设定，这些技术可例如包括自由磁性层内的形状各向异性或磁晶各向异性。在固定磁性层121、123中，每个层的磁化方向可通过多种技术中的任意一种保持在固定取向，所述多种技术例如使固定磁性层各自具有比自由磁性层大很多的磁体积、或使固定磁性层磁性地钉扎。磁化的取向也可因变于层的尺寸。例如，没有磁性钉扎的话，沿直径磁性取向具有易磁化轴(和磁化)的层总体关联于相对较大的半径和相对较小的垂直厚度，同时沿垂直磁性取向具有易磁化轴(和磁化)的层总体关联于相对较小的半径和相对较大的垂直厚度。具体地说，在该特定实施例中，使自由磁性层122具有垂直易磁化轴相对于其它易磁化轴取向可增加自由层的各向异性能量密度的量。相比其它取向，这允许磁性单元100 具有相对小的尺寸和相对较大的磁稳定性。有关磁性单元100可以多小同时仍能可靠地发挥作用的重要约束是对自由磁性层122的磁化方向由于随机热起伏而随机反转的抵抗性。 自由磁性层的磁化方向抗热扰动的稳定性可模型化为κμνΛτ，其中κμ是磁性各向异性能量密度，V是磁性层的体积，k是玻尔兹曼常数而T是温度。在一示例性实施例中，至少大约 60 (无单位，因为χ是无量纲比)的Κμ V/kT值作为设计标准，用来维持自由磁性层122的磁稳定性。 磁性层121、122、123可至少部分地由铁磁材料构成。可用作磁性层组分的铁磁材料的例子包括铁、钴、镍、坡莫合金、赫斯勒合金或任意其它铁磁材料。可使用的赫斯勒合金例如可由铜、镍、钴或铜、镍、钴本文档来自技高网...

【技术保护点】
１．一种磁性单元，包括：第一固定磁性层；第二固定磁性层；位于所述第一固定磁性层和第二固定磁性层之间的自由磁性层；以及配置成提供流过磁性层的自旋极化电流的接线端。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...

【专利技术属性】
技术研发人员：T·克林顿，
申请(专利权)人：希捷科技有限公司，
类型：发明
国别省市：US