CN101026001A

CN101026001A - 利用磁畴运动的磁存储器

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Publication number: CN101026001A
Application number: CNA2006101485522A
Authority: CN
Inventors: 金泰完; 曹永真; 金起园; 黄仁俊
Original assignee: Samsung Electronics Co Ltd
Current assignee: Samsung Electronics Co Ltd
Priority date: 2006-02-22
Filing date: 2006-11-16
Publication date: 2007-08-29
Anticipated expiration: 2026-11-16
Also published as: KR100754397B1; US20070195587A1; KR20070084884A; EP1826773A1; EP1826773B1; JP2007227916A; DE602006007099D1; US7738278B2; CN101026001B; JP5300201B2

Abstract

本发明提供一种磁存储器。该磁存储器包括存储道，其中形成多个磁畴，使得能够以阵列来存储每个由磁畴构成的数据位。存储道由非晶软磁材料形成。

Description

利用磁畴运动的磁存储器

技术领域

本发明涉及一种磁存储器，更具体地，涉及一种其中均由磁畴构成的数据位可以以阵列来存储且能发生磁畴运动的磁存储器。

背景技术

磁随机存储器(MRAM)是非易失性磁存储器和新型固态磁存储器之一，其使用纳米磁材料独有的基于自旋相关传导的磁阻效应。也就是，MRAM利用了由于作为电子的自由度的自旋对电子传送有巨大影响所产生的巨磁电阻(GMR)或隧道磁电阻(TMR)。

GMR是在铁磁材料/金属非磁材料/铁磁材料的相邻布置中当设置有插入在其之间的非磁材料的铁磁材料具有相同磁化方向或不同磁化方向时所产生的电阻差。TMR是在铁磁材料/绝缘体/铁磁材料的相邻布置中，与当两个铁磁材料具有不同磁化方向时相比，当两个铁磁材料具有相同磁化方向时容易流经电流情况下的电阻。由于利用GMR的MRAM具有由磁化方向所引起的较小的电阻差，所以不能取得大的电压差。并且，由于MRAM具有将会增加为形成单元而与GMR层结合的金属氧化物半导体场效应晶体管(MOSFET)的尺寸的缺点，目前更加积极地进行用于追求利用TMR层的MRAM的商业化的研究。

MRAM可以包括作为开关器件的晶体管和其中存储数据的磁隧道结(MTJ)单元。通常，MTJ单元可包括具有被钉扎(pinned)磁化方向的被钉扎铁磁层、其磁化方向可以与被钉扎铁磁层的被钉扎磁化方向平行或反平行的自由铁磁层、以及位于被钉扎铁磁层和自由铁磁层之间并且磁隔离所述铁磁层的非磁层。

然而，由于MTJ每单元存储一位数据，所以存在增加MRAM的数据存储量的限制。因此，需要新颖的存储技术，以便增加磁存储器例如MRAM的信息存储量。

发明内容

本发明提供了一种具有其中形成了多个磁畴的存储道(memory track)的磁存储器，使得可以以阵列来存储数据位，并容易地进行磁畴运动。

根据本发明的一个方案，提供有一种磁存储器，包括：存储道，其中形成了多个磁畴，使得可以以阵列来存储磁畴构成的数据位，其中存储道由非晶软磁材料形成。

存储道可以由NiFe IV族元素合金例如NiFeSiB形成。

存储道可以由具有比NiFe大的磁各向异性常数的非晶软磁材料形成。

存储器件可以进一步包括：对应一部分存储道所形成并具有被钉扎的磁化方向的参考层，使得在存储道上以阵列存储由每个与参考层的有效尺寸对应的磁畴构成的数据位；以及第一输入部分，其电连接到存储道并且输入磁畴运动信号以使在存储道的数据位区上所存储的数据移动到邻近的数据位区，其中存储道的磁化方向是可转换的。

可以在参考层和存储道之间进一步形成非磁层。

非磁层可以是导电层和用作隧道势垒(tunneling barrier)的绝缘层之一。

存储道可以包括：具有与要存储的数据位的数量对应的数据位区并存储多个数据位的至少一个数据存储区；以及邻近数据存储区以及必要的话存储在磁畴运动期间移动到数据存储区外部的数据的缓冲区。

存储器可以进一步包括第二输入部分，其电连接存储道的至少一个数据位区和参考层，并输入写电流信号和读电流信号中的至少一个。

存储道可以进一步包括多个数据存储区，缓冲区位于两个相邻的数据存储区之间，并且每个数据存储区形成至少一个第二输入部分。

附图说明

通过参考附图详细说明其示范性实施例，本发明的上述和其它特征及优点将变得更加明显，其中：

图1是根据本发明的磁存储器的示意图；

图2是示出了软磁材料NiFe的磁滞曲线的视图；

图3是非晶软磁材料NiFeSiB的磁滞曲线的视图；

图4示例了根据本发明实施例的磁存储器的示意图；

图5A至5C是视图，示例了施加开关电流给图4的第三数据位区(特定据位区)，以便使第三数据位区的磁化方向反向，并且第三数据位区的反向磁化方向通过运动电流移动到邻近的第四数据位区D4；

图6A和6B是视图，示例了施加读电流给第三数据位区(特定数据位区)，以便读第三数据位区的数据，并且第三数据位区的磁化方向通过运动电流移动到邻近的第四数据位区；

图7是示意图，示例了施加给本发明磁存储器的磁畴运动电流脉冲1、读电流脉冲2、写电流脉冲2；及

图8是根据本发明另一实施例的磁存储器的示意图。

具体实施方式

现在将参考示出了本发明示范性实施例的附图来更加充分地说明本发明。

图1是根据本发明的磁存储器的示意图。

参考图1，磁存储器1包括存储道11，其中形成了多个磁畴，以便以阵列来存储由磁畴构成的数据位。并且，磁存储器1可以进一步包括电连接存储道11以及输入磁畴运动信号的第一输入部分50。

可以在存储道11中形成磁畴壁。通过这些磁畴壁在存储道11中形成多个磁畴。

存储道11的磁化方向是可转换的，以便在存储道11上记录数据。在这种情况下，磁存储器1可以在磁畴上记录数据位(由磁化方向设定)。这里，如在下面一个实施例中所介绍的，可以形成根据本发明的磁存储器1，以通过利用自旋转移矩(spin transfer torque)使存储道11的磁畴的磁化方向反向也就是电流诱导磁转换(current induced magnetic switching：CIMS)来记录数据位即“0”或“1”。对于另一个例子来说，可以形成根据本发明的磁存储器1，以通过利用对磁道11的电流感应的磁场使磁畴的磁化方向反向来记录数据位。

存储道11可以由具有大的磁各向异性常数Ku的非晶软磁材料形成，使得容易进行磁畴运动。

由于作为一般软磁材料的NiFe具有相对小的磁各向异性常数，所以当形成利用NiFe的能够被形成多个磁畴的存储道时，需要高电流来用于磁畴运动。

因此，存储道11可以由具有比NiFe大的磁各向异性常数Ku的非晶软磁材料形成。例如，存储道11可以由具有大的磁各向异性常数的NiFe IV族元素合金例如NiFeSiB形成。

由于NiFe IV族元素合金例如NiFeSiB的非晶软磁材料具有高各向异性磁场Hk，所以容易形成磁各向异性。

当需用于磁畴运动的电流高时，磁材料通过用于磁畴运动所施加的电流在其中间部分被断开的可能性高。因此，为了形成畴运动存储道11，需用利用即使施加低电流也容易进行磁畴运动的材料来形成存储道11。

当减少畴壁宽度时，即使用小能量(电流)也可以实现磁畴运动。畴壁宽度W与畴壁的畴壁表面能量Γ成比例，如公式1中所示。

Γ∝ W................公式1

并且，畴壁的宽度与磁各向异性常数Ku的平方根成比例，如公式2中所示。

W∝(Ku)^1/2....................公式2

如从公式1和2中所展示的，需要使用具有大的磁各向异性常数的材料用于形成存储道11，以便减少畴壁的宽度和因而用于磁畴运动的能量即电流。

因此，当存储道11由具有大的磁各向异性的非晶软磁材料形成时，即使用小电流也可以容易地进行磁畴运动，并且可以防止磁材料的断开。

图2是示出了软磁材料NiFe的磁滞曲线的视图，而图3是示出了非晶软磁材料NiFeSiB的磁滞曲线的视图。详细地，图2示出了Ni₈1Fe₁₉的磁滞曲线，而图3示出了Ni₁₆Fe₆₂Si₈B₁₄的磁滞曲线。图2和图3均示出了当沿易向施加磁场时的磁滞曲线和当沿难向施加磁场时的磁滞曲线。

图2和3的试验示出了NiFe的矫顽力(Hc)是大约10Oe，而NiFeSiB的矫顽力Hc是大约20Oe。因此，非晶软磁材料NiFeSiB的矫顽力Hc大约是NiFe的矫顽力的两倍。因此，NiFeSiB的感应磁各向异性是普通NiFe的两倍或更多。

这里，磁畴各向异性磁场Hk与矫顽力Hc和磁各向异性常数Ku成比例。因此，磁各向异性常数与矫顽力成比例。

因此，当使用具有高矫顽力和高磁各向异性的非晶软磁材料例如NiFeSiB时，可以得到稳定的位排列，可以形成带状磁畴(strip magneticdomain)。从而，以阵列存储磁畴构成的数据位，减少了畴壁宽度，使得即使用低电流也能实现磁畴运动，并且由此可以容易地进行磁畴运动。因此，由于在由非晶软磁材料形成的存储道11中用低电流进行磁畴运动，所以可以防止磁材料的断开。

因此，当存储道11由NiFe IV族元素合金例如NiFeSiB形成时，能实现这样的磁存储器1，其中可以以阵列存储磁畴构成的数据位，并且可以容易地进行磁畴运动。

另一方面，第一输入部分50电连接到存储道11，以便移动存储道11的磁畴并由此把存储在数据位区中的数据(即面内磁化或垂直磁化)移动到邻近的数据位区。磁畴的磁化方向根据运动信号输入即通过第一输入部分50输入的运动电流信号被移动到邻近的磁畴。这种运动称为磁畴运动。

运动信号可以是通过恒定周期输入的脉冲电流(脉冲1)，如图7所示。可以输入运动信号，使得可以通过包括单个磁畴的数据位区单元进行磁畴运动。这里，由于磁畴运动主要是使预定磁畴的磁化方向移动到邻近的磁畴，所以在通过数据位区单元进行磁畴运动时可以连续地施加运动信号，并且周期性地施加运动信号使得磁畴运动通过数据位区单元进行。

根据上述磁存储器1，提供了存储道11，其中可以形成多个的磁畴，并且能够以阵列来存储单个磁畴构成的各数据位，使得每个存储道11可以存储多个数据位，并且由此可以显著地增加磁存储器1的信息储存量。另外，由于利用低施加的电流可以容易地移动存储道11的磁畴，所以能够通过如下所述地轮流进行数据读或数据写操作以及磁畴运动来在存储道11上读或写多个数据位。

图4是示例了根据本发明实施例的磁存储器的示意图，其中磁存储器通过利用自旋转移矩使存储道11的磁畴的磁化方向反向来记录数据位即“0”或“1”。在图4中，由于存储道11和第一输入部分50基本上是与图1的部件相同的部件，所以用相同的附图标记并且将省略其详细说明。

参考图4，磁存储器10包括：存储道11；输入磁畴运动信号以用于存储道11的第一输入部分50；对应于一部分存储道11并具有被钉扎(pinned)的磁化方向而形成的参考层15。可以在存储道11上以阵列存储与参考层15的有效尺寸对应的磁畴构成的数据位。磁存储器10进一步包括第二输入部分40，其电连接到存储道11的至少一个数据位区和参考层15并输入写电流信号和读电流信号的至少一个(脉冲2)。非磁层13可以位于参考层15和存储道11之间。在图4中，尽管非磁层1 3形成在存储道11的整个表面上，但非磁层13可以形成在参考层15的上部表面上。

如上所述，存储道11可以包括多个磁畴的条，使得可以以阵列存储单个磁畴构成的数据位。另外，存储道11可以由非晶软磁材料例如NiFeSiB形成，使得即使用低电流也能进行磁畴运动。

在本实施例中，存储道11可以是磁化方向可以转换并且在其上可以存储数据位的记录层。

参考层15是磁化方向被钉扎的被钉扎层，并且形成为具有与存储道11的一个数据位区(一个磁畴)对应的有效尺寸。

另一方面，位于存储道11和参考层15之间的非磁层13可以是例如Cu的导电层和用作隧穿势垒的例如氧化铝层的绝缘层中的一种。

在根据本发明实施例的磁存储器10中，可以通过与参考层15的有效尺寸对应的存储道11的区域单元(area unit)来进行数据写操作或已存储的数据读操作。因此，参考层15的有效尺寸基本上决定了存储道11的一个数据位区(即磁畴)的尺寸。

由于优选在一个数据位区内存在仅一个磁畴，所以可以至少按与参考层15的有效尺寸对应的尺寸来形成在存储道11中所形成的磁畴。

另外，存储道11可以以对应于参考层15的有效尺寸的数据位区的数目的倍数的长度即磁畴运动的宽度来形成。因而，通过参考层19的有效尺寸的单位提供了多个数据位区的阵列，每个数据位区由单个磁畴构成，从而获得了其中可以以阵列存储多个数据位的存储道11。

参考图4，存储道11包括：具有与要存储的多个数据位对应并存储多个数据位的数据位区D1、D2、D3、D4、D5和D6的数据存储区20；以及邻近数据存储区20并且必要的话在磁畴运动期间存储移动到数据存储区20外部的数据的缓冲区30。缓冲区30可以位于数据存储区20的至少一侧。

当数据存储区20具有n个数据位区时，缓冲区30可以具有至少n个或n-1个数据位区。也就是说，包含在缓冲区30中的数据位区的数量可以形成得至少与包含在数据存储区20中的数据位区的数量一样多，或比数据存储区20的数据位区的数量少大约1的小数量。图4示出了示例，其中存储道11的中心部分用作数据存储区20并且存储道11的两个边缘部分用作缓冲区30。由于不直接对缓冲区30进行写或读操作，所以缓冲区30可以仅包括为记录层的存储道11，或包括存储道11和位于其下面的非磁层13构成的层结构。另外，在根据本发明实施例的磁存储器10中，缓冲区30可以基本上具有与数据存储区20相同的层结构，即包括甚至参考层15的层结构，但信号不输入到缓冲区30的参考层15。

在图4中，对第三数据位区D3进行数据写或读操作，第三数据位区D3是数据存储区20的数据位区D1、D2、D3、D4、D5和D6中的第三区，在数据存储区20的两个边缘上提供缓冲区30的第一部分A和第二部分B。图4示出了在考虑到在数据读操作期间从左向右进行磁畴运动的情况下，形成在数据存储区20的左侧具有三个数据位区的缓冲区30的第一部分A、及在数据存储区20的右侧具有两个数据位区的缓冲区30的第二部分B。对于包含在数据存储区20的六个数据位区D1、D2、D3、D4、D5和D6中的数据来说，数据读操作开始于向左侧移动的第六数据位区D6，使得第六数据位区D6的数据位于第三数据位区D3，当数据向右移动时，轮流进行运动操作和读操作，使得可以依序读六个数据位区D1、D2、D3、D4、D5和D6中所含有的数据。

尽管图4示出了在数据存储区20的中间部分形成参考层15以及因而对数据存储区20的中间部分进行数据写或读操作的例子，但本发明不局限于该具体的例子，并且可以做出各种修改。

例如，对数据存储区20的第一数据位区D1进行数据写或读操作，并且可以邻近数据写或读操作开始的数据存储区20的数据位区(例如，当在第一数据位区D1或第六数据位区D6处开始数据写或读操作时，第一数据位区D1的左侧或第六数据位区D6的右侧)来形成、或可以在数据存储区20的两个边缘处形成具有至少与包含在数据存储区20中的数据位区相同数量的或比数据位区的数量少1的小数量的数据位区的缓冲区30。由于这种修改可以容易地从图4中所示的结构中推导出来，所以将省略其详细说明。

当仅在数据存储区20的右侧或左侧形成缓冲区30时，包含在数据存储区20中的数据移动到缓冲区30，然后可以进行数据读操作。此时，可以沿相同的方向进行在数据读操作期间所进行的磁畴运动和在数据写操作期间所进行的磁畴运动。另外，在数据存储区20内所包含的数据移动到缓冲区30的同时，可以同时地进行数据读操作。在这种情况下，可以沿互相相反的方向进行在数据读操作期间所进行的磁畴运动和在数据写操作期间所进行的磁畴运动。

当在数据存储区20中存储n个数据位时，缓冲区30的数据位区的数量可以是比数据存储区20的数量少一个位区。也就是说，可以形成缓冲区30来存储(n-1)个数据位。由于一个数据位可以总是存储在数据位区即进行了数据写或读操作的数据存储区20的特定数据位区21上，所以缓冲区30临时存储仅仅(n-1)个数据位是必要的。这里，缓冲区30当然可以具有与数据存储区20的数据位区相同的数目、或者比数据存储器20的数据位区更大的数目。

当在数据存储区20的两侧形成缓冲区30时，可以读数据存储区20中所含有的数据同时进行磁畴运动而没有移动数据到缓冲区30的处理。此时，可以沿互相相反的方向进行在数据读操作期间所进行的磁畴运动和在数据写操作期间所进行的磁畴运动。即使在这种情况下，当数据存储区20上存储n个数据位时，在数据存储区20的两侧所形成的缓冲区30的数据位区的数量可以是比数据存储区20的少一个位区。

另一方面，尽管在上述说明中，磁存储器10的存储道11具有邻近数据存储区20的缓冲区30，但存储道11可以仅包括数据存储区20而没有缓冲区30。此时，数据存储区20除要存储的位的数目的数据位区以外还包括用作缓冲器的冗余数据位区。例如，当要存储n个数据位时，数据存储区20可以包括至少2n或2n-1个数据位区。

另一方面，在根据本发明实施例的磁存储器10中，根据从第一输入部分50中所施加的磁畴运动信号(脉冲1)和来自第二输入部分40的与该磁畴运动信号(脉冲1)同步所施加的写电流信号(例如，图7中的脉冲2(写))，利用自旋传输扭矩即电流诱导磁转换(CIMS)，通过使磁畴之一即位于与参考层15对应的预定位置处的预定磁畴反向，使存储道11的邻近磁畴移动，并且在预定的磁畴上记录数据位即“0”或“1”。

此外，在根据本发明实施例的磁存储器10中，根据从第一输入部分50施加的磁畴运动信号(脉冲1)和来自第二输入部分40的与该磁畴运动信号(脉冲1)同步所施加的读电流信号(例如，图7中的脉冲2(读))，通过在作为记录层的存储道11与参考层15之间施加读信号即读脉冲信号(例如，利用自旋隧穿)，使磁畴移动，并且读存储道11的磁畴上存储的数据。

在图4中，脉冲1是磁畴运动信号，而脉冲2是写信号或读信号。

另一方面，第二输入部分40电连接到存储道11和参考层15。图4示出第二输入部分40电连接到参考层15和位于参考层15上的存储道11的预定数据位区21。

通过第二输入部分40输入写信号到存储道11的预定数据位区21和参考层15，并且根据该写信号确定位于参考层15上的存储道11的预定数据位区21的磁化方向。在图4中，数据存储区20具有第一至第六数据位区D1、D2、D3、D4、D5和D6的阵列，而且电连接到第二输入部分40的预定数据位区21成为位于参考层15上的第三数据位区D3。

当通过第二输入部分40输入写信号时，根据该写信号确定第三数据位区D3的磁化方向。例如，当第三数据位区D3具有预定的磁化方向时，第三数据位区D3的磁化方向根据所施加的写信号反向或保持最初的磁化方向。以这种方式确定的磁化方向表示所记录的数据位。

参考图7，写信号是脉冲型开关电流(switching current)。根据该开关电流的极性选择性地转换预定数据位区21例如位于参考层15上的存储道11的第三数据位区D3的磁化方向，并且在预定数据位区21上存储要存储的数据位即“0”或“1”。

例如，假设参考层15具有预定的磁化方向，并且当通过施加开关电流，预定数据位区21的磁化方向变为与参考层15的磁化方向相同即平行时，数据位确定为“0”；当通过施加具有相反极性的开关电流，预定数据位区21具有与参考层15的磁化方向相反的磁化方向时，数据位可以确定为“1”。因此，通过改变开关电流极性从而使预定数据位区21的磁化方向与参考层15的磁化方向相同或与参考层15的磁化方向相反来存储数据。

这里，预先确定参考层19的磁化方向。因此，假设当存储道11的预定数据位区21的磁化方向与预先确定的参考层15的磁化方向平行时数据位是“0”，并且当预定数据位区21的磁化方向与参考层15的磁化方向反平行时数据位是“1”，利用存储道11的预定数据位区21的磁化方向的转换，可以存储所需的数据。

另一方面，当要读所存储的数据时，通过第二输入部分40输入读信号例如图7中所示的读脉冲电流到存储道11的预定数据位区21和参考层15。此时，参考层15、位于参考层15上的存储道11的预定数据位区21、和位于它们之间的非磁层13构成磁隧道结(MTJ)单元。因此，电流的通过值(passing Value)或电阻根据相对参考层15的磁化方向的存储道11的预定数据位区21的磁化方向而变化。利用这种变化来读数据。这里，为了读数据可以提供单独的参考层和输入部分。

参考图7，读脉冲电流可以是比用于写的开关电流小的脉冲电流。与畴运动信号同步施加该读脉冲电流。因此，可以利用磁畴运动和位于参考层15上的预定数据位区21的磁化方向来读所存储的数据。

在具有根据本发明上述结构的磁存储器10中，可以轮流进行写开关电流或读开关电流的输入、以及运动信号的输入。因此，轮流进行数据写操作或所存储的数据读操作以及磁畴运动，使得在多个数据位区上依序记录多个数据位，或依序读出在多个的数据位区上所存储的多个数据位。下面将参考图5A至5C以及图6A和6B来说明在根据本发明实施例的存储道10中的数据写操作或数据读操作。

图5A至5C是视图，示例了施加开关电流到图4的第三数据位区D3(预定数据位区21)，从而第三数据位区D3的磁化方向被反向，并且第三数据位区D3的反向的磁化方向通过运动电流移动到邻近的第四数据位区D4。图6A和6B是视图，示例了读电流施加到第三数据位区D3(预定数据位区21)，从而读第三数据位区D3的数据，并且第三数据位区D3的磁化方向通过运动电流移动到邻近的第四数据位区D4。图7是示意图，示例了施加到根据本发明的磁存储器10的磁畴运动电流脉冲1、读电流脉冲2、写电流脉冲2。在图7中，横轴是时间轴t。

以如下方式进行数据写操作。当如图5A所示施加开关电流给第三数据位区D3时，如图5B所示第三数据位区D3的磁化方向被反向。此后，当施加运动电流给存储道11时，各个数据位区的磁化方向分别移动到邻近的数据位区，如图5C所示。也就是说，图5B中所示例的数据存储区20的第一至第六的数据位区D1、D2、D3、D4、D5和D6的磁化方向分别移动一个数据位区到第二至第六数据位区D2、D3、D4、D5和D6和缓冲区30的第二部分B的第一数据位区B1，如图5C中所示。

如上所述，确定预定数据位区21的磁化方向，在预定时间过后，预定数据位区21的数据(磁化方向)被移动到邻近的数据位区即第四数据位区D4，再次输入写信号给预定的数据位区21以再次确定磁化方向。利用图7中所示例的周期性施加的运动电流和与运动电流同步地周期性施加的写转换信号，轮流进行这样的磁化方向的判断和运动过程，使得在存储道11的多个数据位区上以阵列记录多个数据位。在完成数据记录操作之后，可以保持所移动的数据存储位置，或输入沿相反方向移动磁畴的运动信号，使得在数据存储区20的第一至第六数据位区D1、D2、D3、D4、D5和D6上所存储的数据被保持。

以下列方式进行所存储的数据读操作。参考图6A，施加读电流给第三数据位区D3，从而读第三数据位区D3的数据。此后，当如图6B中所示施加运动电流给存储道11时，各个数据位区的磁化方向分别移动到邻近的数据位区。也就是说，图6A中所示的数据存储区20的第一至第六的数据位区D1、D2、D3、D4、D5和D6的磁化方向分别移动一个数据位区到第二至第六数据位区D2、D3、D4、D5和D6以及缓冲区30的第二部分B的第一数据位区B1，如图6B中所示。

如上所述，读特定的数据位区21的磁化方向，在预定时间过后，预定数据位区21的数据(磁化方向)移动到邻近的数据位区即第四数据位区D4，再次输入读信号到预定的数据位区21以进行数据读操作。利用图7中所示例的周期性施加的运动电流和与运动电流同步周期性施加的读脉冲信号(脉冲电流)，轮流进行这样的读磁化方向和运动过程，直到完成存储道11上所存储的多个数据位的读出。在完成数据读操作之后，可以保持所移动的数据存储位置，或输入沿相反方向移动磁畴的运动信号，使得数据存储区20的第一至第六数据位区D1、D2、D3、D4、D5和D6上所存储的数据被保持。

在读操作期间，与畴运动信号同步周期性地施加读脉冲电流而没有极性反向，如图7中所示。当读脉冲电流施加到参考层15和存储道11的预定数据位区21时，根据存储道11的预定数据位区21的磁化方向与参考层15的磁化方向平行或反平行，流经隧道势垒的电流量及其电阻不同。例如，当存储道11的预定数据位区21的磁化方向与参考层15的磁化方向平行时的电阻比当预定数据位区21的磁化方向与参考层15的磁化方向反平行时的电阻小。利用这种电阻差识别存储在预定数据位区21中的数据。

在上述说明中，尽管磁畴运动通过一个数据位单元进行，并且轮流进行磁畴运动和数据位写或读操作，但提供这些说明仅仅是为了示范性目的，而且可进行各种修改。例如，在多个数据位区移动后，可进行写或读操作。

图8是根据本发明另一实施例的磁存储器100的示意图。参考图8，磁存储器100可以具有设置多个数据存储区20到存储道11的结构。此时，存储道11可以进一步包括缓冲区30，其邻近数据存储区20以便存储由于磁畴运动引起的移动到数据存储区20外部的数据。此时，每个数据存储区20形成至少一个第二输入部分40。当提供多个数据存储区20并形成对应于每个数据存储区20的至少一个第二输入部分40时，数据存储量增加与数据存储区20的数量一般多，实现了与根据本发明实施例的包括具有由多个数据位区构成的单个数据存储区的存储道11的磁存储器10相同或更快的数据存储或读速度。

图8示出了在两个数据存储区20之间形成缓冲区30的例子。在形成了多个数据存储区20的结构中，可以至少在位于第一数据存储区之前的位置、在位于最后一个数据存储区之后的位置以及在位于两个相邻数据存储区之间的位置形成缓冲区30。

另外，图8所示的例子示出了对于一个数据存储区20形成两个参考层15和两个第二输入部分40。当形成多个第二输入部分40用于一个数据存储区20时，甚至可以更加提高数据存储或读速度。

对于另一个实施例来说，磁存储器100可以具有这样一种结构，使得形成多个参考层15和第二输入部分40用于一个数据存储区20，以及通过不同的第二输入部分40进行写信号和读信号的输入。另外，可以进行写信号的输入用于一个预定数据存储区20，以及可以进行读信号的输入用于另一个预定数据存储区20。

另外，在上述说明中，根据本发明的磁存储器可以把能够读多个数据位(即，MTJ或GMR传感器)的磁器件和利用自旋转移矩的记录磁器件结合在单个器件中，但本发明不局限于该特定实施例。也就是说，根据本发明的磁存储器可以用作能够利用磁畴运动来读多个数据位的磁器件(即，MTJ或GMR传感器)，或还可以用作能够利用磁畴运动记录多个数据位的使用自旋转移矩的记录磁器件。

另外，在上述说明中，通过直接施加写电流信号到包括参考层15、位于参考层15上的存储道11的预定数据位区21和插入在它们之间的非磁层13的MTJ单元，根据本发明的磁存储器利用自旋转移矩进行数据写操作，但本发明不限于该特定实施例。

也就是说，根据本发明的磁存储器，利用电流感应的磁场，通过选择性地使存储道11的预定数据位区的磁畴的磁化方向反向，可以记录数据位。在这种情况下，根据本发明的磁存储器可以包括产生磁场用于选择性地使存储道11的预定数据位区的磁化方向反向的结构、和用于读存储在存储道11中的数据的FET，来取代直接施加写或读电流信号给存储道11的第二输入部分40。

本发明的磁存储器具有由具有高磁各向异性常数的非晶软磁材料所形成并且其中形成了多个磁畴的存储道，使得即使用低电流也能容易地进行磁畴运动。

另外，由于磁畴构成的数据位可以以阵列来存储在存储道上，所以采用本发明的磁存储器的每个单元可以存储多个数据位，其显著地增加了数据存储量。

虽然已参考本发明示范性实施例具体示出和描述了本发明，但本领域技术人员应明白，在不脱离如下列权利要求所限定的本发明的主旨和范围的情况下，可以在形式上和细节上做出各种变化。

Claims

1、一种磁存储器，包括存储道，所述存储道中形成多个磁畴从而磁畴构成的数据位能够以阵列来存储，

其中所述存储道由非晶软磁材料形成。

2、如权利要求1的存储器，其中所述存储道由NiFe IV族元素合金形成。

3、如权利要求2的存储器，其中所述存储道由NiFeSiB形成。

4、如权利要求1的存储器，其中所述存储道由比NiFe具有更大的磁各向异性常数的非晶软磁材料形成。

5、如权利要求1的存储器，进一步包括：

对应部分所述存储道地形成并具有被钉扎的磁化方向的参考层，从而在所述存储道上以阵列存储每个与所述参考层的有效尺寸对应的磁畴构成的数据位；以及

第一输入部分，其电连接到所述存储道并且输入磁畴运动信号从而使存储在所述存储道的数据位区上的数据移动到邻近的数据位区，

其中所述存储道的磁化方向是可转换的。

6、如权利要求5的存储器，其中在所述参考层和所述存储道之间进一步形成非磁层。

7、如权利要求6的存储器，其中所述非磁层是导电层或用作隧道势垒的绝缘层中的一种。

8、如权利要求5的存储器，其中所述存储道包括：

至少一个数据存储区，具有与要被存储的数据位的数量对应的数据位区并存储多个数据位；以及

缓冲区，邻近所述数据存储区并且必要时存储在磁畴运动期间移动到所述数据存储区外部的数据。

9、如权利要求8的存储器，进一步包括第二输入部分，其电连接到所述存储道的至少一个数据位区且电连接到所述参考层，并输入写电流信号和读电流信号中的至少一种。

10、如权利要求9的存储器，其中所述存储道包括多个数据存储区，缓冲区位于两个相邻的数据存储区之间，并且在每个数据存储区形成至少一个第二输入部分。

11、如权利要求5的存储器，进一步包括第二输入部分，其电连接到所述存储道的至少一个数据位区并电连接到所述参考层，并输入写电流信号和读电流信号中的至少一种。