CN101030592B - 磁存储器件 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种磁存储器件，其能够利用金属线读和写信息。该磁存储器件包括：多个第一金属线，在衬底上彼此平行布置并具有磁化方向可转换的连续磁化区域；多个第二金属线，垂直交叉该第一金属线地布置在该衬底上并具有该第一金属线从其通过的隧道；第一输入单元，连接到该第一金属线并提供电流来拖动该磁化区域；第二输入单元，连接到该第二金属线并应用电流来转换该隧道内该磁化区域的磁化方向；及检测单元，连接到该第二金属线并检测由通过该隧道的磁畴壁引起的电动势。因此，该磁存储器件可以通过在衬底上交叉金属线而简单地制造，并能通过根据感应电动势的存在识别位信息而准确地读和写信息。

Description

磁存储器件
技术领域
本发明涉及磁存储器件，尤其涉及能够利用其间形成交叉点的金属线读和写信息的磁存储器件。
背景技术
传统上，大多数磁存储器件通过检测磁隧道结(MTJ)单元的电阻改变来读和写信息。电阻根据其间具有薄绝缘层的两层磁膜的磁极化方向彼此相同或不同而改变。
当堆叠MTJ单元时除非该薄绝缘层足够洁净，否则用于区分状态“1”和“0”的电阻差异，即根据上和下磁膜的磁极化方向的电阻差异，是可忽略的。这是因为当MTJ单元处于状态“0”时的电阻和当MTJ单元处于状态“1”时的电阻之间的电阻改变率限于约40％，并且当绝缘层不足够洁净时，该电阻改变率进一步减小到约20至30％。在这种情况下，信息不能准确读取，这在采用MTJ单元的存储器件的实际应用中是一个限制因素。
另外，由于常规磁存储器件在单个存储区域中仅存储1位信息，所以难以制造大容量磁存储器件。
因此，需要开发能够克服这些问题的新的磁存储器件。
发明内容
本发明提供一种具有能精确地读和写信息并存储多位信息的结构的磁存储器件。
根据本发明的一个方面，提供一种磁存储器件，包括：多个第一金属线，在衬底上彼此平行布置并具有磁化方向可转换的连续磁化区域；多个第二金属线，垂直交叉该第一金属线地布置在该衬底上并具有该第一金属线从其穿过的隧道；第一输入单元，连接到该第一金属线并提供电流来拖动该磁化区域；第二输入单元，连接到该第二金属线并应用电流来转换该隧道内的该磁化区域的磁化方向；及检测单元，连接到该第二金属线并检测由穿过该隧道的磁畴壁引起的电动势。
该衬底可以是塑料衬底。
该磁存储器件还可包括置于该第一金属线与该第二金属线之间的绝缘层。
该第一金属线的每个可以是鳍形并由铁磁材料形成。
在该第一金属线的每个中，单个存储区域可形成在相邻的隧道之间，其中n个磁化区域形成在该单个存储区域中。
该单个存储区域可包括设置在该隧道内并具有参考磁化方向的参考磁化区域，其中当第(i+1)个磁化区域和第(i)个磁化区域的磁化方向彼此相同时，信息“0”被记录，当该第(i+1)个磁化区域和该第(i)个磁化区域的磁化方向彼此不同时，信息“1”被记录。
与该存储区域对应的该n个磁化区域以及该n个磁化区域之间的磁畴壁可形成在该第一金属线的端部从而控制该存储区域的该磁化区域的拖动，其中用于停止该磁畴壁的磁畴壁停止器形成在该第一金属线的该端部。
该磁畴壁停止器可以是形成在该磁化区域之间的凹口。
该参考磁化区域可形成在该隧道内。
根据本发明另一方面，提供一种磁存储器件，形成于彼此堆叠的多个衬底的每个上，该磁存储器件包括：多个第一金属线，彼此平行布置并具有磁化方向可转换的连续磁化区域；多个第二金属线，垂直交叉该第一金属线并具有该第一金属线从其穿过的隧道；第一输入单元，连接到该第一金属线并提供电流来拖动该磁化区域；第二输入单元，连接到该第二金属线并提供电流来转换该隧道内该磁化区域的磁化方向；及检测单元，连接到该第二金属线并检测由穿过该隧道的磁畴壁引起的电动势。
附图说明
通过参照附图详细描述其示例性实施例，本发明的上述和其它特征及优点将变得更加明显，附图中：
图1是根据本发明一实施例的磁存储器件的部分透视图；
图2是平面图，示出根据本发明一实施例的图1的磁存储器件的两个存储区域；
图3是平面图，用于说明控制记录在根据本发明一实施例的存储器中的磁化区域的拖动的方法；及
图4是根据本发明另一实施例的磁存储器件的剖视图。
具体实施方式
现在将参照附图更完整地说明本发明，附图中示出本发明的示例性实施例。本说明书和权利要求中使用的术语不应根据其一般或词汇意义解释，而应基于发明者可定义特定术语来以最佳方式描述本发明的原则在本发明的范围内如所描述的那样理解。因此，虽然参照其示例性实施例和附图特别显示和描述了本发明，但是本领域技术人员能够理解，在不脱离本发明的精神和范围的情况下可产生各种等价物和修改。
图1是根据本发明一实施例的磁存储器件的部分透视图。参照图1，该磁存储器件包括多个第一金属线100和多个第二金属线200，它们布置在塑料衬底300上并彼此交叉。第二金属线200具有与第一和第二金属线100和200之间的交叉点对应的隧道(tunnel)，第一金属线100穿过该隧道。利用通过在圆形线圈内来回移动磁体而改变磁通时感应电动势的事实，磁存储器件通过检测在交叉点处的磁通改变来读取信息。这里，第一金属线100用作磁体且第二金属线200用作线圈。
因为第一金属线100用作磁体，每个第一金属线100可由铁磁材料例如CoFe或NiFe形成并可具有薄鳍形状从而允许磁化区域的容易形成和拖动(dragging)。
每个第二金属线200可由一般导电金属形成。绝缘层400置于第一和第二金属线100和200之间从而防止应用到第一金属线100的脉冲电压或电流流到第二金属线200中。
图2是示出根据本发明一实施例的图1的磁存储器件的两个存储区域的平面图。
参照图2，四个磁化区域D1至D4形成在第一存储区域M1中且四个磁化区域D5至D8形成在第二存储区域M2中。磁化区域D1和D5是参考磁化区域。第二金属线200的宽度小于第一金属线100的参考磁化区域的长度L。参考磁化区域D1和D5设置在隧道T之下。
参考磁化区域D1和D5的磁化方向可相同。磁畴壁DW形成在第一存储区域M1中磁化方向彼此不同的区域D1和D2之间。磁畴壁DW形成在第二存储区域M2中磁化区域D5和D6之间以及磁化区域D7和D8之间。
第一输入单元500向第一金属线100的磁化区域D1至D8供应电流。第二输入单元600向第二金属线200施加电流从而使隧道下面的磁化区域的磁化方向转换。检测单元700例如伏特计连接到第二金属线200并检测当磁畴壁DW通过隧道T时由磁通改变引起的电动势。
当正拖动脉冲电流通过第一输入单元500应用到第一金属线100时，磁化区域D1至D8沿箭头A所示的方向移动，并且磁畴壁DW通过第二金属线200，使得磁通被改变从而在第二金属线200感应电动势。
当磁化区域D2的磁化方向不同于参考磁化区域D1的磁化方向时，存储区域M1中磁通改变。这样的磁通改变产生电动势，所产生的电动势通过连接到与存储区域M1相连的第二金属线200的伏特计700被检测到，由此读信息“1”。当正电流再次应用到第一金属线100时，由于磁化区域D3的磁化方向与变成新的参考磁化区域的磁化区域D2的磁化方向相同，所以没有电动势产生，由此读信息“0”。
图3是用于说明控制记录在根据本发明一实施例的存储器中的磁化区域的拖动的方法的平面图。
磁畴壁DW形成在第一金属线100的端部，其中磁畴壁DW的数目对应于存储在每个存储区域中的信息片(information piece)的数目。例如，图2中四个磁化区域形成在一个存储区域中，但信息实际上仅存储在三个磁化区域中。相应地，三个磁畴壁DW形成在图3中。
形成磁畴壁停止器(stopper)从而使各磁畴壁DW停止。参照图3，一对面对的凹口110用作磁畴壁停止器。当预定阈值水平之上的拖动脉冲电流通过第一输入单元500流过第一金属线100时，磁畴壁DW经过凹口110且下一畴壁DW停止在凹口110。这样的凹口110使磁畴壁DW的每个能够被拖动仅与一个磁化区域对应的距离。
在写模式中，正或负拖动电流应用到第一金属线100从而将存储区域的磁化区域定位在第二金属线200之下。接着，写电流应用到第二金属线200从而转换磁化区域的磁化方向。存储区域的其中接收拖动电流的第一金属线100与接收写电流的第二金属线200彼此交叉的部分被选址。
图1所示的根据本发明一实施例的磁存储器件可以如一般半导体制造工艺中那样利用包括曝光和蚀刻步骤的光刻工艺通过在塑料衬底300上生成第一和第二金属线100和200的图案来制造。
虽然使用MTJ单元的常规磁存储器件通过检测较不显著的电压差来识别信息，但图1所示的本发明一实施例的磁存储器件通过检测较显著的电动势的存在来识别信息，由此显著改善写和读信息的准确度。
另外，因为可以存储在数目上与形成在一个存储区域中的用于数据存储的磁化区域对应的位信息片，所以本发明当前实施例的磁存储器件可以存储多位信息。
图4是根据本发明另一实施例的磁存储器件的剖视图。与图1中相同的元件用相同的附图标记表示，因此将省略其详细说明。
参照图4，第一金属线101和第二金属线201形成在第一衬底301上，绝缘层401置于第一金属线101和第二金属线201之间。第二衬底302形成在第二金属线201上。第一金属线102和第二金属线202形成在第二衬底302上，绝缘层402置于第一金属线102和第二金属线202之间。第一衬底301和第二衬底302可以是塑料衬底。
与使用硅衬底的具有MTJ单元的常规磁存储器件相比，本发明当前实施例的磁存储器件可增加每单位面积的存储容量。即，常规磁存储器件的硅衬底需要生长在单个晶体上。然而，由于单层单元元件受很多杂质影响，难以在第一硅衬底之上生长第二硅衬底。相反，由于本发明当前实施例的磁存储器件在一般塑料衬底上形成金属线，对衬底限制很少，因此能够容易地制造堆叠的磁存储器件。
如上所述，根据本发明当前实施例的磁存储器件具有下列优点。
第一，因为本实施例的磁存储器件能够通过在塑料衬底上交叉金属线来制造，所以其能够容易地制造，且尤其是容易地堆叠从而增加每单位面积的存储容量。
第二，由于本实施例的磁存储器件通过检测感应电动势的存在来识别位信息，所以其能够改善读信息的准确度。
第三，因为本实施例的磁存储器件能够在单个存储区域中存储多位信息，所以其能够比常规器件具有更大存储容量。
尽管参照其示例性实施例特别显示和描述了本发明，但是本领域技术人员能够理解，在不脱离本发明的权利要求所定义的精神和范围的情况下可以进行形式和细节上的各种改变。

Claims (16)

1.一种磁存储器件，包括：
多个第一金属线，在衬底上彼此平行布置且具有其磁化方向可转换的连续磁化区域；
多个第二金属线，垂直交叉该第一金属线地布置在该衬底上并具有该第一金属线从其穿过的隧道；
第一输入单元，连接到该第一金属线并提供电流来拖动该磁化区域；
第二输入单元，连接到该第二金属线并应用电流来转换该隧道内所述磁化区域的磁化方向；
检测单元，连接到该第二金属线并检测由穿过该隧道的磁畴壁引起的电动势；以及
绝缘层，置于该第一金属线与该第二金属线之间。
2.如权利要求1的磁存储器件，其中该衬底是塑料衬底。
3.如权利要求1的磁存储器件，其中该第一金属线的每个是鳍形并由铁磁材料形成。
4.如权利要求1的磁存储器件，其中在该第一金属线的每个中，单个存储区域形成在相邻隧道之间。
5.如权利要求4的磁存储器件，其中该单个存储区域包括设置在该隧道内并具有参考磁化方向的参考磁化区域，
其中当第(i+1)个磁化区域和第(i)个磁化区域的磁化方向彼此相同时，信息“0”被记录，当该第(i+1)个磁化区域和该第(i)个磁化区域的磁化方向彼此不同时，信息“1”被记录。
6.如权利要求5的磁存储器件，其中与该存储区域对应的磁化区域和该磁化区域之间的磁畴壁形成在该第一金属线的端部从而控制该存储区域的该磁化区域的拖动，
其中用于停止该磁畴壁的磁畴壁停止器形成在该第一金属线的该端部。
7.如权利要求6的磁存储器件，其中该磁畴壁停止器是形成在该磁化区域之间的凹口。
8.如权利要求5的磁存储器件，其中该参考磁化区域的至少一部分设置在该隧道内。
9.一种磁存储器件，形成于彼此堆叠的多个衬底的每个上，该磁存储器件包括：
多个第一金属线，彼此平行地布置并具有其磁化方向可转换的连续磁化区域；
多个第二金属线，垂直交叉该第一金属线并具有该第一金属线从其穿过的隧道；
第一输入单元，连接到该第一金属线并提供电流来拖动该磁化区域；
第二输入单元，连接到该第二金属线并提供电流来转换该隧道内该磁化区域的磁化方向；
检测单元，连接到该第二金属线并检测由穿过该隧道的磁畴壁引起的电动势；以及
绝缘层，置于该第一金属线与该第二金属线之间。
10.如权利要求9的磁存储器件，其中该衬底是塑料衬底。
11.如权利要求9的磁存储器件，其中该第一金属线的每个是鳍形并由铁磁材料形成。
12.如权利要求9的磁存储器件，其中在该第一金属线的每个中，单个存储区域形成在相邻隧道之间。
13.如权利要求12的磁存储器件，其中该单个存储区域包括设置在该隧道内并具有参考磁化方向的参考磁化区域，
其中当第(i+1)个磁化区域和第(i)个磁化区域的磁化方向彼此相同时，信息“0”被记录，当该第(i+1)个磁化区域和该第(i)个磁化区域的磁化方向彼此不同时，信息“1”被记录。
14.如权利要求13的磁存储器件，其中与该存储区域对应的磁化区域和该磁化区域之间的磁畴壁形成在该第一金属线的端部从而控制该存储区域的该磁化区域的拖动，
其中用于停止该磁畴壁的磁畴壁停止器形成在该第一金属线的该端部。
15.如权利要求14的磁存储器件，其中该磁畴壁停止器是形成在该磁化区域之间的凹口。
16.如权利要求13的磁存储器件，其中该参考磁化区域的至少一部分设置在该隧道内。
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