CN101047227A - 纳米磁性存储器件及其制造方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种通过控制感生电流量而能够在纳米磁性存储单元中写/读多个数据的纳米磁性存储器件，在根据从第一电极通过纳米磁性存储器件的纳米线到第二电极流动的字线电流而磁纳米点被扰动并重排之后，形成感生电流。且因此，通过提供单元尺寸更小的简化的纳米磁性存储器件，存储器件的尺寸减小且存储器件的密度可以改善。

Description

纳米磁性存储器件及其制造方法

技术领域

本发明涉及一种纳米磁性存储器件及其制造方法，且更具体而言，涉及一种通过控制感生电流量而能够在纳米磁性存储单元中写/读多个数据的纳米磁性存储器件，在根据从第一电极通过纳米磁性存储器件的纳米线到第二电极流动的字线电流而磁纳米点被扰动并重排之后，形成感生电流。

背景技术

目前，大多数半导体器件的制造供应商积极开发利用铁磁材料的磁性随机存取存储器(MRAM)作为下一代的存储器件。

MRAM是一种通过形成多层铁磁薄膜层并根据每个薄膜的磁化方向来感测电流改变从而写/读数据的存储器件。一般而言，MRAM由各种单元类型组成，例如巨磁阻(GMR)型、磁隧穿结(MTJ)型等。MRAM通过利用由自旋引起并对电子传输具有大的影响的GMR效应和自旋极化隧穿效应而实现了一种存储器件。在该情形，利用GMR效应的MRAM通过利用以下效应来实现，即在两个磁性层中自旋方向不同的情形的电阻差异大于自旋方向相同的电阻差异，在两个磁性层之间具有抗磁层。利用自旋极化隧穿效应的MRAM通过利用以下效应来实现，即在两个层中，电流隧穿在自旋方向相同的情形比当自旋方向不同时更容易发生，在两个层之间具有绝缘层。

图1是示出作为常规磁阻RAM的多层磁性薄膜结构的MTJ单元的剖面图。

参考图1，MTJ单元100包括抗铁磁薄膜101、固定层铁磁薄膜102、其中隧穿电流流动的薄绝缘层103和自由层铁磁薄膜104。在该情形，固定层铁磁薄膜102的磁化方向被固定在一个方向，且抗铁磁薄膜101固定固定层铁磁薄膜102的磁化方向而不改变。为了不改变固定层铁磁薄膜102的磁化方向，可以形成SAF(合成抗铁磁性体)结构。相反地，自由层铁磁薄膜104的磁化方向根据外部磁场而改变。根据自由层铁磁薄膜104的磁化方向，可以存储数据，即“0”或“1”。当电流在MTJ单元100的垂直方向流动时，流过薄绝缘层103的隧穿电流产生。在该情形，当固定层铁磁薄膜102和自由层铁磁薄膜104的磁化方向相对时，小的隧穿电流开始流动。

以上描述的效应被称为隧穿磁阻(TMR)效应。通过感测隧穿电流的强度，可以识别自由层铁磁薄膜104的方向并在MTJ单元中存储数据。

图2是示出对应于常规的磁阻RAM的磁阻RAM单元的剖面图。

参考图2，接地引线207形成于场效应晶体管的源极区205的顶部上，且读字线201形成于栅极的顶部上。而且，第一导电层208、接触插塞209、第二导电层210和另一接触插塞211顺序形成于漏极区206的顶部上。而且，连接层212形成于写字线203的顶部上，且MTJ单元100和位线202堆叠在连接层212的顶部上。

读字线201用于读取数据。写字线203根据电流供给形成外磁场，以根据图1中的自由层铁磁薄膜104的磁化方向的改变来在MTJ单元100内存储数据。位线202将电流垂直供给MTJ单元100，以识别图1中的自由层铁磁薄膜104的磁化方向。当读取时，具有前述的结构的常规的MRAM将电压施加到读字线201，以操作场效应晶体管204并识别电流量，该电流在给位线提供电流之后在MTJ单元100中流动。而且，当写入时，常规的MRAM给写字线203和位线202提供电流，同时保持场效应晶体管204在截止状态，且随后MTJ单元100的图1中的自由层铁磁薄膜104的磁化方向改变。

图3是示出了常规的MRAM单元阵列的图。

参考图3，常规的MRAM单元具有1T+1MTJ结构，其具有一个开关器件晶体管T和一个MTJ。具体而言，常规的MRAM单元包括多条字线即WL1到WL4、和多条位线即BL1和BL2以及通过多条字线和多条位线选择的单元301，且包括感测放大器即SA1和SA2。在具有上述结构的常规的MRAM单元中，单元通过字线选择信号WL1到WL4选择，且当将预定的电压通过开关器件T施加到MTJ时，在位线BL1和BL2中流动的感测电流根据MTJ的极性而变得不同。因此，通过感测放大器SA1和SA2放大感测电流，可以读取数据。

因为常规的MRAM包括接地引线207、读字线201、写字线203和位线202，且四种金属引线设置于每个单元，引线结构变得复杂。而且，在具有上述结构的常规的MRAM种，因为单元尺寸变为比较大的尺寸的8F²，且因为有效尺寸变得较大，存储器件的密度变得更低，其对于单元设计而言是不利的性质。

当存储单元的尺寸变得更小时，需要磁化反转的电流磁场的问题能够根据本发明来解决，且与利用常规技术的金属铁磁薄膜的MRAM不同。

而且，如上所述，因为一个单元具有常规MRAM中的1T+1MTJ结构，单元结构变得复杂，且一个单元分别具有一个晶体管T和MTJ，从而单元结构的制造工艺变得复杂。

而且，常规的MRAM单元具有改善存储器件的密度的临界点，因为在上述的结构问题中，每个单元的金属引线的数量增加。

发明内容

本发明提供了一种通过控制感生电流量而能够在纳米磁性存储单元中写/读多个数据的纳米磁性存储器件，在根据从第一电极通过纳米磁性存储器件的纳米线到第二电极流动的字线电流而磁纳米点被扰动并重排之后，形成感生电流，且因此，通过提供单元尺寸更小的简化的纳米磁性存储器件，存储器件的尺寸减小且存储器件的密度可以改善。

本发明还提供了一种能够改善存储器件的密度并通过减小存储器件的单元占据的有效尺寸来计划有效的单元设计的纳米磁性存储器件。

本发明还提供了一种能够量产存储器件的纳米磁性存储器件的制造方法，其与利用常规的金属铁磁薄膜的MRAM不同，解决了需要磁化反转的电流磁场的问题。

本发明还提供了一种通过简化常规存储器件的单元结构而能够使得制造工艺简单的纳米磁性存储器件。

本发明还提供了一种通过减小每个单元的金属引线的数量而能够改善存储器件的密度的纳米磁性存储器件。

本发明还提供了一种纳米磁性存储器件，其包括：堆叠在绝缘基板上的第一介电层；形成于第一介电层两侧的第一电极和第二电极；连接第一电极和第二电极并堆叠在第一介电层上的顶表面上的纳米线；形成于纳米线的顶表面上的至少一个磁性纳米点；堆叠在磁性纳米点的顶表面上的第二介电层；和堆叠在第二介电层的顶表面上的磁性薄膜层，其中纳米磁性存储器件通过控制感生电流量在纳米磁性存储单元中写/读多个数据，在根据从第一电极通过纳米线到第二电极流动的字线电流而磁纳米点被扰动并重排之后，形成感生电流。

根据本发明的一个方面，提供有一种纳米磁性存储器件，其包括：多个纳米磁性存储单元，其中相同的第一位线与多个纳米磁性单元中的第一电极连接，其中多个金属-氧化物-硅(MOS)晶体管的每个单独的漏极分别连接到多个纳米磁性存储单元的第二电极，多个MOS晶体管的每个单独的源极分别连接到第二位线，且多个MOS晶体管的单独的栅极分别连接到不同的字线。

根据本发明的另一方面，提供有一种纳米磁性存储器件，其包括：连接到相同位线的多个纳米磁性存储单元，其中多个纳米磁性存储单元的第一电极连接到位线，多个纳米磁性存储单元的第二电极连接到不同字线，且字线连接到选择晶体管。

根据本发明的又一方面，提供有一种纳米磁性存储器件制造方法，其包括：在绝缘基板上堆叠第一介电层；在第一介电层的两侧形成第一电极和第二电极；在连接第一电极和第二电极的第一介电层的顶表面上堆叠纳米线；在纳米线的顶表面上形成至少一个磁性纳米点；在磁性纳米点的顶表面上堆叠第二介电层；以及在第二介电层的顶表面上堆叠磁性薄膜层，其中纳米磁性存储器件通过控制感生电流量在纳米磁性存储单元中写/读多个数据，在根据从第一电极通过纳米线到第二电极流动的字线电流而至少一个磁纳米点被扰动并重排之后，形成感生电流。

附图说明

结合附图，从以下的详细描述，本发明的以上和其它方面和优点将变得明显易懂，在附图中：

图1是示出为常规的磁阻RAM的多层磁性薄膜结构的MTJ单元的剖面图；

图2是示出对应于常规的磁阻RAM的磁阻RAM单元的剖面图；

图3是示出常规MRAM单元阵列的图；

图4是示出根据本发明的示范性实施例的纳米磁性存储器件的单元的剖面图；

图5A是沿图4的虚线截取的剖面图且示出了图4的纳米磁性存储器件的单元结构；

图5B，部分I)到XI)示出了根据本发明的示范性实施例的纳米磁性存储器件的制造方法；

图6是示出了根据本发明的示范性实施例的写模式中纳米磁性存储器件的操作的图；

图7是示出纳米磁性存储器件的状态的剖面图，其中通过图6的纳米线中流动的电流，不同的数据被分别记录在每个磁性薄膜上；

图8是示出用于读取供给到纳米磁性存储器件单元的“1”状态的数据的电流脉冲信号和所得的输出电流脉冲信号；

图9是示出用于读取供给到纳米磁性存储器件单元的“0”状态的数据的电流脉冲信号和所得的输出电流脉冲信号；

图10是示出在根据其中记录数据的磁性薄膜的效应而磁性纳米点被扰动且磁矩在预定的弛豫时间中重排之后，当在正性方向提供用于读的电流脉冲时的操作；

图11是示出高度集成的NOR型存储阵列的图，其中根据本发明的示范性实施例实现了纳米磁性存储器件的单元阵列；且

图12是示出高度集成的交叉点存储阵列的图，其中根据本发明的示范性实施例实现了纳米磁性存储器件的单元阵列。

具体实施方式

现将详细参考本发明的实施例，其示例在附图中示出，其中通篇相似的参考标号指示相似的元件。在以下描述实施例以通过参考附图解释本发明。

图4是示出根据本发明的示范性实施例的纳米磁性存储器件的单元的剖面图。

参考图4，根据本发明的纳米磁性存储器件的单元包括磁性纳米点401、绝缘基板402、绝缘薄膜403、纳米线或纳米管404(其后，被称为“纳米线”)、第一电极405、第二电极406和磁性薄膜407。

绝缘薄膜403堆叠在绝缘基板402上，且为金属电极的第一电极405和第二电极406通过预定的光刻工艺形成于绝缘薄膜403上。在形成金属电极之后，纳米线404通过预定的工艺堆叠在绝缘薄膜403上。在纳米线404上堆叠另一绝缘薄膜408之后，磁性纳米点401形成于另一绝缘薄膜408上。之后，又一绝缘薄膜409堆叠于磁性纳米点401上，且磁性薄膜407堆叠于另一绝缘薄膜409上，且因此根据本发明的实施例完成纳米磁性存储器件的单元。

例如在Murray的韩国专利申请No.99-27259中披露了一种制造具有大致5到50纳米直径的单分散磁性颗粒例如钴(Co)的方法。在Murray中披露了制造磁性Co颗粒的方法，Co颗粒平均直径为大致8到10纳米且尺寸分布的标准偏差为大致5％。而且，在韩国专利申请No.99-0028700中披露了一种制造磁性颗粒层的方法，即制造一层或多层磁性颗粒的方法，磁性颗粒具有高达大致50纳米的直径，以及有规则和周期的阵列。

图5A是沿图4的虚线截取的剖面图且示出了图4的纳米磁性存储器件的单元结构。

将在以下参考图4、图5A描述。绝缘薄膜403沿图4中的虚线堆叠在绝缘基板402上，纳米线404形成于绝缘薄膜403上，另一绝缘薄膜408堆叠于纳米线404上，且磁性纳米点401形成于另一绝缘薄膜408上，另一绝缘薄膜403随后堆叠于磁性纳米点401上，且磁性薄膜407堆叠于其上。前述的结构形成一个位单位单元500，且所述一个位单位单元500可以排列为规则的阵列类型。将参考图5B详细描述纳米磁性存储器件的制造方法。

纳米线404可以包括金属、半导体和有机导电材料的任意之一，其具有大致在100纳米下的直径，且由Al、硅化物、Au、Cu、Pt、ZnO和Si的至少一种制成。碳纳米管(CNT)可以取代纳米线404。CNT不容易机械变形，且具有的性能在于，即使在真空量不足的情形下，化学稳定性和负电子亲合性高且场发射发射器稳定，从而CNT可以取代本发明的纳米线。

磁性纳米点401可以包括超顺磁颗粒，超顺磁颗粒由选自Fe、Fe₂O₃、Co、FePt、Ni的金属的至少任何一种、所述金属的氧化物、和铁素体制成，且尺寸为小于大致20纳米。

磁性薄膜407可以包括铁磁材料，铁磁材料由选自Fe、Fe₂O₃、Co、FePt、Ni的金属的至少任何一种、所述金属的氧化物、和铁素体制成；由铁磁材料组合制成的多层膜；和由铁磁材料和抗铁磁材料制成的另一多层膜。

图5B，部分I)到XI)示出了根据本发明的示范性实施例的纳米磁性存储器件的制造方法。

参考图5B，在部分I)中提供绝缘基板402，绝缘薄膜403堆叠在绝缘基板402上，且在部分II)中，形成为纳米线404的金属薄膜被贴附到绝缘薄膜403上。绝缘薄膜403可以由SiO₂、Al₂O₃、Si₃N₄和SiON制成，且可以经由原子层沉积(ALD)、物理气相沉积(PVD)、化学气相沉积(CVD)或脉冲激光沉积(PLD)贴附。而且，期望绝缘薄膜403的厚度范围大致从5到10纳米。

在部分III)中，其剖面为正方类型的纳米线404经由光刻和蚀刻工艺形成。方形类型可以由于蚀刻工艺的特征而形成。在这之后，在部分IV)中，纳米线404可以经由热处理由于表面张力而形成为圆形或半椭圆形。即使当纳米线404被正方地成形时，根据本发明的纳米磁性存储器件单元也可以被实现。而且，纳米线404可以包括金属、半导体和有机导电材料的任意之一，其具有大致在100纳米下的直径，且由Al、硅化物、Au、Cu、Pt、ZnO和Si的至少一种制成。碳纳米管(CNT)可以取代纳米线404。CNT不容易机械变形，且具有的性能在于，即使在真空量不足的情形下，化学稳定性和负电子亲合性高且场发射发射器稳定，从而CNT可以取代本发明的纳米线。

在部分V)中，另一绝缘薄膜408附加地堆叠在形成有纳米线404的绝缘薄膜403上。另一绝缘薄膜408可以由SiO₂、Al₂O₃、Si₃N₄和SiON制成，且可以经由ALD、PVD、CVD或PLD贴附。而且，期望另一绝缘薄膜408的厚度范围大致从5到100纳米。

在部分VI)中，通常经由胶体方法制造的磁性纳米点401形成于另一绝缘薄膜408上。磁性纳米点401可以包括超顺磁颗粒，超顺磁颗粒由选自Fe、Fe₂O₃、Co、FePt、Ni的金属的至少任何一种、所述金属的氧化物、和铁素体制成，且尺寸为小于大致20纳米。

在部分VII)中，又一绝缘薄膜409附加地堆叠在另一绝缘薄膜408上。又一绝缘薄膜409可以由SiO₂、Al₂O₃、Si₃N₄和SiON制成，且可以经由ALD、PVD、CVD或PLD贴附。

在部分VIII)中，磁性薄膜407提供在又一绝缘薄膜409上，且在部分IX)中，期望的图案经由光刻工艺形成于磁性薄膜407上。

之后，在部分X)中，又一绝缘薄膜409附加地堆叠在磁性薄膜407上，在部分XI)中，又一绝缘薄膜409被消除到磁性薄膜407的表面，且因此完成了根据本发明的纳米磁性存储器件单元。

图6是示出了根据本发明的示范性实施例的写模式中纳米磁性存储器件的操作的图。

参考图6，当正方向上的电流脉冲603被提供到第一电极405时，且正方向上的电流脉冲603开始在纳米线或纳米管404中流动时，由在纳米线或纳米管404中流动的电流脉冲I603诱发的磁场H和磁感应B被表达为，

等式1

$H=\frac{1}{2\mathrm{\πr}},B={\mathrm{\μ}}_0(H+M)$

在以上的等式1中，r607代表了距在其中电流603流动的纳米线404的中心的距离。等式1中M代表图4中磁性薄膜407的磁化。

再次参考图6，当正方向上的电流脉冲603流动时，基于表面的流出方向，磁场H605在逆时针方向绕纳米管404形成。磁性薄膜407由在逆时针方向上形成的磁场H605磁化，在磁性薄膜407中有铁磁材料制成的多层膜和由铁磁材料和抗铁磁材料制成的另一多层膜，且感应磁矩601在图6所示的方向上诱发。相反，当负方向上的电流脉冲604在纳米线404中流动时，基于从表面的流出方向，磁场H606在顺时针方向绕纳米线404形成，且磁场H602的大小表达为如图1所示。在该情形，感应磁矩602在由在顺时针方向上形成的磁场606在图6所示的方向上诱发。如上所述，对于磁性薄膜407诱发的感应磁矩601可以根据感应磁矩601的方向在纳米磁性存储器件中记录数据，因为即使在电流脉冲不再提供给纳米线404之后，由于磁性薄膜407的铁磁性能，仍保留预定的值。

图7是示出纳米磁性存储器件的状态的剖面图，其中通过图6的纳米线中流动的电流，不同的数据被分别记录在每个磁性薄膜上。

参考图6、图7将描述如下。对于图7的左手侧中的纳米磁性存储器件单元710，其后将被称作“1”711状态中的纳米磁性器件单元710。“1”711状态通过电流脉冲记录，电流通过电极在正方向供给到纳米线或碳纳米管。对于图7的右手侧中的纳米磁性存储器件单元720，其后将被称作“0”721状态中的纳米磁性器件单元720。“0”721状态通过电流脉冲记录，电流通过电极在负方向供给到纳米线或碳纳米管。“1”711的状态和“0”721的状态可以在实际的实施例中反转实现。

通过提供用于写的电流脉冲以从图4中的第一电极405通过纳米线404流到图4中的第二电极406，因为仅两条引线设置于纳米磁性存储器件单元710和720的每个，所以可以改善纳米磁性存储器件的密度。而且，通过减小存储器件单元占据的有效尺寸，可以改善纳米磁性存储器件的密度和有效地计划单元设计。而且，通过解决在利用常规的金属铁磁薄膜的MRAM中电流磁场需要磁化反转的问题，可以制造能够大规模生产存储器件的制造方法。

图8是示出用于读取供给到纳米磁性存储器件单元的“1”状态的数据的电流脉冲信号和所得的输出电流脉冲信号的图。

在描述操作之后，当在正方向提供用于读的电流时，将参考图10、图8详细描述。

图10是示出在根据其中记录数据的磁性薄膜的效应而磁性纳米点被扰动且磁矩在预定的弛豫时间中重排之后，当在正性方向提供用于读的电流脉冲时的操作。

参考图10，在操作1010中，在图4的磁性薄膜407中记录“1”状态中的磁矩1011，磁化(磁矩)1011代表了其中超顺磁状态的磁性纳米点401的磁化(磁矩)通过磁性薄膜的磁通量平行重排的状态。

在操作1020中，当用于读的电流脉冲603在正方向提供到图4的纳米线404时，根据提供的电流，磁场H 1021在逆时针方向扰动，且图4的纳米点401的磁化(磁矩)1011通过磁场H 1021在逆时针方向重排。

在操作1030中，示出了在用于读的正方向电流脉冲603提供到纳米线404之后的纳米点401的状态。在用于读的正方向电流脉冲603提供到纳米线404之后，磁性纳米点401的被扰动的磁化(磁矩)1011被重排为操作1010的初始排列状态。根据纳米点401的磁化(磁矩)1011相对于从扰动状态到初始排列状态的恢复时间即弛豫时间的改变，在纳米线404中产生感应电流。

感应电流的产生如下。磁化(磁矩)的改变与电流发生相关，表达为，

等式2

$-\mathrm{\μ}\frac{\∂M}{\∂t}=\▿\×\frac{J}{\mathrm{\σ}}$

在以上等式2中，J代表电流密度，σ代表电导率，且M代表磁化。在等式2中，根据磁矩的改变在纳米线404中产生感应电流，磁矩的改变与当超顺磁状态的磁性纳米点401的磁化(磁矩)被扰动和重排时的时间改变相关。等式2中负号代表了Lenz定律，即感应电流形成于抵抗磁场的改变的方向上。

磁性纳米点的磁化(磁矩)的时间变化与τ即弛豫时间相关，表达为，

等式3

$\mathrm{\τ}={\mathrm{\τ}}_0\exp \left(\frac{W_b}{k_{B}T}\right)$

在等式3中，τ₀代表了弛豫时间常数，W_b代表了势垒能，k_B代表了Boltzman常数，T代表了温度。而且，势垒能W_b被表达为

等式4

W_b＝W_max±W_min

在等式4中，W_max如等式5表达，且W_min如等式6表达。

等式5

$W_{\max }=\frac{{\mathrm{\πKad}}_m^3}{6}[1+{\left(\frac{B_m{M}_s}{{2K}_a}\right)}^2]$

等式6

W_min＝B_mM_sV_m

在等式5中，K_a代表了有效各向异性常数。在等式6中，V_m代表了磁性纳米点401的磁性体积，且在等式5和6中，B_m代表了形成于磁性薄膜407中的磁感应，且M_s代表了纳米点401的饱和磁化。

在等式5和6中，当通过扰动形成的磁化M_s与形成于磁性薄膜407上的磁感应B_m反平行时，等式4中的W_b表达为

等式7

W_b＝W_max-W_min

当W_b如等式7表达时，W_b感应了比较小的值，即等式3中更快的弛豫时间τ，且更快的弛豫时间τ可以诱发等式2中的电流的更大的值。

另一方面，当通过扰动形成的磁化M_s与形成于磁性薄膜407上的磁感应Bm平行时，等式4中的W_b表达为

等式8

W_b＝W_max+W_min

当W_b如等式8表达时，W_b感应了比较大的值，即等式3中更慢的弛豫时间τ，且更慢的弛豫时间τ可以诱发等式2中的电流的更小的值。

再次参考图8，在被提供到纳米磁性存储器件单元以读取在“1”的状态的数据810的用于读的电流脉冲820中，当电流脉冲在如图10所示的正方向提供时，由扰动形成的磁化M_s与形成在磁性薄膜407上的磁感应B_m平行。在该情形，诱发了W_b的比较大的值和更慢的弛豫时间τ。更慢的弛豫时间诱发了等式2中电流的更小的值，且电流可以根据Lenz定律在正方向诱发。因此，在上述方向和大小上诱发的电流脉冲831可以在输出到第二电极的电流中产生。

另一方面，在被提供到纳米磁性存储器件单元以读取在“1”的状态的数据810的用于读的电流脉冲820中，当电流脉冲在负方向提供时，由扰动形成的磁化M_s与形成在磁性薄膜407上的磁感应B_m反平行。在该情形，诱发了W_b的比较小的值和更快的弛豫时间τ。更快的弛豫时间诱发了等式2中电流的更大的值，且电流可以根据Lenz定律在正方向诱发。因此，在上述方向和大小上诱发的电流脉冲832可以在输出到第二电极的电流中产生。

记录在磁性薄膜中的数据可以通过分析在正方向提供输出电流脉冲波形830之后诱发的电流波形831和在负方向提供输出电流脉冲波形830之后诱发的电流波形832来读取。

图9是示出用于读取供给到纳米磁性存储器件单元的“0”状态的数据的电流脉冲信号和所得的输出电流脉冲信号。

参考图9，在被提供到纳米磁性存储器件单元以读取在“0”的状态的数据910的用于读的电流脉冲920中，当电流脉冲在如图10所示的正方向提供时，由扰动形成的磁化M_s与形成在磁性薄膜407上的磁感应B_m反平行。在该情形，诱发了W_b的比较小的值和更快的弛豫时间τ，且诱发了等式2中电流的更大的值。电流可以根据Lenz定律在负方向诱发。因此，在上述方向和大小上诱发的电流脉冲931可以在输出到第二电极的电流中产生。

另一方面，在被提供到纳米磁性存储器件单元以读取在“0”的状态的数据910的用于读的电流脉冲920中，当如图10所示电流脉冲在负方向提供时，由扰动形成的磁化M_s与形成在磁性薄膜407上的磁感应B_m平行。在该情形，诱发了W_b的比较小的值和更慢的弛豫时间。可以诱发等式2中电流的更小的值，且电流可以根据Lenz定律在负方向诱发。因此，在上述方向和大小上诱发的电流脉冲932可以在输出到第二电极的电流中产生。

记录在磁性薄膜中的数据可以通过分析在正方向提供输出电流脉冲波形930之后诱发的电流波形931和在负方向提供输出电流脉冲波形930之后诱发的电流波形932来读取。

图11是示出高度集成的NOR型存储阵列的图，其中根据本发明的示范性实施例实现了纳米磁性存储器件的单元阵列。

参考图11，包括了多个纳米磁性存储单元1110，其中多个纳米磁性存储单元1110的第一电极连接到相同的第一位线1140，多个金属-氧化物-硅(MOS)晶体管1120的每个漏极分别连接到多个纳米磁性存储单元1110的第二电极406，多个MOS晶体管1120的每个源极分别连接到第二位线1150，且每个栅极分别连接到不同的字线1130。

图12是示出高度集成的交叉点存储阵列的图，其中根据本发明的示范性实施例实现了纳米磁性存储器件的单元阵列。

参考图12，包括连接到相同的位线1240的多个纳米磁性存储单元1210，其中多个纳米磁性存储单元1210的第一电极连接到相同的第一位线1240，多个纳米磁性存储单元1210的第二电极406连接到不同的字线1230，且字线1230连接到选择晶体管1220。如上所述，通过选择晶体管1220选择预定的纳米磁性存储单元，数据可以通过字线1230和位线1240读取和写入。

根据本发明，提供了一种通过控制感生电流量而能够在纳米磁性存储单元中写/读多个数据的纳米磁性存储器件，在根据从第一电极通过纳米磁性存储器件的纳米线到第二电极流动的字线电流而磁纳米点被扰动并重排之后，形成感生电流，且因此，通过提供单元尺寸更小的简化的纳米磁性存储器件，存储器件的尺寸减小且存储器件的密度可以改善。

而且，根据本发明，提供了一种能够改善存储器件的密度并通过减小存储器件的单元占据的有效尺寸来计划有效的单元设计的纳米磁性存储器件。

而且，根据本发明，提供了一种能够大规模生产存储器件的纳米磁性存储器件的制造方法，其与利用常规的金属铁磁薄膜的MRAM不同，解决了需要磁化反转的电流磁场的问题。

而且，根据本发明，提供了一种通过简化常规存储器件的单元结构而能够使得制造工艺简单的纳米磁性存储器件。

而且，根据本发明，提供了一种通过减小每个单元的金属引线的数量而能够改善存储器件的密度的纳米磁性存储器件。

虽然已经示出和描述了本发明的几个示范性实施例，但是本发明不限于所述实施例。而是本领域的一般技术人员可以理解，在不脱离本发明的原理和精神的情况下对于这些实施例进行各种变化，本发明的范围由权利要求和其等同物界定。

本申请要求于2006年3月30日在韩国知识产权局提交的韩国专利申请No.10-2006-0028988的权益，其全部内容引入于此作为参考。

Claims (20)

1、一种纳米磁性存储器件，包括：

纳米磁性存储单元，包括：

堆叠在绝缘基板上的第一介电层；

形成于所述第一介电层两侧的第一电极和第二电极；

连接所述第一电极和第二电极并堆叠在所述第一介电层上的顶表面上的纳米线；

形成于所述纳米线的顶表面上的至少一个磁性纳米点；

堆叠在所述磁性纳米点的顶表面上的第二介电层；和

堆叠在所述第二介电层的顶表面上的磁性薄膜层，

其中所述纳米磁性存储器件通过控制感生电流量在纳米磁性存储单元中写/读多个数据，在根据从第一电极通过纳米线到第二电极流动的字线电流而磁纳米点被扰动并重排之后，形成感生电流。

2、根据权利要求1所述的器件，其中所述纳米线包括金属、半导体和有机导电材料的任意之一，其由Al、硅化物、Au、Cu、Pt、ZnO和Si的至少一种制成。

3、根据权利要求1所述的器件，其中所述纳米线具有小于大致100纳米的直径。

4、根据权利要求1所述的器件，其中所述磁性纳米点包括超顺磁颗粒，所述超顺磁颗粒由选自Fe、Fe₂O₃、Co、FePt、Ni的金属的至少任何一种、所述金属的氧化物、和铁素体制成。

5、根据权利要求1所述的器件，其中所述磁性纳米点具有小于大致20纳米的尺寸。

6、根据权利要求1所述的器件，其中所述磁性薄膜层包括：铁磁材料，所述铁磁材料由选自Fe、Fe₂O₃、Co、FePt、Ni的金属的至少任何一种、所述金属的氧化物、和铁素体制成；由铁磁材料组合制成的多层膜；和由铁磁材料和抗铁磁材料制成的另一多层膜。

7、一种纳米磁性存储器件，包括：

多个纳米磁性存储单元，其中相同的第一位线和多个纳米磁性单元中的第一电极连接，

其中多个金属-氧化物-硅晶体管的每个单独的漏极分别连接到所述多个纳米磁性存储单元的第二电极，所述多个金属-氧化物-硅晶体管的每个单独的源极分别连接到第二位线，且所述多个金属-氧化物-硅晶体管的每个单独的栅极分别连接到不同的字线。

8、一种纳米磁性存储器件，包括：

连接到相同位线的多个纳米磁性存储单元，

其中所述多个纳米磁性存储单元的第一电极连接到所述位线，多个纳米磁性存储单元的第二电极连接到不同字线，且所述字线连接到选择晶体管。

9、权利要求7或8所述的器件，其中所述多个纳米磁性存储单元包括：

堆叠在绝缘基板上的第一介电层；

形成于所述第一介电层两侧/端的第一电极和第二电极；

连接所述第一电极和第二电极并堆叠在所述第一介电层上的顶表面上的纳米线；

形成于所述纳米线的顶表面上的至少一个磁性纳米点；

堆叠在所述磁性纳米点的顶表面上的第二介电层；和

堆叠在所述第二介电层的顶表面上的磁性薄膜层。

10、根据权利要求9所述的器件，其中所述纳米线包括金属、半导体和有机导电材料的任意之一，其由Al、硅化物、Au、Cu、Pt、ZnO和Si的至少一种制成。

11、根据权利要求9所述的器件，其中所述纳米线具有小于大致100纳米的直径。

12、根据权利要求9所述的器件，其中所述磁性纳米点包括超顺磁颗粒，所述超顺磁颗粒由选自Fe、Fe₂O₃、Co、FePt、Ni的金属的至少任何一种、所述金属的氧化物、和铁素体制成。

13、根据权利要求9所述的器件，其中所述磁性纳米点具有小于大致20纳米的尺寸。

14、根据权利要求9所述的器件，其中所述磁性薄膜包括：铁磁材料，所述铁磁材料由选自Fe、Fe₂O₃、Co、FePt、Ni的金属的至少任何一种、所述金属的氧化物、和铁素体制成；由铁磁材料组合制成的多层；和由铁磁材料和抗铁磁材料制成的另一多层。

15、一种纳米磁性存储器件制造方法，包括：

在绝缘基板上堆叠第一介电层；

在所述第一介电层的两侧形成第一电极和第二电极；

在连接所述第一电极和第二电极的第一介电层的顶表面上堆叠纳米线；

在所述纳米线的顶表面上形成至少一个磁性纳米点；

在所述磁性纳米点的顶表面上堆叠第二介电层；以及

在所述第二介电层的顶表面上堆叠磁性薄膜层，

其中所述纳米磁性存储器件通过控制感生电流量在所述纳米磁性存储单元中写/读多个数据，在根据从第一电极通过纳米线到第二电极流动的字线电流而至少一个磁纳米点被扰动并重排之后，形成感生电流。

16、根据权利要求15所述的方法，其中所述纳米线包括金属、半导体和有机导电材料的任意之一，其由Al、硅化物、Au、Cu、Pt、ZnO和Si的至少一种制成。

17、根据权利要求15所述的方法，其中所述纳米线具有小于大致100纳米的直径。

18、根据权利要求15所述的方法，其中所述磁性纳米点包括超顺磁颗粒，所述超顺磁颗粒由选自Fe、Fe₂O₃、Co、FePt、Ni的金属的至少任何一种、所述金属的氧化物、和铁素体制成。

19、根据权利要求15所述的方法，其中所述磁性纳米点具有小于大致20纳米的尺寸。

20、根据权利要求15所述的方法，其中所述磁性薄膜层包括：铁磁材料，所述铁磁材料由选自Fe、Fe₂O₃、Co、FePt、Ni的金属的至少任何一种、所述金属的氧化物、和铁素体制成；由铁磁材料组合制成的多层；和由铁磁材料和抗铁磁材料制成的另一多层。

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