CN101178929B - 利用磁畴壁移动的数据存储装置及其操作方法 - Google Patents

利用磁畴壁移动的数据存储装置及其操作方法 Download PDF

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Abstract

提供了一种利用磁畴壁移动的数据存储装置及操作该数据存储装置的方法。该数据存储装置包括：第一磁层，用于写数据，并具有在彼此相反的方向磁化的两个磁畴；第二磁层，用于存储数据，并形成于第一磁层的至少一侧。该数据存储装置可还包括：数据记录装置，连接至第一磁层的两端以及第二磁层的与第一磁层不相邻的一端；读磁头，形成为与第二磁层的与第一磁层不相邻的所述一端相距预定距离；电流检测器，连接至读磁头和数据记录装置。

Description

利用磁畴壁移动的数据存储装置及其操作方法
技术领域
本发明涉及一种数据存储装置，更具体地讲，涉及一种利用磁性材料中的磁畴壁(magnetic domain wall)移动的数据存储装置和操作该数据存储装置的方法。
背景技术
构成铁磁体的微小磁区称为磁畴。磁畴中的所有电子的旋转(即它们的磁矩的方向)是相同的。磁畴的大小和磁化方向能够根据磁性物质的性质、形状和大小以及外部能量而被适当地控制。
磁畴壁是具有不同磁化方向的磁畴之间的边界部分。磁畴壁能够根据外部磁场或施加于磁性物质的电流而移动。也就是说，具有特定磁化方向的多个磁畴能够形成于具有预定宽度和厚度的磁层中，并且磁畴和磁畴壁能够通过使用磁场或具有适当强度的电流被移动。
磁畴壁移动的原理能够应用于数据存储装置。例如，当磁畴根据磁畴壁的移动而经过读/写磁头时，可在没有记录介质的物理移动(例如，旋转)的情况下实现读/写数据的操作。因此，与通常的随机存取存储器(RAM)不同，应用了磁畴壁移动的原理的数据存储装置不需要用于指定读(或写)数据的基元(cell)的字线(word line)，并且与硬盘驱动器(HDD)不同，不必旋转这种数据存储装置的记录介质。由于利用磁畴壁移动的数据存储装置具有相对简单的结构和较小的比特大小(bit size)，所以能够实现超过1万亿字节(1tera bytes)的超大存储容量。
然而，由于这种数据存储装置处于发展的第一阶段，所以应该解决几个问题以便这些数据存储装置可以投入实际应用。特别地，需要研发一种在利用磁畴壁移动的数据存储装置中实际应用的记录数据的方法。以下，将描述传统的利用磁畴壁移动的数据存储装置中的写操作(以下，称为传统写操作)的问题。
传统写操作能够分为利用外部磁场的方法和利用电子的自旋力矩(spintorque)现象的方法。利用电子的自旋力矩现象的方法可分为利用巨磁阻(GMR)的方法和利用隧道磁阻(TMR)的方法。
当磁层具有较大的磁各向异性能(magnetic anisotropic energy)时，不能应用利用外部磁场的方法，这意味着通过使用利用外部磁场的方法不能实现具有良好性质和高记录密度的数据存储装置。
在利用电子的自旋力矩现象的方法中，当记录数据的磁层的厚度大于预定厚度(即，大约3nm)时，难以执行写操作。因此，利用电子的自旋力矩现象的方法不能应用于要求磁层的厚度大于100nm的垂直磁记录方法。TMR或GMR写磁头(write head)具有铁磁层(固定层，pinned layer)、分离层(绝缘层或导电层)、和记录数据的磁层顺序堆叠的堆叠结构。在堆叠处理中，由于分离层的表面可能因蚀刻(etching)而损伤，所以写操作的性质可能恶化。另外，由于TMR或GMR写磁头的形成需要多层薄膜处理，所以制造TMR或GMR写磁头比较困难。
因此，需要研发一种不受记录数据的磁层的性质和尺寸限制的写操作，其中，从根本上防止写操作的操作特性由于分离层损伤而恶化。
另外，需要研发一种包括相对于上述新的写方法执行适当的读操作的读磁头的数据存储装置以及一种用于移动磁畴壁的装置。
发明内容
本发明提供了一种包括数据记录装置的数据存储装置，该数据存储装置不受记录数据的磁层的性质和尺寸的限制，其中，从根本上防止了数据存储装置的操作特性由于蚀刻损伤而恶化。
本发明还提供了一种操作该数据存储装置的方法。
根据本发明的一方面，提供了一种数据存储装置，包括：第一磁层，用于写数据，并包括在彼此相反的方向磁化的两个磁畴；第二磁层，用于存储数据，并形成于第一磁层的至少一侧。
所述数据存储装置可还包括：数据记录装置，连接至第一磁层的两端以及第二磁层的与第一磁层不相邻的一端；读磁头，设置为与第二磁层的与第一磁层不相邻的所述一端相距预定距离；电流检测器，连接至读磁头和数据记录装置。
读磁头可设置于与第二磁层的所述一端接近的第二磁层的部分。
读磁头可包括顺序形成于第二磁层的下表面的绝缘层、电极层、铁磁自由层、分离层和铁磁固定层。
电极层和铁磁固定层可连接至电流检测器。
读磁头可包括顺序形成于第二磁层的下表面的铁磁自由层、分离层和铁磁固定层。
铁磁固定层和第二磁层的所述一端可连接至电流检测器。
可在第二磁层的所述一端和电流检测器之间以及第二磁层的所述一端和数据记录装置之间分别设置开关装置。
数据记录装置可包括电流控制器。
数据记录装置可包括电压控制器。
可形成多个第二磁层，并且所述多个第二磁层可按照规则的间隔形成。
多个第一磁层可具有堆叠结构，并且所述多个第一磁层中的每个第一磁层可具有形成于其上的多个第二磁层。
第一磁层和第二磁层可具有相同的材料。
第一磁层可满足这样的条件：距离第一磁层的中心越远，第一磁层的两端中的至少一端的宽度越大。
第一磁层的两端中的一端可具有比除了第一磁层的两端以外的其余区域大的宽度。
第一磁层的两端可具有不同的尺寸。
第一磁层的两端可具有不同的尺寸。
所述数据存储装置可还包括：反铁磁(AFM)层，形成于第一磁层的一端。
所述数据存储装置可还包括：第一AFM层和第二AFM层，形成于第一磁层的任一端并具有不同的Neel温度TN。
所述数据存储装置可还包括：非磁层、铁磁固定层和第一AFM层，顺序设置于第一磁层的一端；和第二AFM层，形成于第一磁层的另一端。
根据本发明的另一方面，提供了一种操作数据存储装置的方法，所述数据存储装置包括第一磁层和第二磁层，第一磁层用于写数据并包括在彼此相反的方向磁化的两个磁畴，第二磁层用于存储数据并形成于第一磁层的一侧，所述方法包括：将第一磁层的磁畴之一延伸至第一磁层的与第二磁层接触的部分；将第一磁层的与第二磁层接触的部分的磁畴向第二磁层移动与一比特的长度对应的距离。
所述延伸的步骤可通过在第一磁层的两端之间流动电流来执行，所述移动的步骤可通过从第二磁层向第一磁层流动电流来执行。
根据本发明的另一方面，提供了一种操作数据存储装置的方法，所述数据存储装置包括第一磁层、第二磁层、数据记录装置、读磁头和电流检测器，第一磁层用于写数据并包括在彼此相反的方向磁化的两个磁畴，第二磁层用于存储数据并形成于第一磁层的一侧，数据记录装置连接至第一磁层的两端以及第二磁层的与第一磁层不相邻的一端，读磁头被形成为与第二磁层的与第一磁层不相邻的一端相距预定距离，电流检测器连接至读磁头和数据记录装置，所述方法包括：利用读磁头和电流检测器来读取记录在第二磁层的与第一磁层不相邻的一端的数据；利用数据记录装置将在读取数据的步骤中读取的数据记录在第二磁层的另一端。
所述记录的步骤可包括：将第一磁层的磁畴之一延伸至第一磁层的与第二磁层接触的部分；将第一磁层的与第二磁层接触的部分的磁畴向第二磁层移动与一比特的长度对应的距离。
附图说明
通过下面结合附图对本发明示例性实施例进行的详细描述，本发明的以上和其他特点和优点将会变得更加清楚，其中：
图1是表示根据本发明实施例的数据存储装置的部分示图；
图2A至2D是表示根据本发明实施例的图1中的本发明的数据存储装置的写操作的示图；
图3是表示根据本发明另一实施例的数据存储装置的示图；
图4A至4C是表示根据本发明实施例的图3中的数据存储装置的读操作的示图；
图5是表示根据本发明另一实施例的数据存储装置的示图；
图6A至6C是表示根据本发明另一实施例的图5中的数据存储装置的读操作的示图；
图7和图8是表示根据本发明实施例的数据存储装置的示图；
图9A和图9B是表示根据本发明实施例的形成第一磁层的方法的俯视图；
图10A和图10B是表示根据本发明另一实施例的形成第一磁层的方法的截面图；
图11A和图11B是表示根据本发明另一实施例的形成第一磁层的方法的截面图；
图12是表示根据本发明另一实施例的形成第一磁层的方法的截面图。
具体实施方式
现在将参照附图对本发明进行更充分的描述，其中，本发明的示例性实施例表示在附图中。在附图中，为了清楚而夸大描述各层和各区的厚度。
图1是表示根据本发明实施例的数据存储装置的部分示图。参照图1，该数据存储装置包括用于写入的第一磁层100，第一磁层100包括两个磁畴，即在彼此相反的方向磁化的第一磁畴D1和第二磁畴D2。符号☉指示第一方向“M1”上的磁化，符号
Figure G071E7871620070907D000051
指示第二方向“M2”上的磁化。这些符号☉和
Figure G071E7871620070907D000052
在其他附图中具有相同的含义。
用于将第一磁层100电连接到下部结构(未示出)的第一接触插头10和第二接触插头20分别形成于第一磁层100的端部E1和E2的下表面。
当电流通过第一接触插头10和第二接触插头20被提供给第一磁层100时，作为第一磁畴D1和第二磁畴D2的边界的磁畴壁“W”能够在第一磁层100中移动。根据磁畴壁“W”的移动方向，第一磁畴D1和第二磁畴D2的大小被确定。当电流从第一磁层100的一端E1流向另一端E2时，由于电子从E2端向E1端移动，所以磁畴壁“W”以与电子相同的方向移动。图1表示磁畴壁“W”移近第一磁层100的E2端的情况。
垂直于第一磁层100并包括多个磁畴D的用于存储数据的第二磁层200位于第一磁层100的至少一侧表面上。磁畴D中的每个磁畴是单位区域，即能够存储预定数据的单位比特区域。
第一磁层100和第二磁层200同时由包括Ni、Fe和Co中的至少一种的金属形成。用于电连接到另一下部结构(未示出)的第三接触插头30形成于第二磁层200的不与第一磁层100相邻的E3端的下表面。
通过第一接触插头10和第二接触插头20之一以及第三接触插头30，可在第一磁层100和第二磁层200之间提供电流。例如，当从第三接触插头30向第一接触插头10提供电流时，第一磁层100的与第二磁层200接触的部分的磁畴可移至第二磁层200。换句话说，第一磁层100的与第二磁层200接触的部分的磁畴可延伸至第二磁层200。如图1中所示，当第一磁层100的与第二磁层200接触的部分的磁畴是第一磁畴D1时，与第一磁畴D1对应的数据被记录在第二磁层200的E4端。当第一磁层100的与第二磁层200接触的部分的磁畴是第二磁畴D2时，与第二磁畴D2对应的数据被记录在第二磁层200的E4端。这里，电流是脉冲电流，并且磁畴移动一个比特。
以下，参照图2A至2D，将详细地描述图1中的数据存储装置的写操作。
图2A至2D是表示根据本发明实施例的图1中的本发明的数据存储装置的写操作的示图。
参照图2A，电流从图1中的数据存储装置的第一磁层100的一端E1流向另一端E2，由此，磁畴壁“W”从第一磁层100的E2端向E1端移动。因此，第二磁畴D2延伸至第一磁层100的与第二磁层200接触的部分。
参照图2B，脉冲电流从第二磁层200的一端E3流向第一磁层100的另一端E2，由此，第一磁层100的与第二磁层200接触的部分的磁畴延伸至第二磁层200的E4端。因此，与第二磁畴D2对应的数据(例如，“1”)被记录在第二磁层200的E4端。
参照图2C，电流从数据存储装置的第一磁层100的E2端流向E1端，由此，磁畴壁“W”从第一磁层100的E1端向E2端移动。因此，第一磁畴D1延伸至第一磁层100的与第二磁层200接触的部分。
参照图2D，脉冲电流从第二磁层200的E3端流向第一磁层100的E1端，随后，第一磁层100的与第二磁层200接触的部分的磁畴延伸至第二磁层200的E4端。因此，与第一磁畴D1对应的数据(例如，“0”)被记录在第二磁层200的E4端。
如上所述，在该数据存储装置中，通过使用适当移动磁畴壁的方法将数据记录在存储数据的第二磁层200，并且用于写数据的第一磁层100形成于与第二磁层200相同的层。通过使用相应控制电流流动的相对简单的方法，在同一层中执行了利用这种磁畴壁移动的写操作。因此，该数据存储装置的写操作不受存储数据的磁层的性质和尺寸的限制。另外，从根本上防止了该数据存储装置的操作特性由于蚀刻损伤而恶化。
该数据存储装置可还包括：读磁头，用于执行适合于利用磁畴壁移动的写操作的读操作；和数据写元件，设置在读磁头和第一磁层100之间。也就是说，具有多种形状的多种元件可连接至图1中示出的结构。图3表示根据本发明另一实施例的数据存储装置，在该数据存储装置中，多种元件连接至图1中的结构。
图3是表示根据本发明另一实施例的包括读磁头和数据记录装置的数据存储装置(以下，称为“第一数据存储装置”)的示图。第一数据存储装置是另外包括几个其他元件的图1中示出的根据本发明当前实施例的数据存储装置。图1和图3中的相同标号表示相同元件，因此，省略对它们的描述。
参照图3，第一数据存储装置包括连接至第一磁层100的两端E1和E2以及第二磁层200的一端E3的数据记录装置300。数据记录装置300可包括电流控制器或电压控制器。读磁头400a设置于第二磁层200的E3端。读磁头400a可包括顺序形成于第二磁层200的下表面的绝缘层1、电极层2、铁磁自由层3、分离层4和铁磁固定层5。分离层4可以是绝缘层或导电层，但最好是绝缘层。各堆叠层(诸如，铁磁自由层3、分离层4和铁磁固定层5)被形成为具有与第二磁层200的单个磁畴相同的宽度。用于电接触的电极层2被形成为从各堆叠层中伸出。绝缘层1可被形成为具有与电极层2相同的大小，或者具有与各堆叠层中的每一层相同的大小。
虽然没有示出，但是反铁磁(AFM)层和电极层，或者另一方面，非磁层(non-magnetic layer)、铁磁固定层、AFM层和电极层可顺序形成于铁磁固定层5的下表面。AFM层固定铁磁固定层5的磁化方向。
第一数据存储装置还包括连接在数据记录装置300和读磁头400a之间的电流检测器500。读磁头400a的电极层2和铁磁固定层5通过分别设置于电极层2和铁磁固定层5的下表面的第四接触插头40和第五接触插头50连接至电流检测器500。电流检测器500是包括放大元件(诸如，读出放大器，senseamplifier(S/A))的装置，读取记录在第二磁层200中的数据，并将关于读取的数据的信息传送给数据记录装置300。
以下，参照图4A至4C，将描述图3的数据存储装置的读操作。
参照图4A，在预定数据被记录在第二磁层200中之后，记录在磁畴中的数据能够被读取。例如，在图4A中，使用读磁头400a和电流检测器500来读取具有
Figure G071E7871620070907D000071
磁化方向的磁畴。关于读取的数据的信息被输入至数据记录装置300。
参照图4B，通过使用接收关于读取的数据的信息的数据记录装置300，在第一磁层100的两端之间提供电流，随后，第一磁层100的磁畴壁“W”沿预定方向移动，例如，沿从第一磁层100的E2端至E1端的方向移动。因此，第一磁层100的与第二磁层200接触的部分的磁化方向是
Figure G071E7871620070907D000081
磁化方向。
参照图4C，通过使用接收关于读取的数据的信息的数据记录装置300，在第一磁层100的E2端和第二磁层200的E3端之间提供电流，随后，第一磁层100的与第二磁层200接触的部分的磁畴向第二磁层200的E4端延伸一比特的长度。
当由读磁头400a读取的数据被转录(transcribe)到第二磁层200的E4端时，第二磁层200的磁畴壁从第二磁层200的E4端向E3端移动一个单位。通过重复磁畴的这种读取和转录，当第二磁层200的磁畴壁从E4端向E3端移动时，能够读取记录在第二磁层200中的所有数据。记录在第二磁层200中的数据的内容在读操作的前后是相同的。
虽然没有示出，但是在第一数据存储装置中记录新数据的写操作基本上与参照图2A至2D描述的写操作相同。这里，当没有执行读操作并且使用数据记录装置300来移动第一磁层100和第二磁层200的磁畴壁时，预定数据能够被记录在第二磁层200中。
图5表示根据本发明另一实施例的数据存储装置，在该数据存储装置中，多种元件连接至图1的结构。
图5是表示根据本发明另一实施例的包括读磁头和数据记录装置的数据存储装置(以下，称为“第二数据存储装置”)的示图。第二数据存储装置包括图1中示出的数据存储装置并且还另外包括几个其他元件，第二数据存储装置是对图3中示出的第一数据存储装置的改进。图1、图3和图5中的相同标号表示相同元件，因此，省略对它们的描述。图3和图5中分别示出的第一数据存储装置和第二数据存储装置之间较大的差别在于读磁头的结构。
参照图5，第二数据存储装置包括读磁头400b，读磁头400b包括顺序形成于第二磁层200的下表面的铁磁自由层6、分离层7和铁磁固定层8。第六接触插头60形成于铁磁固定层8的下表面。分离层7可以是绝缘层或导电层，但最好是绝缘层。各堆叠层(诸如，铁磁自由层6、分离层7和铁磁固定层8)被形成为具有与第二磁层200的单个磁畴相同的宽度。虽然没有示出，但是AFM层和电极层，或者另一方面，非磁层、铁磁固定层、AFM层和电极层可另外顺序设置于铁磁固定层8下面。
第三接触插头30可形成于第二磁层200的E3端的下表面，第三接触插头30和第六接触插头60可连接到电流检测器500。在当前实施例中，开关装置(即，第一晶体管T1和第二晶体管T2)可分别设置于第二磁层200的E3端和电流检测器500之间以及第二磁层200的E3端和数据记录装置300之间。
以下，将参照图6A至6C来描述图5的数据存储装置的读操作。参照图6A，在预定数据被记录在第二磁层200中之后，记录在第二磁层200的磁畴中的数据能够被读取。例如，在图6A中，使用读磁头400b和电流检测器500来读取具有
Figure G071E7871620070907D000091
磁化方向的磁畴。这种读操作仅当第一晶体管T1和第二晶体管T2中的第一晶体管T1导通时执行。关于读取的数据的信息被输入至数据记录装置300。
参照图6B，当第一晶体管T1截止并且第二晶体管T2导通时，通过使用接收关于读取的数据的信息的数据记录装置300，在第一磁层100的两端之间提供电流，随后，第一磁层100的磁畴壁“W”沿预定方向移动，例如，沿从第一磁层100的E2端至E1端的方向移动。因此，第一磁层100的与第二磁层200接触的部分的磁化方向是与刚刚读取的磁畴相同的
Figure G071E7871620070907D000092
磁化方向。
参照图6C，通过使用接收关于读取的数据的信息的数据记录装置300，在第一磁层100的一端(在这种情况下，为第一磁层100的E2端)和第二磁层200的E3端之间提供电流，随后，第一磁层100的与第二磁层200接触的部分的磁畴向第二磁层200的E4端延伸一比特的长度。
与图4A至4C类似，当在读磁头400b中读取的数据被转录到第二磁层200的E4端时，第二磁层200的磁畴壁从第二磁层200的E4端向E3端移动一个单位比特。通过重复这种读取和转录，当第二磁层200的磁畴壁从第二磁层200的E4端向E3端移动时，能够读取记录在第二磁层200中的所有数据。记录在第二磁层200中的数据的内容在读操作的前后是相同的。
虽然没有示出，但是在第二数据存储装置中记录新数据的写操作基本上与参照图2A至2D描述的写操作相同。此时，当没有执行读操作，仅第一晶体管T1和第二晶体管T2中的晶体管T2导通并且使用数据记录装置300来移动第一磁层100和第二磁层200的磁畴壁时，预定数据能够被记录在第二磁层200中。
如上所述，根据上述实施例，为了方便解释而表示并描述了仅应用一个第二磁层200的情况。优选地，在第一磁层100的至少一侧，可按照规则的间隔隔开多个第二磁层。
图7和图8表示形成多个第二磁层200的情况。参照图8，包括第一磁层100和多个第二磁层200的第一结构S1和第二结构S2被堆叠，以便第二结构S2的第二磁层200可以分别设置于第一结构S1的第二磁层200之间的上方。在这种情况下，能够提高集成度。与图3和图5中的第一数据存储装置和第二数据存储装置类似，图7和图8中的两种数据存储装置可还包括数据记录装置300、读磁头400a和400b以及电流检测器500。在图7和图8的数据存储装置中，第一磁层100是用于在多个第二磁层200中记录数据的公共的写装置。也就是说，在第一磁层100的一端E1和另一端E2之间提供电流，随后，磁畴壁“W”移向期望的位置。因此，期望的数据能够被记录在特定的第二磁层200中。
如上所述，在所述数据存储装置中，不使用巨磁阻(GMR)写磁头或隧道磁阻(TMR)写磁头作为写装置，而是替代地使用第一磁层100，其中，第一磁层100形成于与第二磁层200相同的层。另外，通过适当地移动磁畴壁，数据能够被记录在第二磁层200中。因此，所述数据存储装置不受记录数据的磁层的性质和尺寸限制。另外，从根本上防止了数据存储装置的操作特性由于传统GMR写磁头或TMR写磁头的分离层损伤而恶化。特别地，在所述数据存储装置中，由于第一磁层100和第二磁层200形成于相同的层并且第一磁层100被用作公共的写装置，所以能够通过使用比传统技术简单得多的方法来制造该写装置。
虽然所述数据存储装置的读磁头400a和400b是利用TMR或GMR效应的堆叠结构，但是在读磁头400a和400b的情况下，分离层的表面不会在蚀刻期间由于分别设置于分离层的上下表面的铁磁自由层和铁磁固定层而被损伤。同样，由于损伤的分离层不会影响读操作，所以如果分离层损伤，也几乎不会产生任何问题。
作为参考，将描述形成第一磁层100的方法。
虽然在本发明的上述实施例中简化了第一磁层100，但是第一磁层100的结构可以有所变化或者第一磁层100的元件可以增多，以便在第一磁层100中形成第一磁畴D1和第二磁畴D2。例如，第一磁层100的E1端和E2端中的至少一端可形成为具有比除E1端和E2端以外的区域的宽度更大的宽度。距离第一磁层100的中心越远，第一磁层100的E1端和E2端中的至少一端的宽度越大。E1端和E2端可形成为具有不同的大小。AFM层可进一步形成于E1端，或者具有不同的Neel温度(Neel temperature)TN的第一AFM层和第二AFM层可分别形成于E1端和E2端。最后，非磁层、铁磁固定层和第一AFM层可进一步顺序形成于E1端，第二AFM层可进一步形成于E2端。
图9A和图9B是表示根据本发明实施例的形成第一磁层的方法的俯视图。
参照图9A，为了形成根据本发明当前实施例的第一磁层，作为形成第一磁层的主要材料的磁层90a被形成为具有比磁层90a的其他区域宽的E1端和E2端，并且满足这样的条件：距离磁层90a的中心越远，磁层90a的宽度越大。E2端的尺寸大于E1端的尺寸。当形成磁层90a时，第一外部磁场F1被施加于磁层90a，并且在第一方向磁化的第一磁畴D1形成于磁层90a。
参照图9B，磁化方向与第一外部磁场F1相反并且强度比第一外部磁场F1小的第二外部磁场F2被施加于磁层90a。在与第一方向相反的第二方向磁化的第二磁畴D2形成于E2端。磁畴壁“W”存在于第一磁畴D1和第二磁畴D2之间。因此，形成包括第一磁畴D1和第二磁畴D2的第一磁层100a。由于E2端大于E1端并且因此E2端的磁化反转(magnetization reversal)比E1端的磁化反转容易，所以第二磁畴D2仅形成于E2端。
当磁畴壁“W”从E2端向E1端移动时，磁畴壁“W”的移动距离可根据提供给第一磁层100a的电流的大小来控制，磁畴壁“W”不进入E1端里面。由于E1端大于第一磁层100a的除E2端以外的区域并且距离第一磁层100a的中心越远第一磁层100a的宽度越大，所以E1端中的电流强度减小。由于相同的原因，当磁畴壁“W”从E1端向E2端移动时，能够防止磁畴壁“W”进入E2端里面。因此，能够防止第一磁畴D1和第二磁畴D2消失。
在形成第一磁层100a的方法中，由于仅控制E1端和E2端的形状并且不需要另外的层，所以可通过单个薄膜处理来形成第一磁层100a和第二磁层200。
图10A和图10B是表示根据本发明另一实施例的形成第一磁层的方法的截面图。
参照图10A，为了形成根据本发明当前实施例的第一磁层，AFM层96形成于作为形成根据本发明当前实施例的第一磁层的主要材料的磁层90b的E1端。当磁层90b和AFM层96被加热至超过AFM层96的TN时，第一外部磁场F1被施加于磁层90b，并且具有第一方向作为磁化方向的第一磁畴D1形成于磁层90b。AFM层96的下部(即，E1端)的磁化方向被AFM层96固定。
参照图10B，磁层90b和AFM层96被冷却，并且磁化方向与第一外部磁场F1相反的第二外部磁场F2被施加于磁层90b。因此，在与第一方向相反的第二方向磁化的第二磁畴D2形成于磁层90b的除E1端以外的区域。磁畴壁“W”存在于第一磁畴D1和第二磁畴D2之间，并且包括第一磁畴D1和第二磁畴D2的第一磁层100b被形成。
图11A和图11B是表示根据本发明另一实施例的第一磁层的截面图。
参照图11A，为了形成根据本发明当前实施例的第一磁层，具有不同TN的第一层96a和第二层96b分别形成于作为形成根据本发明当前实施例的第一磁层的主要材料的磁层90c的E1端和E2端。例如，第一AFM层96a的TN可以是300℃，第二AFM层96b的TN可以是200℃。当磁层90c、第一AFM层96a和第二AFM层96b被加热至超过300℃时，第一外部磁场F1被施加于磁层90c，然后，具有第一方向作为磁化方向的第一磁畴D1形成于磁层90c。
参照图11B，当磁层90c、第一AFM层96a和第二AFM层96b的温度被控制为处于200至300℃的范围中时，磁化方向与第一外部磁场F1相反的第二外部磁场F2被施加于磁层90c。因此，具有与第一方向相反的第二方向的磁化方向的第二磁畴D2形成于磁层90c的除E1端以外的区域。磁畴壁“W”存在于第一磁畴D1和第二磁畴D2之间。由于加热温度不超过300℃，所以第一AFM层96a下方的E1端的磁化方向不变。由于加热温度超过200℃，所以第二AFM层96b下方的E2端的磁化方向改变。因此，形成包括第一磁畴D1和第二磁畴D2的第一磁层100c。
图12是表示根据本发明另一实施例的形成第一磁层的方法的截面图。
参照图12，非磁层92、铁磁固定层94和第一AFM层96a顺序形成于作为形成根据本发明当前实施例的第一磁层的主要材料的磁层90d的E1端，第二AFM层96b形成于磁层90d的E2端。第一AFM层96a和第二AFM层96b的TN可以相同。当磁层90d、第一AFM层96a和第二AFM层96b被加热至超过TN时，第二外部磁场F2被施加于磁层90d，并且具有第二方向作为磁化方向的第二磁畴D2形成于磁层90d的除E1端以外的区域。第一AFM层96a下面的铁磁固定层94的磁化方向被固定为第二方向，E1端的磁化被固定为与第二方向相反的第一方向。也就是说，在第一方向磁化的第一磁畴D1形成于E1端。因此，形成包括第一磁畴D1和第二磁畴D2的第一磁层100d。
在根据本发明实施例的形成第一磁层的方法中，另外的层可形成于第一磁层的两端或一端，但所述另外的层用于将第一磁层固定为特定磁化方向而非使写操作性质恶化。由于第一磁层用作公共的写装置并且另外的层形成于第一磁层的两端或一端，所以形成所述另外的层没有任何困难。
如上所述，在数据存储装置中，第一磁层100用作写装置，其中，第一磁层100被形成在形成存储数据的第二磁层200的层上，并且数据通过适当地在第一磁层100和第二磁层200中移动磁畴壁而被记录。因此，该数据存储装置不受记录数据的磁层的性质和尺寸的限制。另外，从根本上防止了该数据存储装置的操作特性由于传统GMR写磁头或TMR写磁头中的分离层损伤而恶化。
在所述数据存储装置中，由于第一磁层100和第二磁层200形成于相同的层并且第一磁层100被用作公共的写装置，所以相对于传统技术能够更容易地制造该写装置，并且形成为与该写装置连接的接触插头和装置的数量相对于传统技术能够减小。因此，所述数据存储装置相对于传统的数据存储装置具有更高的集成度和容量。
尽管已具体地表示了本发明，但本领域普通技术人员应该理解，上述描述是本发明的示例性实施例。例如，本领域普通技术人员应该理解，可以对本发明的数据存储装置的元件进行各种改变。特别地，数据存储磁头的读磁头可具有各种结构，诸如电流垂直于平面(CPP)-TMR、CPP-GMR、电流在平面内(CIP)-GMR等。虽然根据本发明的当前实施例的第一磁层100和第二磁层200具有垂直的磁各向异性，但本发明不限于此。也就是说，第一磁层100和第二磁层200可具有水平的磁各向异性。尽管已参照本发明的示例性实施例具体表示和描述了本发明，但本领域普通技术人员应该理解，在不脱离由权利要求限定的本发明的精神和范围的情况下，可以对这些实施例进行各种形式和细节上的修改。

Claims (21)

1.一种数据存储装置，包括：
第一磁层，用于写数据，并包括在彼此相反的方向磁化的两个磁畴以及所述两个磁畴之间的磁畴壁；
第二磁层，用于存储数据，并形成于第一磁层的至少一侧，
其中，第一磁层包括连接到第二磁层的一端的部分，并且具有从该部分的两侧延伸的结构，
其中，所述数据存储装置被构造为通过施加到第一磁层的电流在第一磁层内移动磁畴壁，
其中，所述数据存储装置被构造为通过在第一磁层和第二磁层之间施加的电流将所述两个磁畴中的一个移动到第二磁层，来将数据写入第二磁层。
2.如权利要求1所述的数据存储装置，还包括：
数据记录装置，连接至第一磁层的两端以及第二磁层的与第一磁层不相邻的另一端；
读磁头，设置为与第二磁层的与第一磁层不相邻的所述另一端相距预定距离；
电流检测器，连接至读磁头和数据记录装置。
3.如权利要求2所述的数据存储装置，其中，读磁头包括顺序设置于第二磁层的下表面的绝缘层、电极层、铁磁自由层、分离层和铁磁固定层。
4.如权利要求3所述的数据存储装置，其中，电极层和铁磁固定层连接至电流检测器。
5.如权利要求2所述的数据存储装置，其中，读磁头包括顺序设置于第二磁层的下表面的铁磁自由层、分离层和铁磁固定层。
6.如权利要求5所述的数据存储装置，其中，铁磁固定层和第二磁层的所述另一端连接至电流检测器。
7.如权利要求6所述的数据存储装置，其中，在第二磁层的所述另一端和电流检测器之间以及第二磁层的所述另一端和数据记录装置之间分别设置开关装置。
8.如权利要求2所述的数据存储装置，其中，数据记录装置包括电流控制器。
9.如权利要求2所述的数据存储装置，其中，数据记录装置包括电压控制器。
10.如权利要求1所述的数据存储装置，其中，按照规则的间隔设置多个第二磁层。
11.如权利要求1所述的数据存储装置，其中，形成堆叠结构的多个第一磁层，所述多个第一磁层中的每个第一磁层具有设置于其上的多个第二磁层。
12.如权利要求1所述的数据存储装置，其中，第一磁层和第二磁层具有相同的材料。
13.如权利要求1所述的数据存储装置，其中，第一磁层满足这样的条件：距离第一磁层的中心越远，第一磁层的两端中的至少一端的宽度越大。
14.如权利要求1所述的数据存储装置，其中，第一磁层的两端中的一端具有比除了第一磁层的两端以外的其余区域大的宽度。
15.如权利要求13所述的数据存储装置，其中，第一磁层的两端具有不同的尺寸。
16.如权利要求14所述的数据存储装置，其中，第一磁层的两端具有不同的尺寸。
17.如权利要求1所述的数据存储装置，还包括：反铁磁层，设置于第一磁层的一端。
18.如权利要求1所述的数据存储装置，还包括：第一反铁磁层和第二反铁磁层，形成于第一磁层的任一端并具有不同的Neel温度TN。
19.如权利要求1所述的数据存储装置，还包括：非磁层、铁磁固定层和第一反铁磁层，顺序设置于第一磁层的一端；和第二反铁磁层，设置于第一磁层的另一端。
20.一种操作数据存储装置的方法，所述数据存储装置包括第一磁层和第二磁层，第一磁层用于写数据并包括在彼此相反的方向磁化的两个磁畴，第二磁层用于存储数据并形成于第一磁层的一侧，其中，第一磁层包括连接到第二磁层的一端的部分，并且具有从该部分的两侧延伸的结构，所述方法包括：
通过在第一磁层的两端流动电流来将第一磁层的磁畴之一延伸至第一磁层的与第二磁层连接的部分；
通过从第二磁层向第一磁层流动电流来将第一磁层的与第二磁层连接的部分的磁畴向第二磁层移动与一比特的长度对应的距离。
21.一种操作数据存储装置的方法，所述数据存储装置包括第一磁层、第二磁层、数据记录装置、读磁头和电流检测器，第一磁层用于写数据并包括在彼此相反的方向磁化的两个磁畴，第二磁层用于存储数据并形成于第一磁层的一侧，其中，第一磁层包括连接到第二磁层的一端的部分，并且具有从该部分的两侧延伸的结构，数据记录装置连接至第一磁层的两端以及第二磁层的与第一磁层不相邻的另一端，读磁头被形成为与第二磁层的与第一磁层不相邻的另一端相距预定距离，电流检测器连接至读磁头和数据记录装置，所述方法包括：
利用读磁头和电流检测器来读取记录在第二磁层的与第一磁层不相邻并且对应于读磁头的区域的数据；
利用数据记录装置将在读取数据的步骤中读取的数据记录在第二磁层的所述一端，
其中，记录数据的步骤包括：通过在第一磁层的两端流动电流来将第一磁层的磁畴之一延伸至第一磁层的与第二磁层连接的部分；通过从第二磁层向第一磁层流动电流来将第一磁层的与第二磁层连接的部分的磁畴向第二磁层移动与一比特的长度对应的距离。
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