CN101252144A

CN101252144A - 存储器件和存储器

Info

Publication number: CN101252144A
Application number: CNA2008100061851A
Authority: CN
Inventors: 肥后丰; 五十岚实; 细见政功; 大森广之; 山元哲也; 山根一阳; 大石雄纪; 鹿野博司
Original assignee: Sony Corp
Current assignee: Sony Corp
Priority date: 2007-02-21
Filing date: 2008-02-21
Publication date: 2008-08-27
Anticipated expiration: 2028-02-21
Also published as: JP4438806B2; CN101252144B; US20080197433A1; JP2008205319A; US8089802B2

Abstract

本发明公开了存储器件和具有这种存储器件的存储器，其中，该存储器件包括基于磁体的磁化状态在其上保存信息的存储层、通过非磁性层形成在存储层上的具有固定磁化方向的磁化固定层以及邻近磁化固定层的两端形成的两条金属配线。在存储器中，通过使电流沿堆叠方向流过来改变存储层的磁化方向，以将信息记录在存储层上。通过本发明的存储器，通过降低用于记录的消耗功率以较小电功率来记录信息。

Description

存储器件和存储器

相关申请的交叉参考

本发明包含于2007年2月21日向日本专利局提交的日本专利申请JP 2007-041500的主题，其全部内容结合于此作为参考。

技术领域

本发明涉及存储器件，其包括存储磁体的磁化状态作为信息的存储层以及具有固定磁化方向的磁化固定层，其中，存储层的磁化方向通过使电流流过存储层而改变。本发明还涉及包括这种存储器件的存储器。该存储器件和存储器可适用于非易失性存储器。

背景技术

信息和通信设备，尤其是诸如个人数字助理(PDA)的个人小型设备已经在消费者中日益广泛地得到使用。随着这种普及，要求用在这种设备中的器件(例如，存储器和逻辑器件)的性能提高，例如更高的集成度、更快的处理速度以及更低的功耗。

特别地，非易失性存储器被认为是用于提高这种设备性能的重要部件。

实际用在现有技术中的非易失性存储器包括半导体闪存和铁电非易失性存储器(Fe-RAM)。为了实现更高的性能，已经对这些存储器进行了积极的研究和开发。

近来，作为利用隧道磁阻效应的非易失性存储器的磁性随机存取存储器(MRAM)已经被公开并引起注意(例如，J.Nahas等，IEEE/ISSCC 2004 Visulas Supplement，p.22)。

MRAM具有这样的结构：其具有诸如字线和位线的配线以规则配置每个器件的用于执行信息记录和存取的微小存储器件。每个磁性存储器件均包括将信息记录为强磁体的磁化方向的存储层。

此外，磁性存储器件的结构采用所谓的磁性隧道结(MTJ)的构造，其包括上述存储层、隧道绝缘层(非磁性隔离层)以及具有固定磁化方向的磁化固定层。磁化固定层的磁化方向可通过例如包括铁磁性层来固定。

流过隧道绝缘膜的隧道电流的阻抗根据由存储层的磁化方向和磁化固定层的磁化方向形成的角度而改变，即，所谓的隧道磁阻效应。从而，可利用该隧道磁阻效应来写(记录)信息。当存储层的磁化方向和磁化固定层的磁化方向反向平行时，阻抗值达到最大。相反，当它们彼此平行时，阻抗值达到最小。

在以这种方式形成磁性存储器件的情况下，通过使用在字线和位线上生成的合成电流磁场控制磁性存储器件的存储层的磁化方向，可执行将信息写(记录)到磁性存储器件中。通常，分别对应于信息“0”和信息“1”来记录不同的磁化方向(磁化状态)。

此外，公开了利用星状(asteroid)特性执行将信息记录(写)到存储器件中的方法(例如，日本未审查专利申请公开第10-116490号)，或使用开关特性的方法(例如，美国专利申请公开第2003/0072174A1号)。

另一方面，所记录的信息以下述方式读出。使用诸如晶体管的元件选择存储单元，然后磁性存储器件的隧道磁阻效应用于检测存储层磁化方向之间的差作为电压信号之间的差，从而检测所记录的信息。

当该MRAM与其他任意非易失性存储器相比时，MRAM的主要特征在于，可以以高速且几乎无限次(即，＞10¹⁵次)地重写信息，这是因为通过反转由强磁体形成的存储层的磁化方向来进行信息“0”和信息“1”的重写。

然而，为了在MRAM中重写所记录的信息，优选生成相对较大的电流磁场。大量的电流(例如，几mA至几十mA)可流过地址线。因此，会极大地增加功耗。

此外，MRAM通常包括分别需要的用于写的地址线和用于读的地址线。因此，难以在结构上减小存储单元的尺寸。

此外，器件尺寸的减小会引起一些问题，即，由于地址线变细，所以难以经由地址线流过充足的电流。此外，由于矫顽力增加，所以电流磁场也会增加，从而使功耗增加。

因此，难以减小器件的尺寸。

然而，公开了对无需使用电流磁场进行记录的结构的研究。其中，对于能够以小电流进行磁通反向(flux reversal)的存储器的研究，用于使用基于自旋转移(spin transfer)的磁通反向的存储器已经引起了关注(例如，美国专利第5695864号)。

利用自旋转移的磁通反向表示通过磁体而自旋极化(spin-polarize)的电子被注入到另一种不固定的磁体，从而使后一种磁体发生磁通反向(例如，日本未审查专利申请公开第2003-17782号)。

换句话说，通过具有固定磁化方向的磁性层(磁化固定层)的自旋极化电子是以下现象：当该自旋极化电子进入磁化方向不固定的不固定磁化层(磁化自由层)时，为磁性层的磁化提供转矩(torque)。此外，使大于特定阈值的电流通过磁性层可以反转磁性层(磁化自由层)的磁化方向。

例如，具有磁化固定层和磁化自由层的巨磁阻效应元件(GMR元件)或磁性隧道结元件(MTJ元件)包括在与GMR或MTJ元件的膜表面垂直的方向上通过电流。结果，可以反转元件的至少一部分磁性层的磁化方向。

以这种方式，形成了具有磁化固定层和磁化自由层(存储层)的存储器件，然后改变流过存储器件的电流的极性以反转存储层的磁化方向，从而重写信息“0”和信息“1”。

通过在磁化固定层和磁化自由层(存储层)之间设置隧道绝缘层，可以类似于MRAM的方式利用隧道磁阻效应来读取所记录的信息。

此外，利用自旋转移的磁通反向具有可以在不增加电流的情况下实现磁通反向的优点。

当存储器件例如约为0.1μm大小时，流过存储器件从而引起磁通反向的电流的绝对值为1mA以下。此外，具有绝对值与存储器件的体积成比例地减小的优点。

此外，具有由于去除了在MRA中必需的记录字线而可以简化存储单元结构的另一个优点。

下文中，将利用自旋转移的存储器件称作自旋转移随机存取存储器(Sp-RAM)。此外，将引起自旋转移的自旋极化电流称作自旋注入电流(spin injection current)。

非常期望Sp-RAM作为非易失性存储器，其能够实现低功耗并包括较大的存储容量，同时还能够保持MRAM的、获得高速性能并几乎无限次地重写的优点。

图1是使用自旋转移的现有技术的存储器(Sp-RAM)的存储单元的示意性截面图。

为了电读取存储在存储单元中的信息，可使用二极管、MOS晶体管等。在图1所示的存储单元中，使用的是MOS晶体管。

首先，描述形成Sp-RAM中存储单元的存储器件101的结构。

铁磁层112和铁磁层114通过反铁磁耦合连接并通过非磁性层113配置。下层侧的铁磁层112被配置成邻接反铁磁层111。在这些层之间产生的交换相互作用具有很强的单向磁性各向异性。因此，磁化固定层102包括四层111、112、113和114。换句话说，磁化固定层102包括两个铁磁层112、114。

铁磁层116被形成为可相对容易地反转磁化M1的方向。通过该铁磁层116形成存储层(磁化自由层)103。

在磁化固定层102的铁磁层114和铁磁层116之间(即，在磁化固定层102和存储层(磁化自由层)103之间)形成隧道绝缘层115。隧道绝缘层115断开在垂直方向上配置的磁性层116和磁性层114之间的磁性耦合，同时在其中流过隧道电流。因此，隧道磁阻(TMR)元件包括具有磁性层的固定磁化方向的磁化固定层102、隧道绝缘层115以及可改变磁化方向的存储层(磁化自由层)103。

此外，上述各层111～116、底层110以及顶覆层117形成包括TMR元件的存储器件101。

此外，在硅基板120上形成选择MOS晶体管121。在选择MOS晶体管121的一个扩散层123上形成接线插头(连接塞，connectionplug)107。存储器件101的底层110连接至接线插头107。选择MOS晶体管121的另一个扩散层122通过接线插头107连接至传感线(未示出)。栅极106连接至选择信号线(未示出)。

存储器件101的顶覆层117连接至配置在其上的位线(BL)105。

在稳定状态下，通过非磁性层113的强反铁磁性耦合，铁磁层112的磁化M11和铁磁层114的磁化M12几乎处于完全反向平行状态。

通常，铁磁层112和铁磁层114具有相同的饱和磁化膜厚积。因此，磁极磁场的泄漏分量很小以至于可以忽略。

由这些层114、115、116形成的TMR元件的阻抗值依赖于夹置隧道绝缘层115的存储层103中铁磁层116的磁化M1的方向和磁化固定层102中铁磁层114的磁化M12的方向是平行状态还是反向平行状态而改变。当两个磁化M1、M12处于平行状态时，阻抗值较低，而处于反向平行状态时，阻抗值较高。整个存储器件101的阻抗随着TMR元件(114、115、116)的阻抗改变而改变。该因素可用于信息的记录和所记录信息的读取。换句话说，例如，信息“0”可指定为低阻抗值的状态，信息“1”指定为高阻抗值的状态。因此，可记录两个值(1位)的信息。

注意，在形成磁化固定层102的层中，当读取所记录的信息时，存储层103侧上的铁磁层114是基准的铁磁层并设置为存储层103磁化M1的方向的基准。因此，铁磁层114也被称为基准层。

为了在存储单元中重写信息或从存储单元读取信息，自旋注入电流Iz流过存储单元。自旋注入电流Iz流过存储器件101、扩散层123和位线105。

通过改变自旋注入电流Iz的极性，可将自旋注入电流Iz的方向从上向下改变或从下向上改变。

因此，通过改变存储器件101存储层103的磁化M1的方向，可重写存储单元中的信息。

然而，为了反转存储器件的存储层的磁化方向，不仅使自旋注入电流流过存储器件，而且Sp-RAM还在除存储器件之外的存储层上施加偏置电流磁场(例如，日本未审查专利申请公开第2005-277147号)。

具体地，在图1所示的存储单元的结构中，通过位线105向存储器件101引入自旋注入电流Iz。此外，对存储器件101的存储层103施加通过流过位线105的电流(等于自旋注入电流Iz)生成的偏置电流磁场Hx(未示出)。

因此，可以有效地改变存储层103的磁化M1的方向。

发明内容

然而，在图1所示的存储器件101的结构中，作用于存储层(磁化自由层)103的磁化M_free(＝M1)的自旋转矩的大小与向量三重积M_free×M_free×M_ref成比例。M_ref是基准层(铁磁层)的磁化(＝M12)。

在初始状态下，存储层(磁化自由层)103的磁化M_free和基准层(铁磁层)114的磁化M_ref处于平行状态或反向平行状态。第一作用自旋转矩非常小。

因此，自旋转矩降低的越少，磁通反向电流增加的越多。

因此，磁通反向电流的增加导致用于反转存储层的磁化方向的自旋注入电流增加。

因此，重写存储在存储单元中的信息的电能消耗增加了用于驱动存储单元的消耗电能。

根据本发明的一个实施例，提供了一种能够通过以少量电流反转存储层的磁化方向来记录信息的存储器件。本发明的该实施例还提供了一种配备有这种存储器件的存储器。

本发明的第一实施例是包括存储层和磁化固定层的存储器件。存储层用于基于磁体的磁化状态在其上保存信息。通过非磁性层在存储层上形成具有固定磁化方向的磁化固定层。通过在堆叠方向上使电流流过其中来改变存储层的磁化方向，以将信息记录在存储层上。两条金属配线分别邻近磁化固定层的两端形成。

根据本发明的第一实施例，存储器件包括用于基于磁体的磁化状态在其上保存信息的存储层。该存储层包括通过非磁性层的磁化固定层。电流在堆叠方向上流过使存储层的磁化方向改变，以将信息记录在存储层上。因此，在堆叠方向上流过电流可通过自旋注入使存储层的磁化方向发生改变，从而实现信息的记录。

此外，分别邻近磁化固定层的两端形成两条金属配线。来自这两条金属配线的电流磁场作用于磁化固定层，以在磁化固定层的两端沿不同的堆叠方向生成磁化分量。因此，具有不同方向的两个自旋转矩可通过堆叠方向上的磁化分量作用于存储层。

本发明的第二实施例是包括存储器件的存储器。该存储器件包括存储层和磁化固定层。存储层用于基于磁体的磁化状态在其上保存信息。通过非磁性层在存储层上形成具有固定磁化方向的磁化固定层。通过在堆叠方向上使电流流过其中来改变存储层的磁化方向，以将信息记录在存储层上。两条金属配线分别邻近磁化固定层的两端形成。相同方向的电流流过两条金属配线分别在形成磁化固定层的多个铁磁层的、至少邻近存储层配置的铁磁层的两侧形成磁化区域。磁化区域是层压方向上的磁化分量，并且它们的方向不同。

根据本发明的第二实施例的存储器，设置用于基于磁体的磁化状态在其上保存信息的存储层。在堆叠方向流过电流使存储层的磁化方向发生改变。该存储器包括用于在存储层上执行信息的记录的存储器件和用于沿堆叠方向提供通过存储器件的电流的配线。在根据本发明的第一实施例的存储器件中，可通过自旋注入执行信息的记录，其中，电流沿堆叠方向流过存储器件中的配线。

此外，使相同方向的电流流过邻近磁化固定层两端形成的两条金属配线导致在磁化固定层中铁磁层的两端形成磁化分量。因此，具有不同方向的两个自旋转矩可作用于存储层，从而允许以少量电流记录信息。

根据本发明的上述实施例，通过反转存储层的磁化方向，可以以减小的电流量在存储层上记录信息。

因此，本发明的实施例可以提供能够通过降低用于记录的消耗电能来以较少的电能消耗记录信息的存储器。

附图说明

图1是使用自旋转移的现有技术的存储单元的示意性截面图；

图2是根据本发明实施例的存储器件的示意性截面图；

图3是示出当将电流磁场施加于存储器件时图1所示存储器件的磁化状态的示图；

图4是示出施加于存储层磁化的自旋转矩的示图；以及

图5A和图5B是分别示出电流脉冲随时间改变的示图，其中，图5A示出了关于自旋注入电流的电流脉冲，图5B示出了关于金属配线的电流脉冲。

具体实施方式

首先，在描述本发明的具体实施例之前描述本发明的概念。

使用自旋转移的存储器(Sp-RAM)包括足够大的各向异性，以相对于热波动稳定存储层(磁化自由层)的磁化。

通常，可通过热稳定性参数(Δ)表示存储层的磁化相对于上述热波动的稳定程度，即，热稳定性指标。

换句话说，热稳定性参数(Δ)表示为：

Δ＝KuV/k_BT(Ku：各向异性能量，V：存储层的体积，k_B：玻尔兹曼常数，T：绝对温度)。

此外，需要在使用自旋转移的存储器(Sp-RAM)中确保热稳定性指标(热稳定性参数)Δ高于特定程度，同时减小磁通反向电流。

因此，进行了各种研究，并且可如下形成稳定的存储器。形成磁化固定层，使得多个铁磁层通过非磁性层堆叠并反铁磁耦合。然后，在至少邻近存储层的铁磁层的两端分别形成具有沿堆叠方向的磁化分量和方向不同的不同磁化的磁性区域。

此外，如下在磁化固定层中的铁磁层的两端有效形成分别具有沿堆叠方向的磁化分量和不同方向的不同磁化的磁化区域。首先，邻近磁化固定层的两端配置金属配线，然后将电流施加于每条金属配线以将电流磁场作用于磁化固定层的铁磁层。

在这种情况下，通过施加电流磁场在磁化固定层中的铁磁层的两端形成沿堆叠方向具有相互不同方向的磁化分量。因此，有效地使沿堆叠方向的磁化分量作用于存储层的磁化。

此外，为了在磁化固定层的铁磁层的两端形成沿堆叠方向分别具有磁化分量的磁化区域，需要邻近磁化固定层的两端总共配置两条金属配线。此外，为了使得到的磁化区域在磁化固定层的两端具有不同方向的磁化，这两条金属配线需要电流沿相同方向流过。

优选配置金属配线，使其可以与磁化固定层中的铁磁层的磁化方向垂直。此外，优选在与磁化固定层平行的平面中配置金属配线。

沿相同方向分别对两条配线施加电流，以沿堆叠方向生成相应的磁化分量以及方向不同的磁化。因此，可以从磁化区域的两端将具有不同方向的两个自旋转矩作用于存储层的两端。

这两个自旋转矩可容易地反转存储层的磁化方向。因此，可通过少量电流反转存储层的磁化方向。

接下来，将描述本发明的具体实施例。

图2是根据本发明一个实施例的存储器件的示意性截面图。

存储器件1包括隧道磁阻效应(TMR)元件。

在存储器件1中，铁磁层12和铁磁层14通过非磁性层13配置并利用反铁磁性耦合彼此结合。另外，铁磁层12被配置成与反铁磁层11邻接。这里，由于这些层之间的交换相互作用，可观察到很强的单向磁性各向异性。磁化固定层2包括四层11、12、13、14，并且磁化固定层2包括两个铁磁层12、14。

铁磁层16被设计为相对容易地反转磁化M1的方向。铁磁层16形成存储层(磁化自由层)3。在铁磁层14和铁磁层16之间，即，在磁化固定层2和存储层(磁化自由层)3之间形成隧道绝缘层15。隧道绝缘层15断开沿垂直方向配置的磁性层16和磁性层14之间的磁性耦合，同时还施加隧道电流。因此，隧道磁阻效应(TMR)元件包括具有磁性层的固定磁化方向的磁化固定层2、隧道绝缘层15以及能够改变磁化方向的存储层(磁化自由层)3。具有TMR元件的存储器件1包括上述层11～16、底层10以及顶覆层17。

通过非磁性层13的强反铁磁性耦合在反向平行方向上形成铁磁层12的磁化M11和铁磁层14的磁化M12。

具有这些层14、15、16的TMR元件的阻抗值依赖于夹置隧道绝缘膜15的存储层3的铁磁层16的磁化M1的方向和磁化固定层2中的铁磁层14的磁化M12的方向是平行状态还是反向平行状态而改变。当两个磁化M1、M12处于平行状态时，阻抗值较低，而处于反向平行状态时，阻抗值较高。整个存储器件1的阻抗随着TMR元件(14、15、16)的阻抗改变而改变。该事实可用于信息的记录和所记录信息的读取。换句话说，例如，信息“0”可指定为低阻抗值的状态，信息“1”指定为高阻抗值的状态。因此，可以记录两个值(1位)的信息。

在形成磁化固定层2的层中，当读取所记录的信息时，存储层3侧的铁磁层14是基准的铁磁层并设置为存储层3的磁化M1方向的基准。因此，铁磁层14也被称为基准层。

为了在存储单元中重写信息或从存储单元读出信息，优选自旋注入电流Iz流过存储器件1。

通过改变自旋注入电流Iz的极性，可将通过存储器件1的自旋注入电流Iz从上向下或从下向上改变。

因此，通过改变存储器件1的存储层3的磁化M1的方向，可重写存储单元中的信息。

可以以类似于图1所示现有技术的存储器件101的方式形成本实施例的存储器件1。即，存储器件1可连接至形成在硅基板上的选择MOS晶体管，以执行存储单元的读取。

此外，存储器件1可连接至配线，并且自旋注入电流Iz可沿堆叠方向通过配线流过存储器件1。

在本实施例的存储器件1中，除上述TMR元件之外还配置金属配线20、21。换句话说，金属配线20、21邻近磁化固定层2的两端配置，并沿纸面的法线方向延伸。

金属配线20、21被设计成在存储器件1的附近沿同一方向流过电流。

此外，金属配线20、21被配置成邻近存储器件1的两侧但不与磁化固定层2接触。此外，金属配线20、21的每一条都可放置在使生成的电流磁场沿堆叠方向在磁化固定层2上生成磁化分量的位置处。例如，金属配线可邻近存储器件1的磁化固定层2的两端配置，其在与磁化固定层2的磁化方向垂直的方向上或与磁化方向平行的方向上延伸。此外，可在与存储器件1的磁化固定层平行的平面中配置金属配线。

在图2中，当施加电流Iz时，作用于存储层3的磁化M_free(＝M1)的自旋转矩的大小与向量三重积M_free×M_free×M_ref成比例。然而，M_ref是基准层14的磁化(＝M12)。

在初始状态下，存储层3的磁化M_free和基准层14的磁化M_ref处于平行状态或反向平行状态。第一作用自旋转矩非常小。因此，在这种情况下，磁通反向电流增加。

在本实施例的存储器件1中，使相同方向的电流流过金属配线20、21，从而在堆叠方向上在铁磁层12、14的两端生成具有相互不同方向的磁化分量。此外，在堆叠方向上生成磁化分量导致作用于存储层3的磁化M1的自旋转矩增加，同时降低了磁通反向电流。

这里，优选在与存储器件1的磁化固定层2平行的平面中配置金属配线20、21。此外，金属配线20、21优选在与磁化固定层2的磁化方向垂直的方向上延伸。

如上所述，在与磁化固定层2平行的平面中配置金属配线20、21，并且金属配线20、21和磁化固定层2的磁化方向彼此垂直。因此，在金属配线20、21周围生成的电流磁场可有助于作用于磁化固定层2的铁磁层12、14。结果，可容易生成堆叠方向上的磁化分量。此外，沿堆叠方向生成的磁化分量变强。因此，可以增加作用于存储层的磁化的自旋转矩。此外，可以减小磁通反向电流。

可以设计金属配线20、21，使得可邻近存储器件1形成两条独立的金属配线。可选地，在存储器件1周围，可以分割单条配线以在存储器件1附近提供两条金属配线。

接下来，图3示出了当将平行的电流Ia、Ib施加于金属配线20、21时磁化固定层2的磁化状态。

如图3所示，当通过两条金属配线20、21从图的前侧到其后侧施加平行的电流Ia、Ib时，如图3中的虚线所示，顺时针方向地在金属配线20、21周围生成电流磁场20a、21a。

在这种情况下，分别通过两条金属配线20、21，磁化固定层2内的电流磁场20a、21a成为两个电流磁场20a、21a的合成磁场。

随着电流磁场20a、21a与金属配线20、21距离的增加，由两条金属配线20、21生成的电流磁场20a、21a趋于逐渐降低。因此，邻近金属配线20的磁化固定层2的末端(左侧)强烈受到由金属配线20生成的向下的电流磁场20a的影响。相反，邻近金属配线21的磁化固定层2的末端(右侧)强烈受到由金属配线21生成的向上的电流磁场21a的影响。

另一方面，几乎在磁化固定层2的中央，两个电流磁场20a、21a的大小几乎互相相等，并且它们的方向互相相反。因此，电流磁场20a和21a互相抵消。

结果，磁化固定层2内的磁化结构变为如图3所示的结构。

换句话说，在磁化固定层2中，在铁磁层12的磁化M11的两端和铁磁层14的磁化M12的两端生成向上的磁化分量M11a、M12a或向下的磁化分量M11b、M12b。这些向上和向下的磁化分量M11a、M12a、M11b、M12b在磁化M11和磁化M12的磁化方向和堆叠方向之间具有角度。

邻近金属配线20的磁化固定层2的末端(左侧)接收由金属配线20生成的向下电流磁场20a的影响。因此，生成向下的磁化分量M11b、M12b。此外，邻近金属配线21的磁化固定层2的末端(右侧)接收由金属配线21生成的向上电流磁场21a的影响。因此，生成向上的磁化分量M11a、M12a。这些向上的磁化分量M11a、M12a和向下的磁化分量M11b、M12b在磁化固定层2的两端几乎相互逆向。

此外，几乎在磁化固定层2的中央，两个电流磁场20a、21a互相抵消。没有生成沿堆叠方向的磁化分量。

如上所述，在磁化固定层2的两侧生成沿堆叠方向的磁化分量。具体地，对于磁化固定层2的铁磁层12、14，生成邻近存储层3的铁磁层(即，基准层)14的堆叠方向上的磁化。因此，可以在初始状态下增大上述存储层3的磁化M1的向量三重积M_free×M_free×M_ref。

因此，正好在存储层3的磁化M1的铁磁层14的堆叠方向上的磁化分量上方的极其窄的区域上施加极大的自旋转矩。

此时，磁化固定层2包括距离金属配线20、21非常长的距离，难以在铁磁层12的磁化M11和铁磁层14的磁化M12的两端在堆叠方向上生成磁化分量。因此，由于在磁化固定层2两侧生成的磁化，不会得到用于降低存储层3的磁化M1的磁通反向电流的足够量的自旋转矩。因此，可在对磁化固定层2生成电流磁场的位置处配置金属配线20、21。

此外，施加于金属配线20、21的电流可以相等或彼此不同。来自金属配线20、21的电流磁场分别作用于铁磁体12、14的两端。然后，沿堆叠方向的磁化分量可生成自旋转矩。在铁磁层12、14的端部生成的磁化分量不必要彼此相同。

在图2的存储器件中，在图4中示出了添加到存储层3的磁化M1的自旋转矩的状态。如图4所示，从M11、M12使由沿堆叠方向的磁化分量生成的方向互相相反的自旋转矩Ta、Tb作用于存储层3的磁化M1，从而执行存储层3的磁化M1的同时旋转。

结果，可以容易地反转存储层3的磁化M1的方向。

在本实施例中，在磁化固定层2的铁磁层12、14中生成具有沿堆叠方向的磁化分量的磁化。然而，如存储器件101的情况，可以通过自旋注入电流Iz的方向(极性)来控制存储层3的磁化M1的方向。

图5示出了施加于金属配线20、21的电流Ia、Ib的电流脉冲和自旋注入电流Iz的电流脉冲的时间变化(定时)之间的关系图。

在图5中，自旋注入电流Iz和施加于金属配线20、21的电流Ia、Ib分别被确定矩形脉冲。初始状态设置为“t0”。此外，自旋注入电流Iz和电流Ia、Ib的上升时间分别被设置为“t1”和“t2”。此外，自旋注入电流Iz和电流Ia、Ib的下降时间分别被设置为“t3”和“t4”。对于自旋注入电流Iz和电流Ia、Ib，每个脉冲的持续时间为t3～t1和t4～t2。自旋注入电流Iz在t1之前处于关断状态，在t1时处于通路状态以及在t3时处于关断状态。

在图5A中，自旋注入电流Iz的脉冲上升时间t1不同于电流Ia、Ib的脉冲上升时间t2。换句话说，时间t1晚于时间t2。此外，在图5B中，自旋注入电流Iz的脉冲上升时间t1等于电流Ia、Ib的脉冲上升时间t2。

如图5A所示，电流Ia、Ib的电流脉冲上升时间t2快于自旋注入电流Iz的电流脉冲上升时间t1。因此，可预先在磁化固定层2的铁磁层12、14的两端生成沿堆叠方向的磁化分量。因此，沿堆叠方向的磁化分量使方向彼此相反的自旋转矩Ta、Tb作用于存储层3的磁化M1。因此，可以容易地反转存储层3的磁化M1的方向。结果，可以降低磁通反向电流。此外，可通过少量电流反转存储层的磁化方向。

此外，如图5B所示，电流Ia、Ib的电流脉冲上升时间t2等于自旋注入电流Iz的电流脉冲上升时间t1。此外，电流Ia、Ib的电流脉冲下降时间t4等于自旋注入电流Iz的电流脉冲下降时间t3。在这种情况下，可以标准化用于驱动的转换(switching)。当同时提供电流Ia、Ib和自旋注入电流Iz时，流过电流Ia、Ib的电流增加有助于沿堆叠方向在铁磁层12、14的两端生成磁化分量。因此，可以容易地反转存储层3的磁化M1的方向。因此，可以降低磁通反向电流。此外，可以通过少量电流反转存储层的磁化方向。

金属配线20、21的电流Ia、Ib的下降时间t4可以是任何的任意时间。例如，如图5A所示，下降时间t4可以晚于自旋注入电流Iz的下降时间t3。可选地，下降时间t4可以与自旋注入电流Iz的下降时间t3同时结束。

此外，在图4中，左侧向下的自旋转矩Ta相对于右侧向上自旋转矩Tb的角度几乎为180°。可以根据金属配线20、21的铁磁层12、14的膜厚或其饱和磁化的大小来控制该角度。

即使该角度不是如图4所示的大约180°，但彼此反向的自旋转矩可以作用于存储层3的磁化M1，从而容易地反转存储层3的磁化M1的方向。

在本实施例中，形成存储器件1的各层的材料可以是与用在现有技术存储器件中的材料相同的材料。

反铁磁层11的材料可以是例如PtMn。

磁化固定层2的铁磁层12、14的材料可以是CoFe等。

非磁性层13的材料可以是Ru、Ta、Cr、Cu等。

隧道绝缘层15的材料可以是例如MgO。

存储层3的铁磁层16的材料可以是诸如CoFeB的铁磁材料。

在上述实施例的存储器件1中，在存储层3之下形成磁化固定层2，从而可在存储层3之下配置具有沿堆叠方向的磁化分量的基准层14的磁化区域。可选地，可以在存储层之上形成磁化固定层，并且磁化区域可在存储层之上。

在本实施例中，磁化固定层2包括两层，即，铁磁层12、14。然而，并不具体限制形成磁化固定层2的铁磁层的数量。

例如，在上述实施例的存储器件中，形成磁化固定层的铁磁层的数量可以是除两层之外的任意层数。在这种情况下，可以通过将来自金属配线的电流磁场施加于至少配置在邻近存储层3的磁化固定层的铁磁层上来形成沿堆叠方向的磁化分量。结果，大的自旋转矩可作用于存储层的磁化。从而，可以容易地反转存储层3的磁化M1的方向。因此，可以通过自旋注入电流Iz的少量电流来反转存储层3的磁化M1。

以这种方式，可以降低用于记录信息的自旋注入电流Iz的消耗电能，从而降低功耗。

例如，即使磁化固定层仅包括一层铁磁层，来自金属配线的电流磁场也可以作用于单个铁磁层，以生成沿堆叠方向的磁化分量。结果，自旋转矩可作用于存储层的磁化。

此外，例如，三层以上的铁磁层可形成磁化固定层。在磁化固定层包括多层铁磁层的情况下，来自金属配线的电流磁场可作用于邻近存储层3的磁化固定层的至少一层铁磁层，以生成沿堆叠方向的磁化分量。结果，自旋转矩可作用于存储层的磁化。

此外，用于生成沿堆叠方向的磁化分量的铁磁层并不限于邻近存储层3配置的铁磁层。可以在形成磁化固定层的另一铁磁层上形成沿堆叠方向的磁化分量。此外，可允许多层铁磁层生成沿堆叠方向的磁化分量，以对存储单元的磁化施加大自旋转矩的作用。结果，可以容易地反转存储层3的磁化M1的方向。因此，可以以自旋注入电流Iz的少量电流容易地反转存储层3的磁化M1的方向。

因此，可以降低用于记录信息的自旋注入电流Iz的消耗电能，从而降低功耗。

本发明并不限于任何上述结构，并且在不背离本发明精神的情况下还可以采用各种其他结构。

本领域的技术人员应该理解，根据设计要求和其它因素，可以有多种修改、组合、再组合和改进，均应包含在本发明的权利要求或等同物的范围之内。

Claims

1.一种存储器件，包括：

存储层，基于磁体的磁化状态在其上保存信息；

磁化固定层，具有固定磁化方向，通过非磁性层形成在所述存储层上；以及

两条金属配线，邻近所述磁化固定层的两端形成，其中

通过使电流沿堆叠方向通过所述存储层来改变所述存储层的磁化方向，以将所述信息记录在所述存储层上。

2.根据权利要求1所述的存储器件，其中，

所述磁化固定层包括通过非磁性层堆叠的多个铁磁层。

3.根据权利要求1所述的存储器件，其中，

所述两条金属配线垂直于所述铁磁层的磁化方向形成。

4.根据权利要求1所述的存储器件，其中，

所述两条金属配线形成在与所述磁化固定层平行的平面中。

5.一种存储器，包括：

存储器件，包括基于磁体的磁化状态在其上保存信息的存储层；

磁化固定层，通过非磁性层形成在所述存储层上，具有多个铁磁层并具有固定磁化方向；以及

两条金属配线，邻近所述磁化固定层的两端形成，其中

通过使电流沿堆叠方向通过所述存储层来改变所述存储层的磁化方向，以将所述信息记录在所述存储层上，以及其中

通过使电流沿相同方向流过所述两条金属配线，在形成所述磁化固定层的所述多个铁磁层中、至少位于与所述存储层最近侧的铁磁层的两端形成第一磁化区域和第二磁化区域，所述第一磁化区域和所述第二磁化区域包括沿堆叠方向的磁化分量并且它们的方向互不相同。