CN101615423A - 信息存储装置以及操作该装置的方法 - Google Patents

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Abstract

提供一种信息存储装置以及操作所述装置的方法。所述信息存储装置包括：磁层，具有多个磁畴区以及置于磁畴区之间的磁畴壁；第一单元，布置在第一区域以将信息记录在第一区域，所述第一区域是多个磁畴区中的一个；第二单元，连接到第一单元以感应磁场，从而将信息记录在第一区域。

Description

信息存储装置以及操作该装置的方法
技术领域
本发明涉及一种信息存储装置，更具体地说，涉及一种使用磁畴壁运动的信息存储装置以及操作该装置的方法。
背景技术
即使在电源切断时也保留记录的信息的传统非易失性信息存储装置的示例包括硬盘驱动器(HDD)和非易失性随机访问存储器((RAM)。
传统HDD使用旋转部分存储信息。然而，旋转部分随着时间可能磨损，从而增加了操作失败的可能性，并因此减少了可靠性。
传统非易失性RAM的示例是闪存。尽管闪存不使用旋转部分，但是与传统HDD相比，闪存的读取和写入速度相对低，寿命相对短，并且存储容量相对小。闪存还具有相对高的制造成本。
另一传统信息存储装置使用磁材料的磁畴壁运动原理。在这些传统磁信息存储装置中，组成铁磁物质的小磁区被称为磁畴。具有不同磁化方向的磁畴之间的边界部分被称为磁畴壁。可通过将电流施加到磁层来移动磁畴和磁畴壁。
然而，使用磁畴壁运动的信息存储装置仍然处于发展的初始阶段，而且在其能够实际使用之前仍然有一些问题需要解决。具体地，需要改善的信息记录方法以实现使用磁畴壁运动的信息存储装置的实际使用。
发明内容
本发明的示例性实施例提供一种便于记录信息的信息存储装置以及操作该装置的方法。
根据本发明的一方面，提供一种信息存储装置，所述装置包括：磁层，具有多个磁畴区以及置于磁畴区之间的磁畴壁；第一单元，布置在第一区域以将信息记录在第一区域，所述第一区域是多个磁畴区中的一个；第二单元，连接到第一单元以感应磁场，从而将信息记录在第一区域。
可通过第二单元将电流施加到第一单元，通过电流流过第二单元来产生磁场。
第一单元可通过使用旋转转移力矩来记录信息。
第一单元可包括：第一钉扎层，布置在第一区域的下表面和上表面中的一个上；第一离层，置于第一钉扎层和第一区域之间。
第一单元还可包括：第二钉扎层，具有与第一钉扎层的磁化方向相反的磁化方向，第二钉扎层布置在第一区域的下表面和上表面中的另一个上；第二离层，置于第二钉扎层和第一区域之间。
第一单元还可包括：第一电极层，布置在第一区域的下表面和上表面中的另一个上；阻层，其电阻高于磁层的电阻，所述阻层置于电极层和第一区域之间。
第二单元可包括连接到第一单元的至少一个导线。
第一单元可包括下部单元和上部单元，分别布置在第一区域的下表面和上表面，下部单元和上部单元中的任意一个连接到第一导线，下部单元和上部单元中的另一个连接到第二导线，第一导线和第二导线中的至少一个包括在第二单元中。
第一导线可包括从第一单元延伸的第一部分，第一导线的第一部分布置在与磁层平行的第一平面上。
第二导线可包括从第一单元延伸的第一部分，第二导线的第一部分布置在与磁层平行的第二平面上。
第一导线的第一部分和第二导线的第一部分可以以相同方向延伸。
第一导线还可包括从第一部分延伸且在第一平面上围绕第一单元的至少一部分的第二部分。
第一导线还可包括从第一导线的第一部分延伸且在第一平面上围绕第一单元的至少一部分的第二部分。
第二导线还可包括从第二导线的第一部分延伸且在第二平面上围绕第一单元的至少一部分的第二部分。
第一导线的第二部分延伸的方向与第二导线的第二部分延伸的方向可彼此相反。
所述装置还可包括：第一线，与磁层平行；第二线和第三线，与第一线交叉；切换装置，布置在第一线和第二线的交叉点；其中，切换装置和第三线分别连接到第一导线和第二导线。
可包括通过第一单元的第二线，可包括与第二线分开预定间隔的第三线。
第二线和第三线可与第一单元的一侧分开预定间隔。
所述装置还可包括分别连接到磁层的一端和另一端的第四线和第五线。
所述装置还可包括：另一切换装置，布置在磁层的一端和第四线之间以及磁层的另一端和第五线之间中的至少一个。
所述装置还可包括连接到与第四线和第五线交叉的所述另一切换单元的第六线。
第一线和第六线可以是字线，第二线至第五线可以是位线。
第一单元还可包括信息再现功能。
第一单元可布置在磁层的中心部分。
磁层、第一单元、第一导线和第二导线可包括在一个单元存储区域中，信息存储装置包括与所述单元存储区域等同的多个单元存储区域。
根据本发明的另一方面，提供一种操作信息存储装置的方法，所述方法包括：通过将写电流通过第二单元施加到第一单元将信息记录在第一区域中。
所述方法还可包括：通过在磁层的一端和另一端之间施加电流以位为单位移动磁层中的磁畴和磁畴壁。
所述方法还可包括：通过在磁层两端中的任意一端和第一单元两端中的任意一端之间施加读电流来再现记录在磁层中的信息。
附图说明
通过下面参照附图对本发明的示例性实施例进行的详细描述，本发明的上述和其它特点和优点将会变得更加清楚，其中：
图1至图3是根据本发明的实施例的信息存储装置的透视图；
图4A和图4B是根据本发明的实施例的信息存储装置的横截面示图以示出写操作；
图5A、图6A和图7A是根据本发明的实施例的信息存储装置的透视图以示出通过将写电流施加到信息存储装置产生的磁场；
图5B、图6B和图7B示出分别施加到图5A、图6A和图7A的磁层的磁场的强度；
图8是根据本发明的另一实施例的信息存储装置的透视图；
图9是示出根据本发明的实施例的信息存储装置的磁层的反磁化特性与根据比较示例的信息存储装置的磁层的反磁化特性的曲线图；
图10是示出根据本发明的实施例的信息存储装置的单位存储区域的电路图；
图11至图13是示出操作图10的信息存储装置的方法的电路图；
图14是根据本发明的实施例的信息存储装置的布局示图；
图15是沿图14的线I-I’的图14的信息存储装置的横截面示图；
图16是根据本发明的另一实施例的信息存储装置的布局示图；以及
图17是沿图16的线II-II’的图16的信息存储装置的横截面示图。
具体实施方式
现将参照附图更加全面地描述各种示例性实施例，部分示例性实施例在附图中示出。
在此公开详细的说明性的示例性实施例。然而，在此公开的特定结构和功能性细节仅是为了描述示例性实施例的代表。但是本发明可以以许多可变形式来实现，并且不应该解释为仅限于在此阐述的示例性实施例。
因此，在示例性实施例能够具有各种修改和可变形式的同时，通过附图中示例的方式以及将在此进行的详细描述来示出这些实施例。然而，应该理解，这里不旨在将示例性实施例限制在公开的具体形式，相反，示例性实施例覆盖了落入本发明范围内的所有修改、等同物和改变。在整个附图描述中，相同的标号指示相同的元件。
应该理解的是，尽管在这里可使用术语第一、第二、第三等来描述各种元件，但是这些元件并不受这些术语的限制。这些术语仅是用来将一个元件与另一个元件区分开来。例如，在不脱离示例性实施例的范围的情况下，第一元件可被称为第二元件，类似地，第二元件可被称为第一元件。如在这里使用的，术语“和/或”包括一个或多个相关所列的项目的任意组合和所有组合。
应该理解的是，当元件或层被称作在另一元件或层“上”时，该元件或层可以直接地形成在其它元件或层上或非直接形成在其它元件或层上。也就是说，例如，可以存在中间元件或中间层。相反，当元件或层被称作“直接”在另一元件“上”时，不存在中间元件或中间层。应该以相同方式来解释用于描述元件或层之间的关系的其它词语(例如，“之间”对“直接之间”、“邻近”对“直接邻近”等)。
这里使用的术语仅为了描述特定实施例的目的，而不旨在限制示例性实施例。如这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式。还将理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，说明存在所述特征、整体、步骤、操作、元件和/或组件，但不排除存在或附加一个或多个其它特征、整体、步骤、操作、元件、组件和/或其组合。
在附图中，为了清晰起见，会夸大层和区域的厚度。在附图中，相同的标号表示相同的元件。
图1至图3是根据本发明的实施例的信息存储装置的透视图。
参照图1，例如，示出的沿预定方向延伸的磁层100是X轴方向。磁层100可包括多个连续磁畴区D。磁畴壁区域DW可置于两个相邻磁畴区D之间。由于将电流施加到磁层100，因此布置在磁畴区D的磁畴和布置在磁畴壁区域DW的磁畴壁可以沿预定方向移动。也就是说，磁层100可具有磁畴壁运动特性。这种磁层100可以是由铁磁物质形成的信息存储层。
在作为磁层100的磁畴区D之一的第一区域R1上设置写单元200。写单元200可以是使用旋转转移力矩将信息记录在第一区域R1的装置。例如，写单元200可以是使用隧道磁电阻(TMR)效应的装置(以下称为TMR装置)或者可以是使用巨磁电阻(GMR)效应的装置(以下称为GMR装置)。更具体地说，写单元200可包括布置在第一区域R1的下表面和上表面中的一个(例如，第一区域R1的下表面)上的第一钉扎层40a，并且可包括布置在第一钉扎层40a和第一区域R1之间的第一离层20a。这样，布置在第一区域R1的下表面上的第一离层20a和第一钉扎层40a可表示为写单元200的下部单元。此外，写单元200还可包括布置在第一区域R1的下表面和上表面中的另一个(例如，第一区域R1的上表面)上的第二钉扎层40b，并且还可包括布置在第二钉扎层40b和第一区域R1之间的第二离层20b。布置在第一区域R1的上表面上的第二离层20b和第二钉扎层40b可表示为写单元200的上部单元。第一离层20a和第二离层20b可以是绝缘层或导电层。当第一离层20a和第二离层20b是绝缘层时，写单元200是TMR装置，当第一离层20a和第二离层20b是导电层时，写单元200是GMR装置。当第一离层20a和第二离层20b是导电层时，其电阻高于磁层100的电阻的阻层(未示出)还可置于第一区域R1和第一离层20a之间以及在第一区域R1和第二离层20b之间。当将用于磁畴和磁畴壁运动的电流施加到磁层100时，阻层可用作防止电流泄漏到写单元200的电屏障，当在第一导线300a和第二导线300b之间施加电流时，阻层可以不干扰电流的流动。因此，可以由具有适当电阻的材料形成适当小的厚度的阻层。例如，阻层的特定电阻可以高于磁层100的电阻500-10000倍，例如，高于1000-3000倍。为了实现这种电阻差异，磁层100可以由NiFe、Co、CoNi、CoFe、CoCr、CoCu、NiCu、FePt、FePd、CoCrPt、CoFeTb、CoFeGd、CoTb和CoFeNi中的任何一个形成，阻层可以由非晶质的CoZrNb和CoFeB中的任何一个形式，或者可以由包括诸如Si和B的杂质的磁材料形成以具有高电阻系数。第一钉扎层40a和第二钉扎层40b可以是磁化方向固定的铁磁层，并且第一钉扎层40a和第二钉扎层40b的磁化方向可以彼此相反。第一钉扎层40a、第二钉扎层40b和第一区域R1中示出的箭头指示他们的磁化方向。箭头的方向是Z轴方向或者Z轴反方向。也就是说，当第一钉扎层40a、第二钉扎层40b和第一区域R1具有垂直磁各向异性时，这些箭头指示第一钉扎层40a、第二钉扎层40b和第一区域R1的磁化方向。第一钉扎层40a和第二钉扎层40b的磁化方向可以相互交换，第一区域R1的磁化方向可以与图1的箭头所示的方向相反。第一区域R1在特定方向上可能不处于磁化状态。当磁层100、第一钉扎层40a和第二钉扎层40b具有水平磁各向异性时，第一区域R1、第一钉扎层40a和第二钉扎层40b可具有与X轴(或Y轴)平行的磁化方向。尽管没有在图1中示出，但是磁层100中除了第一区域R1之外的磁畴区D还可以在与第一区域R1相同的方向上磁化，或者在与第一区域R1相反的方向上磁化。
第一导线300a和第二导线300b可分别被布置在写单元200的下表面和上表面上。换句话说，第一导线300a可被布置在写单元200的下部单元的下表面上，第二导线300b可被布置在写单元200的上部单元的上表面上。可通过第一导线300a和第二导线300b将预定写电流施加到写单元200。第一导线300a可包括从写单元200的下表面沿预定方向延伸的第一部分1a。类似地，第二导线300b可包括从写单元200的上表面沿预定方向延伸的第一部分1b。第一导线300a的第一部分1a和第二导线300b的第一部分1b可以沿与写单元200垂直的方向延伸。换句话说，第一导线300a的第一部分1a和第二导线300b的第一部分1b可被布置在与形成磁层100的平面平行的各不同平面上(以下分别称为第一XY平面和第二XY平面)。第一导线300a的第一部分1a和第二导线300b的第一部分1b可以沿相同方向延伸。在当前实施例中，第一导线300a的第一部分1a和第二导线300b的第一部分1b沿Y轴方向延伸。然而，第一导线300a的第一部分1a和第二导线300b的第一部分1b可以沿各种方向延伸。也就是说，第一导线300a的第一部分1a和第二导线300b的第一部分1b延伸的方向可以在分别布置第一部分1a和第一部分1b的第一XY平面和第二XY平面内任意确定。
尽管没有在图1中示出，但是还可在第一钉扎层40a和第一导线300a之间插入至少一层，以固定第一钉扎层40a的磁化方向。类似地，还可在第二钉扎层40b和第二导线300b之间插入至少一层，以固定第二钉扎层40b的磁化方向。用于固定第一钉扎层40a或第二钉扎层40b的磁化方向的所述至少一层可包括反铁磁层并可具有各种结构。所述结构对于本领域的普通技术人员将是明显的，并且对于本领域的普通技术人员同样明显的是：还包括分别处于第一导线300a和写单元200之间以及第二导线300b和写单元200之间的接触电极层。
根据其它实施例，图1的信息存储装置中的第一导线300a和/或第二导线300b可具有各种形式。参照图2和图3描述这些形式的示例。
参照图2示出的透视图和部分平面图，第一导线300a’可包括从写单元200的下表面延伸的第一部分1a，并且还可包括从第一部分1a延伸的第二部分2a。第二部分2a可在形成第一部分1a的平面(即，第一XY平面)上围绕写单元200的至少某些部分。第二部分2a可具有连接至少一个直线成分的成角结构。在当前实施例中，第二部分2a包括第一成分2aa、第二成分2ab、第三成分2ac和第四成分2ad，其中，第一成分2aa从第一部分1a沿X轴延伸，第二成分2ab从第一成分2aa沿Y轴负方向延伸，第三成分2ac从第二成分2ab沿X轴负方向延伸，第四成分2ad从第三成分2ac沿Y轴延伸。然而，本发明不限于此。例如，第四成分2ad、第三成分2ac和第四成分2ad、或第二成分2ab至第四成分2ad可以不包括在第二部分2a中，并且另一导线成分还可被包括在第二部分2a的一端。此外，第二部分2a可具有曲线结构，而不是成角结构。
图2的第二导线300b还可如第一导线300a’一样变形。图3示出示例。
参照图3，第二导线300b’可包括沿从写单元200的上表面延伸的第一部分1b，并且还可包括从第一部分1b延伸的第二部分2b。第二部分2b可在形成第一部分1b的平面(即，第二XY平面)上围绕写单元200的至少某些部分。第二导线300b’的第二部分2b可沿与第一导线300a’的第二部分2a沿第一部分1a延伸的方向相反的方向从第一部分1b延伸。第二导线300b’的第二部分2b如第一导线300a’的第二部分2a一样还可具有各种变形的结构。第一导线300a’的第二部分2a延伸的方向与第二导线300b’的第二部分2b延伸的方向可以相互交换。另外，图3中的第一导线300a’可以如图1的第一导线300a一样变形。此外，第一导线300a和第一导线300a’以及第二导线300b和第二导线300b’可以接近第一区域R1。
在图1至图3的信息存储装置中，第一导线300a和第一导线300a’以及第二导线300b和第二导线300b’可被配置为在执行写操作的同时将预定磁场施加到第一区域R1。可沿适合支持写操作的方向将磁场施加到第一区域R1。也就是说，第一导线300a和第一导线300a’以及第二导线300b和第二导线300b’可包括根据通过其中的电流来感应磁场来将信息记录在第一区域R1中。因此，第一导线300a和第一导线300a’以及第二导线300b和第二导线300b’是用于施加磁场以将信息记录在第一区域R1中的装置，并且可以被表示为用于信息记录的“第二单元”。更具体地，当通过第一导线300a和第一导线300a’以及第二导线300b和第二导线300b’将写电流施加到写单元200执行写操作以将信息记录在第一区域R1中时，写电流在第一导线300a和第一导线300a’以及第二导线300b和第二导线300b’中产生用于支持写操作的磁场。当然，通过写电流将旋转转移力矩从写单元200施加到第一区域R1。换句话说，在当前实施例中，写单元200的旋转转移力矩以及第一导线300a和第一导线300a’以及第二导线300b和第二导线300b’中产生的磁场用于执行写操作。因此，根据本发明的当前实施例，即使以小电流密度也能容易地执行写操作。当写电流密度减小时，能够减少消耗的功率并且能够增加写单元200的可靠性。当写电流密度与通常情况一样高时，可能降低写单元200的特性，当第一离层20a和第二离层20b是绝缘层时，第一离层20a和第二离层20b可能故障。
以下，将更加详细地描述使用根据本发明的实施例的信息存储装置的信息记录方法。
图4A和图4B是根据本发明的实施例的信息存储装置的横截面示图以示出写操作。在图4A和图4B中，示出根据本发明的实施例的信息存储装置的部分横截面配置，并且该横截面配置可以与图1至图3所示出的相同。
参照图4A，当将第一写电流从第一导线300a或第一导线300a’施加到第二导线300b或第二导线300b’，并且电子从第二导线300b或第二导线300b’移动到第一导线300a或第一导线300a’时，具有与第二钉扎层40b的磁化方向相同的磁化方向M1(以下称为第一方向)的电子E1从第二导线300b或第二导线300b’移动到第一区域R1。这些电子E1沿第一方向M1磁化第一区域R1。同时，在第一钉扎层40a，具有与第一钉扎层40a的磁化方向相同的磁化方向M2(以下称为第二方向)的电子通过第一钉扎层40a流到第一导线300a或第一导线300a’。然而，具有与第一钉扎层40a的磁化方向相反的磁化方向的电子E2不能通过第一钉扎层40a而流出，而是返回并且聚集在第一区域R1。这些电子E2沿第一方向M1磁化第一区域R1。这样，可通过将旋转转移力矩从第一钉扎层40a和第二钉扎层40b施加到第一区域R1来沿第一方向M1磁化第一区域R1。当在将第一写电流施加到第一区域R1之前沿第二方向M2磁化第一区域R1时，通过第一写电流，第一区域R1的磁化方向可被倒转为沿第一方向M1。
参照图4B，当将第二写电流从第二导线300b或第二导线300b’施加到第一导线300a或第一导线300a’，并且电子从第一导线300a或第一导线300a’移动到第二导线300b或第二导线300b’时，沿第二方向M2磁化的电子E3从第一导线300a或第一导线300a’移动到第一区域R1。这些电子E3沿第二方向M2磁化第一区域R1。同时，在第二钉扎层40b，沿第一方向M1的磁化的电子通过第二钉扎层40b流到第二导线300b或第二导线300b’。然而，沿第二方向M2的磁化的电子E4不能通过第二钉扎层40b而流出，而是返回并且聚集在第一区域R1。这些电子E4沿第二方向M2磁化第一区域R1。
当在将第二写电流施加到第一区域R1之前沿第一方向M1磁化第一区域R1时，通过第二写电流，第一区域R1的磁化方向可被倒转为沿第二方向M2。
在图4A和图4B之间的操作期间、在图4A的操作之前或者在图4B的操作之后，由于将预定电流施加到磁层100，因此可沿预定方向在磁层100内将磁畴和磁畴壁移动一位距离。当在磁层100内以位为单位移动磁畴和磁畴壁的同时，使用图4A或图4B的操作沿期望的方向磁化位于第一区域R1的磁畴，从而可以将预定信息记录到整个磁层100或者磁层100的一部分。
这样，由于沿不同方向磁化的第一钉扎层40a和第二钉扎层40b分别布置在根据当前实施例的信息存储装置中的磁层100的下表面和上表面，因此能够通过第一钉扎层40a和第二钉扎层40b两者感应的旋转转移力矩来记录信息。因此，与使用一个钉扎层时相比，可减小写电流密度并可快速地执行写操作。
另外，在根据本发明的实施例的信息存储装置中，如上所述，通过写电流(第一写电流和第二写电流)，在第一导线300a或第一导线300a’以及第二导线300b或第二导线300b’中产生支持写操作的磁场。因此，由于磁场，可以更多地减小写电流密度并且可更加快速地执行写操作。将参照图5A至图7B更加详细地进行描述。
图5A示出当写电流从图1中的第一导线300a施加到第二导线300b时的第一磁场F1和第二磁场F2，通过写电流从第一导线300a感应第一磁场F1，通过写电流从第二导线300b感应第二磁场F2。根据右手法则产生第一磁场F1和第二磁场F2。尽管没有在图5A中示出，但是还根据通过写单元200的写电流在写单元200周围产生磁场。还在图6A和图7A中产生这种磁场。
图5B示出基于每种成分的施加到图5A中的磁层100的磁场的强度。图5B示出的(X)、(Y)和(Z)分别示出组成磁场的X轴成分、Y轴成分和Z轴成分。这些成分与图6B和图7B中的相同。
参照图5B中的(X)，将大约-47Oe的X轴磁场施加到第一区域R1的第一点p1。这表示在X轴负方向将相对强的磁场施加到第一点p1。第一点p1是Y轴方向处于一端的中心的中心点。因为图5A中的第一导线300a和第二导线300b沿Y轴延伸，并且从第一导线300a和第二导线300b产生的第一磁场F1和第二磁场F2在第一点p1具有与X轴相反的方向。在图5B的(X)中，考虑到在第一点p1周围的颜色和亮度改变，基于第一点p1，在与X轴相反的方向，将磁场施加到第一区域R1的大部分。在如图4A中的写操作期间，X轴成分磁场支持第一区域R1的反磁化。也就是说，当图4A的第一区域R1的磁化方向从第二方向M2改变到第一方向M1(即，与第二方向M2相反的方向)时，X轴成分磁场可非常有利地作用于第一区域R1的反磁化。
参照图5B的(Y)，大约20Oe和-20Oe的Y轴磁场分别施加到位于第一区域R1的两侧的两点(以下称为第二点p2和第三点p3)。这是因为通过图5A的写单元200在Y轴方向将磁场施加到第二点p2，并且通过图5A的写单元200在Y轴方向的反方向将磁场施加到第三点p3。然而，Y轴成分磁场可以不施加在第一区域R1的大部分。因此，Y轴成分磁场可以不影响第一区域R1的反磁化。
参照图5B的(Z)，施加到磁层100的Z轴成分磁场是0Oe。这表示不存在沿Z轴方向或Z轴方向的反方向施加到磁层100的可用磁场。
图6A示出当写电流从图2中的第一导线300a’施加到第二导线300b时的第一磁场F1’和第二磁场F2，通过写电流从第一导线300a’感应的第一磁场F1’，通过写电流从第二导线300b感应的第二磁场F2。第一磁场F1’可以被分类为从第一部分1a感应的第一部分磁场F1a以及从第二部分2a感应的第二部分磁场F2aa+F2ab+F2ac+F2ad。第一部分磁场F1a可与图5A的第一磁场F1相等。
图6B示出基于每种成分的施加到图6A中的磁层100的磁场的强度。
图6B的(X)和(Y)分别与图5B中的(X)和(Y)相似。然而，参照图6B中的(Z)，与图5B中的(Z)不同，沿Z轴方向将大约6.6Oe的磁场施加到第一区域R1。这可由第二部分磁场F2aa+F2ab+F2ac+F2ad引起。在图4A所示的写操作期间，Z轴成分磁场支持第一区域R1的反磁化。更具体地，当图4A的第一区域R1的磁化方向从第二方向M2改变到第一方向M1(即，第二方向M2的反方向)时，有利地是将Z轴成分磁场施加到第一区域R1从而执行反磁化。也就是说，由于沿图4A的第一方向M1将Z轴成分磁场施加到第一区域R1，因此第一区域R1的磁化方向可以容易地改变到第一方向M1。
如图6A所示，由于X轴成分磁场和Z轴成分磁场支持第一区域R1的反磁化，因此与Z轴成分磁场不施加到第一区域R1的图5A所示的情况相比，第一区域R1的反磁化更加容易。
在图7A中，当将写电流从第一导线300a’施加到第二导线300b’时，通过写电流从第一导线300a’感应第一磁场(未示出)，通过写电流从第二导线300b’感应第二磁场F2’。第一磁场(未示出)可以与图6A的第一磁场F1’相同。第二磁场F2’可以被分类为从第一部分1b感应的第一部分磁场F1b以及从第二部分2b感应的第二部分磁场F2ba+F2bb+F2bc+F2bd。
图7B示出基于每种成分的施加到图7A中的磁层100的磁场的强度。
图7B的(X)和(Y)分别与图5B中的(X)和(Y)相似。同时，参照图7B的(Z)，沿Z轴方向将大约13Oe的磁场施加到第一区域R1。磁场的强度大约为图6B的Z轴成分磁场的强度的两倍。可通过从图7A的第一导线300a的第二部分2a产生的磁场(与图6中的F2aa+F2ab+F2ac+F2ad相同)以及通过从第二导线300b的第二部分2b产生的第二部分磁场F2ba+F2bb+F2bc+F2bd来引起Z轴成分磁场。由于图7B的Z轴成分磁场比图6B的Z轴成分磁场强，因此第一区域R1的反磁化可以比图7A中更加容易。
在图5A至图7B中，将写电流从第一导线300a和第一导线300a’施加到第二导线300b和第二导线300b’，并且沿Z轴方向磁化第一区域。然而，上述磁场的影响与将写电流从第二导线300b和第二导线300b’施加到第一导线300a和第一导线300a’，并且沿与Z轴方向相反的方向磁化第一区域R1时相似。也就是说，当将写电流从图5A、图6A和图7A的第二导线300b和第二导线300b’施加到第一导线300a或第一导线300a’时，可沿X轴将磁场施加到图5A、图6A和图7A的第一区域R1，并且可沿与Z轴方向相反的方向将磁场施加到图6A和图7A的第一区域R1。由于这些磁场，可以容易进行沿Z轴方向磁化第一区域R1的写操作。
另外，在图5A至图7B中，从第一导线300a、第一导线300a’、第二导线300b和第二导线300b’的全部产生支持写操作的磁场。然而，根据其它实施例，可改变第一导线300a、第一导线300a’、第二导线300b和第二导线300b’中的任意一个，从而不产生充分支持写操作的磁场。也就是说，本发明的优点是：不总是需要从第一导线300a、第一导线300a’、第二导线300b和第二导线300b’的全部产生的磁场。换句话说，本发明的优点是：可仅使用从第一导线300a、第一导线300a’、第二导线300b和第二导线300b’中的至少一个产生的磁场。
图1至图3的信息存储装置在磁层100的第一区域R1的下表面和上表面分别包括第一钉扎层40a和第二钉扎层40b。然而，在另一实施例中，可仅使用一个钉扎层，其示例在图8中示出。
图8是根据本发明的另一实施例的信息存储装置的透视图。
参照图8，以阻层30和电极层50的顺序依次布置第一区域R1上，第二导线300b布置在电极层50上。
当用于磁畴壁运动的电流流过磁层100时，阻层30是其电阻高于磁层100的电阻的层，并且阻层30可用作电屏障以防止电流泄漏到电极层50。然而，当写电流从第一导线300a施加到第二导线300b或者相反时，阻层30不能防止写电流流动。阻层30的属性和形成材料可以与参照图1描述的阻层的属性和形成材料相同。在某些情况下，第二导线300b可以直接布置在阻层30上而不需要电极层50。图8中的第一区域R1的下部结构可以与图1的第一区域R1的结构相同。也就是说，可以以第一离层20a、第一钉扎层40a和第一导线300a的顺序依次布置在第一区域R1的下表面。当第一离层20a是导电层时，可将另一阻层(未示出)布置在第一区域R1和第一离层20a之间。所述另一阻层(未示出)可以与阻层30相似。图8的第一导线300a和/或第二导线300b可以如图3的第一导线300a’和/或第二导线300b’一样变形。
图9是示出根据本发明的实施例的信息存储装置的磁层的反磁化特性与根据比较示例的信息存储装置的磁层的反磁化特性的曲线图。在图9中，第一曲线G1指示使用具有图1描述的结构的信息存储装置的第一区域R1的反磁化特性。第二曲线G2指示在如图1所示但是去除第一导线300a和第二导线300b的结构中当将写电流施加到第一钉扎层40a和第二钉扎层40b之间时第一区域R1的反磁化特性。也就是说，第二曲线G2的结果与当去除从图1中的第一导线300a和第二导线300b感应的磁场的影响时相应。在获得图9的结果中使用的磁层100的阻尼常数、磁各向异性能量密度、饱和磁化强度Ms和交换常数分别是大约0.1、106erg/cc、200emu/cc和106erg/cm。用于反磁化的写电流密度大约3.8×107A/cm2。
参照图9，第一曲线G1中的Z轴磁化Mz改变比第二曲线G2中的Z轴磁化Mz改变早5ns。这表示通过信息存储装置中的第一导线300a和第二导线300b感应的磁场，反磁化(即，信息记录)快速且容易执行。
图10是示出根据本发明的实施例的信息存储装置的单位存储区域的电路图。在图10中，指示XY坐标的方向指示符指示第一字线WL1和第二字线WL2以及第一位线BL1至第四位线BL4的方向，磁层100和第一单元200的方向如图1示出的方向指示符所指示。
参照图10，示出第一字线WL1和第二字线WL2沿预定方向(例如，X轴方向)延伸，并且还示出与第一字线WL1和第二字线WL2交叉的第一位线BL1至第四位线BL4。第一晶体管T1可以布置在第一字线WL1与第一位线BL1的交叉点，第二晶体管T2可以布置在第一字线WL1与第四位线BL4的交叉点。第一晶体管T1和第二晶体管T2的栅极连接到第一字线WL1。磁层100的一端和另一端分别连接到第一晶体管T1和第二晶体管T2，磁层100置于第一晶体管T1和第二晶体管T2之间。第一单元200可布置在磁层100的预定区域，例如，磁层100的中心部分(以下被称为第一区域R1)。磁层100和第一单元200的配置可以与图1至图3的磁层100和写单元200的配置相同。第一单元200的一端(例如，上表面)可以连接到第三位线BL3，第一单元200的另一端(例如，下表面)可以连接到布置在第二字线WL2和第二位线BL2的交叉点的第三晶体管T3。第三晶体管T3的栅极连接到第二字线WL2。将第一单元200的另一端连接到第三晶体管T3的导线W1与将第一单元200的一端连接到第三位线BL3的导线W2可包括与图1至图3中的第一导线300a和第一导线300a’以及第二导线300b和第二导线300b’相同的结构或者从图1至图3中的第一导线300a和第一导线300a’以及第二导线300b和第二导线300b’可以推导出的结构。
在图10中，由于第一晶体管T1至第三晶体管T3是切换装置，因此他们可以由具有其它结构的切换装置(例如，二极管)来替代。可以不包括第一晶体管T1和第二晶体管T2中的至少一个，并且第二晶体管T2的位置可以改变。例如，第三晶体管T3可以布置在第二字线WL2和第三位线BL3的交叉点，而不是第二字线WL2和第二位线BL2的交叉点。另外，可以由图8的写单元来替代图10的第一单元200的配置。
以下，参照图11至图13描述操作具有如图10所示的结构的信息存储装置的方法。
<写操作>
参照图11，在通过将预定电压V2施加到第二字线WL2来打开第三晶体管T3的栅极时，将预定正电压施加到第二字线WL2和第三位线BL3中的任意一个，并且将0电压施加到第二字线WL2和第三位线BL3中的另一个。然后，写电流可以以预定方向通过第一单元200流到第一区域R1。根据写电流的方向，第一区域R1的磁化方向可变化。另外，如上所述，通过写电流从连接到第一单元200的上导线和下导线中的任意一个产生的磁场可支持第一区域R1的磁化方向改变。
参照图12，在通过将预定电压V1施加到第一字线WL1来打开第一晶体管T1和第二晶体管T2的栅极时，将预定正脉冲电压施加到第一位线BL1和第四位线BL4中的任意一个，并且将0电压施加到一位线BL1和第四位线BL4中的另一个。然后，由于脉冲电压，脉冲电流可以流过磁层100，从而磁畴和磁畴壁可以以预定方向以位为单位来移动。
当交替且重复执行图11和图12的操作时，布置在第一单元200的一侧(例如，第一单元200的左侧)的磁畴D移动到第一单元200的另一侧(例如，第一单元200的右侧)，并且可将预定信息记录在磁畴D。
<读操作>
参照图13，当通过将预定电压V1和V2施加到第一字线WL1和第二字线WL2来打开第一晶体管T1至第三晶体管T3的栅极时，可在第一位线BL1和第二位线BL2之间施加预定读电流。读电流可流经第一单元200的一部分(例如，第一区域R1的下部分)和第一区域R1，并且第一区域R1的磁化方向显著影响读电流的强度。也就是说，根据第一区域R1的磁化方向，第一位线BL1和第二位线BL2之间的电阻可显著改变。因此，通过读电流的施加可读取记录的信息。相对于写电流的强度，读电流的强度小，从而第一区域R1的磁化状态不改变。除了在第一位线BL1和第二位线BL2之间施加预定读电流之外，还可以在第二位线BL2和第四位线BL4之间施加预定读电流，从而执行读操作。另外，当将第三晶体管T3布置在第二字线WL2和第三位线BL3的交叉点而不是第二字线WL2和第二位线BL2的交叉点时，可将读电流施加到第三位线BL3和第一位线BL1之间或者第三位线BL3和第四位线BL4之间，因此可再现信息。因此，根据当前实施例，将读电流施加到第一单元200两端中的任意一端与磁层100两端中的任意一端之间，因此可再现记录到第一区域R1的信息。因此，在本发明的当前实施例中，可使用第一单元200的至少某些部分作为用于再现信息的装置。因此，第一单元200可被表示为具有写功能和读功能两者的读/写单元。然而，第一单元200可仅用作写单元，读单元可以单独安装。在这种情况下，读单元可以是TMR传感器、GMR传感器或者其它类型的传感器。
可以交替且重复执行图13所示的信息读操作和图12所示的以位为单位移动磁畴和磁畴壁。因此，布置在第一单元200的一侧(例如，第一单元200的左侧)的磁畴D移动到第一单元200的另一侧(例如，第一单元200的右侧)，并且可再现记录到磁畴D的信息。
根据本发明的另一实施例的信息存储装置可包括图10示出的多个单元存储区域，对于这种情况的示例在图14和图16中示出。
图14是根据本发明的实施例的信息存储装置的布局示图。
参照图14，示出第一字线WL1至第四字线WL4以及与第一字线WL1至第四字线WL4交叉的第一位线BL1至第四位线BL4。
第一晶体管T1布置在第一字线WL1和第一位线BL1的交叉点附近，第二晶体管T2布置在第一字线WL1和第四位线BL4的交叉点附近。第一晶体管T1在第一字线WL1的两侧包括第一源极S1和第一漏极D1，第二晶体管T2在第一字线WL1的两侧包括第二源极S2和第二漏极D2。可在第一晶体管T1和第二晶体管T2之间设置其一端和另一端分别连接到第一晶体管T1和第二晶体管T2的磁层100。第一晶体管T1的第一源极S1和第一漏极D1分别连接到第一位线BL1和磁层100的一端，第二晶体管T2的第二源极S2和第二漏极D2分别连接到第四位线BL4和磁层100的另一端。第一单元200可布置在磁层100的预定区域，例如，磁层100的中心部分(以下被称为第一区域R1)。第二位线BL2可通过第一单元200。第三位线BL3可以按照与第二位线BL2分开预定间隔的方式来布置。第一单元200的上表面可以通过第二导线300bb电连接到第三位线BL3。将参照图5更加全面地描述第一单元200的上表面和第三位线BL3之间的连接以及第一单元200的下表面和第三源极S3之间的连接。第三晶体管T3布置在第二字线WL2和第二位线BL2的交叉点附近。第三晶体管T3在第二字线WL2的两侧分别包括第三源极S3和第三漏极D3。第三源极S3电连接到第一单元200的下表面，第三漏极D3电连接到第二位线BL2。在第一晶体管T1至第三晶体管T3中，第一源极S1至第三源极S3以及第一漏极D1至第三漏极D3的功能可以互换。
图14中的单元存储区域CB1的配置可与图10中示出的单元存储区域相应。在图14中，单元存储区域CB1重复地排列在Y轴方向。然而，可排列多个单元存储区域CB1以形成X轴方向和Y方向的多个列和行。
图15是沿图14的线I-I’的图14的信息存储装置的横截面示图。
参照图15，第一单元200的下表面通过第一导线300aa连接到第三源极S3，第一单元200的上表面通过第二导线300bb连接到第三位线BL3。第二导线300bb的配置与图1中的第二导线300b的配置相似。因此，可通过第二导线300bb中产生的磁场和第一单元200的旋转转移力矩来记录信息。在图15中，示出基底10，并且第三源极S3布置在基底10内，在图17中也是这种情况。
图16是根据本发明的另一实施例的信息存储装置的布局示图。在当前实施例中，信息存储装置从图14的信息存储装置变形得到。因此，将省略重复描述，并且将描述不同的部分。
参照图16，与图14所示相比，更多地向右移动第二位线BL2和第三位线BL3。也就是说，按照在第一单元200的一侧(例如，第一单元200的右侧)与第一单元200分开预定间隔的方式来布置第二位线BL2和第三位线BL3。第一单元200的上表面可通过第二导线300bb’电连接到第三位线BL3。参照图17更加全面地描述第一单元200、第三位线BL3和第三源极S3之间的连接。
图17是沿图16的线II-II’的图16的信息存储装置的横截面示图。
参照图17，第一单元200的下表面通过第一导线300aa’连接到第三源极S3，第一单元200的上表面通过第二导线300bb’连接到第三位线BL3。第一导线300aa’和第二导线300bb’的配置分别与图1中的第一导线300a和第二导线300b的配置相似。因此，可通过第一导线300aa’和第二导线300bb’中产生的磁场和第一单元200的旋转转移力矩来记录信息。
图14至图17中示出的第一单元200、第三位线BL3和第三源极S3之间的连接仅是一种示例。也就是说，第一导线300aa和第一导线300aa’以及第二导线300bb和第二导线300bb’的形式仅是一种示例。当改变装置的布局时，第一导线300aa和第一导线300aa’和/或第二导线300bb和第二导线300bb’可以与第一导线300a’和/或第二导线300b’相似，或者可以具有从第一导线300a’和/或第二导线300b’修改的结构。
尽管在上面的详细描述中已经描述了示例性实施例，但是应该理解，所述实施例可以是优选示例，而不是实施例范围限定。例如，改变图1-3、8、10和14-17示出的结构以及改变图11-13示出的操作的方法，对于本发明的普通技术人员明显的。另外，对于本发明的普通技术人员明显的是不仅可以将示例性实施例的思想应用于利用磁畴壁运动的信息存储装置，而且还可以将其应用于其它信息存储装置。因此，将通过权利要求限定的技术思想来确定示例性实施例的范围，而不是通过上面详细描述中描述的优选示例。

Claims (25)

1、一种信息存储装置，包括：
磁层，具有多个磁畴区以及置于磁畴区之间的磁畴壁；
第一单元，布置在第一区域以将信息记录在第一区域，所述第一区域是多个磁畴区中的一个；
第二单元，连接到第一单元以感应磁场，从而将信息记录在第一区域。
2.如权利要求1所述的装置，其中，通过第二单元将电流施加到第一单元，通过电流流过第二单元来产生磁场。
3.如权利要求1所述的装置，其中，第一单元通过使用旋转转移力矩来记录信息。
4.如权利要求3所述的装置，其中第一单元包括：
第一钉扎层，布置在第一区域的下表面和上表面中的一个上；
第一离层，置于第一钉扎层和第一区域之间。
5、如权利要求4所述的装置，其中第一单元还包括：
第二钉扎层，具有与第一钉扎层的磁化方向相反的磁化方向，第二钉扎层布置在第一区域的下表面和上表面中的另一个上；
第二离层，置于第二钉扎层和第一区域之间。
6、如权利要求4所述的装置，其中第一单元还包括：
第一电极层，布置在第一区域的下表面和上表面中的另一个上；
阻层，其电阻高于磁层的电阻，所述阻层置于电极层和第一区域之间。
7.如权利要求1所述的装置，其中，第二单元包括连接到第一单元的至少一个导线。
8、如权利要求7所述的装置，其中，第一单元包括下部单元和上部单元，分别布置在第一区域的下表面和上表面，下部单元和上部单元中的任意一个连接到第一导线，下部单元和上部单元中的另一个连接到第二导线，第一导线和第二导线中的至少一个包括在第二单元中。
9、如权利要求8所述的装置，其中，第一导线包括从第一单元延伸的第一部分，第一导线的第一部分布置在与磁层平行的第一平面上。
10、如权利要求9所述的装置，其中，第二导线包括从第一单元延伸的第一部分，第二导线的第一部分布置在与磁层平行的第二平面上。
11、如权利要求10所述的装置，其中，第一导线的第一部分和第二导线的第一部分以相同方向延伸。
12、如权利要求9所述的装置，其中，第一导线还包括从第一部分延伸且在第一平面上围绕第一单元的至少一部分的第二部分。
13、如权利要求11所述的装置，其中，第一导线还包括从第一导线的第一部分延伸且在第一平面上围绕第一单元的至少一部分的第二部分。
14、如权利要求13所述的装置，其中，第二导线还包括从第二导线的第一部分延伸且在第二平面上围绕第一单元的至少一部分的第二部分。
15、如权利要求14所述的装置，其中，第一导线的第二部分延伸的方向与第二导线的第二部分延伸的方向彼此相反。
16、如权利要求8所述的装置，还包括：
第一线，与磁层平行；
第二线和第三线，与第一线交叉；
切换装置，布置在第一线和第二线的交叉点；
其中，切换装置和第三线分别连接到第一导线和第二导线。
17、如权利要求16所述的装置，还包括分别连接到磁层的一端和另一端的第四线和第五线。
18、如权利要求17所述的装置，还包括另一切换装置，布置在磁层的一端和第四线之间以及磁层的另一端和第五线之间中的至少一个。
19、如权利要求18所述的装置，还包括连接到与第四线和第五线交叉的所述另一切换单元的第六线。
20、如权利要求1所述的装置，其中，第一单元还包括信息再现功能。
21、如权利要求1所述的装置，其中，第一单元布置在磁层的中心部分。
22、如权利要求1所述的装置，其中，磁层、第一单元、第一导线和第二导线包括在一个单元存储区域中，信息存储装置包括与所述单元存储区域等同的多个单元存储区域。
23、一种操作权利要求1所述的信息存储装置的方法，所述方法包括：
通过将写电流通过第二单元施加到第一单元将信息记录在第一区域中。
24、如权利要求23所述的方法，还包括：通过在磁层的一端和另一端之间施加电流以位为单位移动磁层中的磁畴和磁畴壁。
25、如权利要求23所述的方法，还包括：通过在磁层两端中的任意一端和第一单元两端中的任意一端之间施加读电流来再现记录在磁层中的信息。
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