CN102044255B - 磁阻器件、包括该磁阻器件的信息存储装置及其操作方法 - Google Patents

磁阻器件、包括该磁阻器件的信息存储装置及其操作方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种磁阻器件、包括该磁阻器件的信息存储装置及其操作方法。信息存储装置包括磁轨道和磁畴壁移动单元。磁轨道具有多个磁畴以及在每对相邻磁畴之间的磁畴壁。磁畴壁移动单元构造为移动至少磁畴壁。信息存储装置还包括磁阻器件，该磁阻器件构造为读取记录在磁轨道上的信息。磁阻器件包括钉扎层、自由层以及布置在其间的分隔层。钉扎层具有固定的磁化方向。自由层设置在钉扎层与磁轨道之间，并具有易磁化轴，该易磁化轴不平行于钉扎层的磁化方向。

Description

磁阻器件、包括该磁阻器件的信息存储装置及其操作方法
技术领域
实例实施方式涉及包括磁阻器件的信息存储装置及操作信息存储装置的方法。
背景技术
非易失性信息存储装置即使在电源被切断时也保持纪录的信息。常规非易失性信息存储装置的示例包括硬盘驱动器(HDD)、非易失性随机存取存储器(RAM)等。
通常，HDD是具有旋转的机械器件的存储器件，旋转的机械器件会磨损并可能失效，这种失效的可能性导致相对低的可靠性。
常规非易失性RAM的示例是闪存。尽管闪存器件并不使用旋转的机械器件，但是相对于HDD相比，闪存器件具有较低的读写速度、较短的寿命和较小的存储容量。此外，闪存器件具有相对高的制造成本。
另一类型的信息存储装置利用磁性材料的磁畴壁的移动。磁畴是在铁磁材料中磁矩沿一方向布置的微小磁性区域。磁畴壁是具有不同磁化方向的相邻磁畴之间的边界区域。磁畴和磁畴壁可以通过供应电流到磁轨道而移动。信息存储装置具有相对大的存储容量，但不使用旋转的机械器件，可以通过利用磁畴和磁畴壁的移动来实现。
发明内容
示例性实施例提供了磁阻器件及包括该磁阻器件的信息存储装置。
示例性实施例还提供了操作信息存储装置的方法。
额外的方案将在以下的描述中部分阐述，并部分将通过该描述变得明显，或者可以通过实践这里讨论的示例性实施例而习知。
至少一个示例性实施例提供了一种信息存储装置。根据至少此示例性实施例，信息存储装置包括：磁轨道和磁畴壁移动单元。磁轨道包括多个磁畴以及在每对相邻磁畴之间的磁畴壁。磁畴壁移动单元构造为移动至少磁畴壁。信息存储装置还包括磁阻器件，该磁阻器件构造为读取记录在磁轨道上的信息。磁阻器件包括：钉扎层，具有固定的磁化方向；自由层；以及分隔层。自由层设置在钉扎层与磁轨道之间并具有易磁化轴(magnetization easyaxis)，该易磁化轴不平行于钉扎层的磁化方向。分隔层布置在钉扎层与自由层之间。
根据至少一些示例性实施例，钉扎层可以具有面内磁各向异性，而自由层具有垂直磁各向异性。
当钉扎层和自由层具有面内磁各向异性时，钉扎层的固定磁化方向和自由层的易磁化轴可以彼此垂直或基本垂直。可选地，钉扎层的固定磁化方向和自由层的易磁化轴可以形成锐角或钝角。
当自由层具有面内磁各向异性时，自由层的易磁化轴可以根据形状各向异性来确定。在此情况下，自由层的短轴(minor axis)长度(x)与长轴(majoraxis)长度(y)之间的比例(x/y)可以满足1/10≤x/y＜1。
根据至少一些示例性实施例，自由层的易磁化轴可以垂直于磁轨道。可选地，自由层的易磁化轴可以平行于磁轨道。磁轨道可以具有面内磁各向异性。可选地，磁轨道可以具有垂直磁各向异性。
根据至少一些示例性实施例，信息存储装置还可以包括在磁轨道与自由层之间的绝缘层。
磁轨道与自由层之间的距离可以在约1nm至约1000nm之间。
信息存储装置还可以包括写单元，该写单元构造为将信息记录在磁轨道上。
至少一个其它的示例性实施例提供了一种磁阻器件，包括：钉扎层；自由层；以及分隔层。钉扎层具有固定的磁化方向，自由层具有垂直于钉扎层的磁化方向的易磁化轴。分隔层布置在钉扎层与自由层之间。钉扎层和自由层之一具有面内磁各向异性，而钉扎层和自由层中的另一个具有垂直磁各向异性。
根据至少某些示例性实施例，钉扎层可以具有面内磁各向异性，自由层可以具有垂直磁各向异性。
至少一个其它示例性实施例提供了用于信息存储装置的信息读取方法。该信息存储装置包括：磁轨道和磁畴壁移动单元。磁轨道具有多个磁畴以及在每对相邻的磁畴之间的磁畴壁。磁畴壁移动单元构造为移动至少磁畴壁。信息存储装置还包括磁阻器件，该磁阻器件构造为读取记录在磁轨道上的信息。根据至少此示例性实施例，该方法包括：移动磁轨道的磁畴壁；以及测量磁阻器件的电阻的变化，该变化是由于磁畴壁的杂散场引起的。
根据至少某些示例性实施例，磁阻器件可以包括：钉扎层，具有固定的磁化方向；自由层，设置在钉扎层与磁轨道之间；以及分隔层，在钉扎层与自由层之间。自由层可以具有易磁化轴，其不平行于钉扎层的固定的磁化方向。自由层的磁化方向会由于磁畴壁的杂散场而变化。
根据至少某些示例性实施例，钉扎层和自由层可以具有面内磁各向异性。在此情况下，钉扎层的固定磁化方向和自由层的易磁化轴可以彼此垂直。可选地，钉扎层的固定磁化方向和自由层的易磁化轴可以形成锐角或钝角。
钉扎层可以具有面内磁各向异性，而自由层可以具有垂直磁各向异性。
附图说明
从以下对附图的描述，示例性实施例将变得更加明显并易于理解，附图中：
图1是根据示例性实施例的包括磁阻器件的信息存储装置的透视图；
图2是示出在图1所示的信息存储装置中磁阻器件根据磁畴壁的移动的示例性电阻变化的曲线图；
图3和图4是示出在根据比较例的信息存储装置中磁阻器件根据磁畴壁的移动的电阻变化的示例的曲线图；
图5是示出在图1所示的信息存储装置中磁阻器件的根据自由层的长宽比(aspect ratio)的示例性电阻变化率(％)的曲线图；
图6是示出在图1所示的信息存储装置中磁阻器件的示例电阻变化率(％)的曲线图，其通过当自由层的Y轴长度固定时改变自由层的X轴长度而测得；
图7至图9是包括根据其它示例性实施例的磁阻器件的信息存储装置的透视图；
图10是示出在图9所示的信息存储装置中磁阻器件的示例电阻变化率(％)的曲线图，其通过当自由层的Y轴长度固定时改变自由层的X轴长度而测得；
图11A和图11B是用于描述操作根据示例性实施例的信息存储装置的方法的示意图；
图12是根据另一示例性实施例的信息存储装置的透视图；
图13是粗略地示出根据示例性实施例的存储卡500的示意图；以及
图14是粗略地示出根据示例性实施例的电子系统600的方框图。
具体实施方式
现在将参照附图更充分地描述各个示例性实施例，附图中示出了某些示例性实施例。
这里公开了具体说明的示例性实施例。然而，为了描述示例性实施例，这里公开的特定结构和功能细节只是代表性的。然而，示例性实施例的总的发明构思可以以许多可选的形式示例，而不应被解释为仅限于这里阐述的示例性实施例。
因此，尽管总的发明构思能够有各种修改和可选的形式，但是其实施例通过附图中的示例示出并将在这里详细描述。然而，应当理解，无意将示例性实施例限制为所公开的特定形式，而是相反地，示例性实施例覆盖所有的修改、等价物和替代。相同的附图标记在附图的描述中始终指代相同的元件。
应当理解，虽然这里可以使用术语第一、第二等来描述各种元件，但这些元件不应受限于这些术语。这些术语仅用于将一个元件与另一元件区别开。例如，第一元件可以称为第二元件，类似地，第二元件可以称为第一元件，而不背离示例性实施例的范围如此处所用的，术语“和/或”包括一个或多个所列相关项目的任何及所有组合。
当一元件或层被称为“形成于”另一元件或层“上”时，它可以直接或间接地形成在另一元件或层上。也就是，例如，可以存在插入的元件或层。相反，当称一元件或层被称为“直接形成在”另一元件“上”时，不存在插入的元件或层。用于描述元件或层之间关系的其他措辞应当以类似的方式解释(例如，“在...之间”与“直接在...之间”，“相邻”与“直接相邻”等)。
这里所用的术语仅仅是为了描述特定实施例，并非要限制本发明。如此处所用的，除非上下文另有明确表述，否则单数形式均同时旨在包括复数形式。还应当理解，当在这里使用术语“包括”和/或“包含”时，指定了所述特征、整体、步骤、操作、元件和/或组件的存在，但并不排除一个或多个其它特征、整体、步骤、操作、元件、组件和/或其组合的存在或增加。
在附图中，为了清晰，层和区域的厚度被夸大。附图中相同的附图标记表示相同的元件。
图1是根据示例性实施例的包括磁阻器件的信息存储装置的透视图。
参照图1，信息存储装置包括沿第一方向(例如，X轴方向)延伸的磁轨道100。磁轨道100包括沿磁轨道100的延伸方向布置在一行上的多个磁畴D1和D2。为了清晰起见，在图1中仅示出了第一磁畴D1和第二磁畴D2。尽管在图1中示出了两个磁畴，但是磁轨道100可以包括更多数量的磁畴。磁畴壁DW1存在于第一磁畴D1与第二磁畴D2之间。在此示例中，第一磁畴D1与第二磁畴D2在相反的方向上被磁化。
磁轨道100可以例如具有面内磁各向异性。在此情况下，第一磁畴D1在X轴方向磁化，第二磁畴D2在与X轴相反的方向上磁化。标记在第一磁畴D1和第二磁畴D2上的箭头表示它们的磁化方向。磁畴壁DW1可以是涡旋(vortex)型磁畴壁(在下文称为涡旋壁)，其具有在XY平面上以顺时针或逆时针方向旋转的磁化方向。可选地，磁畴壁DW1也可以是横向型磁畴壁(在下文称为横向壁)，其具有平行于Y轴的磁化方向。涡旋壁和横向壁具有不同类型的水平磁化方向。在某些情况下，磁畴壁DW1可以具有垂直磁化方向(例如，平行于Z轴的磁化方向)。
仍参照图1，信息存储装置包括磁畴壁移动单元(或电路)200，磁畴壁移动单元200构造为使磁畴壁DW1移动。磁畴壁移动单元200连接到磁轨道100的两端中的至少一个。
在一个示例中，磁畴壁移动单元200可以包括电流源和开关器件。在此示例中，电流源连接到磁轨道100，开关器件连接在电流源与磁轨道100之间。磁畴壁移动单元200可以供应电流到磁轨道100以使磁畴壁DW1在磁轨道100中移动。磁畴壁DW1的移动方向根据电流的方向而不同。电流的方向与电子的方向相反，因此，磁畴壁DW1在与电流的方向相反的方向上移动。磁畴壁DW1的移动还导致第一磁畴D1和第二磁畴D2的移动。因此，磁畴壁移动单元200构造为使磁畴壁DW1以及第一磁畴D1和第二磁畴D2移动。磁畴壁移动单元200不限于以上描述，而是可以被不同地修改。
仍参照图1，磁阻器件300与磁轨道100分离，并可以设置在磁轨道100之上或之下。磁轨道100与磁阻器件300之间的距离可以例如在约1nm至约1000nm之间(包括两个端点值)。绝缘层(未示出)可以形成在磁轨道100与磁阻器件300之间。尽管图1中的磁阻器件300具有圆柱形状，但是磁阻器件300可以具有其它的形状(例如，方柱形状)。
磁阻器件300可以用作再现记录在磁轨道100上的信息的读单元。
如图1所示，磁阻器件300包括布置在钉扎层10与自由层20之间的分隔层15。钉扎层10具有固定的磁化方向，而自由层20具有可变的磁化方向。在图1所示的示例性实施例中，自由层20设置得相对于钉扎层10更邻近磁轨道100。例如，自由层20设置在钉扎层10与磁轨道100之间。
钉扎层10和自由层20的每个均可以由包含钴(Co)、镍(Ni)和铁(Fe)至少之一的铁磁材料形成，用于形成钉扎层10和自由层20的材料可以相同或不同。分隔层15可以是绝缘层(例如，氧化镁层等)或导电层。
钉扎层10的磁化方向和自由层20的易磁化轴可以彼此不平行或反平行(anti-parallel)。例如，钉扎层10的磁化方向和自由层20的易磁化轴可以彼此垂直。可选地，钉扎层10的磁化方向和自由层20的易磁化轴可以形成锐角(0°＜θ1＜90°)或钝角(90°＜θ2＜180°)乱如果钉扎层10的磁化方向和自由层20的易磁化轴彼此垂直，如图1所示，则钉扎层10可以具有平行于X轴的磁化方向，自由层20可以具有平行于Y轴的易磁化轴。
易磁化轴表示磁化更容易发生的轴方向。当外磁场不影响自由层20时，自由层20的磁化方向可以平行于易磁化轴。自由层20的磁化方向可以根据磁轨道100的磁畴壁DW1的杂散场(stray field)而变化。例如，如果磁畴壁DW1移动，则杂散场可以施加到自由层20，自由层20的磁化方向可以相应地改变。如果自由层20的磁化方向改变，则磁阻器件300的电阻会相应地改变。
记录在磁轨道100上的信息可以通过检测磁阻器件300的电阻的变化而读取。后面将给出对其更详细的描述。
尽管在图1中未示出，但是用于固定钉扎层10的磁化方向的至少一个层可以形成在钉扎层10的下表面上。用于固定钉扎层10的磁化方向的至少一个层可以是单一反铁磁层或包括导电层、铁磁层和反铁磁层的多层结构。如果使用多层结构，则导电层、铁磁层和反铁磁层可以顺次地形成在钉扎层10的下表面上。在此情况下，铁磁层可以用作第二钉扎层，该第二钉扎层的磁化方向与钉扎层10的磁化方向相反。反铁磁层可以固定铁磁层的磁化方向，钉扎层10的磁化方向可以固定为与铁磁层的磁化方向相反。同样地，钉扎层10的磁化方向可以固定在一个方向上。用于固定钉扎层10的磁化方向的方法不限于以上描述。
仍参照图1，自由层20的易磁化轴可以根据形状各向异性来确定。例如，自由层20的易磁化轴的方向可以根据自由层20的形状来确定。为了使自由层20的易磁化轴平行于如图1所示的Y轴，自由层20可以在Y轴方向上延伸。例如，如果自由层20的Y轴长度比X轴长度长，那么自由层20可以具有平行于Y轴的易磁化轴。在此情况下，自由层20的短轴长度(x)与长轴长度(y)之间的比例(x/y)可以大于或等于约1/10，但小于约1(例如，1/10≤x/y＜1)。然而，自由层20的易磁化轴不一定根据形状各向异性来确定。而是，自由层20的易磁化轴还可以根据感生各向异性来确定。可选地，自由层20的易磁化轴会受形状各向异性和感生各向异性两者影响。因此，自由层20的短轴长度(x)与长轴长度(y)之间的比例(x/y)不限于上述数值范围。
在图1所示的信息存储装置中，根据自由层20的磁化方向变化，磁阻器件300的电阻变化量可以相对大，因为钉扎层10的磁化方向和自由层20的易磁化轴彼此不平行(例如，垂直)。因而，读信号的大小增大。现在将参照图2提供其更详细的描述。
图2是示出在图1所示的信息存储装置中随磁畴壁DW1的移动磁阻器件的示例性电阻变化的曲线图。将结合图1来描述图2。
更具体地，图2示出了通过使磁畴壁DW1从磁阻器件300的左侧移动到右侧而获得的结果。该结果与通过将磁阻器件300从第二磁畴D2移动到第一磁畴D1而测得的结果基本相同，然而，磁阻器件300是固定的并且磁畴壁DW1以及第一磁畴D1和第二磁畴D2在磁轨道100中移动。在图2所示的示例中，自由层20的X轴长度和Y轴长度分别为约200nm和约400nm。磁轨道100与自由层20之间的距离为约500nm，磁畴壁DW1是涡旋壁。
参照图2，随着时间流逝(例如，当磁畴壁DW1靠近磁阻器件300然后远离磁阻器件300时)，磁阻器件300的电阻变化量相对大。磁阻器件300的电阻从第一中间值增大到第一点(例如，相对最大值)P1，减小到第二点(例如，相对最小值)P2，然后再增大到第二中间值(其稍微小于第一中间值)。第一点P1与第二点P2之间的中间点是指当磁畴壁DW1最邻近磁阻器件300时的点。自由层20在第一点P1处的磁化方向从Y轴方向沿逆时针方向旋转到特定角度。钉扎层10的磁化方向固定在X轴方向上。圆圈中的实线箭头表示钉扎层10的磁化方向，而圆圈中的虚线箭头表示自由层20的磁化方向。如图2所示，钉扎层10和自由层20的磁化方向形成一定程度的反平行态。该状态称作半反平行态。
仍参照图2，自由层20在第二点P2处的磁化方向从Y轴方向沿顺时针方向旋转到特定角度。因此，钉扎层10和自由层20的磁化方向形成一定程度的平行态。该状态称作半平行态。
在图2所示的示例中，磁阻器件300的电阻变化量相对较大，因为钉扎层10和自由层20的磁化方向在半反平行态与半平行态之间改变。即使钉扎层10的磁化方向和自由层20的易磁化轴彼此不垂直，但形成锐角或钝角，那么随着自由层20的磁化方向改变，钉扎层10和自由层20的磁化方向可以在反平行态(或半反平行态)与平行态(或半平行态)之间变化。因此，即使在此情况下，磁阻器件300的电阻变化量相对大。然而，如果钉扎层10的磁化方向和自由层20的易磁化轴彼此平行，则自由层20的磁化方向改变并保持相对于钉扎层10的磁化方向的半平行态(或半反平行态)。因此，磁阻器件300的电阻变化量可以相对小。
图3和图4是示出在根据比较例的信息存储装置中磁阻器件的电阻随磁畴壁的移动而变化的示例性曲线图。
图3示出了在一信息存储装置中获得的结果，该信息存储装置具有图1所述的结构并且其中钉扎层的磁化方向和自由层的易磁化轴的方向都是Y轴方向。在此示例中，自由层的X轴长度和Y轴长度分别为约200nm和约400nm。磁轨道与自由层之间的距离为约500nm，磁畴壁是涡旋壁。除了钉扎层的磁化方向是Y轴方向之外，用于获得图3的结果的信息存储装置与用于获得图2的结果的信息存储装置相同。
图4示出了一信息存储装置中获得的结果，其中该信息存储装置具有图1所示的结构并且钉扎层的磁化方向和自由层的易磁化轴的方向都是X轴方向。在此示例中，自由层的X轴长度和Y轴长度分别为约400nm和约200nm。磁轨道与自由层之间的距离为约500nm，磁畴壁是涡旋壁。
参照图3，随磁畴壁的移动，磁阻器件的电阻变化相对较小。更具体地，钉扎层和自由层的磁化方向在对应于图2的第一点P1的P1’点处形成第一半平行态，并在对应于图2的第二点P2的点P2’处形成第二半平行态。如此，点P1’和P2’都形成半平行态，因此磁阻器件在点P1’和P2’处的电阻可以彼此类似或基本类似。
同时，在图4中，根据磁畴壁的移动，磁阻器件的电阻变化相对很少地发生。
图2至图4的结果表明，磁阻器件的电阻变化量在钉扎层的磁化方向不平行于自由层的易磁化轴(图2)时比在钉扎层的磁化方向平行于自由层的易磁化轴(图3和图4)时大。磁阻器件的相对大的电阻变化量表明读取信号的大小相对较大。
图5是示出根据在图1所示的信息存储装置中自由层20的长宽比，磁阻器件300示例性电阻变化率(％)的曲线图。
在图5中，当自由层20的X轴长度和Y轴长度之间的比例(x∶y)(例如，自由层20的长宽比)为约1∶2和约3∶4时，通过增大X轴长度来测量磁阻器件300的电阻变化率(％)。在此示例中，电阻变化率(％)为[(R1-R2)/R2]×100，其中R1表示相对最大电阻(例如，对应于图2的第一点P1的电阻值)，R2表示相对最小电阻(例如，对应于图2的第二点P2的电阻值)。图5的结果是在自由层20的易磁化轴根据形状各向异性确定时获得的。
参照图5，当自由层20的X轴长度和Y轴长度之间的比例(x∶y)为3∶4时，电阻变化率(％)大于当比例(x∶y)为1∶2时的电阻变化率。因此，电阻变化率(％)可以当自由层20的X轴长度和Y轴长度之间的比例(x∶y)更靠近1∶1时增大。在两种情况下，电阻变化率(％)随着自由层20的X轴长度的增大而增大。
图6是在图1所示的信息存储装置中磁阻器件300的示例性电阻变化率(％)的曲线图，其通过在固定自由层20的Y轴长度时改变自由层20的X轴长度而测得。图6示出了通过将自由层20的Y轴长度固定在约400nm和约600nm并通过将自由层20的X轴长度从约100nm每次增大约50nm而获得的结果。
参照图6，当自由层20的Y轴长度为约400nm时，电阻变化率(％)随着自由层20的X轴长度增大到约350nm而增大。尽管自由层20的X轴长度增大到约350nm，但是自由层20的易磁化轴由于形状各向异性而保持在Y轴方向上。在此情况下，电阻变化率(％)随着自由层20的X轴长度增大而增大。同时，当自由层20的Y轴长度为约600nm时，电阻变化率(％)随着自由层20的X轴长度增大到约450nm而增大，但在自由层20的X轴长度超过约500nm时而减小。当自由层20的Y轴长度为约600nm时，自由层20的易磁化轴由于形状各向异性而保持在Y轴方向上直到自由层20的X轴长度达到约500nm。如此，如果自由层20的易磁化轴保持在Y轴方向上，则电阻变化率(％)可以随着自由层20的X轴长度增大而增大。然而，当自由层20的X轴长度增大到约500nm以上时，将自由层20的易磁化轴保持在Y轴方向上变得更加困难。因此，电阻变化率(％)减小。图6的结果是在自由层20的易磁化轴根据形状各向异性来确定时获得的。
如果自由层20的易磁化轴受到感生各向异性影响，则以上结果会不同。例如，尽管自由层20的X轴长度大于自由层20的Y轴长度，但是电阻变化率(％)可不减小，而是可以保持在相对高的水平。
在图1所示的信息存储装置中，钉扎层10具有平行于磁轨道100的磁化方向，自由层20具有垂直于磁轨道100的易磁化轴。然而，根据至少一个其它示例性实施例，钉扎层10的磁化方向和自由层20的易磁化轴的方向可以如图7所示地彼此互换。
参照图7，磁阻器件300’包括钉扎层10’和自由层20’，钉扎层10’和自由层20’通过形成在其间的分隔层15’而彼此分隔。在此示例中，钉扎层10’具有平行于Y轴的磁化方向，自由层20’具有平行于X轴的易磁化轴。也就是，例如，钉扎层10’的磁化方向垂直于磁轨道100的延伸方向，而自由层20’的易磁化轴平行于磁轨道100的延伸方向。如果自由层20’的易磁化轴根据形状各向异性来确定，那么自由层20’的X轴长度比Y轴长度长。此外，在图7所示的信息存储装置中，根据自由层20的磁化方向变化，磁阻器件300’的电阻变化量可以相对较大，原因在于钉扎层10’的磁化方向和自由层20’的易磁化轴是彼此反平行(例如，垂直)的。
根据至少一个其它示例性实施例，钉扎层10’的磁化方向和自由层20’的易磁化轴可以彼此不垂直，而是可以形成锐角或钝角。
图1和图7所示的信息存储装置是在假设钉扎层10和10’以及自由层20和20’具有面内磁各向异性来描述的。然而，根据至少一个其它示例性实施例，如图8所示，钉扎层10和10’以及自由层20和20’之一可以具有面内磁各向异性，而钉扎层10和10’以及自由层20和20’中的另一个可以具有垂直磁各向异性。
参照图8，磁阻器件300”包括钉扎层10”和自由层20”，钉扎层10”和自由层20”通过形成在其间的分隔层15”而彼此分隔。在此示例中，钉扎层10”具有面内磁各向异性，而自由层20”具有垂直磁各向异性。像图1所示的钉扎层10一样，钉扎层10”具有平行于X轴的磁化方向。自由层20”具有平行于Z轴的易磁化轴。因此，钉扎层10”的磁化方向和自由层20”的易磁化轴彼此垂直。如果自由层20”具有如上所述的平行于Z轴的易磁化轴，则自由层20”的易磁化轴可以根据晶体各向异性来确定。
图1、图7和图8所示的信息存储装置是假设磁轨道100具有面内磁各向异性来描述的。然而，具有垂直磁各向异性的磁轨道也可以用在图9所示的信息存储装置中。图9所示的信息存储装置是从图1所示的信息存储装置修改而来。
参照图9，磁轨道100’具有垂直磁各向异性。在此情况下，第一磁畴D’和第二磁畴D2’分别在Z轴方向和与Z轴相反的方向磁化。磁畴壁DW1’可以具有布洛赫壁(bloch wall)或奈耳畴壁(neel wall)。布洛赫壁可以具有平行于Y轴的磁化方向，而奈耳畴壁可以具有平行于X轴的磁化方向。除了磁轨道100’之外，图9所示的全部元件可以与图1所示的那些元件相同或基本相同。
具有垂直磁各向异性的磁轨道100’也可以使用在图7和图8所示的信息存储装置中。
图10是示出在图9所示的信息存储装置中磁阻器件300的示例性电阻变化率(％)的曲线图，其通过在固定自由层20的Y轴长度时改变自由层20的X轴长度而测得。图10示出通过将自由层20的Y轴长度固定在约200nm、约300nm和约400nm并将自由层20的X轴长度从约100nm每次增大约50nm而获得的结果。图10的结果是在自由层20的易磁化轴根据形状各向异性来确定时获得的。
参照图10，当自由层20的Y轴长度为约200nm时，电阻变化率(％)随着自由层20的X轴长度增大到约200nm而增大，但在自由层20的X轴长度超过约200nm时减小。当自由层20的Y轴长度为约300nm时，电阻变化率(％)随着自由层20的X轴长度增大到约300nm而增大，但在自由层20的X轴长度超过约300nm时减小。当自由层20的Y轴长度为约400nm时，电阻变化率(％)随着自由层20的X轴长度增大到约300nm而增大，但在自由层20的X轴长度超过约300nm时减小。图10的结果类似或基本类似于图6的结果。因此，尽管使用具有垂直磁各向异性的磁轨道100’，但是如果自由层20的易磁化轴由于形状各向异性而保持在Y轴方向上，则电阻变化率(％)随着自由层20的X轴长度的增大而增大。图10的结果是在自由层20的易磁化轴根据形状各向异性确定时而获得的。如果自由层20的易磁化轴受感生各向异性影响，则以上结果会不同。
现在将描述根据示例性实施例的信息存储装置的信息读取方法。信息读取方法利用了磁阻器件的电阻变化，其由于磁畴壁的杂散场而产生。
图11A和图11B是用于描述根据示例性实施例操作图1所示的信息存储装置的方法的示意图。
图11A是用于描述利用磁轨道100a的信息读取方法的示意图，其中第一磁畴D1和第二磁畴D2分别设置在磁畴壁DW1的左侧和右侧。在此示例中，在X轴方向磁化的第一磁畴D1对应于数据“0”，而在与X轴相反的方向上磁化的第二磁畴D2对应于数据“1”。然而，此数据对应可以变化。
磁阻器件300的电阻变化(其由于磁畴壁DW1的杂散场而发生)通过将磁畴壁DW1以及第一磁畴D1和第二磁畴D2向右移动而测得。该电阻变化可以与通过将磁阻器件300从第二磁畴D2(数据“1”)经由磁畴壁DW1移动到第一磁畴D1(数据“0”)而测得的磁阻变化相同或基本相同。因此，图11A所示的信息读取方法是读取数据“10”的方法。在此示例中，磁阻器件300的电阻变化并依次获得相对最大值和相对最小值。例如，磁阻器件300的电阻增大然后减小。图11A的结果类似或基本类似于图2的结果。
图11B是用于描述利用磁轨道100b的信息读取方法的示意图，其中第二磁畴D2和第一磁畴D1分别设置在磁畴壁DW1的左侧和右侧。在此示例中，第二磁畴D2对应于数据“1”，而第一磁畴D1对应于数据“0”。然而，此数据对应可以变化。
磁阻器件300的电阻变化(其由于磁畴壁DW1的杂散场而发生)通过将磁畴壁DW1以及第一磁畴D1和第二磁畴D2向右移动而测得。该电阻变化可以与通过将磁阻器件300从第一磁畴D1(数据“0”)经由磁畴壁DW1移动到第二磁畴D2(数据“1”)而测得的磁阻变化相同或基本相同。因此，图11B所示的信息读取方法是读取数据“01”的方法。在此情况下，磁阻器件300的电阻变化并依次获得相对最小值和相对最大值。例如，磁阻器件300的电阻减小以及然后增大。图11B的结果与图11A的结果相反。
在此示例中，磁阻器件300的电阻变化在如图11A所示读取数据“10”时与如图11B所示读取数据“01”时的电阻变化相反。因此，无论数据“1”后跟着数据“0”还是数据“0”后跟着数据“1”均可以根据磁阻器件300的电阻变化的图案来确定。如果电阻如图11A所示地变化，则确定数据“10”被读取，而如果电阻如图11B所示地变化，则确定数据“01”被读取。
如果数据“0”或数据“1”重复，则磁阻器件300的电阻在重复周期不会改变。因此，如果磁阻器件300的电阻在一时间段不改变，则确定数据“0”或数据“1”在此时间段重复。例如，如果电阻如图11A所示地变化然后在一段时间不改变，则确定数据“0”在该时间段重复。类似地，如果电阻如图11B所示地变化以及然后在一段时间不改变，则确定数据“1”在该时间段重复。同样地，可以读取记录在磁轨道上的信息。
在图11A和图11B所示的信息读取方法中，磁轨道100a和100b以及磁阻器件300的结构可以不同地修改。
尽管以上描述是通过假设磁轨道包括两个磁畴和一个磁畴壁而进行的，但是磁轨道可以具有三个或更多的磁畴以及两个或更多的磁畴壁。在此情况下，磁畴壁布置在每对相邻的磁畴之间。此外，信息存储装置还可以包括用于将信息写在磁轨道上的写单元。
图12是根据另一示例性实施例的信息存储装置的透视图。
参照图12，根据至少此示例性实施例的信息存储装置包括在第一方向(例如，X轴方向)上延伸的磁轨道1000。磁轨道1000包括多个磁畴D，该多个磁畴D沿磁轨道1000的延伸方向依次布置在一行上。磁畴壁DW存在于每对相邻的磁畴D之间。在此示例中，磁轨道1000具有面内磁各向异性或垂直磁各向异性。磁轨道1000可以用作用于将信息存储在每个磁畴D中的信息存储元件。磁轨道1000的结构不限于以上描述，可以不同地修改。
根据至少图12所示的示例性实施例的信息存储装置还包括连接到磁轨道1000的磁畴壁移动单元2000。磁畴壁移动单元2000可以与图1所示的磁畴壁移动单元200相同或基本相同，因此这里将不再重复对其的详细描述。
根据至少图12所示的示例性实施例的信息存储装置还包括设置在磁轨道1000的区域上的读单元3000和写单元4000。读单元3000和写单元4000可以如图12所示地设置在磁轨道1000上或者可以设置在磁轨道1000下面。在某些情况下，读单元3000和写单元4000之一可以设置在磁轨道1000之下，而读单元3000和写单元4000中的另一个可以设置在磁轨道1000之上。尽管在图12中未示出，但是绝缘层可以形成在读单元3000与磁轨道1000之间。电阻率比磁轨道1000高的绝缘层或导电层可以形成在写单元4000与磁轨道1000之间。
读单元3000可以具有图1、图7、图8和图9所示的磁阻器件300、300’、300”之一的结构。写单元4000可以是利用自旋转移矩的记录器件。在此情况下，写单元4000可以具有隧穿磁阻(TMR)器件或巨磁阻(GMR)器件的结构。可选地，写单元4000可以是利用外磁场进行写操作的器件。在此情况下，写单元4000可以与此轨道1000分离。
写单元4000的写入机理、结构和位置不限于以上描述，而是可以不同地修改。例如，写单元4000可以设置在磁轨道1000的侧表面处，而不是在磁轨道1000之上、上方、之下或下方。
当磁畴壁移动单元2000通过提供电流到磁轨道1000而移动磁畴D和磁畴壁DW时，读单元3000或写单元4000可以读取或写入信息。
图13是示出根据示例性实施例的存储卡500的示意图。参照图13，控制器510和存储器520可以交换电信号。例如，根据控制器510的指令，存储器520和控制器510可以交换数据。因而，存储卡500可以将数据存储在存储器520中或者从存储器520输出数据。存储器520可以包括以上参照图1、7、8、9和/或12描述的非易失性存储器件之一。
这样的存储卡500可以用作各种便携式电子器件的存储介质。例如，存储卡500可以是多媒体卡(MMC)或安全数字(SD)卡。
图14是粗略地示出根据示例性实施例的电子系统600的方框图。参照图14，处理器610、输入/输出器件630和存储器620可以利用总线640而在彼此间进行数据通讯。处理器610可以执行程序并控制电子系统600。输入/输出器件630可以用于将数据输入到电子系统600或将数据从电子系统600输出。电子系统600可以利用输入/输出器件630连接到外部器件(例如，个人计算机或网络)，并可以与外部器件交换数据。
存储器620可以存储用于处理器610的操作的代码或程序。例如，存储器620可以包括以上参照图1、7、8、9和/或12描述的非易失性存储器件之一。
例如，这样的电子系统600可以具体化为需要存储器620的各种电子控制系统，例如可以用于移动电话、MP3播放器、导航装置、固态盘(SSD)或家用电器中。
应当理解，这里描述的示例性实施例应当以描述性的含义理解，而不是为了限制的目的。例如，本领域技术人员应当理解，根据示例性实施例的磁阻器件不仅可以使用在如图1、7、8、9和/或12所示的利用磁畴壁的移动的信息存储装置(存储器)中，而且还可以使用在其它的装置中。此外，本领域技术人员还应当理解，图1、7、8、9和/或12中的结构是为示例的目的而描述，可以不同地修改。在每个示例性实施例内的特征或方案的描述应当通常认为可用于其它示例性实施例的其它类似特征或方案。

Claims (9)

1.一种信息存储装置，包括：
磁轨道，具有多个磁畴以及在每对相邻磁畴之间的磁畴壁；
磁畴壁移动单元，构造为移动至少所述磁畴壁；以及
磁阻器件，构造为读取记录在所述磁轨道上的信息，所述磁阻器件包括：
钉扎层，具有固定的磁化方向；
自由层，设置在所述钉扎层与所述磁轨道之间并具有易磁化轴，该易磁化轴不平行于所述钉扎层的固定的磁化方向；以及
分隔层，在所述钉扎层与所述自由层之间，
其中所述钉扎层具有面内磁各向异性，所述自由层具有垂直磁各向异性。
2.如权利要求1所述的信息存储装置，其中所述自由层的易磁化轴垂直于所述磁轨道。
3.如权利要求1所述的信息存储装置，其中所述磁轨道具有面内磁各向异性。
4.如权利要求1所述的信息存储装置，其中所述磁轨道具有垂直磁各向异性。
5.如权利要求1所述的信息存储装置，还包括：
绝缘层，在所述磁轨道与所述自由层之间。
6.如权利要求1所述的信息存储装置，其中所述磁轨道与所述自由层之间的距离在1nm至1000nm之间的范围，其中该范围包括1nm和1000nm。
7.如权利要求1所述的信息存储装置，还包括：
写单元，构造为将信息记录在所述磁轨道上。
8.一种磁阻器件，包括：
钉扎层，具有固定的磁化方向；
自由层，具有不平行于所述钉扎层的固定的磁化方向的易磁化轴；以及
分隔层，在所述钉扎层与所述自由层之间；其中
所述钉扎层具有面内磁各向异性，所述自由层具有垂直磁各向异性。
9.一种用于权利要求1的信息存储装置的信息读取方法，该信息存储装置包括所述磁轨道、所述磁畴壁移动单元和所述磁阻器件，所述方法包括：
移动所述磁轨道的所述磁畴壁；以及
测量所述磁阻器件的电阻的变化，所述电阻的变化是由于所述磁畴壁的杂散场引起的。
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