CN103392245B - 可写入的磁性元件 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种可写入的磁性元件，其包括具有磁性写入层的层叠体，所述元件的特征在于，所述层叠体包括由至少一种磁性材料制成的中间层（13、53、90），所述至少一种磁性材料呈现出垂直于中间层的平面的磁化方向，形成所述磁性写入层的所述中间层夹在由非磁性材料制成的第一外层（12、52、91）和由非磁性材料制成的第二外层（14、54、92）之间，第一外层（12、52、91）包括第一非磁性材料，并且第二外层（14、54、92）包括与第一非磁性材料不同的第二非磁性材料，至少第二非磁性材料为导电的，以及所述元件一方面包括用于使写入电流仅通过第二外层和中间层、仅当第一外层导电时才能通过第一外层的装置，所述写入电流在平行于中间层的平面的电流方向上流动，以及所述元件另一方面包括用于在所述写入电流存在下沿着垂直于中间层（13、53、90）的平面的磁场方向施加写入磁场的装置，通过对施加的写入磁场的方向作用沿着一个方向或另一方面写入存储器。

Description

可写入的磁性元件
技术领域
本发明提供了电流引发的反转类型的可写入的磁性元件。
背景技术
通常通过施加磁场使层或小型磁性元件的磁化反转。根据是期望使磁化朝一个方向转向还是朝另一个方向转向来改变磁场的方向。在磁道上或者电脑硬盘上进行写入基于该原则：用于反转的元件物理上置于磁场发生器的附近以便三维地定位磁场。按照定义，磁场的结构本身未在三维上定位，这对于将磁场集成在装置中而言造成了许多困难。因此，当机械作用不可行或不期望有机械作用时，例如，就被称为磁性随机存取存储器（MRAM）的固体磁性存储器或者逻辑器件而言，需要充分地集中磁场以使其仅作用于目标单元，而不影响该目标单元的相邻件。当各种存储器或逻辑单元被定位成非常靠近于彼此以便增大其密度时，该问题变得越来越严重。
通过自旋极化电流控制磁化的可行性最初在1996年进行了理论性的论证，这对该问题提供了第一个解决方案。为了控制存储点的磁化，被称为自旋转移力矩（STT）的该物理原理需要存在至少两个通过非磁性金属（用于自旋阀类型的结构）或者通过绝缘体（用于磁性隧道结类型的结构）隔开的磁层，这两个层具有不共线的磁化。详细的物理解释根据涉及自旋阀结构还是磁隧道结结构而不同，但是概括来说，电流在穿过第一磁层时变为自旋极化并且随后通过电流极化的非共线分量来对第二层的磁化施加力矩。当电流密度足够高时，既可以在自旋阀中又可以在磁性隧道结中使第二磁层的磁化反转。
例如，如在2006年3月7日公开的第7009877号美国专利和在2009年5月21日公开的第2009/129143号美国专利申请中所描述的，写入电流必须垂直于层的平面通过结。
通过电流局部控制亚微米尺寸的磁性元件的磁化的能力立即显示了针对应用的可行性。目前，工业行动者正在寻求将该原理结合到用于MRAM存储器单元和逻辑元件的新型架构中。
目前，这样的结合遇到呈现为相互关联的多种困难。
通过STT进行反转需要在存储点处存在至少两个通过非磁性隔件分开的磁层。如上文所述，通过将高密度的电流注入垂直于磁层的平面的整个层叠体来进行写入。通过层叠体的磁阻来进行读取：对于自旋阀而言为巨磁电阻（GMR），对于磁隧道结而言为隧道磁阻（TMR）。目前，所有或几乎所有的应用基于使用磁隧道结。因此，尽管GMR信号仅仅是几个百分点，然而来自基于MgO的结的TMR信号通常大于100%。然而，隧道结的缺点为电阻与面积的乘积（RA）显示为大值。因此，对于STT反转所需的典型电流密度107安培/每平方厘米（A/cm2），RA为100欧姆-平方微米（Ω.μm2）时，结的边缘处的电压为10伏特（V），RA为10Ω.μm2时，该电压为1V，RA为1Ω.μm2时，该电压为0.1V。除了最小的值以外，在结中损耗的功率较大，这在能耗方面和损害所述结方面都是有害的。此外，对读取有用的TMR的高值通常通过具有高RA值的层叠体来获得。这就是为何本研究寻求获得具有高TMR值和小RA值的隧道结的原因。此外，甚至对于在结的边缘处具有相对较小的电压值，由于电压循环，故在操作中已经发现结加速老化的现象。目前，大量的研究致力于这一点以优化现有构型中的材料，并且还例如通过使用具有三个端子的构型来限定新的构型以便尽可能地分离写入难题和读取难题。
总之，困难在于，由于在已知的STT装置中，这两种现象内在关联，故不可能独立地优化读取和写入。
由此导致的困难在于，写入需要非常高密度的电流通过层叠体，如上文所述。
该联系内在的另一困难源自层叠体的极大复杂性。因此，如果期望STT效果仅在待反转的层中感知以存储磁化，例如，必须通过交换与反铁磁材料的耦合来稳定其他层：如果期望增大STT转移的振幅，必须优化极化层；如果期望减小辐射在感光层上的磁场，则例如必须使用人造的反铁磁双层；等。
因此，MRAM单元或逻辑元件的典型磁性层叠体可具有各种材料的大于10个或15个不同的层。则这在结构化步骤期间并且特别在蚀刻步骤期间引起困难，这是集成这样的磁性层叠体的主要障碍点之一。
另一条研究路线是通过局部电场来控制磁化。这可以通过借助外电场改变材料的各向异性来部分地实现，借助施加磁场使磁化反转。T.Maruyama等在题目为“Largevoltage-inducedmagneticanisotropychargeinafewatomiclayersofiron”（NatureNanotechnology，第4卷，2009年3月-MacmillanPublishersLtd.）的文献中描述了一种这样的技术。
目前，该技术仅可以减小材料的磁各向异性。则写入过程和读取过程如上文所述，并且它们具有相同的缺点。
发明内容
本发明的目的是提供磁性可写入元件，为了反转磁化，该磁性可写入元件仅需要磁层（具有垂直于其平面的磁化）存在并且在层叠体不需要使写入电流在垂直于层的方向上穿过的情况下而运行。
因此，本发明提供了可写入的磁性元件，该元件包括层叠体，该层叠体具有磁性写入层，该元件的特征在于，该层叠体具有至少一种磁性材料的中间层，所述磁性材料呈现出垂直于所述中间层的平面的磁化方向，构成所述磁性写入层的所述中间层夹在非磁性材料的第一外层和非磁性材料的第二外层之间，所述第一外层包括第一非磁性材料，以及第二外层包括与所述第一非磁性材料不同的第二非磁性材料，至少第二非磁性材料为导电的，所述元件一方面包括用于使写入电流仅流经第二外层和中间层并且仅当第一外层导电时才能够流经该第一外层的装置，所述电流沿平行于中间层的平面的至少一个电流流动方向流过；以及所述元件另一方面包括用于在所述写入电流存在下沿着垂直于中间层的平面的磁场方向施加写入磁场的装置。
通过对施加的写入磁场的方向进行作用而在一磁化方向或另一磁化方向上写入存储器。
由中间层材料特有的各向异性，或者例如通过所述材料的界面所引起的各向异性引起垂直于中间层的平面的磁化。
电流平行于磁层流动且不垂直于层穿过层叠体，在所述电流存在下且尤其在电流脉冲存在下，通过对施加的磁场的方向作用，可将“0”或“1”写入存储器。
如在下文所解释，本发明利用由Rashba场引起的有效磁场以及对局部磁化进行作用的s-d交换相互作用，所述场在下文被称为自旋-轨道场。由于层叠体的不对称性，该自旋-轨道场既与电流正交又与垂直于界面平面的电场正交，因此在本发明的形状中与层叠体的各向异性方向正交，这可以减小分隔两个稳定磁化构型的能量势垒。在待定向磁化的方向上定向施加的磁场。在电流不存在时其振幅不足以使磁化反转，但是在电流存在下其振幅足以使磁化反转。
有利地，中间层具有在0.1纳米（nm）到5nm的范围中的厚度，优选地小于或等于2nm的厚度。
有利地，中间层包括呈现出自身的垂直磁各向异性的磁性化合物，即，尤其是FePt、FePd、CoPt合金，或者甚至同样在层平面上呈现出自身的垂直磁各向异性的稀土金属和过渡金属的合金，诸如GdCo、TdFeCo。
有利地，中间层包括呈现出通过界面引起的垂直磁各向异性的金属或合金，尤其是Co、Fe、CoFe、Ni、CoNi。
有利地，至少一个导电外层由非磁性金属（尤其是Pd、Cd、Cu、Au、Bi、Ir、Ru、W）或者这些金属的合金制成。例如，这样的导电层的厚度在0.5nm到100nm的范围中，尤其在0.5nm到10nm的范围中，优选小于或等于5nm。可以独立于中间层的厚度来选择该层的厚度。
当第一外层不导电时，有利地，该第一外层为介电氧化物（诸如SiOx、AlOx、MgOx、TiOx、TaOx）或者介电氮化物（诸如SiNx、BNx）。该外层的厚度例如可以在0.5nm到200nm的范围中，尤其在0.5nm到100nm的范围中，优选小于或等于3nm，尤其是在通过隧道磁阻信号读取该存储元件时。
两个外层可以为导电性的，但是它们选自所述非磁性金属或者非磁性金属合金中的两种不同的金属或金属合金。
例如，电流密度在104A/cm2到109A/cm2的范围中，以及有利地在105A/cm2到108A/cm2的范围中。
磁场可具有在20奥斯特（Oe）（0.002特斯拉（T））到10000奥斯特（Oe）（1T）的范围中、并且有利地在50Oe（0.005T）到800Oe（0.8T）的范围中的值。
第一外层可以被磁性材料的读取层和读取电极覆盖。
当第一外层由非磁性金属制成时，其与读取层、读取电极和中间磁层共同操作以形成自旋阀。第一外层的厚度小于10nm，优选地小于5nm。
当第一外层为电介质时，其与所述读取层、读取电极和中间层共同操作以形成磁隧道结。第一外层的厚度小于5nm，例如在0.5nm至5nm的范围中，且优选地小于3nm。
第一外层和中间层形成柱，同时第二外层可以形成轨道。
在变型的实施方式中，第二外层包括形成柱的一部分的具有额外厚度的区域。
本发明还提供了可写入的磁性装置，该装置包括多个所述柱，其中，所述第二外层由为柱所共用的所述轨道构成。
可替选地，可写入的磁性装置的特征在于，第一外层、中间层和第二外层形成柱，并且所述可写入的磁性装置具有多个所述柱以及与所述柱的第二外层邻接的导电轨道，以将所述电流注入第二外层和所述柱中的每个柱的中间层，各个第二外层由不同于导电轨道的材料的导电材料制成。
附图说明
结合附图阅读以下描述后可以更好地理解本发明，其中：
图1a到图1f示出本发明的实现方式；
图2a和图2b示出集成在MRAM类型的磁性存储单元中的实施方式；
图3a到图3d示出为了说明该存储器的构型而示出多个存储元件的实施方式；
图4是构成存储单元的根据本发明的磁性元件集成而形成一维阵列或二维阵列的示例。
具体实施方式
在本发明的上下文中实现层叠体，即，中间磁层夹在非磁性的两个外层之间并且至少一个外层为导电的且两个外层具有不同材料，该层叠体具有产生反演不对称的作用，该作用在磁性中间层中产生非补偿的电场。在该电场中传送的电子在其自身的参考坐标系中受到被称为Rashba场的磁场的作用，该Rashba场既垂直于导电层中流动的电流又垂直于电场。因此该磁场应用于传导电子。
发明人已经发现，由Rashba场以及使巡游电子的自旋和局域电子的自旋结合的s-d交换相互作用产生的有效磁场（称为自旋-轨道磁场）应用至局部磁化上。
因此，IoanMihaiMiron等的题目为“Current-drivenspintorqueinducedbytheRashbaeffectinaferromagneticmetallayer”的文献（发表于NatureMaterials，第9卷，第230-234页（2010））示出了具有3nm厚的Pt层、具有垂直于其平面且因此平行于z轴的磁化的0.6nm厚度的Co层以及传输平行于x轴流动的电流的2nm厚的AlOx层的层叠体。该层叠呈现出沿着参考坐标系的第三轴线y轴线的有效磁场Heff（或自旋-轨道场）。因此该构型不适于制作存储器，这是因为磁场与层的磁化不共线。
然而，本发明人已经发现该自旋-轨道磁场能够使用于反转磁层的磁化所需的施加磁场以意想不到的方式减小。如发明人所理解地那样，当电流被注入到具有反转不对称性的结构中时，两个稳定的垂直磁化构型之间的能量势垒可通过利用自旋-轨道磁场而被减小。于是，用于这两个稳定的构型之间的磁化反转所需的施加磁场与注入电流不存在时的值相比减小。因此，施加磁场的方向为期望定向磁化的方向。
图1a到图1f示出本发明的实现方式，其中，施加磁场的方向垂直于电流方向和自旋-轨道场方向并且平行于磁化方向，该磁化方向垂直于磁性中间层的平面。
附图标记15表示为电绝缘器的基板以便避免该结构短路。该基板尤其可以通过介电氧化物（例如，SiOx、AlOx、MgOx）或通过氮化物（例如，SiNx）构成。其可以为独立的或者其可以置于一些其他基板（例如硅基板）上。
附图标记13表示垂直于其平面的磁化的平面磁层。附图标记16表示磁化的取向，其可以在一个方向上存在或者在相反的方向上存在。
附图标记12和附图标记14分别表示第一非磁性外层和第二非磁性外层。第二外层14为写入电流流过的层。
附图标记11表示平行于层13的平面的电流方向，以及附图标记17表示施加磁场的方向，其平行于磁化方向因而垂直于中间层13的平面、并且可以出现在相同方向或者相反的方向。
图1a和图1b示出非结构化的层叠体，其中，层叠体的层12、层13和层14构成轨道。
图1c到图1f示出结构化的层叠体，其中，层14为导电的并且磁层13和非磁层12为待结构化的仅有的层以便形成柱18a（图1c和图1d），或者其中，层12、层13和层14这三个层被结构化以形成柱18b，这是通过将导电层14的额外厚度14'合并来实现的，使得所述柱含有层14的非磁性材料的厚度的一部分（图1e和图1f）。针对第二外层要考虑的厚度为层14本身的厚度加上所述额外厚度14'。
应该观察到，额外厚度14'的区域不必须由与层14相同的导电性材料制成，在该情况下，该额外厚度14'仅仅是充当第二非磁性外层，并且其材料在层叠体中为有用的以便获得反演不对称。层14的金属材料从而可以为任何材料。
形成柱18a或柱18b使得可以仅使柱中的磁化反转，因为否则的话，会使整个长度的轨道上的磁化反转。
磁层13呈现出垂直磁化，并且其厚度是相当小的，使得由于界面引起的电场是不能忽略的。通常其厚度不超过2nm并且最多为5nm。可以使用例如由于其自身的垂直磁各向异性而呈现出垂直磁化的所有磁性材料（FePt、FePd、CoPt……合金；稀土金属和过渡金属的合金，诸如GdCo、TbFeCo，…）或者呈现出因界面引起的垂直磁各向异性的所有磁性材料（Co、Fe、CoFe、Ni、CoNi，…）。还可以采用非金属的磁性材料，诸如磁性半导体，例如，GaMnAs（即，掺杂Mn的GaAs）。应该观察到，已知的磁性半导体材料仅在低于环境温度时才有磁性。
当磁性材料的垂直各向异性由界面产生时，通过对中间层的厚度和/或对外氧化层的氧化状态进行作用，例如，通过改变所述外氧化层的沉积参数或者通过在制作层叠体之后进行退火，可以获得垂直于平面的磁化。
示例：层叠体包括2nm厚的Pt导电层14、1nm厚的Co中间层13和AlOx层12，对于所述AlOx层的给定氧化态，该层叠体呈现出垂直磁化，然而，如果Co层的厚度等于1.5nm，则磁化在该平面中。如果层叠体在真空下且在300°C下经过60分钟的退火处理，则Co中间层13的磁化垂直于该平面。Co层的厚度大于3nm时，如果层12由AlOx制成，则无论退火处理或者氧化参数如何，无法获得在平面外的磁化。然而，如果层12所用的电介质为MgOx，则对于大于3nm的中间层厚度而言，可以获得垂直磁化。
JaeChulLee等在文章“Domainpatternsandmagnetizationreversalbehaviorsinoxide/Co/Ptfilms”（发表于IEEETransactionsonMagnetics，第46卷，No.6，2010年6月）中描述了对于不同氧化物（AlOx、MgOx、SiOx）而言钴层的厚度对磁性能的影响。
B．Rodmacq等在文章“InfluenceofthermalannealingontheperpendicularmagneticanisotropyofPt/Co/AlOxtrilayers”（发表于PhysicalReviewB79024423（2009））中描述了Pt/Co/AlOx三层中的氧化和退火对磁性能的影响。
A.Manchon等在文章“AnalysisofoxygeninducedanisotropycrossoverinPt/Co/MOxtrilayers”（发表于JournalofAppliedPhysics104，043914（2008））中描述了铂/钴/金属氧化物三层层叠体中的氧化物层的氧化状态对钴层的磁性能的影响。
非磁层12和非磁层14这两个层必须是不同的以便在整个结构上产生反演不对称。有利地，针对这两个层，选择两种不同的材料，例如，电介质用于两层中的一层，金属用于另一层，然而，也可以针对这两个层分别选择金属。只有在该结构形成轨道并且没有形成柱时才可以使层12和层14都为电介质。则可以使电流直接在包括轨道的中间层13中流动。
因此，非磁层12和非磁层14这两个层可以分别由以下材料构成，条件是这两层是不同的，且整个层叠体（层12、层13和层14）具有垂直磁化：介电氧化物（SiOx、AlOx、MgOx、TiOx、TaOx、HfOx、…）；介电氮化物（SiNx、Bnx、…）；非磁性金属（Pt、Pd、Cu、Au、Bi、Ta、Ru、…）；这些金属的非磁性合金；以及可选地有机半导体化合物（例如，GaAs、Si、Ge或者有关的石墨烯，必要时，具有生长缓冲物，例如，金属，诸如铱）。
当非磁层中的一个非磁层或另一个非磁层有导电性时，两个外层不可以具有相同的组成。
可以在较宽的值范围中选择层12和层14的厚度，厚度通常为0.5nm到200nm，尤其在0.5nm到100nm的范围中。当层12为绝缘层时，其值达到大值典型地100nm是无危害的，除了当例如通过在所述绝缘层上添加磁层和电极而利用隧道磁阻信号读取存储点时，如图2a和图2b所示。在这样的情况下，绝缘层的厚度优选地选择为小于3nm。当层12和/或层14由金属制成时，优选地具有薄的、典型地小于5nm的厚度并且通常小于10nm的厚度的层，以便一方面避免由于这些并行的导电通道而造成过度减小通过磁层的有效电流且另一方面通过巨磁阻信号使存储点能够被读取。
这些不同的层可以通过任何已知技术来沉积，诸如：蒸镀、溅射、电化学沉积、化学生长等。
在某些形状中层14可以被省略。则磁层13应该被直接置于绝缘基板15（作为非磁层）上，并且非磁层12应该被选择成使得具有反演不对称，即，其由与构成基板15的材料不同的材料制成。然而，应该注意，当构造柱时，层14必须存在并且由导电性材料构成以便能够将电流注入构造的柱（这里指18a和18b）中。在这样的情况下，额外厚度部分14'也必须为导电的，使得在结合层12的情况下，产生所寻求的反演不对称以便产生Rashba场并且能够使电流注入到磁性中间层13。
待反转的元件，无论是图1a或图1b中示出的轨道还是装配在该轨道上或构造在该轨道中的柱（图1c到图1f），均由自身是已知的导电电极连接以便沿着方向11注入电流。
以与磁化方向共线的方式且沿着期望定向磁化的方向施加的场具有振幅，该振幅在电流脉冲不存在时不足以使磁化反转，但在电流脉冲存在时足以使磁化反转。因此，该场可以以脉冲的形式存在，其可与电流脉冲精确地同步，或者具有短于电流脉冲的持续时间且包含在其内，或者实际上其持续时间可长于电流脉冲的持续时间，该解决方案可以更简单地并入应用中。
因此，在这些情况下，可任意地选择电流注入方向，两个方向对于降低各向异性势垒具有相似的效果。
还可以使用恒定电流且在所期望的方向上产生磁场，但是由于在不存在电流时磁化是稳定的并且除写入步骤期间之外不需要在导电层中施加电流，所以从电力消耗的观点看该解决方案不那么有利，因此，如果使用恒定电流，则两个磁化状态（向上和向下）之间的能量势垒一直减少，这承受着导致不期望的磁化反转的风险。
待施加的磁场值与材料的各向异性、其矫顽磁场、注入的电流密度有关。通常，该磁场可在20奥斯特（0.002T）到10千奥斯特（1T）的范围中，更具体地在0.005T至0.8T的范围中，而电流密度可在102A/cm2到109A/cm2的范围中，更具体地在105A/cm2到108A/cm2的范围中。
在写入步骤期间施加的电流密度越高，则需要被施加以使磁化反转的磁场的值越低。
还可以以多种方式施加磁场，例如：简单使用在线圈中流动的电流，以便在该整个装置上产生总磁场，在该情况下，只有其能量势垒通过电流注入而减小的柱（存储点）会被反转；或者通过传输电流的轨道，由磁场引起反转的现有技术的MRAM存储器中使用这种类型。
图2a和图2b示出在MRAM存储器单元中可用的层叠体的示例。
附图标记53表示夹在两种不同的非磁性材料52、54之间的磁性中间层，以在电绝缘基板55上制作如上文所述的层叠体，所述非磁性材料54具有可选的额外厚度54’。
附图标记57表示施加外磁场的轴线。根据所寻求的所期望的写入的方向，该磁场可被施加在一个方向或其他方向。
为了读取之目的，在该层叠体上放置有磁性材料层58和上电极59，该上电极59可包含一个或多个导电层（可以为磁性的或者非磁性的）。
层58的作用是能够使结构53、结构52和结构58根据层53的磁化的方向56呈现出不同的电阻值（磁阻信号）。仅在读取时涉及该作用，并且该作用对控制层53的磁化是没有效果的。
换句话说，写入和读取是独立地限定的并且可以分开优化。
电极59可包括一个层或者其可以以常规的方式包括不同功能层的层叠体。例如，其可以包含：
·限定合成的反铁磁性的层叠体，以便限制辐射到待控制的层53上的场，例如，包括铁磁层的层叠体，该铁磁层通过非常薄的非磁性金属材料层（通常是0.3nm的钌（Ru））与铁磁层58隔开，使这两个铁磁层的磁化的值尽可能地彼此接近使得由于钌层的存在引起的它们之间的反铁磁耦合导致由这三个层辐射在层53上的总场为零或者几乎为零；
·或者通过交换而与层58连接的反铁磁性磁材料，以便稳定该所谓的“基准”层58；
·或者用于制作电触点的非磁性导电材料；
·或者甚至具有各种可能性的组合，例如，反铁磁性材料与铁磁材料相邻以便通过这两种材料之间的耦合而稳定其磁化，通过薄的金属层（通常是0.3nm的钌）使所述铁磁材料与层50分开，使得在这两个铁磁层之间的磁性耦合为反铁磁的。最后，第一磁性材料被一个或多个非磁性导电层覆盖，例如，5nm的Ta被7nm的Ru覆盖。例如，这样的组合的示例可以参见B.Dieny等在Int.J.Nanotechnology第7卷，第591页（2010年）中的“themagneticstacksusedforSTTreversal”。
两个主要构型可以根据层52的性质来区分：如果其由非磁性金属制成，则结构53、结构52和结构58为自旋阀类型，然而，如果层52为电介质，则结构53、结构52和结构58为磁性隧道结类型。当层52由非磁性金属制成时，其厚度小于10nm且优选地小于5nm，然而，当层52为电介质时，其厚度小于5nm且优选地小于3nm。由于对于磁性隧道结类型结构而言，磁阻信号强得多，因此这些结构为优选的结构。类似地，为了优化磁阻信号，在任何情况下，使层58的磁化与层53的磁化共线即平行或者反向平行是优选的。
在图2a和图2b中，A、B和C表示三个电连接端子。在写入阶段期间，电流被注入在端子A和端子B之间（或者以等同的方式，电压被施加在所述端子之间以便使电流流动）。电流通过磁层53，并且在所述层中，由于Rashba场和对局部磁化进行作用的s-d交换相互作用，电流产生有效磁场（参见I.M.Miron等的上述文章）。根据本发明，该有效场（或者自旋-轨道场）结合外加场使得可以通过利用分隔两个稳定的磁化构型的能量势垒的减小来控制磁化。如果磁场被施加在与磁化方向相反的方向上，则磁化反转。当层52由电介质材料构成时，侧向注入的电流不通过所述层并且对其没有损害。
对于隧道结类型的结构和自旋阀类型的结构这两者而言，通过在端子C和端子B之间（或者以等同的方式，在端子C和端子A之间）注入低值的电流（例如，对于隧道结而言，大约几微安（μA）到几十μA）并测量在这些端子之间的电压，或者通过在端子C和端子B之间（或者以等同的方式，在端子C和端子A之间）施加恒定的电压并且测量在这些端子之间流动的电流，以便测量这所有情况下的所讨论的端子之间的电阻，来读取层53中所存储的信息，通常为磁化的取向。
根据磁化的方向56是平行于还是反向平行于基准层58的方向，电阻具有两个不同的值。读取电流具有低值使得隧道势垒（当层52为电介质时）不被损坏。
下文参照图3a到图3d描述存储架构的示例，其中，图3b和图3d涉及通过传送电流的场线而产生施加磁场，实现了图2a和图2b的结构。
图3a到图3d示出使用所描述情况的存储器的可能的架构。可以看出，具有垂直磁化97的磁层90夹在两个非磁层91和92（对应于图1a至图1f中的层12和层14、以及图2a和图2b中的层52和层54）之间。
这里，为了简化，层91包括层12或层52和磁层和非磁层（如在图2a和图2b中的层52、层58和层59），用于限定隧道结型层叠体或自旋阀型层叠体，从而可以读取层90的磁化状态。
通过在底部电极92中流动的电流和沿着箭头96定向的可变磁场，使层90的磁化沿着磁化轴线和用于转变层90内的磁化的方向反转。
为了进行该反转，在该示例中，构成夹层结构的第二非磁层92以电流馈送轨道的形式构造。例如，该轨道也可由在层92下面定位的另一材料的另一层构成。电流注入通过晶体管进行控制。
两种情况被用作示例。在第一种情况下，两个晶体管93a和93b作为开关，一个晶体管的自由端子接地，另一个晶体管的自由端子连接至电压Vdd，所选择的电压Vdd使所选择的值的电流流动。
在第二种情况下，仅使用了一个晶体管93a，轨道92的另一端连接至恒定的电压。
此时可以观察到，电流流动方向没有影响机构的操作，并且，不管电流流动方向如何，势垒会以相同的方式减少。
因此，两种操作方法是可行的：
对称操作：
例如，连接到晶体管93a的轨道连接到电压Vdd或者接地，同时连接到轨道92的端部95的另一轨道接地（或者连接到Vdd）。该构型能够使产生的电流大于以下构型的电流。
不对称操作（优选）：
连接到轨道92的端部98的轨道连接到中间电位，例如Vdd/2，同时连接到晶体管93a的轨道根据所需的电流方向采用电位Vdd或者接地。该构型能够使产生的电流小于先前描述的构型的电流。本发明可以在写入模式中将写入电流注入到比已知技术中使用的区域小得多的区域中，并且所述写入电流足以使该装置运行。在该实施方式中，运行消耗较少的电能。
在这里所描述的情况下，施加的磁场转变磁化。因此，磁场96必须是可变的且平行于磁化方向定向。在图3b和图3d中示出一个可能的实施方式。通过布置在层叠体两侧的两个场线98a和98b来产生磁场。当这些线通过电流时，产生垂直于磁层90中的层的磁场。在某些布置中，可以省略这些场线中的一个场线，例如线98b，且只利用一个场线。例如，在纳米制造该结构的步骤期间，这些线可以以导电膜的形式来实现。
图4为用以形成二维存储单元阵列（例如具有隧道结的二维存储单元阵列）的存储元件的示例性集成电路图。用于施加垂直于层的平面的磁场的装置通过线116、线116’、线116’’等表示，例如电流线，其中，根据想要写入“0”或“1”的事实，所注入的电流的方向给出可向上或向下定向的磁场方向（即，在垂直于层的平面的一方向或另一方向上）。
场线（诸如线116）允许在写入电流的脉冲期间产生场脉冲。该场被施加至该线的所有存储点。该线的仅同时注入写入电流的存储点可被写入。
在一个方向上，示出连接至晶体管1131、晶体管1132、晶体管1133、晶体管113’1、晶体管113’2、晶体管113’3、晶体管113’’1,、晶体管113’’2等的漏极的位线1111、位线1112、位线1113等以及共轭位线1121、共轭位线1122、共轭位线1123等，形成二维阵列。
在垂直方向上，存在晶体管1131、晶体管1132、晶体管1133、晶体管113’1、晶体管113’2、晶体管113’3、晶体管113’’1、晶体管113’’2等的栅极的控制轨道110、控制轨道110’、控制轨道110’’等，其形成字线。
基准点1141、基准点1142、基准点1143、基准点114’1、基准点114’2、基准点114’3等示意地表示根据本发明的层叠体，该层叠体包括隧道结（或自旋阀）。在写入阶段期间，没有垂直于隧道结或自旋阀的层的平面的电流穿过隧道结或自旋阀，并且仅在读取阶段期间，才有垂直于隧道结或自旋阀的层的平面的电流穿过该隧道结或自旋阀。
已经报告特征点A、B和C。该特征点对应于在图2a和图2b、图3c、图3d中示出的那些特征点（安装有单个晶体管）。
点A连接到晶体管1131、晶体管1132、晶体管1133、晶体管113’1、晶体管113’2等的源极。
点B连接到共轭位线1121、共轭位线1122、共轭位线1123等，且点C连接到偏置线115、偏置线115’等。晶体管1131、晶体管1132、晶体管1133、晶体管113’1、晶体管113’2等的漏极D连接到位线1111、位线1112、位线1113等。
则层叠体1141、层叠体1142等的底部为其磁化通过写入电流而改变的层。
晶体管的源极和漏极可交换。因此，晶体管的源极可连接到位线1111、位线1112、位线1113，且漏极D连接到点A。
在存储点例如存储点1141的写入阶段，在上文所描述的平衡操作的情况下，与该存储点相关联的位线1111和共轭位线1121连接至电压Vdd（或者接地端）和接地端（或者连接至电位Vdd），以允许产生写入电流。与其他存储点相关联的其他位线1112等和共轭位线1122等为无效的。相关联的字线110连接至控制晶体管1131（相当于上文提到的图中的晶体管73a或晶体管83a）的闭合所需的电位，以允许写入电流流过晶体管1131。同时，脉冲穿过涉及存储点1141的场线116。例如，场线116、场线116’、场线116’’可由一对线诸如线98a和线98b（图3b和图3d）构成。
因此，写入电流穿过点A和点B。为了仅写入该单元，其他字线110’、110’’等连接至使晶体管断开所需的电位。没有写入电流垂直于其层的平面穿过隧道结类型的或自旋阀类型的层叠体，这样的电流会有损害该层叠体的风险。为此，在该写入阶段，连接至层叠体的点C的偏置线115、偏置线115’等是无效的（或断开的）。
在读取阶段中，例如在存储位置1141的读取阶段中，与该存储器相关联的“共轭位线”1121是断开的，并且所有的其他共轭位线1122等也是断开的，以防止任何电流流过它们。与该存储单元相关联的偏置线115连接至允许（弱）读取电流在隧道结或自旋阀中通过的电位，而所有其他的极化线115’等未连接。相关联的“字线”110连接至用于使晶体管1131闭合的电位，然后电流可通过点C和点A之间的隧道结或自旋阀。为了仅读取该隧道结或该自旋阀，其他的字线110’等断开。在隧道结的情况下，则可例如根据现有技术通过利用放大器比较流过隧道结的电流和基准电流来进行读取。在该读取阶段期间，垂直于层叠体的平面流动的该低电流密度的读取电流不允许写入隧道结。在自旋阀的情况下，过程是相同的。

Claims (34)

1.一种可写入的磁性元件，所述磁性元件包括层叠体，所述层叠体具有磁性写入层，所述磁性元件的特征在于，所述层叠体具有至少一种磁性材料的中间层(13、53、90)，所述至少一种磁性材料呈现出垂直于所述中间层的平面的磁化方向，构成所述磁性写入层的所述中间层夹在非磁性材料的第一外层(12、52、91)和非磁性材料的第二外层(14、54、92)之间，并且与所述第一外层(12、52、91)和所述第二外层(14、54、92)直接接触，所述第一外层(12、52、91)包括第一非磁性材料，并且所述第二外层(14、54、92)包括与所述第一非磁性材料不同的第二非磁性材料，至少所述第二非磁性材料为导电的，以及，所述磁性元件一方面包括用于使写入电流沿着平行于所述中间层的平面的电流流动方向仅流经所述第二外层和所述中间层并且仅当所述第一外层导电时才能够流经所述第一外层的装置，以及所述磁性元件另一方面包括用于在所述写入电流存在下沿着垂直于所述中间层(13、53、90)的平面的磁场方向施加写入磁场的装置，通过对所施加的写入磁场的方向进行作用而在一方向或另一方向上写入存储器。
2.根据权利要求1所述的可写入的磁性元件，其特征在于，所述中间层(13、53、90)的厚度在0.1nm到5nm的范围中。
3.根据权利要求1所述的可写入的磁性元件，其特征在于，所述中间层(13、53、90)包括呈现出自身的垂直磁各向异性的磁性化合物。
4.根据权利要求1所述的可写入的磁性元件，其特征在于，所述中间层(13、53、90)包括呈现出通过界面引起的垂直磁各向异性的金属或金属合金。
5.根据权利要求1所述的可写入的磁性元件，其特征在于，至少一个导电外层由非磁性金属制成。
6.根据权利要求5所述的可写入的磁性元件，其特征在于，所述导电外层的厚度在0.5nm到100nm的范围中。
7.根据权利要求1所述的可写入的磁性元件，其特征在于，所述第一外层由介电氧化物或介电氮化物制成。
8.根据权利要求7所述的可写入的磁性元件，其特征在于，所述介电氧化物的外层的厚度在0.5nm到200nm的范围中。
9.根据权利要求1所述的可写入的磁性元件，其特征在于，两个所述外层是导电的并且由所述非磁性材料或者合金中的不同的材料制成。
10.根据权利要求1所述的可写入的磁性元件，其特征在于，所述电流具有的电流密度在104A/cm2至109A/cm2的范围中。
11.根据权利要求1所述的可写入的磁性元件，其特征在于，所施加的磁场具有的值在0.002T到1T的范围中。
12.根据权利要求1所述的可写入的磁性元件，其特征在于，所述第一外层(52)被磁性材料的读取层(58)和读取电极(59)覆盖。
13.根据权利要求12所述的可写入的磁性元件，其特征在于，所述第一外层(52)由非磁性金属制成，并且，所述第一外层与所述中间层(53)、所述读取层(58)和所述读取电极(59)共同操作以形成自旋阀。
14.根据权利要求12所述的可写入的磁性元件，其特征在于，所述第一外层(52)为介电性的，并且所述第一外层与所述中间层(53)、所述读取层(58)和所述读取电极(59)共同操作以形成磁性隧道结。
15.根据权利要求12所述的可写入的磁性元件，其特征在于，所述第一外层(52)的厚度小于5nm。
16.根据权利要求1所述的可写入的磁性元件，其特征在于，所述第一外层和所述中间层形成柱，并且所述第二外层能够形成轨道。
17.根据权利要求16所述的可写入的磁性元件，其特征在于，所述第二外层包括形成所述柱的一部分的具有额外厚度的区域。
18.根据权利要求2所述的可写入的磁性元件，其特征在于，所述中间层(13、53、90)的厚度在0.1nm到2nm的范围中。
19.根据权利要求3所述的可写入的磁性元件，其特征在于，呈现出自身的垂直磁各向异性的所述磁性化合物是合金FePt、FePd、CoPt或CoPd。
20.根据权利要求3所述的可写入的磁性元件，其特征在于，呈现出自身的垂直磁各向异性的所述磁性化合物是稀土金属和过渡金属的合金。
21.根据权利要求3所述的可写入的磁性元件，其特征在于，呈现出自身的垂直磁各向异性的所述磁性化合物是是GdCo或TdFeCo。
22.根据权利要求4所述的可写入的磁性元件，其特征在于，呈现出通过界面引起的垂直磁各向异性的所述金属或金属合金是Co、Fe、CoFe、Ni或CoNi。
23.根据权利要求1所述的可写入的磁性元件，其特征在于，至少一个导电外层由Pt、Pd、Cu、Au、Bi、Ir、Ru或W制成，或由这些金属的合金制成。
24.根据权利要求6所述的可写入的磁性元件，其特征在于，所述导电外层的厚度在0.5nm到10nm的范围中。
25.根据权利要求6所述的可写入的磁性元件，其特征在于，所述导电外层的厚度在0.5nm到5nm的范围中。
26.根据权利要求7所述的可写入的磁性元件，其特征在于，所述介电氧化物为SiOx、AlOx、MgOx、TiOx、TaOx或HfOx。
27.根据权利要求7所述的可写入的磁性元件，其特征在于，所述介电氮化物为SiNx或BNx。
28.根据权利要求8所述的可写入的磁性元件，其特征在于，所述介电氧化物的外层的厚度在0.5nm到100nm的范围中。
29.根据权利要求8所述的可写入的磁性元件，其特征在于，所述介电氧化物的外层的厚度大于或等于0.5nm且小于3nm。
30.根据权利要求10所述的可写入的磁性元件，其特征在于，所述电流具有的电流密度在105A/cm2至108A/cm2的范围中。
31.根据权利要求11所述的可写入的磁性元件，其特征在于，所施加的磁场具有的值在0.005T到0.8T的范围中。
32.根据权利要求15所述的可写入的磁性元件，其特征在于，所述第一外层(52)的厚度小于3nm。
33.一种可写入的磁性装置，其特征在于，所述磁性装置包括多个在权利要求16中所限定的柱，其中，该磁性装置的所述第二外层包括为所述柱所共用的所述轨道。
34.一种可写入的磁性装置，其特征在于，第一外层、磁性写入层和第二外层的具有额外厚度的区域形成在权利要求17中所限定的柱，并且，所述装置包括多个所述柱和在所述柱的第二外层近旁的导电轨道，以将所述电流注入所述第二外层和所述柱中的每个柱的所述磁性写入层，所述第二外层由与所述导电轨道的材料不同的导电材料制成。
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Families Citing this family (94)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2011111473A1 (ja) 2010-03-10 2011-09-15 株式会社日立製作所 磁気抵抗効果素子及び磁気メモリ
JP5725735B2 (ja) 2010-06-04 2015-05-27 株式会社日立製作所 磁気抵抗効果素子及び磁気メモリ
FR2966636B1 (fr) * 2010-10-26 2012-12-14 Centre Nat Rech Scient Element magnetique inscriptible
US9082497B2 (en) 2011-03-22 2015-07-14 Renesas Electronics Corporation Magnetic memory using spin orbit interaction
EP2715792A4 (en) * 2011-05-27 2015-03-25 Univ North Texas GRAPHENE MAGNETIC TUNNEL JUNCTION SPIN FILTERS AND METHODS OF MAKING
US9230626B2 (en) 2012-08-06 2016-01-05 Cornell University Electrically gated three-terminal circuits and devices based on spin hall torque effects in magnetic nanostructures apparatus, methods and applications
US9076537B2 (en) * 2012-08-26 2015-07-07 Samsung Electronics Co., Ltd. Method and system for providing a magnetic tunneling junction using spin-orbit interaction based switching and memories utilizing the magnetic tunneling junction
US9429633B2 (en) 2013-02-11 2016-08-30 HGST Netherlands B.V. Magnetic sensor utilizing rashba effect in a two-dimensional conductor
US9076541B2 (en) * 2013-03-14 2015-07-07 Samsung Electronics Co., Ltd. Architecture for magnetic memories including magnetic tunneling junctions using spin-orbit interaction based switching
WO2016011435A1 (en) 2014-07-17 2016-01-21 Cornell University Circuits and devices based on enhanced spin hall effect for efficient spin transfer torque
WO2016021468A1 (ja) 2014-08-08 2016-02-11 国立大学法人東北大学 磁気抵抗効果素子、及び磁気メモリ装置
FR3031622B1 (fr) * 2015-01-14 2018-02-16 Centre National De La Recherche Scientifique Point memoire magnetique
US9589619B2 (en) 2015-02-09 2017-03-07 Qualcomm Incorporated Spin-orbit-torque magnetoresistive random access memory with voltage-controlled anisotropy
JP6778866B2 (ja) 2015-03-31 2020-11-04 国立大学法人東北大学 磁気抵抗効果素子、磁気メモリ装置、製造方法、動作方法、及び集積回路
US9929087B2 (en) * 2015-11-16 2018-03-27 Taiwan Semiconductor Manufacturing Co., Ltd Enhancing integrated circuit density with active atomic reservoir
KR20180098248A (ko) 2015-11-18 2018-09-03 고쿠리츠 다이가쿠 호진 도호쿠 다이가쿠 자기 터널 접합 소자 및 자기 메모리
US10305026B2 (en) * 2015-11-19 2019-05-28 Samsung Electronics Co., Ltd. Cross-point architecture for spin-transfer torque magnetoresistive random access memory with spin orbit writing
JPWO2017090736A1 (ja) 2015-11-27 2018-09-13 Tdk株式会社 スピン流磁化反転型磁気抵抗効果素子及びスピン流磁化反転型磁気抵抗効果素子の製造方法
US10573363B2 (en) 2015-12-02 2020-02-25 Samsung Electronics Co., Ltd. Method and apparatus for performing self-referenced read in a magnetoresistive random access memory
US10418545B2 (en) 2016-07-29 2019-09-17 Tdk Corporation Spin current magnetization reversal element, element assembly, and method for producing spin current magnetization reversal element
JP6271653B1 (ja) 2016-08-04 2018-01-31 株式会社東芝 磁気記憶装置及びその製造方法
US10439130B2 (en) 2016-10-27 2019-10-08 Tdk Corporation Spin-orbit torque type magnetoresistance effect element, and method for producing spin-orbit torque type magnetoresistance effect element
US10396276B2 (en) 2016-10-27 2019-08-27 Tdk Corporation Electric-current-generated magnetic field assist type spin-current-induced magnetization reversal element, magnetoresistance effect element, magnetic memory and high-frequency filter
US11276815B2 (en) 2016-10-27 2022-03-15 Tdk Corporation Spin-orbit torque type magnetization reversal element, magnetic memory, and high frequency magnetic device
US10205088B2 (en) 2016-10-27 2019-02-12 Tdk Corporation Magnetic memory
US10319901B2 (en) 2016-10-27 2019-06-11 Tdk Corporation Spin-orbit torque type magnetization reversal element, magnetic memory, and high frequency magnetic device
JP6972542B2 (ja) 2016-12-02 2021-11-24 Tdk株式会社 スピン流磁化反転素子、磁気抵抗効果素子および磁気メモリ
WO2018101028A1 (ja) 2016-12-02 2018-06-07 Tdk株式会社 スピン流磁化反転素子とその製造方法、磁気抵抗効果素子、磁気メモリ
CN109937483B (zh) * 2016-12-13 2023-10-13 英特尔公司 垂直磁电自旋轨道逻辑
CN108738371B (zh) * 2017-02-24 2022-01-25 Tdk株式会社 磁化反转元件、磁阻效应元件和存储设备
WO2018155077A1 (ja) 2017-02-27 2018-08-30 Tdk株式会社 スピン流磁化回転素子、磁気抵抗効果素子及び磁気メモリ
JP6450058B1 (ja) 2017-02-27 2019-01-09 Tdk株式会社 スピン流磁化回転素子、磁気抵抗効果素子及び磁気メモリ
US11250897B2 (en) 2017-02-27 2022-02-15 Tdk Corporation Spin current magnetization rotational element, magnetoresistance effect element, and magnetic memory
JP6496098B2 (ja) 2017-03-29 2019-04-03 Tdk株式会社 スピン流磁化反転素子、磁気抵抗効果素子及び磁気メモリ
JP7177040B2 (ja) * 2017-04-03 2022-11-22 ソニーセミコンダクタソリューションズ株式会社 磁気記憶素子、および電子機器
JP7024204B2 (ja) 2017-04-21 2022-02-24 Tdk株式会社 スピン流磁化回転素子、磁気抵抗効果素子及び磁気メモリ
JP6926666B2 (ja) 2017-05-18 2021-08-25 Tdk株式会社 スピン流磁化反転素子
JP6733822B2 (ja) 2017-08-07 2020-08-05 Tdk株式会社 スピン流磁気抵抗効果素子及び磁気メモリ
JP6881148B2 (ja) 2017-08-10 2021-06-02 Tdk株式会社 磁気メモリ
US10374151B2 (en) 2017-08-22 2019-08-06 Tdk Corporation Spin current magnetoresistance effect element and magnetic memory
JP2019047120A (ja) 2017-09-01 2019-03-22 Tdk株式会社 スピン流磁化反転素子、スピン軌道トルク型磁気抵抗効果素子、磁気メモリ及び高周波磁気素子
JP2019046976A (ja) * 2017-09-01 2019-03-22 Tdk株式会社 スピン流磁化反転素子、磁気メモリ
JP6686990B2 (ja) 2017-09-04 2020-04-22 Tdk株式会社 スピン軌道トルク型磁化反転素子及び磁気メモリ
US10943631B2 (en) 2017-09-04 2021-03-09 Tdk Corporation Spin current magnetization reversing element, magnetoresistance effect element, magnetic memory, and magnetic device
JP2019047030A (ja) 2017-09-05 2019-03-22 Tdk株式会社 スピン流磁化反転素子、磁気抵抗効果素子、磁気メモリ及び高周波磁気素子
US10741318B2 (en) 2017-09-05 2020-08-11 Tdk Corporation Spin current magnetization rotational element, spin-orbit-torque magnetoresistance effect element, magnetic memory, and high-frequency magnetic element
WO2019049591A1 (ja) 2017-09-07 2019-03-14 Tdk株式会社 スピン流磁化反転素子及びスピン軌道トルク型磁気抵抗効果素子
US10833249B2 (en) 2017-09-18 2020-11-10 Centre National De La Recherche Scientifique Magnetic memory cell of current programming type
RU2677564C1 (ru) * 2017-11-01 2019-01-17 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Санкт-Петербургский государственный университет" (СПбГУ) Устройство записи информации для магниторезистивной оперативной памяти
RU179295U1 (ru) * 2017-11-02 2018-05-07 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Санкт-Петербургский государственный университет" (СПбГУ) Быстродействующее графеновое записывающее устройство магниторезистивной памяти
JP7098914B2 (ja) 2017-11-14 2022-07-12 Tdk株式会社 スピン軌道トルク型磁化回転素子、スピン軌道トルク型磁気抵抗効果素子及び磁気メモリ
JP6540786B1 (ja) 2017-12-28 2019-07-10 Tdk株式会社 スピン軌道トルク型磁化回転素子、スピン軌道トルク型磁気抵抗効果素子及び磁気メモリ
US10971293B2 (en) 2017-12-28 2021-04-06 Tdk Corporation Spin-orbit-torque magnetization rotational element, spin-orbit-torque magnetoresistance effect element, and spin-orbit-torque magnetization rotational element manufacturing method
CN109994598B (zh) 2017-12-28 2024-01-16 Tdk株式会社 自旋轨道转矩型磁化旋转元件及磁阻效应元件
CN110914974B (zh) 2018-01-10 2023-07-18 Tdk株式会社 自旋轨道转矩型磁化旋转元件、自旋轨道转矩型磁阻效应元件和磁存储器
US11925123B2 (en) 2018-01-10 2024-03-05 Tdk Corporation Spin-orbit torque type magnetization rotational element, spin-orbit torque type magnetoresistance effect element, and magnetic memory
CN117059145A (zh) 2018-02-01 2023-11-14 Tdk株式会社 数据的写入方法及磁存储器
JP6462191B1 (ja) 2018-02-01 2019-01-30 Tdk株式会社 データの書き込み方法、検査方法、スピン素子の製造方法及び磁気抵抗効果素子
JP7168231B2 (ja) 2018-02-06 2022-11-09 国立大学法人東北大学 磁気抵抗効果素子、回路装置及び回路ユニット
CN110392931B (zh) 2018-02-19 2022-05-03 Tdk株式会社 自旋轨道转矩型磁化旋转元件、自旋轨道转矩型磁阻效应元件及磁存储器
US11031541B2 (en) 2018-02-19 2021-06-08 Tdk Corporation Spin-orbit torque type magnetization rotating element, spin-orbit torque type magnetoresistance effect element, and magnetic memory
WO2019163203A1 (ja) 2018-02-22 2019-08-29 Tdk株式会社 スピン軌道トルク型磁化回転素子、スピン軌道トルク型磁気抵抗効果素子及び磁気メモリ
JP7020173B2 (ja) 2018-02-26 2022-02-16 Tdk株式会社 スピン軌道トルク型磁化回転素子、スピン軌道トルク型磁気抵抗効果素子、磁気メモリ及びスピン軌道トルク型磁化回転素子の製造方法
US11211547B2 (en) 2018-02-28 2021-12-28 Tdk Corporation Spin-orbit-torque type magnetization rotating element, spin-orbit-torque type magnetoresistance effect element, and magnetic memory
US10763430B2 (en) 2018-02-28 2020-09-01 Tdk Corporation Method for stabilizing spin element and method for manufacturing spin element
US10622048B2 (en) 2018-02-28 2020-04-14 Tdk Corporation Method for stabilizing spin element and method for manufacturing spin element
JP7052448B2 (ja) 2018-03-16 2022-04-12 Tdk株式会社 スピン軌道トルク型磁化回転素子、スピン軌道トルク型磁気抵抗効果素子、磁気メモリ及び発振器
JP6919608B2 (ja) 2018-03-16 2021-08-18 Tdk株式会社 スピン軌道トルク型磁化回転素子、スピン軌道トルク型磁気抵抗効果素子及び磁気メモリ
US10762941B2 (en) 2018-05-16 2020-09-01 Tdk Corporation Spin-orbit torque magnetization rotating element, spin-orbit torque magnetoresistance effect element, and magnetic memory
JP2020035971A (ja) 2018-08-31 2020-03-05 Tdk株式会社 スピン流磁化回転型磁気素子、スピン流磁化回転型磁気抵抗効果素子及び磁気メモリ
US11387407B2 (en) 2018-09-07 2022-07-12 Tdk Corporation Spin-orbit-torque magnetization rotational element and spin-orbit-torque magnetoresistance effect element
JP6551594B1 (ja) 2018-09-28 2019-07-31 Tdk株式会社 スピン軌道トルク型磁気抵抗効果素子及び磁気メモリ
JP2020072199A (ja) 2018-10-31 2020-05-07 Tdk株式会社 スピン軌道トルク型磁化回転素子、スピン軌道トルク型磁気抵抗効果素子及び磁気メモリ
WO2020157912A1 (ja) 2019-01-31 2020-08-06 Tdk株式会社 スピン軌道トルク型磁化回転素子、スピン軌道トルク型磁気抵抗効果素子、磁気メモリ及びリザボア素子
WO2020157958A1 (ja) 2019-02-01 2020-08-06 Tdk株式会社 スピン軌道トルク型磁気抵抗効果素子及び磁気メモリ
US11756600B2 (en) 2019-02-06 2023-09-12 Tdk Corporation Spin-orbit torque magnetization rotational element, spin-orbit torque magnetoresistive effect element, and magnetic memory
JP7192611B2 (ja) 2019-03-28 2022-12-20 Tdk株式会社 記憶素子、半導体装置、磁気記録アレイ及び記憶素子の製造方法
WO2020194660A1 (ja) 2019-03-28 2020-10-01 Tdk株式会社 記憶素子、半導体装置、磁気記録アレイ及び記憶素子の製造方法
WO2020208674A1 (ja) * 2019-04-08 2020-10-15 Tdk株式会社 磁性素子、磁気メモリ、リザボア素子、認識機及び磁性素子の製造方法
JP2021015839A (ja) 2019-07-10 2021-02-12 Tdk株式会社 磁気メモリ及び磁気メモリの制御方法
JP7346967B2 (ja) 2019-07-19 2023-09-20 Tdk株式会社 磁気抵抗効果素子及び磁気メモリ
US11895928B2 (en) 2019-10-03 2024-02-06 Headway Technologies, Inc. Integration scheme for three terminal spin-orbit-torque (SOT) switching devices
JP2021090041A (ja) 2019-11-26 2021-06-10 Tdk株式会社 磁化回転素子、磁気抵抗効果素子、半導体素子、磁気記録アレイ及び磁気抵抗効果素子の製造方法
US11495739B2 (en) 2019-12-23 2022-11-08 Tdk Corporation Magnetoresistance effect element and magnetic recording array
US11751488B2 (en) 2020-01-24 2023-09-05 Tdk Corporation Spin element and reservoir element
JP6750770B1 (ja) 2020-01-24 2020-09-02 Tdk株式会社 スピン素子及びリザボア素子
US11139340B2 (en) 2020-02-12 2021-10-05 Tdk Corporation Spin element and reservoir element
JP7028372B2 (ja) 2020-03-05 2022-03-02 Tdk株式会社 磁気記録アレイ及び磁気抵抗効果ユニット
JP6958762B1 (ja) 2020-03-05 2021-11-02 Tdk株式会社 磁気記録アレイ
EP3944325B1 (en) 2020-07-23 2023-06-21 Antaios Magneto resistive memory device
EP3945609A1 (en) 2020-07-31 2022-02-02 Antaios Magneto resistive memory device
EP3996093A1 (en) 2020-11-06 2022-05-11 Antaios SAS Magnetic random access memory cell and method for writing and reading such memory element
EP4016530A1 (en) 2020-12-16 2022-06-22 Antaios Magneto resistive memory device with thermally assisted operations
US11805706B2 (en) 2021-03-04 2023-10-31 Tdk Corporation Magnetoresistance effect element and magnetic memory

Family Cites Families (14)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5841611A (en) * 1994-05-02 1998-11-24 Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. Magnetoresistance effect device and magnetoresistance effect type head, memory device, and amplifying device using the same
JP2000195250A (ja) * 1998-12-24 2000-07-14 Toshiba Corp 磁気メモリ装置
US7009877B1 (en) 2003-11-14 2006-03-07 Grandis, Inc. Three-terminal magnetostatically coupled spin transfer-based MRAM cell
JP2007536745A (ja) * 2004-05-07 2007-12-13 イーテク アーゲー 電子のスピンの位置および符号を利用する半導体デバイス
RU2320033C1 (ru) * 2006-10-26 2008-03-20 Федеральное государственное учреждение Российский научный центр "Курчатовский институт" Элемент памяти на планарном эффекте холла
FR2910716B1 (fr) * 2006-12-26 2010-03-26 Commissariat Energie Atomique Dispositif magnetique multicouches, procede pour sa realisation, capteur de champ magnetique, memoire magnetique et porte logique mettant en oeuvre un tel dispositif
KR100832583B1 (ko) * 2007-01-04 2008-05-27 한국과학기술연구원 누설자장을 이용한 스핀 트랜지스터
KR100862183B1 (ko) * 2007-06-29 2008-10-09 고려대학교 산학협력단 강자성 물질의 도메인 구조 및 다중 상태를 이용한 자기기억 소자
US7577021B2 (en) 2007-11-21 2009-08-18 Magic Technologies, Inc. Spin transfer MRAM device with separated CPP assisted writing
US7826258B2 (en) * 2008-03-24 2010-11-02 Carnegie Mellon University Crossbar diode-switched magnetoresistive random access memory system
US8363461B2 (en) * 2008-07-10 2013-01-29 Nec Corporation Magnetic random access memory, method of initializing magnetic random access memory and method of writing magnetic random access memory
JP2010062342A (ja) * 2008-09-04 2010-03-18 Fujitsu Ltd 磁性細線及び記憶装置
JP2010098259A (ja) * 2008-10-20 2010-04-30 Institute Of Physical & Chemical Research メモリセル、ならびに、磁気メモリ素子
KR101584099B1 (ko) * 2009-08-19 2016-01-13 삼성전자주식회사 자성층을 구비한 트랙 및 이를 포함하는 자성소자

Also Published As

Publication number Publication date
FR2963153B1 (fr) 2013-04-26
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RU2580378C2 (ru) 2016-04-10
US8350347B2 (en) 2013-01-08

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