CN104662654B - 存储单元、存储装置和磁头 - Google Patents

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Abstract

提供一种TMR特性能得到改进的存储单元、配备有存储单元的存储装置、以及磁头。存储单元具有层状结构，该层状结构包括：存储层，其中磁化方向与信息对应地改变；磁化固定层，具有与膜表面垂直、作为存储层中存储的信息的基准的磁化；以及中间层，设置在存储层与磁化固定层之间并由非磁性材料制成。碳被插入中间层，并且沿着层状结构的堆叠方向提供电流使得改变存储层中的磁化方向以将信息记录在存储层。

Description

存储单元、存储装置和磁头
技术领域
本公开内容涉及利用自旋扭矩磁化反转进行记录的存储单元和存储装置，以及磁头。
现有技术文献列表
专利文献
专利文献1：JP 2003-17782A
专利文献2：US 6,256,223B1说明书
专利文献3：JP 2008-227388A
非专利文献
非专利文献1：Physical Review(物理评论)B,54,9353(1996)
非专利文献2：Journal of Magnetism and Magnetic Materials(磁性与磁性材料期刊)，159,L1(1996)
非专利文献3：Nature Materials(自然材料),5,210(2006)
背景技术
根据从大容量服务器到移动终端的各种信息装置的迅猛发展，人们一直在对它们的构成元件(诸如，存储器或逻辑元件)追求更高的性能，例如，高集成度、高速度、以及低功耗。特别是，半导体非易失性存储器的开发已经非常显著，作为大容量存储器的闪存已得到广泛使用，且发展势头是几乎消除磁盘驱动器。另一方面，正在开发FeRAM(铁电随机存取存储器)、MRAM(磁性随机存取存储器)、以及PCRAM(相变随机存取存储器)等，目的是将它们应用于代码存储使用和进一步应用到工作存储器中，以便替代当前普遍使用的NOR闪存、DRAM等。其中一些已被已投入实际使用。
在这些中，因为通过磁体的磁化方向进行数据存储，MRAM能够高速并近似无限次(1015倍以上)重写，并已用于工业自动化或飞机的领域中。预计由于高速操作和可靠性的原因，将开发MRAM未来用于代码存储或工作存储器；然而，实际上，存在降低功耗或增加容量的难点。该难点源自MRAM的记录原理，也就是说，通过从配线生成的电流磁场反转磁化的方法。
作为解决困难的一种方法，曾考虑过在不使用电流磁场(即，磁化反转系统)的情况下记录。特别是，研究了自旋扭矩磁化反转是活动的(例如，参见专利文献1、2、3和非专利文献1、2)。
在很多情况下，自旋扭矩磁化反转的存储单元由MTJ(磁性隧道结)(TMR(隧道磁阻))元件构成，与MRAM类似。
这种配置利用了穿过沿某个方向上固定的磁性层的自旋极化电子，在进入另一自由(方向不固定)磁性层时对磁性层施加扭矩(这也被称为自旋注入扭矩)。馈入某个阈值以上的电流使得自由磁性层能够反转。通过改变电流的极性实现0/1的重写。
在尺度(scale)为约0.1μm的元件中用于反转的电流的绝对值是1mA以下。此外，电流值与元件体积成比例地减小，这使得元件体积能够缩放。此外，不像MRAM，可以去掉生成电流磁场进行记录的字线，从而取得简化单元构造的优势。
在下文中，利用自旋扭矩磁化反转的MRAM将会称作ST-MRAM(自旋扭矩磁性随机存取存储器)。自旋扭矩磁化反转也被称为自旋注入磁化反转。关于ST-MRAM所抱有的最大期望是，将ST-MRAM用作能够保持MRAM的优点的同时降低低功耗和提高容量，即高速和近似无限次地重写的非易失性存储器。
发明内容
对于在ST-MRAM存储单元中使用的铁磁体，考虑了各种材料。在一般情况下，具有垂直磁各向异性的材料被认为是比具有面内磁性各向异性的材料更适合于省电和容量大。这是因为垂直磁化在自旋扭矩磁化反转中具有超过的较低阈值(反转电流)，并且因为垂直磁化膜的高磁各向异性有利于保持大容量小型化的存储单元的热稳定性。
这里，为了得到高致密的ST-MRAM元件，希望在低电压下实现记录和每个MTJ元件的读出信号的高输出。因此，充分提高足够薄并具有低电阻的绝缘膜中的隧道磁阻比(MR比或TMR)是重要的。由特定材料构成的MTJ结构呈现高TMR，但具体地，垂直磁化材料制成的TMR在某个温度以上进行热处理之后显著降低。
因此希望提供一种可以改进TMR特性的存储单元、包括存储单元的存储装置和磁头。
根据本公开的实施方式的一种存储单元包括层状结构，该层状结构包括存储层，其中，磁化方向与信息对应地改变；磁化固定层，具有垂直于膜表面并用作存储层中存储的信息的基准的磁化；以及中间层，设置在存储层与磁化固定层之间并由非磁体制成，其中，碳被插入于中间层中，并且通过沿层状结构的层压方向馈入电流使存储层中的磁化方向改变从而将信息记录在存储层中。
此外，根据本公开实施方式的一种存储装置包括：存储单元，配置为通过磁体的磁化状态来保持信息；以及彼此相交的两种配线，存储单元包括层状结构，该层状结构包括：存储层，其中，磁化方向与信息对应地改变；磁化固定层，具有垂直于膜表面并用作存储层中存储的信息的基准的磁化；以及中间层，设置在存储层与磁化固定层之间并由非磁体制成，其中，通过沿层状结构的层压方向馈入电流使存储层中的磁化方向改变从而将信息记录在存储层中，并且碳被插入在中间层中。此外，存储单元布置在两种配线之间，并且通过两种配线使沿层压方向的电流流入存储单元中。
此外，根据本公开的实施方式的一种磁头，包括存储单元，存储单元包括层状结构，该层状结构包括：存储层，其中，磁化方向与信息对应地改变；磁化固定层，具有垂直于膜表面并用作存储层中存储的信息的基准的磁化；以及中间层，设置在存储层与磁化固定层之间并由非磁体制成，其中，碳被插入在中间层中。
根据本公开实施方式的存储单元，设置了通过磁体的磁化状态保持信息的存储层。磁化固定层相对于存储层在它们之间设有中间层。通过利用伴随沿着层压方向流动的电流发生的自旋扭矩磁化反转，使存储层的磁化反转来进行信息记录。因此，可以通过馈送沿层压方向的电流来进行信息记录。这里，由于碳被插入中间层中，所以能够改善TMR。
从实现减少反转电流并确保热稳定性的观点来看，使用垂直磁化膜作为存储层的结构受到关注。例如，非专利文献3表明了一种可能，使用垂直磁化膜(诸如，Co/Ni多层膜)使得既能够实现反转电流的减小又能够确保热稳定性。
存在具有垂直磁各向异性的一些种类的磁性材料；例如，稀土-过渡金属合金(诸如，Tb-Co-Fe)、金属多层膜(诸如，Co/Pd多层膜)、规则合金(诸如，Fe-Pt)，以及氧化物与磁性金属(诸如，Co-Fe/MgO)之间的界面处的各向异性的利用等等。
而且，考虑在ST-MRAM中采用隧道结结构，以便实现给出大读出信号的高磁阻变化比，并且进一步考虑热阻系数和制造容易性，利用界面磁各向异性的材料，即包括在作为隧道势垒的MgO上层压的Co或Fe的磁性材料是有前途的。
此外，根据本公开实施方式中的存储装置的构造，通过两种配线使层压方向的电流在存储单元中流动，并且自旋注入发生。因此，可以通过两种配线沿着存储单元的层压方向馈入电流，并且通过自旋扭矩磁化反转进行信息记录。
此外，因为充分保持存储层的热稳定性，可以稳定地保持存储单元中所记录的信息，并实现存储装置微型化、可靠性增强、以及功耗低。
根据本公开的实施方式，碳被插入在设置在存储层与磁化固定层之间并由非磁体制成的中间层。因此，可以改进TMR特性。具体地，由于可以抑制在存储单元的热处理之后TMR特性的劣化，可以实现高致密的ST-MRAM。
此外，由于可以防止反转电流增大，可以降低功耗。
用这种方法，可以减少操作错误，从而获得足够的存储单元的操作裕度。因此可以实现稳定地进行操作的高可靠性存储装置。
而且，可以减少写入电流，从而使得在存储单元中进行写入的功耗减少。这使得可以降低整个存储装置的功耗。
附图说明
[图1]是示出根据本公开的实施方式的存储装置的立体图。
[图2]是实施方式的存储装置的截面图。
[图3]是示出实施方式的存储单元的层状结构的示图。
[图4]是实施方式的存储单元的实验用样品的结构图。
[图5A]是示出碳厚度与磁化曲线变化的关系的示图。
[图5B]是示出碳厚度与磁化曲线变化的关系的示图。
[图6]是示出在碳插入在中间层与存储层之间的界面处的情况下，碳厚度与电阻面积乘积的关系以及碳厚度与TMR的关系的示图。
[图7]是示出在碳插入在中间层与磁化固定层中情况下，碳厚度和电阻面积乘积的关系以及碳厚度与TMR的关系的示图。
[图8A]是示出实施方式的磁头的应用例的示图。
[图8B]是示出实施方式的磁头的应用例的示图。
具体实施方式
在下文中，将按照下列顺序描述本公开的一些实施方式。
<1.实施方式的存储装置的配置>
<2.实施方式的存储单元的概述>
<3.实施方式的具体配置>
<4.实验>
<5.变形例>
<1.实施方式的存储装置的配置>
首先，将对构成本公开实施方式的存储装置的配置进行说明。
在图1和图2中示出实施方式的存储装置的示意图。图1是立体图，以及图2是截面图。
如图1所示，例如，实施方式的存储装置可以包括由能够通过磁化状态保持信息的ST-MRAM构成的存储单元3。存储单元3可布置在彼此正交的两种地址线(例如，字线和位线)的交叉点附近。
具体地，构成选择各个存储装置的选择晶体管的漏极区8、源极区7、以及栅电极1可以形成在由半导体基板10(诸如，硅基板)的器件隔离层2分开的部分中。在它们中，栅电极1也可用作在图中前后方向上延伸的地址线(字线)之一。
可共同形成漏极区8以选择图1中的左侧和右侧上的晶体管。配线9可连接到漏极区8。
此外，例如，包括存储层的存储单元3可以布置在源极区7与布置在上方并在图1中的左右方向上延伸的位线6之间，该存储层通过自旋扭矩磁化反转允许磁化方向反转。例如，存储单元3由磁性隧道结元件(MTJ元件)构成。
如图2所示，存储单元3可以包括两个磁性层15和17。在两个磁性层15和17中，假设一个磁性层为固定了磁化方向M15的磁化固定层15，而假设另一磁性层是存储层17，即，允许改变磁化方向M17的磁化自由层。
此外，存储单元3通过布置在上面和下面的各接触层4可以连接到位线6和源极区7。
用这种方法，可以通过两种地址线1和6将上下方向的电流馈送到存储单元3，从而通过自旋扭矩磁化反转使存储层17的磁化方向M17反转。
在如上所述的存储装置中，理想的是用等于或小于选择晶体管的饱和电流进行写入。由于已知晶体管的饱和电流根据微型化而变小，优选的是，通过改进自旋注入效率来减小馈送至存储单元3的电流，以便使存储装置微型化。
此外，为了提高读出信号，理想的是确保大磁阻变化比。为此，有效的是采用如上所述的MTJ结构，即，存储单元3包括两个磁性层15和17且中间层作为隧道绝缘层(隧道势垒层)介于它们之间的构造。
在将隧道绝缘层用作中间层的情况下，限制要向存储单元3馈送的电流量以免隧道绝缘层绝缘击穿。换言之，同样从确保关于存储单元3的重复写入的可靠性的角度来看，优选地减小自旋扭矩磁化反转所需的电流。应当注意的是使自旋扭矩磁化反转发生的电流有时可被称为反转电流、存储电流等。
此外，因为存储装置是非易失性存储装置，理想的是存储装置稳定地储存通过电流写入的信息。换言之，理想的是确保关于存储层的磁化的热波动的稳定性(热稳定性)。
如果不能确保存储层的热稳定性，反转一次的磁化方向可能由于热量(操作环境中的温度)而再次反转，从而导致写入错误。
与现有的MRAM相比，本存储装置中的存储单元3(ST-MRAM)在缩放比例上是有利的；换言之，体积减小是可行的。然而，如果其他特性相同，体积减小易于引起热稳定性劣化。
在促进ST-MRAM的容量增大的情况中，存储单元3的体积甚至变得更小。因此，确保热稳定性变成一个重要问题。
因此，在ST-MRAM中的存储单元3中，热稳定性是十分重要的特性，而且理想的是将存储单元3设计成即使在体积减小时也能确保热稳定性。
<2.实施方式的存储单元的概述>
接下来，将对构成本公开实施方式的存储单元的概述进行详细说明。
本公开的实施方式包括通过如上所述的自旋扭矩磁化反转允许存储单元的存储层的磁化方向来记录信息。
存储层可由包括铁磁层的磁体构成，并且被配置为通过磁体的磁化状态(磁化方向)保持信息。
图3示出存储单元的层状结构的实例。
存储单元3可具有例如在图3中示出其示例的层状结构并可包括作为至少两个铁磁体层的存储层17和磁化固定层15以及两个磁性层之间的中间层16。
存储层17可具有垂直于膜表面的磁化并且被配置为允许根据信息改变磁化方向。
磁化固定层15具有垂直于膜表面的磁化，并用作存储于存储层17中的信息的基准。
中间层16是非磁性体并设置在存储层17与磁化固定层15之间。然后，在包括存储层17、中间层16、以及磁化固定层15的层状结构的层压方向上注入自旋极化电子，使存储层17的磁化方向改变，从而允许信息记录在存储层17中。
这里，将对自旋扭矩磁化反转进行简要的说明。
电子具有两种自旋的角动量。假如将自旋角动量定义为向上和向下。在非磁体内部，它们在数量上相等，而在铁磁体内部，它们在数量上不同。让我们考虑这样一种情况，当作为构成ST-MRAM的两层铁磁体的磁化固定层15和存储层17中的磁矩方向是相反方向状态时，电子从磁化固定层15移动到存储层17。
磁化固定层15为其中磁矩方向由于高保磁力而固定的固定磁性层。
在已经穿过磁化固定层15的电子中，发生自旋极化；换言之，向上的数目和向下的数目之间存在差值。当作为非磁性层的中间层16被配置为具有足够小的厚度时，由于已穿过磁化固定层15的电子在普通的非磁体中被释放以产生非极化状态(其中，向上和向下在数量上相等)，所以在自旋极化之前，电子能够到达另一磁体，即存储层17。
在存储层17中，因为自旋极化程度为符号相反，使一些电子反转以便减小系统的能量，即，使自旋角动量的方向改变。在这种情况下，由于该系统的整个角动量保持不变，相当于方向改变的电子的角动量变化的总和的反作用产生了(give)存储层17的磁矩。
在电流，即，在单位时间内穿过的电子数目小的情况下，方向改变的电子的总数也小。因此，在存储层17的磁矩中产生的角动量的变化也小。然而，电流的增加使得可以给出在单位时间内角动量的更大的改变。
角动量的时间变化是扭矩。当扭矩超过某个阈值时，存储层17的磁矩开始岁差运动并由于其单轴各向异性通过180度旋转变得稳定。换言之，发生从反方向状态到同向状态的反转。
当磁化是同向状态时，沿与从存储层17向磁化固定层15发送电子的方向相反的方向馈送电流，然后，在由磁化固定层15反射时已自旋反转的电子在进入存储层17时产生扭矩，从而使得可以使磁矩反转到相反方向状态。然而，在这种情况下，引起反转的电流量变得大于从反方向状态到同向状态的反转的情况下引起反转的电流量。
也许难以直观地理解磁矩从同向状态到反向状态的反转；然而，一个合理的解释如下。由于固定了磁化固定层15，所以不允许磁矩反转；反而反转了存储层17以保持整个系统的角动量。如上所述，可通过馈送与相应极性对应并且沿着从磁化固定层15到存储层17的方向或反方向具有一定阈值以上的电流来进行0/1记录。
类似于现有的MRAM，可使用磁阻效应进行读出信息。具体地，类似于如上所述的记录的情况，在垂直于膜表面的方向上馈送电流。然后，所利用的是这样一种现象，单元所展现的电阻根据存储层17的磁矩相对于磁化固定层15的磁矩是同方向还是相反方向而改变。
用作磁化固定层15与存储层17之间的中间层16的材料可以是绝缘体的任一金属；然而，这是在将绝缘体用作获得较高读出信号(电阻的变化率)并且较低的电流就能够允许记录的中间层的情况下。在这种情况下的单元称作铁磁性隧道结(磁性隧道结：MTJ)。
通过自旋扭矩磁化反转来使磁性层的磁化方向反转的电流的阈值Ic根据磁性层的易磁化轴是面内方向还是垂直方向而不同。
根据本实施方式的存储单元是垂直磁化类型；然而，现有面内磁化类型的存储单元中使磁性层的磁化方向反转的反转电流假定为Ic_para。
在从同方向到反方向反转的情况下，得到如下式。
Ic_para＝(A·α·Ms·V/g(0)/P)(Hk+2πMs)
在从反方向到同方向反转的情况下，得到如下式。
Ic_para＝-(A·α·Ms·V/g(π)/P)(Hk+2πMs)
应当注意的是，同方向和反方向指的是相对于磁化固定层的磁化方向作为基准来观察的存储层的磁化方向。它们也被称作平行和反平行。
另一方面，如在本实施例中的垂直磁化类型的存储单元中的反转电流假定为Ic_perp。在从同方向到反方向反转的情况下，得到如下式。
Ic_perp＝(A·α·Ms·V/g(0)/P)(Hk-4πMs)
在从反方向到同方向反转的情况下，得到如下式。
Ic_perp＝-(A·α·Ms·V/g(π)/P)(Hk-4πMs)
其中，A是常数、α是阻尼常数、Ms是饱和磁化、V是单元体积、P是自旋极化速率、g(0)和g(π)分别是在同方向和反方向的情况下向相关磁性层传递自旋扭矩的相应效率的系数，并且Hk是磁各向异性。
在上述表达式中，比较垂直磁化类型的情况下的(Hk-4πMs)与面内磁化类型的情况下的(Hk+2πMs)，应理解的是，垂直磁化类型更适用于较低存储电流。
在此，当用和热稳定性的指标Δ的关系表示时，可通过如下(数学表达式1)表示反转电流Ic。
[数学表达式1]
(表达式1)
其中，e是电子的电荷、η是自旋注入效率、带杠的h是是减小的普朗克常数、α是阻尼常数、kB是波尔兹曼常数、以及T是温度。
在本实施方式中，构成的是包括能够通过磁化状态保持信息的磁性层(存储层17)和磁化方向固定的磁化固定层15的存储单元。
为了能够作为存储器而存在，理想的是保持写入的信息。作为保持信息的能力的指标，存在热稳定性的指标的值Δ(＝kV/kBT)来用于判断。可由(数学表达式2)表示该Δ。
[数学表达式2]
(表达式2)
其中，Hk是有效的各向异性磁场、KB是波尔兹曼常数、T是温度、Ms是饱和磁化量、V是存储层的体积、以及K是各向异性能量。
在有效的各向异性磁场Hk中，结合了形状磁各向异向性、感应磁各向异性、以及晶体磁各向异性等等的影响。假设单磁畴的同时旋转模型的情况，这相当于保磁力。
在很多情况下，热稳定性Δ的指标和阈值电流值Ic之间存在折衷关系。因此，为了保持存储器的特性，处理这两者常常成问题。
在包括具有例如2nm的厚度并具有100nm直径的圆形的平面图案的存储层17的TMR单元中，允许存储层的磁化状态改变的电流的阈值实际上约一百至几百μA且包括两个端点。
另一方面，在通过电流磁场进行磁化反转的普通的MRAM中，写入电流变成几个mA以上。
因此，在ST-MRAM的情况下，可发现写入电流的阈值变的如上所述那样足够小，这对于减少集成电路的功耗是有效的。
此外，不像普通的MRAM，可以除去用于产生电流磁场的配线，考虑到与普通的MRAM相比的集成度，这也是有利的。
此外，在进行自旋扭矩磁化反转的情况下，将电流直接馈送到存储单元以进行写入(记录)信息。因此，存储单元连接至组成存储器单元的选择晶体管，以便选择进行写入的存储器单元。
在这种情况下，可通过由选择晶体管所能够馈送的电流(选择晶体管的饱和电流)的大小来限制在存储单元中流动的电流。
为了减少记录电流，期望采用如上所述的垂直磁化类型。此外，鉴于使上述Δ保持较高，因为一般可以使得垂直磁化膜具有比面内磁化膜更高的磁各向异性，所以可优选垂直磁化膜。
存在具有垂直各向异性的一些种类的磁性材料；例如，稀土-过渡金属合金(诸如，Tb-Co-Fe)、金属多层膜(诸如，Co/Pd多层膜)、规则合金(诸如，Fe-Pt)、以及氧化物与磁性金属(诸如，Co-Fe/MgO)之间的界面处的各向异性的利用等等。然而，对于ST-MRAM材料稀土-过渡金属合金不是优选的，因为当它们通过加热扩散和结晶时失去垂直磁各向异性。
此外，已知也通过加热扩散金属多层膜，从而引起垂直磁各向异性劣化。此外，因为在面心立方体的(111)取向的情况下它们呈现垂直磁各向异性，所以变得难以实现MgO或与其相邻布置的高极化度层，诸如，Fe、Co-Fe、Co-Fe-B等期望的(001)取向。L10规则合金不涉及如上所述的缺点，因为即使在高温下它们也是稳定的并在(001)取向时展现垂直磁各向异性。然而，它们涉及在制造时通过在500℃以上的足够高的温度下加热或者在制造后通过在500℃以上的高温下进行热处理来规则的排列原子。因此，可能引起层压膜中的其他部分(诸如，隧道势垒)的不希望的扩散或者增大截面粗糙度。
另一方面，具有利用界面磁各向异性的垂直各向共性的磁性材料的实例是Co-Fe-B合金，其被认为是优选的MTJ单元的材料，这是因为其可能与MgO结合，以便达到在ST-MRAM中给出大读出信号的高巨磁阻变化比。
如已描述的，考虑选择晶体管的饱和电流值的情况下，将由绝缘体制成的隧道绝缘层(用作存储层17与磁化固定层15之间的非磁性中间层16)构成磁性隧道结(MTJ)单元。
一个原因如下：通过使用隧道绝缘层组成磁性隧道结(MTJ)单元，与使用非磁性导电层的巨磁阻效应(GMR)单元的情况相比可以提高巨磁阻变化比(MR比)并增大读出信号的强度。
此外，具体地，使用氧化镁(MgO)作为中间层16(作为隧道绝缘层)的材料，使得其可以增大巨磁阻变化比(MR比)。
而且，通常，自旋注入的效率取决于MR比。MR比越大，自旋注入效率改善越多。这使得可以减小磁化反转电流密度。
因此，通过将氧化镁用作隧道绝缘层的材料并同时使用上述存储层17，可以通过自旋扭矩磁化反转来减少写入阈值电流，使得可以利用较小的电流执行信息写入(记录)。此外，可以增大读出信号的强度。
用这种方法，可以确保MR比(TMR比)，可以通过自旋扭矩磁化反转来减小写入阈值电流并用较小的电流进行信息写入(记录)。而且，可以增大读出信号的强度。
然而，尽管Co-Fe-B合金与MgO的结合展现了高MR比，尤其在显示垂直各向共性的磁化材料中，但MR比在300℃以上的热处理后明显降低。因此，如图3的B到图3的F所示，将碳插入在存储层17与中间层16之间的界面。用这种方法，可以改善MR比特性。
此外，可以将碳插入在存储层17与中间层16之间的界面以及中间层16的内部。
此外，碳可以插入在存储层17与中间层16之间的界面、中间层16的内部、以及中间层16与磁化固定层15之间的界面处。
中间层16(隧道绝缘层)可由氧化镁(MgO)膜配置。更可取的是使MgO膜结晶并使晶体取向保持在001方向上。
应当注意的是，在本实施方式中，可利用各种绝缘体、电介质、或半导体以及具有氧化镁的构造来配置存储层17与磁化固定层15之间的中间层16(隧道绝缘层)。实例可以包括氧化铝、氮化铝、SiO2、Bi2O3、MgF2、CaF、SrTiO2、AlLaO3、Al-N-O、或诸如此类。
此外，为了增强读出性能，可能希望低电阻面积乘积(RA)用于阻抗匹配和高MR比用于获得强度信号；优选更好处理这两者。
从获得可允许通过自旋扭矩磁化反转来使存储层17的磁化方向反转的电流密度的观点来看，理想地，可以将隧道绝缘层的电阻面积乘积控制为约几十Ωμm2以下。
而且，在由MgO膜制成的隧道绝缘层中，MgO膜的厚度可优选地设置为1.5nm以下以便允许电阻面积乘积在上述范围内。
此外，在本公开的实施方式中，可将保护层18布置成邻近存储层17并且保护层可以包括氧化层。
例如，可以将MgO、氧化铝、TiO2、SiO2、Bi2O3、SrTiO2、AlLaO3、Al-N-O、或诸如此类用作保护层18的氧化物。
也希望存储单元尺寸小，以便使得容易用较小的电流反转存储层17的磁化方向。
因此，优选地，存储单元的面积可以为0.01μm2或更小。
优选的是，磁化固定层15和存储层17的厚度各为0.5nm到30nm(包括两个端点)。
另外，存储单元的配置可以与被配置为通过自旋扭矩磁化反转来记录信息的已知存储单元的配置相似。
磁化固定层15可具有仅通过铁磁层、或者利用反铁磁层与铁磁层的反铁磁耦接来固定磁化方向的构造。
此外，磁化固定层15可具有单层铁磁层的构造或者具有层压多个铁磁层且其间具有非磁性层的层压铁固定结构。
作为构成层压铁固定结构的磁化固定层15中的铁磁层的材料，可以使用Co、Co-Fe、或Co-Fe-B等。此外，可以将Ru、Re、Ir、或Os等用作非磁性层的材料。
反铁磁层的材料的实例可以包括磁体，诸如Fe-Mn合金、Pt-Mn合金、Pt-Cr-Mn合金、Ni-Mn合金、Ir-Mn合金、NiO、以及Fe2O3。
此外，可以将非磁性元素，诸如Ag、Cu、Au、Al、Si、Bi、Ta、B、C、O、N、Pd、Pt、Zr、Hf、Ir、W、Mo、以及Nb加到这些磁体中，以便调整磁性或调整其他晶体结构、结晶性、或者诸如物质的稳定性等各种物理特性。
此外，存储层17布置在磁化固定层15下侧的存储单元的膜构造不存在问题。在这种情况下，上述导电氧化物保护层所起的作用可以由导电氧化物基层来承担。
<3.实施方式的具体配置>
接下来，将对实施方式的具体配置进行说明。
关于存储装置的配置，如以上参考图1和图2已描述，能够通过磁化状态保持信息的存储单元3可以布置在两种正交地址配线1和6(例如，字线和位线)的交叉点附近。
因此，通过两种地址配线1和6，上下方向的电流可馈送到存储单元3，从而允许通过自旋扭矩磁化反转来反转存储层17的磁化方向。
图3示出了实施方式的存储单元(ST-MRAM)的层状结构的实例。
如已描述的，如在图3的A中所示，在存储单元3中，可从下层侧依次层压基层14、磁化固定层15、中间层16、存储层17、以及保护层18。
在这种情况下，磁化固定层15可相对于允许通过自旋注入来使磁化方向M17反转的存储层17设置在下面。
在自旋注入类型的存储器中，可通过存储层17的磁化M17与磁化固定层15的磁化M15之间的相对角定义信息的“0”和“1”。
用作隧道势垒层(隧道绝缘层)的中间层16设置在存储层17与磁化固定层15之间。因此，存储层17和磁化固定层15构成MTJ单元。此外，可将基层14设置在磁化固定层15的下面。
例如，可由Co-Fe-B合金、Co-Pt合金等构成存储层17和磁化固定层15。
存储层17可由具有使磁化M17的方向沿垂直于膜表面的方向自由地改变的磁矩的铁磁体构成。磁化固定层15可由具有使磁化M15的方向沿垂直于膜表面的方向固定的磁矩的铁磁体构成。
可通过具有单轴各向异性的存储层15的磁化方向进行信息记录。可通过施加沿垂直于膜表面的方向的电流从而使自旋扭矩磁化反转发生来进行写入。用这种方法，磁化固定层15可设置在允许通过自旋注入来反转磁化方向的存储层17下方。磁化固定层15可用作存储层17中的记录信息的基准(磁化方向)。
由于磁化固定层15用作信息的基准，磁化方向不应该因记录或读取而改变。然而，没必要将磁化固定层15的磁化方向固定在具体方向上。通过使磁化固定层15的保磁力大于存储层17的保磁力，通过使磁化固定层15的膜厚度大于存储层17的膜厚度，或者通过使磁化固定层15的磁阻尼常数大于存储层17的磁阻尼常数，与存储层17的磁化方向相比磁化固定层15的磁化方向更难以改变。
例如，中间层16可以是氧化镁(MgO)层。在这种情况下，可以增强巨磁阻变化比(MR比)。
通过增大如上所述的MR比，可以改善自旋注入效率，从而导致使存储层17的磁化M17方向反转的电流密度减小。
应当注意的是，可以使用各种绝缘体、电介质、或半导体、以及具有氧化镁的构造来构成中间层16。实例可以包括氧化铝、氮化铝、SiO2、Bi2O3、MgF2、CaF、SrTiO2、AlLaO3、Al-N-O、或诸如此类。
作为基层14和保护层18，可以使用各种金属，诸如，Ta、Ti、W、或Ru、或导电氮化物(诸如，TiN)。此外，基层14和保护层18可用作单层，或可以是多层不同材料的层压片。
此外，本实施方式的存储单元3具有碳插入在中间层16的结构。碳插入的可能具体模式如下。
如在图3的B中所示，碳可插入于存储层17与中间层16之间的界面。
如在图3的C中所示，碳可插入于磁化固定层15与中间层16之间的界面。
如在图3的D中所示，可将碳插入于存储层17与中间层16之间的界面以及磁化固定层15与中间层16之间的界面。
如在图3的E中所示，可将碳插入于存储层17与中间层16之间的界面以及中间层16的内部。
如在图3的F中所示，碳可以插入在存储层17与中间层16之间的界面、中间层16的内部、以及中间层16与磁化固定层15之间的界面处。
图3的B到图3的F中的任何模式都是可以的。因此，可以防止在300℃或以上的温度下进行热处理之后MR比降低。
如在图3的A到图3的F中的实施方式中，可以调整存储单元3的存储层17的组合物，尤其使得存储层17接收的有效反磁场的大小变得小于存储层17的饱和磁化量Ms。
具体地，可为存储层17选择铁磁材料Co-Fe-B组合物，但存储层17接收的有效反磁场的大小降低至小于存储层17的饱和磁化量Ms。
根据这些实施方式的存储单元3可制备如下：可在真空装置中连续形成基层14到保护层18；然后，通过处理(诸如，蚀刻等)形成存储单元3的图案。
如上所述，根据本实施方式，可以预防MR比在某个温度或以上的热处理之后退化。
此外，反转电流减小，从而使得可以实现确保热稳定性的存储单元。
换言之，可以减少使存储层17的磁化方向M17反转的写入电流的量。
此外，由于充分确保作为保持信息的能力的热稳定性，所以可以构成具有极好的平衡特性的存储单元3。
用这种方法，可以减少操作错误，从而获得足够的操作裕度并允许稳定操作。
因此，可以实现稳定地操作的高可靠存储装置。
此外，可以减少写入电流，并在进行写入时降低功耗。
此外，在通过本实施方式的存储单元构成存储装置的情况下，可以降低整个存储装置的功耗。
此外，包括参考图3所描述的存储单元3并具有图1所示的构造的存储装置具有一般半导体MOS制造工艺可适用于制造存储装置的优点。
因此，根据本实施方式可以将存储装置应用于通用存储器。
<4.关于实施方式的实验>
[实验1]
本实验是对图3中的存储单元3的垂直磁各向异性的评估，证明了将碳插入中间层16与存储层17之间的情况下的影响。实验的样本结构如下。如在图4中所示，
·基层14：10nm厚的Ta膜和10nm厚的Ru膜的层压膜。
·磁化固定层15：Co-Pt:2nm/Ru：0.7nm/[Co20Fe80]80B20:1nm的层压膜。
·存储层17：1.2nm厚的[Co20Fe80]80B20膜。
·保护层18:/Ta:5nm的膜/
在具有普遍设置的上列层的情况下，中间层16的结构如下。制备两个样本。
如在图4的A和图4的B中所示，
·样本1(图4的A)中间层16：0.6nm厚的MgO膜，没有插入碳
·样本2(图4的B)中间层16：0.6nm厚的MgO膜和0.05nm-至0.2nm厚的碳膜的层压片
在每个样本中，在0.725mm厚的硅基板上形成300nm厚的热氧化膜，在300nm厚的热氧化膜上形成具有上述构造的存储单元。此外，在基层和硅基板之间设置未描绘的100nm厚的Cu膜(对应于字线)。
使用DC磁控管溅射法沉积除了绝缘层以外的每层。通过RF磁控管溅射法或DC磁控管溅射法沉积金属层并且然后在氧化室中氧化金属层获得使用了氧化物的绝缘层。在沉积该层之后，在磁场中的热处理炉中进行400℃的热处理。
(磁化曲线的测量)
通过磁性克尔效应的测量和振动样品磁强计(vibrating sample magnetometer)测量上述样本1和2的磁化曲线。在这种情况下，测量所使用的是具体设置在用于评估磁化曲线的晶片上的8mm乘8mm的块状膜部分而非微细制造后的单元。此外，在垂直于膜表面的方向上施加用于测量的磁场。
图5A和图5B是关于样本1和样本2在300℃下进行热处理1个小时之后的磁化曲线与在350℃下进行热处理1小时之后的磁化曲线的比较。
在图5A和图5B中，水平轴是在垂直于膜表面的方向上施加的磁场，而垂直轴是克尔旋转角。即使在使垂直于膜表面的方向的磁场从正返回到零的情况下，克尔旋转角也保持为正值；此外，即使在施加负磁场的情况下，能够维持正克尔旋转角的磁场(保磁力)的限制越大，垂直磁各向异性越大。在图中，虽然没有明确标明单位，但竖直地布置测量结果的形状，以便能够比较相应样本的特性。此外，图中的tc是指所插入的碳的厚度。
图5A表示所施加的磁场大致为-4000(Oe)至+4000(Oe)的情况下的特性。图5B表示测量磁场在零磁场的邻近区域大致为-4000(Oe)至+4000(Oe)的情况。
如从图中可见，在300℃和350℃两者的情况下，碳的插入使得磁化曲线的方正度更稳定。换言之，增强了垂直磁各向异性。然而，碳的厚度的增加不会给予更大的效果。在图中，当碳的厚度为tc＝0.05nm时方正度是最稳定的。
此外，假设我们聚焦在与布置在零磁场的邻近区域中的存储层17对应的磁化曲线的形状(图5B)。在没插入碳的情况下(tc＝0)，发现在300℃下环形的方正度劣化。此外，在350℃下，环最终消失。另一方面，在碳插入中间层16与存储层17之间的实例中，存储层的磁化曲线的环形的方正度保持稳定直到350℃为止。换言之，即使当单元经受300℃或以上的热处理时，单元也保持稳定的垂直磁各向异性。
如在实验例中，可以通过将碳插入于中间层16与存储层17之间改善存储单元的耐热性。这样的一个合理的原因可为如下。由于相对于热负载是稳定的碳存在于中间层16与存储层17之间的界面，所以防止MgO和Co-Fe-B合金过度混合，从而将存储层17的垂直磁各向异性维持至甚至更高的温度。
由于存储层17的磁化曲线是明确的，在实验例中插入的碳不会干扰在存储层17上起作用的氧原子的界面各向异性。因此，并不认为碳是作为完整的层状结构存在，但却被认为形成氧和碳在表面上混合的状态。
此外，在中间层16与磁体之间的界面存在的碳使得可以获得本公开的实施方式的效果，碳层可以插入在中间层16的磁化固定层15侧上的界面。
[实验2]
本实验是通过CIPT(平面内隧道中的电流)方法对实验1的存储单元3的结构的TMR特性(MR比)的评估。样本结构如下，类似于实验1。
如在图4中所示，在每个样本中，从基板到保护层的层压结构中的层如下。
·基层14：10nm厚的Ta和10nm厚的Ru的层压膜。
·磁化固定层15：Co-Pt:2nm/Ru：0.7nm/[Co20Fe80]80B20:1nm的层压膜。
·存储层17：1.2nm厚的[Co20Fe80]80B20膜。
·保护层18:/Ta:5nm的膜/
在共同设置上列层的情况下，中间层16的结构如下。制备两个样本。
如在图4的A和图4的C中所示，
·样本1(图4的A)中间层16：0.6nm厚的MgO膜，没有插入碳
·中间层16的样本3(图4的C)：0.6nm厚的MgO膜和0.05nm-至0.1nm厚的碳膜的层压片
在每个样本中，在0.725mm厚的硅基板上形成300nm厚的热氧化膜，在300nm厚的热氧化膜上形成具有上述配置的存储单元。此外，在基层和硅基板之间设置未描绘的100nm厚的Cu膜(对应字线)。
使用DC磁控管溅射法沉积除了中间层16以外的每层。通过RF磁控管溅射法或DC磁控管溅射法沉积金属层并且然后在氧化室中氧化金属层获得使用了氧化物的中间层16。在沉积存储单元的该层之后，在磁场中的热处理炉中进行300℃或350℃的热处理1个小时。
(TMR和RA的测量)
通过12个端子的CIPT测量装置评估存储单元的TMR(MR比)和RA(电阻面积乘积)。在这种情况下，测量所使用的是在晶片上具体设置的用于TMR评估目的约2厘米的正方形的块状膜部分，而非微细制造后的单元。此外，在垂直于膜表面的方向上施加用于测量的磁场。
图6表示通过CIPT测量关于所插入碳的膜厚度的TMR和RA(电阻面积乘积)。在图中，横轴上的零点表示的是没插入碳的样本1的测量结果。
图示出了在热处理后的样本中，通过插入碳膜获得上升的TMR和下降的RA。这在350℃热处理后在样本中尤其明显。当通过固相成长的进展促进作为MgO隧道势垒的中间层16和Co-Fe-B合金的存储层17结晶时通常会得到这种趋势。由此，在通过热处理固相成长的过程中所插入的碳来释放MgO与Co-Fe-B合金之间的晶格失配似是合理的，从而形成隧道势垒的有利的界面。
[实验3]
本实验是对碳插入在中间层16的两侧以及图1中的存储单元中的中间层的内部的层压结构的特性进行评估。制作微小的单元并经受磁阻曲线的测量。
在每个样本中，从基板到保护层的层压结构中的层如下。
如在图4中所示，从基板到保护层的层压结构中的层如下。
·基层14：10nm厚的Ta和10nm厚的Ru的层压膜。
·磁化固定层15：Co-Pt:2nm/Ru：0.7nm/[Co20Fe80]80B20:1nm的层压膜。
·存储层17：1.2nm厚的[Co20Fe80]80B20膜。
·保护层18:/Ta:5nm的膜/
在共同设置上列层的情况下，中间层16的结构如下。制备两个样本。
如在图4的A和图4的D中所示，
·样本1(图4的A)中间层16：0.6nm厚，没有插入碳
·样本4(图4的D)与磁化固定层15接触的0.05nm-至0.5nm厚的碳膜、0.3nm厚的MgO膜、0.1nm厚的碳膜、0.3nm厚的MgO膜、以及0.1nm厚的碳膜的层压片(C/MgO/C/MgO/C结构)
在每个样本中，在0.725mm厚的硅基板上形成300nm厚的热氧化膜，在300nm厚的热氧化膜上形成具有上述配置的存储单元。此外，在基层和硅基板之间设置未描绘的100nm厚的铜膜(对应字线)。
使用DC磁控管溅射方法沉积除了中间层16以外的每层。通过RF磁控管溅射方法或DC磁控管溅射方法沉积金属层并且然后在氧化室中氧化金属层获得使用氧化物的中间层16。在沉积存储单元的层之后，在磁场中的热处理炉中进行300℃或350℃的热处理1个小时。
接下来，在通过光刻遮蔽字线部分之后，通过Ar等离子体对层压膜的除了字线之外的其他部分进行选择蚀刻以形成字线(底电极)。在这种情况下，在基板中将除了字线部分以外的其他部分蚀刻到5nm的深度。此后，通过电子束蚀刻装置形成存储单元的图案的掩模，并相对于层压膜进行选择蚀刻以形成存储单元。在作为字线的铜层正上方蚀刻除了存储单元部分的其他部分。应当注意的是，在用于特性评估的存储单元中，理想的是将隧道绝缘层的电阻值保持较低，以便向存储单元馈送充足的电流以允许发生磁化反转自旋扭矩。因此，使存储单元的图案为具有0.07μm的短轴和0.07μm的长轴的圆形，从而允许存储单元的电阻面积乘积(Ωμm2)为20(Ωμm2)。
接下来，通过约100nm厚的Al2O3的溅射隔离除了存储单元部分以外的其他部分。此后，使用光刻，形成了用作上电极的位线和用于测量的焊盘。用这种方法，制备了存储单元的样本。
因此，针对如上所述制备的存储单元的每个样本，特性的评估执行如下。
(磁化曲线的测量)
关于磁化曲线，在±1.5kOe的范围内横扫磁场和施加100mV的电压的状态中通过4端子法测量电阻。
图7概括了因而相对于中间层16(MgO)的磁化固定层15侧上的界面处的碳的厚度测量的TMR(MR比)和RA(电阻面积乘积)。图7中的横轴是插入在磁化固定层15侧上的碳的膜厚度。如图7所示，TMR特性中任然存在实验2的特性；碳的膜厚度的增大使得维持高TMR的同时减小RA。如上所述，通过允许碳的膜厚度为适当的厚度，即使当存在插入碳的多个界面时也可以获得本公开实施方式的效果。
此外，基层14和保护层18可由单一材料制成，或可具有多个材料的层压结构。
此外，磁化固定层15可以是单层，或者可替换地，可以使用包括两个铁磁层和非磁性层的层压铁固定结构。此外，将反铁磁膜加到层压铁固定结构的结构也是可以的。
<5.变形例>
本公开实施方式的存储单元3的结构是磁阻效应元件(诸如，TMR单元)的构造。作为TMR单元的磁阻效应元件不仅可以应用于上述存储装置而且也可应用于磁头和安装有磁头的硬磁盘驱动器，以及集成电路片，另外应用于各种电子设备或包括个人计算机的电气设备、便携式终端、移动电话、以及磁性传感器装置。
例如，图8A和图8B示出具有上述存储单元3的结构的磁阻效应元件101应用于复合磁头100的实例。应当注意的是图8A是复合磁头100的部分去掉的立体图以便示出其内部结构；以及图8B是复合磁头100的截面图。
复合磁头100是硬盘装置等中使用的磁头，并且在基板122上包括本公开实施方式的技术应用的磁阻效应类型的磁头，在磁阻效应类型的磁头上形成并层压有感应类型磁头。在此，磁阻效应类型的磁头被配置为操作为再生磁头，而感应类型磁头被配置为操作为记录磁头。换言之，通过组合再生磁头和记录磁头构成复合磁头100。
安装在复合磁头100上的磁阻效应类型的磁头可以是所谓的屏蔽式MR磁头，并可以包括第一磁屏蔽125、磁阻效应元件101、以及第二磁屏蔽127。第一磁屏蔽125可以形成在基板122上且它们之间有绝缘层123。磁阻效应元件101可以形成在第一磁屏蔽125上且它们之间有绝缘层123。第二磁屏蔽127可以形成在磁阻效应元件101上且它们之间有绝缘层123。绝缘层123可由诸如Al2O3和SiO2等的绝缘材料构成。
第一磁屏蔽125被配置为在磁阻效应元件101的下层侧上进行磁屏蔽并可由诸如Ni-Fe等的软磁性材料构成。在第一磁屏蔽125上，形成有磁阻效应元件101且它们之间有绝缘层123。
在磁阻效应类型的磁头中，磁阻效应元件101可起到磁敏感元件的作用，磁敏感元件被配置为检测来自磁性记录介质的磁信号。此外，磁阻效应元件101可具有与如上所述的存储单元3类似的层状结构。
磁阻效应元件101可以形成为基本矩形形状，该基本矩形形状的一个侧面可被配置为暴露在面向磁性记录介质的表面中。此外，偏置层128和129可以设置在磁阻效应元件101的两端上。而且，可以形成连接到偏置层128和129的接线端子130和131。可通过接线端子130和131将感测电流供应至磁阻效应元件101。
此外，在偏置层128和129上方，设置有第二磁屏蔽层127，且它们之间有绝缘层123。
形成并层压在上述磁阻效应类型磁头上的感应类型磁头可以包括磁芯和薄膜线圈133。磁芯可由第二磁屏蔽127和上部芯132配置。薄膜线圈133可以形成为缠绕在磁芯周围。
上部芯132被配置为与第二磁屏蔽127一起形成封闭的磁路，以构成感应类型磁头的磁芯，并可由诸如Ni-Fe等的软磁性材料配置。在此，第二磁屏蔽127和上部芯132可以形成为使得它们的前端暴露于面向磁性记录介质的表面中并且第二磁屏蔽127和上部芯132在它们的后端彼此接触。这里，第二磁屏蔽127和上部芯132的前端可以形成为使得在面向磁性记录介质的表面中，通过预定间隙g将第二磁屏蔽127和上部芯132分开。
换言之，在复合磁头100中，第二磁屏蔽127被配置为不仅在磁阻效应元件126的上层侧进行磁屏蔽而且被配置为用作感应类型磁头的磁芯；第二磁屏蔽127和上部芯132构成感应类型磁头的磁芯。此外，间隙g可用作用于感应类型磁头记录的磁隙。
此外，嵌入绝缘层123中的薄膜线圈133可以形成在第二磁屏蔽127上方。此处，薄膜线圈133可以形成为卷绕在由第二磁屏蔽127和上部芯132构成的磁芯的周围。虽然未示出，薄膜线圈133的两端可暴露于外部，形成在上薄膜线圈133的两端上的端子用作外接感应类型磁头的端子。即，在磁性记录介质上记录磁性信号过程中，可通过用于外接的端子将记录电流供应到薄膜线圈133。
如上所述的复合磁头121可包括作为再生磁头的磁阻效应类型的磁头；磁阻效应类型的磁头可以包括作为被配置为检测来自磁性记录介质的磁信号的磁敏感元件的本公开实施方式的技术应用的磁阻效应元件101。此外，因为本公开实施方式的技术应用的如上所述磁阻效应元件101展现非常好的特性，磁阻效应类型的磁头使得可以解决在磁记录的记录密度方面进一步增大的问题。
应当注意，本技术的内容可具有如下构造。
(1)一种存储单元，包括：
层状结构，包括
存储层，其中磁化方向与信息对应地改变，
磁化固定层，具有垂直于膜表面并且用作存储层中存储的信息的基准的磁化，以及
中间层，设置在存储层与磁化固定层之间并由非磁体制成，
其中，碳被插入中间层，并且
通过沿层状结构的层压方向馈入电流使存储层中的磁化方向改变，从而将信息记录在存储层中。
(2)根据上述(1)的存储单元，
其中，碳被布置在存储层与中间层之间的界面处。
(3)根据上述(1)的存储单元，
其中，碳被布置在存储层与中间层之间的界面处，并且还被插入在中间层中。
(4)根据上述(1)的存储单元，
其中，碳被布置在存储层与中间层之间的界面处以及磁化固定层与中间层之间的界面处。
(5)根据上述(1)至(4)中任一项的存储单元，
其中，构成中间层的非磁体的材料是MgO。
(6)根据上述(1)至(5)中任一项的存储单元，
其中，构成存储层的铁磁材料是Co-Fe-B合金。
(7)一种存储装置，包括：
存储单元，被配置为通过磁体的磁化状态来保持信息；以及
彼此相交的两种配线，
存储单元，包括：
层状结构，包括：
存储层，其中磁化方向与信息对应地改变，
磁化固定层，具有垂直于膜表面并且用作存储层中存储的信息的基准的磁化，以及
中间层，设置在存储层与磁化固定层之间并由非磁体制成，
其中，通过沿层状结构的层压方向馈入电流使存储层中的磁化方向改变，从而将信息记录在存储层中，
碳被插入中间层，
存储单元布置在两种配线之间，并且
通过两种配线使沿层压方向的电流流入存储单元。
(8)一种磁头，包括存储单元，
存储单元，包括：
层状结构，包括：
存储层，其中磁化方向与信息对应地改变，
磁化固定层，具有垂直于膜表面并且用作存储层中存储的信息的基准的磁化，以及
中间层，设置于存储层与磁化固定层之间并由非磁体制成，
其中，碳被插入中间层。
(9)一种存储单元，包括：
层状结构，包括：
存储层，其中磁化方向与信息对应地改变，
磁化固定层，具有垂直于膜表面并且用作存储层中存储的信息的基准的磁化，以及
中间层，设置于存储层与磁化固定层之间并由非磁体制成，
其中，碳被插入中间层。
(10)一种存储装置，其在两种配线之间设置有存储单元，
存储单元，包括：
层状结构，包括：
存储层，其中磁化方向与信息对应地改变，
磁化固定层，具有垂直于膜表面并且用作存储层中存储的信息的基准的磁化，以及
中间层，设置于存储层与磁化固定层之间并由非磁体制成，
其中，碳被插入中间层。
本申请要求于2012年9月28日提交的日本在先专利申请JP2012-217704的权益，其全部内容通过引用结合于此。
本领域的技术人员应当理解的是，只要在所附权利要求或者其等同物的范围内，则根据设计需求和其他因素可以做出各种变形、组合、子组合以及更改。

Claims (11)

1.一种存储单元，包括：
层状结构，包括：
存储层，其中，磁化方向与信息对应地变化，
磁化固定层，具有与膜表面垂直并且用作所述存储层中存储的信息的基准的磁化，
中间层，设置在所述存储层与所述磁化固定层之间并且由非磁体制成，
第一碳膜，布置在所述存储层与所述中间层之间的界面处，以及
第二碳膜，被插入所述中间层的内部中，
其中，通过沿所述层状结构的层压方向馈入电流使所述存储层中的所述磁化方向改变，从而使信息记录在所述存储层中。
2.根据权利要求1所述的存储单元，进一步包括：
第三碳膜，被布置在所述磁化固定层与所述中间层之间的界面处。
3.根据权利要求1或2所述的存储单元，
其中，构成所述中间层的所述非磁体的材料是MgO。
4.根据权利要求3所述的存储单元，
其中，构成所述存储层的铁磁材料是Co-Fe-B合金。
5.根据权利要求1所述的存储单元，
其中，所述存储单元由磁性隧道结元件配置。
6.一种存储装置，包括：
存储单元，被配置为通过磁体的磁化状态来保持信息；以及
彼此相交的两种配线，
所述存储单元包括：
层状结构，包括：
存储层，其中，磁化方向与信息对应地变化，
磁化固定层，具有与膜表面垂直并且用作所述存储层中存储的信息的基准的磁化，
中间层，设置在所述存储层与所述磁化固定层之间并且由非磁体制成，
第一碳膜被布置在所述存储层与所述中间层之间的界面处，以及
第二碳膜被插入所述中间层的内部中，
其中，通过沿所述层状结构的层压方向馈入电流使所述存储层中的所述磁化方向改变，从而使信息记录在所述存储层中，
所述存储单元布置在所述两种配线之间，并且
通过所述两种配线使沿所述层压方向的电流流入所述存储单元。
7.一种磁头，包括存储单元，
所述存储单元包括：
层状结构，包括：
存储层，其中，磁化方向与信息对应地改变，
磁化固定层，具有与膜表面垂直并且用作所述存储层中存储的信息的基准的磁化，
中间层，设置在所述存储层与所述磁化固定层之间并且由非磁体制成，
第一碳膜，布置在所述存储层与所述中间层之间的界面处，以及
第二碳膜，被插入所述中间层的内部中。
8.一种存储单元，包括：
层状结构，包括：
存储层，其中，磁化方向与信息对应地改变，
磁化固定层，具有与膜表面垂直并且用作所述存储层中存储的信息的基准的磁化，
中间层，设置在所述存储层与所述磁化固定层之间并且由非磁体制成，
第一碳膜，布置在所述存储层与所述中间层之间的界面处，以及
第二碳膜，被插入所述中间层的内部中。
9.根据权利要求8所述的存储单元，进一步包括：
第三碳膜，被布置在所述磁化固定层与所述中间层之间的界面处。
10.根据权利要求8或9所述的存储单元，
其中，构成所述中间层的所述非磁体的材料是MgO。
11.一种存储装置，在两种配线之间设置有存储单元，
所述存储单元包括：
层状结构，包括：
存储层，其中，磁化方向与信息对应地改变，
磁化固定层，具有与膜表面垂直并且用作所述存储层中存储的信息的基准的磁化，
中间层，设置在所述存储层与所述磁化固定层之间并且由非磁体制成，
第一碳膜，布置在所述存储层与所述中间层之间的界面处，以及
第二碳膜，被插入所述中间层的内部中。
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