CN1214473C - 磁隧道结元件和使用它的磁存储器 - Google Patents
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Abstract
一种磁隧道结元件(1)包括作为存储层的第一磁性层(12)和第二磁性层(14)，放置在第一和第二磁性层之间的第一绝缘层(13)。而且，磁隧道结元件包括在第二磁性层(14)上与第一绝缘层(13)相反的一边的第三磁性层(15)。该第三磁性层(15)与第二磁性层(14)形成闭合磁路。
Description
技术领域
本发明涉及磁隧道结元件和使用这种磁隧道结元件的磁性存储器。
背景技术
近来，已经在研究和讨论用于硬盘驱动器(HDDs)的重放磁头和磁性存储器的磁隧道结(MTJ)元件的应用，因为与传统的各向异性磁致电阻(AMR)元件和巨型磁致电阻(GMR)元件相比，MTJ元件提供更大的输出。
特别是，与半导体存储器类似，磁性存储器是具有无操作部分的固态存储器，由于它本身以下的特征，它比半导体存储器更有用：即使电源断开，存储在其中的信息也不会丢失；重复改写的次数是无穷的，也就是，提供极大的耐久性；即使暴露在放射性射线下记录的内容也不会有损坏的危险等。
作为通常的MTJ元件的结构的实例，依照JP-A-9-106514的指教显示在图12中。
在图12中MTJ元件，由反铁磁性层41，铁磁性层42，绝缘层43和铁磁性层44组成。反铁磁性层41使用铁锰(FeMn)、镍锰(NiMn)、铂锰(PtMn)或铱锰(IrMn)合金。铁磁性层42和44使用铁(Fe)、钴(Co)、镍(Ni)或它们的合金。此外，在绝缘层43，研究过各种氧化物和氮化物后发现当使用三氧化二铝(Al2O3)薄膜时获得最高的磁致电阻(MR)率。
除此之外，已经建议一种不用反铁磁性层41，而利用铁磁性层42和44之间矫磁力的不同的MTJ元件。
图13表示MTJ元件用在磁性存储器中时，具有如图12所示的结构的MTJ元件的操作原理。
铁磁性层42和44两者的磁化强度都在薄膜表面之间，并具有有效的单轴磁畴各向异性(uniaxial magnetic anisotropy)，以致这些层的磁化强度之间是平行的或反平行的。通过与反铁磁性层41交换耦合，铁磁性层42的磁化强度直接地固定在一个方向上，并按照铁磁性层44的磁化强度的方向存储记录的内容。
MTJ元件的阻抗不同是决定于作为存储层的铁磁性层44的磁化强度与铁磁性层42的磁化强度是平行还是反平行。利用磁阻的不同，通过检测它的磁阻，从MTJ元件上读出信息。另一方面，通过用放置在MTJ元件附近的电流线(current lines)产生的磁场，来改变铁磁性层44的磁化强度的方向，将信息写到MTJ元件上。
在具有以上结构的MTJ元件中，铁磁性层42和44是平行于层表面磁化的，而且这样磁极产生在这些层表面相对的末端部分。为了在磁存储器中增加存储密度或集成度，要求MTJ元件的尺寸减小。然而，随着元件尺寸的减小，由在相应的末端部分的磁极引起的抗磁场的电磁感应变得更大。
因为铁磁性层42与反铁磁性层41交换耦合，在铁磁性层42上的抗磁场的电磁感应小了。而且，在美国专利NO.5841692中公开了，用两个铁磁性层彼此反铁磁性地耦合组成铁磁性层42，来充分的消除在末端部分的磁极是有可能的。
但是，至于铁磁性层44作为存储层，相似的技术没有申请。这样，更精细的图案，对于在末端部分的磁极的电磁感应，铁磁性层44的磁化强度变得不稳定，这造成铁磁性层44保持记录内容的困难。
日本公开文件JP-A-11-163436公开了为了实现增加输出电压，3个铁磁性层和两个绝缘层彼此交替放置，因此在一个MTJ元件中形成两个磁隧道结。这一MTJ元件提供的输出大约是具有一个磁隧道结的MTJ元件的两倍。然而，因为三个铁磁性层沿着它们的层表面磁化，就产生了与图12中的MTJ元件上述固有的问题类似的问题。
而且，随着在磁性薄膜存储器中存储单元的面积的减小，有可能忽视将产生在磁性层内部的抗磁场(自退磁磁场)。对于此，存储信息的磁性层的电磁感应不固定在一个方向上，从而成为不稳定的。作为这一问题的解决方案，日本专利申请JP-A-10-302456和JP-A-10-302457公开了提供一种由一个第一磁性层，一个非磁性层和一个第二磁性层组成的层压的薄膜，它们一起形成一个存储单元，层压的薄膜两侧都有第三磁性层，以便当外界磁场为0时，在非磁性层的周围由第一，第二和第三磁性层形成一个闭合的磁路。
由非常薄的绝缘薄膜作为层压薄膜的非磁性层的磁隧道结元件在磁致电阻方面显示出很大的变化，从而这一元件被认为具有高输出的有前景的存储单元。在这种情况下，第三层要求由绝缘材料形成。然而，矫磁力低到实现闭合磁路结构的绝缘磁性层很难用现有技术形成。因此，它是不切实际的。
发明内容
本发明的一个目的是提供一种将磁化强度的状态记录在存储层的磁隧道结元件，即使使用更精细的图案也能有稳定的保存，还提供一种使用这种磁隧道结元件的磁性存储器。
为了达到以上的目的，依照本发明的一个方面的磁隧道结元件包括：
作为存储层的第一磁性层和第二磁性层；
放置在第一和第二磁性层之间的第一绝缘层；
第三磁性层，提供在第二磁性层上与第一绝缘层相反的一侧，以便与第二磁性层一起形成一个闭合磁路；和一绝缘层(10，20)，绕着该绝缘层(10，20)形成闭合磁路，
其中，第一磁性层的磁化方向被固定，第二磁性层和第三磁性的磁化方向根据记录数据而被改变，借此改变闭合磁路的磁化方向，和根据第一磁性层的磁化方向和闭合磁路的磁化方向读出记录数据。
依照本发明，末端部分磁极的电磁感应减小。因此，即使为磁隧道结(MTJ)元件使用更精细的图案，磁化的状态也会稳定的保存。而且，因为作为存储层的铁磁性层形成了闭合磁路结构，本发明的MTJ元件对外部泄漏磁场是稳定的。
而且，因为本发明的MTJ元件即使为它使用更精细的图案能够稳定的保持磁化状态，归功于在末端部分的磁极的电磁感应减小，实现具有更高的集成度和耗能更的的磁性存储器是有可能的。
在一个实施例中，第三磁性层直接连接到第二磁性层与它相应的末端或用第三磁性层的中心部分与第二磁性层分开，通过第四磁性层连接。
引线(lead wire)可以穿过绝缘层放置在第二磁性层和第三磁性层的中心部分之间的狭缝中。
MTJ元件还可以包括第一反铁磁性层，它与第一磁性层上与第一绝缘层相反的表面连接，其中第一反铁磁性层与第一磁性层交换耦合。
第一磁性层可以由至少两个铁磁性分层组成，它们通过金属层彼此反铁磁性耦合。
在一个实施例中，MTJ元件进一步包括：
第五磁性层，形成在第三磁性层上与第一磁性层相反的一侧；和
第二绝缘层，放置在第三和第五磁性层之间。
这一MTJ元件还可以包括：
第一反铁磁性层，和第一磁性层上与第一绝缘层相反的表面接触，所述的第一反铁磁性层与第一磁性层交换耦合；和
第二反铁磁性层，和第五磁性层上与第二绝缘层相反的表面接触，所述的第二反铁磁性层与第五磁性层交换耦合。
当MTJ元件包括第一和第二反铁磁性层时，最好第一反铁磁性层与第一铁磁性层交换耦合消失时的温度，与第二反铁磁性层与第五铁磁性层交换耦合消失时的温度不同。
依照本发明的另一个方面的磁性存储器使用以上所述结构的MTJ元件作为存储单元。因此，磁性存储器具有高集成度和耗能降低的特点。
本发明的特征和改进的其他方面将会从以下的描述中看出。
附图说明
本发明从以下提供的详细描述和只作为例子给出的附图中会得到更充分的理解，但这不作为本发明的限制，其中：
图1表示依照本发明的MTJ元件的结构的例子；
图2表示依照本发明的MTJ元件的另一个结构的例子；
图3仍然是表示依照本发明的MTJ元件的另一个结构的例子；
图4表示使用依照本发明的MTJ元件作为存储单元的磁性存储器的结构的例子；
图5表示使用依照本发明的MTJ元件作为存储单元的磁性存储器中的字符线和比特线的排列的例子；
图6表示依照本发明的MTJ元件的另一个结构的实例；
图7仍然是表示依照本发明的MTJ元件的另一个结构的实例；
图8还表示依照本发明的MTJ元件的一个结构的实例；
图9表示使用依照本发明的MTJ元件作为存储单元的磁性存储器的结构的例子；
图10表示利用依照本发明的MTJ元件作为存储单元的磁性存储器中的字符线和比特线的排列的例子；
图11还表示依照本发明的MTJ元件的另一个结构的实例；
图12表示传统的MTJ元件的一个结构的实例；
图13表示为磁性存储器使用的传统的MTJ元件的操作的原理。
具体实施方式
(实施例1)
图1表示依照本发明的MTJ元件的结构的例子。
如图1所示，在本发明的实施例1中的MTJ元件1有反铁磁性层11、铁磁性层12、绝缘层13、作为存储层的铁磁性层14、非磁性层10和闭合磁路形成层(铁磁性层)15。铁磁性层14和闭合磁路形成层(铁磁性层)15它们相应末端部分都直接彼此连接，但它们的中心部分由它们之间的狭缝G分离或彼此隔开。狭缝G用非磁性层(在本例中是绝缘层)10填满。
如图1所示，通过放置闭合磁路形成层(铁磁性层)15在铁磁性层14上，铁磁性层14和闭合磁路形成层15的磁感应强度形成闭合的回路。这使避免铁磁性层14的末端部分磁极的产生成为可能。
而且，非铁磁性层11和铁磁性层12是彼此交换耦合的。铁磁性层12的磁感应强度的方向是固定的。
作为非铁磁性层11的材料，能够使用比如铁锰(FeMn)、镍锰(NiMn)、铂锰(PtMn)或铱锰(IrMn)的合金。作为铁磁性层12、14和闭合磁路形成层(铁磁性层)15的材料，可以使用比如金属铁、钴和镍或它们的合金。而且，作为绝缘层13的材料，从MR率的观点看最好使用三氧化二铝薄膜。另外，绝缘层13可以由其它的氧化物或氮化物形成。而且，也可以使用硅薄膜、金刚石薄膜或类金刚石(diamond-like)碳(DLC)薄膜。
铁磁性层12、14和闭合磁路形成层(铁磁性层)15最好具有至少
的薄膜厚度。其中的原因是，当胶片厚度太小时，这些铁磁性层对于热能的电磁感应趋于有超顺磁性(superparamagnetic)。
而且，绝缘层13最好薄膜厚度在
到
的范围内。其中的原因如下所述。当绝缘层13具有小于
的薄膜厚度时，铁磁性层12和铁磁性层14有可能会被短路。另一方面，当绝缘层13具有大于
的薄膜厚度时，电子的穿透几乎不会发生，结果会造成磁致电阻(MR)率的降低。
如图2或3所示，在实施例1中的MTJ元件1也可以具有穿过铁磁性层19、19′在它们彼此末端部分连接的铁磁性层14和闭合磁路形成层(铁磁性层)15，用非磁性层10使中间部分彼此分开。在如图2所示的实施例中，铁磁性层19、19′在铁磁性层14上和闭合磁路形成层15相对的表面之间分别提供。在如图3所示的实施例中，铁磁性层19、19′在铁磁性层14和闭合磁路形成层15的相对的侧面分别与其连接。
图4表示用本发明的实施例1的MTJ元件作为存储单元的随意的容易得到的磁性存储单元的主要部分的示意图。尽管磁性存储器实际上包括很多存储单元，为了简化只将包括一个存储单元的一部分表示在图4中。
晶体三极管121在读信息的时候有选择关联的MTJ元件1的作用。“0”或“1”的信息已经依据MTJ元件1的铁磁性层14的磁化强度方向记录在MTJ元件1上。铁磁性层12的磁化强度方向是固定的。利用磁致电阻的作用使当铁磁性层12和14彼此平行时阻抗值低，而当彼此反平行时阻抗值高来读出信息。另一方面，在由比特线122和字符线123产生的合成磁场作用下，通过转换铁磁性层14和闭合磁路层(铁磁性层)15的磁化强度方向实现写入。另外，参考数字124表示盘线(plate line)。
图5表示比特线(引线)122和字符线(引线)123的设置的实例。在图5中，比特线122和字符线123沿绝缘薄膜10放置在狭缝G内。通过这样做，电流强度对转换铁磁性层14和闭合磁路层(铁磁性层)15的磁化强度方向的要求降低了。这样，磁性存储器的耗能能够减少。在图5的实施例中，字符线放置在比特线上方。
比特线和字符线的放置不局限在图5中所示的一种方式。也可能提供比特线和字符线以便它们彼此共面。另外，这两条线全部或其中一个可以放在MTJ元件的外面和它的附近，这将使生产过程简化。
而且，在图5中，通过绝缘层10，比特线122和字符线123都与铁磁性层14和闭合磁路形成层(铁磁性层)15电绝缘。另外，两条线中的每一个可以与铁磁性层14和闭合磁路形成层(铁磁性层)15电连接，以作为电极检测阻抗的改变。
尽管铁磁性层12的磁化强度是固定的，通过与非铁磁性层11的交换耦合，使用另一种方法比如使用具有强矫磁力的铁磁性材料是有可能的。
如果铁磁性层12由两层铁磁性层由金属层彼此反铁磁性耦合，将会出现在铁磁性层12的末端部分的磁极的电磁感应能够减小。末端部分磁极的电磁感应的减小也可以通过铁磁性材料比如具有稀有的地球过渡金属(earth-transition metal)合金组成铁磁性层12来实现。
为了转换到图1的情况，也可能把各个层堆叠在一起。
尽管闭合磁路结构只由铁磁性层中的一个(也就是铁磁性层14)形成，它也可以由铁磁性层(铁磁性层12和14)共同形成。当闭合磁路结构提供给铁磁性层12时，闭合磁路形成层放置在铁磁性层12的下面。
(实施例2)
图6表示依照本发明的实施例2中的MTJ元件2的结构。
在图6中的MTJ元件由在图1中的MTJ元件的闭合磁路形成层15上进一步提供绝缘层16、铁磁性层17和反铁磁性层18组成。那就是说，在图6中，MTJ元件2有反铁磁性层11、铁磁性层12、绝缘层13、作为存储层的铁磁性层14、非铁磁性层10、闭合磁路形成层(铁磁性层)15、绝缘层16、铁磁性层17和反铁磁性层18。铁磁性层14和闭合磁路形成层(铁磁性层)15的末端部分都彼此连在一起，但是它们的中心部分彼此分离或分开以便在它们之间形成狭缝G。狭缝G用非磁性层(在这一实施例中是绝缘层)10填满。
如与实施例1关联的以上内容所述，放置闭合磁路形成层(铁磁性层)15在铁磁性层14上，允许这两层14和15的磁化强度形成闭合环路。作为结果，避免在铁磁性层14的末端部分的磁极的产生是有可能的。
而且，反铁磁性层11和铁磁性层12彼此相互连接，并且反铁磁性层18和铁磁性层17也彼此相互连接，以便铁磁性层12和17的磁化强度的方向是固定的。
铁磁性层12、14、17和闭合的磁性层(铁磁性层)15的材料能够使用金属铁、钴或镍或它们的合金。反铁磁性层11和18的材料能够使用比如铁锰、镍锰、铂锰或铱锰的合金。
绝缘层13和16，从阻抗率的改变的观点看，尽管也可以使用其它的氧化物或氮化物，最好使用三氧化二铝薄膜。而且，也可以使用共价的绝缘物比如硅薄膜、金刚石薄膜和类金刚石(diamond-like)碳(DLC)薄膜。
MTJ元件2以由铁磁性层14和闭合磁路形成层(铁磁性层)15形成的闭合环路的磁化强度方向的形式保持或保存信息。存储的信息通过检测由铁磁性层14和闭合磁路层(铁磁性层)15形成闭合环路的磁化强度方向与铁磁性层12和17的磁化强度方向是平行的或反平行，而引起的阻抗的改变读出，。
以上很明显，因为存储的内容由铁磁性层14和闭合磁路形成层(铁磁性层)15组成的闭合环路的磁化强度方向表示，铁磁性层12和17的磁化强度必须固定分别与反铁磁性层11和18在相反的方向上交换耦合。
这样的磁化强度通过在交换耦合消失时给反铁磁性层11、18使用具有不同温度(模块化温度)Tbs的材料。
例如，铂锰薄膜用作反铁磁性层11，而铱锰薄膜用作反铁磁性层18的实例将在下面描述。铂锰是具有AuCu I型规则的相位和具有380℃的模块化温度Tb1的反铁磁性材料。另一方面，铱锰是具有表面中心立方结构和具有270℃的模块化温度Tb2的反铁磁性材料。
铁磁性层14、15、12和17以如下的方式磁化。首先，为了使反铁磁性层11由铂锰薄膜形成，在所有11-18层已经在相同的真空环境下形成后，这些层在一个方向上的磁场的作用的同时受到6小时250℃的热处理。作为结果，要求使用铂锰薄膜(反铁磁性层11)，并且在冷却处理的过程中这一薄膜的自旋被排列，同时通过由使用的磁场的方向导向的铁磁性层12的磁化强度来改变。随后的转换组合固定或锁定在铁磁性层在使用的磁场的方向上的磁感应强度方向上。
其次，这些层再被加热到在Tb2和Tb1之间的温度，然后再冷却(180℃)，同时使用在与使用在第一加热处理中的磁场方向相反的方向上的磁场。在冷却处理的过程中，在由铱锰薄膜制成的反铁磁性层中的自旋重新排列，同时用邻近的铁磁性层17的磁化强度被固定在与铁磁性层17在第一加热处理中被磁化的方向反平行的方向上。
在这时，因为第二次热处理的温度低于Tb1，铂锰反铁磁性层11和联合的铁磁性层12的初始磁化强度方向由第一次处理获得，不需要由第二次热处理感应。结果是，铁磁性层12和17的磁化强度方向彼此成为反平行的。
反铁磁性层的材料和磁化强度定向方法不限于以上所述，只要两个反铁磁性层具有不同的模块化温度Tb1(Tb1和Tb2)。而且，如以上电磁感应的定向方法，除了反铁磁性层在磁场中受热处理的方法外，磁化强度的定向也能够用控制薄膜形成时的磁化强度的方向或结合使用以上的方法来实现。与使用规则的合金薄膜的情况不同，对那些在使用不规则的合金作为作为反铁磁性层的胶片的普通技术的来说，省略对薄膜的加热是很明显的。
铁磁性层12、14和17和闭合磁路形成层(铁磁性层)15最好具有至少10的厚度。其中的原因在于，当薄膜的厚度太小时，这些铁磁性层会由热能的电磁感应被超顺磁化。
而且，绝缘层13和16最好具有在3到30范围内的厚度。其中的原因如下所述。如果绝缘层13和16具有小于3的薄膜厚度，铁磁性层12和铁磁性层14或闭合磁路形成层15和铁磁性层17会短路。另一方面，当绝缘层13和16具有大于30的薄膜厚度时，几乎不发生隧道贯穿，结果造成磁阻抗率的降低。
而且，如下所述，通过两个铁磁性层12和17的构成，有效的阻止在它们末端部分的磁极的产生是有可能的。即使铁磁性层由三层或更多层组成，通过调整构成的铁磁性层的厚度来有效的阻止在末端部分的磁极的产生也是有可能的。
而且，作为本实施例的MTJ元件2，采用如图7和8所示的结构也是有可能的，其中，铁磁性层14和闭合磁路形成层(铁磁性层)15通过各自的铁磁性层19和19′在它们彼此相对的末端部分连接在一起，但是在它们的中心部分彼此分离或分开。
图9表示使用本发明的MTJ元件2作为存储单元的任意的可理解的磁性存储单元的主要部分示意图。尽管磁性存储器实际上包括许多存储单元，为了简单起见，在图9中仅包括一个存储单元的部分。
晶体三极管31在读取信息时具有选择关联的MTJ元件的作用。根据MTJ元件2的铁磁性层14的电磁感应方向，“0”或“1”的信息已经记录在图6的MTJ2元件中。铁磁性层12和14的磁化强度方向是固定的。利用磁致电阻作用，当铁磁性层12和14是平行的并且铁磁性层17和闭合磁路形成层(铁磁性层)15也是平行的时，磁阻值低，而当它们反平行时磁阻值高，信息被读出。另一方面，在比特线32和字符线33产生的合成磁场的作用下，通过转换铁磁性层14和闭合磁路形成层(铁磁性层)15的磁化强度方向，执行写入操作。在图9中，参考数字34表示盘线(plate line)。
图10表示比特线32和字符线33的放置的实例。
在图10中，比特线32和字符线33穿过绝缘薄膜10放置在中心狭缝G中。如上所述，通过这样做，转换铁磁性层14和闭合磁路形成层(铁磁性层)15的电磁感应方向要求的电流强度减小。这样，磁性存储器的耗能能够减少。在图10的实例中，字符线33放置在比特线32的上方。
而且，通过绝缘层10，比特线32和字符线33彼此电绝缘，并且也与铁磁性层14和闭合磁路形成层(铁磁性层)15彼此电绝缘。
比特线和字符线的放置不限于图10中的模式。把比特线和字符线放置的彼此共面也是可能的。其中，两者全部或其中一条线可以放在MTJ元件的外部和它的附近，这可以造成生产过程的简化。
(实施例3)
图11表示实施例3中的MTJ元件的结构。
在图11中，MTJ元件3主要由反铁磁性层21，铁磁性层22，绝缘层23，作为存储层的铁磁性层24，闭合磁路形成层(铁磁性层)25，非磁性层20，绝缘层26，铁磁性层27，反铁磁性层28组成。铁磁性层24和闭合磁路形成层(铁磁性层)25在它们相应的末端部分彼此直接连接，但是在中心部分彼此分离或分开，以便彼此之间形成如前例的狭缝G。狭缝G用非铁磁性层20(在本例中是绝缘层)填满。
以如图11所示的方式把闭合磁路形成层(铁磁性层)25放在铁磁性层24上，允许这两层24和25的磁化强度形成一个闭合环路。结果，避免铁磁性层24的末端部分磁极的产生是有可能的。
与在实施例2中的MTJ元件2不同，实施例3中的MTJ元件3的铁磁性层22包括两个铁磁性层22a和22c，它们通过反铁磁性层22b彼此反铁磁性的耦合。铁磁性层22c与反铁磁性层21交换耦合。而且，与实施例2中相似，反铁磁性层28和铁磁性层27彼此互相耦合。
也就是，铁磁性层27是固定层，通过与反铁磁性层28的交换耦合它的磁化强度被固定。通过与反铁磁性层21的交换耦合，铁磁性层22c的磁化强度被固定。而且，铁磁性层22a通过金属层22b与铁磁性层22c反铁磁性耦合，以便铁磁性层22a的磁化强度固定在与铁磁性层22c相反的方向上。
MTJ元件3依据由铁磁性层24和闭合磁路形成层(铁磁性层)25形成的闭合环路的磁场方向，来保存信息。存储的信息通过检测由铁磁性层24和闭合磁路形成层(铁磁性层)25形成的闭合环路的磁化强度方向引起的磁阻的改变来读取，它们的磁化强度方向与铁磁性层22a和27的磁化强度方向平行或反平行。
为了通过检测磁阻的改变来读出存储的信息，铁磁性层22c的磁化强度方向必须固定在与铁磁性层27相同的方向上。
因此，根据实施例3，一次处理或磁场的相同方向的应用能够使铁磁性层22和27的磁化强度方向固定。因此，处理能够比实施例2简化。
在实施例3中，铁磁性层或薄膜22由两层铁磁性分层组成，中间插入金属层，和铁磁性薄膜27组成单独一层。然而，只要形成用做固定层的铁磁性层22和27的铁磁性分层数彼此不同，即使两个铁磁性薄膜22和27都包括两层或更多的铁磁性分层，也能够获得相同的效果。
而且，在实施例3中，相同的反铁磁性材料能够用在反铁磁性层21和28中。
进而，在实施例3中，与实施例2(图7和8)相似，MTJ元件也可以具有铁磁性层24和闭合磁路形成层(铁磁性层)25通过其他铁磁性层在它们对应的末端部分彼此连接，但是在它们的中心部分分离或隔开。
与MTJ元件1和2类似，MTJ元件3可以用做磁性存储器。
尽管在实施例1-3中，只在以上显示并说明了MTJ元件1-3的主要部分，相信对具有本领域普通技术的人员实际上能够生产这样的元件或装置是显而易见的，其它组成部分比如供应电流的电极，衬底，保护层，支持层等也是需要的。
本发明这样描述，显然用多种方法可以做多种改变仍然是相同的。这样的变化不离开本发明的宗旨和范围，并且所有这样的更改对本领域普通技术人员来说，包括在如下的权利要求的范围中是显而易见的。
Claims (12)
1.一种磁隧道结元件(1，2，3)，包括：
作为存储层的第一磁性层(12，22)和第二磁性层(14，24)；
放置在第一和第二磁性层之间的第一绝缘层；
第三磁性层(15，25)，它提供在第二磁性层与第一绝缘层相反一侧，以便与第二磁性层(14，24)形成闭合磁路；和
一绝缘层(10，20)，绕着该绝缘层(10，20)形成闭合磁路，
其中
第一磁性层的磁化方向被固定，
第二磁性层和第三磁性的磁化方向根据记录数据而被改变，借此改变闭合磁路的磁化方向，和
根据第一磁性层的磁化方向和闭合磁路的磁化方向读出记录数据。
2.如权利要求1所述的磁隧道结元件(1，2，3)，其特征在于，第三磁性层(15，25)与第二磁性层(14，24)在它们相应的末端直接连接或通过第四磁性层(19，19′)连接，第三磁性层的中心部分与第二磁性层分开。
3.如权利要求2所述的磁隧道结元件(1，2，3)，其特征在于，引线(122，123，32，33)穿过绝缘层(10)，放置在第二磁性层和第三磁性层的中心部分之间形成的狭缝(G)中。
4.如权利要求1所述的磁隧道结元件(1，2，3)，进一步包括：
第一反铁磁性层(11，21)，它在与第一绝缘层(13，23)相反的一面与第一磁性层(12，22)的表面接触，所述的第一反铁磁性层(11，21)与第一磁性层(12，22)交换耦合。
5.如权利要求1所述的磁隧道结元件(3)，其特征在于，第一磁性层(22)包括至少两层铁磁性分层(22a，22c)，它们彼此之间通过金属层(22b)反铁磁性耦合。
6.如权利要求1所述的磁隧道结元件(2，3)，进一步包括：
第五磁性层(1 7，27)，它形成在第三磁性层上与第一磁性层相反的一侧；和
第二绝缘层(16，26)，它放置在第三和第五磁性层(15和17，25和27)之间。
7.如权利要求6所述的磁隧道结元件(2，3)，进一步包括：
第一反铁磁性层(11，21)，它与第一磁性层上与第一绝缘层(13，23)相反的一面接触，所述的第一反铁磁性层(11，21)与第一磁性层(12，22)交换耦合；和
第二反铁磁性层(18，28)与第五磁性层(17，27)上与第二绝缘层(16，26)相反的一面接触，所述的第二反铁磁性层(18，28)与第五磁性层(17，27)交换耦合。
8.如权利要求7所述的磁隧道结元件(2，3)，其特征在于，第一反铁磁性层(11，21)与第一磁性层(12，22)交换耦合消失的温度与第二反铁磁性层(18，28)与第五铁磁性层(17，27)交换耦合消失的温度不同。
9.如权利要求6述的磁隧道结元件(3)，其特征在于，第一磁性层和第五磁性层中至少一个包括至少两层铁磁性分层(22a，22c)，它们彼此之间通过金属层(22b)反铁磁性结合。
10.如权利要求6所述的磁隧道结元件(2，3)，其特征在于，第三磁性层(15，25)与第二磁性层(14，24)在对应的末端部分直接连接或通过第四磁性层(19，19′)连接，第三磁性层的中心部分与第二磁性层分开。
11.如权利要求10所述的磁隧道结元件(2)，其特征在于，引线(32，33)穿过绝缘层(10)放置在第二磁性层和第三磁性层的中心部分。
12.一种磁性存储器，其使用一种磁隧道结元件作为它的存储单元，所述磁隧道结元件包括：
作为存储层的第一磁性层(12，22)和第二磁性层(14，24)；
放置在第一和第二磁性层之间的第一绝缘层；和
第三磁性层(1 5，25)，它提供在第二磁性层与第一绝缘层相反一侧，以便与第二磁性层(14，24)形成闭合磁路；其中
第一磁性层的磁化方向被固定，
第二磁性层和第三磁性的磁化方向根据记录数据而被改变，借此改变闭合磁路的磁化方向，和
根据第一磁性层的磁化方向和闭合磁路的磁化方向读出记录数据。
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