CN1329916C - 用于运行中固定的软参考层的包围层读－写导体 - Google Patents

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Abstract

一种具有读-写导体的磁性存储器单元，读-写导体用在运行中固定的软铁磁体参考层的高导磁率软磁材料完全包封。磁性存储器单元包括铁磁体数据层、在铁磁体数据层上形成的中间层、在中间层上形成的具有非固定磁化定向的软铁磁体参考层。软铁磁体参考层包括读-写导体和完全包围该读-写导体以形成一个被包围层的读-写导体的铁磁体包围层。外部提供的读电流流过读-写导体产生读磁场，它不饱和铁磁体包围层并基本包含在铁磁体包围层内，其作用是动态固定磁化定向在希望的方向上。在写操作期间，流过读-写导体的写电流产生写磁场，它饱和铁磁体包围层并延伸到铁磁体数据层以转动铁磁体数据层的磁化定向。铁磁体包围层显著减小边缘磁场。

Description

用于运行中固定的软参考层的包围层读-写导体
技术领域
本发明一般涉及一种具有软铁磁体参考层的磁性存储器单元，它包括非固定(pinned)磁化定向和一个全包围层(clad)读-写导体。具体说，本发明涉及一种具有软铁磁体参考层的磁性存储器单元，它具有非固定磁化定向和包括一个读-写导体，该读-写导体完全由一个铁磁体包围层围绕，使得由在该读-写导体内流动的电流产生的读磁场不饱和铁磁体包围层并基本包含在其内，使得磁化定向在对存储器单元的读操作期间在运行中被动态固定(pinned-on-the-fly)，和由在该读写导体内流动的电流产生的写磁场饱和铁磁体包围层并向铁磁体包围层外延伸，以便在对存储器单元的写操作期间与数据层反应。
背景技术
诸如磁随机存取存储器(MRAM)的磁性存储器是非易失型存储器，它正被考虑为在曾经使用诸如DRAM、SRAM、闪电存储器、硬磁盘驱动器的传统数据存储设备应用中的替代数据存储设备。MRAM通常包括一个磁性存储器单元阵列。例如，一个现有技术磁性存储器单元可以是隧道效应磁阻存储器单元(TMR)、巨磁阻存储器单元(GMR)、或巨像磁阻存储器单元(CMR)，其包括数据层(也称为存储层或位层)、参考层、和在数据层和参考层之间的中间层。数据层、参考层、和中间层可以用一层或多层材料制造。数据层通常是一层磁性材料或磁性材料薄膜，它作为磁化定向存储数据位，该磁化定向可以响应外部磁场的施加而改变。因此，数据层的磁化定向(亦即它的逻辑状态)可以从可以表示逻辑“0”的第一磁化定向转动(亦即切换)到可以表示逻辑“1”的第二磁化定向，反之亦然。另一方面，参考层通常是其磁化定向在一个预定方向上“不能动的”(亦即固定的)磁性材料层。该预定方向由制造磁性存储器单元使用的微电子处理步骤决定。
通常，磁性存储器单元的逻辑状态(亦即“0”或“1”)取决于数据层和参考层中的相对磁化定向。例如，在隧道效应磁阻存储器单元(隧道连接存储器单元)中，当在数据层和参考层上施加偏置电势时，电子穿过中间层(一个薄电介质层，通常称为隧道阻挡层)在数据层和参考层之间移动。引起电子穿过阻挡层移动的现象可以称为量子机械隧道效应或转动隧道效应。通过测量存储器单元的电阻可以决定逻辑状态。例如，如果在其数据存储层中的总磁化定向平行于参考层的固定磁化定向的话，则磁性存储器单元处于低阻状态。反之，如果在其数据存储层中的总磁化定向反平行于参考层的固定磁化定向的话，则隧道效应连接存储器单元处于高阻状态。如上所述，存储在磁性存储器单元中的位的逻辑状态通过施加外部磁场写，该磁场改变数据层的总磁化定向。这些外部磁场可以称为切换场，它在其高和低电阻状态之间切换磁性存储器单元。
图1表示一个现有技术的隧道连接存储器单元100，它包括一个数据层110、一个参考层112、和一个放置在数据层110和参考层112之间的绝缘阻挡层114。另外，存储器单元100可以包括一个与数据层连接的第一导电节点116和与参考层112连接的第二导电节点118。一个外部提供的电流可以通过第一和第二导电节点(116，118)来产生前述外部磁场。第一和第二导电节点(116，118)可以是存储器阵列中包括多个存储器单元100的行和列，其在下面参考图4a和4b讨论。这些节点也可以用于测量存储器单元100的电阻以便可以决定它的逻辑状态。参考层112具有磁化定向M1，其在一个预定方向上固定，如左指向箭头所示。数据层110具有可变化磁化定向M2，其由双箭头所示。
在图2a中，数据层110的磁化定向M2平行于(亦即箭头指向同一方向)参考层112的磁化定向M1，导致存储器单元100处于低阻状态。反之，在图2b中，数据层110的磁化定向M2反平行于(亦即箭头指向相反方向)参考层112的磁化定向M1，导致存储器单元100处于高阻状态。
因为数据层110和参考层112用彼此位于很近的铁磁体材料制成，因此参考层112的磁化定向M1产生一个去磁化场D，其从参考层112的一个边缘区域向数据层110延伸，如图2c所示。图2d表示去磁化场D对数据层110的磁化定向M2的影响。理想上，数据层110的磁化定向应该与固定磁化定向M1平行或反平行对齐。然而，因为去磁化场D，在理想磁化定向M2’(虚线箭头所示)和实际磁化定向M2(实线箭头所示)之间有一个小的角位移8。角位移8导致高和低状态(亦即平行或反平行)之间磁阻变化的大小ΔR/R减小。一般希望磁阻变化的大小ΔR/R尽可能大，使得容易检测数据层110中的位的状态。本质上，ΔR/R类似信噪比S/N。在读操作期间，较高的S/N产生可以被检测到的较强的信号以决定数据层110中的位的状态。因此，现有技术的隧道连接存储器单元100的一个缺点是由角位移8产生的磁阻变化的大小ΔR/R的减小(亦即在读操作期间较低的S/N)。
现有技术的隧道连接存储器单元100的另一个缺点是参考层112的磁化定向M1的固定常常需要多层材料来实现。例如，在图3a中，一个现有技术的隧道连接存储器单元200包括前述数据层210、第一和第二导电节点(216，218)，还包括复合参考层212、212a和212b，其为不同材料的夹层。层212称为抗铁磁体层(固定层)，层212a是一个被固定的参考层。固定层212在希望的方向上磁化参考层212a的磁化定向M1。层212b是一个种子层。用于固定层212、参考层212a、和种子层212b的材料的例子包括：为固定层212的FeMn，IrMn，NiMn，或PtMn；为参考层212a的NiFe，NiFeCo，或CoFe；为种子层212b的NiFe，或NiFeCo。
另外可选择的方案有，具有比图3a所示更大复杂性的固定层312的现有技术的隧道连接存储器单元300示于图3b。该现有技术的隧道连接存储器单元300包括前述数据层310、第一和第二导电节点(316，318)，还包括复合参考层312、312a、312b和312c，其为不同材料的复杂夹层。固定层312建立人工抗铁磁体312c的磁化定向，层312c具有比图3a的抗铁磁体层212更复杂的结构。人工抗铁磁体312c可以是诸如下述材料的夹层，例如Co/Ru/Co；或CoFe/Ru/CoFe。在图3b中，层312a是被固定的参考层，层312b是种子层，层312是抗铁磁体层(固定层)。
因此，现有技术的隧道连接存储器的一个缺点是它需要多层结构来形成参考层。因为需要额外的材料来形成这些层，因此需要额外的微电子处理步骤制造现有技术的隧道连接存储器单元200和300。这些额外的步骤可能在隧道连接存储器单元中引入缺陷，从而使该存储器在制造时损坏或在以后结合该存储器到产品中时失败。一般希望使复杂性最小，从而制造存储器需要的处理步骤数目最小，以便减少缺陷和增加产量。另外，为形成参考层必需的材料自身是难以制造的材料。为大量生产磁性存储器，一般希望使用容易制造的材料，以便简化制造处理和减少制造成本。
现有技术的隧道连接存储器的另外一个缺点是在退火步骤中必须把参考层在一个提高的温度下加热。退火需要时间(一个小时或更长)和需要磁存储器在恒定磁场中经受200到300摄氏度的温度范围。因为建立磁化定向需要在磁场中退火，因此有这种可能，即如果磁存储器以后遭受高温的话，则参考层的固定可能会“失去建立”而失掉其磁化定向。为重新建立磁化定向，将需要另一退火步骤。
现有技术的隧道连接存储器单元100的另一个缺点示于图4a、4b、和4c。磁存储器150包括多个以交叉点阵列配置的存储器单元100。复制第一导电节点116以形成横跨存储器单元100的行导体(Row1和Row2)，复制第二导电节点118以形成也横跨存储器单元100的列导体(Col1，Col2，和Col3)(亦即存储器单元1 00位于行和列导体的交点)。通过连接电压源V到Row2同时使Row1悬浮选择位于Row2和Col3的交点处的存储器单元100a用于读操作。Col1和Col2连接到GND，而Col3连接到传感放大器S，后者连接到虚地。结果，形成一个电流通路，电流I流进Row2的导电节点116。电流I的一部分流到GND，其用电流IG表示。然而，电流I的另一部分包括一个读电流IR，其由传感放大器S检测。IR的大小是存储在存储器单元100a中的数据的位的磁化定向的指示，但是IR的大小在读操作期间还不足以转动数据层的磁化定向。
在图4b中，详细表示出选择的存储器单元100a。电流IR按照右手定则产生磁场HR。缺点来自从各导体径向向外延伸的(亦即边缘场)并与阵列中邻近的存储器单元100反应的磁场HR。取决于存储器单元100彼此的相邻度和电流IR的大小，这些边缘场可以损坏未为读操作选择的存储在邻近存储器单元100的数据层100中的数据位。
相似地，通过使电流IX通过Col3和电流IY通过Row1为写操作选择位于Row1和Col3交点处的存储器单元100b。电流IX和IY产生合作与数据层反应的磁场以转动可变磁化定向，从而写一个新数据位。
在图4c中，详细表示出选择的存储器单元100b。电流IY按照右手定则产生磁场HX。相似地，电流IX按照右手定则产生磁场HY。缺点来自从各导体径向向外延伸的(亦即边缘场)并在对选择的存储器单元100b的写操作期间与阵列中邻近的存储器单元100反应的磁场HR。取决于存储器单元100彼此的相邻度和电流IX和IY的大小，这些边缘场可以损坏未为写操作选择的存储在邻近存储器单元100的数据层100中的数据位。因为为写操作的电流IX和IY的大小比为读操作的大，因此在写操作期间数据损坏的可能性甚至更大，此时产生的磁场必须延伸到数据层以便转动磁化定向。
此外，现有技术的隧道连接存储器单元100的另一个缺点是，为给选择的存储器单元100读和/或写数据必需的读电流IR和写电流IX和IY的大小可能非常大(写电流通常大于读电流)。这些电流可以导致产生不希望的废热，其可能需要热管理系统，诸如冷却风扇或类似物体来清除废热。热管理系统可能增加结合存储器150的电子系统的成本、尺寸、重量和噪声。对于依赖蓄电池作为电源的便携电子系统或设计有效应用能量的电子系统，前述电流可以增加功耗，从而减少电池寿命，或可以增加功率排放，从而减低能量效率。
虽然上面的缺点集中对隧道连接存储器单元(亦即TMR存储器单元)说明，但是那些缺点同样适用于其它类型的存储器单元，诸如上述GMR和CMR存储器单元。例如，如在技术中熟知的那样，对于GMR阵列(未示出)，交叉点阵列用点绝缘GMR存储器单元的门晶体管(亦即FET)代替。电子开断FET为读操作选择特定的GMR单元。可以用传感放大器或类似设备检测流过选择的存储器单元的读电流。
因此，需要一种磁性存储器单元，它具有不需要固定磁化定向的参考层，以便读存储在数据层中的数据位。还需要减少形成参考层所需要的材料层的数目。此外，还需要这样的磁性存储器单元，其中在读或写操作期间产生的边缘场基本上限制在参考层，使得大大减小对邻近存储器单元的干扰。另外，还需要这样一种磁性存储器单元，其中为实现读或写操作需要的电流的大小被减小使得减少功耗和能量的浪费。最后，需要这样一种存储器单元，其中，数据层的磁化定向的角位移被大大减小或消除，使得在读操作期间有很高的磁阻变化。
发明内容
本发明是诸如隧道磁阻存储器单元(TMR)、巨磁阻存储器单元(GMR)的磁性存储器单元和结合这些类型磁性存储器单元的存储器的设计改进。此外，本发明包括为存储器单元的参考层使用的材料和为磁性存储器单元的读-写导体使用的结构的改进。
广义上说，本发明在一个磁性存储器单元中实现，该磁性存储器单元包括为作为可变磁化定向存储数据位的铁磁体数据层，与铁磁体数据层电气通信的第一导体，与铁磁体数据层接触的中间层，和与中间层接触的软铁磁体参考层，还包括一个读-写导体和一个铁磁体包围层，该包围层完全围绕读-写导体而形成一个被包围层的读-写导体。铁磁体包围层包括一个定制的厚度(亦即它具有在某些区域厚另一些区域薄的断面厚度)，包括在沿铁磁体包围层与中间层接触的部分的较薄的部分和沿铁磁体包围层不与中间层接触的部分的较厚的部分。软铁磁体参考层具有非固定磁化定向(亦即磁化定向未在预定方向上设定)。
在读操作期间，外部供给的电流流过读-写导体，读-写导体响应该电流产生一个读磁场。铁磁体包围层未由该读磁场饱和，读磁场基本限制在铁磁体包围层内(包括较薄部分)。作为读磁场的结果，软铁磁体参考层的磁化定向在运行时被固定在一个希望的方向上。通过测量软铁磁体参考层和第一导体之间的电阻读出存储在铁磁体数据层中的数据位。
反之，在写操作期间，使第一写电流通过读-写导体以产生第一写磁场，该磁场饱和沿较薄部分的铁磁体包围层并在朝向铁磁体数据层的方向上从铁磁体包围层向外延伸，使第二写电流通过第一导体以产生一个第二写磁场，该磁场也向铁磁体数据层延伸。第一和第二写磁场合作与铁磁体数据层反应以转动可变磁化定向，从而向铁磁体数据层写新的数据位。在写操作期间，第一写磁场不饱和铁磁体包围层的较厚的部分。
本发明的被包围层读-写导体的一个增加的好处是边缘场明显减小，因为来自读-写导体的读磁场在读操作期间基本上被限制在铁磁体包围层内，同时可以定制铁磁体包围层的厚度，使得在写操作期间第一写磁场可以在基本朝向铁磁体数据层的方向上变化，使得与邻近存储器单元反应的边缘场在写操作期间大大减小。
在读操作期间，本发明的铁磁体包围层为读磁场提供一个闭合的磁通路径(磁通封闭)。其结果，现有技术的存储器单元的去磁场被大大减小或消除，使得角位移最小和在读操作期间更高的磁阻变化。
本发明的软铁磁体参考层解决了先前的固定的参考层的缺点，因为读操作不需要软铁磁体参考层的磁化定向被固定。反之，为实现读操作，本发明的软铁磁体参考层的磁化定向是通过使一个预定大小和方向的电流流过读-写导体而动态固定(亦即在运行中固定)在一个希望的方向上。结果，减少了前述附加材料层、这些材料层的复杂性、和为形成这些材料层所必需的微电子处理步骤。通过本发明的软铁磁体参考层消除了在磁场中退火参考层的需要。此外，本发明的软铁磁体参考层解决了如果存储器受到热必须复位参考层的磁化定向的可能性，因为磁化定向是动态在运行中固定的。
本发明的磁性存储器单元的另一个优点是实现读或写操作所需要的电流的大小被减小，使得功率排放(耗散热)和功率消耗减小。为读或写操作的电流可以是静态直流电流或者它可以是动态电流脉冲。如前所述，一般希望使功率消耗和耗散热产生最小，特别在便携蓄电池操作的系统和能量高效的系统中。
在本发明的一个实施例中，磁性存储器单元包括一个铁磁体盖层，它放置在铁磁体包围层和中间层之间，并与铁磁体包围层磁耦合。在读操作期间，读磁场不饱和铁磁体盖层和铁磁体包围层并基本包含在它们之内。在写操作期间，第一写磁场饱和铁磁体包围层的较薄的部分和铁磁体盖层，并在朝向铁磁体数据层的方向上向外延伸。然而，第一写磁场不饱和铁磁体包围层的较厚的部分。
在本发明的另一个实施例中，铁磁体数据层、铁磁体盖层、和铁磁体包围层可以用高导磁率软磁材料制造。在本发明的再一个实施例中，铁磁体数据层、铁磁体盖层、和铁磁体包围层可以用同样的高导磁率软磁材料制造。
在本发明的一个实施例中，铁磁体数据层、铁磁体盖层、和铁磁体包围层可以用低矫顽力材料制造。
在本发明的另一可选的实施例中，磁性存储器单元可以是隧道效应磁阻存储器单元或巨磁阻存储器单元。
从下面结合附图所做的详细的说明，举例说明本发明的原理，本发明的其它方面和优点将变得十分明显。
附图说明
图1是一个现有技术磁性存储器单元，其参考层具有固定磁化定向。
图2a和2b分别表示图1的现有技术存储器单元的参考层和数据层之间总的平行和反平行磁化定向。
图2c和2d表示对在现有技术存储器单元中的数据层的磁化定向的去磁场的效应。
图3a和3b表示具有包括一个固定层和一个被固定的层的多层参考层的现有技术磁性存储器单元。
图4a表示在现有技术磁性存储器中的读和写操作，所述磁性存储器包括一个现有技术磁性存储器单元的阵列和行和列导体。
图4b表示对一个选择的现有技术磁性存储器单元的读操作和由在行和列导体中流动的读电流产生的磁场。
图4c表示对一个选择的现有技术磁性存储器单元的写操作和由在行和列导体中流动的电流产生的边缘磁场。
图5表示按照本发明的一个具有软铁磁体参考层的磁性存储器单元和全部包围层的读-写导体。
图6表示按照本发明在读操作期间基本包含在铁磁体包围层内的磁场。
图7表示一个按照本发明的存储器，它包括具有软铁磁体参考层和全部包围层的读-写导体的磁性存储器单元的阵列。
图8a到9b表示一个软铁磁体参考层，它按照本发明在读操作期间在运行中固定。
图10a到10f表示制造按照本发明的具有软铁磁体参考层和全部包围层的读-写导体的磁性存储器单元的方法。
图11表示按照本发明的具有软铁磁体参考层和包括为对铁磁体数据层写数据位的第一导体的磁性存储器单元。
图12表示按照本发明的存储器，它包括一个具有软铁磁体参考层和为对一个选择的磁性存储器单元的铁磁体数据层写数据位的第一导体的磁性存储器单元的阵列。
图13a和13b分别表示按照本发明的具有铁磁体包围层和具有铁磁体包围层和铁磁体盖层的软铁磁体参考层的相对大小。
图14a和14b表示按照本发明的写操作和转动铁磁体数据层的可变磁化定向的切换场。
具体实施方式
在下面详细的说明中和在几幅附图中相似的元件用相似的参考号码标识。
如在用于说明目的的附图中所示，本发明在一种磁性存储器单元中体现，该磁性存储器单元包括为存储作为可变磁化定向的数据位的铁磁体数据层，与铁磁体数据层电气通信的第一导体，与铁磁体数据层接触的中间层，和与中间层接触的软铁磁体参考层和完全围绕读-写导体以形成一个被包围层的读写导体的铁磁体包围层。软铁磁体参考层具有不在预定方向上固定的磁化定向。以下，软铁磁体参考层的特征将称为“非固定磁化定向”。
读-写导体响应外部供给的读电流产生一个读磁场，并且铁磁体包围层基本在铁磁体包围层内包含该读磁场。本质上说，铁磁体包围层提供一个围绕读-写导体的闭合的磁路径(磁通封闭)。通过使预定大小和方向的电流流过读-写导体，产生的读磁场足够强，在软铁磁体参考层的已知方向上建立磁化定向，使得磁化定向动态固定(亦即磁化定向在运行中固定)。然而，读磁场不够强来饱和软铁磁体参考层的铁磁体包围层，使得读磁场将明显从铁磁体包围层向外延伸而有可能干扰存储在铁磁体数据层中的数据位或将其复盖。铁磁体包围层还明显衰减边缘场，该边缘场可以干扰在邻近存储器单元的铁磁体数据层中存储的数据或损坏它。通过测量在软铁磁体参考层和第一导体之间的电阻可以读数据位。铁磁体包围层和铁磁体数据层可以用高导磁率的软磁材料制造。铁磁体包围层具有定制的厚度，其设计为保证读磁场基本包含在铁磁体包围层内。然而，定制的厚度包括在沿铁磁体包围层与中间层接触的部分的较薄的部分，使得在写操作期间使第一写电流流过读-写导体以产生一个第一写磁场，该写磁场饱和沿较薄部分的铁磁体包围层并在朝向铁磁体数据层的方向上从铁磁体包围层向外延伸，以便在铁磁体数据层上写新的数据位。此外，前述铁磁体包围层的定制的厚度包括沿铁磁体包围层不与中间层接触的那些部分的较厚的部分。
可选，本发明的磁性存储器单元可以包括一个放置在中间层和铁磁体包围层之间的铁磁体盖层。铁磁体盖层与铁磁体包围层磁耦合，使得在读操作期间读磁场基本被包含在铁磁体包围层和铁磁体盖层内。本质上说，铁磁体包围层和铁磁体盖层在磁性上作为一个和一体，铁磁体包围层和铁磁体盖层提供一个围绕读-写导体的闭合磁路径(磁通封闭)。
另一方面，第一写磁场饱和铁磁体包围层与铁磁体盖层接触的较薄的部分。作为这种饱和的结果，第一写磁场在朝向铁磁体数据层的方向上从铁磁体包围层的较薄的部分和盖层向外延伸，在写操作期间给铁磁体数据层写新的数据位。如上所述，铁磁体包围层具有不与铁磁体盖层接触的较厚的部分。
本发明的软铁磁体参考层称为“参考层”是因为通过外部供给的电流可以把磁化定向的方向动态设定(亦即动态固定)在一个已知方向上。称为“软”是因为所用磁性材料在磁性上是软的而不是通常的硬固定的材料(例如像NiFe/IrMn或其它的抗铁磁体系统)。
本发明的磁性存储器单元的优点包括被包围层的读-写导体，它通过在读操作期间基本包含由读-写导体产生的读磁场在软铁磁体参考层的铁磁体包围层内，使得存储在邻近磁性存储器单元内的数据不被漫游的磁场损坏而解决了边缘磁场问题，软铁磁体参考层消除了用与其伴随的复杂材料层和另外的制造步骤来形成固定参考层的需要，这些复杂材料层和另外的制造步骤可以导致减少产量和增加制造成本，也消除了退火磁性存储器单元的需要，还减少了为读或写数据位所需要的电流的大小(亦即直流电流或脉冲电流)，伴随减少功率排放和功率消耗。
本发明的磁性存储器单元的另一个优点是在读操作期间铁磁体包围层提供一个磁通封闭，使得能引起铁磁体数据层内的磁化定向角位移的去磁场显著减小或被消除。其结果，在读操作期间磁阻变化较大，产生逻辑状态之间(亦即逻辑“0”或逻辑“1”)较高的信噪比(S/N)，这使得易于检测那些逻辑状态。
这里为本发明的磁性存储器单元说明的结构适用于几种形式的磁存储器，包括但不限于基于TMR和GMR的磁性存储器单元。虽然用于这些形式的磁性存储器的材料和结构不同和用于检测参考层和铁磁体数据层的不同状态(亦即平行或反平行)的物理效应也不同，但是这些形式的磁性存储器的磁性设计是相同的。只要需要至少一对导体来转动铁磁体数据层的磁化定向和需要一个读-写导体来测量铁磁体数据层和参考层之间的电阻的话，则本发明的磁性存储器单元对包括上面引证的各种磁性存储器均适用。熟悉磁性存储器技术的人十分清楚，本发明的磁性存储器单元也可以以磁性存储器单元阵列实现来形成数据存储设备(亦即存储器)，诸如MRAM。存储器阵列的结构将取决于存储器单元的类型。例如，交叉点存储器结构相当适合TMR存储器单元的阵列。
在图5中，磁性存储器单元10包括一个铁磁体数据层11，用于存储作为可变磁化定向M2的数据位(在磁性存储器单元技术中，铁磁体数据层11还称为存储层或位层)，一个与铁磁体数据层11电气通信的第一导体29，与铁磁体数据层11接触的中间层13，与中间层13接触的铁磁体盖层15，和与铁磁体盖层15接触的软铁磁体参考层17，它具有非固定磁化定向和包括一个读-写导体19和一个完全围绕读-写导体19以形成被包围层的读-写导体的铁磁体包围层21(亦即读-写导体19在其各面完全由铁磁体包围层21包围)。软铁磁体参考层17沿铁磁体包围层21用虚线指示的部分与铁磁体盖层15接触(以下铁磁体包围层21将称为包围层21，而铁磁体盖层15将称为盖层15)。包围层21和盖层15不需具有如图5所示彼此齐平的边缘。例如，一个的边缘可以用另一个的边缘重叠或插入。
此外，包围层21具有定制的厚度，它包括沿包围层21与盖层15接触的部分的较薄的部分(参见箭头16)和沿包围层21不与盖层15接触的那些部分的较厚的部分。另外，软铁磁体参考层17的磁化定向是非固定的，亦即软铁磁体参考层17没有在制造磁性存储器单元10时例如使用在磁场中退火这样的前处理设定的预定磁化定向。
反之，在图6中，使外部供给的预定大小和方向的读电流IR通过读-写导体19，导致产生读磁场HR。在图6中，读电流IR流入用“+”符号指示的页，使得读磁场HR具有按照右手定则逆时针方向的矢量。读磁场HR基本包含在包围层21中。作为读磁场HR的结果，软铁磁体参考层17具有动态固定(亦即在运行中固定的)的磁化定向M1，M1指向左面。只要电流IR流过读-写导体19，则磁化定向M1就保持动态固定。当读电流IR流动时，由于在铁磁体数据层11和软铁磁体参考层17之间通过中间层13流动的电子在铁磁体数据层11和软铁磁体参考层17之间存在电阻。通过测量该电阻的大小和/或变化可以决定在铁磁体数据层11中存储的数据位的状态。例如，可以测量在软铁磁体参考层17和第一导体29之间的电阻。
在图6中，磁性存储器单元10不包括盖层15(参见图5)。然而，如参考图8a到9b所讨论的，上面在图6中参考本发明的软铁磁体参考层17讨论的原理均适用，而不管磁性存储器单元10是否包括盖层15。盖层15是任选的。当盖层15存在时(见图8a到9b)，读磁场HR基本包含在包围层21和盖层15内，因为包围层21和盖层15两者都是用铁磁体材料制成并当彼此接触时在磁性上成为一体。
引起电阻的现象在磁性存储器技术中熟知，对TMR、GMR、和CMR存储器单元也熟知。例如，在基于TMR的存储器单元中，该现象称为量子机械隧道效应或依赖旋转的隧道效应。在TMR存储器单元中，中间层13是薄的介电材料的隧道阻挡层，通过它电子量子机械地在铁磁体数据层11和软铁磁体参考层17之间开通隧道(亦即迁移)。另一方面，在基于GMR的存储器单元中，该现象是依赖旋转的电子扩散，而中间层13是一个薄的非磁性材料垫片层。无论在哪种场合，铁磁体数据层11和软铁磁体参考层17之间的电阻依赖于M1和M2的相对定向变化，而正是电阻中的这一变化可以被检测来决定在铁磁体数据层11中存储的数据位是逻辑“0”还是逻辑“1”。
因此，在对磁性存储器单元10的读操作期间如上述通过使读电流IR通过读-写导体19然后测量铁磁体数据层11和软铁磁体参考层17之间的电阻可以读铁磁体数据层11中存储的数据位。该位的逻辑状态(亦即逻辑“0”或“1”)可以通过检测该电阻的大小决定。现在参考图8a和8b和图9a和9b解释如何从M1和M2的相对定向决定位的逻辑状态。
在图8a中，读电流IR流入用“+”符号指示的页中，使得读磁场HR具有反时针方向的矢量和软铁磁体参考层17的在运行中固定的磁化定向M1平行于铁磁体数据层11的可变磁化定向M2，也就是说，M1和M2指向同一方向。M1和M2的这一排列可以产生铁磁体数据层11和软铁磁体参考层17之间的一个电阻，其可以预先确定表示逻辑“0”。
另一方面，在图8b中，铁磁体数据层11的可变磁化定向M2反平行于软铁磁体参考层17的在运行中固定的磁化定向M1，也就是说，M1和M2指向相反的方向。因此，M1和M2的这一排列可以产生铁磁体数据层11和软铁磁体参考层17之间的一个电阻，其可以预先确定表示逻辑“1”。
作为另一个例子，在图9a中，读电流IR流出用“·”符号指示的页，软铁磁体参考层17的在运行中固定的磁化定向M1反平行于铁磁体数据层11的可变磁化定向M2。另外，读磁场HR有一个逆时针方向的矢量，使得M1指向右边。M1和M2的这一排列可以产生铁磁体数据层11和软铁磁体参考层17之间的一个电阻，其可以预先确定表示逻辑“1”。
反之，在图9b中，铁磁体数据层11的可变磁化定向M2平行于软铁磁体参考层17的在运行中固定的磁化定向M1。因此，M1和M2的这一排列可以产生铁磁体数据层11和软铁磁体参考层17之间的一个电阻，其可以预先确定表示逻辑“0”。
如前所述，在图8a到9b中说明的读操作的原理不管是否存在盖层15都适用。下面将结合本发明制造存储器单元10的方法讨论包含或排除盖层15。此外，当盖层15存在时，它与包围层21磁性上成为一体(亦即磁耦合)，使得读磁场HR延伸进入盖层15，如图8a到9b中所示。因此，如在图8a到9b中所示，盖层15是任选的。可以去掉盖层15，参考图8a到9b讨论的读操作的原理仍适用。
决定哪一个逻辑状态指定给M1和M2之间的平行和反平行关系可以是与应用有关的，或者该决定可以通过预定的约定进行。例如，在图8a和8b中所示排列可以采纳约定，从而读电流IR流入页“+”，使得M1在运行中固定到希望的定向(亦即指向左边)，而为逻辑“0”的约定是M1和M2平行，为逻辑“1”的约定是M1和M2反平行。
在这里说明的本发明的实施例中，铁磁体数据层11、盖层15、和包围层21可以用高导磁率软磁材料制造。“软磁材料”意味着具有大约1000或更高的高相对导磁率μR(亦即导磁率μ∶μ＝μ0*μR；这里μ0＝4π*10-7H/m；μ＝(4π*10-7)*1000＝1.2 75*10-3H/m或更高)和大约1000A/m或更小的低矫顽力和小的磁滞损失的材料。
用于包围层21的高导磁率软磁材料允许以这样大小的读磁场HR在运行中固定磁化定向M1，该读磁场HR的大小不饱和包围层21，使得读磁场HR基本包含在包围层21内。此外，读磁场H从包围层21向外延伸的任何部分(亦即未包含在包围层21内)不转动铁磁体数据层11中的可变磁化定向M2(亦即读磁场HR不从它的当前定向切换M2)。其结果，为产生读磁场HR所需要的读电流IR的大小比现有技术的磁性存储器单元减小。相似地，如果软铁磁体参考层17包括盖层15的话，则为包围层21和盖层15两者的高导磁率软磁材料允许以这样大小的读磁场HR在运行中固定磁化定向M1，该读磁场HR的大小不饱和包围层21和盖层15，使得读磁场HR基本包含在包围层21和盖层15内，读磁场H从包围层21和盖层15向外延伸的任何部分不转动铁磁体数据层11中的可变磁化定向M2。
与此相对，用于包围层21的高导磁率软磁材料允许由在读-写导体19中流动的第一写电流IW1产生的第一写磁场HW1饱和包围层21，使得第一写磁场HW1从包围层21向外延伸到铁磁体数据层11。如果盖层15存在，则第一写磁场HW1饱和包围层21和盖层15两者，并向外延伸到铁磁体数据层11。无论在哪种场合，包围层的较薄的部分作用，支持写操作期间饱和包围层，这里第一写电流IW1的大小足以产生饱和磁场，亦即第一写磁场HW1。
在本发明的一个实施例中，用于铁磁体数据层11、盖层15、和包围层21的任何选择的一个或多个的高导磁率软磁性材料可以用包括但不限于下述表1中列举的那些材料制造。
    表1-用于铁磁体数据层11；盖层15；和包围层21的材料
    镍铁(NiFe)
    镍铁合金(NiFe)
    镍铁钴(NiFeCo)
    镍铁钴合金(NiFeCo)
    钴铁(CoFe)
    钴铁合金(CoFe)
    坡莫合金
在本发明的另一个实施例中，铁磁体数据层11、盖层15、和包围层21可以用相同的高导磁率软磁材料制造。相同的高导磁率软磁材料包括但不限于上述表1中叙述那些材料。例如，镍铁(NiFe)或坡莫合金可以用于制造铁磁体数据层11、盖层15、和包围层21。
在本发明的另一个实施例中，铁磁体数据层11、盖层15、和包围层21的任何选择的一个或多个具有大于大约1000的相对导磁率。
在本发明的再一个实施例中，铁磁体数据层11、盖层15、和包围层21的任何选择的一个或多个具有大约1000A/m的矫顽力或更小。
读-写导体19可以用导电材料制造。对于读-写导体合适的材料包括但不限于在下面表2中列举的那些。
    表2-用于读-写导体19的材料
    铜(Cu)
    铜的合金(Cu)
    铝(Al)
    铝的合金(Al)
    铝铜(AlCu)
    铝铜合金(AlCu)
    钽(Ta)
    钽的合金(Ta)
    金(Au)
    金的合金(Au)
    银(Ag)
    银的合金(Ag)
在本发明的一个实施例中，中间层13是用绝缘材料(亦即不导电)制造的隧道阻挡层，它把铁磁体数据层11从软铁磁体参考层17分开并电气绝缘。包括但不限于下面表3中列举的介电材料可以用于隧道阻挡层。隧道阻挡层可以具有从大约0.5nm到大约5.0nm的厚度(见图13中的T3)。
    表3-用于隧道阻挡层的材料
    氧化硅(SiO2)
    氮化硅(SiNx)
    氧化镁(MgO)
    氧化铝(Al2O3)
    氮化铝(AlNx)
    氧化钽(TaOx)
在本发明的另一个实施例中，中间层13是用非磁性材料制造的垫片层。用于垫片层的非磁性材料可以是3d、4d、或5d的过渡金属(从元素周期表)。包括但不限于下面表4中列举的非磁性材料可以用于垫片层。垫片层可以具有从大约0.5nm到大约5.0nm的厚度(见图13中的T3)。
    表4-用于垫片层的材料
    铜(Cu)
    金(Au)
    银(Ag)
在图11中，本发明的磁性存储器单元10可以包括横跨铁磁体数据层11和与铁磁体数据层11电气通信的第一导体29。在铁磁体数据层11和第一导体29之间的电气通信可以通过使第一导体29和铁磁体数据层11彼此接触或通过诸如插头等的互连结构(未示出)实现。优选，第一导体29与铁磁体数据层11接触，因为这一安排紧凑并不像互连结构那样复杂。可以如上述通过测量第一导体29和软铁磁体参考层17之间的电阻读数据位。第一导体29可以以基本正交方向横跨铁磁体数据层11或第一导体29可以以非正交方向横跨铁磁体数据层11。通常，第一导体29以正交方向横跨铁磁体数据层11，因为微电子布局和布线工具可对微电子设备的正交布局修改，而某些工具将不允许非正交布局。第一导体29可以用包括但不限于上面表2中叙述的那些导电材料制造。
在图7中，存储器50用本发明的多个(示出3个)磁性存储器单元10形成。每一个磁性存储器单元10使其各自的盖层15(盖层15是任选的)与公共软铁磁体参考层17接触，和每一磁性存储器单元10在其各自的铁磁体数据层11中存储数据位。可以通过测量铁磁体数据层11和软铁磁体参考层17之间的电阻读该数据位。另外，如在上面参考图11讨论的，每一磁性存储器单元10可以包括一个第一导体29，它与它们各自的铁磁体数据层11电气通信。相似地，通过测量在第一导体29和软铁磁体参考层17之间的电阻可以读数据位。相应地，软铁磁体参考层17和第一导体29可以是分别为行导体和列导体或分别是列导体和行导体的一对导体。该对导体彼此相交，而磁性存储器单元10可以放置在该对导体之间的相交区域，如图7所示。该对导体不需彼此以正交方向相交。
如在现有技术中熟知的那样，通过使第一外部供给的电流IW1流过读-写导体产生第一写磁场HW1和使第二外部供给的电流IW2流过第一导体29产生第二写磁场HW2可以实现对铁磁体数据层11写数据位的写操作。第一和第二写磁场(HW1，HW2)合作与铁磁体数据层11反应以转动可变磁化定向M2到希望的定向。例如，如果铁磁体数据层11当前存储逻辑“0”，M2指向“左”，然后第一和第二写磁场(HW1，HW2)可以合作与铁磁体数据层11反应来转动(亦即翻转)M2向“右”，使得逻辑“1”写到铁磁体数据层11上。
在图12中，存储器70用本发明的多个(示出3个)磁性存储器单元10形成。每一个磁性存储器单元10有它们各自的盖层15(盖层15是任选的)与公共软铁磁体参考层17接触，和它们各自的铁磁体数据层11与跨越铁磁体数据层11的第一导体29电气通信。
可以如下实现对选择的一个磁性存储器单元10进行写操作。通过使第一写电流IW1流过读-写导体19和通过使第二写电流IW2流过第一导体29选择为进行写操作的带有用11a指示的铁磁体数据层的磁性存储器单元10。其它磁性存储器单元10不为写操作选择，因为在它们各自的第一导体29中没有写电流流动。第一写电流IW1产生第一写磁场HW1，第二写电流IW2产生第二写磁场HW2。第一和第二写磁场(HW1HW2)合作反应以转动铁磁体数据层11中的可变磁化定向M2到一个希望的定向。
作为另一个例子，可以通过使预定大小和方向的读电流IR通过软铁磁体参考层17的读-写导体19实现对同一铁磁体数据层11a的读操作。读电流IR产生读磁场HR，其基本包含在包围层21内，并且读磁场HR作用，在运行中固定磁化定向M1。通过测量软铁磁体参考层17和铁磁体数据层11a的第一导体29之间的电阻可以读在铁磁体数据层11a中存储的数据位(见图7)。
在图14a和14b中，详细表示出写操作。在图14a中，在写操作开始时可变磁化定向M2指向左边。第一和第二写磁场(HW1，HW2)向铁磁体数据层11延伸并一起作用，第一和第二写磁场(HW1，HW2)开始转动M2。第一写电流IW1的大小是这样的，使得第一写磁场HW1饱和包围层21和盖层15(沿较薄的部分)，使得第一写磁场HW1延伸进入铁磁体数据层11。接着，在图14b中，作为第一和第二写磁场作用于M2的组合磁力的结果，可变磁化定向M2已经被转动，指向右边。如果当M2指向左边时表示逻辑“0”的话，则M2指向右边表示逻辑“1”。
在图10a到10f中表示制造本发明的包围层的读-写导体的过程。下面叙述的处理步骤的顺序只是一个例子，实际的处理步骤顺序不需要与下面叙述的相同。此外，熟悉微电子技术的人公知的其它处理可以用来代替这里叙述的处理。
首先，在图10a中，形成电介质层31，然后通过诸如化学机械平面化(CMP)进行平面化处理。在放置形成包围层21一部分的高导磁率软磁材料前在电介质层31上蚀刻沟33。虽然在图10a中只表示出电介质层31的一部分，但是电介质层31可以是在其上形成多个沟33的电介质层，并且电介质层31可以延伸超出由虚线箭头e表示的地方。
第二，在图10b中，使用各向同性处理在沟33内沉淀一部分包围层21a(使得沟33的侧壁S粗略涂敷和沟33的底b同样的厚度)。用于包围层21a的材料是软磁材料，亦即导磁率足够作为磁芯，并且在其横断面上是连续的，没有中断或许多空处。作为各向同性沉淀包围层21a的结果形成沟35。
第三，在图10c中，使用电镀或其它合适的沉淀处理用导电材料诸如铜(Cu)填充沟35以形成读-写导体19。然后把整个结构平面化(例如使用CMP)以实现图10c所示结构。注意，在图10c中，读-写导体19尚未全部被包围层。
第四，在图10d中，沉淀另一高导磁率软磁材料21b以闭合磁通路径，从而形成完全包围层的读-写导体19(亦即它被包围层段21a，和21b完全围绕)。高导磁率软磁材料21b的厚度可以与包围层21a的侧壁S的底b的厚度不同。21b所用材料可以与21a所用材料相同或不同。然后使包围层21b形成图案并进行蚀刻，接着在图10d的结构的顶部形成磁性存储器单元10的剩余部分。另外，应该注意，虽然图10d表示高导磁率软磁材料21b伸出包围层21a的最外边缘，但是高导磁率软磁材料21b可以与这些边缘齐平，或它可以从这些边缘插入，如虚线I所示。高导磁率软磁材料21b不应该插入太远，以致它不再与包围层21a形成闭合磁通路径。
可选，在图10e中，可以在包围层21上沉淀另一高导磁率软磁材料(先前用21a和21b指示)以形成盖层15。然后在盖层15的上面沉淀中间层13。盖层15的加入可以是一种制造选择。例如，如上所述，处理步骤不需要遵守这里叙述的顺序。在这一点，可以是这样的，磁性存储器单元10的制造可以用铁磁体数据层11开始，随后用中间层13，等等。取决于为中间层13所用的材料，可能需要复盖(亦即钝化)中间层13以防止它在沉淀后与它所暴露的环境进行化学反应。例如，如果中间层13是电介质隧道阻挡层，则也许希望沉淀一个用与包围层21的高导磁率软磁材料磁性兼容的高导率软磁材料制造的盖层15。盖层15用作电介质隧道阻挡层的保护盖。盖层15可以用和包围层21同样的材料制造，或与包围层21不同的材料制造。
最后，在图10f中，在中间层13上面形成铁磁体数据层11。另外，可以在铁磁体数据层11上沉淀导电材料以形成第一导体29。
上述处理模仿用于形成本发明的完全包围层的读-写导体(亦即19，21a，和21b)的铜大马士宁处理。这种处理产生的平面结构在制造图10d的结构中是有利的(但是不是绝对需要的)。然而，可以使用在微电子技术中理解的其它处理来制造图10d的结构。此外，图10a到10f表示制造本发明的完全包围层读-写导体的一种可能的方法。例如，可以以在图10a到10f中表示的相反的顺序制造。可以以铁磁体数据层11开始制造，以中间层13继续，可选盖层15，接着形成包围层的读-写导体。
在上面提到的处理中，用于包围层21、盖层15、铁磁体数据层11、读-写导体19、和中间层13的材料可以包括但不限于上面在表1、表2、表3和表4中叙述的材料。
在图13a中，表示出在包围层21、中间层13、和铁磁体数据层11之间的大小关系。如前所述，选择用于包围层21的软磁材料，使得由在读-写导体19中流动的读电流IR产生的读磁场HR在运行中固定软铁磁体参考层17的磁化定向M1。此外，产生的读磁场HR不饱和包围层21，使得读磁场HR在读操作期间基本包含在包围层21内。确实伸出包围层21的读磁场H的任何部分不转动铁磁体数据层11的可变磁化定向M2。与此相对，在写操作期间，第一写磁场HW1饱和包围层21并向铁磁体数据层11延伸。因此，必须定制包围层21的相对厚度，使得读磁场HR在读操作期间基本包含在其中，和第一写磁场HW1在写操作期间饱和包围层21。
在图13a中，包围层21相邻中间层13的部分(亦即用虚线箭头18所示较薄的部分)应该具有最小的厚度D1，其足以基本包含读磁场HR在包围层21内(亦即厚度足够提供磁通封闭)。包围层21的剩余部分可以具有厚度D2、D3、和D4，其大于或等于最小厚度D1；因此，D2、D3、和D4≥D1。优选D2、D3、和D4具有大于D1的厚度。
在写操作期间，第一写磁场HW1饱和包围层21；然而，一般希望定制包围层21的厚度，使得D2、D3、和D4基本厚于D1，使得第一写磁场HW1沿较薄部分和在基本朝向铁磁体数据层11的方向上饱和包围层21。作为结果，第一写磁场HW1被限制在朝向铁磁体数据层11的方向内和在厚度D2、D3、和D4(亦即较厚的部分)的方向上的边缘场不饱和包围层21或至少由在D2、D3、和D4处的包围层21的厚度基本衰减。优选D2、D3、和D4具有选择用以阻碍包围层21饱和的厚度。
相似地，在图13b中，表示出在包围层21、盖层15、中间层13、和铁磁体数据层11之间的大小关系。如前所述，选择用于包围层21和盖层15的软磁材料，使得由在读-写导体19中流动的读电流IR产生的读磁场HR在运行中固定软铁磁体参考层17的磁化定向M1。此外，产生的读磁场HR不饱和包围层21和盖层15，使得读磁场HR基本包含在包围层21和盖层15内(亦即包围层21和盖层15提供磁通封闭)。确实伸出包围层21和盖层15的读磁场HR的任何部分不转动铁磁体数据层11的可变磁化定向M2。反之，在写操作区间，第一写磁场HW1饱和包围层21和盖层15并向铁磁体数据层11延伸。因此，必须定制包围层21的相对厚度，使得读磁场HR在读操作期间基本包含在其中，和第一写磁场HW1在写操作期间饱和包围层21和盖层15。
在图13b中，包围层21相邻盖层15的部分(见虚线箭头19)应该具有最小的组合厚度(D1+T1)，其足以基本包含读磁场H在包围层21和盖层15内。包围层21的剩余部分可以具有厚度D2、D3、和D4，其大于或等于最小组合厚度(D1+T1)；因此，D2、D3、和D4≥(D1+T1)。优选D2、D3、和D4具有大于(D1+T1)的厚度。如上所述，可以使D2、D3、和D4基本厚于(D1+T1)，使得在写操作期间第一写磁场HW1在基本朝向铁磁体数据层11的方向上饱和包围层21和盖层15。
为包围层21、盖层15、中间层13、和铁磁体数据层11的厚度和厚度范围包括但不限于下面叙述的那些。
包围层21可以具有从大约3.0nm到大约100.0nm的厚度D1，盖层15可以具有大于大约1.0nm的厚度T1。D1和T1的实际厚度取决于为包围层21和盖层15选择的材料。
中间层13可以具有从大约0.5nm到大约5.0nm的厚度T3。T3的实际厚度部分取决于为中间层13选择的材料、部分取决于存储器单元的类型，例如TMR存储器单元或GMR存储器单元。
铁磁体数据层11可以具有大于大约1.0的厚度T5。T5的实际厚度取决于存储器单元的类型和应用。
软铁磁体参考层17可以具有宽度W和高度H，它们部分取决于为读-写导体19选择的大小和包围层21的厚度D1、D2、D3、和D4。因此，W和H高度依赖于应用，因为它们的最终大小将基于包括包围层21和读-写导体19的大小的许多变量。
虽然公开和说明了本发明的几个实施例，但是本发明不限于如此公开和说明的部分的特定的形式和安排。本发明只由权利要求限制。

Claims (11)

1.一种磁性存储器单元(10)，包括：
铁磁体数据层(11)，用于存储作为可变磁化定向(M2)的数据位；
与铁磁体数据层(11)电气通信的第一导体(29)；
与铁磁体数据层(11)接触的中间层(13)；和
软铁磁体参考层(17)，它具有非固定磁化定向(M1)，并包括一个读-写导体(19)和一个完全包围读-写导体(19)的铁磁体包围层(21)，铁磁体包围层(21)具有定制的厚度，包括沿铁磁体包围层(21)与中间层(13)接触的部分的较薄部分(D1)和沿铁磁体包围层(21)不与中间层(13)接触的部分的较厚的部分；
其中，在读操作期间，通过由在读-写导体(19)中流动的读电流(IR)产生的读磁场(HR)使软铁磁体参考层(17)在运行中固定到一个希望的方向，并且读磁场(HR)不饱和铁磁体包围层(21)、并基本包含在铁磁体包围层(21)内，以及
其中，在写操作期间，第一导体(29)起作用，响应在第一导体(29)中流动的第一写电流(IW1)产生第一写磁场(HW1)，并且第一写磁场(HW1)饱和铁磁体包围层(21)的较薄部分(D1)并向外延伸到铁磁体数据层(11)。
2.如权利要求1所述磁性存储器单元(10)，其中，铁磁体数据层(11)和铁磁体包围层(21)的任何选择的一个或多个包括高导磁率软磁材料。
3.如权利要求2所述磁性存储器单元(10)，其中，高导磁率软磁材料是从由镍铁、镍铁合金、镍铁钴、镍铁钴合金、钴铁、钴铁合金和坡莫合金组成的组中选择的材料。
4.如权利要求1所述磁性存储器单元(10)，其中，铁磁体数据层(11)和铁磁体包围层(21)用同样的高导磁率软磁材料制造。
5.如权利要求1所述磁性存储器单元(10)，其中，铁磁体数据层(11)和铁磁体包围层(21)的任何选择的一个或多个具有大于1000的相对导磁率。
6.如权利要求1所述磁性存储器单元(10)，其中，铁磁体数据层(11)和铁磁体包围层(21)的任何选择的一个或多个具有1000A/m或更小的矫顽力。
7.如权利要求1所述磁性存储器单元(10)，其中，读-写导体(19)是从由铜、铜合金、铝、铝合金、铝铜、铝铜合金、钽、钽合金、金、金合金、银和银合金组成的组中选择的一种导电材料。
8.如权利要求1所述磁性存储器单元(10)，其中，铁磁体包围层(21)的定制的厚度处于沿铁磁体包围层(21)不与中间层接触的部分的3.0nm到100.0nm的范围。
9.如权利要求1所述磁性存储器单元(10)，还包括：
放置在铁磁体包围层(21)和中间层(13)中间并与铁磁体包围层(21)磁耦合的铁磁体盖层(15)，
其中，在读操作期间，产生的读磁场(HR)不饱和铁磁体包围层(21)和铁磁体盖层(15)，并基本包含在铁磁体包围层(21)和铁磁体盖层(15)之内，
其中，在写操作期间，第一写磁场(HW1)饱和铁磁体包围层(21)的较薄的部分(D1)和铁磁体盖层(15)，并向外延伸到铁磁体数据层(11)。
10.一种磁性存储器单元，包括铁磁体数据层，用于存储作为可变磁化定向的数据位，与铁磁体数据层电气通信的第一导体，具有在一个已知方向上固定的磁化定向的铁磁体参考层，与参考层电气通信的第二导体，和在铁磁体数据层和参考层之间的中间层，其中，通过测量在第一和第二导体之间的电阻读数据位，通过使第一和第二电流流过第一和第二导体以产生共同与铁磁体数据层相互作用的第一和第二写磁场，以便转动可变磁化定向来写数据位，其改进包括：
软铁磁体参考层(17)具有非固定磁化定向(M1)，并包括一个读-写导体(19)和一个完全包围读-写导体(19)的铁磁体包围层(21)，铁磁体包围层(21)具有定制的厚度，包括沿铁磁体包围层(21)与中间层(13)接触的部分的较薄的部分(D1)和沿铁磁体包围层(21)不与中间层(13)接触的部分的较厚的部分，
其中，在读操作期间，软铁磁体参考层(17)通过由在读-写导体(19)中流动的读电流(IR)产生的读磁场(HR)在运行中固定在一个希望的方向上，读磁场(HR)不饱和铁磁体包围层(21)并基本包含在铁磁体包围层(21)内，
其中，在写操作期间，第一导体起作用，响应在第一导体(29)中流动的第一写电流(IW1)产生第一写磁场(HW1)，第一写磁场(HW1)饱和铁磁体包围层(21)的较薄的部分(D1)并向外延伸到铁磁体数据层(11)。
11.如权利要求10所述磁性存储器单元(10)，还包括：
放置在铁磁体包围层(21)和中间层(13)之间并与铁磁体包围层磁耦合的铁磁体盖层(15)，
其中，在读操作期间，产生的读磁场(HR)不饱和铁磁体包围层(21)和铁磁体盖层(15)，并基本包含在铁磁体包围层(21)和铁磁体盖层(15)之内，
其中，在写操作期间，第一写磁场(HW1)饱和铁磁体包围层(21)的较薄的部分(D1)和铁磁体盖层(15)，并向外延伸到铁磁体数据层(11)。
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