CN1379485A - 用于动态钉扎软参考层的包层读导线 - Google Patents

用于动态钉扎软参考层的包层读导线 Download PDF

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Abstract

公开一种隧道结(10),具有包层的读导线,由用于被动态钉扎的软参考层的高磁导率软磁材料形成。隧道结包括数据层(11)、形成在数据层上的势垒层(13)、形成在势垒层上的盖层(15)和形成在盖层上的软参考层(17)。软参考层(17)包括读导线(19)、完全包围读导线(19)以形成包层的读导线的包层(21)。软参考层(17)具有未被钉扎的磁化取向(M1)。当外部供给读电流流经读导线时,读导线(19)产生基本包含在包层(21)中的并且可操作在需要的方向上动态钉扎磁化取向(M1)的磁场。存储在数据层(11)中的位数据通过测量数据层(11)与软参考层(17)之间的电势差来读出。

Description

用于动态钉扎软参考层的包层读导线
技术领域
本发明一般涉及带有含未钉扎的磁化取向的软铁磁参考层的磁性存储单元。更具体地，本发明涉及带有软铁磁参考层的磁性存储单元，该软铁磁参考层具有未钉扎的磁化取向，并包括完全被铁磁包层环绕的读导线，因而由在读导线中流动的电流产生的读磁场不会饱和，并且完全容纳在铁磁包层中，并且软铁磁参考层的磁化取向由读磁场动态钉扎在需要的取向上。
背景技术
磁性存储器，例如磁性随机存取存储器(MRAM)，是一种非易失性存储器，该存储器被考虑用作在使用传统的数据存储器件如DRAM，SRAM，Flash和硬盘驱动器的应用中的替代数据存储器件。MRAM一般包含磁性存储单元的阵列。例如，之前的磁性存储单元可以是隧道磁电阻存储单元(TMR)，巨磁电阻存储单元(GMR)，或者超大磁电阻存储单元(CMR)，包含数据层(也称作存储层或位层)，参考层以及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由一层或多层材料制成。数据层通常是磁性材料层或磁性材料薄膜，它们将一个数据位(a bit of data)存储为可能响应外磁场的作用而变化的一种磁化取向。因此，数据层的磁化取向(即它的逻辑状态)可以从代表逻辑“0”的第一个磁化取向被转动(即改变)至代表逻辑“1”的第二个磁化取向，反之亦然。另一方面，参考层通常是磁化取向被“钉扎”(即固定)在预定方向的磁性材料层。预定方向由用于制造磁存储单元的微电子处理步骤来决定。
一般地，磁存储单元的逻辑状态(即“0”或“1”)决定于数据层和参考层的相对磁化取向。例如，在隧道磁电阻存储单元(隧道结存储单元)中，当电位偏置加在数据层和参考层两端时，电子通过中间层(称作隧道势垒层的薄介电层)在数据层和参考层之间迁移。这种导致电子穿过势垒层迁移的现象可称作量子力学开隧道或自旋开隧道。逻辑状态由测量存储单元的电阻来决定。例如，如果其数据存储层的总磁化取向平行于参考层的钉扎磁化取向，则磁存储单元处于低阻态。相反地，如果其数据存储层的总磁化取向反平行于参考层的钉扎磁化取向，则隧道结存储单元处于高阻态。如上所述，存储在磁存储单元的一位逻辑状态由改变数据层的总磁化取向的外加磁场来写入。外加磁场可能被称作在高阻和低阻态之间改变磁存储单元的改变场。
图1所示是以前的隧道结存储单元100，包括数据层110，参考层112和位于数据层110和参考层112之间的绝缘势垒层114。此外，存储单元100可以包括与数据层110相通的第一导电结点116和与参考层112相通的第二导电结点118。外加电流可流过第一和第二导电结点(116，118)以产生上述的外加磁场。如同将参考如下图4a和4b进行讨论的那样，在包括大量存储单元100的存储阵列中，第一和第二导电结点(116，118)可以是成行成列的导体。结点也可以用于测量存储单元100的电阻从而决定它的逻辑状态。如左指箭头所示，参考层112的磁化取向M1钉扎在预定方向上。如双箭头所示，数据层110的磁化取向M2是可变的。
在图2a中，数据层110的磁化取向M2平行于(也就是说箭头指向相同的方向)参考层112的磁化取向M1，导致存储单元100处于低阻态。另一方面，在图2b中，数据层110的磁化取向M2反平行于(也就是说箭头指向相反的方向)参考层112的磁化取向M1，导致存储单元100处于高阻态。
因为数据层110和参考层112由彼此相邻很近的铁磁材料构成，所以如图2c所示，参考层112的钉扎磁化取向M1产生从参考层112的边缘畴扩展到数据层110的退磁场D。图2d示出数据层110磁化取向M2上退磁场D的影响，理想地，数据层110的磁化取向应当直线对准平行或反平行取向于钉扎磁化取向M1。然而，由于退磁场D，在理想的磁化取向M2’(虚箭头所示)和实际磁化取向M2(实箭头所示)之间存在着很小的角度偏移θ。角度偏移θ导致在高阻态和低阻态(也就是说平行或反平行)之间磁电阻ΔR/R的变化量减小。为了更容易地检测数据层110的位状态，要求磁电阻ΔR/R的变化量尽可能大。实质上，ΔR/R相当于信噪比S/N。在读操作时，更高的S/N导致可以检测到更强的信号以判定数据层110的位状态。因此，以前的隧道结存储单元100存在着一个缺点，即磁电阻ΔR/R的变化量由于角度偏移θ而减小(也就是说在读操作时的低S/N)。
以前的隧道结存储单元100的另一个缺点是参考层112的钉扎磁化取向M1通常需要一层以上的材料才能产生钉扎效果。例如，在图3a中，以前的隧道结存储单元200包括前述的数据层210，第一和第二导电结点(216，218)，以及包括由不同材料组成三明治的复合参考层212，212a和212b。212层称作反铁磁层(钉扎层)，212a层是被钉扎的参考层。钉扎层212将参考层212a的磁化取向M1磁化在所需方向。212b层是籽晶层。例如，用于钉扎层212，参考层212a和籽晶层212b的材料包括：FeMn，IrMn，NiMn或PtMn用于钉扎层212；NiFe，NiFeCo或CoFe用于参考层212a；NiFe或NiFeCo用于籽晶层212b。
或者，如图3b所示，以前的隧道结存储单元300具有比图3a所示更为复杂的钉扎层312。以前的隧道结存储单元300包括前述的数据层310，第一和第二导电结点(316，318)，也包括不同材料组成的复杂三明治的复合参考层312，312a，312b和312c。钉扎层312设定人工反铁磁体312c的磁化取向，后者比图3a中的反铁磁层212结构更为复杂。人工反铁磁体312c可以是材料的三明治结构，如Co/Ru/Co或CoFe/Ru/CoFe。在图3b中，312a层是被钉扎的参考层，312b层是籽晶层，312层是反铁磁层(钉扎层)。
因此，以前的隧道结存储器的一个缺点是在结构上需要更多层以组成参考层。由于需要额外的材料组成那些层，就需要额外的微电子加工步骤来生产以前隧道结存储单元200和300。那些额外的步骤可能会在隧道结存储器中引入缺陷，导致生产的存储器不合格或导致组合存储器的产品以后不能工作。为了减少缺陷并提高产额，要求降低复杂性以及减少制造存储器所需的加工步骤。此外，需组成参考层的材料难于加工。对于磁存储器的批量生产而言，要求采用易于加工的材料以简化制造过程并降低制造成本。
以前的隧道结存储单元的另一个缺点是在退火步骤中，参考层必须经提高的温度加热。退火耗费时间(1小时或更长)并需要磁存储器在恒磁场下经受从200到300摄氏度温度范围的处理。因为需要磁场下退火以设定磁化取向，因此在以后磁存储器经受高温时，参考层的钉扎可能“不固定”并失去磁化取向。将需要另一次退火步骤以重新设定磁化取向。
以前的隧道结存储单元100的另一个缺点如图4a和4b所示。在图4a中，磁存储器150包括大量配置成交叉阵列的存储单元100。第一导电结点116经重复组成横穿存储单元100的行导体(Row1和Row2)，第二导电结点118经重复组成同样横穿存储单元100的列导体(Col1，Col2和Col3)(也就是说存储单元100位于行列导体的交叉处)。通过将电压源V连接到Row2并让Row1悬空，位于Row2和Col3交叉处的存储单元100a被选择进行读操作。将Col1和Col2连接到GND，将Col3连接到读放大器，后者连接到虚地。结果就形成了电流通路，并且电流I流入Row2的导电结点116。如电流IG所示，一部分电流I流向GND。然而，电流I的的另一部分组成读电流IR，并被读放大器S读出。IR的大小指示存储在存储单元100a中的数据位的磁化取向，但是在读操作时，IR的大小不足以转动数据层的磁化取向。
在图4b中，更详细地显示了选定的存储单元100a。依照右手法则，电流IR产生磁场HR。不利之处在于，磁场HR从其各自的导体沿径向外扩展(也就是说边缘场)，和阵列中的相邻存储单元100相互作用。决定于存储单元100的彼此邻近情形和电流IR的大小，那些边缘场可能破坏存储在相邻的存储单元100数据层中110的，没有被选定进行读操作的数据位。
而且，以前的隧道结存储单元100的另一个缺点是从选定的存储单元100读取数据所需的电流IR可能非常大。尽管在图4a和4b中没有显示，触发数据层110的磁化方向的写入电流需要的幅度也可能非常大，通常在量值上大于IR。电流IR可能产生不需要的废热，从而要求有如冷却风扇之类的热管理系统以去掉废热。热管理系统可能增加组合存储器150的电子系统的成本，尺寸，重量和噪声。对于以电池作为电源的便携电子系统或节能电子系统，前述的电流可能增加电能消耗，从而降低电池寿命或增加电能功率，破坏能量效率。
尽管上述缺点集中在隧道结存储单元(也就是说TMR存储单元)，那些缺点也适用于其它类型的磁存储单元，如前述的GMR和CMR存储单元。例如，正如技术上已经知道的，对于GMR存储阵列(未显示)，交叉阵列被对GMR存储单元进行电子隔离的选通晶体管(也就是说FET)所取代。对FET的电子开或关选择特定的GMR单元进行读操作。流过选定的存储单元的读电流由读放大器之类读出。
因此，需要一种磁存储单元，它具有不要求钉扎磁化取向以读出存储在数据层上的位数据的参考层。也需要减少构成参考层所需的材料层数。而且，也需要一种磁存储单元，其中在读操作时产生的边缘场大体上限制在参考层中，从而与相邻存储单元的干扰显著地减小。最后，也需要一种磁存储单元，其中数据层磁化取向的角度偏移大为减小或消失，从而在读操作时磁电阻的变化很大。
发明内容
本发明是诸如隧道磁电阻存储单元(TMR)、巨磁电阻存储单元(GMR)之类的磁存储单元，以及结合那些磁存储单元的存储器在设计上的改良。而且，本发明包括在用于磁存储单元参考层的材料上，以及在用于磁存储单元读导线的结构上的改良。
广义地，本发明体现在包括将位数据存储为可改变的磁化取向的铁磁数据层，和铁磁数据层相连接的中间层，和中间层相连接并包括读导线和环绕读导线以形成包层读导线的铁磁包层的软铁磁参考层的磁存储单元中。软铁磁参考层具有未被钉扎的磁化取向(也就是说磁化取向没有被设定在预定的方向)。当外加电流流经读导线时，读导线产生磁场。铁磁包层没有由磁化场而饱和，磁场基本上被包含在铁磁包层中。在读操作时，外加电流通过读导线，从而使软铁磁参考层的磁化取向动态钉扎在所需的方向，并通过测量数据层和软铁磁参考层之间的电阻来读出存储在数据层中的位数据。
本发明的包层读导线的附加优点是，由于产生于读导线的磁场基本包含在铁磁包层中，从而使边缘场大为减小。
在读操作时，本发明的铁磁包层提供闭合的磁通路径(磁通闭合)。结果以前磁存储单元的退磁场显著地减小或消失，从而减小了角度偏移，并在读操作时存在更大的磁电阻变化量。
以前的被钉扎参考层的缺点通过本发明的软铁磁参考层得以解决，因为读操作不需要被钉扎软铁磁参考层的磁化取向。取而代之，为实现读操作，本发明的软铁磁参考层的磁化取向通过将预定大小和方向的电流流经读导线而被动态地钉扎(也就是说动态钉扎)在所需方向上。结果就减少了前述的附加材料层，以及那些材料层的复杂性和形成那些材料层所需的微电子加工步骤。参考层所需的在磁场下退火也因本发明的软铁磁参考层而取消。而且，如果存储器受热而不得不“重置”参考层的磁化取向的可能性也因本发明的软铁磁参考层而无关紧要了，因为磁化取向动态钉扎。
本发明的磁存储单元的另一个优点是减小了实现读操作所需的读电流大小，从而减小了功率耗散(废热)和功率消耗。读或写操作的电流可以是静态的dc电流或动态的电流脉冲。正如已提到的，有必要减小功率耗散和废热的产生，特别是在便携式电池操作系统和节能系统中。
在读操作时，本发明的铁磁包层为读磁场提供闭合的磁通路径(闭合磁通)。结果以前磁存储单元的退磁场大为减小或消失，从而减小了角度偏移，并且在读操作期间磁电阻变化量更大。
在本发明的一个实施例中，磁存储单元包括位于铁磁包层和中间层之间、并和铁磁包层进行磁耦合的铁磁盖层。在读操作时，磁场没有饱和，并基本上包含在铁磁包层和铁磁盖层中。
在本发明的另一个实施例中，数据层、铁磁盖层和铁磁包层可以由高导磁率的软磁材料制成。在本发明的另一个实施例中，数据层、铁磁盖层和铁磁包层由相同的高导磁率的软磁材料制成。
然而在本发明的另一个实施例中，数据层、铁磁盖层和铁磁包层由低矫顽力材料制成。
在本发明的一个实施例中，数据层和穿过数据层的第一导线电联通。在读操作时，通过测量软铁磁参考层和第一导线之间的电阻来读出位。
在本发明的另一实施例中，第二导线穿过数据层，第一和第二导线分别响应外加电流产生第一和第二写入磁场。第一和第二写入磁场协同和数据层相作用以将数据层的磁化取向转动到所需的方向上，从而向铁磁数据层写入新的位数据。
在本发明的另一个实施例中，磁存储单元可以是隧道磁电阻存储单元和巨磁电阻存储单元。
本发明的其它方面和优点将会通过以下结合附图的详细描述而变得明显，以举例方式说明本发明的原理。
附图说明
图1是带有参考层的具有钉扎的磁化取向的已有磁存储单元。
图2a和2b分别表示在图1的已有磁存储单元的参考层与数据层之间的总体的平行和反平行磁化取向。
图2c和2d表示退磁场对已有磁存储单元的数据层的磁化取向的影响。
图3a和3b表示带有包括钉扎层和被钉扎层的多层参考层的已有磁存储单元。
图4a是包括已有磁存储单元阵列和行列导线的已有磁存储器中读操作的图示。
图4b表示对选择的已有磁存储单元的读操作和由在行列导线中流动的读电流产生的磁场。
图5是根据本发明的带有软铁磁参考层和整个包层读导线的磁存储单元的图示。
图6是根据本发明在读操作期间基本包含在铁磁包层内的磁场的图示。
图7是根据本发明包括带有软铁磁参考层的磁存储单元阵列的存储器的图示。
图8a到9b是根据本发明在读操作期间动态钉扎的软铁磁参考层的图示。
图10a到10f是根据本发明制造带有软铁磁参考层和整个包层读导线的磁存储单元的方法的图示。
图11是根据本发明带有软铁磁参考层并包括用于向数据层写入位数据的第一和第二导线的磁存储单元的图示。
图12是根据本发明包括带有软铁磁参考层的磁存储单元阵列并包括用于向选择的磁存储单元的数据层写入位数据的第一和第二导线的存储器的图示。
图13a和13b是带有铁磁包层和带有铁磁包层与铁磁盖层的软铁磁参考层的相对尺寸的图示。
具体实施方式
在下面的具体说明以及几个附图中，同样的元件标为相同的参考序号。
如图示目的的附图所示，本发明体现在如下的磁存储单元中，该磁存储单元包括将位数据存储为可改变的磁化取向的铁磁数据层，和数据层相接触的中间层，和中间层相接触的并包括读导线和完全环绕读导线以形成包层读导线的铁磁包层的软铁磁参考层。软铁磁参考层的磁化取向未被钉扎在预定的方向。此后软铁磁参考层的该特征应称为“未钉扎磁化取向”。
读导线响应于外部施加的读电流产生读磁场并且铁磁包层基本上在铁磁包层内包含读磁场。实际上，铁磁包层提供围绕读导线闭合的磁路(磁通闭合)。通过在读导线中流过预定大小和方向的电流，结果得到的读磁场大到足以在软磁参考层的已知方向上建立磁化取向，使得磁化取向被动态地钉扎(即磁化取向动态钉扎)。然而，读磁场还没大到将软铁磁参考层的铁磁包层磁化至饱和，以至于读磁场向外扩展超出铁磁包层，并和存储在数据层上的位数据存在着可能的干扰或重写。铁磁包层也能显著地减弱边缘场，后者干扰或破坏存储在相邻存储单元上数据层中的数据。位数据可以通过测量数据层和软铁磁参考层之间的电阻来读出。铁磁包层和数据层可以由高导磁率软磁材料制成。铁磁包层具有预定的最小厚度，该设计用于确保由读导线产生的读磁场基本上包含铁磁包层中。
或者，本发明的磁存储单元可包括位于中间层和铁磁包层之间的铁磁盖层。铁磁盖层磁耦合于铁磁包层，从而在读操作时，读磁场基本包含在铁磁包层和铁磁盖层中。实际上，铁磁包层和铁磁盖层在磁性上相当于一层，铁磁包层和铁磁盖层共同提供了环绕读导线的闭合的磁路径(磁通闭合)。
本发明的软铁磁参考层也称为“参考层“是因为磁化取向的方向可以通过外加电流动态地设定(也就是说动态钉扎)已知的方向上。它被称为“软”是因为所用磁性材料在磁性上是软的而不是通常的硬钉扎材料(例如NiFe/IrMn之类的反铁磁系统)。
本发明的磁存储单元的优点包括：通过将读导线在读操作时产生的读磁场基本包含在软铁磁参考层的铁磁包层之中，可以解决边缘场问题的包层读导线，从而存储于相邻磁存储单元中的数据不会被杂散磁场破坏，软铁磁参考层消除了构成钉扎参考层及其衍生的复杂材料层的必要性，并消除可能导致产量下降和成本提高的额外加工步骤，也不必对磁存储单元进行退火，并且减小了读写位数据所需的电流(也就是说dc电流或脉冲电流)大小，附带地减小了功率耗散和功率消耗。
本发明的磁存储单元的附加优点是在读操作时铁磁包层提供闭合磁通，从而使可能导致铁磁数据层的磁化取向角度偏移的退磁场大为减小或消失。结果，在读操作时，磁电阻的变化量更高，在逻辑态(也就是说逻辑“0”或“ 1”)之间信噪比(S/N)更高，逻辑态更易于检测。
这里为本发明的磁存储单元所提出的结构也适用于包括但不限于基于TMR和GMR磁存储单元的几种磁存储器形式。尽管用于那些形式的磁存储器的材料和结构不同，并且用于检测参考层和数据层(也就是说平行或反平行)不同态的物理效应也不同，那些形式的磁存储器的磁设计是相同的。只要要求有至少一对导线转动数据层的磁化取向，以及要求有一个读导线测量数据层和参考层之间的电阻，正因如此对于不同的、包括以上已引述的磁存储器，本发明的磁存储单元都能工作。熟悉磁存储器技术的人也能明白地理解，本发明的磁存储单元也能实施在磁存储单元阵列以形成数据存储器件(也就是说存储器)，如MRAM。存储阵列的结构决定于存储单元的类型。例如，交叉存储结构是作为TMR存储单元的阵列而被很好地研究。
在图5中，磁存储单元10包括用于将位数据存储为可改变磁化取向M2(在磁存储单元技术中，数据层10也被称作存储层或位层)的数据层11，和数据层10相接的中间层13，和中间层13相接的铁磁盖层15，和铁磁盖层15相接的软铁磁参考层17，软铁磁参考层17具有未被钉扎的磁化取向，并包括读导线19和完全环绕读导线19以形成包层读引线(也就是说读导线19在各个方向上完全被铁磁包层21所包覆)的铁磁包层21。软铁磁参考层17沿虚线箭头16所示的包层21的一部分和铁磁盖层15相接(在下文中铁磁包层21被称作包层21，铁磁盖层15被称作盖层15)。包层21和盖层15不必有如图5所示、彼此平直(are flush with)的边缘。例如，一层的边缘可能重叠在另一层的边缘上或被另一层的边缘所嵌入。软铁磁参考层17的磁化取向没有被钉扎，也就是说，软铁磁参考层17没有预定的磁化取向，预定磁化取向通过采用以前的、例如磁场退火的工艺，在磁存储单元10的加工过程中而设定。
或者，在图6中预定大小和方向的外加电流IR流经读导线19，以产生读磁场H。在图6中，用“+”符号标识，读电流IR流入页面中，依据右手法则，读磁场H的矢量沿顺时针方向。读磁场H基本包含在包层21中。读磁场H的结果是，软铁磁参考层17具有磁化取向M1动态地被钉扎(也就说动态钉扎)，M1指向左侧。只要电流IR继续流经读导线19磁化取向M1就保持着动态地被钉扎。当读电流IR流过时，铁磁数据层11和软铁磁参考层17之间由于电子通过中间层13在铁磁数据层11和软铁磁参考层17之间流过而存在着电阻。可以通过测量电阻大小和/或改变来决定存储在数据层11中的位数据的态。例如，可以测量软铁磁参考层17和铁磁数据层11之间的电阻。
在图6中，磁存储单元10不包括如图5所示的盖层15。然而，正如参考图8a到图9b而将进行讨论的，以上在图6中所讨论的、关于本发明的软铁磁参考层17的原理适用于不管磁存储单元10是否包括盖层15的情形。盖层15是可选的。在给出盖层15时(见图8a到9b)，由于包层21和盖层15都是由铁磁材料制成，并且在彼此相接时在磁性上变成一层，因此读磁场H事实上包含在包层21和盖层15之中。
在磁存储技术中以及对于TMR，GMR和CMR存储单元，已经很好地理解了导致电阻的现象。例如，在基于TMR的存储单元中，该现象被称作量子力学开隧道或自旋相关开隧道。在TMR存储单元中，中间层13是介电材料的隧道势垒薄层，电子在数据层11和软铁磁参考层17之间采用量子力学方式开隧道(即迁移)穿越势垒层。另一方面，在基于GMR的存储单元中，该现象是电子的自旋相关散射，中间层13是非磁材料的间隔薄层。在任一情形下，数据层11和软铁磁参考层17之间的电阻依赖于M1和M2相对取向而改变，可以检测电阻变化以判定存储在数据层11中的位数据是逻辑“0”或逻辑“1”。
因此，在向磁存储单元10进行读操作时，如上所述，通过将读电流IR流经读导线19，并测量数据层11和软铁磁参考层17之间的电阻，可以读出存储在数据层11中的位数据。位的逻辑态(也就是逻辑“0”或逻辑“1”)可以通过检测电阻大小来判定。一个如何从M1和M2的相对取向判定位的逻辑态的例子将会参照图8a、8b、9a、9b进行解释。
在图8a中，用“+”符号标识，读电流IR流入页面中，读磁场H的矢量沿顺时针方向，软铁磁参考层17的磁化取向M1的动态钉扎取向平行于数据层11的磁化取向M2的可变取向，也就是说，M1和M2指向相同的方向。M1和M2的排列导致在数据层11和软铁磁参考层17之间、可预定为代表逻辑“0”的电阻。
另一方面，在图8b中，数据层11的磁化取向M2的可变取向反平行于软铁磁参考层17的磁化取向M1的动态钉扎取向，也就是说，M1和M2指向相反的方向。结果，M1和M2的排列导致在数据层11和软铁磁参考层17之间、可预定代表逻辑“1”的电阻。
作为进一步的例子，在图9a中，用“●”符号标识，读电流IR流出页面，软铁磁参考层17的磁化取向M1的动态钉扎取向反平行于数据层11的磁化取向M2的可变取向。因此，读磁场H的矢量沿逆时针方向，M1指向右侧。M1和M2的排列导致在数据层11和软铁磁参考层17之间、可预定代表逻辑“1”的电阻。
相反，在图9中，数据层11的磁化取向M2可变取向平行于软铁磁参考层17的磁化取向M1的动态钉扎取向。结果，M1和M2的排列导致在数据层11和软铁磁参考层17之间、可预定代表逻辑“0”的电阻。
正如之前所提到的，在图8a、图8b、图9a和图9b中所示的读操作原理适用于不管是否给出盖层15的情形。包括或不包括盖层15将接合本发明的存储单元10的一种制造方法进行讨论。进而，当给出盖层15时，它在磁性上和包层21是一层(也就是说磁耦合)，从而如图8a、图8b和图9b中所示，读磁场H扩展进入盖层15。因此，如图8a至图9b所示的盖层15是可选的。可以不包括盖层15，参照图8a至图9b讨论的读操作原理仍可应用。
将哪一个逻辑态指定给M1和M2之间的平行和反平行关系由应用来决定或通过预定惯例来决定。例如，在图8a和图8b中所示的排列可采用为惯例，借此读电流IR流入页面“+”，使得M1被动态钉扎到所需的取向(也就是说指向左侧)，对于逻辑“0”惯例是M1平行于M2，对于逻辑“1”惯例是M1反平行于M2。
在这里所描述的本发明的实施例中，铁磁数据层11、盖层15和包层21可以由高导磁率的软磁材料制成。“软磁材料”是指具有大约1000或更大的高相对导磁率μR(也就是导磁率μ为：μ＝μ0*μR；其中μ0＝4π*10-7H/m；μ＝(4π*10-7)*1000＝1.257*10-3H/m或更大)、以及大约1000A/m或更小的低矫顽力(矫顽磁性)和小磁滞损耗的材料。
用于包层21的高磁导率软磁材料许可磁化取向M1由不饱和包层21的读磁场H的大小动态地钉扎，从而读磁场H基本包含在包层21内。而且。读磁场H的向包层21外部延伸的任何部分(即，未包含在包层21内)不旋转数据层11中可改变的磁化取向M2(即，读磁场H不因其电流取向转换M2)。结果，产生读磁场H所需的读电流的大小IR比已有的磁存储单元降低。类似地，如果软铁磁参考层17包括盖层15，那么用于包层21和盖层15的高磁导率软磁材料许可磁化取向M1被不饱和包层21和盖层15的读磁场H的大小动态地钉扎，从而读磁场H基本包含在包层21和盖层15内，而且读磁场H的向包层21和盖层15外部延伸的任何部分不旋转数据层11中可改变的磁化取向M2。
在本发明的一个实施例中，用于数据层11、盖层15和包层21中任何选择的一个或多个的高磁导率软磁材料可由包括但不限于下表1中列出的那些的材料制造。
表1
    表1-用于铁磁数据层11；盖层15；和包层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TM
在本发明的另一个实施例中，数据层11、盖层15和包层21可由同样的高磁导率软磁材料制造。同样的高磁导率软磁材料包括但不限于上表1中所列出的那些。例如，镍铁(NiFe)或坡莫合金TM可用于制造数据层11、盖层15和包层21。
在本发明的一个实施例中，数据层11、盖层15和包层21中任何选择的一个或多个具有大于约1000的相对磁导率。
在本发明的又一个实施例中，数据层11、盖层15和包层21中任何选择的一个或多个具有约1000A/m或更小的矫顽力。
读导线19可由导电材料制造。用于读导线19的适当的材料包括但不限于下表2中所列出的那些。
表2
    表2-用于读导线19的材料
           铜(Cu)
        铜合金(Cu)
        铝(Al)
        铝合金(Al)
        铝铜(AlCu)
        铝铜合金(AlCu)
        钽(Ta)
        钽合金(Ta)
        金(Au)
        金合金(Au)
        银(Ag)
        银合金(Ag)
在本发明的一个实施例中，中间层13是分离并电绝缘数据层11和软铁磁参考层17的绝缘材料制造的隧道势垒层(即它不导电)。包括但不限于下表3列出的那些的介电材料可用于隧道势垒层。隧道势垒层可具有大约0.5nm到约5.0nm的厚度(看图13中的T3)。
表3
    表3-用于隧道势垒层的材料
    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是非磁性材料制造的间隔层。用于间隔层的非磁性材料可以是(元素周期表的)3d，4d或5d过渡金属。包括但不限于下表4列出的那些的非磁性材料可用于间隔层。间隔层可具有大约0.5nm到约5.0nm的厚度(看图13中的T3)。
表4
    表4-用于间隔层的材料
         铜(Cu)
         金(Au)
         银(Ag)
图11中，本发明的磁存储器10可包括跨过数据层11并且与数据层11电连通的第一导线29。数据层11和第一导线29之间的电连通可通过第一导线29和数据层11彼此接触或通过诸如接头(via)、导电插头等(未示出)的互联结构来实现。优选地，第一导线29与铁磁数据层11接触，因为这个结构致密并且不比互联结构复杂。位数据可如上所述通过测量第一导线29和软铁磁参考层17之间的电阻来读出。第一导线29可在大致正交方向上跨过数据层11或者第一导线29可在非正交方向上跨过数据层11。一般地，第一导线29在正交方向上跨过数据层11，因为微电子布局和路由工具可修正到微电子器件的正交布局，并且一些工具不允许非正交布局。第一导线29可由包括但不限于上表2所列出的那些的导电材料制造。
图7中，存储器50由多个(所示为3个)本发明的磁存储单元10构成。各个磁存储单元10各自具有与公共软铁磁参考层17接触的盖层15(盖层15是可选择的)，并且各个磁存储单元10在其各自的数据层11中存储位数据。位数据可通过测量数据层11和软铁磁参考层17之间的电阻读出。另外，如上面参考图11所讨论的那样，各个磁存储单元10可包括与其各自的数据层11电连通的第一导线29。类似地，位数据可通过测量第一导线29和软铁磁参考层17之间的电阻读出。从而，软铁磁参考层17和第一导线29可分别是一对导线，如分别为行导线和列导线，或者分别为列导线和行导线。该对导线彼此相交，并且磁存储单元10可定位在该对导线之间的相交区域，如图7所示。该对导线不需要在正交方向上彼此相交。
图11中，本发明的磁存储单元10可包括跨过数据层11的第二导线41。第二导线41与数据层11、第一导线29和软铁磁参考层17电绝缘。例如，介电层43可用于电绝缘第二导线41。介电层43可以是包括但不限于上面表3中列出的那些的电绝缘材料。第二导线41可由包括但不限于上面表2列出的那些的导电材料制造。
如技术上已知的那样，位数据被写入数据层11的写操作可通过将第一外部供给电流流经第一导线29来产生第一写入磁场并通过将第二外部供给电流流经第二导线41来产生第二写入磁场来实现。第一和第二写入磁场协作与数据层11相互作用，以将可改变的磁化取向M2旋转到所需方向上。例如，如果M2指向“左侧”，数据层11当前正存储逻辑“0”，则第一和第二写入磁场可协作与数据层11相互作用，以将M2旋转(即改变)到“右侧”，从而向数据层11写入逻辑“1”。
图12中，存储器70由多个(所示为3个)本发明的磁存储单元10构成。各个磁存储单元10各自具有与公共软铁磁参考层17接触的盖层15(盖层15是可选择的)，并且各自的数据层11与跨过数据层11的第一导线29电连通。公共第二导线41跨过各个数据层11并且通过介电层43与数据层11电绝缘。
向选择的一个磁存储单元10的写操作如下完成。通过将第一写入电流IW1流经与数据层11a接触的第一导线29并将第二写入电流IW2流经第二导线41来将带有以11a表示的数据层的磁存储单元10被选择用于写操作。另一磁存储单元10不选择用于写操作，因为在它们的各自的第一导线29中未流动写入电流。第一写入电流IW1产生第一写入磁场HW1并且第二写入电流IW2产生第二写入磁场HW2。第一和第二写入磁场(HW1，HW2)协作相互作用，以将数据层11a中的可改变的磁化取向M2旋转到所需方向上。
作为又一例子，数据层11的读操作可通过将预定大小和方向的读电流IR流经软铁磁参考层17的读导线19来完成。读电流IR产生基本上包含在包层21中的读磁场HR并且读磁场HR操作来动态地钉扎磁化取向M1。存储在数据层11a中的位数据可通过测量数据层11a的软铁磁参考层17和第一导线29之间的电阻来读出。
用于制造本发明的包层读导线的工艺表示于图10a到10f中。下面给出的工艺步骤的顺序仅是一个例子，工艺步骤的实际顺序不需要与下面给出的相同。而且，熟悉微电子技术的人员已知的其他工艺可用于替代这里所给出的。
首先，图10a中，例如介电层31形成并且由诸如化学机械平坦化(CMP)的处理平坦化。在淀积将形成包层21的一部分的高磁导率软磁材料之前在介电层31中蚀刻出沟33。尽管图10a中仅表示出一部分介电层31，介电层31可以是具有多个在其中形成沟33的介电层并且可以延伸出所示的范围，如虚线箭头e所示。
其次，图10b中，使用各向同性处理将一部分包层21a淀积在沟33中(使得沟33的侧壁S大致涂敷到与沟33的底b相同的厚度)。用于包层21a的材料是软磁材料，即它的磁导率足以用作磁芯并且在其整个横截面上是连续的，没有任何中断或没有太多空洞。作为各向同性淀积包层21a的结果形成沟35。
第三，在图10c中，使用电镀或其他适当的淀积处理用导电材料，如铜(Cu)来填充沟35以形成读导线19。然后(使用例如CMP)平坦化整个结构来实现图10c所示的结构。注意图10c中还没有整个包覆读导线19。
第四，图10d中，淀积另一高磁导率软磁材料21b来闭合磁通路径，从而形成整个包层读—写导线19(即，它完全由包层部分21a和21b围绕)。高磁导率软磁材料21b的厚度可作得与底厚度b不同或与包层21a的侧壁S不同，但是，21a和21b的厚度应选择成读磁场HR基本包含在包层21内。21b的材料可与包层21a的材料相同或不同。然后包层21b被构图和蚀刻，接着剩余的磁存储单元10形成在图10d的结构的顶部。另外，应注意尽管图10d示出延伸过包层21a的最外边缘的高磁导率软磁材料21b，但高磁导率软磁材料21b可与这些边缘平齐或者可比这些边缘靠内，如虚线i所示。高磁导率软磁材料21b不应很靠内i以免得它不再与包层21a形成闭合磁通路径。
选择地，图10e中，可将又一高磁导率软磁材料淀积在包层21上(前面用21a和21b表示)来形成盖层15。之后将中间层13淀积到盖层15上。包括盖层15是制造中的选择。例如，如上面提到的那样，处理步骤不需要遵随这里提出的顺序。结果，可这样制造磁存储单元10：开始用铁磁数据层11，接着是中间层13等。根据用于中间层13的材料，需要用盖层盖住(即钝化)中间层13以防止它在被淀积后与它所暴露的环境产生化学反应。例如，如果中间层13是介电隧道势垒层，那么需要它淀积高磁导率软磁材料制造的盖层15，该材料与包层21的高磁导率软磁材料磁兼容。盖层15用作介电隧道势垒层的保护盖层。盖层15可由与包层21相同的或与包层21不同的材料制造。
最后，图10f中，数据层11形成在中间层13上。另外，导电材料可淀积在数据层11上来形成第一导线29。
此外，另一介电层43(未示出)可淀积在第一导线29上，接着再淀积又一导电材料来形成第二导线41(未示出)。
上述处理模拟用于形成本发明的整个包层读导线(即19，21a和21b)的Cu镶嵌处理。这种处理产生的平面结构在制造图10d的结构方面是有利的(但是并非绝对的重要)。然而，微电子技术中已知的其他处理可用于制造图10d的结构。而且，图10a到10f表示出一个可制造本发明的整个包层读导线的方法。例如，可按与图10a到10f所示的相反的顺序来制造。制造可开始于铁磁数据层11并且继续是中间层13，可选择地有盖层15，接着是形成包层读导线。
在上述处理中，用于包层21、盖层15、铁磁数据层11、读导线19和中间层13的材料可包括但不限于上面表1、表2、表3与表4中提出的那些。
图13a中示出包层21、中间层13和数据层11之间的尺寸关系。如前面提到的那样，包层21的软磁材料被选择成在读导线19中流动的读电流IR产生的读磁场H将动态地钉扎软铁磁参考层17的磁化取向M1。而且，得到的读磁场H不饱和包层21，使得读磁场H基本包含在包层21内。延伸过包层21的读磁场H的任何部分不旋转数据层11的可改变磁化取向M2。结果，包层21的相对厚度必须预定使得读磁场H基本包含在其中。
图13a中，包层21的与中间层13相邻的部分(看虚线箭头18)应具有最小厚度D1，其足以在包层21内基本包含读磁场H。剩余包层21具有大于或等于最小厚度D1的厚度D2，D3和D4，从而D2，D3，D4≥D1。优选地，D2，D3和D4具有大于D1的厚度。
类似地，在图13b中，示出包层21、盖层15、中间层13和数据层11之间的尺寸关系。如前面提到的那样，包层21和盖层15的软磁材料被选择成由在读导线19中流动的读电流IR产生的读磁场H将动态地钉扎软铁磁参考层17的磁化取向M1。而且，结果得到的读磁场H不饱和包层21和盖层15，使得读磁场H基本包含在包层21和盖层15内(即包层21和盖层15提供磁通闭合)。延伸过包层21和盖层15的读磁场H的任何部分不旋转数据层11的可改变的磁化取向M2。结果，包层21和盖层15的相对厚度必须预定使得读磁场H基本包含在其中。
图13b中，包层21的与盖层15相邻的部分(看虚线箭头19)应具有最小组合厚度(D1+T1)，其足以在包层21和盖层15内基本包含读磁场H。其余包层21具有大于或等于最小组合厚度(D1+T1)的厚度D2，D3和D4，从而D2，D3，D4≥(D1+T1)。优选地，D2，D3和D4具有大于(D1+T1)的厚度。
包层21、盖层15、中间层13和数据层11的厚度和厚度范围包括但不限于下面给出的那些。
包层21具有从约3.0nm到约500.0nm的厚度D1，盖层15具有大于约1.0nm的厚度T1。实际厚度D1和T1将取决于选择用于包层21和盖层15的材料。
中间层13可具有从约0.5nm到约5.0nm的厚度T3。实际厚度T3将部分取决于用于中间层13的材料和存储单元的类型，例如为TMR存储单元或GMR存储单元。
数据层11可具有大于约1.0nm的厚度T5。实际厚度T5将取决于存储单元类型和应用。
软铁磁参考层17可具有宽度W和高度H，后者部分取决于对读导线19选择的尺寸和包层21的厚度D1，D2，D3和D4。因此，W和H将是高度依赖于应用的，因为最终尺寸基于包括包层21和读数导线19的尺寸的的很多变量。
尽管公开和描述了本发明的几个实施例，但本发明不限于所描述和图示的部件的特定形式或设置。本发明仅由权利要求限定。

Claims (10)

1.一种隧道结，包括：
数据层(11)，用于将位数据作为可改变的磁化取向(M2)存储；
势垒层(13)，与数据层(11)接触；
盖层(15)，与势垒层(13)接触；
软参考层(17)，与盖层(15)接触并具有未被钉扎的磁化取向(M1)，包括读导线(19)和完全包围读导线(19)的包层(21)；
读导线(19)，响应于外部供给电流操作来产生磁场；
包层(21)，操作来基本在包层(21)内包含磁场，使得可改变的磁化取向(M2)不受未包含在包层(21)内的磁场的任何部分的影响，其中
其中软参考层(17)的磁化取向(M1)通过将预定大小和方向的电流流经读导线(19)而被动态钉扎到需要的取向上，位通过测量软参考层(17)与数据层(11)之间的电压来读出。
2.根据权利要求1所述的隧道结，其中数据层(11)、盖层(15)和包层(21)中的任何选择的一个或多个包括高磁导率软磁材料。
3.根据权利要求2所述的隧道结，其中高磁导率软磁材料是从下面的一组中选择的材料：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。
4.根据权利要求1所述的隧道结，其中数据层(11)、盖层(15)和包层(21)由相同的高磁导率软磁材料制造。
5.根据权利要求1所述的隧道结，其中数据层(11)、盖层(15)和包层(21)中的任何选择的一个或多个具有大于约1000的相对磁导率。
6.根据权利要求1所述的隧道结，其中数据层(11)、盖层(15)和包层(21)中的任何选择的一个或多个具有大约1000A/m或更小的矫顽力。
7.根据权利要求1所述的隧道结，其中势垒层(13)是从下面一组中选择的介电材料：氧化硅、氧化镁、氮化硅、氧化铝、氧化钽和氮化铝。
8.根据权利要求1所述的隧道结，其中读导线(19)是从下面的一组中选择的导电材料：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。
第一导线(29)，响应于第一外部供给电流操作来产生第一写入磁场；
第二导线(41)，响应于第二外部供给电流操作来产生第二写入磁场；和
其中第一和第二写入磁场协作与数据层(11)相互作用，来将数据层(11)的磁化取向(M2)旋转到所需取向。
9.在一种隧道结存储单元中，该存储单元包括数据层，用于将位数据作为可改变的磁化取向存储；第一导线与数据层接触；参考层具有在已知方向上被钉扎的磁化取向；第二导线与参考层接触；和隧道势垒层位于数据层和参考层之间，其中通过在第一和第二导线中流经第一和第二电流并测量第一和第二导线之间的电压来读出位，改进包括：
软参考层(17)具有未被钉扎的磁化取向(M1)，包括读导线(19)和完全包围读导线(19)的包层(21)；和
盖层(15)位于隧道势垒层与软参考层(17)之间；
读导线(19)响应于外部供给电流，操作来产生磁场；
包层(21)，操作来基本在包层(21)内包含磁场，使得可改变磁化取向(M2)不受未包含在包层(21)中的磁场的任何部分的影响；和
其中软参考层(17)的磁化取向(M1)通过将预定大小和方向的电流仅流经读导线(19)而被动态钉扎到需要的取向上，和位通过测量软参考层(17)与第一导线之间的电压来读出。
10.根据权利要求9所述的隧道结，其中数据层(11)、盖层(15)和包层(21)中的任何选择的一个或多个包括高磁导率软磁材料。
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102272846A (zh) * 2008-12-02 2011-12-07 希捷科技有限公司 具有未固定基准层和单向写电流的自旋扭矩位单元

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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6576969B2 (en) * 2001-09-25 2003-06-10 Hewlett-Packard Development Company, L.P. Magneto-resistive device having soft reference layer
US6504221B1 (en) * 2001-09-25 2003-01-07 Hewlett-Packard Company Magneto-resistive device including soft reference layer having embedded conductors
JP2003151262A (ja) * 2001-11-15 2003-05-23 Toshiba Corp 磁気ランダムアクセスメモリ
US6661688B2 (en) * 2001-12-05 2003-12-09 Hewlett-Packard Development Company, L.P. Method and article for concentrating fields at sense layers
US6750491B2 (en) * 2001-12-20 2004-06-15 Hewlett-Packard Development Company, L.P. Magnetic memory device having soft reference layer
US6525957B1 (en) * 2001-12-21 2003-02-25 Motorola, Inc. Magnetic memory cell having magnetic flux wrapping around a bit line and method of manufacturing thereof
US6815248B2 (en) * 2002-04-18 2004-11-09 Infineon Technologies Ag Material combinations for tunnel junction cap layer, tunnel junction hard mask and tunnel junction stack seed layer in MRAM processing
US6780653B2 (en) 2002-06-06 2004-08-24 Micron Technology, Inc. Methods of forming magnetoresistive memory device assemblies
US6683815B1 (en) * 2002-06-26 2004-01-27 Silicon Magnetic Systems Magnetic memory cell and method for assigning tunable writing currents
US6806523B2 (en) * 2002-07-15 2004-10-19 Micron Technology, Inc. Magnetoresistive memory devices
US20040012802A1 (en) * 2002-07-17 2004-01-22 Allen Kram H. System and method for printing a data file
US6885576B2 (en) * 2002-08-13 2005-04-26 Micron Technology, Inc. Closed flux magnetic memory
JP3788964B2 (ja) 2002-09-10 2006-06-21 株式会社東芝 磁気ランダムアクセスメモリ
US6870758B2 (en) * 2002-10-30 2005-03-22 Hewlett-Packard Development Company, L.P. Magnetic memory device and methods for making same
JP3906145B2 (ja) * 2002-11-22 2007-04-18 株式会社東芝 磁気ランダムアクセスメモリ
JP4720067B2 (ja) * 2003-01-24 2011-07-13 Ｔｄｋ株式会社 磁気記憶セルおよび磁気メモリデバイスならびに磁気メモリデバイスの製造方法
DE10309244A1 (de) * 2003-03-03 2004-09-23 Siemens Ag Magnetisches Speicherelement, insbesondere MRAM-Element, mit einem TMR-Dünnschichtensystem
JP4283011B2 (ja) * 2003-03-13 2009-06-24 Ｔｄｋ株式会社 磁気メモリデバイスおよびその読出方法
US6963500B2 (en) * 2003-03-14 2005-11-08 Applied Spintronics Technology, Inc. Magnetic tunneling junction cell array with shared reference layer for MRAM applications
JP4365604B2 (ja) * 2003-03-24 2009-11-18 Ｔｄｋ株式会社 磁気メモリデバイスおよびセンスアンプ回路、ならびに磁気メモリデバイスの読出方法
US7067866B2 (en) * 2003-03-31 2006-06-27 Applied Spintronics Technology, Inc. MRAM architecture and a method and system for fabricating MRAM memories utilizing the architecture
US6921953B2 (en) * 2003-04-09 2005-07-26 Micron Technology, Inc. Self-aligned, low-resistance, efficient MRAM read/write conductors
US6982445B2 (en) * 2003-05-05 2006-01-03 Applied Spintronics Technology, Inc. MRAM architecture with a bit line located underneath the magnetic tunneling junction device
JP4556385B2 (ja) * 2003-05-27 2010-10-06 Ｔｄｋ株式会社 磁気メモリデバイスの製造方法
US6885582B2 (en) * 2003-06-12 2005-04-26 Hewlett-Packard Development Company, L.P. Magnetic memory storage device
US6819587B1 (en) * 2003-06-12 2004-11-16 Hewlett-Packard Development Company, L.P. Thermal-assisted nanotip magnetic memory storage device
US7161875B2 (en) * 2003-06-12 2007-01-09 Hewlett-Packard Development Company, L.P. Thermal-assisted magnetic memory storage device
US7078239B2 (en) * 2003-09-05 2006-07-18 Micron Technology, Inc. Integrated circuit structure formed by damascene process
US7027320B2 (en) * 2003-10-21 2006-04-11 Hewlett-Packard Development Company, L.P. Soft-reference magnetic memory digitized device and method of operation
KR101001742B1 (ko) 2003-10-24 2010-12-15 삼성전자주식회사 자기 램 및 그 제조방법
US7026673B2 (en) * 2003-12-11 2006-04-11 International Business Machines Corporation Low magnetization materials for high performance magnetic memory devices
US6980466B2 (en) * 2004-01-15 2005-12-27 Hewlett-Packard Development Company, L.P. Soft-reference four conductor magnetic memory storage device
US7102920B2 (en) * 2004-03-23 2006-09-05 Hewlett-Packard Development Company, L.P. Soft-reference three conductor magnetic memory storage device
KR100684893B1 (ko) * 2005-03-28 2007-02-20 삼성전자주식회사 자기 메모리 장치 및 그 제조방법
US7444738B2 (en) * 2005-07-29 2008-11-04 Everspin Technologies, Inc. Method for tunnel junction sensor with magnetic cladding
US20090027948A1 (en) * 2007-07-24 2009-01-29 Manfred Ruehrig Integrated Circuits, Method of Programming a Cell, Thermal Select Magnetoresistive Element, Memory Module
CN101472455A (zh) * 2007-12-29 2009-07-01 3M创新有限公司 电磁屏蔽衬垫和用于填充电磁屏蔽系统中的间隙的方法
US7760542B2 (en) * 2008-04-21 2010-07-20 Seagate Technology Llc Spin-torque memory with unidirectional write scheme
US7804709B2 (en) 2008-07-18 2010-09-28 Seagate Technology Llc Diode assisted switching spin-transfer torque memory unit
US8233319B2 (en) 2008-07-18 2012-07-31 Seagate Technology Llc Unipolar spin-transfer switching memory unit
US8223532B2 (en) * 2008-08-07 2012-07-17 Seagate Technology Llc Magnetic field assisted STRAM cells
US8054677B2 (en) 2008-08-07 2011-11-08 Seagate Technology Llc Magnetic memory with strain-assisted exchange coupling switch
US7746687B2 (en) 2008-09-30 2010-06-29 Seagate Technology, Llc Thermally assisted multi-bit MRAM
US7933137B2 (en) * 2008-10-08 2011-04-26 Seagate Teachnology Llc Magnetic random access memory (MRAM) utilizing magnetic flip-flop structures
US8487390B2 (en) 2008-10-08 2013-07-16 Seagate Technology Llc Memory cell with stress-induced anisotropy
US8217478B2 (en) 2008-10-10 2012-07-10 Seagate Technology Llc Magnetic stack with oxide to reduce switching current
US8791043B2 (en) * 2008-12-31 2014-07-29 Samsung Electronics Co., Ltd. Ordered mesoporous carbon composite catalyst, method of manufacturing the same, and fuel cell using the same
US7833806B2 (en) * 2009-01-30 2010-11-16 Everspin Technologies, Inc. Structure and method for fabricating cladded conductive lines in magnetic memories
US8053255B2 (en) 2009-03-03 2011-11-08 Seagate Technology Llc STRAM with compensation element and method of making the same
JP6219200B2 (ja) 2014-02-27 2017-10-25 株式会社東芝 磁気装置
US9444036B1 (en) * 2015-08-25 2016-09-13 HGST Netherlands B.V. Implementing segregated media based magnetic memory
JP2017143175A (ja) * 2016-02-10 2017-08-17 株式会社東芝 磁気記憶装置

Family Cites Families (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6028786A (en) 1997-04-28 2000-02-22 Canon Kabushiki Kaisha Magnetic memory element having coupled magnetic layers forming closed magnetic circuit
US6111784A (en) 1997-09-18 2000-08-29 Canon Kabushiki Kaisha Magnetic thin film memory element utilizing GMR effect, and recording/reproduction method using such memory element
US6196930B1 (en) 1997-11-12 2001-03-06 Randy T. Aumock Extension apparatus for golf club
US6169686B1 (en) 1997-11-20 2001-01-02 Hewlett-Packard Company Solid-state memory with magnetic storage cells
US5982660A (en) 1998-08-27 1999-11-09 Hewlett-Packard Company Magnetic memory cell with off-axis reference layer orientation for improved response
US6072717A (en) 1998-09-04 2000-06-06 Hewlett Packard Stabilized magnetic memory cell
JP2000090658A (ja) * 1998-09-09 2000-03-31 Sanyo Electric Co Ltd 磁気メモリ素子
US6365286B1 (en) * 1998-09-11 2002-04-02 Kabushiki Kaisha Toshiba Magnetic element, magnetic memory device, magnetoresistance effect head, and magnetic storage system
US6097626A (en) 1999-07-28 2000-08-01 Hewlett-Packard Company MRAM device using magnetic field bias to suppress inadvertent switching of half-selected memory cells
US6172901B1 (en) 1999-12-30 2001-01-09 Stmicroelectronics, S.R.L. Low power static random access memory and method for writing to same

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102272846A (zh) * 2008-12-02 2011-12-07 希捷科技有限公司 具有未固定基准层和单向写电流的自旋扭矩位单元
CN102272846B (zh) * 2008-12-02 2015-09-16 希捷科技有限公司 具有未固定基准层和单向写电流的自旋扭矩位单元

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