CN1556997A - 带有写禁止选择的磁存储器及其写入方法 - Google Patents

带有写禁止选择的磁存储器及其写入方法 Download PDF

Info

Publication number
CN1556997A
CN1556997A CNA028183614A CN02818361A CN1556997A CN 1556997 A CN1556997 A CN 1556997A CN A028183614 A CNA028183614 A CN A028183614A CN 02818361 A CN02818361 A CN 02818361A CN 1556997 A CN1556997 A CN 1556997A
Authority
CN
China
Prior art keywords
memory point
magnetic
layer
alloy
free layer
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
CNA028183614A
Other languages
English (en)
Other versions
CN100431043C (zh
Inventor
��-Ƥ������ŵ����˹
让-皮埃尔·诺兹莱斯
��˹��ŵ��
劳伦特·兰诺
耶恩·康劳克斯
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Centre National de la Recherche Scientifique CNRS
Original Assignee
Centre National de la Recherche Scientifique CNRS
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Centre National de la Recherche Scientifique CNRS filed Critical Centre National de la Recherche Scientifique CNRS
Publication of CN1556997A publication Critical patent/CN1556997A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN100431043C publication Critical patent/CN100431043C/zh
Anticipated expiration legal-status Critical
Expired - Lifetime legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10N—ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10N50/00—Galvanomagnetic devices
    • H10N50/80—Constructional details
    • H10N50/85—Magnetic active materials
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B82—NANOTECHNOLOGY
    • B82Y—SPECIFIC USES OR APPLICATIONS OF NANOSTRUCTURES; MEASUREMENT OR ANALYSIS OF NANOSTRUCTURES; MANUFACTURE OR TREATMENT OF NANOSTRUCTURES
    • B82Y25/00—Nanomagnetism, e.g. magnetoimpedance, anisotropic magnetoresistance, giant magnetoresistance or tunneling magnetoresistance
    • G—PHYSICS
    • G11—INFORMATION STORAGE
    • G11C—STATIC STORES
    • G11C11/00—Digital stores characterised by the use of particular electric or magnetic storage elements; Storage elements therefor
    • G11C11/02—Digital stores characterised by the use of particular electric or magnetic storage elements; Storage elements therefor using magnetic elements
    • G11C11/14—Digital stores characterised by the use of particular electric or magnetic storage elements; Storage elements therefor using magnetic elements using thin-film elements
    • G11C11/15—Digital stores characterised by the use of particular electric or magnetic storage elements; Storage elements therefor using magnetic elements using thin-film elements using multiple magnetic layers
    • G—PHYSICS
    • G11—INFORMATION STORAGE
    • G11C—STATIC STORES
    • G11C11/00—Digital stores characterised by the use of particular electric or magnetic storage elements; Storage elements therefor
    • G11C11/02—Digital stores characterised by the use of particular electric or magnetic storage elements; Storage elements therefor using magnetic elements
    • G11C11/16—Digital stores characterised by the use of particular electric or magnetic storage elements; Storage elements therefor using magnetic elements using elements in which the storage effect is based on magnetic spin effect
    • G—PHYSICS
    • G11—INFORMATION STORAGE
    • G11C—STATIC STORES
    • G11C11/00—Digital stores characterised by the use of particular electric or magnetic storage elements; Storage elements therefor
    • G11C11/02—Digital stores characterised by the use of particular electric or magnetic storage elements; Storage elements therefor using magnetic elements
    • G11C11/16—Digital stores characterised by the use of particular electric or magnetic storage elements; Storage elements therefor using magnetic elements using elements in which the storage effect is based on magnetic spin effect
    • G11C11/161—Digital stores characterised by the use of particular electric or magnetic storage elements; Storage elements therefor using magnetic elements using elements in which the storage effect is based on magnetic spin effect details concerning the memory cell structure, e.g. the layers of the ferromagnetic memory cell
    • G—PHYSICS
    • G11—INFORMATION STORAGE
    • G11C—STATIC STORES
    • G11C11/00—Digital stores characterised by the use of particular electric or magnetic storage elements; Storage elements therefor
    • G11C11/02—Digital stores characterised by the use of particular electric or magnetic storage elements; Storage elements therefor using magnetic elements
    • G11C11/16—Digital stores characterised by the use of particular electric or magnetic storage elements; Storage elements therefor using magnetic elements using elements in which the storage effect is based on magnetic spin effect
    • G11C11/165—Auxiliary circuits
    • G11C11/1675—Writing or programming circuits or methods
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01F—MAGNETS; INDUCTANCES; TRANSFORMERS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR MAGNETIC PROPERTIES
    • H01F10/00—Thin magnetic films, e.g. of one-domain structure
    • H01F10/32—Spin-exchange-coupled multilayers, e.g. nanostructured superlattices
    • H01F10/3204—Exchange coupling of amorphous multilayers
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01F—MAGNETS; INDUCTANCES; TRANSFORMERS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR MAGNETIC PROPERTIES
    • H01F10/00—Thin magnetic films, e.g. of one-domain structure
    • H01F10/32—Spin-exchange-coupled multilayers, e.g. nanostructured superlattices
    • H01F10/324—Exchange coupling of magnetic film pairs via a very thin non-magnetic spacer, e.g. by exchange with conduction electrons of the spacer
    • H01F10/3268—Exchange coupling of magnetic film pairs via a very thin non-magnetic spacer, e.g. by exchange with conduction electrons of the spacer the exchange coupling being asymmetric, e.g. by use of additional pinning, by using antiferromagnetic or ferromagnetic coupling interface, i.e. so-called spin-valve [SV] structure, e.g. NiFe/Cu/NiFe/FeMn

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Crystallography & Structural Chemistry (AREA)
  • Computer Hardware Design (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Nanotechnology (AREA)
  • Mram Or Spin Memory Techniques (AREA)
  • Hall/Mr Elements (AREA)
  • Digital Computer Display Output (AREA)
  • Digital Magnetic Recording (AREA)
  • Signal Processing For Digital Recording And Reproducing (AREA)
  • Thin Magnetic Films (AREA)
  • Semiconductor Memories (AREA)

Abstract

本发明涉及一种带有写禁止选择的磁存储器及其写入方法。本发明的每一个磁存储器单元包括如下组成的磁隧道结(70)：已知为受限制层(71)的磁性层，具有硬磁化；已知为自由层(73)的磁性层，其磁化可以被翻转；以及设置在自由层(73)和受限制层(71)之间并且与所述两层接触的绝缘层(72)。自由层(73)由基于稀土和过渡金属的非晶或纳米晶合金制成，所述合金的磁有序是亚铁磁性类型。本发明的存储器的选定工作温度接近于合金的补偿温度。

Description

带有写禁止选择的磁存储器及其写入方法
技术领域
本发明涉及磁存储器的领域，尤其是使得能够在电子系统中存入或从电子系统读取数据的非挥发性随机存取磁存储器。更具体地，本发明涉及由磁隧道结形成的被称作M-RAMs的磁随机存取存储器。
背景技术
在单元晶体管的尺寸变小时，基于电容器的电荷状态的存储器(DRAM、SRAM、FLASH)变得对离子辐射(例如宇宙射线)越来越敏感。并且基于铁电的存储器(FRAM)表现出严重的时效问题。近来在磁电子领域的发展使得能够设计基于磁隧道结的磁电阻的新型存储器。也即，它们的工作原理不再停留在电负载的存贮上，而是与形成它的单元的磁化取向相关。这样的磁随机存取存储器(MRAM)具有许多优点：其快速性(几个纳秒的写入和读出时间)，其非挥发性，其没有读出和写入上的疲劳，其对离子辐射的不敏感性。它们首先可能代替闪速存储器，并且从长远看，代替DRAMs和SRAMs，从而成为通用存储器。
在第一磁存储器中，存储器点由所谓的巨磁电阻元件形成，所述巨磁电阻元件由几个交替的磁和非磁金属层叠置而成。对这种结构的详细描述可以在文件US-A-4949039和US-A-5159513找到基本的结构，在文件US-A-5343422中找到从这样的基本结构形成RAM。由于其构造，这种类型的存储器使得能够采用简单的技术形成非挥发性存储器，但具有有限的容量。的确，存储器单元沿各直线串联的事实限制了集成可能性，因为在单元的数量增加时信号变得越来越低。
最有前景的结构对于每一个存储器点采用一个磁隧道结-MTJ，所述MTJ的最简单形式是两层不同矫顽力的磁性层，由薄绝缘层隔开。在出版物Physics Letters第54A卷(1975)第225页中、或者更近来地在出版物Journal of Magnetism and Magnetic Materials第139卷(1995)第L139页以及Physical Review Letters第74卷(1995)第3273页中给出了这种结构的描述。用于MRAM制造的这些结构的使用最初在文件US-A-5640343进行了描述。
近来，最有前景的结构看来是在文件US-A-6021065中和在出版物Journal of Applied Physics第81卷(1997)第3578页中所描述的结构，其原理在图1中示意性地示出。如图1所示，存储点或每一个单元(10)由CMOS晶体管(12)和MTJ结(11)结合形成。所述的结(11)包括至少一个称作自由层的磁性层(20)，一个薄绝缘层(21)和一个称作被锁定层的磁性层(22)。优选但非限制性地，两个磁性层基于3d金属(Fe、Co、Ni)及其合金形成，绝缘层由氧化铝(Al2O3)形成。优选地，磁性层(22)与具有锁定层(22)功能的反铁磁性层(23)形成，使得其磁化在写入时不变换。仍优选地，层(22)自身可以由几层形成，例如在文件US-A-5583725中所描述地那样，以形成所谓的合成反铁磁性层。所有的这些变更以及其它变更是本领域的技术人员所熟知的。
该结构还包括三个线层面。两个线层面(14)(字线)和(15)(位线)通常相互呈90°角排列，试图在写入过程中传输能够产生使层(20)的磁化切换的磁场的电脉冲。通过沿线(14)和(15)送入强度在10mA数量级的短电流脉冲(通常从2到5纳秒)产生场脉冲。这些脉冲的强度及其同步被调整使得只有位于这两种线的交叉处的存储器点的磁化可以切换。附加的线层面(16)(控制线)试图控制晶体管(12)的沟道的打开或关闭，从而能够在读出时独立地对每一个存储器单元选址。晶体管(12)用作开关。
在写入模式中，选定的晶体管(12)处于截止或OFF模式，没有电流流过。电流脉冲I被送入对应于选定的存储器点(10)的两条线(14)和(15)。电流脉冲I的幅度使得所产生的磁场不足以切换线(14)或(15)上的存储器点，除了在所述线(14)和(15)的交叉点处，此处所述两条线的结合贡献足以使存储器点的层(20)的磁化切换。
在读出模式中，通过经由控制线(16)向基极送入正的电流脉冲，晶体管(12)处于饱和或ON模式，并且流过它的电流为最大值。然后向线(14)中送入测量电流，该测量电流可以仅穿过其晶体管(12)处于ON位置的存储器点。采用该电流，进行选定的存储器点(10)的结(11)电阻的测量。通过与本文中没有描述的参考存储器点相比较，从而确定存储器点(10)的相应状态(1或0)。
正如向这些存储器点中写入的过程所描述的那样，这一结构的限制可以清楚地理解：
·由于通过外磁场保证写入，因此它受到每一个存储器点单独的切换场值的影响。如果所有存储器点的切换场分布函数宽(的确，由于结构约束它不是一致的)，则在选定的存储器点上的磁场必须大于所述分布中的最高切换场，有着偶然地切换位于对应的线和/或列上的某些存储器点的危险，该存储器点的切换场位于分布的低部分中，小于由单独的线或列产生的磁场。相反，如果希望保证在单独的线或列上没有存储器点被写入，则写入电流必须被限制在对于这些存储器点绝对不会超过对应于分布中低部分的磁场，如果所述选定存储器点的切换场在分布中的高部分中，则有着绝对不会向所述线和列的交叉点处的选定存储器点写入的危险。也即，通过导体线和列采用磁场选择的这种结构可能易于导致写寻址错误。假定期望存储器点由于其尺寸小而切换场的分布函数都较宽，则由于存储器点的几何形状(形状、不平整、缺陷)决定磁化切换，这种效果只会在将来的产品制造中变得更糟。
·此外，在使寻址错误危险最小化的同时，这种写入模式仅能使得向单个存储器点中写入。
本发明的目的具体包括克服这样的限制。
发明内容
本发明的目的在于一种MTJ型的磁存储器，该存储器通过禁止写入必须不被写入的存储器点而使寻址错误最小化。为此，提供采用亚铁磁性非晶合金(FAA)代替图1所述类型基于3d金属(Fe、Co、Ni)的常用铁磁层(20，22)。
因此，提供一种各存储器点由磁隧道结形成的磁存储器，包括：
·具有硬磁化的所谓的被锁定磁性层，
·具有可以翻转的磁化的所谓的自由磁性层，
·插入在自由层和被锁定层之间并与这两层分别接触的绝缘层。
根据本发明，自由层由基于稀土和基于过渡金属的非晶或纳米晶合金制成，所述合金的磁有序是亚铁磁性类型，并且存储器的工作温度被选在接近所述合金的补偿温度。
补偿温度被定义为形成FAA的稀土原子次晶格和过渡金属次晶格的各自磁化被绝对补偿的温度，也即，它们具有相等的幅度和相反的符号，从而最终的宏观磁化是零。
每一个存储器点被设置在电导体的格子、有利地被设置在交叉连接体的交叉点上，并在其底部连接到通道晶体管(pass transistor)，并在上部连接到一个所述交叉的连接体上。
在本发明的第一形式中，通过在所述交叉的导体中送入电流脉冲以产生用于在要被写入的所述存储器点上写入的磁场，并同时经由所述晶体管送入加热电流，从而在所考虑的存储器点的层面处进行写入。
根据本发明的另一实施方式，通过在对应于要被写入的所述存储器点的交叉导体中送入电流脉冲，并且通过经由对应的晶体管加热要避免写入的存储器点(要禁止的存储器点)，所述加热电流被选择为使要禁止的所述存储器点的温度变得大于组成所述存储器点自由层的亚铁磁性合金的补偿温度，因而要禁止的所述存储器点表现出的自由层磁化与要被写入的存储器点自由层磁化的相同方向一致。
本发明的前述目的、特征和优点将在以下接合附图对特定实施方式的非限制性描述中进行详细讨论。
附图说明
图1如前所述是现有技术的磁存储器的结构的简化表示，该磁存储器具有由MTJ形成的存储器点。
图2a是FAA磁化的简化表示。
图2b是表示FAA的磁化对温度变化的曲线。
图3是根据本发明第一实施方式的磁存储器的简化表示。
图4是表示本发明的存储器中MTJ的自由FAA层的磁切换场随温度变化的曲线。
图5a至5d说明根据本发明的另一实施方式的磁存储器的工作模式。
图6a至6c说明对应于图5d结构的存储器点的禁止工作模式。
具体实施方式
正如在下文中简要提及的那样，根据本发明的存储器的工作在于实现形成该存储器的存储器点的MTJ中自由FAA层的加热相。这一温度上升的参考是所谓的补偿温度。因此这种现象将首先很快地详述。
正如从图2a可以观察到的那样，FAA层(55)的宏观磁化(50)可以分为两种贡献，一种贡献是由于稀土原子次晶格(51)，而一种贡献是由于过渡金属原子次晶格(52)。示意性地，宏观磁化(50)源于两个次晶格(51)和(52)的矢量和。
此外，稀土晶格(51)和过渡金属次晶格(52)的磁化被强耦合在一起，导致在由次晶格(51)和(52)中的一个激发切换宏观磁化(50)或重取向时的组合行为。
此外，当明智选择稀土和过渡金属的化学特性和相对成分时，磁有序是亚铁磁性，也即，稀土原子次晶格(51)的磁化指向一个方向，而过渡金属次晶格(52)指向相反的方向。如图2a所示，如果两个次晶格的磁化(51)和(52)不相等，则FAA的宏观磁矩(50)总和不为零。
此外，正如图2b所示，稀土次晶格的磁化(51)和过渡金属的磁化(52)的温度变化是不同的，导致两个次晶格对最终的宏观磁化贡献的相对重要性随温度变化。作为一般的规律，稀土次晶格(51)的磁化比过渡金属次晶格(52)的磁化减小更快。当明智地选择稀土和过渡金属的化学特性和相对成分时，由于两个次晶格的磁化(51)和(52)反平行，因此存在一个被称为补偿温度(53)的温度，在该温度下两种磁化被绝对补偿，也即，它们的幅度相等而符号相反，从而最终的宏观磁化(50)被绝对补偿。低于补偿温度，稀土次晶格(51)占主导并限定宏观磁化(50)的方向。高于补偿温度，过渡金属次晶格(52)占主导并限定宏观磁化(50)的方向。
此外，在补偿温度(53)，矫顽力场发散并趋于无限(见图4)。在该补偿温度的每一侧矫顽力场减小，在接近补偿温度(53)时总是减小较快。
此外，过渡金属次晶格(52)磁化的电子贡献主要是导电电子(3d电子)，也即，参与电流传输的电子。然而，对稀土次晶格(51)有贡献的电子是内核级电子(4f电子)，所述电子是局域化的并被其它系统的电子强屏蔽。
最后，这些FAAs的内禀性质(宏观磁化、磁各向异性、矫顽力场)可以由所含的元素及其浓度的化学特性来容易地控制。可以为此目的添加少量的替代元素，通常是过渡金属、难熔金属或稀土金属，例如但不限于Ta、Mo、Nb、Zr、Pt、Dy和Sm。
在本发明考虑的FAAs中，优选但不限于的一种是钆(Gd)和钴(Co)的非晶合金，所述合金与亚铁磁性有序、小磁晶各向异性、以及在明智地选择成分时接近存储器工作温度的补偿温度相联系，例如Gd25Co75。
如图3所示，根据本发明的磁存储器的存储器点由FAA类型的MTJ(70)形成，包括具有被锁定磁化的磁性层(71)、由氧化铝制成的绝缘层(72)和FAA合金层(73)，该FAA合金层的磁化要被切换从而写入存储器点(70)。两条电流导体线(74)和(75)在存储器点层面交叉。上导体线(74)与MTJ(70)接触。较小的导体线(75)与所述MTJ电绝缘。控制晶体管(76)及其控制线(77)被放置在存储器点(70)下并与之接触。这种结构都与现有技术的状态相似，除了层(71)和(73)的化学特性。
有利地，可以在层(71)上放置强矫顽力层例如Co基合金或反铁磁性层例如PtMn有序合金(未示出)以限制层(71)的磁化。
有利地，磁性层(71)由与层(73)相同或不同的FAA合金形成，该层的切换场大，例如，钐和钴基合金，或仍然是铽和钴基非晶合金。
根据本发明的存储器点按与图4相关说明的如下方式工作。
存储器的工作温度(56)被选择在接近层(73)的补偿温度(53)，以保证有效存储器点切换场，这是因为切换场在补偿温度(53)处发散。有利地，层(73)的补偿温度稍小于存储器的工作温度。
在写入时，通过线(77)中的脉冲，对应于所选定的存储器点(70)的晶体管(76)被关断。流过存储器点的电流被选择为足以将所述点加热到比补偿温度(53)高很多的温度(57)，通过层(73)中使用的高阻FAA合金可以容易地进行所述加热。由于所述切换场在补偿温度附近变化很快，在层(73)的切换场上的陡降与这种对存储器点(70)的加热相关。然后带符号的电流脉冲被送入激发导体(74)和(75)使得能够切换层(73)的磁化。一旦层(73)的磁化被线(74)和(75)中的电流切换，线(77)中的加热电流就被切断，导致存储器点(70)的温度低于补偿温度(53)并且抑制导体(74)和(75)中的电流脉冲。存储器点被写入。
在读出时，过程与现有技术描述的相同，也即，通过线(77)中小幅度的电流读出存储器点中的电阻，该电阻与图3中所述的参考单元相比较。
考虑到在补偿温度(53)附近切换场随温度变化很大，可以理解这种结构的优点。因此，可能将选定存储器点的切换场降低到比网络中其它存储器点的切换场小很多的数值。尤其是，可以获得比整个存储器切换场分布的下限还小的选定存储器点切换场。因此电流脉冲的幅度足以翻转该存储器点的磁化，而不能翻转未被选择的存储器点，所述未被选择的存储器点的温度维持在接近工作温度，从而不管所有网络存储器点中所述切换场的分布中切换场的值如何。因此显著地增加了写入的选择性，导致消除了在现有技术的状态中观察到的寻址错误。
正如在现有技术的状态中，使用加热来促成存储器点的选择对于基于3d金属合金的MTJs也是可能的，但在这些合金中切换场随温度的变化慢得多，需要加热到高得多的温度，导致更大的功耗和读出时间。
有利地，加热电流可以通过图3中未示出的外部加热元件来获得。
有利地，通过选择同时加热几个存储器点，这种寻址技术使得能够同时写入几个存储器点。这种方法使得能够提高存储器的一般写入速度。
在本发明的改进替代中，通过与前述实施方式中用于选定的点相同的加热方式，通过禁止不希望被写入的存储器点来获得对寻址的选择。在这种情形中，如图5a所示，选择层(73)的化学特性和成分，使得在存储器空闲的工作温度下，稀土次晶格(81)的磁矩大于过渡金属原子次晶格(82)的磁矩。因此，层(73)的宏观磁化(80)指向次晶格的磁化(81)相同的方向。此外，存储器处于空闲时的工作温度被选择为小于层(73)的补偿温度(53)。然后写入过程如下：
具有如下幅度的电流经由导体(74)和(75)被送入，该电流使得在对应于要被写入的存储器点的所述导体的交叉点处产生磁场(88)，具有与要被写入的存储器点(90)的空闲状态中磁化相反的符号，其中图5b仅示出要翻转的层(73)。由此产生的写入磁场(88)的幅度比选定的存储器点(90)的切换场大很多，以保证无错误地写入，而不管存储器单元网络的切换场分布如何。
同时，根据以下步骤禁止不希望被写入的其它存储器点：如果形成要被禁止的存储器点之一的存储器点(91)(在图5c中仅示出层(73))，具有与要被写入的存储器点(90)的磁化相反方向的宏观磁化(80)，则磁场(88)必须具有与所述存储器点(91)的磁化相同的方向，因此它是一个稳定化场。因此，存储器点(91)的状态不受影响，不管施加的磁场(88)的幅度如何。
如果同样是要被禁止的存储器点之一的存储器点(92)(在图5d中仅示出层(73))具有与要被写入的存储器点(90)相同方向的宏观磁化(80)，则磁场(88)与空闲状态中的磁化(80)相反，因此有着错误写入的危险。因此由以下步骤禁止写入存储器点(92)：如图6a所示，其中仅示出了存储器点(92)的层(73)，通过控制，从低于补偿温度(83)的存储器点(92)的空闲温度(100)开始，在向线(74)和(75)中送入电流脉冲之前，通过向对应的线(77)中送入电流脉冲关断对应于存储器点(92)的晶体管(76)，存储器点(92)被加热到高于对应的层(73)的补偿温度(83)的温度(101)。由于FAA合金的特殊性质，通过高于补偿温度(83)的温度导致存储器点(92)的宏观磁化(80)的切换，这是因为稀土原子次晶格的磁化和过渡金属原子次晶格(82)的磁化相对贡献翻转。通过这种加热步骤，要被禁止的存储器点(92)的宏观磁化(80)现在具有与被加热前相反的方向，并且由导体(74)和(75)产生的写入磁场(88)现在是稳定化场：存储器点的磁化没有切换。在向选定的存储器点(90)的写入结束时，通过切断导体(74)和(75)中的电流先停止写入场(88)，随后切断对要被禁止的存储器点(92)的加热。相应的层(73)冷却到补偿温度之下并回到低于补偿温度(83)的温度(102)下的初始磁化状态，如图6c所示，其中仅示出了层(73)。因此，通过这样的步骤，写入存储器点(92)被禁止，尽管写入场(88)的方向和幅度已经对应于写入场。
这种禁止技术的优点是消除任何潜在的寻址错误，这是因为除了在选定的存储器点上，写入场对于所有存储器点都是稳定化场，而不管它们在空闲状态的磁化状态如何，对于所述选定的存储器点它比平均切换场大很多。因此不可能发生寻址错误。
有利地，这种通过禁止寻址的技术也使得能够同时写入几个存储器点，这是因为选择是通过禁止其它存储器点来进行的。写入过程可以有利地减少到两步：通过使相应的所有导体饱和并禁止相反方向的存储器点，同时在给定的方向上写入所有的存储器点，并且通过使写入翻转(以及写电流符号)和加热选择，在另一方向上同时写入所有存储器点。一般存储器写入速度通过这种方法被最大化。
有利地，加热电流可以通过图3中未示出的外部加热元件来获得。
有利地，该存储器结构使用单一的激发导体，这是因为写入场(88)的幅度不再是用于选择要被写入的存储器点的判据，它不再需要采用两条交叉的导体来选择仅位于其交叉点处的、要被写入的存储器点。在这种情形中，存储器由单一的(上)场激发导体(74)和(下)加热晶体管控制导体(77)形成。这种结构使得能够取消下激发线(75)，使得能够最小化单元尺寸，因为控制晶体管线(77)不再需要相对于存储器点(70)偏移以使下电流线(75)经过。从而提高了集成可能性并简化了制造工艺。

Claims (18)

1.一种其中各个存储器点由磁隧道结(70)形成的磁存储器，包括：
·具有硬磁化的所谓的被锁定磁性层(71)，
·具有可以翻转的磁化的所谓的自由磁性层(73)，
·插入在所述自由层(73)和所述被锁定层(71)之间并与这两层分别接触的绝缘层(72)，
特征在于：所述自由层(73)由基于稀土和过渡金属的非晶或纳米晶合金制成，所述合金的磁有序是亚铁磁性类型，并且所述存储器的工作温度被选在接近所述合金的补偿温度。
2.权利要求1的磁存储器，特征在于所述自由层(73)由钆和钴合金制成。
3.权利要求1和2中任一项的磁存储器，特征在于所述自由层(73)还包含少量的一种或几种替换元素。
4.权利要求3的磁存储器，特征在于所述替代元素选自包括例如Zr、Ta、Mo、Nb、Dy、Sm和Pt的组。
5.权利要求1至4中任一项的磁存储器，特征在于所述被锁定层(71)由基于稀土和过渡金属的非晶合金制成，与所述自由层(73)的组成相同或不同，所述合金中的磁有序是亚铁磁性类型。
6.权利要求5的磁存储器，特征在于所述被锁定层(71)由铽和钴基非晶合金制成。
7.权利要求1至4中任一项的磁存储器，特征在于所述被锁定层(71)由基于稀土和过渡金属的非晶合金制成，所述合金中的磁有序是铁磁性类型。
8.权利要求7的磁存储器，特征在于所述被锁定层(71)由钐和钴合金制成。
9.权利要求1至8中任一项的磁存储器，特征在于每一个存储器点被放置在电导体(74，75)的点阵交叉点处，下导体(75)与所述存储器点电绝缘，每一个存储器点在其底部连接到通道晶体管(76)，通过同时向所述导体(74，75)中送入电流脉冲和经由所述晶体管(76)送入加热电流，在所考虑的存储器点中进行写入。
10.权利要求1至9中任一项的磁存储器，特征在于所述存储器点在写入时的温度达到大于形成它的所述自由层(73)的补偿温度(53)的数值。
11.一种根据权利要求1至10中任一项的随机存取磁存储器。
12.一种用于向磁存储器写入的方法，其中每一个存储器点由磁隧道结(70)形成，包括：
·具有硬磁化的所谓的被锁定磁性层(71)，
·具有可以翻转的磁化的所谓的自由磁性层(73)，
·插入在所述自由层(73)和所述被锁定层(71)之间并与这两层分别接触的绝缘层(72)，
每一个存储器点被放置在电导体(74，75)的点阵交叉点处，下导体(75)与所述存储器点电绝缘，每一个存储器点在其底部连接到通道晶体管(76)，特征在于该方法包括：
·由基于稀土和基于过渡金属的非晶或纳米晶合金形成所述自由层(73)，所述合金的磁有序是亚铁磁性类型，并且所述存储器的工作温度被选择在接近所述合金的补偿温度；
·在要被写入的所述存储器点中，同时向所述对应的导体(74，75)送入电流脉冲和经由所考虑的晶体管(76)送入加热电流。
13.一种用于向磁存储器写入的方法，其中每一个存储器点由磁隧道结(70)形成，包括：
·具有硬磁化的所谓的被锁定磁性层(71)，
·具有可以翻转的磁化的所谓的自由磁性层(73)，
·插入在所述自由层(73)和所述被锁定层(71)之间并与这两层分别接触的绝缘层(72)，
每一个存储器点被放置在电导体(74，75)的点阵交叉点处，所述下导体(75)与所述存储器点电绝缘，其中每一个存储器点在其底部连接到通道晶体管(76)，特征在于该方法包括：
·由基于稀土和基于过渡金属的非晶或纳米晶合金形成所述自由层(73)，所述合金的磁有序是亚铁磁性类型，并且所述存储器的工作温度被选择在接近所述合金的补偿温度；
·在要被写入的所述存储器点的层面处，向所述对应的导体(74，75)送入电流脉冲，并且同时，在要被禁止的所述存储器点的层面处，通过关断连接到要被禁止的所述存储器点的对应晶体管(76)送入加热电流，要被禁止的所述存储器点表现出的自由层磁化沿要被写入的所述存储器点的自由层的磁化相同的方向取向，选择所述加热电流，使得要被禁止的所述存储器点的温度为大于形成所述存储器点的所述自由层(73)的亚铁磁性合金的补偿温度。
14.权利要求13的用于向磁存储器中写入的方法，特征在于通过经由所述电导体(74，75)传输的电流脉冲施加在要被写入的所述存储器点上的磁场具有比要被写入的所述存储器点的所述自由层(73)的磁化单独的翻转磁场(brick-over magnetic field)大很多的幅度。
15.权利要求13和14中任一项的用于向磁存储器写入的方法，特征在于几个存储器点被同时写入。
16.根据权利要求13至15中任一项的向以阵列形式出现的磁存储器写入的方法，特征在于向所有存储器点写入两个存储器状态即方向之一是同时进行的。
17.根据权利要求16的向磁存储器写入的方法，特征在于整个存储器按两个操作被写入：
·第一操作，其中所述存储器点被写入一个给定方向；
·第二操作，其中所述存储器点被写入另一个方向。
18.根据权利要求13的向磁存储器写入的方法，特征在于在每一个所述存储器点上的写入是通过由单一导体承载的电流脉冲来获得的。
CNB028183614A 2001-09-20 2002-09-19 带有写禁止选择的磁存储器及其写入方法 Expired - Lifetime CN100431043C (zh)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
FR01/12123 2001-09-20
FR0112123A FR2829867B1 (fr) 2001-09-20 2001-09-20 Memoire magnetique a selection a l'ecriture par inhibition et procede pour son ecriture

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN1556997A true CN1556997A (zh) 2004-12-22
CN100431043C CN100431043C (zh) 2008-11-05

Family

ID=8867444

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CNB028183614A Expired - Lifetime CN100431043C (zh) 2001-09-20 2002-09-19 带有写禁止选择的磁存储器及其写入方法

Country Status (9)

Country Link
US (1) US7129555B2 (zh)
EP (1) EP1438722B1 (zh)
JP (1) JP2005503670A (zh)
KR (1) KR100908512B1 (zh)
CN (1) CN100431043C (zh)
AT (1) ATE378682T1 (zh)
DE (1) DE60223583T2 (zh)
FR (1) FR2829867B1 (zh)
WO (1) WO2003025946A1 (zh)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN106297870A (zh) * 2015-06-05 2017-01-04 华北电力大学 带斜面切口环形自由层的磁存储器翻转单元

Families Citing this family (26)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
FR2832542B1 (fr) * 2001-11-16 2005-05-06 Commissariat Energie Atomique Dispositif magnetique a jonction tunnel magnetique, memoire et procedes d'ecriture et de lecture utilisant ce dispositif
FR2860910B1 (fr) 2003-10-10 2006-02-10 Commissariat Energie Atomique Dispositif a jonction tunnel magnetique et procede d'ecriture/lecture d'un tel dispositif
US7110287B2 (en) * 2004-02-13 2006-09-19 Grandis, Inc. Method and system for providing heat assisted switching of a magnetic element utilizing spin transfer
FR2866750B1 (fr) 2004-02-23 2006-04-21 Centre Nat Rech Scient Memoire magnetique a jonction tunnel magnetique et procede pour son ecriture
FR2870978B1 (fr) * 2004-05-28 2007-02-02 Commissariat Energie Atomique Dispositif d'enregistrement a barriere thermique poreuse
TWI449040B (zh) 2006-10-06 2014-08-11 Crocus Technology Sa 用於提供內容可定址的磁阻式隨機存取記憶體單元之系統及方法
KR100833080B1 (ko) * 2006-12-27 2008-05-27 동부일렉트로닉스 주식회사 자기 메모리 장치 및 그 제조방법
EP2232495B1 (en) * 2007-12-13 2013-01-23 Crocus Technology Magnetic memory with a thermally assisted writing procedure
US8274820B2 (en) * 2008-02-08 2012-09-25 Fuji Electric Co., Ltd. Magnetic memory element, method of driving same, and nonvolatile storage device
EP2109111B1 (en) 2008-04-07 2011-12-21 Crocus Technology S.A. System and method for writing data to magnetoresistive random access memory cells
TWI412035B (zh) * 2008-04-17 2013-10-11 Sony Corp Recording method of magnetic memory element
EP2124228B1 (en) 2008-05-20 2014-03-05 Crocus Technology Magnetic random access memory with an elliptical junction
US8031519B2 (en) 2008-06-18 2011-10-04 Crocus Technology S.A. Shared line magnetic random access memory cells
WO2010064476A1 (ja) * 2008-12-02 2010-06-10 富士電機ホールディングス株式会社 磁気メモリー素子及び不揮発性記憶装置
WO2011001746A1 (ja) * 2009-07-03 2011-01-06 富士電機ホールディングス株式会社 磁気メモリー素子及びその駆動方法
EP2276034B1 (en) 2009-07-13 2016-04-27 Crocus Technology S.A. Self-referenced magnetic random access memory cell
US8472240B2 (en) 2011-05-16 2013-06-25 Micron Technology, Inc. Spin torque transfer memory cell structures and methods
EP2575136B1 (en) * 2011-09-30 2014-12-24 Crocus Technology S.A. Self-reference magnetic random access memory (MRAM) cell comprising ferromagnetic layers
JP6117706B2 (ja) * 2012-01-04 2017-04-19 トヨタ自動車株式会社 希土類ナノコンポジット磁石
KR101474665B1 (ko) 2013-09-04 2014-12-19 한양대학교 산학협력단 스핀 전달 토크 자기터널접합 소자, 그 동작 방법 및 그를 채용하는 자기저항 메모리 소자
NZ725495A (en) 2014-04-02 2020-05-29 Franck Natali Doped rare earth nitride materials and devices comprising same
US10373752B2 (en) 2014-04-02 2019-08-06 Franck Natali Magnetic materials and devices comprising rare earth nitrides
KR102204667B1 (ko) 2014-05-07 2021-01-18 한양대학교 산학협력단 저전력으로 쓰기 동작이 가능한 자기 저항 메모리 장치 및 이에 있어서 쓰기 동작 제어 방법
KR101630042B1 (ko) 2014-06-16 2016-06-13 한양대학교 산학협력단 부성 저항을 이용한 자기 저항 메모리 장치
US9792971B2 (en) * 2014-07-02 2017-10-17 Samsung Electronics Co., Ltd. Method and system for providing magnetic junctions with rare earth-transition metal layers
FR3031622B1 (fr) * 2015-01-14 2018-02-16 Centre National De La Recherche Scientifique Point memoire magnetique

Family Cites Families (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH0695404B2 (ja) * 1985-12-27 1994-11-24 ソニー株式会社 光磁気記録方法
JPH0423293A (ja) * 1990-05-18 1992-01-27 Toshiba Corp 磁気メモリセル及び磁性薄膜
JP2933056B2 (ja) * 1997-04-30 1999-08-09 日本電気株式会社 磁気抵抗効果素子並びにこれを用いた磁気抵抗効果センサ、磁気抵抗検出システム及び磁気記憶システム
US6535416B1 (en) * 1999-06-18 2003-03-18 Nve Corporation Magnetic memory coincident thermal pulse data storage
US6134139A (en) * 1999-07-28 2000-10-17 Hewlett-Packard Magnetic memory structure with improved half-select margin
JP3910372B2 (ja) * 2000-03-03 2007-04-25 インターナショナル・ビジネス・マシーンズ・コーポレーション ストレージ・システム及び書き込み方法
US6385082B1 (en) * 2000-11-08 2002-05-07 International Business Machines Corp. Thermally-assisted magnetic random access memory (MRAM)
US6603678B2 (en) * 2001-01-11 2003-08-05 Hewlett-Packard Development Company, L.P. Thermally-assisted switching of magnetic memory elements
US7001680B2 (en) * 2003-07-29 2006-02-21 Hitachi Global Storage Tech Nl Low resistance magnetic tunnel junction structure

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN106297870A (zh) * 2015-06-05 2017-01-04 华北电力大学 带斜面切口环形自由层的磁存储器翻转单元

Also Published As

Publication number Publication date
KR20040035850A (ko) 2004-04-29
JP2005503670A (ja) 2005-02-03
DE60223583T2 (de) 2008-09-18
US20050047206A1 (en) 2005-03-03
FR2829867A1 (fr) 2003-03-21
ATE378682T1 (de) 2007-11-15
KR100908512B1 (ko) 2009-07-20
CN100431043C (zh) 2008-11-05
EP1438722A1 (fr) 2004-07-21
US7129555B2 (en) 2006-10-31
WO2003025946A1 (fr) 2003-03-27
DE60223583D1 (de) 2007-12-27
EP1438722B1 (fr) 2007-11-14
FR2829867B1 (fr) 2003-12-19

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN100431043C (zh) 带有写禁止选择的磁存储器及其写入方法
CN100592419C (zh) 使用非晶亚铁磁性合金、由自旋极化电流写入的磁存储器，及其写入方法
US7283386B2 (en) Voltage-controlled magnetization reversal writing type magnetic random access memory device and method of writing and reading information using the same
CN113167842B (zh) 压控层间交换耦合磁阻存储器设备及其操作方法
US7235408B2 (en) Synthetic antiferromagnetic structure for magnetoelectronic devices
US20130148418A1 (en) Magnetoresistive device and a writing method for a magnetoresistive device
DE102016014924A1 (de) Spin-Bahn-Drehmoment-Bitentwurf für eine verbesserte Schalteffizienz
WO2006055062A1 (en) Spin-current switchable magnetic memory element and method of fabricating the memory element
CN101048825A (zh) 功率减小的磁阻随机存取存储器元件
US11462680B2 (en) Magnetic storage device
US20130108889A1 (en) Magnetoresistance Device and Memory Device Including the Magnetoresistance Device
US20210210677A1 (en) Magnetoresistive memory device including a magnesium containing dust layer
CN111725388A (zh) 磁性装置
CN1497600A (zh) 用于磁性随机存取存储器的反铁磁性耦合的双层传感器
JP2023042247A (ja) メモリデバイス
US20060067115A1 (en) MRAM with improved storage and read out characteristics
CN110931633B (zh) 磁隧道结存储单元及存储器
US20080272448A1 (en) Integrated circuit having a magnetic tunnel junction device
CN110880343B (zh) 磁存储装置
CN113451355B (zh) 基于自旋轨道矩的磁性存储器件
CN101088142A (zh) 提供高度织构的磁阻元件和磁性存储器的方法和系统
CN115443548A (zh) 一种磁性隧道结及存储单元
JP2023094193A (ja) 磁気メモリ素子の層構造、磁気メモリ素子、磁気メモリ装置、および磁気メモリ素子へデータを記憶する方法
CN114005473A (zh) 存储单元、存储器以及数据写入方法
CN114005474A (zh) 存储单元、存储器以及数据写入方法

Legal Events

Date Code Title Description
C06 Publication
PB01 Publication
C10 Entry into substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
C14 Grant of patent or utility model
GR01 Patent grant
CX01 Expiry of patent term

Granted publication date: 20081105

CX01 Expiry of patent term