CN1747059A - 磁膜结构及其制造方法、半导体器件及其运行方法 - Google Patents

磁膜结构及其制造方法、半导体器件及其运行方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及磁膜结构及其制造方法、半导体器件及其运行方法。该磁膜结构包括：下磁膜；形成在该下磁膜上的隧穿膜；形成在该隧穿膜上的上磁膜，其中该下和上磁膜是铁磁膜，当该下和上磁膜具有相反的磁化方向时，在其间形成电化学势差。

Description

磁膜结构及其制造方法、半导体器件及其运行方法
技术领域
本发明涉及使用自旋电荷的磁膜结构、制造该结构的方法、具有该结构的半导体存储器件、以及运行该半导体存储器件的方法。
背景技术
随着半导体技术的发展，半导体器件的集成度迅速增加。
理想半导体器件具有高集成度和低能耗，工作在高速运行状态，并且具有非易失性。
传统半导体器件具有高能耗从而产生大量的热。为了解决这个缺点，可以使用超导体，但是这只能应用于有限领域。
随着半导体器件产生热，其运行速度迅速下降。
同时，与半导体器件的非易失性有关，快闪存储器已经被广泛使用。另外，随着MRAM或SONOS存储器的引入，半导体器件的非易失性得到改进。
但是，传统半导体器件的特性距离理想半导体器件的特性仍十分遥远。
因此，需要具有更佳特性的半导体器件，考虑到这点，利用电子自旋的半导体器件引起了人们的注意。
发明内容
本发明为更容易地实现理想半导体器件提供多功能磁膜结构。
另外，本发明提供制造该多功能磁膜结构的方法。
此外，本发明提供具有该多功能磁膜结构的半导体存储器件。
此外，本发明提供运行具有该多功能磁膜结构的该半导体存储器件的方法。
根据本发明的一方面，提供一种多功能磁膜结构，其包括：下磁膜、形成在该下磁膜上的隧穿膜、形成在该隧穿膜上的上磁膜，其中该下和上磁膜是铁磁膜，当该下和上磁膜具有相反的磁化方向时，在其间形成电化学势差。
该上磁膜可包括顺序沉积在隧穿膜上的第一和第二铁磁膜。
该上磁膜可以是半金属铁磁膜，其被磁场完全自旋极化。
该第一铁磁膜的磁化方向可固定在由该第二铁磁膜给定的方向上。
该下磁膜可包括接触该隧穿膜的第一铁磁膜和形成在该第一铁磁膜下面的第二铁磁膜。
该磁膜结构可具有小于1002μm2的尺寸。
根据本发明的另一方面，提供一种制造多功能磁膜结构的方法，该方法包括：在基板上形成氧化物膜、在该氧化物膜上形成下磁膜、在该下磁膜上形成隧穿膜、在该隧穿膜上形成具有与该下磁膜不同的自旋极化率的上磁膜、在该上磁膜上形成盖层、以及以给定尺寸顺序构图该盖层、该上磁膜、该隧穿膜和该下磁膜。
在形成该下磁膜之前还可以在该氧化物膜上形成籽层(seed layer)。
该下磁膜的形成可包括在该氧化物膜上沉积具有比该上磁膜更高的自旋极化率的铁磁膜，同时将具有该氧化物膜的该基板维持在至少500℃的温度。
可使用具有比该上磁膜更低或更高的自旋极化率的铁磁膜来形成该下磁膜。
该下和上磁膜可通过顺序沉积两层铁磁膜来形成。
该上铁磁膜或该下铁磁膜可由具有80％-100％的自旋极化率的半金属铁磁膜形成。
根据本发明的另一方面，提供一种半导体存储器件，其包括：基板；形成在该基板上的开关元件；连接到该开关元件的数据存储单元，该数据存储单元包括：下磁膜、形成在该下磁膜上的隧穿膜、以及形成在该隧穿膜上的上磁膜，其中该下和上磁膜是铁磁膜，当该下和上磁膜具有相反的磁化方向时，其间形成电化学势差。
该上和下磁膜可具有不同的自旋极化率，并且具有大自旋极化率的磁膜可以是半金属铁磁膜。
该数据存储单元可以具有小于1002μm2的尺寸。
该开关元件可以是场效应晶体管。
根据本发明的另一方面，提供一种运行该半导体存储器件的方法，该半导体存储器件具有：基板；形成在该基板上的开关元件；以及连接到该开关元件的数据存储单元，该数据存储单元具有顺序沉积的下磁膜、隧穿膜和上磁膜，该下和上磁膜是铁磁膜，当该下和上磁膜具有相反的磁化方向时，其间形成电化学势差，其中在开关元件截止(turn off)的状态下，磁场以给定方向施加到该数据存储单元从而在该数据存储单元中写入数据。
在将数据写入该数据存储单元中后，在该开关元件导通(turn on)的状态下，可测量该数据存储单元的补偿电压(offset voltage)，从而从该数据存储单元中读出数据。
记录在该数据存储单元中的数据可通过第一过程和第二过程被读出，该第一过程是在该开关元件导通的状态下施加磁场到数据存储单元从而该上和下磁膜具有相同的磁化方向，该第二过程是感测是否有大于预定值的电流流经该数据存储单元。
在感测到大于所述预定值的电流的情况下，该上和下磁膜中经过第一过程磁化状态被改变的一个的磁化状态可以被恢复到初始状态。
此时，具有和该第一过程中施加的所述磁场相反的方向的磁场可施加到通过第一过程其磁化状态被改变的磁膜，从而将该磁膜的磁化状态恢复到初始状态。
在该开关元件截止的状态下，该上和下磁膜可允许具有相同的磁化方向，从而从该数据存储单元擦除数据。
因为本发明可以将器件驱动电压减小到约几个毫伏，所以可减少功耗，且根据功耗产生的热量也可减少。因此，器件运行速度也可得到提高。此外，因为该磁膜结构具有非常小的尺寸，所以可以增加采用该结构的器件的集成度。此外，因为该磁膜结构可具有其自己的电势差，所以可集成该磁膜结构来实现新电池。
附图说明
通过参考附图详细说明本发明的示例性实施例，本发明的以上和其他特征和优点将变地更加明显，其中：
图1是说明根据本发明一优选实施例的磁膜结构的剖视图；
图2是曲线图，示出当施加到图1的磁膜结构的偏压从-0.6V变到+0.6V时该磁膜结构的电阻变化；
图3是曲线图，示出在偏压(-0.2mV到+0.3mV)下图1的磁膜结构的电阻变化，在该偏压下电阻和磁电阻比值(magneto-resistance ratio)是不对称的；
图4是曲线图，示出在图3的第一点(P1)处图1的磁膜结构的根据磁场的电阻变化；
图5是示出在图3的第二点(P2)处图1的磁膜结构的根据磁场的电阻变化的曲线图；
图6是曲线图，示出在图3的第三点(P3)处图1的磁膜结构的根据磁场的电阻变化；
图7是曲线图，示出在图3的第四点(P4)处图1的磁膜结构的根据磁场的电阻变化；
图8是示出当分别施加多个偏压时根据磁场的图1的磁膜结构的电阻变化的曲线图；
图9是示出在55mV的偏压下根据磁场的图1的磁膜结构的电阻变化的曲线图；
图10和11是分别示出施加偏压到图1的磁膜结构的方法的剖视图；
图12是曲线图，示出如图10所示地施加偏压到图1的磁膜结构时其电流-电压特性；
图13是曲线图，示出如图11所示地施加偏压到图1的磁膜结构时其电流-电压特性；
图14是示出图1的磁膜结构的电流-电压特性曲线的示图，该磁膜结构具有在第二条件(20mTorr，600℃)下形成的下磁膜(半金属铁磁层)并且具有10μm×10μm的尺寸；
图15是示出图1的磁膜结构的电流-电压特性曲线的示图，该磁膜结构具有在第二条件(20mTorr，600℃)下形成的下磁膜(半金属铁磁层)并且具有30μm×30μm的尺寸；
图16是示出图1的磁膜结构的电流-电压特性曲线的示图，该磁膜结构具有在第二条件(20mTorr，600℃)下形成的下磁膜(半金属铁磁层)并且具有50μm×50μm的尺寸；
图17是示出图1的磁膜结构的电流-电压特性曲线的示图，该磁膜结构具有在第二条件(20mTorr，600℃)下形成的下磁膜(半金属铁磁层)并且具有100μm×100μm的尺寸；
图18是示出连接有电阻器的图1的磁膜结构的电流-电压特性曲线的示图；
图19是曲线图，示出图1的磁膜结构中根据绝对温度的变化的补偿电压的变化；
图20是示出图1的磁膜结构的剖视图，其具有颠倒的下磁膜和上磁膜；
图21和22是示出图1的磁膜结构的制造方法的简单剖视图；
图23是示出通过图21和22所示的制造方法形成的图1中磁膜结构的隧穿膜的一致厚度的透射电子显微镜(TEM)图；
图24是示出根据本发明的磁RAM的剖视图，其中图20的磁膜结构用作磁性隧道结(MTJ)层；
图25是示出图24的磁RAM中MTJ层的剖视图，其中在隧穿膜上面和下面磁膜具有相同的磁化方向；
图26是示出图24的磁RAM中MTJ层的剖视图，其中在隧穿膜上面和下面磁膜具有彼此相反的磁化方向；以及
图27是剖视图，示出用作磁传感器的图1的磁膜结构的示例。
具体实施方式
下面将参考附图更充分地说明本发明，附图中示出本发明的示例性实施例。但是，本发明可以以很多不同的形式实现，不应被理解为局限于此处提出的实施例；相反地，提供这些实施例，从而此公开更彻底和全面，并充分地向本领域技术人员传达本发明的概念。附图中，为了清楚起见，层的厚度和区域被放大了。
图1是示出根据本发明一优选实施例的磁膜结构的剖视图。
首先，说明该磁膜结构，其具有自旋电荷，该自旋电荷由电子自旋态的电化学势差导致。
图1的磁膜结构30具有约10μm的垂直和水平长度。磁膜结构30可具有比10μm更大或更小的垂直和水平长度。磁膜结构30包括下磁膜42、隧穿膜44和上磁膜45。籽层40可设置在下磁膜42下面，保护盖层49可设置在上磁膜45上面。
下磁膜42在第一条件(20mTorr，500℃)下形成，并且具有第一电子自旋态密度。该下磁膜42可以是郝斯勒合金(Heusler alloy)或半金属铁磁层，例如Co2MnSi层，当施加外磁场时，其所有电子可在预定方向自旋极化。但是，该下磁膜42可以由等价于郝斯勒合金或半金属铁磁层的其他铁磁层形成。当该下磁膜42是Co2MnSi层时，其可具有约47nm的厚度，但也可具有大于或小于47nm的厚度。当该下磁膜42是不同的半金属铁磁层时，该下磁膜42可具有47nm的厚度或不同的厚度。磁膜42中示出的实线箭头表示该下磁膜42的磁化方向，即自旋极化方向，其由外部磁场导致。另外，虚线箭头表示当外磁场具有相反方向时该下磁膜42的磁化方向。隧穿膜44可具有预定厚度，电子可以隧穿经过该厚度。例如，该隧穿膜44可以是铝氧化物层(AlOx)。此时，该隧穿膜44可具有约2nm的厚度。该隧穿膜44可以是绝缘层，而不是氧化物层。此时，该隧穿膜44可具有与氧化物层不同的厚度。该上磁膜45可含有顺序沉积的第一和第二铁磁层46和48。该第一铁磁膜46是具有第二电子自旋态密度的被钉扎层，其中磁化方向或电子的自旋极化方向被固定在给定方向。在该第一铁磁膜46中，电子以和下磁膜42相同的方式在该预定方向自旋极化。但是，与下磁膜42的不同，该第一铁磁膜46不是全部电子自旋极化都具有相同的方向。换句话说，该第一铁磁膜46的大多数电子在该预定方向上自旋极化，但是一些电子在与该预定方向相反的方向上自旋极化。该第一铁磁膜46的表观磁化方向(externally shownmagnetization direction)是该第一铁磁膜46的大多数电子具有的自旋极化方向。该第一铁磁膜46中示出的箭头表示该第一铁磁膜46的磁化方向。该箭头表示该第一铁磁膜46的大多数电子的自旋极化方向。因此，显示出第一铁磁膜46磁化在图中所示的箭头方向，但是该第一铁磁膜46的少数电子具有和该第一铁磁膜46中所示的箭头相反的磁化方向。该第一铁磁膜46可以是钴铁(CoFe)层。该第二铁磁膜48是反铁磁层，其是用来钉扎该第一铁磁膜46的磁化方向的钉扎层。该第二铁磁膜48可以是例如预定厚度的铱锰(IrMn)层。通过交换耦合，该第一铁磁膜46被第二铁磁层48所钉扎。因此，该第一和第二铁磁膜46和48具有相同的磁化方向。当该第一铁磁膜46是IrMn层时，其可具有15.5nm的厚度。但是，当该第一铁磁膜46是不同的层时，其可具有不同的厚度。该盖层49防止第二铁磁膜48被氧化，其可以由钌(Ru)形成并具有60nm的厚度。设置在该下磁膜42下面的籽层40允许该下磁膜42的生长，其可包含顺序沉积的钽(Ta)层和钌(Ru)层。该钽层具有约42nm的厚度，该钌层具有约9.5nm的厚度。
当在下磁膜42和第一铁磁膜46具有不同的电子自旋态密度的状态下，隧穿膜44被置于该下磁膜42和该第一铁磁膜46之间并与之相接触时，在该下磁膜42和该第一铁磁膜46之间产生电化学势差。如图5所示，该电化学势差导致第一铁磁膜46的处于自旋朝下状态的电子经过该隧穿膜44并迁移到该下磁膜42。此时，该第一铁磁膜46的电子变化为自旋向上状态。结果，该电子从该第一铁磁膜46迁移到该下磁膜42，从而在该下磁膜42的接触隧穿膜44的界面内存储负电荷(-)，并且在该第一铁磁膜46的接触隧穿膜44的界面内存储正电荷(+)。因此，在该下磁膜42和该第一铁磁膜46之间产生电势差。可以从该磁膜结构30外部施加一预定补偿电压来消除该电势差。因此，在该补偿电压下该磁膜结构30的测量电流值是零。因为当施加补偿电压时该下磁膜42和该第一铁磁膜46之间的该电势差被消除，所以考虑到该电势差是该下磁膜42和该第一铁磁膜46之间的电化学势差导致的，通过测量该补偿电压可以直接测量出该电化学势差。
此外，因为该电势差存在于该磁膜结构30中，所以电荷可以从该磁膜结构30中引出。因此，磁膜结构30可用作电源。
存在于磁膜结构30中的电势差由该下磁膜42和该第一铁磁膜46的相反的磁化方向导致。另外，因为可以从外面施加磁场从而确定该下磁膜42的磁化方向，所以该磁膜结构30可以被集成并用作可充电电源，即作为二次电池。在磁膜结构30用作电源的情况下，具有多个相互串联的磁膜结构30的集成单元可被用作电源。此外，该集成单元也可并联连接并被构造为电源。
可选择地，在磁膜结构30用作电源的情况下，该下磁膜42的磁化方向可以被外磁场改变。因此，在该磁膜结构30被充电后，即在将磁场施加到该下磁膜42从而使该下磁膜42具有和该第一铁磁膜46相反的磁化方向后，可在该磁膜结构30的外部和/或内部设置磁场屏蔽单元(未示出)，从而该下磁膜42的磁化状态不被外磁场影响。该磁场屏蔽单元可以被除去从而给该磁膜结构30再充电。
接下来，参考附图说明图1中示出的该磁膜结构30的物理特性。
图2是示出当从-0.6V到+0.6V的偏压施加到图1的磁膜结构上时该磁膜结构的电阻和磁电阻(MR)比值的变化的曲线图。
图2中，第一曲线(G1)表示当下磁膜42具有与第一铁磁膜46相反的磁化方向时图1的磁膜结构的电阻变化。另外，第二曲线(G2)表示当磁膜结构30的下磁膜42具有和该第一铁磁膜46相同的磁化方向时图1的磁膜结构的电阻变化。此外，第三曲线(G3)表示图1的磁膜结构的磁电阻比值的变化。
参考第一到第三曲线(G1、G2和G3)，图1的磁膜结构的电阻和磁电阻比值在大约零电压处变化很大。
图3更详细地示出图1的磁膜结构的电阻和磁电阻比值在大约零电压处变化很大。
图3是曲线图，示出在从+0.3mV到-0.2mV变化的偏压下图1的磁膜结构的电阻变化，在该偏压下电阻和磁电阻比值是不对称的。
图3中，附图标记“□”表示当图1的磁膜结构的下磁膜42具有和第一铁磁膜46相同的磁化方向时电阻(下文称为“第一电阻”)的变化，附图标记“○”表示当该下磁膜42具有和该第一铁磁膜46相反的磁化方向时电阻(下文称为“第二电阻”)的变化。此外，附图标记“Δ”表示磁电阻比值的变化。
参考图3，第一和第二电阻和磁电阻比值在0mV和0.1mV(100μV)之间的偏压下在变化上有所改变。
详细地说，直到偏压达到0.1mV(100μV)，本发明磁膜结构的第一和第二电阻、以及磁电阻比值缓慢增大。然后，随着偏压越过0.1mV，该第二电阻和该磁电阻比值开始剧烈增大。即使在此时，磁膜结构30的第一电阻没有很大变化。随着偏压几乎达到0.050mV(50μV)，磁膜结构30的第二电阻和磁电阻比值迅速增大，从而超出图3的图。即使在此时，磁膜结构30的第一电阻没有很大变化。磁膜结构30的第一电阻在约0mV处迅速变化。但是，第一电阻的变化改变远小于第二电阻的变化改变。随着施加到图1的磁膜结构30的偏压几乎达到0.050mV(50μV)，磁膜结构30的第二电阻突然变为小于零(0)，并达到较大负值。即使在第二电阻具有变化改变的情况下，第一电阻没有很大变化，也没有变化改变。随着施加到磁膜结构30上的偏压继续接近0mV，第二电阻迅速增加到零。在第二电阻从大的负值达到零(0)的偏压下，第一电阻具有变化改变。但是，如上所述，当与第二电阻的变化改变相比时，第一电阻的变化改变不大。因此，当第二电阻的变化改变与第一电阻的变化改变相比时，第一电阻的变化改变也是可以忽略的。当第一电阻具有变化改变时，第一电阻短时间地变为负值，然后当偏压是0mV时，第一电阻又变为零(0)。那以后，当偏压变为负值时，第一电阻又变为正。当偏压是0mV时，第二电阻也变为零(0)，然后当偏压为负时，第二电阻具有正值，略大于零(0)。即使偏压下降更多，此状态也被维持。磁膜结构30的磁电阻(MR)比值的变化和第二电阻的变化没有大的不同。
磁膜结构30在0mV和0.1mV之间的偏压下在第二电阻迅速增加时具有第二电阻的变化改变，但不具有比得上该第二电阻的变化改变的第一电阻的变化改变。因此，如图3所示，磁膜结构30的磁电阻比值在0mV和0.1mV之间的偏压下至少为200％。特别地，磁电阻比值在第二电阻具有变化改变的偏压下具有超出测量范围的大值。下磁膜42和第一铁磁膜46之间的电势差导致磁膜结构30具有大的磁电阻比值。
因为磁膜结构30可在0.3mV以下具有足够的磁电阻比值，所以具有磁膜结构30的半导体器件具有减小的能耗。
图4是曲线图，示出在图3的第一点(P1)处磁膜结构30的根据磁场的电阻变化。在第一点(P1)处，偏压约为0.088mV(88μV)，且磁电阻比值约为197％。
图5是曲线图，示出在图3的第二点(P2)处磁膜结构30的根据磁场的电阻变化。在第二点(P2)处，偏压约为0.016mV(16μV)，磁电阻比值约为-41％。
图6是曲线图，示出在图3的第三点(P3)处磁膜结构30的根据磁场的电阻变化。在第三点(P3)处，偏压约为-0.089mV(-89μV)，磁电阻比值约为-10％。
图7是曲线图，示出在图3的第四点(P4)处磁膜结构30的根据磁场的电阻变化。在第四点(P4)处，偏压约为-0.171mV(-171μV)，磁电阻比值约为-2％。
在下面的表1中，参考图3对于施加到磁膜结构30的若干偏压总结了磁膜结构30的磁电阻比值。
表1
    偏压(μV)     磁电阻比值(％)
    64     760
    70     380
    76     240
    88     170
    98     130
    106     110
    117     94
    126     85
    137     78
图8是曲线图，示出当表1的多个偏压被分别施加时根据外磁场的磁膜结构30的电阻变化。
图8中，附图标记“□”表示当64μV的偏压施加到磁膜结构30时根据外磁场的磁膜结构30的电阻变化，附图标记“○”表示当70μV的偏压施加到磁膜结构30时根据外磁场的磁膜结构30的电阻变化。附图标记“Δ”表示当76μV的偏压施加到磁膜结构30时根据外磁场的磁膜结构30的电阻变化。此外，附图标记“”表示当88μV的偏压施加到磁膜结构30时根据外磁场的磁膜结构30的电阻变化，附图标记“◇”表示当98μV的偏压施加到磁膜结构30时根据外磁场的该磁膜结构30的电阻变化，附图标记
Figure A20051008787800141
表示当106μV的偏压施加到磁膜结构30时根据外磁场的磁膜结构30的电阻变化。此外，附图标记
Figure A20051008787800142
表示当117μV的偏压施加到磁膜结构30时根据外磁场的磁膜结构30的电阻变化，黑色六边形表示当126μV的偏压施加到磁膜结构30时根据外磁场的磁膜结构30的电阻变化，五边形的附图标记表示当137μV的偏压施加到磁膜结构30时根据外磁场的磁膜结构30的电阻变化。
图9是曲线图，示出在55μV的偏压下，具有约～360％的磁电阻比值的磁膜结构30的根据磁场的电阻变化。
参考图9，当磁场大于零时，磁膜结构30具有最小的电阻。当磁场小于零时，磁膜结构30的电阻迅速增加到最小电阻的至少六倍。
同时，有两种方法将偏压施加到磁膜结构30上。
在第一方法中，偏压被施加到磁膜结构30，使得电流从第一铁磁膜46流至下磁膜42(确切地说，如图10所示，电子从下磁膜42流至第一铁磁膜46)。
如图11所示，第二方法与第一方法相反地实施。
图12和13示出磁膜结构30的电流-电压特性。
图12是示出磁膜结构30的电流-电压特性的曲线图，偏压根据第一方法施加在该磁膜结构30上；图13是示出磁膜结构30的电流-电压特性的曲线图，偏压根据第二方法施加在该磁膜结构30上。
图12中，第一曲线(G11)示出当磁膜结构30的下磁膜42和第一铁磁膜46具有相同的磁化方向时测量的电流-电压特性。另外，第二曲线(G22)示出当下磁膜42和第一铁磁膜46具有彼此相反的磁化方向时测量的电流-电压特性。
参考第一和第二曲线(G11和G22)，在下磁膜42和该第一铁磁膜46具有相同的磁化方向的情况下(下文称为“第一情况”)，当偏压是零时，电流也是零。但是，在下磁膜42和第一铁磁膜46具有彼此相反的磁化方向的情况下(下文称为“第二情况”)，当偏压是零时，电流不是零。在第二情况中，当偏压是-0.050mV时，电流变为零。换句话说，第二种情况中电流是零处的偏压左移了约-0.050mV。
根据构成磁膜结构30的材料、磁膜结构30的尺寸或者磁膜结构30的温度，磁膜结构30的材料特性可以变化。因此，根据构成下磁膜42和/或第一铁磁膜46的材料，并且根据该膜42和46的尺寸和/或温度，第二情况中偏压的移动程度可以改变。此事实显示在图13中，其示出电流变为零处的偏压向右移动的情况。
图13的第一曲线(G31)显示第一情况中的电流-电压特性，它和图12的第一曲线(G11)相同。图13的第二曲线(G32)显示第二情况下的电流-电压特性。
参考图13的第二曲线(G32)，当磁膜结构30在第二情况下并且偏压如图10所示地施加到该磁膜结构30时，电流例如在0.050mV(50μV)而不是0mV的偏压下变为零。换句话说，电流变为零处的偏压向右移动了。
结果，当该磁膜结构30在第二情况下时，电流变为零处的偏压移动了，虽然该偏压用不同方法施加，但是仅是该偏压具有不同的移动方向。
磁膜结构30处于第二情况时电流变为零处的偏压的移动因为由磁膜结构30的下磁膜42和第一铁磁膜46之间的电化学势导致的电势差而产生。换句话说，即使在电势差存在于下磁膜42和第一铁磁膜46之间的情况下0mV的偏压被施加到磁膜结构30上，该磁膜结构30的电流也不变为零，并且基于该电势差的电流可以从该磁膜结构30测量。
但是，随着具有对应于所述电势差的大小的偏压(下文称为“偏移电压(shift voltage)”)被施加到磁膜结构30上，电荷被从该下磁膜42和该第一铁磁膜46的界面消除，从而在该下磁膜42和该第一铁磁膜46之间不存在电势差。换句话说，因为该偏移电压和该电势差相互抵销，所以在该偏移电压下从该磁膜结构30测得的电流是零。
下磁膜42和第一铁磁膜46之间的电势差在偏移电压下被消除，从而允许该磁膜结构30的电流如上所述地变为零。因此，该偏移电压正好成为补偿电压。
磁膜结构30的补偿电压定义为磁膜结构30处于第一情况中时电流变为零处的偏压与该磁膜结构30处于第二情况中时电流变为零处的偏压-即偏移电压-之差。但是，如图12和13所示，当磁膜结构30在第一情况时，由于电流变为零处的偏压非常接近于0mV，所以补偿电压可以看作是0mV。因此，该偏移电压可以看作是该磁膜结构30的补偿电压。
在该磁膜结构30的下磁膜42和第一铁磁膜46之间存在的电势差由该下磁膜42和第一铁磁膜46之间的电化学势差导致。因此，对补偿电压的测量正如同对该下磁膜42和该第一铁磁膜46之间的电化学势差的直接测量一样。
因为在补偿电压下电流是零，所以根据公式R＝V/I，电阻是无限大。因此，当磁膜结构30在第二情况时，偏压接近补偿电压，同时该磁膜结构30的电阻和磁电阻比值分别具有变化改变(参考图3)。
磁膜结构30的补偿电压随着该磁膜结构30的尺寸而变化。
详细地，随着该磁膜结构30的尺寸增加，补偿电压下降。如果该尺寸大于预定值，则在磁膜结构30的电流-电压特性曲线中不显示电压移动。这意味着当电压移动没有产生时，补偿电压是零。
上述事实可以在图14到17中被证实。
图14到17示出当磁膜结构30的下磁膜42在第二条件(20mTorr，600℃)下形成并且该磁膜结构30具有10μm×10μm(图14)、30μm×30μm(图15)、50μm×50μm(图16)、100μm×100μm(图17)的尺寸时分别测得的结果。
图14到17中，附图标记“□”表示当磁膜结构30在第一情况时测量的电流-电压特性，附图标记“○”表示当该磁膜结构30在第二情况时测量的电流-电压特性。
参考图14到17，当磁膜结构30具有10μm×10μm和30μm×30μm的尺寸时，补偿电压约为27μV。但是，如图16所示，当磁膜结构30具有50μm×50μm的尺寸时，补偿电压变小到约14μV。另外，如图17所示，当磁膜结构30具有100μm×100μm的尺寸时，补偿电压变为0μV。
可选择地，在电阻器连接到图1的磁膜结构30的情况下，磁膜结构30的电流-电压特性示于图l8中。
参考图l8，即使在电阻器连接到磁膜结构30的情况下，仍产生了补偿电压，虽然比没有连接电阻器时小。
下面，说明补偿电压的温度相关性。
下面的方程l由图1所示的磁膜结构30的补偿电压和温度在理论上得到。
方程1
Figure A20051008787800171
其中
Ie：电子电流(electron current)
：自旋偏转电流(spin deflection current)
A：截面积
C：电流度(current degree)
方程1中，补偿电压(Vd)与绝对温度(T)的1/4次方成比例。
为了验证磁膜结构30的温度相关性是否实际上满足方程1，在50K到300K的温度测量磁膜结构30的补偿电压，在该温度下声子散射是主要的。测量结果显示在图19中。
参考图19，当温度(T)在50K到300K的范围时，补偿电压与T-1/4成比例。但是，在5K时并不如此，在5K时剩余电阻效应是主要的。
图19中，当磁膜结构30的温度(T)在至少50K到300K的范围时，对补偿电压的温度相关性的理论结果和实验结果相互一致。
在具有上述物理特性的图1的磁膜结构30中，半金属铁磁膜42和上磁膜45的位置可以颠倒。例如，如图20所示，该半金属铁磁膜42设置在隧穿膜44上，该上磁膜45可设置在该隧穿膜44下。此时，上磁膜45的第一铁磁膜46接触隧穿膜44，第二铁磁膜48位于第一铁磁膜46下面。
下面，说明图1的磁膜结构30的制造方法。
参考图21，薄绝缘膜38形成在基板36上，例如硅基板上。绝缘膜38可以由氧化物或非氧化物形成。当基板36是硅基板时，绝缘膜38可以由硅氧化物形成，但是如果需要的话，它可由其它氧化物形成。该硅氧化物膜使用热生长方法生长。籽层40形成在绝缘膜38上。籽层40有助于下磁膜42的生长，且使下磁膜42的表面更平滑，从而形成规则厚度的隧穿膜44。下磁膜42可以形成在绝缘膜38上。
下磁膜42可由预定化合物铁磁材料形成，例如半金属铁磁(HMF)材料。在本制造方法的说明中，下磁膜42被描述为半金属铁磁膜42。
在图1的磁膜结构30用作磁随机存取存储器(MRAM)的磁隧道结层的情况下，半金属铁磁膜42用作自由层，其中磁化方向-即自旋极化-被外磁场所改变。
下面，籽层40可用溅射法形成，但也可使用其它沉积方法形成。籽层40可以通过顺序沉积第一和第二籽层40a和40b来形成。籽层40可以形成为磁性层、非磁性层或者磁性层和非磁性层的结合。例如，在籽层40形成为非磁性层的情况下，第一和第二籽层40a和40b可分别由钽(Ta)和钌(Ru)形成。在这种情况下，第一籽层40a可形成为具有例如42nm的厚度，第二籽层40b可形成为具有例如9.5nm的厚度。在第一和第二籽层40a和40b用其他材料层形成的情况下，第一和第二籽层40a和40b可具有与上述厚度不同的厚度。
在如上所述地形成籽层40后，半金属铁磁膜42沉积在籽层40上。该半金属铁磁膜42为下磁膜。半金属铁磁膜42可由具有80％至100％的自旋极化率的铁磁材料形成。此外，半金属铁磁膜42可由具有比上磁膜45更高的自旋极化率的铁磁材料形成。例如，该半金属铁磁膜42可由Co2MnSi形成。Co2MnSi是郝斯勒合金，在能带结构的计算中其被发现为半金属铁磁膜。在半金属铁磁膜42是Co2MnSi膜的情况下，半金属铁磁膜42可以形成为具有预定的厚度，例如47nm。在半金属铁磁膜42由除Co2MnSi膜外的其它材料膜形成的情况下，半金属铁磁膜42可具有不同厚度。为了形成具有优异结晶度的半金属铁磁膜42，基板36可以在预定温度下形成，例如在高于500℃，或可以在500℃到600℃形成。半金属铁磁膜42可以在低压例如5×10-8乇(torr)下形成。半金属铁磁膜42可以使用沉积设备来形成，例如溅射设备，用于在沉积期间维持上述温度和压力条件。
同时，在籽层40和半金属铁磁膜42都使用溅射方法形成的情况下，籽层40和半金属铁磁膜42可以使用相同的溅射设备原位地形成。
此外，通过控制其相关变量，半金属铁磁膜42在表面粗糙度上可以被减小，该变量例如为射频(RF)功率或压力。通过这样做，隧穿膜44可在半金属铁磁膜42上以均匀厚度形成。
在如上所述地形成半金属铁磁膜42后，隧穿膜44形成在半金属铁磁膜42上。隧穿膜44可以由氧化物-例如诸如三氧化二铝(A12O3)的铝氧化物-形成，也可以由非氧化物形成。在隧穿膜44由铝氧化物形成的情况下，隧穿膜44可以以约1.5nm的厚度形成。但是，在隧穿膜44由不同于铝氧化物的其它氧化物或非氧化物形成时，隧穿膜44可形成有不同厚度。
此外，在隧穿膜44由铝氧化物形成的情况下，隧穿膜44可以以与籽层40和半金属铁磁膜42相同的方式使用溅射设备来形成。
详细地说，在使用溅射设备形成半金属铁磁膜42后，该溅射设备冷却到室温。其后，在冷却的溅射设备中在半金属铁磁膜42上以预定厚度沉积铝膜。之后，使用等离子体氧化工艺氧化所沉积的铝膜，从而在半金属铁磁膜42上形成铝氧化物膜。该等离子体氧化工艺可以在该溅射设备中实施，但是使用其它设备实施该等离子体氧化工艺也可以。在使用溅射设备实施等离子体氧化工艺的情况下，溅射设备维持在纯氧的气氛和150mTorr的压力下，直到等离子体氧化工艺完成。
在如上所述地形成隧穿膜44后，上磁膜45形成在隧穿膜44上。可用该溅射设备形成该上磁膜45，但是也可使用其它沉积设备。通过顺序沉积第一和第二铁磁膜46和48形成上磁膜45。通过第二铁磁膜48，第一铁磁膜46具有在给定方向的磁化方向。第一铁磁膜46可以由CoFe形成，但是也可以由其它铁磁材料形成。根据其形成材料，第一铁磁膜46可具有不同厚度。例如，在第一铁磁膜46由钴铁形成的情况下，第一铁磁膜46可形成有7.5nm的厚度。但是，在第一铁磁膜46由其它材料形成的情况下，其可以更厚或更薄地形成。第二铁磁膜48是用于确定第一铁磁膜46的磁化方向的钉扎膜。第二铁磁膜48可以形成为单层膜或多层膜。在第二铁磁膜48形成为单层膜的情况下，它可通过采用反铁磁膜(AFM)而被形成为具有预定厚度，例如，通过采用铱锰(IrMn)膜形成为具有15.5nm的厚度。在第二铁磁膜48形成为多层膜的情况下，第二铁磁膜48可用合成反铁磁(SAF)膜来形成，该合成反铁磁膜具有导电膜和设置在该导电膜上面及下面的磁膜。第一铁磁膜46的磁化方向通过交换偏置效应或穿过SAF膜的层间耦合确定。
如上所述，在形成上磁膜45后，盖层49形成在上磁膜45上，从而防止上磁膜45的氧化，尤其是第二铁磁膜48的氧化。盖层49可采用该溅射设备形成，该溅射设备维持在室温，但是其也可以采用其它沉积设备形成。在盖层49用溅射设备形成的情况下，盖层49可在上磁膜45形成后原位形成。盖层49例如可由钌(Ru)以60nm的厚度形成。但是，当盖层49由不同材料形成时，其也可以具有不同厚度。
接着，感光膜图案(M1)形成在盖层49上，从而限定盖层49的预定区域。盖层49的被限定区域可具有10μm×10μm的尺寸，但是可扩大到允许观察到补偿电压的尺寸。例如，被限定区域可扩大到具有30μm×30μm、50μm×50μm或更大的尺寸。此外，如果可观察到补偿电压，则被限定区域不必具有正方形状。因此，被限定区域可具有不同的垂直和水平长度。
然后，感光膜图案(M1)用作蚀刻掩模，从而在该感光膜图案(M1)的外围蚀刻盖层49。进行该蚀刻直到基板36暴露在外。接着，除去该感光膜图案(M1)。通过这样做，如图22所示，图1的磁膜结构30形成在基板36上。同时，在上述制造方法中，可以改变半金属铁磁膜42和上磁膜45彼此的位置。
图23是示出使用上述制造方法形成的磁膜结构30的截面的透射电镜(TEM)图。
参考图23，隧穿膜44以均匀厚度形成。
接着，说明具有图1的磁膜结构30的半导体器件，尤其是半导体存储器件。
图24是示出根据本发明的磁RAM的剖视图，其中图1的磁膜结构30用作磁隧道结(MTJ)层。
参考图24，MRAM具有通过掺杂导电杂质到半导体基板70中形成的第一和第二杂质区域72和74。沟道区域75形成在第一和第二杂质区域72和74之间半导体基板70中。第一杂质区域72可以是源区或漏区，第二杂质区域74也可以是源区或漏区。沉积的栅材料76形成在第一和第二杂质区域72和74之间沟道区域75上。沉积的栅材料76可包括栅绝缘膜(未示出)、栅电极(未示出)、以及栅隔离壁(未示出)。半导体基板70、第一和第二杂质区域72和74、沟道区域75、以及沉积的栅材料76构成场效应晶体管(FET)。层间绝缘层78形成在半导体基板70上，从而覆盖第一和第二杂质区域72和74、以及沉积的栅材料76。接触孔80设置在层间绝缘层78中，从而对外暴露第一杂质区域72。接触孔80以导电插塞82填充。导电插塞82和第一杂质区域72可相互欧姆接触从而减小接触电阻。垫导电层84形成在层间绝缘层78上，从而连接到导电插塞82。垫导电层84在沉积的栅材料76上方延伸。数字线(digit line)77形成在垫导电层84和沉积的栅材料76之间层间绝缘层78中。数字线77用来产生用于在以下说明的MTJ层86中记录数据的磁场。MTJ层86设置在垫导电层84上。MTJ层86可设置在数字线77上方。此外，MTJ层86可以是图1的磁膜结构30。层间绝缘层88形成在层间绝缘层78上，覆盖该MTJ层86。通路孔90设置在层间绝缘层88中，从而对外暴露MTJ层86。通路孔90以导电插塞91填充。位线(bit line)92形成在层间绝缘层88上，从而连接导电插塞91。位线92和数字线77一起用于在MTJ层86中记录数据。换句话说，可以控制流经位线92和数字线77的电流的方向，从而控制MTJ层86的半金属铁磁膜(图1的42)的磁化方向。
上述MRAM可使用常规MRAM制造工艺形成。但是，MTJ层86可使用磁膜结构30的制造方法形成。
接着，说明图24所示的MRAM的运行方法。此时，MRAM的用作数据存储单元的MTJ层86被假定为包括如图20所示地设置在隧穿膜44上的半金属铁磁膜42。
<写入>
参考图24，以给定方向向数字线77和位线92提供电流。此时，在数字线77和位线92处产生磁场。该磁场(下文称为“外磁场”)导致半金属铁磁膜42的电子的自旋极化在外磁场的方向上排列，该半金属铁磁膜42是MTJ层86的自由层。该排列的结果对外显示，从而该半金属铁磁膜42在该磁场的方向上被磁化。
图25示出外磁场具有和第一铁磁膜46相同的磁化方向的情况，图26示出外磁场具有和第一铁磁膜46相反的磁化方向的情况。
如图25所示，在半金属铁磁膜42的磁化方向因外磁场而与该第一铁磁膜46的磁化方向相同的情况下，数据“0”记录在磁RAM中。
此外，如图26所示，在半金属铁磁膜42的磁化方向因外磁场而与该第一铁磁膜46的磁化方向相反的情况下，数据“1”记录在磁RAM中。数据“0”和“1”可以被相反地记录。
在数据“1”记录在磁RAM中的情况下，由于在对图1的磁膜结构30的说明中所阐述的相同的原因，正电荷(+)聚集在第一铁磁膜46的接触隧穿膜44的界面处，负电荷(-)聚集在半金属铁磁膜42的接触隧穿膜44的界面处。结果，在数据“1”记录在磁RAM中的情况下，电势差形成在半金属铁磁膜42和第一铁磁膜46之间。
<读出>
在数据“0”以图25所示的状态记录在本发明的磁RAM中时，晶体管导通，可以测量MTJ层86的电阻从而读取记录在MTJ层86中的数据“0”。
在数据“1”以图26所示的状态记录在本发明的磁RAM中时，可以通过下面三种方法从MTJ层86中读取数据“1”。
第一，测量MTJ层86的电阻的方法。
第二，测量偏移电压-即补偿电压-的方法。
第三，测量由半金属铁磁膜42和第一铁磁膜46之间的电势差导致的电流的方法。
在以第三种方法读取数据“1”的情况下，外磁场用来将半金属铁磁膜42的磁化方向颠倒为与第一铁磁膜46相同的方向。在半金属铁磁膜42的磁化方向被颠倒成与第一铁磁膜46相同的方向的情况下，聚集在半金属铁磁膜42和第一铁磁膜46的接触隧穿膜44的界面处的电荷流经作用为开关元件的晶体管。因此，使用连接到晶体管的第二杂质区域74的感测放大器感测该电流。
但是，在以第三种方法读出数据“1”后，在半金属铁磁膜42和第一铁磁膜46的接触隧穿膜44的界面处电荷都被消除了。因此，为了维持原始数据“1”，在读取数据“1”之后，半金属铁磁膜42的磁化方向被颠倒成与第一铁磁膜46的磁化方向相反的磁化方向。这可以通过颠倒外磁场的方向来实现。
<擦除>
在图24中晶体管截止之后，允许半金属铁磁膜42和第一铁磁膜46的磁化方向相同。也就是说，半金属铁磁膜42的磁化方向被翻转成和第一铁磁膜46的磁化方向相同。半金属铁磁膜42的磁化方向可以被从位线92和数字线77产生的磁场所翻转。
图1的磁膜结构30也可以应用于其它半导体器件。
图27示出图1的磁膜结构30用作磁头100的磁传感器110的示例。
图27中，附图标记120表示磁记录介质，附图标记D1到D5表示磁记录介质120的畴(domain)。
参考图27，在磁头100的磁传感器110接近磁记录介质120从而从磁记录介质120读取数据的情况下，磁传感器110的半金属铁磁膜110a的磁化方向被磁记录介质120的第一到第五畴(D1，...，D5)的磁化方向影响。例如，在图上磁传感器110的半金属铁磁膜110a的初始磁化方向和钉扎膜110c的磁化方向是左，第一到第五畴(D1，...，D5)的磁化方向分别是右、右、左、右和左。这种状态中，在磁传感器110从第一畴(D1)移动到第五畴(D5)的情况下，在第一畴(D1)上半金属铁磁膜110a的磁化方向被颠倒且为右。因此，磁传感器110的电阻增加。在第二畴(D2)上半金属铁磁膜110a的磁化方向维持向右，在第三畴(D3)上半金属铁磁膜110a的磁化方向又被翻转成向左。因此，当半金属铁磁膜110a位于第三畴(D3)上时，磁传感器110的电阻降低。当磁传感器110位于第四畴(D4)上时，半金属铁磁膜110a的磁化方向又被翻转成向右，从而又增加了磁传感器110的电阻。当磁传感器110经过第四畴(D4)并位于第五畴(D5)上时，半金属铁磁膜110a的磁化方向又被翻转成向左，从而降低了磁传感器110的电阻。
如此，根据磁记录介质120的每个畴的磁化方向，磁传感器110的电阻变得不同。因此，这可用来读出磁记录介质120的每个畴的磁化状态，也就是记录在磁记录介质120的每个畴中的数据。
如上所述，在磁膜结构30中，当半金属铁磁膜的由外磁场改变的磁化方向和铁磁膜的在给定方向的磁化方向相反时，在该两铁磁膜的相对的表面处由该两铁磁膜的电化学势差导致电荷。因此，电势差形成在该两磁膜之间，且该电势差导致磁膜结构的电流-电压特性曲线偏移一给定值。也就是说，在电流-电压特性曲线中观察到补偿电压。另外，在补偿电压周围，磁膜结构的磁电阻比值迅速增加。
因此，根据磁膜结构30，可以在低电压下得到高磁电阻比值。因此，在磁膜结构30用于半导体存储器件例如磁RAM的情况下，不仅能耗降低，而且因为高磁电阻比值数据可以被清楚准确地读取。此外，由于该磁膜结构具有更小的尺寸，所以其具有优良的效果。因此，半导体器件例如具有磁膜结构30的逻辑器件可具有增大的集成度和减小的能耗。此外，磁膜结构30具有其电势差，并且可通过将半金属铁磁膜的磁化方向改变为与铁磁膜的磁化方向相反来一直提供该电势差。因此，本发明的磁膜结构30可被集成并用作可充电电池。
虽然已经参考其示例性实施例具体地显示和说明了本发明，但是本领域普通技术人员应该明白的是，在不偏离所附权利要求所定义的本发明的思想和范围的前提下，可对其进行形式和细节上的各种改变。例如，本领域普通技术人员可将图1或图20的磁膜结构30应用于逻辑器件，例如“非”门(inverter)等。此外，可使用具有不同于硅(Si)的半导体成分的半金属铁磁膜，例如锗(Ge)。也可使用具有铜(Cu)而不是钴的半金属铁磁膜。

Claims (26)

1.一种多功能磁膜结构，包括：
下磁膜；
形成在该下磁膜上的隧穿膜；
形成在该隧穿膜上的上磁膜；
其中，该下和上磁膜是当该下和上磁膜具有相反的磁化方向时在其间形成电化学势差的铁磁膜。
2.如权利要求1所述的磁膜结构，其中该上磁膜包括顺序沉积在该隧穿膜上的第一和第二铁磁膜。
3.如权利要求1所述的磁膜结构，其中该上磁膜是半金属铁磁膜，其被磁场完全自旋极化。
4.如权利要求1所述的磁膜结构，还包括在该上磁膜上的盖层。
5.如权利要求2所述的磁膜结构，其中该第一铁磁膜的磁化方向被固定在由该第二铁磁膜给定的方向上。
6.如权利要求1所述的磁膜结构，其中该下磁膜包括：
第一铁磁膜，其接触该隧穿膜；以及
第二铁磁膜，其形成在该第一铁磁膜下面。
7.如权利要求1所述的磁膜结构，其中该下磁膜是半金属铁磁膜，其被磁场完全自旋极化。
8.如权利要求1所述的磁膜结构，还包括在该下磁膜下面的籽层。
9.如权利要求1所述的磁膜结构，其具有小于1002μm2的尺寸。
10.一种制造多功能磁膜结构的方法，该方法包括：
在基板上形成氧化物膜；
在该氧化物膜上形成下磁膜；
在该下磁膜上形成隧穿膜；
在该隧穿膜上形成上磁膜，该上磁膜具有与该下磁膜不同的自旋极化率；
在该上磁膜上形成盖层；以及
以预定尺寸顺序构图该盖层、该上磁膜、该隧穿膜、以及该下磁膜。
11.如权利要求10所述的方法，其中在该下磁膜的形成之前，还在该氧化物膜上形成籽层。
12.如权利要求10所述的方法，其中该下磁膜的形成包括在该氧化物膜上沉积比该上磁膜具有更高的自旋极化率的铁磁膜，同时维持具有该氧化物膜的该基板在至少500℃的温度。
13.如权利要求10所述的方法，其中使用具有比该上磁膜更低的自旋极化率的铁磁膜形成该下磁膜。
14.如权利要求13所述的方法，其中通过顺序沉积两层铁磁膜形成该下磁膜。
15.如权利要求12所述的方法，其中通过顺序沉积两层铁磁膜形成该上磁膜。
16.如权利要求12所述的方法，其中该下磁膜以具有80％到100％的自旋极化率的半金属铁磁膜形成。
17.如权利要求13所述的方法，其中该上磁膜以具有80％到100％的自旋极化率的半金属铁磁膜形成。
18.一种半导体存储器件，包括：
基板；
形成在该基板上的开关元件；以及
与该开关元件相连的数据存储单元，
该数据存储单元包括：
下磁膜；
形成在该下磁膜上的隧穿膜；以及
形成在该隧穿膜上的上磁膜，
其中，该下和上磁膜是当该下和上磁膜具有相反的磁化方向时在其间形成电化学势差的铁磁膜。
19.如权利要求18所述的器件，其中该上和下磁膜中的任一个是半金属铁磁膜。
20.如权利要求18所述的器件，其中该数据存储单元具有小于1002μm2的尺寸。
21.一种运行半导体存储器件的方法，该半导体存储器件具有：基板；形成在该基板上的开关元件；以及连接到该开关元件的数据存储单元，该数据存储单元具有顺序沉积的下磁膜、隧穿膜和上磁膜，该下和上磁膜是当该下和上磁膜具有相反的磁化方向时在其间形成电化学势差的铁磁膜，
其中在该开关元件截止的状态下，磁场以给定方向施加到该数据存储单元上，从而在该数据存储单元中记录数据。
22.如权利要求21所述的方法，其中在该开关元件导通的状态下，测量该数据存储单元的补偿电压，从而从该数据存储单元读取数据。
23.如权利要求21所述的方法，其中记录在该数据存储单元中的数据通过第一过程和第二过程被读取，该第一过程是在该开关元件导通的状态下施加磁场到该数据存储单元上从而该上和下磁膜具有相同的磁化方向，该第二过程是感测是否有大于预定值的电流流经该数据存储单元。
24.如权利要求23所述的方法，其中在感测到该大于所述预定值的电流的情况下，该上和下磁膜中其磁化状态通过该第一过程被改变的一个的磁化状态被恢复到初始状态。
25.如权利要求24所述的方法，其中具有与该第一过程中施加的所述磁场相反的方向的磁场被施加到其磁化状态通过该第一过程被改变的该磁膜上，从而将该磁膜的磁化状态恢复到所述初始状态。
26.如权利要求21所述的方法，其中在该开关元件截止的状态下，该上和下磁膜被允许具有相同的磁化方向，从而从该数据存储单元擦除数据。
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