CN1934652A - 用于提供利用自旋转移的磁性元件的热辅助切换的方法和系统 - Google Patents

用于提供利用自旋转移的磁性元件的热辅助切换的方法和系统 Download PDF

Info

Publication number
CN1934652A
CN1934652A CNA2005800088562A CN200580008856A CN1934652A CN 1934652 A CN1934652 A CN 1934652A CN A2005800088562 A CNA2005800088562 A CN A2005800088562A CN 200580008856 A CN200580008856 A CN 200580008856A CN 1934652 A CN1934652 A CN 1934652A
Authority
CN
China
Prior art keywords
layer
magnetic element
free layer
wall
free
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.)
Pending
Application number
CNA2005800088562A
Other languages
English (en)
Inventor
怀一鸣
M·帕卡拉
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.)
Grandis Inc
Original Assignee
Grandis Inc
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 Grandis Inc filed Critical Grandis Inc
Publication of CN1934652A publication Critical patent/CN1934652A/zh
Pending 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
    • H10N50/10—Magnetoresistive devices
    • 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
    • G11C11/165—Auxiliary circuits
    • G11C11/1675—Writing or programming circuits or methods
    • H—ELECTRICITY
    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10B—ELECTRONIC MEMORY DEVICES
    • H10B61/00—Magnetic memory devices, e.g. magnetoresistive RAM [MRAM] devices
    • 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

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Computer Hardware Design (AREA)
  • Hall/Mr Elements (AREA)
  • Mram Or Spin Memory Techniques (AREA)

Abstract

本发明公开了一种提供能用于磁性存储器中的磁性元件的方法和系统。所述磁性元件包括被钉扎层、非磁性间隔层、自由层以及热辅助切换层。所述间隔层位于所述被钉扎层和自由层之间。所述自由层位于所述间隔层和热辅助切换层之间。所述热辅助切换层在所述自由层未被切换时改善所述自由层的热稳定性，优选通过与所述自由层的耦合。当写入电流通过所述磁性元件时，所述自由层利用自旋转移而发生切换。写入电流优选还加热所述磁性元件以降低由热辅助切换层提供的自由层的稳定。另一方面，所述磁性元件还包括第二自由层、第二非磁性间隔层以及第二被钉扎层。所述热辅助切换层位于静磁耦合的所述两个自由层之间。所述第二间隔层位于所述第二自由层和第二被钉扎层之间。

Description

用于提供利用自旋转移的磁性元件的热辅助切换 的方法和系统
技术领域
本发明涉及磁性存储系统，更具体地说，涉及一种提供更加热稳定的磁性元件的方法和系统，所述磁性元件在切换(switching)中利用自旋转移(spin transfer)效应，并可用于例如磁性随机存取存储器(“MRAM”)的磁性存储器中。
背景技术
图1A和1B表示了常规的磁性元件10和10’。该常规磁性元件10是自旋阀，包括常规的反铁磁(AFM)层12、常规的被钉扎层(pinnedlayer)14、常规的非磁性间隔层16以及常规的自由层18。还可以采用其它的层(未示出)，例如晶种层或盖层(capping layer)。常规被钉扎层14和常规自由层18是铁磁性的。因此，常规自由层18表示成具有可变的磁化(magnetization)19。常规非磁性间隔层16是导电性的(conductive)。AFM层12用于在特定方向上固定或钉扎住被钉扎层14的磁化。自由层18的磁化可以自由旋转，通常是响应外部磁场。图1B所示的常规磁性元件10’为自旋隧道结。常规自旋隧道结10’部分类似于常规的自旋阀10。因此，常规的磁性元件10’包括AFM层12’、常规的被钉扎层14’、常规的绝缘阻挡层16’以及具有可变磁化19’的常规自由层18’。常规阻挡层16’足够薄以使电子能在常规的自旋隧道结10’中隧穿。
分别取决于常规自由层18/18’和常规被钉扎层14/14’的磁化19/19’方向，常规磁性元件10/10’的电阻分别进行改变。当常规自由层18/18’的磁化19/19’平行于常规被钉扎层14/14’的磁化时，常规磁性元件10/10’的电阻较低。当常规自由层18/18’的磁化19/19’反平行于常规被钉扎层14/14’的磁化时，常规磁性元件10/10’的电阻较高。
为了检测常规磁性元件10/10’的电阻，驱动电流通过常规磁性元件10/10’。通常在存储器应用中，电流以CPP(电流垂直于平而)的形式驱动，垂直于常规磁性元件10/10’的层(向上或向下，参见图1A或1B中的z方向)。
为了克服与具有较高存储单元密度的磁性存储器相关的某些问题，可利用自旋转移来切换常规自由层10/10’的磁化19/19’。自旋转移在常规磁性元件10’的背景下描述，但同样可应用于常规的磁性元件10。自旋转移的当前知识在以下出版物中有详细的记载：J.C.Slonczewski，“Current-driven Excitation of Magnetic Multilayers，”Journalof Magnetism and Magnetic Materials，vol.159，p.L1(1996)；L.Berger，“Emission of Spin Waves by a Magnetic Multilayer Traversed by aCurrent，”Phys.Rev.B，vol.54，p.9353(1996)；以及F.J.Albert，J.A.Katine and R.A.Buhrman，“Spin-polarized Current Switching of a CoThin Film Nanomagnet，”Appl.Phys.Lett.，vol.77，No.23，p.3809(2000)。因此，以下有关自旋转移现象的说明是基于当前知识并且没有限制本发明范围的意思。
当自旋极化电流以CPP配置穿过磁性多层如自旋隧道结10’时，入射于铁磁性层上的电子的一部分自旋角动量可转移给该铁磁性层。特别是，入射于常规自由层18’上的电子可将其自旋角动量的一部分转移给常规的自由层18’。结果，如果电流密度足够高(大约107-108A/cm2)并且自旋隧道结的横向尺寸较小(大约小于两百纳米)的话，则自旋极化电流可切换常规自由层18’的磁化19’方向。另外，为了使自旋转移能够切换常规自由层18’的磁化19’方向，常规自由层18’应当足够薄，例如，对于Co来说优选小于大约10纳米。基于自旋转移的磁化切换相对于其它切换机制来说占支配地位，并且当常规磁性元件10/10’的横向尺寸较小时，在几百纳米范围内时，可以观察到。因此，自旋转移适用于具有较小磁性元件10/10’的较高密度磁性存储器。
自旋转移现象可用于CPP配置，作为利用外部切换场来切换常规自旋隧道结10’的常规自由层18’的磁化方向的取代或附加手段。例如，常规自由层18’的磁化19’可以从反平行于常规被钉扎层14’的磁化切换成平行于常规被钉扎层14’的磁化。电流从常规自由层18’驱动到常规被钉扎层14’(传导电子从常规被钉扎层14’移动到常规自由层18’)。来自于常规被钉扎层14’的多数电子的自旋被极化在与常规被钉扎层14’的磁化相同的方向上。这些电子可将其角动量的足够部分转移给常规自由层18’，从而将常规自由层18’的磁化19’切换成与常规被钉扎层14’的磁化相平行。或者，自由层18’的磁化可以从平行于常规被钉扎层14’的方向切换成反平行于常规被钉扎层14’的磁化。当电流从常规被钉扎层14’驱动到常规自由层18’时(传导电子以相反方向移动)，多数电子的自旋被极化在常规自由层18’的磁化方向上。这些多数电子由常规被钉扎层14’传输(transmitted)。少数电子从常规被钉扎层14’反射，回到常规自由层18’，并且可转移其足够量的角动量，从而将自由层18’的磁化19’切换成反平行于常规被钉扎层14’的磁化。
尽管自旋转移起作用，但本领域普通技术人员很容易意识到，自由层18和18’各自的磁化19和19’热稳定性在常规磁性元件10和10’尺寸分别较小时(较小的位尺寸)是个问题。自由层18或18’存储数据。自由层18和18’的磁化19和19’方向通常可设为沿易轴的两个方向的任一个(即，图1A和1B中所示的右或左)。磁化方向的热稳定性取决于沿磁化易轴的两个方向之间的能障(energy barrier)(E)。如果能障与系统的热能起伏相当，则磁化方向可以被不经意地切换。对于常规自由层18和18’来说，能障E由下式给出：
                    E∝HkV/2
在上述E的表达式中，Hk是自由层18或18’(用于存储层的磁性薄膜)平面中的单轴各向异性，V是自由层18或18’的体积。在较小的位尺寸下(较高密度存储)，自由层18或18’的体积减小，因而能障减小。因此，由于热起伏，磁化19或19’的方向可更容易无意地翻转。换句话说，分别对于较小尺寸的常规磁性元件10和10’来说，磁化19和19’的热稳定性较差。
因此，需要一种提供能够利用自旋转移进行切换并在操作中具有较高热稳定性的磁性存储元件的系统和方法。本发明即致力于这种需要。
发明内容
本发明提供了一种提供能用于磁性存储器中的磁性元件的方法和系统。在一个方面，所述方法和系统包括：提供被钉扎层，提供间隔层，提供自由层以及提供热辅助切换层。所述间隔层为非磁性的，位于所述被钉扎层和所述自由层之间。所述自由层位于所述间隔层和所述热辅助切换层之间。所述热辅助切换层用于在所述自由层未被切换时提高所述自由层的热稳定性。这是通过提高所述自由层的有效单轴各向异性而实现的，例如由于所述热辅助切换层和所述自由层的交换耦合。另外，所述磁性元件构造成当写入电流通过所述磁性元件时，允许所述自由层由于自旋转移而发生切换。在另一方面，所述方法和系统包括提供第二自由层、第二间隔层以及第二被钉扎层。所述热铺助切换层位于所述第一自由层和第二自由层之间。而且，所述第一自由层和第二自由层静磁耦合。所述第二间隔层为非磁性的，位于所述第二自由层和第二被钉扎层之间。所述磁性元件仍然构造成当写入电流通过所述磁性元件时，允许所述自由层由于自旋转移而发生切换。
根据本文所公开的系统和方法，本发明提供了一种更加热稳定的磁性元件，并且不需要使用较高的电流进行写入。
附图说明
图1A是常规磁性元件自旋阀的图示。
图1B是另一种常规磁性元件自旋隧道结的图示。
图2表示根据本发明采用热辅助切换的磁性元件的一部分的一个
实施例。
图3A是根据本发明采用热辅助切换的磁性元件的第二实施例，其施加有电流用以切换自由层磁化。
图3B是根据本发明采用热辅助切换的磁性元件的所述第二实施例，其施加有电流用以切换自由层使其磁化反平行于被钉扎层。
图4A表示根据本发明采用热辅助切换的磁性元件的一部分的第三优选实施例。
图4B表示根据本发明采用热辅助切换的磁性元件的一部分的第三优选实施例。
图5A是根据本发明采用热辅助切换的磁性元件的第四实施例，其施加有电流用以切换自由层使其磁化平行于被钉扎层。
图5B是根据本发明米用热辅助切换的磁性元件的所述第四实施例，其施加有电流用以切换自由层使其磁化反平行于被钉扎层。
图6是表示根据本发明的方法的一个实施例的高级流程图，其用于制造根据本发明利用热辅助切换的磁性元件。
图7是表示IrMn热辅助切换层的一个实施例中阻隔温度(blockingtemperature)与厚度的曲线图。
图8是表示根据本发明的方法的一个实施例的高级流程图，其用于使用根据本发明利用热辅助切换的磁性元件。
具体实施方式
本发明涉及对磁性元件和磁性存储器如MRAM的改进。以下说明用于使本领域普通技术人员能够制造和使用本发明，并在专利申请及其需求的背景下提供。对于本领域普通技术人员来说，对优选实施例的各种改变是显而易见的，并且本文的一般原理可以应用于其它的实施例中。因此，本发明并不意味着受所示实施例的限制，而应当适用于与本文所述原理和特征相一致的最宽范围。
本发明提供了一种用于提供能用于磁性存储器中的磁性元件的方法和系统。在一个方面，所述方法和系统包括：提供被钉扎层，提供间隔层，提供自由层以及提供热辅助切换层。所述间隔层为非磁性的，位于所述被钉扎层和所述自由层之间。所述自由层位于所述间隔层和所述热辅助切换层之间。所述热辅助切换层用于在所述自由层未被切换时提高所述自由层的热稳定性。另外，所述磁性元件构造成当写入电流通过所述磁性元件时，允许所述自由层由于自旋转移而发生切换。在另一方面，所述方法和系统包括提供第二自由层、第二间隔层以及第二被钉扎层。所述热辅助切换层位于所述第一自由层和第二自由层之间。而且，所述第一自由层和第二自由层静磁耦合。所述第二间隔层为非磁性的，位于所述第二自由层和第二被钉扎层之间。所述磁性元件仍然构造成当写入电流通过所述磁性元件时，允许所述自由层由于自旋转移而发生切换。
本发明将以具有特定组件的特定磁性存储器和特定磁性元件进行描述。然而，本领域普通技术人员很容易意识到，该方法和系统将有效地作用于与本发明一致的具有不同和/或附加组件的其它磁性存储元件，和/或具有不同和/或其它特征的磁性存储器。本发明也是在对自旋转移现象的当前理解的背景下描述的。因此，本领域普通技术人员容易意识到，对所述方法和系统的行为的理论解释是建立在对自旋转移的当前理解的基础上的。本领域普通技术人员还容易意识到，所述方法和系统是在与衬底具有特定关系的结构的背景下描述的。然而，本领域普通技术人员容易意识到，所述方法和系统与其它的结构相一致。此外，所述方法和系统是在某些层是合成和/或简单的背景下描述的。然而，本领域普通技术人员很容易意识到，所述层可以具有其它结构。而且，本发明是在具有特定层的磁性元件的背景下描述的。然而，本领域普通技术人员很容易意识到，也可以使用与本发明一致的具有其它和/或不同层的磁性元件。而且，某些组件被描述成是铁磁性的。然而，如本文中所使用，术语铁磁性可包括亚铁磁性或类似结构。因此，这里所使用的术语“铁磁性”包括但不限于铁磁体和亚铁磁体。本发明还是在单个元件的背景下描述的。然而，本领域普通技术人员很容易意识到，本发明与使用具有多个元件、位线和字线的磁性存储器相一致。
为了更详细地解释根据本发明的方法和系统，现在参见图2，其表示根据本发明采用热辅助切换的磁性元件100的一部分的一个实施例。磁性元件100优选用于磁性存储器中，例如MARM。因此，磁性元件100可用于包括隔离晶体管(未示出)的存储单元中，以及其它的磁性存储器构造中。而且，磁性元件100优选采用靠近该磁性元件顶部和底部的两个端子(未示出)。磁性元件100包括被钉扎层110、间隔层120、自由层130以及热辅助切换层140。磁性元件100通常还包括用于钉扎住被钉扎层110的磁化111的AFM层(未示出)，以及晶种层(未示出)和盖层(未示出)。而且，磁性元件100构造成使自由层130能够利用自旋转移而写入。在优选实施例中，自由层130的横向尺寸如宽度w因此较小并优选小于两百纳米。此外，横向尺寸之间优选具有一些差异，以确保自由层130具有特定的易轴。
自由层130为铁磁性的，并优选包括含有Co、Fe或Ni中至少之一的磁性合金。在优选实施例中，铁磁性自由层130包括Co、CoFe、CoFeB或如NiFe/CoFe的双层(图2中没有分别表示出该双层的层)。而且，自由层130可以为合成自由层。例如，这种合成自由层130可包括Co/Ru/Co或CoFe/Ru/CoFe三层，构造成使所述磁性层反平行地排列。
被钉扎层110也是铁磁性的。在下面所述的优选实施例中，被钉扎层110是合成的。在这样的实施例中，被钉扎层110包括由非磁性层分隔开的铁磁性层，并构造成使所述铁磁性层反平行地排列。间隔层120为非磁性的。在一个实施例中，间隔层120可以具有导电性，例如包括Cu。然而，这样的实施例中自由层的两个不同磁化方向之间将具有较小的电阻差异。由于用导电性间隔层120代替了较高电阻的绝缘阻挡层，所以磁性元件100也将具有较低的总电阻。由于这些原因，这样的实施例将具有较小的信号。因此，间隔层120优选为包括如氧化铝的绝缘体的隧道阻挡层。在这样的实施例中，阻挡层120小于两纳米厚，使得电荷载流子可在自由层130和被钉扎层110之间隧穿。
热辅助切换层140构造成使得当自由层130未被切换时，自由层130的磁化131被稳定。在优选的实施例中，热辅助切换层140为反铁磁性层，其交换耦合到自由层130。在这样的实施例中，热辅助切换层140优选具有较低的阻隔温度，大约为一百五十摄氏度。阻隔温度是自由层和反铁磁性热辅助切换层140之间的交换耦合减小到零的温度。在优选的实施例中，热辅助切换层140为反铁磁性IrxMn1-x层，其中x在0.2到0.8之间。同样在优选实施例中，IrMn层140的组成接近于Ir20Mn80。优选地，调整热辅助切换层140的制造(组成、厚度、晶种层和沉积条件)使IrMn的阻隔温度在一百五十摄氏度的量级。钉扎住所述被钉扎层110的AFM层(未示出)优选为具有高阻隔温度(例如大于两百摄氏度)的PtMn。
当磁性元件100静止(未被写入)时，热辅助切换层140有助于在自由层130被写入的方向上稳定自由层130的磁化131。因此，提高了磁性元件100的热稳定性。在优选实施例中，由于所述反铁磁性材料被交换耦合到自由层130，得以实现该稳定。尽管随后的讨论是针对用于热辅助切换层140的反铁磁性层，特别是包括IrMn的热辅助切换层140，但对于具有类似效果的另一层来说也适用类似的原理。热辅助切换层140和自由层130之间的交换耦合效果提高自由层130的单轴各向异性。因此自由层130的两个易磁化方向之间的能障显著提高。自由层130的磁化131因而不易不经意地切换方向，例如由于热起伏造成。
在写入过程中，自由层130的磁化131可以被切换。在切换过程中，热辅助切换层140被加热到所希望的温度，造成了交换耦合的损失。热辅助切换层140因而不再使自由层130的磁化131稳定。在优选实施例中，用反铁磁性层如IrMn作为热辅助切换层140。IrMn是优选的反铁磁性材料，因为其具有低阻隔温度。在这样的实施例中，磁性元件100被加热，使热辅助切换层140至少接近于，并优选高于所述反铁磁性层的阻隔温度。优选地，通过电阻加热来实现该加热，而该电阻加热是由与通过自旋转移来切换自由层130的磁化时使用的相同电流所产生。因为热辅助切换层140优选处于或高于所使用的反铁磁性材料的阻隔温度，所以热辅助切换层140和自由层130之间的交换耦合变为零。因而，可用与没有热辅助切换层140时基本上相同的电流，来切换自由层130的磁化。当写入电流关闭时，优选阶段性地，热辅助切换层140冷却并具有基于自由层130的磁化131的排列。热辅助切换层140因而可使得自由层130的磁化131在新的方向上稳定。
在读取的过程中，驱动读取电流通过CPP配置中的磁性元件100。读取电流优选显著小于写入电流。结果，读取电流不足以引起自由层130的磁化131基于自旋转移的切换，不会将热辅助切换层140加热到足以破坏与自由层130的耦合，并且不会不经意地切换自由层130的磁化。
更具体来说，假定热辅助切换层140为IrMn层，其构造成具有一百五十摄氏度的阻隔温度。自旋转移驱动的磁化切换的临界切换电流密度Jc可由下列表达式给出：
            Jc∝αMst(Heff//+2πM)
其中Heff//包括沿膜平面中自由层的易轴排列的各向异性场(Han)、交换(Hex)以及外加场(Hap)。4πM项相应于退磁场，垂直于自由层平面而作用。如果磁性元件(包括IrMn热辅助切换层140)被加热到高于阻隔温度(本例中为一百五十摄氏度)的温度，则由于该温度下Hex可被忽略，故磁化可在较低的自旋转移电流值发生切换。
如上面所讨论，为了将热辅助切换层140加热到所希望的温度，可以使用电阻加热。假定两纳秒的五百毫伏和一毫安的脉冲，可以估算出通过电阻加热在热辅助切换层140中所产生的热。于是用于诸如磁性元件100的构造的电阻加热由以下表达式给出：
产生热量＝V*I*时间＝500mV*1mA*2nsec＝1×10-12J
元件的有效比热，包括Ir20Mn80～0.45J/g.K
堆叠体积＝0.03μm*0.2μm*0.2μm＝1.2×10-15cm3
堆叠顶部的有效密度～9g/cm3
温度升高＝[1×10-12]/[(0.45)*(1.2×10-15)*(9)]～200K因此温度可以升高两百开尔文，或两百摄氏度。注意，该计算假设磁性元件100(侧面)周围具有良好的热绝缘性。利用标准的介电材料并通过将磁性元件100包裹(顶部和底部)在具有相对较差导热性的金属膜之间可实现良好的热绝缘性。邻近字线(未示出)的电阻加热也可以提供对热辅助切换层140的加热。因而，当磁性元件100进行电阻加热时，可利用自旋转移在不增大所使用的电流的情况下切换磁性元件100。当磁性元件未被写入时，自由层130的磁化131也被稳定。此外，当间隔层120为阻挡层时，电阻增大，因而磁性元件100的信号也增大。因此，磁性元件100在未被写入时更加热稳定，在相对较小的写入电流下利用自旋转移仍然可以被写入，并仍具有改进的信号。
图3A和3B表示根据本发明利用热辅助切换的磁性元件的第二实施例。在图3A和3B中，表示出磁性元件100’施加有电流以切换自由层130’，使其磁化分别平行和反平行于被钉扎层140’。磁性元件100’的部分类似于磁性元件100的部分，因而类似地被标记。因此，磁性元件100’包括被钉扎层110’、间隔层120’、自由层130’以及热辅助切换层140’。磁性元件100’还包括用于在所希望方向上钉扎住被钉扎层110’的磁化111’的钉扎层102。此外，磁性元件100’通常还包括晶种层(未示出)和盖层(未示出)。而且，磁性元件100’构造成使自由层130’可利用自旋转移而写入。在优选实施例中，自由层130’的横向尺寸如宽度w因此较小，并优选小于两百纳米。此外，横向尺寸之间优选具有一些差异以确保自由层130’具有磁化的特定易轴。
自由层130’为铁磁性的，并优选包括含有Co、Fe或Ni中至少之一的磁性合金。在优选实施例中，自由层130’包括Co、CoFe、CoFeB或如NiFe/CoFe的双层(图3A和3B中没有分别表示出该双层的层)。而且，自由层130’可以为合成自由层。例如，这种合成自由层130’可包括Co/Ru/Co或CoFe/Ru/CoFe三层，构造成使所述磁性层反平行地排列。然而，在替代实施例中，也可以采用其它类似的结构。
被钉扎层110’为合成的。被钉扎层110’因而包括由非磁性间隔层114所隔开的铁磁性层112和116。非磁性间隔层促进铁磁性层的反平行耦合。非磁性间隔层114优选为Ru。在优选实施例中，铁磁性层112和116包括Co、CoFe或CoFeB。被钉扎层110’还构造成使铁磁性层112和116的磁化反平行地排列。
钉扎层102优选为具有高阻隔温度的反铁磁性层。在优选实施例中，钉扎层102包括PtMn，并且制造成具有超过两百摄氏度的阻隔温度。
在以下所述的优选实施例中，被钉扎层110’为合成的。在这样的实施例中，被钉扎层110’包括由非磁性层隔开的铁磁性层，并构造成使铁磁性层反平行地排列。间隔层120’为非磁性的。在一个实施例中，间隔层120’可以具有导电性，例如包括Cu。然而，这样的实施例将具有较低的电阻，并因而信号较小。因此，间隔层120’优选为包括如氧化铝的绝缘体的阻挡层。在这样的实施例中，阻挡层120’小于两纳米厚，使得电荷载流子可在自由层130’和被钉扎层110’之间隧穿。
热辅助切换层140’构造成使得当自由层130’未被切换时，自由层130’的磁化131’被稳定。在优选的实施例中，热辅助切换层140’为反铁磁性层，其交换耦合到自由层130’。在这样的实施例中，热辅助切换层140’优选具有较低的阻隔温度，低于两百摄氏度，并优选在一百五十摄氏度的量级。在优选的实施例中，热辅助切换层140’为反铁磁性IrxMn1-x层，其中x在0.2到0.8之间。同样在优选实施例中，IrMn层140’的组成接近于Ir20Mn80。优选地，调整热辅助切换层140’的制造(组成、厚度、晶种层和沉积条件)使IrMn的阻隔温度在一百五十摄氏度的量级。
热辅助切换层140’以与图2所示和上面所述的热辅助切换层140基本上相同的方式起作用。回到图3A和3B，当自由层130’未被切换时，热辅助切换层140’有助于在自由层130’被写入的方向上稳定自由层130’的磁化131’。因此，提高了磁性元件100’的热稳定性。然而，在自由层130’的磁化131’切换过程中，热辅助切换层140’被加热到热辅助切换层140’不再使自由层130’的磁化131’稳定的温度。换句活说，磁性元件100’优选被加热到或高于热辅助切换层140’的阻隔温度，以使热辅助切换层140’和自由层130’之间的交换耦合减小到零。而且，在优选实施例中，IrMn热辅助切换层140’的阻隔温度显著低于PtMn钉扎层102的阻隔温度。结果，被钉扎层110’的铁磁性层112与钉扎层102之间的耦合在自由层130’磁化131’的切换过程中末显著减少。因此，磁性元件100’当没有写入时更加热稳定，但利用自旋转移仍然相对较容易进行写入。
例如，图3A表示当自由层130’的磁化131’切换成平行于铁磁性层116时的磁性元件100’。电流以向下的方向驱动，如图3A中所示。因此，电子从铁磁性层116流向自由层130’。多数电子在被钉扎层116的磁化117方向上自旋极化。这些多数电子可将足够的角动量转移给自由层130’，从而使自由层130’的磁化131’翻转成与被钉扎层116的磁化117相平行。因此，自由层130’的磁化131’切换成(或保持，如果磁化131’和117之前已平行)平行于磁化117。
或者，图3B表示了当自由层130’的磁性131’切换成反平行于铁磁性层116时的磁性元件100’。电流以向上的方向驱动，如图3B中所示。因此，电子从自由层130’流向铁磁性层116。如果自由层130’的磁化131’之前已平行于铁磁性层的磁化117排列，则多数电子由铁磁性层116传输。然而，少数电子(其自旋排列反平行于自由层130’和铁磁性层116的磁化)发生了反射。这些反射的电子可转移足够的角动量使得自由层130’的磁化切换成与铁磁性层116的磁化117反平行，如图3B中所示。因此，自由层130’的磁化131’切换成(或保持，如果磁化131’和117之前反平行的话)反平行于磁化117。
图4A和4B表示了根据本发明利用热辅助切换的磁性元件200的一部分的第三优选实施例。注意三个端子A、B和C表示成与磁性元件200连接。然而，也可以使用其它数量的端子，例如两个端子。对于两个端子的情况来说，可以去掉端子C。磁性元件200包括第一钉扎层202、第一被钉扎层210、第一间隔层220、第一自由层230、热辅助切换层240、第二自由层250、第二间隔层260、第二被钉扎层270以及第二钉扎层280。因此，磁性元件200可看成包括两个结构，每一个都类似于磁性元件100，但共用热辅助切换层240。第一自由层230和第二自由层250静磁耦合，优选地使第一自由层230的磁化231反平行于第二自由层250的磁化251。磁性元件200也构造成使至少第一自由层230能利用自旋转移而发生切换。在优选实施例中，第一自由层230的横向尺寸如宽度w因此较小并优选小于两百纳米。此外，横向尺寸之间优选具有一些差异以确保第一自由层230具有特定的易轴。
自由层230和250为铁磁性的，并优选包括含有Co、Fe或Ni中至少一种的磁性合金。在优选实施例中，第一自由层230和第二自由层250中的每一个包括Co、CoFe、CoFeB或如NiFe/CoFe的双层(图3A和3B中没有分别表示出该双层的层)。而且，自由层230和/或自由层250可以为合成的。例如，这种合成自由层230和/或250可包括Co/Ru/Co或CoFe/Ru/CoFe三层，构造成使磁性层反平行地排列。然而，在替代的实施例中，可以采用其它类似的结构。同样在优选实施例中，自由层230和250静磁耦合，使其各自的磁化231和251反平行。同样在优选实施例中，自由层230和250以及热辅助切换层240构造成使得该静磁耦合最优化。
被钉扎层210和270优选为合成的。被钉扎层因而优选包括由非磁性间隔层(未示出)隔开的铁磁性层(未示出)，所述间隔层促进铁磁性层的反铁磁耦合。被钉扎层210和270优选为含有Co、Fe或Ni元素中至少一种的磁性合金。在优选实施例中，被钉扎层210和270各自的组成包含Co、CoFe或CoFeB。
钉扎层202和280优选为反铁磁性层202和280。反铁磁性层202和280优选为PtMn或PtMnCr。钉扎层202和280的阻隔温度优选高于200C。
间隔层220和260为非磁性的。间隔层220和260可以为导电的、绝缘隧道阻挡层和/或具有铁磁性导电通道(channel)的绝缘层。间隔层220和260还优选具有不同的性能。在优选实施例中，第一间隔层220是导电性的，例如包含Cu。因此，在优选实施例中，第一被钉扎层210、第一间隔层220和第一自由层230起着自旋阀的作用。同样在优选实施例中，第二间隔层260为绝缘性的，或者以其它方式构造成当读取电流通过该磁性元件200时其具有较高的电阻。在一个实施例中，第二间隔层260为包括例如氧化铝的绝缘体的隧道阻挡层。在该实施例中，阻挡层260小于两纳米厚，使得电荷载流子可在第二自由层250和第二被钉扎层270之间隧穿。在该实施例中，包括第二自由层250、第二间隔层260以及第二被钉扎层270的磁性元件200下部起着自旋隧道结的作用。在另一个实施例中，第二间隔层260为弹道磁阻(ballistic magnetoresistance，BMR)间隔层。该BMR间隔层260优选仅在使用三个端子A、B和C时使用。此外，该BMR间隔层通常排除利用来自被钉扎层270或由其反射的电子的自旋转移来切换第二自由层250。在该实施例中，BMR间隔层260包括含有Co、Fe或Ni元素中至少一种的铁磁性合金，嵌在SiO2或SiC绝缘基质中，使该铁磁性材料形成至少一个延伸通过第二间隔层260长度(从顶部到底部，如图4中所示)的通道(未明确示出)。通道宽度优选在一到三纳米之间，且具有这样的长度(与间隔层厚度相同)从而允许电子的弹道运输。当所述层的磁化方向在其两端为反平行时，所述通道还用作尖锐畴壁位置的地点。在该实施例中，优化第二间隔层260以获得高弹道磁阻。
热辅助切换层240构造成使得当自由层230/250未被切换时自由层230/250的各自磁化231/251被稳定。在优选实施例中，热辅助切换层240为交换耦合到自由层230/250的反铁磁性层。在该实施例中，热辅助切换层240优选具有低阻隔温度，在两百摄氏度或以下的量级，并优选大约为一百五十摄氏度。这样，热辅助切换层240与自由层230/250之间的交换耦合在相对低的温度下可以驱动至零。在优选实施例中，热辅助切换层240为反铁磁性IrxMn1-x层，其中x在0.2到0.8之间。同样在优选实施例中，IrMn层240的组成接近于Ir20Mn80。优选地，调整热辅助切换层240的制造(组成、厚度、晶种层和沉积条件)使IrMn的阻隔温度处于一百五十摄氏度的量级。因此，热辅助切换层240的阻隔温度优选低于钉扎层202和280的阻隔温度。而且，热辅助切换层240构造成使自由层230和250静磁耦合。热辅助切换层240的厚度优选构造成在第一自由层230和第二自由层250之间提供显著的反平行耦合。热辅助切换层240的厚度优选在五纳米到十五纳米之间，决不能小于两纳米。
在优选实施例中，在三个端子的磁性元件200构造中，在端子A和C之间提供写入电流，而在端子C和B之间提供读取电流。在两个端子的构造中，写入和读取电流都在端子A和B之间提供。
当磁性元件200未被写入时，热辅助切换层240有助于在第一自由层230被写入的方向上稳定第一自由层230的磁化231。由于自由层230和250静磁强耦合，故第二自由层250的磁化251也稳定在反平行构造(磁化251反平行于磁化231)中。因而，磁性元件200的热稳定性得以提高。在优选实施例中，由于热辅助切换层240中的反铁磁性材料交换耦合到自由层230和250，因而实现了所述稳定。
在写入过程中，自由层230/250的磁化231/250可以切换。所希望的构造是，自由层130主要通过自旋转移而发生切换。在切换过程中，热辅助切换层240被加热到所希望的温度，并因而不再稳定自由层230的磁化231。在优选实施例中，用反铁磁性层如IrMn作为热辅助切换层240。IrMn是优选的反铁磁性材料，因为其具有低阻隔温度。加热磁性元件200使热辅助切换层240至少接近于、优选高于所述反铁磁性层的阻隔温度，从而驱动与自由层230和250的交换耦合到零。优选地，与通过自旋转移来切换自由层230的磁化时使用的相同电流所产生的电阻加热来实现该加热。这种电阻加热在上面相对于图2中所示的磁性元件100而说明过。回到图4，由于热辅助切换层240优选处于或高于用作热辅助切换层240的反铁磁性材料的阻隔温度，因而可能会破坏热辅助切换层240与自由层230及250之间的交换耦合。因此，可利用基本上相同于没有热辅助切换层240的情况下的电流来切换自由层230的磁化231。而且，由于自由层230和250之间的静磁耦合，因而自由层230的磁化方向的改变导致第二自由层250的磁化方向的改变。因此，自由层250的磁化251也可以改变方向。此外，由于使用了低阻隔温度的IrMn，因而磁性元件200被加热到的温度低于钉扎层202和280的阻隔温度。被钉扎层210和270因而在切换过程中基本上不受到加热的影响。当写入电流关闭时，热辅助切换层240冷却并保持自由层230/250的磁化231/251。热辅助切换层240然后可使得自由层230的磁化231稳定在新的方向上。由于自由层230和250之间的静磁耦合，自由层250的磁化251也被稳定。而且，当磁性元件200使用三个端子构造时，写入电流在端子A和C之间驱动。因此，优选包括绝缘体的第二间隔层260不暴露于较高的写入电流。因而，在三个端子的构造中，磁性元件200较不易损坏。
在读取的过程中，驱动读取电流通过磁性元件200。在优选的三个端子的构造中，该读取电流仅在端子B和C之间驱动。在两种构造中，读取电流都优选显著小于写入电流。在两个实施例中，读取电流足够低使其不会将热辅助切换层240加热到足以破坏与所述自由层230的耦合，并且不会不经意地切换自由层230的磁化。此外，当间隔层220为阻挡层时，磁性元件200的电阻增大，因而信号增大。因此，磁性元件200当未被写入时更为热稳定，可在相对较小的写入电流下仍然利用自旋转移写入，并仍具有改善的信号。
图5A和5B表示了根据本发明利用热辅助切换的磁性元件200’的第四实施例，其施加有电流用以切换自由层使其磁化平行和反平行于最接近自由层的被钉扎层部分的磁化。磁性元件200’的部分类似于磁性元件200，因此类似地标记。注意三个端子A、B和C表示成与磁性元件200’连接。然而，也可以采用其它数量的端子，例如两个端子。对于两个端子的情况来说，可以去掉端子C。磁性元件200’包括第一钉扎层202’、第一被钉扎层210’、第一间隔层220’、第一自由层230’、热辅助切换层240’、第二自由层250’、第二间隔层260’、第二被钉扎层270’以及第二钉扎层280’。磁性元件200’还构造成使至少第一自由层230’可利用自旋转移而发生切换。因此，磁性元件200’可看成包括两个结构，每一个都类似于磁性元件100，但共用热辅助切换层240’。在优选实施例中，第一自由层230’的横向尺寸如宽度w因此较小并优选小于两百纳米。此外，横向尺寸之间优选具有一些差异以确保第一自由层230’具有特定的易轴。
自由层230’和250’以及被钉扎层210’和270’优选为合成的。因此，第一被钉扎层210’包括铁磁性层212和216，其反铁磁性地排列并由优选为Ru的非磁性间隔层214所隔开。第二被钉扎层270’包括铁磁性层272和276，其反铁磁性地排列并由优选为Ru的非磁性间隔层274所隔开。第一自由层230’包括铁磁性层232和236，其反铁磁性地排列并由优选为Ru的非磁性间隔层234所隔开。第二自由层250’包括铁磁性层252和256，其反铁磁性地排列并由优选为Ru的非磁性间隔层254所隔开。自由层230和250的铁磁性层232和236和252和256分别优选为含有Co、Fe或Ni元素中至少一种的磁性合金。优选地，铁磁性层232、236、252和256为Co、CoFe、CoFeB或如NiFe/CoFe的双层。
第一自由层230’和第二自由层250’静磁耦合。更具体来说，铁磁性层236静磁耦合到铁磁性层252。因此，铁磁性层236的磁化235优选反平行于铁磁性层252的磁化255。铁磁性层236和铁磁性层252的饱和磁化也显著高于铁磁性层232或铁磁性层256的饱和磁化。因此，铁磁性层252和236之间的静磁耦合穿过IrMn层被优化。
被钉扎层210’和270’为合成的。钉扎层210’因而包括铁磁性层212和216，其反铁磁性地排列并由优选为Ru的非磁性间隔层214所隔开。类似地，被钉扎层270’包括铁磁性层272和276，其反铁磁性地排列并由优选为Ru的非磁性间隔层274所隔开。铁磁性层212、216、272和276优选为含有Co、Fe或Ni中至少一种元素的磁性合金。在优选实施例中，铁磁性层212、216、272和276包括Co、CoFe或CoFeB。被钉扎层210’和270’的铁磁性层212和216和272和276的厚度使得被钉扎层210’的净磁化和被钉扎层270’的净磁化接近于零。
钉扎层202’和280’优选为反铁磁性的。反铁磁性层202’和280’优选为PtMn或PtMnCr。钉扎层202’和280’的阻隔温度优选显著大于200C。
间隔层220’和260’为非磁性的。尽管在替代的实施例中，间隔层220’和260’可具有其他的性能，在优选实施例中，第一间隔层220’是导电性的，例如包含Cu。同样在优选实施例中，第二间隔层260’为绝缘体，优选为绝缘隧道阻挡层。第二间隔层260’还可以是具有铁磁性导电通道的绝缘层。因此，间隔层220和260优选具有不同的性能。因此，第一被钉扎层210’、第一间隔层220’以及第一自由层230’优选起着自旋阀的作用。在优选实施例中，第二间隔层260’是包括如氧化铝的绝缘体的阻挡层。在该实施例中，阻挡层260’小于两纳米厚，使得电荷载流子可以在第二自由层250’和第二被钉扎层270’之间隧穿。这样第二自由层250’、第二间隔层260’以及第二被钉扎层270’起着自旋隧道结的作用。在替换的实施例中，第二间隔层260’为BMR间隔层。该BMR间隔层260’优选仅在使用三个端子A、B和C时使用。此外，使用BMR间隔层260’通常排除利用来自被钉扎层270’或由其反射的电子的自旋转移来切换第二自由层250’。在该实施例中，BMR间隔层260’包括含有Co、Fe或Ni中至少一种元素的磁性合金，嵌在SiO2或SiC绝缘基质中，使该铁磁性材料形成至少一个延伸通过第二间隔层260’长度(从顶部到底部，如图4中所示)的通道(未明确表示)。通道宽度优选在一到三纳米之间，并具有这样的长度(与间隔层厚度相同)从而允许电子的弹道运输。当所述层256和272的各自磁化257和273方向在通道末端为反平行时，所述通道还用作尖锐畴壁位置的地点。在该实施例中，优化第二间隔层260’以获得高弹道磁阻。
热辅助切换层240’构造成使当自由层230’未被切换时自由层230’(250’)的磁化235(255)被稳定。在优选实施例中，热辅助切换层240’为交换耦合到铁磁性层236和252的反铁磁性层。在该实施例中，热辅助切换层240’优选具有在两百摄氏度以下的低阻隔温度，并优选为一百五十摄氏度的量级。在优选实施例中，热辅助切换层240’为反铁磁性IrxMn1-x层，其中x在0.2到0.8之间。同样在优选实施例中，IrMn层240’的组成接近于Ir20Mn80。优选地，调整热辅助切换层240’的制造(组成、厚度、晶种层和沉积条件)使IrMn的阻隔温度处于一百五十摄氏度或以下的量级。因此，热辅助切换层240’的阻隔温度优选低于钉扎层202’和280’的阻隔温度。而且，热辅助切换层240’构造成使铁磁性层236和252静磁耦合。热辅助切换层240’的厚度优选构造成在铁磁性层236和252之间提供显著的反平行耦合。热辅助切换层240的厚度优选在五纳米到十五纳米之间，决不能小于两纳米。
在优选实施例中，在三个端子的磁性元件200构造中，写入电流提供于端子A和C之间，而读取电流提供于端子C和B之间提供。在两个端子的构造中，写入和读取电流都在端子A和B之间提供。
当磁性元件200’未被写入时，热辅助切换层240’有助于使铁磁性层236和252的磁化235和255稳定在其被写入的方向上。因而，磁性元件200’的热稳定性得以提高。在优选实施例中，由于热辅助切换层240’中的反铁磁性材料交换耦合到铁磁性层236，因而实现了所述稳定。在写入过程中，铁磁性层236的磁化235可以发生切换。在切换过程中，热辅助切换层240’加热到所希望的温度，并因而不再稳定铁磁性层236和252的磁化235和255。在优选实施例中，用低阻隔温度的反铁磁性层，如包括IrMn的层，作为热辅助切换层240’。在该实施例中，加热磁性元件200’使热辅助切换层240’至少接近于、优选高于所述阻隔温度。然而，该温度仍然低于钉扎层202’和280’的阻隔温度，使得被钉扎层210’和270’基本上不受到加热的影响。优选地，通过写入电流所产生的电阻加热来实现该加热。这种电阻加热在上面相对于图2中所示的磁性元件100说明过。回到图5A和5B，由于热辅助切换层240’优选处于或高于用作热辅助切换层240’的反铁磁性材料的阻隔温度，故热辅助切换层240与铁磁性层236和252之间的交换耦合减小到接近于零。因而，可以利用基本上相同于没有热辅助切换层240’的情况下的电流来切换磁化235。而且，由于铁磁性层236和252之间的静磁耦合，铁磁性层236的磁化方向的改变在铁磁性层252中有所反映。类似地，由于铁磁性层232和236之间以及铁磁性层252和256之间各自的静磁耦合，铁磁性层232和256的各自磁化233和257也会切换方向。当写入电流关闭时，热辅助切换层240’冷却，并且自由层230’和250’根据铁磁性层236和252各自的磁化235和255而进行排列。该热辅助切换层240’则可使得铁磁性层236(252)的磁化235(255)稳定在新的方向上。由于铁磁性层236和252、236和232以及252和256之间的静磁耦合，磁化255、233和257也被稳定。因而，当未被写入时，铁磁性层232、236、252和256的磁化是稳定的，并且可利用与没有热辅助切换层240’的情况下大致相同的写入电流可以进行写入。
另外，当三个端子构造用于磁性元件200’时，写入电流在端子A和C之间驱动。因此，优选包括绝缘体的第二间隔层260’不暴露于较高的写入电流。因而，在三个端子的构造中，磁性元件200’较不易损坏。
在读取的过程中，驱动读取电流通过磁性元件200。在优选的三个端子的构造中，该读取电流仅在端子B和C之间驱动。在两个端子的构造中，优选显著小于写入电流的读取电流在端子A和B之间驱动。在两种实施例中，读取电流足够低使其不会将热辅助切换层240’加热到足以破坏与所述自由层230’和250’的耦合，并且不会不经意地切换自由层230’或250’的磁化。此外，当间隔层220’为阻挡层或BMR层时，磁性元件200’的电阻增大，因而信号增大。因此，对于两个或三个端子的情况来说，磁性元件200’当未被写入时更为热稳定，可在相对小的写入电流下仍然利用自旋转移写入，并仍具有改善的信号。
图6是表示根据本发明的方法300的一个实施例的高级流程图，其用于制造根据本发明利用热辅助切换的磁性元件。为了消楚起见，方法300在磁性元件200的背景下描述。然而，方法300可用于其它的磁性元件，例如磁性元件100、100’和200’。而且，尽管方法300主要是在单个磁性元件的背景下描述的，但本领域普通技术人员很容易意识到可以基本上同时制造多个磁性元件。第二钉扎层280通过步骤302提供。第二被钉扎层270通过步骤304提供。在一个实施例中，步骤304包括提供合成的被钉扎层。第二间隔层260通过步骤306提供。第二间隔层260可以是绝缘的或导电的。第二自由层250通过步骤308提供。步骤308因而可包括提供合成的自由层。热辅助切换层240通过步骤310提供。步骤310因而可包括提供IrMn层，构造成具有大约一百五十摄氏度的低阻隔温度。注意图7是表示IrMn层的阻隔温度与厚度的曲线图。如果形成了磁性元件100或100’，则磁性元件本身的制造将停止，并且可以形成其它的结构，例如端子。然而，对于磁性元件200，第一自由层230通过步骤312提供。步骤312因而可包括提供合成的自由层。间隔层220通过步骤314提供。第一间隔层220优选为导电性的。第一被钉扎层210通过步骤316提供。在一个实施例中，步骤316包括提供合成的被钉扎层。第一钉扎层202通过步骤318提供。通过步骤320可以继续形成磁性存储器。
图8是表示一个根据本发明的方法400的一个实施例的高级流程图，其用于根据本发明利用热辅助切换的磁性元件。为了清楚起见，方法400在磁性元件200的背景下描述。然而，方法400可用于其它的磁性元件，例如磁性元件100、100’和200’。而且，尽管方法400主要是在单个磁性元件的背景下描述的，但本领域普通技术人员很容易意识到可以并行读取或写入多个磁性元件。磁性元件200通过步骤402利用热辅助切换写入。注意在磁性存储器中(未清楚地示出)，步骤402可包括写入大量磁性元件。步骤402因而包括将热辅助切换层240加热到所希望温度以破坏热辅助切换层240与自由层230和250之间的耦合，并驱动电流通过磁性元件200以利用自选转移进行写入。此外，利用步骤402实现的加热步骤构造成使磁性元件200的剩余部分(除热辅助切换层240以外)的性能基本保持不变。例如，对于磁性元件200’来说，该加热将保持钉扎层202和280的温度低于其阻隔温度，以确保钉扎层202和280与被钉扎层210和270之间的交换耦合不减小到零。在优选实施例中，通过驱动写入电流持续所希望的时间，步骤402的加热和电流驱动同时进行。换句话说，步骤402的加热是通过步骤402中驱动的写入电流所产生的电阻加热而实现。在优选实施例中，步骤402中驱动的电流在端子A和C之间。然而，在两个端子的装置中，步骤402包括在端子A和B之间驱动写入电流。过一些时间后，通过步骤404读取磁性元件200。步骤404包括驱动读取电流通过磁性元件200的所希望部分。因此，在优选实施例中，步骤404包括在端子C和B之间驱动读取电流。然而，在两个端子的装置中，写入电流可以在端子A和B之间驱动。此外，步骤404中驱动的写入电流优选显著地小于写入电流。因此，磁性元件200可以被写入和读取。
本发明公开了一种提供更加热稳定的利用热辅助切换基于自旋转移的磁性元件的方法和系统。尽管本发明是根据所示出的实施例来进行说明的，但本领域普通技术人员很容易意识到，可以改变所述实施例，并且这些改变落在本发明的精神和范围之内。因此，在不偏离所附权利要求的精神和范围的情况下，本领域普通技术人员可以做出许多修改。

Claims (32)

1.一种磁性元件，包括：
被钉扎层；
间隔层，所述间隔层为非磁性的；
自由层，所述间隔层位于所述被钉扎层和所述自由层之间；
热辅助切换层，所述自由层位于所述间隔层和所述热辅助切换层之间，所述热辅助切换层用于当所述自由层未被切换时改善所述自由层的热稳定性；
其中所述磁性元件构造成，当写入电流通过所述磁性元件时允许所述自由层由于自旋转移而发生切换。
2.如权利要求1的磁性元件，其中所述热辅助切换层为交换耦合到所述自由层的反铁磁性层，所述反铁磁性层构造成具有小于或等于当所述自由层被切换时的所述反铁磁性层温度的阻隔温度。
3.如权利要求2的磁性元件，其中所述反铁磁性层包括IrMn。
4.如权利要求3的磁性元件，其中所述阻隔温度不大于两百摄氏度。
5.如权利要求2的磁性元件，进一步包括：
邻近所述被钉扎层并包括反铁磁性材料的钉扎层，所述被钉扎层位于所述钉扎层和所述间隔层之间，所述反铁磁性材料具有大于写入过程中所述磁性元件温度的第二阻隔温度。
6.如权利要求1的磁性元件，其中所述间隔层进一步包括阻挡层。
7.如权利要求1的磁性元件，其中所述间隔层进一步包括导电性非磁性层。
8.如权利要求1的磁性元件，其中所述被钉扎层进一步包括第一铁磁性层、第二铁磁性层以及位于所述第一铁磁性层和所述第二铁磁性层之间的导电性非磁性间隔层，所述导电性非磁性间隔层、第一铁磁性层和第二铁磁性层构造成使所述第一铁磁性层和第二铁磁性层反铁磁耦合。
9.如权利要求1的磁性元件，其中所述自由层进一步包括第一铁磁性层、第二铁磁性层以及位于所述第一铁磁性层和所述第二铁磁性层之间的导电性非磁性间隔层，所述导电性非磁性间隔层、第一铁磁性层和第二铁磁性层构造成使所述第一铁磁性层和第二铁磁性层反铁磁耦合。
10.一种磁性元件，包括：
第一被钉扎层；
第一间隔层，所述第一间隔层为非磁性的；
第一自由层，所述第一间隔层位于所述第一被钉扎层和所述第一自由层之间；
热辅助切换层，所述第一自由层位于所述第一间隔层和所述热辅助切换层之间，所述热辅助切换层用于当所述第一自由层未被切换时改善所述第一自由层的热稳定性，所述热辅助切换层至少为两纳米厚；
第二自由层，所述热辅助切换层位于所述第一自由层和所述第二自由层之间，所述第一自由层和第二自由层静磁耦合；
第二间隔层，所述第二间隔层为非磁性的；
第二被钉扎层，所述第二间隔层位于所述第二自由层和所述第二被钉扎层之间；
其中所述磁性元件构造成，当写入电流通过所述磁性元件时允许所述第一自由层由于自旋转移而发生切换。
11.如权利要求10的磁性元件，其中所述第一间隔层为导电性非磁性层。
12.如权利要求10的磁性元件，其中所述第一间隔层为阻挡层。
13.如权利要求10的磁性元件，其中所述第二间隔层为阻挡层。
14.如权利要求10的磁性元件，其中所述第二间隔层为导电性非磁性层。
15.如权利要求10的磁性元件，其中所述第二间隔层为磁性电流约束层，其允许在所述第二自由层和所述第二被钉扎层之间发生弹道磁阻。
16.如权利要求10的磁性元件，其中所述热辅助切换层为交换耦合到所述第一自由层和第二自由层的反铁磁性层，所述反铁磁性层构造成具有小于或等于当所述第一自由层被切换时的所述反铁磁性层温度的阻隔温度。
17.如权利要求16的磁性元件，其中所述反铁磁性层包括IrMn。
18.如权利要求17的磁性元件，其中所述阻隔温度不大于两百摄氏度。
19.如权利要求16的磁性元件，进一步包括：
邻近所述第一被钉扎层并包括反铁磁性材料的第一钉扎层，所述第一被钉扎层位于所述第一钉扎层和所述第一间隔层之间，所述反铁磁性材料具有大于写入过程中磁性元件温度的第二阻隔温度。
20.如权利要求16的磁性元件，进一步包括：
邻近所述第二被钉扎层并包括反铁磁性材料的第二钉扎层，所述第二被钉扎层位于所述第二钉扎层和所述第二间隔层之间，所述反铁磁性材料具有大于写入过程中所述磁性元件温度的第二阻隔温度。
21.如权利要求10的磁性元件，其中所述第一被钉扎层进一步包括第一铁磁性层、第二铁磁性层以及位于所述第一铁磁性层和所述第二铁磁性层之间的导电性非磁性间隔层。
22.如权利要求21的磁性元件，其中所述第二被钉扎层进一步包括第三铁磁性层、具有第一磁化的第四铁磁性层、以及位于所述第三铁磁性层和所述第四铁磁性层之间的第二导电性非磁性间隔层，所述第二铁磁性层邻近所述第一间隔层，所述第三铁磁性层邻近所述第二间隔层，所述第一铁磁性层具有第一磁化，所述第二铁磁性层具有与所述第一磁化平行的第二磁化。
23.如权利要求10的磁性元件，其中所述第一自由层进一步包括第一铁磁性层、第二铁磁性层、以及位于所述第一铁磁性层和所述第二铁磁性层之间的导电性非磁性间隔层。
24.如权利要求10的磁性元件，其中所述第二被钉扎层进一步包括第一铁磁性层、第二铁磁性层、以及位于所述第一铁磁性层和所述第二铁磁性层之间的导电性非磁性间隔层。
25.如权利要求10的磁性元件，其中所述第二自由层进一步包括第一铁磁性层、第二铁磁性层、以及位于所述第一铁磁性层和所述第二铁磁性层之间的导电性非磁性间隔层。
26.一种提供磁性元件的方法，包括：
(a)提供被钉扎层；
(b)提供间隔层，所述间隔层为非磁性的；
(c)提供自由层，所述间隔层位于所述被钉扎层和所述自由层之间；
(d)提供热辅助切换层，所述自由层位于所述间隔层和所述热辅助切换层之间，所述热辅助切换层用于在所述自由层未被切换时改善所述自由层的热稳定性；
其中所述磁性元件构造成，当写入电流通过所述磁性元件时允许所述自由层由于自旋转移而发生切换。
27.如权利要求26的方法，其中所述热辅助切换层为交换耦合到所述自由层的反铁磁性层，所述反铁磁性层构造成具有小于或等于当所述自由层被切换时的所述反铁磁性层温度的阻隔温度。
28.如权利要求27的方法，其中所述反铁磁性层包括IrMn。
29.如权利要求28的方法，其中所述阻隔温度不大于两百摄氏度。
30.一种用于提供磁性元件的方法，包括；
(a)提供第一被钉扎层；
(b)提供第一间隔层，所述第一间隔层为非磁性的；
(c)提供第一自由层，所述第一间隔层位于所述第一被钉扎层和所述第一自由层之间；
(d)提供热辅助切换层，所述第一自由层位于所述第一间隔层和所述热辅助切换层之间，所述热辅助切换层用于在所述第一自由层未被切换时改善所述第一自由层的热稳定性；
(e)提供第二自由层，所述热辅助切换层位于所述第一自由层和所述第二自由层之间，所述第一自由层和第二自由层静磁耦合；
(f)提供第二间隔层，所述第二间隔层为非磁性的；
(g)提供第二被钉扎层，所述第二间隔层位于所述第二自由层和所述第二被钉扎层之间；
其中所述磁性元件构造成，当写入电流通过所述磁性元件时允许所述第一自由层由于自旋转移而发生切换。
31.一种利用在磁性存储器中的磁性元件的方法，包括：
在所述磁性元件切换过程中加热磁性元件的一部分，所述磁性元件包括被钉扎层、间隔层、自由层以及热辅助切换层，所述自由层位于所述间隔层和所述热辅助切换层之间，所述热辅助切换层用于在所述自由层未被切换时改善所述自由层的热稳定性，所述间隔层为非磁性的并且位于所述被钉扎层和所述自由层之间，所述被加热的部分包括所述热辅助切换层；以及
施加读取电流以读取所述磁性元件；
其中所述磁性元件构造成，当写入电流通过所述磁性元件时允许所述自由层由于自旋转移而发生切换。
32.如权利要求31的方法，其中所述加热步骤包括下列步骤：
向所述磁性元件施加写入电流，所述写入电流用于加热所述磁性元件的所述部分。
CNA2005800088562A 2004-02-13 2005-02-11 用于提供利用自旋转移的磁性元件的热辅助切换的方法和系统 Pending CN1934652A (zh)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US10/778,735 US7110287B2 (en) 2004-02-13 2004-02-13 Method and system for providing heat assisted switching of a magnetic element utilizing spin transfer
US10/778,735 2004-02-13

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN1934652A true CN1934652A (zh) 2007-03-21

Family

ID=34838232

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CNA2005800088562A Pending CN1934652A (zh) 2004-02-13 2005-02-11 用于提供利用自旋转移的磁性元件的热辅助切换的方法和系统

Country Status (6)

Country Link
US (1) US7110287B2 (zh)
EP (1) EP1714289A4 (zh)
JP (1) JP2007523480A (zh)
KR (1) KR100824021B1 (zh)
CN (1) CN1934652A (zh)
WO (1) WO2005079348A2 (zh)

Cited By (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102171766A (zh) * 2008-09-30 2011-08-31 美光科技公司 包含压电应力材料的自旋力矩转移磁性随机存取存储器单元结构
CN102709465A (zh) * 2011-03-23 2012-10-03 霍尼韦尔国际公司 具有弱交换耦合的反铁磁层的磁性器件
CN103137856A (zh) * 2011-11-22 2013-06-05 克罗科斯科技公司 具有优化的可靠性的自引用mram单元
CN104900802A (zh) * 2015-04-27 2015-09-09 江苏多维科技有限公司 用于自旋电子器件钉扎层的快速热处理方法和装置
CN105679930A (zh) * 2014-12-08 2016-06-15 西部数据（弗里蒙特）公司 具有附带垂直磁各向异性的层压自由层的自旋转移转矩隧道磁阻装置
CN110447074A (zh) * 2017-04-11 2019-11-12 闪迪技术有限公司 具有增强热稳定性的自旋轨道扭矩mram存储器单元
WO2020043020A1 (zh) * 2018-08-28 2020-03-05 浙江驰拓科技有限公司 垂直磁化的mtj器件
CN111542489A (zh) * 2018-12-06 2020-08-14 桑迪士克科技有限责任公司 具有辅助层的自旋转移矩mram及其操作方法
CN112186094A (zh) * 2020-09-30 2021-01-05 北京航空航天大学 磁性随机存储器
US12033682B2 (en) 2021-12-02 2024-07-09 Industrial Technology Research Institute In-plane magnetized spin-orbit magnetic device

Families Citing this family (164)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US8755222B2 (en) 2003-08-19 2014-06-17 New York University Bipolar spin-transfer switching
US6980469B2 (en) * 2003-08-19 2005-12-27 New York University High speed low power magnetic devices based on current induced spin-momentum transfer
US7573737B2 (en) * 2003-08-19 2009-08-11 New York University High speed low power magnetic devices based on current induced spin-momentum transfer
US7911832B2 (en) * 2003-08-19 2011-03-22 New York University High speed low power magnetic devices based on current induced spin-momentum transfer
JP2005109239A (ja) * 2003-09-30 2005-04-21 Tdk Corp 磁気抵抗効果素子及び磁気ヘッド
JP2005222669A (ja) * 2004-01-05 2005-08-18 Fujitsu Ltd 磁気記録媒体および磁気記憶装置
US7102921B2 (en) * 2004-05-11 2006-09-05 Hewlett-Packard Development Company, L.P. Magnetic memory device
US7477490B2 (en) * 2004-06-30 2009-01-13 Seagate Technology Llc Single sensor element that is naturally differentiated
US7576956B2 (en) * 2004-07-26 2009-08-18 Grandis Inc. Magnetic tunnel junction having diffusion stop layer
US7126202B2 (en) * 2004-11-16 2006-10-24 Grandis, Inc. Spin scattering and heat assisted switching of a magnetic element
US20060128038A1 (en) * 2004-12-06 2006-06-15 Mahendra Pakala Method and system for providing a highly textured magnetoresistance element and magnetic memory
KR100727486B1 (ko) * 2005-08-16 2007-06-13 삼성전자주식회사 자기 기억 소자 및 그 형성 방법
US7224601B2 (en) 2005-08-25 2007-05-29 Grandis Inc. Oscillating-field assisted spin torque switching of a magnetic tunnel junction memory element
US7777261B2 (en) 2005-09-20 2010-08-17 Grandis Inc. Magnetic device having stabilized free ferromagnetic layer
US7859034B2 (en) * 2005-09-20 2010-12-28 Grandis Inc. Magnetic devices having oxide antiferromagnetic layer next to free ferromagnetic layer
US7973349B2 (en) 2005-09-20 2011-07-05 Grandis Inc. Magnetic device having multilayered free ferromagnetic layer
US7430135B2 (en) * 2005-12-23 2008-09-30 Grandis Inc. Current-switched spin-transfer magnetic devices with reduced spin-transfer switching current density
US20070246787A1 (en) * 2006-03-29 2007-10-25 Lien-Chang Wang On-plug magnetic tunnel junction devices based on spin torque transfer switching
US7466585B2 (en) * 2006-04-28 2008-12-16 Taiwan Semiconductor Manufacturing Co., Ltd. Magnetic random access memory
US7457149B2 (en) * 2006-05-05 2008-11-25 Macronix International Co., Ltd. Methods and apparatus for thermally assisted programming of a magnetic memory device
US7663848B1 (en) 2006-07-14 2010-02-16 Grandis, Inc. Magnetic memories utilizing a magnetic element having an engineered free layer
US7760474B1 (en) * 2006-07-14 2010-07-20 Grandis, Inc. Magnetic element utilizing free layer engineering
US7851840B2 (en) * 2006-09-13 2010-12-14 Grandis Inc. Devices and circuits based on magnetic tunnel junctions utilizing a multilayer barrier
US7539051B2 (en) * 2007-01-05 2009-05-26 International Business Machines Corporation Memory storage devices comprising different ferromagnetic material layers, and methods of making and using the same
US20080273375A1 (en) * 2007-05-02 2008-11-06 Faiz Dahmani Integrated circuit having a magnetic device
US7957179B2 (en) 2007-06-27 2011-06-07 Grandis Inc. Magnetic shielding in magnetic multilayer structures
US7982275B2 (en) * 2007-08-22 2011-07-19 Grandis Inc. Magnetic element having low saturation magnetization
US8100228B2 (en) * 2007-10-12 2012-01-24 D B Industries, Inc. Portable anchorage assembly
US9812184B2 (en) 2007-10-31 2017-11-07 New York University Current induced spin-momentum transfer stack with dual insulating layers
FR2924851B1 (fr) * 2007-12-05 2009-11-20 Commissariat Energie Atomique Element magnetique a ecriture assistee thermiquement.
WO2009074411A1 (en) 2007-12-13 2009-06-18 Crocus Technology Magnetic memory with a thermally assisted writing procedure
FR2925747B1 (fr) * 2007-12-21 2010-04-09 Commissariat Energie Atomique Memoire magnetique a ecriture assistee thermiquement
US8659852B2 (en) 2008-04-21 2014-02-25 Seagate Technology Llc Write-once magentic junction memory array
US7999336B2 (en) 2008-04-24 2011-08-16 Seagate Technology Llc ST-RAM magnetic element configurations to reduce switching current
US7852663B2 (en) 2008-05-23 2010-12-14 Seagate Technology Llc Nonvolatile programmable logic gates and adders
US7855911B2 (en) 2008-05-23 2010-12-21 Seagate Technology Llc Reconfigurable magnetic logic device using spin torque
US7804709B2 (en) * 2008-07-18 2010-09-28 Seagate Technology Llc Diode assisted switching spin-transfer torque memory unit
US8054677B2 (en) 2008-08-07 2011-11-08 Seagate Technology Llc Magnetic memory with strain-assisted exchange coupling switch
US8223532B2 (en) 2008-08-07 2012-07-17 Seagate Technology Llc Magnetic field assisted STRAM cells
US7935435B2 (en) * 2008-08-08 2011-05-03 Seagate Technology Llc Magnetic memory cell construction
JP5288293B2 (ja) * 2008-08-25 2013-09-11 日本電気株式会社 磁気抵抗素子、論理ゲート、及び論理ゲートの動作方法
US7881098B2 (en) 2008-08-26 2011-02-01 Seagate Technology Llc Memory with separate read and write paths
US7894248B2 (en) 2008-09-12 2011-02-22 Grandis Inc. Programmable and redundant circuitry based on magnetic tunnel junction (MTJ)
US8482966B2 (en) * 2008-09-24 2013-07-09 Qualcomm Incorporated Magnetic element utilizing protective sidewall passivation
US7940551B2 (en) * 2008-09-29 2011-05-10 Seagate Technology, Llc STRAM with electronically reflective insulative spacer
US7826256B2 (en) * 2008-09-29 2010-11-02 Seagate Technology Llc STRAM with compensation element
US7985994B2 (en) 2008-09-29 2011-07-26 Seagate Technology Llc Flux-closed STRAM with electronically reflective insulative spacer
US7746687B2 (en) * 2008-09-30 2010-06-29 Seagate Technology, Llc Thermally assisted multi-bit MRAM
US8169810B2 (en) 2008-10-08 2012-05-01 Seagate Technology Llc Magnetic memory with asymmetric energy barrier
US8487390B2 (en) * 2008-10-08 2013-07-16 Seagate Technology Llc Memory cell with stress-induced anisotropy
US7880209B2 (en) * 2008-10-09 2011-02-01 Seagate Technology Llc MRAM cells including coupled free ferromagnetic layers for stabilization
JP2010093091A (ja) * 2008-10-09 2010-04-22 Hitachi Ltd 磁気メモリ、磁気メモリアレイおよび磁気メモリアレイへの情報書込み方法
US8039913B2 (en) 2008-10-09 2011-10-18 Seagate Technology Llc Magnetic stack with laminated layer
US8089132B2 (en) * 2008-10-09 2012-01-03 Seagate Technology Llc Magnetic memory with phonon glass electron crystal material
US20100091564A1 (en) * 2008-10-10 2010-04-15 Seagate Technology Llc Magnetic stack having reduced switching current
US8217478B2 (en) * 2008-10-10 2012-07-10 Seagate Technology Llc Magnetic stack with oxide to reduce switching current
US9165625B2 (en) * 2008-10-30 2015-10-20 Seagate Technology Llc ST-RAM cells with perpendicular anisotropy
US8045366B2 (en) 2008-11-05 2011-10-25 Seagate Technology Llc STRAM with composite free magnetic element
US8043732B2 (en) 2008-11-11 2011-10-25 Seagate Technology Llc Memory cell with radial barrier
US7826181B2 (en) 2008-11-12 2010-11-02 Seagate Technology Llc Magnetic memory with porous non-conductive current confinement layer
US8289756B2 (en) 2008-11-25 2012-10-16 Seagate Technology Llc Non volatile memory including stabilizing structures
US7940600B2 (en) 2008-12-02 2011-05-10 Seagate Technology Llc Non-volatile memory with stray magnetic field compensation
US7859892B2 (en) * 2008-12-03 2010-12-28 Seagate Technology Llc Magnetic random access memory with dual spin torque reference layers
KR101532752B1 (ko) * 2009-01-21 2015-07-02 삼성전자주식회사 자기 메모리 소자
US7826259B2 (en) 2009-01-29 2010-11-02 Seagate Technology Llc Staggered STRAM cell
US8053255B2 (en) * 2009-03-03 2011-11-08 Seagate Technology Llc STRAM with compensation element and method of making the same
US7994597B2 (en) * 2009-03-13 2011-08-09 Magic Technologies, Inc. MRAM with coupling valve switching
US7916528B2 (en) * 2009-03-30 2011-03-29 Seagate Technology Llc Predictive thermal preconditioning and timing control for non-volatile memory cells
US7936598B2 (en) 2009-04-28 2011-05-03 Seagate Technology Magnetic stack having assist layer
ATE544153T1 (de) * 2009-05-08 2012-02-15 Crocus Technology Magnetischer speicher mit wärmeunterstütztem schreibverfahren und niedrigem schreibstrom
ATE545133T1 (de) * 2009-05-08 2012-02-15 Crocus Technology Magnetischer speicher mit wärmeunterstütztem schreibverfahren und eingeschränktem schreibfeld
US8686520B2 (en) * 2009-05-29 2014-04-01 International Business Machines Corporation Spin-torque magnetoresistive structures
EP2385548B1 (en) * 2009-07-03 2014-10-29 Fuji Electric Co., Ltd. Magnetic memory element and driving method therefor
US8183653B2 (en) 2009-07-13 2012-05-22 Seagate Technology Llc Magnetic tunnel junction having coherent tunneling structure
US7999338B2 (en) * 2009-07-13 2011-08-16 Seagate Technology Llc Magnetic stack having reference layers with orthogonal magnetization orientation directions
US8284594B2 (en) * 2009-09-03 2012-10-09 International Business Machines Corporation Magnetic devices and structures
US8514519B2 (en) * 2009-10-21 2013-08-20 HGST Netherlands B.V. Device for generating high frequency magnetic fields in a rest-frame of a magnetic medium
US8422285B2 (en) * 2009-10-30 2013-04-16 Grandis, Inc. Method and system for providing dual magnetic tunneling junctions usable in spin transfer torque magnetic memories
CN102270736B (zh) * 2010-06-01 2014-02-05 中国科学院物理研究所 一种用于磁敏传感器的磁性纳米多层膜及其制造方法
US8508973B2 (en) 2010-11-16 2013-08-13 Seagate Technology Llc Method of switching out-of-plane magnetic tunnel junction cells
US8405171B2 (en) 2010-11-16 2013-03-26 Seagate Technology Llc Memory cell with phonon-blocking insulating layer
EP2528060B1 (en) * 2011-05-23 2016-12-14 Crocus Technology S.A. Multibit cell with synthetic storage layer
US8379352B1 (en) 2011-09-08 2013-02-19 HGST Netherlands B.V. Thermagnonic spin-torque oscillator(STO) and sensor utilizing same to detect shifts in the free layer magnetization oscillation frequency
FR2993387B1 (fr) * 2012-07-11 2014-08-08 Commissariat Energie Atomique Dispositif magnetique a ecriture assistee thermiquement
US9082950B2 (en) 2012-10-17 2015-07-14 New York University Increased magnetoresistance in an inverted orthogonal spin transfer layer stack
US9082888B2 (en) 2012-10-17 2015-07-14 New York University Inverted orthogonal spin transfer layer stack
US8982613B2 (en) 2013-06-17 2015-03-17 New York University Scalable orthogonal spin transfer magnetic random access memory devices with reduced write error rates
US9490000B2 (en) * 2014-04-10 2016-11-08 Samsung Electronics Co., Ltd. Method and system for providing thermally assisted magnetic junctions having a multi-phase operation
US9263667B1 (en) 2014-07-25 2016-02-16 Spin Transfer Technologies, Inc. Method for manufacturing MTJ memory device
US9337412B2 (en) 2014-09-22 2016-05-10 Spin Transfer Technologies, Inc. Magnetic tunnel junction structure for MRAM device
US9728712B2 (en) 2015-04-21 2017-08-08 Spin Transfer Technologies, Inc. Spin transfer torque structure for MRAM devices having a spin current injection capping layer
US10468590B2 (en) 2015-04-21 2019-11-05 Spin Memory, Inc. High annealing temperature perpendicular magnetic anisotropy structure for magnetic random access memory
US9853206B2 (en) 2015-06-16 2017-12-26 Spin Transfer Technologies, Inc. Precessional spin current structure for MRAM
US9773974B2 (en) 2015-07-30 2017-09-26 Spin Transfer Technologies, Inc. Polishing stop layer(s) for processing arrays of semiconductor elements
US10163479B2 (en) 2015-08-14 2018-12-25 Spin Transfer Technologies, Inc. Method and apparatus for bipolar memory write-verify
US9741926B1 (en) 2016-01-28 2017-08-22 Spin Transfer Technologies, Inc. Memory cell having magnetic tunnel junction and thermal stability enhancement layer
KR102511914B1 (ko) 2016-08-04 2023-03-21 삼성전자주식회사 자기 기억 소자 및 이의 제조 방법
US10366774B2 (en) 2016-09-27 2019-07-30 Spin Memory, Inc. Device with dynamic redundancy registers
US11119936B2 (en) 2016-09-27 2021-09-14 Spin Memory, Inc. Error cache system with coarse and fine segments for power optimization
US11151042B2 (en) 2016-09-27 2021-10-19 Integrated Silicon Solution, (Cayman) Inc. Error cache segmentation for power reduction
US10460781B2 (en) 2016-09-27 2019-10-29 Spin Memory, Inc. Memory device with a dual Y-multiplexer structure for performing two simultaneous operations on the same row of a memory bank
US10437723B2 (en) 2016-09-27 2019-10-08 Spin Memory, Inc. Method of flushing the contents of a dynamic redundancy register to a secure storage area during a power down in a memory device
US10818331B2 (en) 2016-09-27 2020-10-27 Spin Memory, Inc. Multi-chip module for MRAM devices with levels of dynamic redundancy registers
US11119910B2 (en) 2016-09-27 2021-09-14 Spin Memory, Inc. Heuristics for selecting subsegments for entry in and entry out operations in an error cache system with coarse and fine grain segments
US10446210B2 (en) 2016-09-27 2019-10-15 Spin Memory, Inc. Memory instruction pipeline with a pre-read stage for a write operation for reducing power consumption in a memory device that uses dynamic redundancy registers
US10437491B2 (en) 2016-09-27 2019-10-08 Spin Memory, Inc. Method of processing incomplete memory operations in a memory device during a power up sequence and a power down sequence using a dynamic redundancy register
US10360964B2 (en) 2016-09-27 2019-07-23 Spin Memory, Inc. Method of writing contents in memory during a power up sequence using a dynamic redundancy register in a memory device
US10628316B2 (en) 2016-09-27 2020-04-21 Spin Memory, Inc. Memory device with a plurality of memory banks where each memory bank is associated with a corresponding memory instruction pipeline and a dynamic redundancy register
US10991410B2 (en) 2016-09-27 2021-04-27 Spin Memory, Inc. Bi-polar write scheme
US10546625B2 (en) 2016-09-27 2020-01-28 Spin Memory, Inc. Method of optimizing write voltage based on error buffer occupancy
US10665777B2 (en) 2017-02-28 2020-05-26 Spin Memory, Inc. Precessional spin current structure with non-magnetic insertion layer for MRAM
US10672976B2 (en) 2017-02-28 2020-06-02 Spin Memory, Inc. Precessional spin current structure with high in-plane magnetization for MRAM
US10032978B1 (en) 2017-06-27 2018-07-24 Spin Transfer Technologies, Inc. MRAM with reduced stray magnetic fields
US10656994B2 (en) 2017-10-24 2020-05-19 Spin Memory, Inc. Over-voltage write operation of tunnel magnet-resistance (“TMR”) memory device and correcting failure bits therefrom by using on-the-fly bit failure detection and bit redundancy remapping techniques
US10481976B2 (en) 2017-10-24 2019-11-19 Spin Memory, Inc. Forcing bits as bad to widen the window between the distributions of acceptable high and low resistive bits thereby lowering the margin and increasing the speed of the sense amplifiers
US10489245B2 (en) 2017-10-24 2019-11-26 Spin Memory, Inc. Forcing stuck bits, waterfall bits, shunt bits and low TMR bits to short during testing and using on-the-fly bit failure detection and bit redundancy remapping techniques to correct them
US10529439B2 (en) 2017-10-24 2020-01-07 Spin Memory, Inc. On-the-fly bit failure detection and bit redundancy remapping techniques to correct for fixed bit defects
US10679685B2 (en) 2017-12-27 2020-06-09 Spin Memory, Inc. Shared bit line array architecture for magnetoresistive memory
US10516094B2 (en) 2017-12-28 2019-12-24 Spin Memory, Inc. Process for creating dense pillars using multiple exposures for MRAM fabrication
US10891997B2 (en) 2017-12-28 2021-01-12 Spin Memory, Inc. Memory array with horizontal source line and a virtual source line
US10395711B2 (en) 2017-12-28 2019-08-27 Spin Memory, Inc. Perpendicular source and bit lines for an MRAM array
US10811594B2 (en) 2017-12-28 2020-10-20 Spin Memory, Inc. Process for hard mask development for MRAM pillar formation using photolithography
US10395712B2 (en) 2017-12-28 2019-08-27 Spin Memory, Inc. Memory array with horizontal source line and sacrificial bitline per virtual source
US10424726B2 (en) 2017-12-28 2019-09-24 Spin Memory, Inc. Process for improving photoresist pillar adhesion during MRAM fabrication
US10360962B1 (en) 2017-12-28 2019-07-23 Spin Memory, Inc. Memory array with individually trimmable sense amplifiers
US10270027B1 (en) 2017-12-29 2019-04-23 Spin Memory, Inc. Self-generating AC current assist in orthogonal STT-MRAM
US10236047B1 (en) 2017-12-29 2019-03-19 Spin Memory, Inc. Shared oscillator (STNO) for MRAM array write-assist in orthogonal STT-MRAM
US10424723B2 (en) 2017-12-29 2019-09-24 Spin Memory, Inc. Magnetic tunnel junction devices including an optimization layer
US10546624B2 (en) 2017-12-29 2020-01-28 Spin Memory, Inc. Multi-port random access memory
US10360961B1 (en) 2017-12-29 2019-07-23 Spin Memory, Inc. AC current pre-charge write-assist in orthogonal STT-MRAM
US10367139B2 (en) 2017-12-29 2019-07-30 Spin Memory, Inc. Methods of manufacturing magnetic tunnel junction devices
US10840439B2 (en) 2017-12-29 2020-11-17 Spin Memory, Inc. Magnetic tunnel junction (MTJ) fabrication methods and systems
US10199083B1 (en) 2017-12-29 2019-02-05 Spin Transfer Technologies, Inc. Three-terminal MRAM with ac write-assist for low read disturb
US10840436B2 (en) 2017-12-29 2020-11-17 Spin Memory, Inc. Perpendicular magnetic anisotropy interface tunnel junction devices and methods of manufacture
US10886330B2 (en) 2017-12-29 2021-01-05 Spin Memory, Inc. Memory device having overlapping magnetic tunnel junctions in compliance with a reference pitch
US10784439B2 (en) 2017-12-29 2020-09-22 Spin Memory, Inc. Precessional spin current magnetic tunnel junction devices and methods of manufacture
US10236048B1 (en) 2017-12-29 2019-03-19 Spin Memory, Inc. AC current write-assist in orthogonal STT-MRAM
US10141499B1 (en) 2017-12-30 2018-11-27 Spin Transfer Technologies, Inc. Perpendicular magnetic tunnel junction device with offset precessional spin current layer
US10236439B1 (en) 2017-12-30 2019-03-19 Spin Memory, Inc. Switching and stability control for perpendicular magnetic tunnel junction device
US10229724B1 (en) 2017-12-30 2019-03-12 Spin Memory, Inc. Microwave write-assist in series-interconnected orthogonal STT-MRAM devices
US10339993B1 (en) 2017-12-30 2019-07-02 Spin Memory, Inc. Perpendicular magnetic tunnel junction device with skyrmionic assist layers for free layer switching
US10319900B1 (en) 2017-12-30 2019-06-11 Spin Memory, Inc. Perpendicular magnetic tunnel junction device with precessional spin current layer having a modulated moment density
US10255962B1 (en) 2017-12-30 2019-04-09 Spin Memory, Inc. Microwave write-assist in orthogonal STT-MRAM
US10468588B2 (en) 2018-01-05 2019-11-05 Spin Memory, Inc. Perpendicular magnetic tunnel junction device with skyrmionic enhancement layers for the precessional spin current magnetic layer
US10438995B2 (en) 2018-01-08 2019-10-08 Spin Memory, Inc. Devices including magnetic tunnel junctions integrated with selectors
US10438996B2 (en) 2018-01-08 2019-10-08 Spin Memory, Inc. Methods of fabricating magnetic tunnel junctions integrated with selectors
US10446744B2 (en) 2018-03-08 2019-10-15 Spin Memory, Inc. Magnetic tunnel junction wafer adaptor used in magnetic annealing furnace and method of using the same
US10388861B1 (en) 2018-03-08 2019-08-20 Spin Memory, Inc. Magnetic tunnel junction wafer adaptor used in magnetic annealing furnace and method of using the same
US10529915B2 (en) 2018-03-23 2020-01-07 Spin Memory, Inc. Bit line structures for three-dimensional arrays with magnetic tunnel junction devices including an annular free magnetic layer and a planar reference magnetic layer
US11107978B2 (en) 2018-03-23 2021-08-31 Spin Memory, Inc. Methods of manufacturing three-dimensional arrays with MTJ devices including a free magnetic trench layer and a planar reference magnetic layer
US10784437B2 (en) 2018-03-23 2020-09-22 Spin Memory, Inc. Three-dimensional arrays with MTJ devices including a free magnetic trench layer and a planar reference magnetic layer
US11107974B2 (en) 2018-03-23 2021-08-31 Spin Memory, Inc. Magnetic tunnel junction devices including a free magnetic trench layer and a planar reference magnetic layer
US10411185B1 (en) 2018-05-30 2019-09-10 Spin Memory, Inc. Process for creating a high density magnetic tunnel junction array test platform
US10692569B2 (en) 2018-07-06 2020-06-23 Spin Memory, Inc. Read-out techniques for multi-bit cells
US10593396B2 (en) 2018-07-06 2020-03-17 Spin Memory, Inc. Multi-bit cell read-out techniques for MRAM cells with mixed pinned magnetization orientations
US10600478B2 (en) 2018-07-06 2020-03-24 Spin Memory, Inc. Multi-bit cell read-out techniques for MRAM cells with mixed pinned magnetization orientations
US10559338B2 (en) 2018-07-06 2020-02-11 Spin Memory, Inc. Multi-bit cell read-out techniques
US10650875B2 (en) 2018-08-21 2020-05-12 Spin Memory, Inc. System for a wide temperature range nonvolatile memory
US10699761B2 (en) 2018-09-18 2020-06-30 Spin Memory, Inc. Word line decoder memory architecture
US11621293B2 (en) 2018-10-01 2023-04-04 Integrated Silicon Solution, (Cayman) Inc. Multi terminal device stack systems and methods
US10971680B2 (en) 2018-10-01 2021-04-06 Spin Memory, Inc. Multi terminal device stack formation methods
US10580827B1 (en) 2018-11-16 2020-03-03 Spin Memory, Inc. Adjustable stabilizer/polarizer method for MRAM with enhanced stability and efficient switching
US11107979B2 (en) 2018-12-28 2021-08-31 Spin Memory, Inc. Patterned silicide structures and methods of manufacture
US11087811B1 (en) * 2020-05-28 2021-08-10 International Business Machines Corporation NVM synaptic element with gradual reset capability

Family Cites Families (14)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5695864A (en) 1995-09-28 1997-12-09 International Business Machines Corporation Electronic device using magnetic components
US6201673B1 (en) * 1999-04-02 2001-03-13 Read-Rite Corporation System for biasing a synthetic free layer in a magnetoresistance sensor
US6501678B1 (en) * 1999-06-18 2002-12-31 Koninklijke Philips Electronics N.V. Magnetic systems with irreversible characteristics and a method of manufacturing and repairing and operating such systems
FR2817999B1 (fr) 2000-12-07 2003-01-10 Commissariat Energie Atomique Dispositif magnetique a polarisation de spin et a empilement(s) tri-couche(s) et memoire utilisant ce dispositif
FR2817998B1 (fr) 2000-12-07 2003-01-10 Commissariat Energie Atomique Dispositif magnetique a polarisation de spin et a rotation d'aimantation, memoire et procede d'ecriture utilisant ce dispositif
US6603678B2 (en) * 2001-01-11 2003-08-05 Hewlett-Packard Development Company, L.P. Thermally-assisted switching of magnetic memory elements
US6649960B1 (en) * 2001-02-16 2003-11-18 Maxtor Corporation Synthetic free layer structure for MRAM devices
US6744086B2 (en) 2001-05-15 2004-06-01 Nve Corporation Current switched magnetoresistive memory cell
FR2829867B1 (fr) * 2001-09-20 2003-12-19 Centre Nat Rech Scient Memoire magnetique a selection a l'ecriture par inhibition et procede pour son ecriture
US6741496B2 (en) 2001-09-27 2004-05-25 Intel Corporation Electron spin mechanisms for inducing magnetic-polarization reversal
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
US6714444B2 (en) * 2002-08-06 2004-03-30 Grandis, Inc. Magnetic element utilizing spin transfer and an MRAM device using the magnetic element
JP3863484B2 (ja) * 2002-11-22 2006-12-27 株式会社東芝 磁気抵抗効果素子および磁気メモリ
US6829161B2 (en) * 2003-01-10 2004-12-07 Grandis, Inc. Magnetostatically coupled magnetic elements utilizing spin transfer and an MRAM device using the magnetic element

Cited By (19)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102171766B (zh) * 2008-09-30 2014-08-20 美光科技公司 包含压电应力材料的自旋力矩转移磁性随机存取存储器单元结构
CN102171766A (zh) * 2008-09-30 2011-08-31 美光科技公司 包含压电应力材料的自旋力矩转移磁性随机存取存储器单元结构
US9218863B2 (en) 2008-09-30 2015-12-22 Micron Technology, Inc. STT-MRAM cell structure incorporating piezoelectric stress material
US9552858B2 (en) 2008-09-30 2017-01-24 Micron Technology. Inc. STT-MRAM cell structure incorporating piezoelectric stress material
CN102709465A (zh) * 2011-03-23 2012-10-03 霍尼韦尔国际公司 具有弱交换耦合的反铁磁层的磁性器件
CN103137856A (zh) * 2011-11-22 2013-06-05 克罗科斯科技公司 具有优化的可靠性的自引用mram单元
CN103137856B (zh) * 2011-11-22 2017-03-01 克罗科斯科技公司 具有优化的可靠性的自引用mram单元
CN105679930B (zh) * 2014-12-08 2019-05-21 西部数据（弗里蒙特）公司 具有层压自由层的自旋转移转矩隧道磁阻装置
CN105679930A (zh) * 2014-12-08 2016-06-15 西部数据（弗里蒙特）公司 具有附带垂直磁各向异性的层压自由层的自旋转移转矩隧道磁阻装置
CN104900802A (zh) * 2015-04-27 2015-09-09 江苏多维科技有限公司 用于自旋电子器件钉扎层的快速热处理方法和装置
CN104900802B (zh) * 2015-04-27 2018-02-13 江苏多维科技有限公司 用于自旋电子器件钉扎层的快速热处理方法和装置
US11069544B2 (en) 2015-04-27 2021-07-20 MultiDimension Technology Co., Ltd. Rapid thermal processing method and apparatus for programming the pinned layer of spintronic devices
CN110447074A (zh) * 2017-04-11 2019-11-12 闪迪技术有限公司 具有增强热稳定性的自旋轨道扭矩mram存储器单元
WO2020043020A1 (zh) * 2018-08-28 2020-03-05 浙江驰拓科技有限公司 垂直磁化的mtj器件
CN111542489A (zh) * 2018-12-06 2020-08-14 桑迪士克科技有限责任公司 具有辅助层的自旋转移矩mram及其操作方法
CN111542489B (zh) * 2018-12-06 2023-09-19 桑迪士克科技有限责任公司 具有辅助层的自旋转移矩mram及其操作方法
CN112186094A (zh) * 2020-09-30 2021-01-05 北京航空航天大学 磁性随机存储器
CN112186094B (zh) * 2020-09-30 2023-02-28 北京航空航天大学 磁性随机存储器
US12033682B2 (en) 2021-12-02 2024-07-09 Industrial Technology Research Institute In-plane magnetized spin-orbit magnetic device

Also Published As

Publication number Publication date
KR20060109514A (ko) 2006-10-20
WO2005079348A3 (en) 2006-03-30
KR100824021B1 (ko) 2008-04-21
EP1714289A4 (en) 2007-11-07
JP2007523480A (ja) 2007-08-16
EP1714289A2 (en) 2006-10-25
WO2005079348A2 (en) 2005-09-01
US20050180202A1 (en) 2005-08-18
US7110287B2 (en) 2006-09-19

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN1934652A (zh) 用于提供利用自旋转移的磁性元件的热辅助切换的方法和系统
US10734054B2 (en) Magnetic structure based on synthetic antiferromagnetic free layer and derivative SOT-MRAM
CN104051610B (zh) 具有插入层的磁性结和使用该磁性结的磁存储器
US8698259B2 (en) Method and system for providing a magnetic tunneling junction using thermally assisted switching
CN103633239B (zh) 磁存储器及其提供方法和编程方法
KR101953791B1 (ko) 반-금속성 강자성체들을 이용한 자기 접합을 제공하는 방법 및 시스템
CN109244233B (zh) 基于人工反铁磁固定层的磁性隧道结器件及随机存储装置
JP6038451B2 (ja) スピントランスファトルクメモリ用の挿入層を有する磁性層を提供するための方法及びシステム
KR101893908B1 (ko) 하이브리드 자기 터널 접합 소자의 제조 방법 및 시스템
US7126202B2 (en) Spin scattering and heat assisted switching of a magnetic element
US7006375B2 (en) Hybrid write mechanism for high speed and high density magnetic random access memory
JP5787972B2 (ja) 逆デュアル磁気トンネル接合要素を提供するための方法およびシステム
US8254162B2 (en) Method and system for providing magnetic tunneling junctions usable in spin transfer torque magnetic memories
US8446761B2 (en) Method and system for providing multiple logic cells in a single stack
US8704319B2 (en) Method and system for providing magnetic layers having insertion layers for use in spin transfer torque memories
US20110031569A1 (en) Method and system for providing magnetic tunneling junction elements having improved performance through capping layer induced perpendicular anisotropy and memories using such magnetic elements
CN103887423A (zh) 用于提供具有设计垂直磁各向异性的磁性结的方法和系统
KR102062673B1 (ko) 자기 터널링 접합에서 피고정층 세팅 방법 및 장치
US8295072B2 (en) Magnetic random access memory (MRAM) utilizing magnetic flip-flop structures
CN111384235A (zh) 一种磁性隧道结及基于磁性隧道结的nsot-mram装置
KR102263785B1 (ko) 자기 소자에 사용하기 위한 자기 접합 및 이를 프로그래밍하는 방법 및 이를 포함하는 전자 장치
US9130151B2 (en) Method and system for providing magnetic tunneling junctions usable in spin transfer torque magnetic memories
Daughton Magnetoelectronic Devices

Legal Events

Date Code Title Description
C06 Publication
PB01 Publication
C10 Entry into substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
C02 Deemed withdrawal of patent application after publication (patent law 2001)
WD01 Invention patent application deemed withdrawn after publication