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HINTERGRUND
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Ein magnetoresistiver Tunnelübergang (Magnetoresistive Tunnel Junction, MTJ) ist eine Vorrichtung, die ihren Widerstandszustand basierend auf dem Zustand von magnetischen Materialien in der Vorrichtung ändert. Eine MTJ-Vorrichtung umfasst eine dünne Widerstandsschicht zwischen zwei ferromagnetischen Schichten. Eine magnetische Schicht kann als die Referenzschicht bezeichnet werden. Die andere magnetische Schicht kann als die freie Schicht bezeichnet werden. Das magnetische Moment der Referenzschicht behält im Allgemeinen dieselbe Richtung bei. Umgekehrt kann durch das Anlegen einer Spannung an den Übergang die Richtung des magnetischen Moments der freien Schicht umgedreht werden. Wenn die Richtung des magnetischen Moments von sowohl der freien Schicht als auch der Referenzschicht dieselbe ist, können Elektronen leichter durch die dünne Widerstandsschicht tunneln. In diesem Zustand weist der Übergang einen relativ niedrigen spezifischen Widerstand auf.
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Durch das Anlegen einer Spannung mit der entgegengesetzten Polarität kann das magnetische Moment der freien Schicht umgeschaltet werden, so dass es der Richtung des magnetischen Moments der Referenzschicht entgegengesetzt ist. In diesem Zustand ist es für Elektronen schwieriger, durch die Widerstandsschicht zu tunneln, was dazu führt, dass der Übergang einen relativ hohen spezifischen Widerstand aufweist. Die unterschiedlichen Widerstandszustände können verwendet werden, um logische Werte zu speichern.
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Es besteht die Aufgabe, Verbesserungen in diesem Forschungsgebiet anzustreben.
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Die Aufgabe wird gelöst durch die magnetoresistive Tunnelübergangs-Vorrichtung gemäß dem Anspruch 1, dem magnetischer Tunnelübergangs-Speicherarray gemäß dem Anspruch 6 und dem Verfahren zum Ausbilden einer magnetoresistiven Tunnelübergangs-Vorrichtung gemäß dem Anspruch 10.
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Weitere Ausgestaltungen ergeben sich aus den Unteransprüchen.
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KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
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Aspekte der vorliegenden Offenbarung werden am besten aus der folgenden detaillierten Beschreibung verstanden, wenn sie mit den beigefügten Figuren gelesen wird. Es wird betont, dass in Übereinstimmung mit dem üblichen Vorgehen in der Branche verschiedene Merkmale nicht im Maßstab gezeichnet sind. In Wirklichkeit können die Abmessungen der verschiedenen Merkmale zur Klarheit der Beschreibung beliebig vergrößert oder verkleinert werden.
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1A ist ein Diagramm, das eine beispielhafte Schnittdarstellung einer länglichen MTJ-Struktur zeigt, gemäß einem Beispiel von Prinzipien, die hier beschrieben sind.
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1B ist ein Diagramm, das eine beispielhafte Draufsicht einer länglichen MTJ-Struktur zeigt, gemäß einem Beispiel von Prinzipien, die hier beschrieben sind.
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2A ist ein Diagramm, das eine beispielhafte gute Hystereseschleife für eine MTJ-Vorrichtung zeigt, gemäß einem Beispiel von Prinzipien, die hier beschrieben sind.
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2B ist ein Diagramm, das eine beispielhafte schlechte Hystereseschleife für eine MTJ-Vorrichtung zeigt, gemäß einem Beispiel von Prinzipien, die hier beschrieben sind.
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3A ist ein Diagramm, das eine beispielhafte Draufsicht einer länglichen MTJ-Struktur zeigt, die Speicherbereiche in Diamantform aufweist, gemäß einem Beispiel von Prinzipien, die hier beschrieben sind.
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3B ist ein Diagramm, das eine beispielhafte Draufsicht einer länglichen MTJ-Struktur zeigt, die Speicherbereiche in Ellipsenform aufweist, gemäß einem Beispiel von Prinzipien, die hier beschrieben sind.
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4A ist ein Diagramm, das eine beispielhafte Draufsicht eines ausgerichteten länglichen MTJ-Arrays zeigt, gemäß einem Beispiel von Prinzipien, die hier beschrieben sind.
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4B ist ein Diagramm, das eine beispielhafte Draufsicht eines versetzten länglichen MTJ-Arrays zeigt, gemäß einem Beispiel von Prinzipien, die hier beschrieben sind.
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5 ist ein Diagramm, das eine beispielhafte Schnittdarstellung einer länglichen MTJ-Struktur zeigt, die untere und obere Kontakte umfasst, gemäß einem Beispiel von Prinzipien, die hier beschrieben sind.
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6 ist ein Flussdiagramm, das ein beispielhaftes Verfahren zum Ausbilden einer länglichen MTJ-Struktur zeigt, gemäß einem Beispiel von Prinzipien, die hier beschrieben sind.
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DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
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Es versteht sich, dass die folgende Offenbarung viele verschiedene Ausführungsformen oder Beispiele vorsieht, um verschiedene Merkmale der Offenbarung zu implementieren. Spezielle Beispiele von Komponenten und Anordnungen sind unten beschrieben, um die vorliegende Offenbarung zu vereinfachen. Dies sind natürlich nur Beispiele und sollen nicht einschränkend wirken. Darüber hinaus kann die Ausführung eines ersten Verfahrens vor einem zweiten Verfahren in der folgenden Beschreibung Ausführungsformen umfassen, in denen das zweite Verfahren unmittelbar nach dem ersten Verfahren ausgeführt wird, und kann auch Ausführungsformen umfassen, in denen zusätzliche Verfahren zwischen dem ersten und dem zweiten Verfahren ausgeführt werden können. Verschiedene Merkmale können zur Einfachheit und Klarheit beliebig in unterschiedlichen Maßstäben gezeichnet sein. Darüber hinaus kann das Ausbilden eines ersten Merkmals über oder auf einem zweiten Merkmal in der folgenden Beschreibung Ausführungsformen umfassen, in denen das erste und das zweite Merkmal in direktem Kontakt ausgebildet sind, und kann auch Ausführungsformen umfassen, in denen zusätzliche Merkmale zwischen dem ersten und dem zweiten Merkmal ausgebildet sein können, so dass das erste und das zweite Merkmal nicht in direktem Kontakt sein brauchen.
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Darüber hinaus können räumlich relative Begriffe, wie etwa „unter”, „darunter”, „unterer”, „über”, „oberer” und Ähnliche, hier zur Einfachheit der Beschreibung verwendet werden, um die Beziehung eines Elements oder Merkmals mit (einem) anderen Element(en) oder Merkmal(en) zu beschreiben, wie sie in den Figuren dargestellt ist. Die räumlich relativen Begriffe sollen verschiedene Orientierungen der verwendeten oder betriebenen Vorrichtung umfassen, zusätzlich zu der Orientierung, die in den Figuren gezeigt ist. Wenn die Vorrichtung beispielsweise umgedreht wird, wären Elemente, die als „unter” oder „darunter liegend” anderen Elementen oder Merkmalen beschrieben sind, dann „über” den anderen Elementen oder Merkmalen orientiert. Somit kann der beispielhafte Begriff „unter” sowohl eine Orientierung von darunter als auch von darüber umfassen. Die Vorrichtung kann anders orientiert sein (um 90 Grad oder in anderen Orientierungen gedreht) und die räumlich relativen Begriffe, die hier verwendet werden, können ebenfalls dementsprechend interpretiert werden.
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Die 1A ist ein Diagramm, das eine beispielhafte Schnittdarstellung einer länglichen MTJ-Struktur 100 zeigt. Die MTJ-Struktur 100, die auf einem Substrat 102 ausgebildet ist, umfasst eine Pufferschicht 104, eine magnetische Referenzschicht 106, eine Tunnel-Sperrschicht 110 und eine freie magnetische Schicht, die eine Anzahl von getrennten freien magnetischen Bereichen 108 umfasst. Jeder der freien magnetischen Bereiche 108 wird für eine unterschiedliche MTJ-Speicherzelle verwendet.
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Das Substrat 102 kann aus einem Halbleitermaterial, wie etwa Silizium, ausgebildet sein. Das Substrat 102 kann verwendet werden, um eine Anzahl von Komponenten zusätzlich zu der länglichen MTJ-Struktur 100 aufzunehmen. Die Pufferschicht 104 ist auf dem Substrat 102 ausgebildet, um zu dem Vorgang des Ausbildens der magnetischen Referenzschicht 106 beizutragen, was mittels Epitaxieverfahren ausgeführt werden kann. Die magnetische Referenzschicht 106 kann aus einer Vielzahl von Materialien hergestellt sein, einschließlich, aber nicht beschränkt auf, CoFeB, CoFeTa, NiFe, Co, CoFe, CoPt, CoPd, FePt oder anderen Legierungen aus Ni, Co und Fe.
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Herkömmliche MTJ-Strukturen weisen eine Referenzschicht auf, die sowohl eine Fixierungsschicht („pinnig layer”) als auch eine fixierte Schicht („pinned layer”) umfasst. Die Fixierungsschicht besteht aus einer Schicht aus einem anti-ferromagnetischen (AFM) Material. Anti-ferromagnetische Materialien sind solche, in denen magnetische Momente von Atomen oder Molekülen sich so ausrichten, dass sich eine Struktur bildet, in der benachbarte Atome oder Moleküle Spins aufweisen, die in entgegengesetzte Richtungen zeigen. Die fixierte Schicht umfasst eine ferromagnetische Schicht, die ein magnetisches Moment aufweist, das durch die anti-ferromagnetische Fixierungsschicht in eine bestimmte Richtung „fixiert” ist. Somit ändert die Referenzschicht während des Betriebs der MTJ-Vorrichtung ihr magnetisches Moment nicht.
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Verwendet man jedoch eine längliche magnetische Referenzschicht, so besteht kein Bedarf für die anti-ferromagnetische Fixierungsschicht. Dies liegt daran, dass die längliche Eigenschaft der magnetischen Referenzschicht 106 als ein Fixierungsmechanismus dient, um das magnetische Moment der magnetischen Referenzschicht 106 in eine einzige Richtung zu fixieren. Indem die längliche Eigenschaft verwendet wird, kann die Richtung des magnetischen Moments entlang der gesamten länglichen Struktur festgesetzt werden, wenn ein magnetisches Feld entlang der Längsrichtung angelegt wird. In manchen Beispielen kann die längliche Struktur ein Verhältnis von Länge zu Breite von mindestens 30 aufweisen.
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Herkömmliche MTJ-Strukturen weisen eine getrennte Referenzschicht für jede getrennte bzw. diskrete freie Schicht auf. Diese getrennten Referenzschichten erzeugen Streufelder von den Rändern, die die freie Schicht beeinflussen. Die führt zu einer schlechten Hystereseschleife, wie in der 2B gezeigt ist. Verwendet man jedoch eine längliche magnetische Referenzschicht 106 anstelle von getrennten Referenzschichten, wird das Streufeld wirksam verringert und die freie magnetische Schicht 108 wird nicht negativ von magnetischen Streufeldern beeinflusst. Somit wird die Hystereseschleife besser, wie in der 2A gezeigt ist.
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Die Tunnel-Sperrschicht 110 kann aus einem elektrisch resistiven Material, wie etwa einem Oxidmaterial ausgebildet sein. Die Tunnel-Sperrschicht 106 kann beispielsweise aus Magnesium (Mg), Magnesiumoxid (MgO), Aluminiumoxid (AlO), Aluminiumnitrid (AlN) und Aluminiumoxinitrid (AlON) hergestellt sein. Die Tunnel-Sperrschicht 106 kann durch geeignete Ablagerungsverfahren ausgebildet werden.
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Die freie Schicht 108 ist auch aus einem ferromagnetischen Material hergestellt. Anders als die Referenzschicht 104 kann sich die Richtung des magnetischen Moments der freien Schicht unter verschiedenen Bedingungen während des Betriebs der MTJ-Vorrichtung ändern, weil es keinen Fixierungsmechanismus gibt, der mit der freien Schicht verknüpft ist. Wenn das magnetische Moment eines freien magnetischen Bereichs 108 dieselbe Richtung aufweist, wie das magnetische Moment der Referenzschicht 104, können Elektronen durch die Tunnel-Sperrschicht 110 tunneln. Dies führt dazu, dass sich der Bereich der Tunnel-Sperrschicht 110 zwischen diesem freien magnetischen Bereich 108 und der Referenzschicht 106 in einem relativ niedrigen Widerstandszustand befindet. Somit kann, wenn eine angemessen polarisierte Spannung angelegt wird, elektrischer Strom durchfließen.
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Wenn eine entgegengesetzt polarisierte Spannung angelegt wird, kann die Richtung des magnetischen Moments eines freien magnetischen Bereichs 108 so festgesetzt werden, dass sie der Richtung des magnetischen Moments der Referenzschicht 106 entgegengesetzt ist. In diesem Zustand ist es für Elektronen schwieriger, durch die Tunnel-Sperrschicht 110 zu tunneln. Dies führt dazu, dass sich der Bereich der Tunnel-Sperrschicht 110 zwischen diesem freien magnetischen Bereich 108 und der Referenzschicht in einem relativ hohen Widerstandszustand befindet. Die unterschiedlichen Widerstandszustände können verwendet werden, um digitale Werte zu repräsentieren. Der hohe Widerstandszustand kann beispielsweise verwendet werden, um eine digitale „0” zu repräsentieren, während der niedrige Widerstandszustand verwendet werden kann, um eine digitale „1” zu repräsentieren.
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Zusätzlich dazu, dass sie eine längliche Eigenschaft aufweist, kann die MTJ-Struktur an einem oder beiden Enden Speicherbereiche 112 (engl. „reservoir regions”) umfassen. Der Speicherbereich 112 macht das magnetische Moment kreisförmig, so dass kein Streufeld auftritt, das von beiden Enden des länglichen Streifens 106 erzeugt wird. Somit sind die freien magnetischen Schichten 108 in der Nähe der Speicherbereiche 112 nicht durch das Streufeld beeinflusst.
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In einem Beispiel kann die längliche Struktur ausgebildet werden, indem eine allgemeine Pufferschicht 104, eine allgemeine magnetische Referenzschicht 106 und eine allgemeine Tunnel-Sperrschicht abgelagert werden. Ein Photoresist-Material kann dann auf die Tunnel-Sperrschicht aufgebracht werden. Das Photoresist-Material kann dann einer Lichtquelle durch eine Photomaske ausgesetzt werden. Die Photomaske kann strukturiert werden, so dass das Photoresist, wenn es entwickelt wird, Bereiche der Tunnel-Sperrschicht 110 in der Form der länglichen Struktur oder Strukturen bedeckt. Die übrigen freigelegten Bereiche können dann weggeätzt werden. Insbesondere kann sich das Ätzen durch die Tunnel-Sperrschicht 110, die magnetische Referenzschicht 106 und die Pufferschicht 104 bis herunter auf das Substrat erstrecken. Die freien magnetischen Bereiche 108 können dann oben auf der Tunnel-Sperrschicht der länglichen Strukturen abgelagert werden. Andere Verfahren können verwendet werden, um die Struktur, die oben beschrieben und in der 1A dargestellt ist, auszubilden.
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Die 1B ist ein Diagramm, das eine beispielhafte Draufsicht einer länglichen MTJ-Struktur 100 zeigt. In diesem Beispiel sind die Speicherbereiche in einer Diamantform gezeigt. Zusätzlich weisen die freien magnetischen Bereiche 108 eine Ellipsenform auf. Gemäß bestimmten erläuternden Beispielen sind die freien magnetischen Bereiche 108 derart, dass die Länge größer als die Breite ist. Das Verhältnis von Länge zu Breite der freien magnetischen Bereiche 108 kann beispielsweise von etwa 1 bis 4 reichen. Dies trägt dazu bei, dass die magnetischen Referenzschichten eine gute Hystereseschleife aufweisen.
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Hysterese ist die Eigenschaft eines Systems, bei dem die Ausgabe sowohl von der gegenwärtigen Eingabe als auch von früheren Bedingungen beeinflusst wird. Wenn eine Eingabe zu so einem System abwechselnd ansteigt und abfällt, bildet die Ausgabe häufig eine Schleife. MTJ-Vorrichtungen zeigen Hysterese aufgrund der ferromagnetischen Materialien in ihrem Inneren. Somit zeigt sich, wenn die Spannung an dem Übergang zwischen positiven und negativen Spannungen abwechselt, die Ausgabe als eine Schleife.
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Die 2A ist ein Diagramm, das eine beispielhafte gute Hystereseschleife 200 für eine MTJ-Vorrichtung zeigt. Gemäß manchen erläuternden Beispielen gibt die vertikale Achse den Widerstand wieder, während die horizontale Achse 204 das magnetische Moment eines freien magnetischen Bereichs wiedergibt. Die Schleife weist sowohl einen hohen Widerstandszustand 206 als auch einen niedrigen Widerstandszustand 208 auf. Wenn die Richtung des magnetischen Moments negativ ist (entgegengesetzt der Richtung des magnetischen Moments der Referenzschicht), so befindet sich die Vorrichtung in einem hohen Widerstandszustand 206. Die Vorrichtung bleibt so, bis eine angelegte Spannung die Richtung umkehrt (so dass sie parallel zu der Richtung des magnetischen Moments der Referenzschicht ist), so dass sie ausreichend positiv wird, um es zu ermöglichen, dass Elektronen durchtunneln, wodurch ein niedriger Widerstandszustand 208 hervorgerufen wird. Die Vorrichtung bleibt auch in diesem Zustand, bis eine angelegte Spannung die Richtung des magnetischen Moments ausreichend umkehrt, um das Tunneln der Elektronen zu verhindern und die Vorrichtung wieder zurück in den hohen Widerstandszustand 206 zu schalten.
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Die 2B ist ein Diagramm, dass eine beispielhafte schlechte Hystereseschleife 210 für eine MTJ-Struktur zeigt. Wie oben erwähnt kann die Dipol-Wechselwirkung zwischen der freien magnetischen Schicht und der magnetischen Referenzschicht die Hystereseschleife negativ beeinflussen. Insbesondere ist eine Hystereseschleife, die nicht um Null zentriert ist, eine schlechte Hystereseschleife. Die schlechte Hystereseschleife beeinflusst die Schaltungscharakteristika der MTJ-Vorrichtung negativ.
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Die 3A ist ein Diagramm, dass eine beispielhafte Draufsicht einer länglichen MTJ-Struktur zeigt, die Speicherbereiche in Diamantform aufweist. In diesem Beispiel ist die Diamantform eine quadratische Form mit Rändern in einem 45-Grad-Winkel zu der länglichen Struktur 100. Gemäß bestimmten erläuternden Beispielen kann die Länge 304 der Ränder der diamantförmigen Speicherbereiche 302 etwa 1,25-mal die Breite 306 der länglichen Struktur betragen.
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Wie oben erwähnt, tragen die Speicherbereiche dazu bei, dass das Festsetzungsverfahren das magnetische Moment der länglichen Referenzschicht fixiert. In diesem Beispiel wird ein magnetisches Feld an einen oder beide der Speicherbereiche 302 angelegt. Dieses magnetische Feld ist von oben gesehen in einer Richtung im Uhrzeigersinn 312 ausgerichtet. Dies führt dazu, dass das magnetische Moment der länglichen magnetischen Referenzschicht in eine Richtung 308 deutet, die nach links zeigt. Die freien Bereiche 108, die parallel zu der Referenzschicht auch nach links zeigen, befinden sich in einem niedrigen Widerstandszustand. Umgekehrt befinden sich die freien Bereiche 108, die in die entgegengesetzte Richtung zeigen, in einem hohen Widerstandszustand.
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Die 3B ist ein Diagramm, das eine beispielhafte Draufsicht einer länglichen MTJ-Struktur zeigt, die Speicherbereiche in Ellipsenform 312 aufweist. Solche Speicherbereiche 312 können ähnlich den Speicherbereichen 302 wirken, die in der 3A gezeigt sind. Insbesondere führt ein magnetisches Feld 312 im Uhrzeigersinn dazu, dass die längliche magnetische Referenzschicht ein magnetisches Moment aufweist, das von oben betrachtet nach links zeigt. Die Speicherbereiche können in einer Vielzahl von Formen ausgebildet sein. Verschiedene Polygon-, Kreis- oder Ellipsenformen können beispielsweise verwendet werden.
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Die 4A ist ein Diagramm, das eine beispielhafte Draufsicht eines ausgerichteten länglichen MTJ-Arrays 400 zeigt. Gemäß bestimmten erläuternden Beispielen kann ein Speicherarray hergestellt werden, indem eine Anzahl von Linien 404 in einer Reihe ausgebildet wird. Jede der Linien 404 gehört zu einer länglichen Struktur, wie sie in den 1A und 1B dargestellt ist. In diesem Beispiel ist eine Linie mit angrenzenden Linien ausgerichtet. Jede der Linien liegt in einem festgelegten Abstand 402 von angrenzenden bzw. benachbarten Linien. Dieser Abstand 402 kann unter Berücksichtigung einer Vielzahl von Faktoren festgegelgt sein, einschließlich Strukturierungseinschränkungen und Problemen mit Übersprechen zwischen zwei angrenzenden Linien.
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Die 4B ist ein Diagramm, das eine beispielhafte Draufsicht eines versetzten länglichen MTJ-Arrays 410 zeigt. Gemäß bestimmten erläuternden Beispielen kann jede der Linien 404 gegenüber angrenzenden Linien versetzt sein. Diese Versetzung kann strukturiert sein. Insbesondere kann jede zweite Linie 404 um einen bestimmten Abstand 414 versetzt sein. Dies kann es ermöglichen, dass der Abstand 412 zwischen Linien verringert wird, was einen Array mit insgesamt höherer Dichte ermöglicht. Zusätzlich kann, weil die Speicherbereiche versetzt sind, weniger Übersprechen zwischen angrenzenden Speicherbereichen auftreten.
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Die 5 ist ein Diagramm, das eine beispielhafte Schnittdarstellung einer länglichen MTJ-Struktur zeigt, die obere und untere Kontakte umfasst. Wie oben erwähnt, verwendet eine MTJ-Speicherzelle den Widerstandszustand der Tunnel-Sperrschicht 110 zwischen einem freien magnetischen Bereich 108 und der magnetischen Referenzschicht 106, um Daten zu speichern. Dieser Widerstandszustand wird durch das magnetische Moment des freien magnetischen Bereichs 108 beeinflusst. Das magnetische Moment des freien Bereichs 108 kann geändert werden, indem verschiedene elektrische Bedingungen angelegt werden, wie etwa eine Spannung. Somit werden, um die Spannung anzulegen, Kontakte 502, 504 ausgebildet, die mit den freien magnetischen Bereichen 108 und der magnetischen Referenzschicht 106 verbunden sind.
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Die oberen Kontakte 502 verbinden die freien magnetischen Bereiche 108 mit Schaltungen, die die Spannung anlegen, die benötigt wird, um den Widerstandszustand der Tunnel-Sperrschicht an bestimmten Bereichen festzulegen oder zu lesen. Die unteren Kontakte sind durch das Substrat 102 und die Pufferschicht 104 hindurch ausgebildet, um mit der magnetischen Referenzschicht 106 verbunden zu sein. Die unteren Kontakte 504 sind auch mit Schaltungen verbunden, die die Spannung anlegen, die benötigt wird, um den Widerstandszustand der Tunnel-Sperrschicht in bestimmten Bereichen festzulegen oder zu lesen.
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Die Kontakte 502, 504 bilden Teile einer MTJ-Speicherzelle 508 für einen jeden freien magnetischen Bereich 108. Durch das Anlegen einer Spannung zwischen einem zugehörigen oberen Kontakt 502 und einem unteren Kontakt 504 kann elektrischer Strom 506 durch die Tunnel-Sperrschicht fließen, wenn sich der freie magnetische Bereich 108 in dem geeigneten Zustand befindet. Während nur vier freie magnetische Bereiche 108 entlang der länglichen Struktur dargestellt sind, kann eine praktische längliche Struktur eine viel größere Anzahl von freien magnetischen Bereichen aufweisen.
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Die 6 ist ein Flussdiagramm, das ein beispielhaftes Verfahren 600 zum Ausbilden einer länglichen MTJ-Struktur zeigt. Gemäß bestimmten erläuternden Beispielen umfasst das Verfahren einen Schritt 602 des Ausbildens einer Pufferschicht auf einem Substrat. Das Verfahren umfasst weiter einen Schritt 604 des Ausbildens einer magnetischen Referenzschicht auf der Pufferschicht. Das Verfahren umfasst weiter einen Schritt 606 des Ausbildens einer Tunnel-Sperrschicht auf der magnetischen Referenzschicht. Das Verfahren umfasst weiter einen Schritt 608 des Ausbildens einer Anzahl von getrennten freien magnetischen Bereichen auf der Tunnel-Sperrschicht. Die Pufferschicht, Referenzschicht und Tunnel-Sperrschicht werden jeweils strukturiert, um eine längliche Struktur auszubilden, wobei das Verhältnis von Länge zu Breite der Struktur so ist, dass die magnetische Referenzschicht in einer einzigen magnetischen Richtung fixiert ist.
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Gemäß bestimmten erläuternden Beispielen umfasst eine Vorrichtung mit magnetoresistiven Tunnelübergang-(MTJ eine längliche MTJ-Struktur, die auf einem Substrat ausgebildet ist, wobei die MTJ-Struktur eine magnetische Referenzschicht und eine Tunnel-Sperrschicht umfasst. Die MTJ-Vorrichtung umfasst auch eine Anzahl von getrennten freien magnetischen Bereichen, die auf der Tunnel-Sperrschicht angeordnet sind. Das Verhältnis von Länge zu Breite der länglichen MTJ-Struktur ist derart, dass das magnetische Feld der magnetischen Referenzschicht in einer einzigen Richtung fixiert ist.
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Gemäß bestimmten erläuternden Beispielen umfasst ein magnetischer Tunnelübergangs-(MTJ)-Speicherarray eine Anzahl von länglichen Linien, die auf einem Substrat ausgebildet sind. Jede der Linien umfasst eine magnetische Referenzschicht, eine Tunnel-Sperrschicht und eine Anzahl von getrennten freien magnetischen Bereichen, die entlang der Tunnel-Sperrschicht ausgebildet sind, wobei jeder der freien magnetischen Bereiche eine Speicherzelle bildet. Das Verhältnis von Länge zu Breite der länglichen MTJ-Struktur ist derart, dass das magnetische Feld der magnetischen Referenzschicht in einer einzigen Richtung fixiert ist.
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Ein Verfahren zum Ausbilden einer magnetoresistiven Tunnelübergangs-(MTJ)-Struktur umfasst das Ausbilden einer Pufferschicht auf einem Substrat, das Ausbilden einer magnetischen Referenzschicht auf der Pufferschicht, das Ausbilden einer Tunnel-Sperrschicht auf der magnetischen Referenzschicht und das Ausbilden einer Anzahl von getrennten freien magnetischen Bereichen auf der Tunnel-Sperrschicht. Die Pufferschicht, Referenzschicht und Tunnel-Sperrschicht werden jeweils strukturiert, um eine längliche Struktur auszubilden, wobei das Verhältnis von Länge zu Breite der Struktur derart ist, dass die magnetische Referenzschicht in einer einzigen magnetischen Richtung fixiert ist.
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Es versteht sich, dass die verschiedenen unterschiedlichen Kombinationen der oben angegebenen Ausführungsformen und Schritte in verschiedenen Abfolgen oder parallel verwendet werden können und dass es keinen bestimmten Schritt gibt, der entscheidend oder notwendig ist. Zusätzlich wird man anerkennen, dass obwohl der Begriff „Elektrode” hier verwendet wird, der Begriff das Konzept eines „Elektroden-Kontakts” umfasst. Darüber hinaus können Merkmale, die oben mit Bezug auf manche Ausführungsformen gezeigt und beschrieben sind, mit Merkmalen kombiniert werden, die oben mit Bezug auf andere Ausführungsformen gezeigt und beschrieben sind. Somit sollen alle solche Modifikationen in dem Schutzumfang dieser Erfindung umfasst sein.
