DE102018105979A1 - MRAM-Speicherzelle mit gesteuerter Gate-Spannung und mit senkrechtem Spinbahnmoment - Google Patents

MRAM-Speicherzelle mit gesteuerter Gate-Spannung und mit senkrechtem Spinbahnmoment Download PDF

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Abstract

Eine magnetoresistive Direktzugriffsspeicherzelle mit vier Anschlüssen umfasst einen magnetischen Tunnelkontakt-Stapel, eine ferroelektrische Schicht und eine nicht-ferromagnetische Spinpolarisationsschicht zwischen dem magnetischen Tunnelkontakt-Stapel und der ferroelektrischen Schicht. Der magnetische Tunnelkontakt enthält eine erste Schicht mit einer festen Magnetisierungsrichtung, eine freie Schicht, die zum Ändern der Magnetisierungsrichtung fähig ist, und eine Isolationsschicht zwischen der ersten Schicht und der freien Schicht. Die nicht-ferromagnetische Spinpolarisationsschicht ist konfiguriert, senkrechte Spinpolarisation in Reaktion auf elektrischen Strom durch die nicht-ferromagnetische Spinpolarisationsschicht und eine Spannung, die an der ferroelektrischen Schicht aufgenommen wird, zu erzeugen. Die senkrechte Spinpolarisation übt ein Moment auf die freie Schicht aus, um die Magnetisierungsrichtung der freien Schicht zu ändern.

Description

  • Hintergrund
  • Speicher wird weithin in verschiedenen elektronischen Vorrichtungen wie z. B. Mobiltelefonen, Digitalkameras, persönlichen digitalen Assistenten, Medizinelektronik, mobilen Berechnungsvorrichtungen, nicht mobilen Berechnungsvorrichtungen und Datenservern verwendet. Speicher kann nichtflüchtigen Speicher oder flüchtigen Speicher umfassen. Ein nichtflüchtiger Speicher ermöglicht, dass Informationen gespeichert und abgerufen werden, selbst wenn der nichtflüchtige Speicher nicht mit einer Energiequelle (z. B. einer Batterie) verbunden ist.
  • Ein Beispiel für einen nichtflüchtigen Speicher ist magnetoresistiver Direktzugriffsspeicher (MRAM), der Magnetisierung verwendet, um gespeicherte Daten zu repräsentieren, im Gegensatz zu anderen Speichertechnologien, die elektronische Ladungen verwenden, um Daten zu speichern. Allgemein enthält MRAM eine große Anzahl magnetischer Speicherzellen, die auf einem Halbleitersubstrat gebildet sind, wobei jede Speicherzelle ein Datenbit repräsentiert. Ein Bit von Daten wird in eine Speicherzelle durch Ändern der Magnetisierungsrichtung eines magnetischen Elements innerhalb der Speicherzelle geschrieben, und ein Bit wird durch Messen des Widerstands der Speicherzelle gelesen (z. B. repräsentiert niedriger Widerstand typischerweise ein „0“-Bit, und hoher Widerstand repräsentiert typischerweise ein „1“-Bit).
  • Obwohl MRAM eine vielversprechende Technologie ist, war früherer MRAM-Speicher unzuverlässig, arbeitete ineffizient und/oder hat nicht deterministisch umgeschaltet.
  • Figurenliste
  • Gleich nummerierte Elemente beziehen sich auf gemeinsame Komponenten in den unterschiedlichen Figuren.
    • 1 ist ein Blockdiagramm einer MRAM-Speicherzelle.
    • 2 ist ein Blockdiagramm einer MRAM-Speicherzelle während einer Schreiboperation.
    • 3 ist ein Blockdiagramm einer MRAM-Speicherzelle während einer Schreiboperation.
    • 4 ist ein Blockdiagramm einer MRAM-Speicherzelle während einer Leseoperation.
    • 5 bildet einen Abschnitt eines Kreuzungspunkt-Array während einer Schreiboperation ab.
    • 6 bildet einen Abschnitt eines Kreuzungspunkt-Array während einer Leseoperation ab.
    • 7 ist ein Blockdiagramm eines Speichersystems, das viele MRAM-Speicherzellen enthält.
    • 8 ist ein Ablaufplan, der eine Ausführungsform eines Prozesses zum Herstellen der MRAM-Speicherzelle von 1 beschreibt.
    • 9A-9D bilden verschiedene Stufen einer MRAM-Speicherzelle ab, die gemäß dem Prozess von 8 hergestellt wird.
    • 10A-10D bilden verschiedene Stufen einer MRAM-Speicherzelle ab, die hergestellt wird.
  • AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG
  • Es wird eine magnetoresistive Direktzugriffsspeicherzelle vorgeschlagen, die einen magnetischen Tunnelkontakt-Stapel, eine ferroelektrische Schicht und eine nicht-ferromagnetische Spinpolarisationsschicht zwischen dem magnetischen Tunnelkontakt-Stapel und der ferroelektrischen Schicht umfasst. Eine Ausführungsform des magnetischen Tunnelkontakts enthält eine erste Schicht mit einer festen Magnetisierungsrichtung, eine freie Schicht, die zum Ändern der Magnetisierungsrichtung fähig ist, und eine Isolationsschicht zwischen der ersten Schicht und der freien Schicht. Die nicht-ferromagnetische Spinpolarisationsschicht ist konfiguriert, senkrechte Spinpolarisation in Reaktion auf elektrischen Strom durch die nicht-ferromagnetische Spinpolarisationsschicht und eine Spannung, die an der ferroelektrischen Schicht angelegt ist, zu erzeugen. Die senkrechte Spinpolarisation übt ein Moment auf die freie Schicht aus, um die Magnetisierungsrichtung der freien Schicht zu ändern.
  • 1 ist eine schematische perspektivische Ansicht einer Ausführungsform der vorgeschlagenen MRAM-Speicherzelle 100, die das Spinbahnmoment (SOT) zum Umschalten verwendet. Für die Zwecke dieses Dokuments ist eine Speicherzelle eine Einheit zum Speichern in einem Speichersystem. Die Speicherzelle 100 enthält vier Anschlüsse A, B, C und D; den magnetischen Tunnelkontakt-Stapel (MTJ-Stapel) 101; die nicht-ferromagnetische Spinpolarisationsschicht 120 (auch als eine Metallschicht bezeichnet), die ferroelektrische Schicht 122 und die Gate-Elektrode 124.
  • Im Allgemeinen ist ein magnetischer Tunnelkontakt (MTJ) eine Einrichtung, die zwei Ferromagnete, die durch einen dünnen Isolator getrennt sind, umfasst. Somit enthält eine Ausführungsform des MTJ-Stapels 101 eine Verankerungsschicht, eine freie Schicht und eine Tunnelsperre (Isolationsschicht) zwischen der Verankerungsschicht und der freien Schicht. Der MTJ-Stapel 101 kann außerdem mehr als drei Schichten aufweisen. Beispielsweise, wie in 1 abgebildet ist, umfasst der MTJ-Stapel 101 die Verankerungsschicht (PL) 102, die Zwischenschicht-Kopplungsschicht (ILC-Schicht) 104, die Referenzschicht (RL) 106, die Tunnelsperre (TB) 108 und die freie Schicht (FL) 110. Die Verankerungsschicht 102 und die Referenzschicht 106 weisen feste Magnetisierungsrichtungen auf, was bedeutet, dass sich ihre Magnetisierungsrichtung nicht ändert. Die Verankerungsschicht 102 kann viele verschiedene Typen von Materialien sein, die mehrere Schichten aus Kobalt und/oder einer Legierung aus Kobalt und Eisen enthalten (jedoch nicht darauf beschränkt sind). Die Referenzschicht 106 kann viele verschiedene Typen von Materialien sein, die mehrere Schichten aus Kobalt und einer Legierung aus Kobalt, Eisen und Bor enthalten (jedoch nicht darauf beschränkt sind). In einem Beispiel ist die ILC-Schicht 104 aus Ruthenium hergestellt; es können jedoch andere Materialien verwendet sein. Die Verankerungsschicht 102 weist eine Magnetisierungsrichtung auf, die der Richtung der Referenzschicht 106 entgegengesetzt ist. Beispielsweise zeigt 1, dass die Magnetisierungsrichtung der Verankerungsschicht 102 abwärts und die Magnetisierungsrichtung der Referenzschicht 106 aufwärts ist. Die Magnetisierungsrichtung sowohl der Verankerungsschicht 102 als auch der Referenzschicht 106 sind senkrecht zu der ebenengleichen Richtung. Die Magnetisierung der Referenzschicht 106 löscht die Magnetisierung der Verankerungsschicht 102 weitgehend aus (oder umgekehrt), um als Ganzes eine kombinierte Schicht mit einer Netto-Magnetisierung nahe null zu erzeugen. Die ILC-Schicht 104 begünstigt diese antiparallele (d. h. antiferromagnetische) Kopplung zwischen der Verankerungsschicht 102 und der Referenzschicht 106. Die Verankerungsschicht 102 ist mit dem Anschluss A (dem ersten Anschluss) verbunden.
  • In einer Ausführungsform ist die Tunnelsperre 108 aus Magnesiumoxid (MgO) hergestellt; es können jedoch andere Materialien verwendet sein. Die Tunnelsperre 108 ist zwischen der freien Schicht 110 und der einen oder mehreren Schichten mit fester Magnetisierung positioniert; deshalb ist in einer Ausführungsform die Tunnelsperre 108 zwischen der freien Schicht 110 und der Referenzschicht 106 positioniert. Die freie Schicht ist ein ferromagnetisches Metall, das die Fähigkeit besitzt, seine Magnetisierungsrichtung zu ändern/umzuschalten. Mehrfachschichten, die auf Übergangsmetallen wie Co, Fe und ihren Legierungen basieren, können verwendet sein, um die freie Schicht 110 zu bilden. In einer Ausführungsform umfasst die freie Schicht 110 eine Legierung aus Kobalt, Eisen und Bor. In einer Ausführungsform weist die freie Schicht 110 eine Magnetisierungsrichtung auf, die zwischen aufwärts und abwärts umgeschaltet werden kann. Somit ist die Magnetisierungsrichtung der freien Schicht 110 senkrecht zu der ebenengleichen Richtung.
  • Falls die Magnetisierungsrichtung der freien Schicht 110 parallel zu der Magnetisierungsrichtung der Referenzschicht 106 ist, dann weist die Speicherzelle 110 einen niedrigeren Widerstand auf. Falls die Magnetisierungsrichtung der freien Schicht 110 antiparallel zu der Magnetisierungsrichtung der Referenzschicht 106 ist, dann weist die Speicherzelle 110 einen höheren Widerstand auf. In einigen Ausführungsformen repräsentiert niedriger Widerstand ein „0“-Bit, und hoher Widerstand repräsentiert ein „1“-Bit, oder umgekehrt.
  • Die ferroelektrische Schicht 122 ist eine ferroelektrische Substanz, die eine permanente elektrische Polarisierung zeigt, deren Stärke mit dem angelegten elektrischen Feld variiert. Ein Beispiel einer ferroelektrischen Schicht 122 ist Hf0,5Zr0,5O2, das eine Dicke von weniger als 20 nm aufweist. In anderen Beispielen ist die ferroelektrischen Schicht 122 Hf0,5Zr0,5O2, das eine Dicke von weniger als 30 nm aufweist. Eine Implementierung enthält eine 10 nm dicke polarisierte dünne Schicht aus Hf0,5Zr0,5O2, das bei 350 Grad Celsius getempert ist, um eine Schicht mit orthorhombischer Phase zu erzeugen. Die Gate-Elektrode 124, die unterhalb der ferroelektrischen Schicht 122 positioniert ist, ist eine Standard-Metallleitung wie z. B. Kupfer. Der Anschluss B (der zweite Anschluss) ist mit der Gate-Elektrode 124 verbunden. Der Anschluss B soll mit der ferroelektrischen Schicht 122 verbunden sein; der Anschluss B kann jedoch so gesehen werden, dass er Teil der oder dasselbe wie die Gate-Elektrode 124 ist.
  • Die Spinpolarisationsschicht 120 ist eine nicht-ferromagnetische Metallschicht. In einigen Ausführungsformen ist die Spinpolarisationsschicht 120 ein Schwermetall wie z. B. Platin (Pt). In anderen Ausführungsformen können andere Metalle verwendet sein, die Wolfram oder Metalle schwerer als Wolfram enthalten. Die Spinpolarisationsschicht 120 ist zwischen dem magnetischen Tunnelkontakt-Stapel 101 und der ferroelektrischen Schicht 124 positioniert.
  • In einigen früheren MRAM-Speicherzellen ist eine Platinschicht unterhalb des MTJ-Stapels als eine Spin-Hall-Effekt-Schicht (SHE-Schicht) verwendet. Im Allgemeinen kann der SHE verwendet werden, um Spin-Strom zu erzeugen, der in einer Querrichtung (senkrecht zur Ebene) fließt, wenn ein Ladungsstromfluss in Längsrichtung (ebenengleichen Richtung) angelegt wird. Die Spinpolarisationsrichtung eines solchen durch den SHE erzeugten Spinstroms ist in der ebenengleichen Richtung orthogonal zu dem Ladungsstromfluss. Eine SHE-Schicht ist typischerweise ein Schwermetall mit hoher Spinbahnkopplung (und allgemein einer kurzen Spindiffusionslänge entsprechend), beispielsweise Platin. Falls ein Strom ebenengleich durch die SHE-Schicht fließt, wird spinpolarisierter Strom in senkrechter Richtung (aufwärts zu der FL fließend) erzeugt und übt ein Moment auf die freie Schicht 110 über einen Spinübertragungsmechanismus aus und kann die Magnetisierungsrichtung der freien Schicht 110 umschalten. Weil jedoch die Spinpolarisationsrichtung eines solchen durch SHE erzeugten Spinstroms in der ebenengleichen Richtung ist, ist der Spinstrom in hohem Maße ineffizient in seiner Fähigkeit, die Magnetisierungsrichtung der freien Schicht 110, die senkrecht ist, umzuschalten. Somit würde, falls die Speicherzelle 100 keine ferroelektrische Schicht 122 aufweisen würde, das Fließen eines Stroms in der ebenengleichen Richtung (z. B. x-Richtung) zwischen den Anschlüssen C und D zu der Erzeugung von Spinstrom in der orthogonalen Richtung (der nach oben zu der FL 110 fließt) führen, wobei die Spinpolarisationsrichtung eines solchen SHE-erzeugten Spinstroms in der ebenengleichen Richtung orthogonal (z. B. Y-Richtung) zu dem Stromfluss zwischen den Anschlüssen C und D ist.
  • Es ist beobachtet worden, dass durch Anlegen einer positiven Gate-Vorspannung (Spannung) der Schichtwiderstand von Platin drastisch abnimmt und gleichzeitig der anomale Hall-Effekt in der anfangs nicht-magnetischen Platinschicht auftritt, was verursacht, dass die Platinschicht magnetische Eigenschaften zeigt. Somit ist vorgeschlagen, die ferroelektrische Schicht 122 benachbart der Platin-Spinpolarisationsschicht 120 zu positionieren, entweder unmittelbar benachbart oder mit (einem) dazwischenliegenden Material(ien). Eine externe Spannung, die an der ferroelektrischen Schicht 122 aufgenommen wird, erzeugt ein elektrisches Feld über der ferroelektrischen Schicht 122, um den Spinstrom zu verändern, der in der nicht-ferromagnetischen Spinpolarisationsschicht 120 erzeugt wird, um senkrechte Spinpolarisation zu erzeugen, die ein Moment auf den magnetischen Tunnelkontakt-Stapel ausübt. Das heißt, durch Anlegen einer positiven Gate-Spannung, die ein elektrisches Feld über der ferroelektrischen Schicht 122 erzeugt, das kleiner als 1 V/nm ist, über den Anschluss B (und oder Anschluss C) und die Gate-Elektrode 124, während ein elektrischer Strom in der ebenengleicher Richtung zwischen den Anschlüssen C und D angelegt ist (siehe z. B. den elektrischen Strom 126 von dem Anschluss C zum Anschluss D), erzeugt die Spinpolarisationsschicht 120 (die z. B. aus Platin gebildet ist) Spinpolarisation in der senkrechten Richtung (d. h. senkrecht zu der ebenengleichen Richtung) wie z. B. aufwärts oder abwärts. Beispielsweise zeigt 1 die Spinpolarisation 130 mit senkrechter Richtung aufwärts an der Grenzfläche zwischen der Polarisationsschicht 120 und der freien Schicht 110. Somit erzeugt die Spinpolarisationsschicht 120 eine senkrechte Spinpolarisation in Reaktion auf elektrischen Strom durch die nicht-ferromagnetische Spinpolarisationsschicht 120 und eine Spannung, die an der ferroelektrischen Schicht angelegt 122 ist. Die senkrechte Spinpolarisation übt ein Moment auf die freie Schicht 110 aus, um die Magnetisierungsrichtung der freien Schicht 110 zu ändern. Die senkrechte Spinpolarisation ist effizienter als die ebenengleiche Spinpolarisation von MRAM-Speicherzellen mit herkömmlichen SHE-Schichten und ermöglicht das deterministischere Umschalten der freien Schicht 110 ohne Verwendung eines externen Magnetfelds.
  • Die Daten („0“ und „1“), die in der Speicherzelle 100 gespeichert sind, werden durch Messen des Widerstands der Speicherzelle 100 gelesen. Das Lesen wird durch Leiten eines elektrischen Stroms zwischen dem Anschluss A und einem aus Anschluss C oder Anschluss D, um den Widerstand der Speicherzelle 100 zu erfassen, erreicht.
  • Einige frühere MRAM-Vorrichtungen waren Speicherzellen mit zwei Anschlüssen, die gemeinsam verwendete Lese-und Schreibpfade durch den magnetischen Tunnelkontakt enthielten. Die gemeinsam verwendeten Lese- und Schreibpfade erzeugten Probleme für die Haltbarkeit und Zuverlässigkeit. Zum Schreiben sollte die Tunnelsperrschicht in dem magnetischen Tunnelkontakt ausreichend dünn sein (und einen relativ ausreichend niedrigen Widerstand aufweisen), um einen Strom fließen zu lassen, der zum Umschalten notwendig ist. Eine dünne Sperrschicht ist jedoch empfindlicher gegen dielektrischen Durchschlag aufgrund wiederholter Schreiboperationen. Die neue vorgeschlagene Konstruktion von 1 erfordert keinen Schreibstrom, der durch die Tunnelsperre 108 hindurchtritt. Während der Spinstrom in die FL 110 diffundieren kann, wird der Schreibstrom 126 durch die Spinpolarisationsschicht 120 und nicht durch den MTJ 101 geleitet. Das heißt, die erzeugte senkrechte Spinpolarisation, die vorstehend diskutiert ist, diffundiert in die freie Schicht 110 und übt ein Moment auf die freie Schicht 110 aus, um die Magnetisierungsrichtung der freien Schicht 110 zu ändern, ohne dass ein hoher elektrischer Strom durch die Tunnelsperre 108 (die Isolationsschicht) hindurch tritt. In einigen Ausführungsformen übt die erzeugte senkrechte Spinpolarisation ein Moment auf die freie Schicht aus, um die Magnetisierungsrichtung der freien Schicht zu ändern, ohne einen elektrischen Strom durch die Isolationsschicht, der größer als 1 MA/cm2 ist. Es wird darauf hingewiesen, dass senkrechte Spinpolarisation 130 in der Spinpolarisationsschicht 120 auch die Magnetisierung der FL 110 beeinflussen kann und sie schließlich sogar über ein feldähnliches Moment umschalten kann aufgrund eines effektiven dipolaren Magnetfelds, das durch diese spinpolarisierten Elektronen in der senkrechten Richtung erzeugt wird. Dieser Beitrag sollte jedoch weniger effizient sein als die vorstehend genannte Spindiffusion in die FL 101, da sie direkt gegen das senkrechte Anisotropiefeld der FL 101 wirkt.
  • Obwohl vorstehend diskutiert ist, dass einige Ausführungsformen der Struktur von 1 Daten dadurch schreiben, dass sie die senkrechte Spinpolarisation ein Moment auf die freie Schicht ausüben lassen, ohne dass ein elektrischer Strom durch den magnetischen Tunnelkontakt-Stapel fließt, schreiben andere Ausführungsformen Daten dadurch, dass sie die senkrechte Spinpolarisation ein Moment auf die freie Schicht ausüben lassen, während ein kleiner elektrischer Strom durch den magnetischen Tunnelkontakt-Stapel fließt. Beispielsweise übt in einer Ausführungsform die erzeugte senkrechte Spinpolarisation ein Moment auf die freie Schicht aus, um die Magnetisierungsrichtung der freien Schicht zu ändern, ohne einen elektrischen Strom durch die Isolationsschicht, der größer als 1 MA/cm2 ist.
  • Einige Ausführungsformen können einen Abstandshalter zwischen der Spinpolarisationsschicht 120 und der freien Schicht 110 enthalten, um die Kopplung zu verstärken, während in anderen Ausführungsformen die Spinpolarisationsschicht 120 der freien Schicht 110 direkt benachbart ist und sie berührt.
  • In einer Ausführungsform stellen die Spinpolarisationsschicht 120, die ferroelektrische Schicht 122, die Gate-Elektrode (die Anschluss B enthält) ein Mittel zum Erzeugen von durch elektrischem Strom induzierter Spinpolarisation, die ein Moment auf die freie Schicht 110 ausübt, um die Magnetisierungsrichtung der freien Schicht 110 zu ändern, bereit.
  • Die 2 und 3 bilden die Speicherzelle 100 während Schreiboperationen ab. 2 zeigt die Speicherzelle 100, in die erste Daten geschrieben werden, so dass die Magnetisierungsrichtung der freien Schicht 110 auf eine erste Richtung (z. B. aufwärts) geändert wird, und 3 zeigt die Speicherzelle 100, in die zweite Daten geschrieben werden, so dass die Magnetisierungsrichtung der freien Schicht 110 auf eine zweite Richtung (z. B. abwärts) geändert wird. Somit sind die erste Daten ein anderer Datenwert als die zweiten Daten, beispielsweise können die ersten Daten eine „1“ sein und die zweiten Daten können eine „0“ sein, oder umgekehrt.
  • 2 zeigt den Anschluss A schwebend oder an Masse. Es kann auch eine kleine Spannung verwendet sein. In einigen Ausführungsformen ist während einer Schreiboperation das Signal an dem Anschluss A unerheblich; um jedoch Störungen oder Verschlechterungen an der Tunnelsperre 108 zu vermeiden, wird der Anschluss A an Masse gelegt, ist schwebend, oder es wird eine sehr niedrige Spannung angelegt. Der Anschluss C ist mit einer Schreibspannung Vwrite verbunden, die im Allgemeinen kleiner als 2 V ist, und der Anschluss D ist mit Masse verbunden, so dass elektrischer Strom 126 in einer Längsrichtung (ebenengleichen Richtung) von Anschluss C zu Anschluss D fließt. Es wird darauf hingewiesen, dass der Anschluss D nicht an Masse sein muss, sondern lediglich an einer anderen Spannung im Vergleich zu Anschluss C. Die Spannung Vgate ist an Anschluss B angelegt. Die nicht-ferromagnetische Spinpolarisationsschicht 120 erzeugt senkrechte Spinpolarisation 130 in Reaktion auf elektrischen Strom 126, der durch die nicht-ferromagnetische Spinpolarisationsschicht 120 hindurchtritt, und Vgate, die an der ferroelektrischen Schicht aufgenommen 122 wird. Die senkrechte Spinpolarisation 130 diffundiert in die freie Schicht 110 und übt ein Moment auf die freie Schicht 110 aus, um die Magnetisierungsrichtung der freien Schicht 110 auf die erste Richtung (z. B. aufwärts) zu ändern.
  • 3 zeigt den Anschluss A schwebend oder an Masse. Es kann auch eine kleine Spannung verwendet sein. In einigen Ausführungsformen ist während einer Schreiboperation das Signal an dem Anschluss A unerheblich; um jedoch Störungen oder Verschlechterungen an der Tunnelsperre 108 zu vermeiden, wird der Anschluss A an Masse gelegt, ist schwebend, oder es wird eine sehr niedrige Spannung angelegt. Der Anschluss D ist mit einer Schreibspannung Vwrite verbunden, und der Anschluss C ist mit Masse verbunden, so dass der elektrische Strom 127 in einer Längsrichtung (ebenengleichen Richtung) von Anschluss D zu Anschluss C fließt. Vgate ist an Anschluss B angelegt. Die nicht-ferromagnetische Spinpolarisationsschicht 120 erzeugt senkrechte Spinpolarisation 131 in Reaktion auf elektrischen Strom 127, der durch die nicht-ferromagnetische Spinpolarisationsschicht 120 hindurchtritt, und Vgate, die an der ferroelektrischen Schicht aufgenommen 122 wird. Die senkrechte Spinpolarisation 131 diffundiert in die freie Schicht 110 und übt ein Moment auf die freie Schicht 110 aus, um die Magnetisierungsrichtung der freien Schicht 110 auf die zweite Richtung (z. B. abwärts) zu ändern.
  • 4 bildet die Speicherzelle 100 während einer Leseoperation ab. 4 zeigt den Anschluss B schwebend oder an Masse. Es kann auch eine kleine Spannung verwendet sein. Die Spannung Vread von 0,1 - 0,5 V ist an Anschluss C angelegt. Der Anschluss D ist nicht verbunden oder schwebend. Deshalb wird Strom zwischen Anschluss A und C hindurchtreten. In einer weiteren Ausführungsform ist die Spannung Vread an Anschluss D angelegt und Anschluss C ist nicht mit der Vorrichtung verbunden, was dazu führen wird, dass Strom zwischen den Anschlüssen A und D hindurchtritt. Der Anschluss A ist mit einem Erfassungsverstärker zum Erfassen des Stroms 129 verbunden. In diesem Fall misst der Erfassungsverstärker die Größe des Stroms 129 durch den MTJ (von Anschluss C oder D zu Anschluss A). Der Widerstand des MTJ 101 wird basierend auf dem gemessenen Strom bestimmt. In einer Ausführungsform, falls der Erfassungsverstärker einen hohen Widerstand misst, dann schließt das System, dass ein „1“-Bit gespeichert ist, und falls der Erfassungsverstärker einen niedrigen Widerstand misst, dann schließt das System, dass ein „0“-Bit gespeichert ist, oder umgekehrt.
  • Insgesamt bildet 2 das Anlegen eines elektrischen Stroms 126 in einer ersten Richtung über eine nicht-ferromagnetische Spinpolarisationsschicht, die zwischen einem magnetischen Tunnelkontakt-Stapel 101 und einer ferroelektrischen Schicht 122 positioniert ist, und Anlegen einer Spannung Vgate an die ferroelektrische Schicht 122 ab, während des Anlegens des elektrischen Strom, um eine senkrechte Spinpolarisation 130 in der nicht-ferromagnetischen Spinpolarisationsschicht 126 zu erzeugen, die ein Moment auf den magnetischen Tunnelkontakt-Stapel 101 (z. B. auf die freie Schicht 110) ausübt, um die Magnetisierungsrichtung eines Abschnitts des magnetischen Tunnelkontakt-Stapels zu ändern (z. B. zu der freien Schicht 110). 3 bildet das Anlegen eines elektrischen Stroms 127 in einer zweiten Richtung über die nicht-ferromagnetische Spinpolarisationsschicht 120 ab, wobei das Anlegen des elektrischen Stroms in der ersten Richtung zum Schreiben erster Daten in den magnetischen Tunnelkontakt-Stapel führt und das Anlegen des elektrischen Stroms in der zweiten Richtung zum Schreiben zweiter Daten in den magnetischen Tunnelkontakt-Stapel führt. Die ersten Daten sind ein anderer Datenwert als die zweiten Daten. 4 bildet das Anlegen eines Stroms 120 durch den magnetischen Tunnelkontakt-Stapel 101 ab, um den Widerstand des magnetischen Tunnelkontakt-Stapels 101 zu erfassen und Daten zu lesen, die in dem magnetischen Tunnelkontakt-Stapel 1091 gespeichert sind (z. B. in der freien Schicht 110 gespeichert sind).
  • 5 bildet einen Abschnitt eines Kreuzungspunkt-Speicher-Array ab, das mehrere nichtflüchtige MRAM-Speicherzellen enthält, die die in 1 abgebildete Struktur aufweisen. Obwohl das Kreuzungspunkt-Speicher-Array Tausende oder Millionen von Speicherzellen enthält, sind in 5 nur vier Speicherzellen abgebildet. Die vier Speicherzellen entsprechen den magnetischen Tunnelkontakt-Stapeln 502, 504, 506 und 508, von denen jeder die Struktur des in 1 abgebildeten magnetischen Tunnelkontakt-Stapels 101 ist. Oberhalb der magnetischen Tunnelkontakt-Stapel 506 und 508 ist die oberste Elektrode 520 in Form einer Schiene. Oberhalb der magnetischen Tunnelkontakt-Stapel 502 und 504 ist die oberste Elektrode 522 in Form einer Schiene. Die obersten Elektroden sind analog dem Anschluss A von 1.
  • Unterhalb der magnetischen Tunnelkontakt-Stapel 502 und 508 sind zwei Schichten, die Spinpolarisationsschicht 532 und die ferroelektrische Schicht 534, die in Kombination in der Form einer Schiene sind. Unterhalb der magnetischen Tunnelkontakt-Stapel 504 und 506 sind zwei Schichten, die Spinpolarisationsschicht 536 und die ferroelektrische Schicht 122, die in Kombination in der Form einer Schiene sind. Die Spinpolarisationsschichten 532 und 536 sind die gleiche Struktur wie die Spinpolarisationsschicht 120 von 1. Die ferroelektrischen Schichten 534 und 538 sind die gleiche Struktur wie die ferroelektrische Schicht 122 von 1. Die Schienen, die die Spinpolarisationsschichten/ferroelektrischen Schichten 532/534 und 536/538 bilden, sind in einer Richtung, die zu den obersten Elektroden 520 und 522 orthogonal ist, verlängert.
  • Unterhalb der magnetischen Tunnelkontakte 506/508 und unterhalb der Schienen, die die Spinpolarisationsschichten/ferroelektrischen Schichten 532/534 und 536/538 umfassen, ist eine Gate-Elektrode 542. Unterhalb der magnetischen Tunnelkontakte 502/504 und unterhalb der Schienen, die die Spinpolarisationsschichten/ferroelektrischen Schichten 532/534 und 536/538 umfassen, ist eine Gate-Elektrode 540. Die Gate-Elektroden 540 und 542 sind analog der Gate-Elektrode 124 von 1 (und können auch den Anschluss D von 1 enthalten). Die Gate-Elektroden 540/542 sind in einer Richtung verlängert, die zu den Spinpolarisationsschichten/ferroelektrischen Schichten 532/534 und 536/538 orthogonal ist.
  • 5 zeigt außerdem die Transistoren 550, 552, 554, 556, 560, 562, 564 und 566. Der Transistor 550 verbindet die oberste Elektrode 522 mit der Spannung Vmtj, die eine kleine Spannung, null Volt oder Masse sein kann. Während einer Ausführungsform einer Schreiboperation ist keine Spannung an die oberste Elektrode (an Anschluss A) angelegt; deshalb sind der Transistor 550 und der Transistor 554 abgeschaltet (empfangen eine logische Null an ihrem Gate).
  • Der Transistor 552 verbindet die untere Gate-Elektrode 540 mit Vgate, und der Transistor 556 verbindet die untere Gate-Elektrode 542 mit Vgate. In dem Beispiel von 5 ist die Speicherzelle, die den magnetischen Tunnelkontakt-Stapel 502 enthält, zum Schreiben ausgewählt, und die anderen drei abgebildeten Speicherzellen sind nicht ausgewählt. Deshalb ist die untere Gate-Elektrode 540 durch den Transistor 552 in Reaktion auf eine logische Eins, die an dem Gate des Transistors 552 bereitgestellt ist, mit der Spannung Vgate verbunden. Analog empfängt das Gate des Transistors 556 eine Null, um den Transistor 556 abzuschalten, weil die Speicherzellen für die magnetischen Tunnelkontakte 508 und 506 nicht für die Schreiboperation ausgewählt sind.
  • Die Transistoren 560 und 562 sind mit der Spinpolarisationsschicht 532 verbunden. Diese Transistoren sind analog den Anschlüssen C und D von 1. Der Transistor 560 empfängt eine logische Eins, um anzuschalten und ein Ende der Spinpolarisationsschicht 532 mit Masse zu verbinden, und der Transistor 562 empfängt eine logische Eins an seinem Gate, um das andere Ende der Spinpolarisationsschicht 532 mit Vwrite zu verbinden. Somit wird, während ein Strom über die Spinpolarisationsschicht 532 angelegt ist, eine Spannung an die ferroelektrische Schicht 534 über die Gate-Elektrode 540 angelegt, um die Erzeugung der senkrechten Spinpolarisation in der Spinpolarisationsschicht 532 zu bewirken, die ein Moment auf die freie Schicht des magnetischen Tunnelkontakt-Stapels 502 ausüben wird, um die Magnetisierungsrichtung der freien Schicht zu ändern. Weil die Speicherzellen, die den magnetischen Tunnelkontakten 504 und 506 zugeordnet sind, beide nicht ausgewählt sind, sind sowohl der Transistor 564, der die Spinpolarisationsschicht 536 mit Masse verbindet, als auch der Transistor 566, der die Spinpolarisationsschicht 536 mit Vwrite verbindet, abgeschaltet (da eine logische 0 an ihr Gate angelegt ist). Analog könnte die Stromrichtung in der Polarisationsschicht 532 umgekehrt sein, um die Richtung der Spinpolarisation zu verändern.
  • Es wird darauf hingewiesen, dass 5 die ferroelektrischen Schichten 534 und 536 so zeigt, dass sie orthogonal zu der Gate-Elektrode 540 und der Gate-Elektrode 542 sind. In einer weiteren Ausführungsform sind die ferroelektrischen Schichten 534 und 536 von der gleichen Größe, Form und/oder Richtung wie die Gate-Elektrode 540 und die Gate-Elektrode 542, so dass die ferroelektrischen Schichten 534 und 536 oben auf den Gate-Elektroden 540 und 542 sitzen, um zweischichtige Schienen zu bilden, wobei eine erste Schiene unterhalb der magnetischen Tunnelkontakte 502/504 ist und eine zweite Schiene unterhalb der magnetischen Tunnelkontakte 506/508 ist.
  • 6 bildet die gleiche Struktur ab wie 5, jedoch während einer Leseoperation. Die obersten Elektroden 520 und 522 sind mit den Erfassungsverstärkern 602 und 604 über die Transistoren 554 bzw. 550 verbunden. Weil die Speicherzelle, die dem magnetischen Tunnelkontakt-Stapel 502 zugeordnet ist, zum Lesen ausgewählt ist und die anderen drei Speicherzellen, die in 6 abgebildet sind, nicht ausgewählt sind, ist der Transistor 550 angeschaltet (empfängt eine logische 1 an seinem Gate) und verbindet dadurch den magnetischen Tunnelkontakt-Stapel 502 mit dem Erfassungsverstärker 604, um den Strom (und somit den Widerstand) durch den magnetischen Tunnelkontakt-Stapel 502 zu erfassen. Weil Speicherzellen, die den magnetischen Tunnelkontakt-Stapeln 506 und 508 zugeordnet sind, nicht ausgewählt sind, ist der Transistor 554 abgeschaltet (empfängt eine logische 0 an seinem Gate). Da 6 eine Leseoperation abbildet, ist es nicht notwendig, dass eine Gate-Spannung an die ferroelektrischen Schichten angelegt wird; deshalb sind der Transistor 552 und der Transistor 556 abgeschaltet (empfangen eine logische 0 an ihren Gates). Der Transistor 562 verbindet die Spinpolarisationsschicht 532 mit Vread, und der Transistor 560 ist abgeschaltet, so dass der Lesestrom durch den magnetischen Tunnelkontakt-Stapel 502 fließt. Der Transistor 566 verbindet die Spinpolarisationsschicht 536 mit Vread, und der Transistor 564 verbindet die Spinpolarisationsschicht 536 mit Masse. Da die Speicherzelle, die dem magnetischen Tunnelkontakt-Stapel 502 zugeordnet ist, ausgewählt ist, ist der Transistor 562 angeschaltet, so dass Vread an die Spinpolarisationsschicht 532 angelegt ist, um einen Strom durch den magnetischen Tunnelkontakt-Stapel 502 hindurch zu dem Erfassungsverstärker 604 zu lenken. Da die Speicherzellen, die den magnetischen Tunnelkontakt-Stapeln 504 und 506 zugeordnet sind, nicht ausgewählt sind, sind die Transistoren 564 und 566 beide abgeschaltet (empfangen eine logische 0 an ihren Gates). Eine alternative Operation ist es, den Transistor 560 und den Transistor 562 beide mit Vread verbunden zu lassen und beide Transistoren (560 und 562) angeschaltet zu lassen. Es wird darauf hingewiesen, dass die Richtung des Stroms, der durch den Verstärker 604 geschickt wird, in diesem Fall geändert sein kann.
  • 7 ist ein Blockdiagramm, das ein Beispiel eines Speichersystems 700 abbildet, das die hier beschriebene Technologie implementieren kann. Das Speichersystem 700 enthält ein Speicher-Array 702, das Tausende oder Millionen irgendwelcher Speicherzellen enthalten kann, wie vorstehend mit Bezug auf die 1-6 beschrieben. Die Array-Anschlussleitungen des Speicher-Array 702 enthalten die verschiedenen Schicht(en) von Wortleitungen, die als Zeilen organisiert sind, und die verschiedenen Schicht(en) aus Bitleitungen, die als Spalten organisiert sind. Es können jedoch andere Orientierungen implementiert sein. Das Speichersystem 700 enthält eine Zeilensteuerungsschaltungsanordnung 720, deren Ausgänge 708 mit entsprechenden Wortleitungen des Speicher-Array 702 verbunden sind. Die Zeilensteuerungsschaltungsanordnung 720 empfängt eine Gruppe von M Zeilenadressensignalen und ein oder mehrere verschiedene Steuersignale von der Systemsteuerungslogikschaltung 770 und kann typischerweise solche Schaltungen wie Zeilendecodierer 722, Array-Anschlusstreiber 724 und Blockauswahlschaltungsanordnung 726 für sowohl Lese- als auch Schreiboperationen enthalten. Das Speichersystem 700 enthält außerdem die Spaltensteuerungsschaltungsanordnung 710, deren Eingang/Ausgänge 706 mit entsprechenden Bitleitungen des Speicher-Array 702 verbunden sind. Die Spaltensteuerungsschaltungsanordnung 706 empfängt eine Gruppe von N Spaltenadressensignalen und ein oder mehrere verschiedene Steuersignale von der Systemsteuerlogik 770 und kann typischerweise solche Schaltungen wie Spaltendecodierer 712, Array-Anschlussempfänger oder Treiber 714, Blockauswahlschaltungsanordnung 716 und außerdem Lese/Schreib-Schaltungsanordnung und I/O-Multiplexer enthalten. Die Systemsteuerlogik 770 empfängt von Daten und Befehlen von einem Host und stellt Ausgabedaten für den Host bereit. In anderen Ausführungsformen empfängt die Systemsteuerlogik 770 Daten und Befehle von einer separaten Steuereinheitsschaltung und stellt Ausgabedaten für diese Steuereinheitsschaltung bereit, wobei die Steuereinheitsschaltung mit dem Host kommuniziert. Die Systemsteuerlogik 770 kann einen oder mehrere Zustandsautomaten, Register und andere Steuerlogik zum Steuern des Betriebs des Speichersystems 700 enthalten.
  • In einer Ausführungsform sind alle in 7 abgebildeten Komponenten auf einer einzigen integrierten Schaltung angeordnet. Beispielsweise sind die Systemsteuerlogik 770, die Spaltensteuerungsschaltungsanordnung 710 und die Zeilensteuerungsschaltungsanordnung 720 auf der Oberfläche eines Substrats gebildet, und das Speicher-Array 702 ist ein monolithisches Speicher-Array, das oberhalb des Substrats (und deshalb über der Systemsteuerlogik 770, der Spaltensteuerungsschaltungsanordnung 710 und der Zeilensteuerungsschaltungsanordnung 720) gebildet ist. In einigen Fällen kann ein Abschnitt der Steuerschaltungsanordnung auf den gleichen Schichten wie ein Teil des Speicher-Array gebildet sein.
  • Integrierte Schaltungen, die ein Speicher-Array beinhalten, unterteilen das Array normalerweise in eine Anzahl von Sub-Arrays oder Blöcken. Blöcke sind eine zusammenhängende Gruppe von Speicherzellen, die zusammenhängende Wort- und Bitleitungen aufweisen, die im Allgemeinen nicht durch Decodierer, Treiber, Erfassungsverstärker und Eingabe/Ausgabe-Schaltungen unterbrochen sind.
  • In einer Ausführungsform können irgendeines oder irgendeine Kombination aus der Zeilensteuerungsschaltungsanordnung 702, den Zeilendecodierern 722, den Array-Treibern 724, den Blockauswahleinheiten 726, der Spaltensteuerungsschaltungsanordnung 710, den Spaltendecodierern 712, der Treiberschaltungsanordnung 714, den Blockauswahlschaltungen 716 und/oder der Systemsteuerlogik 770 als eine Steuerschaltung betrachtet werden, die mit den Speicherzellen des Speicher-Array 702 verbunden ist und konfiguriert ist, nichtflüchtige Daten durch Ändern der Magnetisierungsrichtung der freien Schichten der Speicherzellen in die Speicherzelle zu programmieren.
  • 8 ist ein Ablaufplan, der eine Ausführungsform eines Prozesses zum Herstellen der MRAM-Speicherzelle von 1 beschreibt, so dass sie Teil eines Kreuzungspunkt-Speicher-Array (oder einer andere Speicherstruktur) ist, wie in den 5 und 6 abgebildet. In Schritt 802 wird eine Gate-Schicht auf einem Substrat oder auf einer Isolatorschicht aufgebracht und strukturiert. Beispielsweise wird die untere Gate-Elektrode 124 von 1 auf einem Substrat aufgebracht. Photoresist und eine harte Maske werden verwendet, um die untere Gate-Schicht in Schienen zu strukturieren. In Schritt 804 wird eine ferroelektrische Schicht auf der Gate-Schicht aufgebracht. Beispielsweise wird ein dünner polarisierter Film aus Hafnium-Zirkonium-Oxid (Hf0,5Zr0,5O2) auf einer unteren Leitung aufgebracht, wo der Rahmen der thermischen Bearbeitung unterhalb von 400 Grad Celsius bleibt. Darüber hinaus kann der Hafnium-Zirkonium-Oxid-Film durch konforme ALD (Atomlagenabscheidung) als eine Option für dreidimensionale integrierte Vorrichtungen aufgebracht werden. In einigen Ausführungsformen wird der Film mit Temperaturen aufgebracht, die im Bereich von 200 bis 400 Grad Celsius liegen. In anderen Ausführungsformen wird der Film mit Temperaturen aufgebracht, die im Bereich von 300 bis 400 Grad Celsius liegen. Die hohe Temperatur setzt das Hafnium-Zirkonium-Oxid in eine ferroelektrische Schicht um. In einer Ausführungsform weist der Film aus Hafnium-Zirkonium-Oxid eine Dicke auf, die weniger als 20 nm ist. 9A bildet die Struktur am Ende von Schritt 804 ab. Wie zu sehen ist, ist eine ferroelektrische Schicht 904 auf der Gate-Schicht 902 vorhanden. Die Gate-Schicht 902 wurde in Schritt 802 aufgebracht. Die ferroelektrische Schicht 904 wurde in Schritt 804 aufgebracht. Weil die Gate-Schicht 902 in Schritt 802 strukturiert wurde, scheint sie in 9A schmaler zu sein. In einer Ausführungsform ist die ferroelektrische Schicht 904 analog den ferroelektrischen Schichten 534 und 538 von 5.
  • In Schritt 806 von 8 wird eine Spinpolarisationsschicht auf der ferroelektrischen Schicht aufgebracht. In Schritt 808 wird eine freie Schicht auf der Spinpolarisationsschicht aufgebracht. In Schritt 810 wird eine Tunnelsperrschicht auf der freien Schicht aufgebracht. In Schritt 812 wird eine Referenzschicht auf der Tunnelsperre aufgebracht. In Schritt 814 wird eine Zwischenschicht-Kopplungsschicht auf der Referenzschicht aufgebracht. In Schritt 816 wird eine Verankerungsschicht auf der Zwischenschicht-Kopplungsschicht aufgebracht. Das Aufbringen der Schritte 806 bis einschließlich 816 kann unter Verwendung von sputternder ALD, CVD (chemische Gasphasenabscheidung) oder anderer Prozesse ausgeführt werden. 9B bildet die Struktur am Ende von Schritt 816 ab. Wie zu sehen ist, enthält die Struktur die Gate-Schicht 902, die ferroelektrische Schicht 904 auf der Gate-Schicht 902, die Spinpolarisationsschicht 906 oberhalb der ferroelektrischen Schicht 904, die freie Schicht 908 auf der Spinpolarisationsschicht 906, die Tunnelsperrschicht 910 oberhalb der freien Schicht 908, die Referenzschicht 912 auf der Tunnelsperrschicht 910, die Zwischenschicht-Kopplungsschicht 914 oberhalb der Referenzschicht 912 und die Verankerungsschicht 916 oberhalb der Zwischenschicht-Kopplungsschicht 914. Die Spinpolarisationsschicht 906 ist analog der Spinpolarisationsschicht 532 und 536 von 5.
  • In Schritt 818 von 8 wird unter Verwendung von Photoresist und einer harten Maske Strukturieren für den magnetischen Tunnelkontakt ausgeführt. Ionendünnungsätzen mit Rückführung von Materialien unter Verwendung von lonenmassenspektroskopie wird verwendet, um die Verankerungsschicht, die Zwischenschicht-Kopplungsschicht, die Referenzschicht, die Tunnelsperre und die freie Schicht zu ätzen. In einer Ausführungsform wird der in Schritt 918 geätzte magnetische Tunnelkontakt-Stapel in einen Kreis geätzt. In anderen Ausführungsformen wird der magnetischen Tunnelkontakt-Stapel in eine Ellipse oder eine andere Form geätzt. 9C bildet eine seitliche Querschnittsansicht der Struktur nach Schritt 818 ab. Wie zu sehen ist, sind die freie Schicht 908, die Tunnelsperrschicht 910, die Referenzschicht 912, die Zwischenschicht-Kopplungsschicht 914 und die Verankerungsschicht 916 geätzt worden (und erscheinen deshalb schmaler). Die ferroelektrische Schicht 904 und die Spinpolarisationsschicht 906 sind jedoch noch nicht geätzt worden. Die Gate-Schicht 902 wurde früher strukturiert. Es wird darauf hingewiesen, dass die Breite und Ausrichtung der Gate-Schicht 902 nicht die gleiche wie die der Schichten 908-916 sein kann. Die freie Schicht 908, die Tunnelsperrschicht 910, die Referenzschicht 912, die Zwischenschicht-Kopplungsschicht 914 und die Verankerungsschicht 916 entsprechen der MTJ 101 von 1 und irgendeinem der magnetischen Tunnelkontakte 502, 504, 506 oder 508 von 5.
  • In Schritt 820 von 8 werden Photoresist und eine harte Maske verwendet, um die Spinpolarisationsschicht 906 und die ferroelektrische Schicht 904 in Schienen zu strukturieren. Ionendünnungsätzen mit Rückführung von Materialien unter Verwendung von lonenmassenspektroskopie wird verwendet, um die Spinpolarisationsschicht und die ferroelektrische Schicht zu ätzen. Alternativ kann reaktives lonenätzen verwendet werden. 9D bildet eine Ansicht aus Vogelperspektive der Struktur am Ende von Schritt 820 ab. Die Oberseite der Verankerungsschicht 916 ist als ein Kreis abgebildet, der das Ätzen der Schichten 908-916 repräsentiert. Es ist zu sehen, dass die Gate-Schicht 902 eine Schiene ist, die zu der Spinpolarisationsschicht 906 orthogonal ist. Die ferroelektrische Schicht 904 ist unterhalb der Spinpolarisationsschicht 906 und ist auf die gleiche Form wie die Spinpolarisationsschicht 906 geätzt worden. Somit werden die Spinpolarisationsschicht 906 und die ferroelektrische Schicht 904 in Schritt 820 in eine erste gemeinsame Struktur geätzt, die in eine erste Richtung verlängert ist, während die untere Gate-Elektrode 902 in Schritt 892 in eine zweite Struktur geätzt wurde, die in eine zweite Richtung orthogonal zu der ersten Richtung verlängert ist, und der magnetische Tunnelkontakt-Stapel in Schritt 818 in eine Form geätzt wird, die nicht verlängert ist und sich von der ersten Struktur und der zweiten Struktur unterscheidet.
  • In Schritt 824 von 8 wird ein offener Raum in der Struktur mit einem Isolator wie z. B. Siliziumoxid (SiO2) gefüllt. In Schritt 826 wird die oberste Elektrode unter Verwendung von ALD, CVD oder eines anderen Prozesses aufgebracht. In Schritt 828 wird die Elektrode strukturiert, um eine Schiene zu bilden, die in derselben Richtung ist wie die untere Gate-Elektrode, die in Schritt 802 strukturiert und geätzt wurde. Das Ergebnis der Schritte 802-828 ist die Struktur der 5 und 6. Somit enthalten die Schritte 802-806 und 820 von 8 das Bilden eines unteren Elektrodenstapels, der eine ferroelektrische Schicht und eine nichtmagnetische Spinpolarisationsschicht umfasst. Die Schritte 808-818 von 8 enthalten das Bilden eines magnetischen Tunnelkontakt-Stapels oberhalb des unteren Elektrodenstapels.
  • Die 5 und 9A-D bilden eine Ausführungsform ab, in der die ferroelektrischen Schichten die gleiche Form, Größe und Orientierung wie die Spinpolarisationsschichten aufweisen und orthogonal zu den Gate-Elektrodenschichten sind. In einer alternativen Ausführungsform weisen die ferroelektrischen Schichten die gleiche Form, Größe und Orientierung wie die Gate-Elektrodenschichten auf und sind orthogonal zu den Spinpolarisationsschichten. Der Prozess von 8 kann mit kleinen Anpassungen verwendet werden, um einen Speicher gemäß dieser alternativen Ausführungsform herzustellen. 10A-D bilden verschiedene Stufen einer MRAM-Speicherzelle ab, die gemäß dem Prozess von 8 gemäß der alternativen Ausführungsform hergestellt wird. In der alternativen Ausführungsform würden die Schritte 802 und 804 das Aufbringen und Strukturieren der Gate-Schicht und der ferroelektrischen Schicht in der gleichen Form, Größe und Orientierung enthalten. Beispielsweise bildet 10A die Gate-Schicht 902 und die ferroelektrische Schicht 904' in der gleichen Form, Größe und Orientierung ab. In der alternativen Ausführungsform würde Schritt 820 das Strukturieren/Ätzen der Spinpolarisationsschicht umfassen, ohne die ferroelektrische Schicht strukturieren/ätzen zu müssen.
  • 10B bildet die Struktur am Ende von Schritt 816 in der alternativen Ausführungsform ab. Wie zu sehen ist, enthält die Struktur die Gate-Schicht 902 und die ferroelektrische Schicht 904', die auf ein schmaleres Profil als die Spinpolarisationsschicht 906, die freie Schicht 908, die Tunnelsperrschicht 910, die Referenzschicht 912, die Zwischenschicht-Kopplungsschicht und die Verankerungsschicht 916 geätzt sind.
  • 10C bildet eine seitliche Querschnittsansicht der Struktur nach Schritt 818 in der alternativen Ausführungsform ab. Wie zu sehen ist, sind die freie Schicht 908, die Tunnelsperrschicht 910, die Referenzschicht 912, die Zwischenschicht-Kopplungsschicht 914 und die Verankerungsschicht 916 geätzt worden (und erscheinen deshalb schmaler). Die Spinpolarisationsschicht 906 ist jedoch noch nicht geätzt worden. Die Gate-Schicht 902 und die ferroelektrische Schicht 904' wurden vorher strukturiert. Es wird darauf hingewiesen, dass die Breite und Ausrichtung der Gate-Schicht 902 und die ferroelektrische Schicht 904' nicht die gleiche wie für die Schichten 908-916 sein kann.
  • 10D bildet eine Ansicht aus Vogelperspektive der Struktur am Ende von Schritt 820 in der alternativen Ausführungsform ab. Die Oberseite der Verankerungsschicht 916 ist als ein Kreis abgebildet, der das Ätzen der Schichten 908-916 repräsentiert. Es ist zu sehen, dass die ferroelektrische Schicht 904' eine Schiene ist, die zu der Spinpolarisationsschicht 906 orthogonal ist. Die Gate-Schicht 902 ist unterhalb der ferroelektrischen Schicht 904' und ist auf die gleiche Form wie die Spinpolarisationsschicht 904' geätzt worden.
  • Die vorstehende Beschreibung beschreibt die Struktur, den Betrieb und das Verfahren zum Herstellen einer neuen MRAM-Speicherzelle, die deterministisch umschaltet.
  • Eine Ausführungsform enthält eine Einrichtung, die einen magnetischen Tunnelkontakt-Stapel, eine ferroelektrische Schicht und eine nicht-ferromagnetische Spinpolarisationsschicht zwischen dem magnetischen Tunnelkontakt-Stapel und der ferromagnetischen Schicht umfasst.
  • Eine beispielhafte Gruppe von Ausführungsformen enthält ferner eine elektrisch leitfähige Gate-Schicht in Kontakt (einen elektrischen Kontakt enthaltend) mit der ferroelektrischen Schicht.
  • In einer Beispielimplementierung sind die ferroelektrische Schicht und die nicht-ferromagnetische Spinpolarisationsschicht so konfiguriert, dass eine externe Spannung, die an der ferroelektrischen Schicht aufgenommen wird, ein elektrisches Feld über die ferroelektrische Schicht erzeugt, um den Spinstrom zu verändern, der in der nicht-ferromagnetischen Spinpolarisationsschicht erzeugt wird, um eine senkrechte Spinpolarisation zu erzeugen, die ein Moment auf den magnetischen Tunnelkontakt-Stapel ausübt.
  • Eine Ausführungsform enthält eine Einrichtung, die eine freie Schicht, die zum Ändern der Magnetisierungsrichtung fähig ist, eine Verankerungsschicht in der Nähe der freien Schicht, wobei die Verankerungsschicht eine feste Magnetisierungsrichtung aufweist, eine Isolationsschicht zwischen der Verankerungsschicht und der freien Schicht und Mittel zum Erzeugen einer durch elektrischen Strom induzierten senkrechten Spinpolarisation, die ein Moment auf die freie Schicht ausübt, um die Magnetisierungsrichtung der freien Schicht zu ändern, umfasst.
  • Eine Ausführungsform enthält eine Einrichtung, die mehrere nichtflüchtige Speicherzellen umfasst, die in einem Kreuzungspunkt-Array angeordnet sind. Jede der Speicherzellen umfasst einen magnetischen Tunnelkontakt-Stapel, der mit einem ersten Anschluss verbunden ist, eine ferroelektrische Schicht, eine Metallschicht zwischen dem magnetischen Tunnelkontakt-Stapel und der ferroelektrischen Schicht und eine elektrisch leitfähige Gate-Schicht in Kontakt mit der ferroelektrischen Schicht und mit einem zweiten Anschluss verbunden. Die Metallschicht ist mit einem dritten Anschluss und einem vierten Anschluss verbunden. Die Metallschicht ist konfiguriert, eine senkrechte Spinpolarisation durch Fließen eines Stroms zwischen dem dritten Anschluss und dem vierten Anschluss zu erzeugen, während die Gate-Schichten eine Spannung an dem zweiten Anschluss aufnehmen.
  • Eine Ausführungsform enthält ein Verfahren, das Schreiben erster Daten in einen magnetischen Tunnelkontakt-Stapel umfasst, wobei das Verfahren umfasst: Anlegen eines ebenengleichen elektrischen Stroms in einer ersten Richtung über eine nicht-ferromagnetische Spinpolarisationsschicht, die zwischen dem magnetischen Tunnelkontakt-Stapel und einer ferroelektrischen Schicht positioniert ist; und Anlegen einer Spannung an eine Gate-Schicht in Kontakt mit der ferroelektrischen Schicht, während der ebenengleiche elektrische Strom in der ersten Richtung über eine nicht-ferromagnetische Spinpolarisationsschicht angelegt wird, um eine senkrechte Spinpolarisation in der nicht-ferromagnetischen Spinpolarisationsschicht zu erzeugen, die ein Moment auf den magnetischen Tunnelkontakt-Stapel ausübt, um die Magnetisierungsrichtung eines Abschnitts des magnetischen Tunnelkontakt-Stapels zu ändern.
  • Eine Ausführungsform enthält ein Verfahren, das Bilden eines unteren Elektrodenstapels, der eine ferroelektrische Schicht und eine nicht-ferromagnetische Spinpolarisationsschicht umfasst; und Bilden eines magnetischen Tunnelkontakt-Stapels oberhalb des unteren Elektrodenstapels umfasst.
  • Für die Zwecke dieses Dokuments kann ein Bezug in der Spezifikation auf „eine Ausführungsform“, „einige Ausführungsformen“ oder „eine weitere Ausführungsform“ verwendet sein, um unterschiedliche Ausführungsformen oder die gleiche Ausführungsform zu beschreiben.
  • Für die Zwecke dieses Dokuments kann eine Verbindung eine direkte Verbindung oder eine indirekte Verbindung (z. B. über einen oder mehrere andere Teile) sein. In einigen Fällen, wenn ein Element als mit einem weiteren Element verbunden oder gekoppelt bezeichnet ist, kann das Element direkt mit dem anderen Element verbunden sein oder indirekt mit dem anderen Element mit dazwischenliegenden Elementen verbunden sein. Wenn ein Element als mit einem weiteren Element direkt verbunden bezeichnet ist, dann sind keine dazwischenliegenden Elemente zwischen dem Element und dem anderen Element vorhanden. Zwei Vorrichtungen sind „in Kommunikation“, falls sie direkt oder indirekt verbunden sein, so dass sie elektronische Signale zwischen sich kommunizieren können. Eine Verbindung enthält eine elektrische Verbindung oder eine mechanische Verbindung und kann außerdem zwei Materialien in Kontakt enthalten.
  • Für die Zwecke dieses Dokuments kann der Begriff „basierend auf als “basierend wenigstens zum Teil auf gelesen werden.
  • Für die Zwecke dieses Dokuments können, ohne zusätzlichen Kontext, das Verwenden numerischer Begriffe wie z. B. ein „erstes“ Objekt, ein „zweites“ Objekt und ein „drittes “ Objekt nicht eine Reihenfolge von Objekten angeben, sondern können stattdessen zu Identifizierungszwecken verwendet sein, um unterschiedliche Objekte zu identifizieren.
  • Für die Zwecke dieses Dokuments kann der Begriff „Gruppe“ von Objekten sich auf eine „Gruppe“ aus einem oder mehreren der Objekte beziehen.
  • Die vorstehende ausführliche Beschreibung ist zum Zweck der Veranschaulichung und Beschreibung gegeben worden. Sie ist nicht dafür vorgesehen, umfassend zu sein oder auf die präzise offenbarte Form einzuschränken. Viele Modifikationen und Variationen sind angesichts der vorstehenden Lehren möglich. Die beschriebenen Ausführungsformen wurden gewählt, um die Prinzipien der vorgeschlagenen Technologie und ihrer praktischen Anwendung am besten zu erläutern, um dadurch anderen Fachleuten zu ermöglichen, sie in verschiedenen Ausführungsformen und mit verschiedenen Modifikationen, wie sie für die spezielle vorgesehene Verwendung geeignet sind, am besten zu nutzen. Es ist vorgesehen, dass der Schutz durch die hier beigefügten Ansprüche definiert ist.
  • Vorteilhafte Ausführungsformen sind jetzt in den folgenden nummerierten Abschnitten aufgelistet.
    1. 1. Einrichtung, die enthält:
      • einen magnetischen Tunnelkontakt-Stapel;
      • eine ferroelektrische Schicht; und
      • eine nicht-ferromagnetische Spinpolarisationsschicht zwischen dem magnetischen Tunnelkontakt-Stapel und der ferroelektrischen Schicht.
    2. 2. Einrichtung nach dem nummerierten Abschnitt 1, wobei:
      • die nicht-ferromagnetische Spinpolarisationsschicht konfiguriert ist, senkrechte Spinpolarisation in Reaktion auf elektrischen Strom durch die nicht-ferromagnetische Spinpolarisationsschicht und eine Spannung, die an die ferroelektrische Schicht angelegt ist, zu erzeugen, und die senkrechte Spinpolarisationsschicht ein Moment auf den magnetischen Tunnelkontakt-Stapel ausübt, um die Magnetisierungsrichtung eines Abschnitts des magnetischen Tunnelkontakt-Stapels zu ändern.
    3. 3. Einrichtung nach dem nummerierten Abschnitt 1 oder 2, die ferner enthält:
      • eine elektrisch leitfähige Gate-Schicht in Kontakt mit der ferroelektrischen Schicht;
      • einen ersten Anschluss, der mit dem magnetischen Tunnelkontakt-Stapel verbunden ist;
      • einen zweiten Anschluss, der mit der Gate-Schicht verbunden ist;
      • einen dritten Anschluss, der mit der nicht-ferromagnetischen Spinpolarisationsschicht verbunden ist; und
      • einen vierten Anschluss, der mit der nicht-ferromagnetischen Spinpolarisationsschicht verbunden ist.
    4. 4. Einrichtung nach einem der vorhergehenden nummerierten Abschnitte, wobei:
      • die nicht-ferromagnetische Spinpolarisationsschicht konfiguriert ist, senkrechte Spinpolarisation in Reaktion auf elektrischen Strom zwischen dem dritten Anschluss und dem vierten Anschluss während eine Spannung an dem zweite Anschluss aufgenommen wird, zu erzeugen, und die senkrechte Spinpolarisationsschicht ein Moment auf den magnetischen Tunnelkontakt-Stapel ausübt, um die Magnetisierungsrichtung eines Abschnitts des magnetischen Tunnelkontakt-Stapels zu ändern.
    5. 5. Einrichtung nach einem der vorhergehenden nummerierten Abschnitte, wobei:
      • der magnetischen Tunnelkontakt-Stapel eine erste Schicht mit einer festen Magnetisierungsrichtung, die mit dem ersten Anschluss verbunden ist, eine magnetische freie Schicht, die zum Ändern der Magnetisierungsrichtung fähig ist, und eine Isolationsschicht zwischen der ersten Schicht und der freien Schicht enthält; und
      • die senkrechte Spinpolarisation ein Moment auf die freie Schicht ausübt, ohne dass ein elektrischer Strom durch den magnetischen Tunnelkontakt-Stapel fließt.
    6. 6. Einrichtung nach einem der vorhergehenden nummerierten Abschnitte, wobei:
      • die freie Schicht konfiguriert ist, durch Erfassen des Widerstands des magnetischen Tunnelkontakts in Reaktion auf einen elektrischen Strom durch den magnetischen Tunnelkontakt von dem ersten Anschluss zu einem aus dem dritten Anschluss oder dem vierten Anschluss gelesen zu werden.
    7. 7. Einrichtung nach einem der vorhergehenden nummerierten Abschnitte, wobei:
      • der magnetischen Tunnelkontakt-Stapel eine erste Schicht mit einer festen Magnetisierungsrichtung, die mit dem ersten Anschluss verbunden ist, eine magnetische freie Schicht, die zum Ändern der Magnetisierungsrichtung fähig ist, und eine Isolationsschicht zwischen der ersten Schicht und der freien Schicht enthält; und
      • die senkrechte Spinpolarisation in Reaktion auf einen elektrischen Strom, der durch den magnetischen Tunnelkontakt-Stapel fließt, ein Moment auf die freie Schicht ausübt.
    8. 8. Einrichtung nach einem der vorhergehenden nummerierten Abschnitte, wobei:
      • die ferroelektrische Schicht eben ist;
      • die nicht-ferromagnetische Spinpolarisationsschicht eben ist;
      • der elektrischen Strom ebenengleich ist; und
      • die senkrechte Spinpolarisation senkrecht zu dem ebenengleichen elektrischen Strom ist.
    9. 9. Einrichtung nach einem der vorhergehenden nummerierten Abschnitte, wobei:
      • die ferroelektrische Schicht Hf0,5Zr0,5O2 ist und eine Dicke von weniger als 30 nm aufweist.
    10. 10. Einrichtung nach einem der vorhergehenden nummerierten Abschnitte, wobei:
      • die nicht-ferromagnetische Spinpolarisationsschicht ein Metall mit einer Ordnungszahl größer als 72 umfasst.
    11. 11. Einrichtung nach einem der vorhergehenden nummerierten Abschnitte, die ferner enthält:
      • eine elektrisch leitfähige Gate-Schicht in Kontakt mit der ferroelektrischen Schicht, wobei die ferroelektrische Schicht und die nicht-ferromagnetische Spinpolarisationsschicht so konfiguriert sind, dass eine externe Spannung, die an der Gate-Schicht aufgenommen wird, ein elektrisches Feld über der ferroelektrischen Schicht erzeugt, um eine senkrechte Spinpolarisation zu erzeugen, die ein Moment auf den magnetischen Tunnelkontakt-Stapel ausübt.
    12. 12. Einrichtung nach einem der vorhergehenden nummerierten Abschnitte, wobei:
      • die ferroelektrische Schicht eben ist;
      • die nicht-ferromagnetische Spinpolarisationsschicht eben ist; und
      • der magnetische Tunnelkontakt-Stapel, die ferroelektrische Schicht und die nicht-ferromagnetische Spinpolarisationsschicht eine magnetoresistive Speicherzelle umfassen.
    13. 13. Einrichtung, die enthält:
      • eine freie Schicht, die zum Ändern der Magnetisierungsrichtung fähig ist;
      • eine Verankerungsschicht in der Nähe der freien Schicht, wobei die Verankerungsschicht eine feste Magnetisierungsrichtung aufweist;
      • eine Isolationsschicht zwischen der Verankerungsschicht und der freien Schicht; und
      • Mittel zum Erzeugen von durch elektrischen Strom induzierter senkrechter Spinpolarisation, die ein Moment auf die freie Schicht ausübt, um die Magnetisierungsrichtung der freien Schicht zu ändern.
    14. 14. Einrichtung nach dem nummerierten Abschnitt 13, die ferner enthält:
      • einen ersten Anschluss, der mit der Verankerungsschicht verbunden ist;
      • einen zweiten Anschluss, einen dritten Anschluss und einen vierten Anschluss, die mit den Mitteln zum Erzeugen von durch elektrischen Strom induzierter senkrechter Spinpolarisation verbunden sind, wobei die Mittel zum Erzeugen von durch elektrischen Strom induzierter senkrechter Spinpolarisation konfiguriert sind, senkrechte Spinpolarisation zu erzeugen in Reaktion auf einen Strom zwischen dem dritten Anschluss und dem vierten Anschluss, während eine Spannung an dem zweiten Anschluss aufgenommen wird.
    15. 15. Einrichtung nach dem nummerierten Abschnitt 13 oder 14, wobei:
      • die Mittel zum Erzeugen von durch elektrischen Strom induzierter senkrechter Spinpolarisation eine ferroelektrische Schicht und eine nicht-ferromagnetische Spinpolarisationsschicht zwischen der freien Schicht und der ferroelektrischen Schicht umfassen.
    16. 16. Einrichtung nach dem nummerierten Abschnitt 15, die ferner enthält:
      • einen ersten Anschluss, der mit der Verankerungsschicht verbunden ist;
      • einen zweiten Anschluss, der mit der ferroelektrischen Schicht verbunden ist;
      • einen dritten Anschluss, der mit der nicht-ferromagnetischen Spinpolarisationsschicht verbunden ist; und
      • einen vierten Anschluss, der mit der nicht-ferromagnetischen Spinpolarisationsschicht verbunden ist, wobei die nicht-ferromagnetische Spinpolarisationsschicht konfiguriert ist, eine senkrechte Spinpolarisation zu erzeugen, die das Moment auf die freie Schicht ausübt, in Reaktion auf einen elektrischen Strom zwischen dem dritten Anschluss und dem vierten Anschluss, während eine Spannung an dem zweiten Anschluss aufgenommen wird.
    17. 17. Einrichtung, die enthält:
      • mehrere nichtflüchtige Speicherzellen, die in einem Kreuzungspunkt-Array angeordnet sind, wobei jede der Speicherzellen umfasst:
        • einen magnetischen Tunnelkontakt-Stapel, der mit einem ersten Anschluss verbunden ist;
        • eine ferroelektrische Schicht;
        • eine Metallschicht zwischen dem magnetischen Tunnelkontakt-Stapel und der ferroelektrischen Schicht; und
        • eine elektrisch leitfähige Gate-Schicht in Kontakt mit der ferroelektrischen Schicht und mit einem zweiten Anschluss verbunden, wobei die Metallschicht mit einem dritten Anschluss und einem vierten Anschluss verbunden ist, die Metallschicht konfiguriert ist, eine senkrechte Spinpolarisation zu erzeugen durch Fließen eines Stroms zwischen dem dritten Anschluss und dem vierten Anschluss, während die Gate-Schichten eine Spannung an dem zweiten Anschluss aufnehmen.
    18. 18. Einrichtung nach dem nummerierten Abschnitt 17, wobei:
      • die Metallschicht nicht-ferromagnetisch ist;
      • der magnetischen Tunnelkontakt-Stapel eine erste Schicht mit einer festen Magnetisierungsrichtung, die mit dem ersten Anschluss verbunden ist, eine zweite Schicht, die zum Ändern der Magnetisierungsrichtung fähig ist, in der Nähe der Metallschicht und eine Isolationsschicht zwischen der ersten Schicht und der zweiten Schicht enthält; und
      • die erzeugte senkrechte Spinpolarisation ein Moment auf die zweite Schicht ausübt, um die Magnetisierungsrichtung der zweiten Schicht zu ändern, ohne einen elektrischen Strom durch die Isolationsschicht, der größer als 1 MA/cm2 ist.
    19. 19. Verfahren, das umfasst:
      • Schreiben erster Daten in einen magnetischen Tunnelkontakt-Stapel, das umfasst:
        • Anlegen eines ebenengleichen elektrischen Stroms in einer ersten Richtung über eine nicht-ferromagnetische Spinpolarisationsschicht, die zwischen dem magnetischen Tunnelkontakt-Stapel und einer ferroelektrischen Schicht positioniert ist; und
        • Anlegen einer Spannung an eine Gate-Schicht in Kontakt mit der ferroelektrischen Schicht, während der ebenengleiche elektrische Strom in der ersten Richtung über eine nicht-ferromagnetische Spinpolarisationsschicht angelegt wird, um eine senkrechte Spinpolarisation in der nicht-ferromagnetischen Spinpolarisationsschicht zu erzeugen, die ein Moment auf den magnetischen Tunnelkontakt-Stapel ausübt, um die Magnetisierungsrichtung eines Abschnitts des magnetischen Tunnelkontakt-Stapels zu ändern.
    20. 20. Verfahren nach dem nummerierten Abschnitt 19, das ferner umfasst:
      • Schreiben zweiter Daten in den magnetischen Tunnelkontakt-Stapel durch Anlegen eines ebenengleichen elektrischen Stroms in einer zweiten Richtung über die nicht-ferromagnetische Spinpolarisationsschicht, während eine Spannung an die Gate-Schicht angelegt ist, wobei die ersten Daten ein anderer Datenwert als die zweiten Daten sind.
    21. 21. Verfahren nach dem nummerierten Abschnitt 19 oder 20, das ferner umfasst:
      • Lesen des magnetischen Tunnelkontakt-Stapels durch Anlegen eines Stroms durch den magnetischen Tunnelkontakt-Stapel, um den Widerstand des magnetischen Tunnelkontakt-Stapels zu erfassen, wobei das Schreiben erster Daten und das Schreiben zweiter Daten keinen elektrischen Strom durch den magnetischen Tunnelkontakt-Stapel anlegt.
    22. 22. Verfahren, das umfasst:
      • Bilden eines unteren Elektrodenstapels, der eine ferroelektrische Schicht und eine nicht-ferromagnetische Spinpolarisationsschicht umfasst; und
      • Bilden eines magnetischen Tunnelkontakt-Stapels oberhalb des unteren Elektrodenstapels.
    23. 23. Verfahren nach dem nummerierten Abschnitt 22, wobei das Bilden des unteren Elektrodenstapels umfasst:
      • Aufbringen der ferroelektrischen Schicht auf einer Gate-Schicht;
      • Strukturieren der Gate-Schicht in eine erste Struktur, die in der ersten Richtung verlängert ist;
      • Aufbringen der nicht-ferromagnetischen Spinpolarisationsschicht auf der ferroelektrischen Schicht; und
      • Ätzen der nicht-ferromagnetischen Spinpolarisationsschicht in eine zweite Struktur, die in einer zweiten Richtung verlängert ist.
    24. 24. Verfahren nach dem nummerierten Abschnitt 22 oder 23, wobei das Bilden des magnetischen Tunnelkontakt-Stapels umfasst:
      • Ätzen des magnetischen Tunnelkontakt-Stapels in eine Form, die nicht verlängert ist und sich von der ersten Struktur und der zweiten Struktur unterscheidet.
    25. 25. Verfahren nach einem der nummerierten Abschnitte 22 bis 24, wobei das Bilden des unteren Elektrodenstapels umfasst:
      • Wachsen der ferroelektrischen Schicht auf einer Gate-Schicht bei einer Temperatur im Bereich von 200 - 400 Grad Celsius bis zu einer Dicke, die weniger als 30 nm ist.

Claims (10)

  1. Einrichtung, die enthält: einen magnetischen Tunnelkontakt-Stapel; eine ferroelektrische Schicht; und eine nicht-ferromagnetische Spinpolarisationsschicht zwischen dem magnetischen Tunnelkontakt-Stapel und der ferroelektrischen Schicht.
  2. Einrichtung nach Anspruch 1, wobei: die nicht-ferromagnetische Spinpolarisationsschicht konfiguriert ist, senkrechte Spinpolarisation in Reaktion auf elektrischen Strom durch die nicht-ferromagnetische Spinpolarisationsschicht und eine Spannung, die an der ferroelektrische Schicht aufgenommen wird, zu erzeugen, und die senkrechte Spinpolarisationsschicht ein Moment auf den magnetischen Tunnelkontakt-Stapel ausübt, um die Magnetisierungsrichtung eines Abschnitts des magnetischen Tunnelkontakt-Stapels zu ändern.
  3. Einrichtung nach Anspruch 1, die ferner enthält: eine elektrisch leitfähige Gate-Schicht in Kontakt mit der ferroelektrischen Schicht; einen ersten Anschluss, der mit dem magnetischen Tunnelkontakt-Stapel verbunden ist; einen zweiten Anschluss, der mit der Gate-Schicht verbunden ist; einen dritten Anschluss, der mit der nicht-ferromagnetischen Spinpolarisationsschicht verbunden ist; und einen vierten Anschluss, der mit der nicht-ferromagnetischen Spinpolarisationsschicht verbunden ist.
  4. Einrichtung nach Anspruch 3, wobei: die nicht-ferromagnetische Spinpolarisationsschicht konfiguriert ist, senkrechte Spinpolarisation in Reaktion auf elektrischen Strom zwischen dem dritten Anschluss und dem vierten Anschluss, während eine Spannung an dem zweite Anschluss aufgenommen wird, zu erzeugen, und die senkrechte Spinpolarisationsschicht ein Moment auf den magnetischen Tunnelkontakt-Stapel ausübt, um die Magnetisierungsrichtung eines Abschnitts des magnetischen Tunnelkontakt-Stapels zu ändern.
  5. Einrichtung nach Anspruch 4, wobei: der magnetischen Tunnelkontakt-Stapel eine erste Schicht mit einer festen Magnetisierungsrichtung, die mit dem ersten Anschluss verbunden ist, eine magnetische freie Schicht, die zum Ändern der Magnetisierungsrichtung fähig ist, und eine Isolationsschicht zwischen der ersten Schicht und der freien Schicht enthält; und die senkrechte Spinpolarisation ein Moment auf die freie Schicht ausübt, ohne dass ein elektrischer Strom durch den magnetischen Tunnelkontakt-Stapel fließt.
  6. Einrichtung nach Anspruch 5, wobei: die freie Schicht konfiguriert ist, durch Erfassen des Widerstands des magnetischen Tunnelkontakts in Reaktion auf einen elektrischen Strom durch den magnetischen Tunnelkontakt von dem ersten Anschluss zu einem aus dem dritten Anschluss oder dem vierten Anschluss gelesen zu werden.
  7. Einrichtung nach Anspruch 4, wobei: der magnetischen Tunnelkontakt-Stapel eine erste Schicht mit einer festen Magnetisierungsrichtung, die mit dem ersten Anschluss verbunden ist, eine magnetische freie Schicht, die zum Ändern der Magnetisierungsrichtung fähig ist, und eine Isolationsschicht zwischen der ersten Schicht und der freien Schicht enthält; und die senkrechte Spinpolarisation in Reaktion auf einen elektrischen Strom, der durch den magnetischen Tunnelkontakt-Stapel fließt, ein Moment auf die freie Schicht ausübt.
  8. Einrichtung nach Anspruch 4, wobei: die ferroelektrische Schicht eben ist; die nicht-ferromagnetische Spinpolarisationsschicht eben ist; der elektrische Strom ebenengleich ist; die senkrechte Spinpolarisation senkrecht zu dem ebenengleichen elektrischen Strom ist; und der magnetische Tunnelkontakt-Stapel, die ferroelektrische Schicht und die nicht-ferromagnetische Spinpolarisationsschicht eine magnetoresistive Speicherzelle umfassen.
  9. Einrichtung nach Anspruch 1, wobei: die ferroelektrische Schicht Hf0,5Zr0,5O2 ist und eine Dicke von weniger als 30 nm aufweist; und die nicht-ferromagnetische Spinpolarisationsschicht ein Metall mit einer Ordnungszahl größer als 72 umfasst.
  10. Einrichtung nach Anspruch 1, die ferner enthält: eine elektrisch leitfähige Gate-Schicht in Kontakt mit der ferroelektrischen Schicht, wobei die ferroelektrische Schicht und die nicht-ferromagnetische Spinpolarisationsschicht so konfiguriert sind, dass eine externe Spannung, die an der Gate-Schicht aufgenommen wird, ein elektrisches Feld über der ferroelektrischen Schicht erzeugt, um eine senkrechte Spinpolarisation zu erzeugen, die ein Moment auf den magnetischen Tunnelkontakt-Stapel ausübt.
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