DE112018000840T5

DE112018000840T5 - Spin-bahn-drehmoment-mram-speicherzelle mit verbesserter thermischer stabilität

Info

Publication number: DE112018000840T5
Application number: DE112018000840.1T
Authority: DE
Inventors: Goran Mihajlovic; Ching Hwa Tsang
Original assignee: SanDisk Technologies LLC
Current assignee: Sandisk Technologies Addison Us LLC
Priority date: 2017-04-11
Filing date: 2018-02-28
Publication date: 2019-12-12
Also published as: US9953692B1; WO2018190964A1; CN110447074A

Abstract

Eine in der Ebene liegende nichtflüchtige SOT-MRAM-Speicherzelle weist eine verbesserte thermische Stabilität aufgrund einer koerzitiven Verstiftung auf, die durch eine benachbarte antiferromagnetische Schicht bereitgestellt wird, die eine Dicke aufweist, die kleiner als eine kritische Mindestdicke ist, die erforderlich ist, um eine Austauschvorspannung bereitzustellen.

Description

HINTERGRUND
Speicher wird in verschiedenen elektronischen Geräten wie Mobiltelefonen, Digitalkameras, persönlichen digitalen Assistenten, medizinischer Elektronik, mobilen Computergeräten, nicht-mobilen Computergeräten und Datenservern verwendet. Der Speicher kann einen nichtflüchtigen Speicher oder einen flüchtigen Speicher aufweisen. Ein nichtflüchtiger Speicher ermöglicht, dass Informationen gespeichert und behalten werden, selbst wenn der nichtflüchtige Speicher nicht mit einer Stromquelle (z. B. einer Batterie) verbunden ist.
Ein Beispiel für einen nichtflüchtigen Speicher ist der magnetoresistive Direktzugriffsspeicher (MRAM, Magnetoresistive Random Access Memory), der die Magnetisierung zur Darstellung gespeicherter Daten verwendet, im Gegensatz zu einigen anderen Speichertechnologien, die elektronische Ladungen zur Datenspeicherung verwenden. Im Allgemeinen schließt MRAM eine große Anzahl von magnetischen Speicherzellen ein, die auf einem Halbleitersubstrat gebildet werden, bei dem jede Speicherzelle ein Datenbit darstellt. Ein Bit von Daten wird in eine Speicherzelle geschrieben, indem die Magnetisierungsrichtung eines magnetischen Elements innerhalb der Speicherzelle geändert wird, und ein Bit wird durch Messen des Widerstands der Speicherzelle gelesen (z. B. stellt ein geringer Widerstand üblicherweise ein „0“-Bit dar und stellt ein hoher Widerstand üblicherweise ein „1“-Bit dar).
1A ist eine schematische perspektivische Ansicht einer beispielhaften MRAM-Speicherzelle 100 nach dem Stand der Technik, die das Spin-Bahn-Drehmoment (Spin Orbit Torque, SOT) zum Schalten verwendet. Im Allgemeinen kann der Spin-Hall-Effekt (SHE) verwendet werden, um Spinstrom zu erzeugen, der in einer Richtung quer zu der Richtung eines angelegten elektrischen Stroms fließt. Die Speicherzelle 100 schließt drei Anschlüsse A, B und C; einen magnetischen Tunnelübergang (MTJ) 101; und eine SHE-Schicht 120 ein. Der MTJ 101 weist die verstiftete Schicht (PL) 102, die Zwischenschicht zur Kopplung (ILC) 104, die Referenzschicht (RL) 106, die Tunnelbarriere (TB) 108 und die freie Schicht (FL) 110 auf. Für eine in der Ebene liegende SOT-Speicherzelle weist die freie Schicht (FL) 110 eine Magnetisierungsrichtung auf, die zwischen IN die Seite und AUS der Seite umgeschaltet werden kann. Die Referenzschicht (RL) 106 weist eine Magnetisierungsrichtung auf, die IN die Seite ist. Die verstiftete Schicht (PL) 102 weist eine Magnetisierungsrichtung auf, die AUS der Seite ist. Die ILC-Schicht 104 fördert eine starke antiferromagnetische (d. h. antiparallele) Kopplung zwischen PL (102) und RL (106), sodass ihr magnetisches Nettomoment weitgehend aufgehoben wird, wodurch ein unerwünschter Streufeldeinfluss auf der freien Schicht stark reduziert wird.
Zum Schreiben von Daten in die Speicherzelle 100 wird ein Schreibstrom 122 zwischen dem Anschluss B und dem Anschluss C angelegt. Das Lesen wird erreicht, indem ein Strom zwischen dem Anschluss A und dem Anschluss B geleitet wird, um den Widerstand der Speicherzelle 100 zu erfassen. Wenn die Magnetisierungsrichtung der freien Schicht (FL) 110 parallel zur Magnetisierungsrichtung der RL (106) ist, zum Beispiel IN die Seite, dann weist die Speicherzelle 100 einen geringeren Widerstand auf. Wenn die Magnetisierungsrichtung der freien Schicht (FL) 110 antiparallel zur Magnetisierungsrichtung der RL (106) ist, zum Beispiel AUS der Seite, dann weist die Speicherzelle 100 einen höheren Widerstand auf.
1B ist eine Draufsicht der Speicherzelle 100, wobei der bidirektionale Pfeil 130 die schaltbare Magnetisierungsrichtung der freien Schicht 110 anzeigt. Wie dargestellt, ist die Form des MTJ 101 elliptisch, um die thermische Stabilität aufrechtzuerhalten. Die elliptische Form der FL führt eine magnetische Formanisotropie ein, die eine Energiebarriere gegen eine thermisch aktivierte Magnetisierungsumkehr der FL bereitstellt, wodurch die FL-Magnetisierung thermisch stabil gemacht wird. Die Form der SHE-Schicht 120 ist rechteckig.
Der Hauptvorteil des SOT-Schaltkonzepts, das den SHE nutzt, ist, dass der Schreibstrom 122 ausschließlich durch die SHE-Schicht 120 fließt und nicht durch die Tunnelbarriere 108 fließt. Dies vermeidet eine langfristige Verschlechterung der Tunnelbarriere durch den Schaltstrom. Da jedoch die Größe der Speicherzelle 100 herunterskaliert ist, verliert die Speicherzelle 100 ihre Fähigkeit zum Beibehalten von Daten. Dies liegt daran, dass die Energie der magnetischen Formanisotropie direkt proportional zu dem Volumen der FL ist, und wenn dieses Volumen reduziert wird, nimmt die Energiebarriere gegen eine thermisch aktivierte Magnetisierungsumkehr ab, schließlich bis zu dem Punkt, dass eine thermisch stabile Magnetisierung der FL nicht aufrechterhalten werden kann.
Figurenliste
Gleich nummerierte Elemente beziehen sich auf gemeinsame Komponenten in den verschiedenen Figuren.

1A ist ein Blockdiagramm einer Seitenansicht einer MRAM-Speicherzelle.
1B ist ein Blockdiagramm einer Draufsicht einer MRAM-Speicherzelle.
2A ist ein Blockdiagramm einer Seitenansicht einer MRAM-Speicherzelle.
2B ist ein Blockdiagramm einer Draufsicht einer MRAM-Speicherzelle.
3 ist ein Flussdiagramm, das eine Ausführungsform eines Prozesses zum Schreiben in eine MRAM-Speicherzelle beschreibt.
4A ist ein Blockdiagramm einer Seitenansicht einer MRAM-Speicherzelle.
4B ist ein Blockdiagramm einer Draufsicht einer MRAM-Speicherzelle.
5A ist ein Blockdiagramm einer Seitenansicht einer MRAM-Speicherzelle.
5B ist ein Blockdiagramm einer Draufsicht einer MRAM-Speicherzelle.
6A ist ein Blockdiagramm einer Seitenansicht einer MRAM-Speicherzelle.
6B ist ein Blockdiagramm einer Draufsicht einer MRAM-Speicherzelle.
7 ist ein Blockdiagramm eines Speichersystems, das viele MRAM-Speicherzellen einschließt.

DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
Zur Verbesserung der Datenbeibehaltung (d. h. der magnetischen thermischen Stabilität einer in der Ebene liegenden nichtflüchtigen SOT-MRAM-Speicherzelle) wird ein koerzitiver Verstiftungsmechanismus durch eine antiferromagnetische Schicht benachbart zu der freien Schicht bereitgestellt. Eine Ausführungsform schließt ferromagnetisches Material, das eine schaltbare Magnetisierungsrichtung aufweist, und antiferromagnetisches Material in Kontakt mit dem ferromagnetischen Material ein. In einer beispielhaften Implementierung ist das ferromagnetische Material die freie Schicht eines magnetischen Tunnelübergangs und weist das antiferromagnetische Material eine Dicke auf, die kleiner als eine kritische Mindestdicke ist, die erforderlich ist, um eine Austauschvorspannung für die freie Schicht bereitzustellen. Weitere Details werden unten erläutert.
2A ist eine schematische perspektivische Ansicht einer Ausführungsform einer MRAM-Speicherzelle 200, die SHE nutzt und das Spin-Bahn-Drehmoment (Spin Orbit Torque, SOT) zum Schalten verwendet. 2B ist eine Draufsicht der Speicherzelle 200. Für die Zwecke dieses Dokuments ist eine Speicherzelle eine Speichereinheit in einem Speichersystem. Die Speicherzelle 200 schließt die drei Anschlüsse A, B und C; den magnetischen Tunnelübergang (MTJ) 202; und die SHE-Schicht 220 ein. Die SHE-Schicht ist üblicherweise ein Schwermetall mit einer hohen Spin-Bahn-Kopplung (und allgemein einem entsprechenden hohen spezifischen Widerstand und einer kurzen Spindiffusionslänge), zum Beispiel Platin, Tantal oder Wolfram. Wenn ein Strom in der Ebene durch die SHE-Schicht geleitet wird, wird ein spinpolarisierter Strom in einer senkrechten Richtung (nach oben zu der FL fließend) erzeugt, was ein Drehmoment auf die FL über einen Spinübertragungsmechanismus ausübt und die Magnetisierung der FL umschalten kann. Die Anschlüsse B und C sind mit der SHE-Schicht 220 verbunden.
Im Allgemeinen ist ein magnetischer Tunnelübergang (MTJ) eine Vorrichtung, aufweisend zwei Ferromagnete, die durch einen dünnen Isolator getrennt sind. Somit schließt eine Ausführungsform des MTJ 202 eine verstiftete Schicht, eine freie Schicht und eine Tunnelbarriere zwischen der verstifteten Schicht und der freien Schicht ein. MTJ 202 kann auch mehr als drei Schichten aufweisen. Wie in 2A dargestellt, weist der MTJ 202 beispielsweise die verstiftete Schicht (PL) 204, die Zwischenschicht zur Kopplung (ILC) 206, die Referenzschicht (RL) 208, die Tunnelbarriere (TB) 210 und die freie Schicht (FL) 212 auf. Die verstiftete Schicht 204 und die Referenzschicht 208 weisen feste Magnetisierungen auf, was bedeutet, dass sich ihre Magnetisierungsrichtung nicht ändert. Die verstiftete Schicht 204 kann aus vielen verschiedenen Arten von Materialien bestehen, einschließlich (aber nicht beschränkt auf) mehrere Schichten Kobalt und/oder eine Legierung aus Kobalt und Eisen. Die Referenzschicht 208 kann aus vielen verschiedenen Arten von Materialien bestehen, einschließlich (aber nicht beschränkt auf) mehrere Schichten Kobalt und eine Legierung aus Kobalt, Eisen und Bor. In einem Beispiel besteht die ILC-Schicht 104 aus Ruthenium; jedoch können auch andere Materialien verwendet werden. Die verstiftete Schicht 204 weist eine Magnetisierungsrichtung auf, die in Richtung der Referenzschicht 208 entgegengesetzt ist. Beispielsweise zeigt 2A die Magnetisierungsrichtung der verstifteten Schicht 204 als AUS der Seite und die Magnetisierungsrichtung der Referenzschicht 208 als IN die Seite. Die Magnetisierung der Referenzschicht 208 hebt die Magnetisierung der verstifteten Schicht 204 weitgehend auf (oder umgekehrt), um insgesamt eine kombinierte Schicht mit einer Nettomagnetisierung nahe Null zu erzeugen. Die ILC-Schicht 206 fördert diese antiparallele (d. h. antiferromagnetische) Kopplung zwischen der PL 204 und der RL 208.
In einer Ausführungsform besteht die Tunnelbarriere 210 aus Magnesiumoxid (MgO); jedoch können auch andere Materialien verwendet werden. Die Tunnelbarriere 210 ist zwischen der freien Schicht 212 und der einen oder den mehreren Schichten mit fester Magnetisierung angeordnet; somit ist die Tunnelbarriere 210 in einer Ausführungsform zwischen der freien Schicht 212 und der Referenzschicht 208 angeordnet. Die freie Schicht 212 ist ein ferromagnetisches Metall, das die Fähigkeit besitzt, seine Richtung der Magnetisierung zu ändern/zu schalten. Multischichten auf Basis von Übergangsmetallen wie Co, Fe und deren Legierungen können zur Bildung der freien Schicht 212 verwendet werden. In einer Ausführungsform weist die freie Schicht 212 eine Legierung aus Kobalt, Eisen und Bor auf. Die freie Schicht (FL) 212 weist eine Magnetisierungsrichtung auf, die zwischen IN die Seite und AUS der Seite umgeschaltet werden kann. Wenn die Magnetisierungsrichtung der FL 212 parallel zur Magnetisierungsrichtung der RL 208 ist, dann weist die Speicherzelle 200 einen geringeren Widerstand auf. Wenn die Magnetisierungsrichtung der FL 212 antiparallel zur Magnetisierungsrichtung der RL 208 ist, dann weist die Speicherzelle 200 einen höheren Widerstand auf. Geringer Widerstand stellt ein „0“-Bit dar und hoher Widerstand stellt ein „1“-Bit dar oder umgekehrt.
Die in der Speicherzelle 200 gespeicherten Daten („0“ oder „1“) werden durch Messen des Widerstands der Speicherzelle 200 gelesen. Wie dargestellt, schließt die Speicherzelle 200 drei Anschlüsse ein: A, B und C. Das Lesen wird erreicht, indem ein elektrischer Strom zwischen dem Anschluss A und dem Anschluss B geleitet wird, um den Widerstand der Speicherzelle 200 zu erfassen. Um Daten in die Speicherzelle 200 zu schreiben, wird ein elektrischer Schreibstrom 222 zwischen dem Anschluss B und dem Anschluss C angelegt, um den Widerstand der Speicherzelle 200 zu ändern, indem die Magnetisierungsrichtung der freien Schicht 212 umgeschaltet wird. Abhängig von dem Vorzeichen des Spin-Hall-Effekts in der SHE-Schicht220 (was von der Wahl des SHE-Materials abhängt) für eine gegebene Polarität des elektrischen Stroms 222 kann die Magnetisierungsrichtung der FL eindeutig in eine Richtung entweder IN die Seite oder AUS der Seite eingestellt werden, d. h. entweder parallel oder antiparallel zur Magnetisierungsrichtung der RL. Somit kann durch Wählen der Polarität des Schreibstroms 222 „0“ oder „1“ Bit in die Speicherzelle 200 geschrieben werden.
Die Speicherzelle 200 schließt auch zwei antiferromagnetische Schichten ein: eine antiferromagnetische Schicht (AFM-EB) 214 und eine antiferromagnetische Schicht (AFM-C) 216. In Materialien, die einen Antiferromagnetismus aufzeigen, richten sich die magnetischen Momente von Atomen oder Molekülen (bezogen auf die Spin-Elektronen) in einem regelmäßigen Muster mit benachbarten Spins (auf verschiedenen Untergittern) aus, die in entgegengesetzte Richtungen zeigen, um eine Null-Netto-Magnetisierung zu realisieren. Das heißt, magnetische Momente richten sich in entgegengesetzten oder antiparallelen Anordnungen im gesamten Material aus, sodass es fast keinen äußeren Gesamtmagnetismus aufweist.
Wenn ein antiferromagnetisches Material mit einem ferromagnetischen Material in Kontakt steht, koppelt das ferromagnetische Material an der Grenzfläche an das antiferromagnetische Material, sodass eine starke Wechselwirkung zwischen den magnetischen Momenten an der Grenzfläche zwischen dem antiferromagnetischen Material und dem ferromagnetischen Material besteht, um sie auszurichten und dadurch eine bevorzugte Magnetisierungsrichtung für den Ferromagneten zu erzeugen. Dieses Phänomen wird als „Austauschvorspannung“ bezeichnet. Durch die Kopplung zwischen dem antiferromagnetischen Material und dem ferromagnetischen Material ist es wesentlich schwieriger, die Richtung der Magnetisierung des ferromagnetischen Materials zu ändern. In vielen Fällen, wenn ein magnetisches Feld an ein ferromagnetisches Material angelegt wird, das einer Austauschvorspannung ausgesetzt wird, kann es möglich sein, die Magnetisierungsrichtung des ferromagnetischen Materials vorübergehend zu ändern oder teilweise zu ändern; sobald jedoch das magnetische Feld entfernt wird, kehrt die Magnetisierungsrichtung des ferromagnetischen Materials (in den meisten Fällen) sofort und automatisch zu ihrem ursprünglichen Zustand zurück. Das antiferromagnetische Material wirkt als eine Rückstellkraft oder ein Anker für das ferromagnetische Material, das einer Austauschvorspannung ausgesetzt wird. In dieser Hinsicht stellt die antiferromagnetische Schicht (AFM-EB) 214, die in Kontakt mit der verstifteten Schicht 204 ist, eine Austauschvorspannung für die verstiftete Schicht 204 bereit, um die Magnetisierungsrichtung der verstifteten Schicht 204 zu verankern, sodass diese AUS der Seite bleibt. Der Anschluss A ist mit der antiferromagnetischen Schicht 214 verbunden.
Es wurde beobachtet, dass für viele antiferromagnetische Materialien keine Austauschvorspannung auftritt, wenn das Material nicht ausreichend dick ist. Genauer tritt der Beginn einer Austauschvorspannung bei einer „kritischen Mindestdicke“ auf und nimmt mit zunehmender Dicke des antiferromagnetischen Materials bis zu einer „gesättigten Dicke“ weiter zu, wobei sich die Menge an Austauschvorspannung sättigt. Es wurde auch beobachtet, dass das antiferromagnetische Material bei der kritischen Mindestdicke oder um diese herum (einschließlich knapp unter der kritischen Mindestdicke und knapp über der kritischen Mindestdicke) eine deutliche Koerzitivkraft (d. h. eine uniaxiale anstatt einer unidirektionalen magnetischen Anisotropie) an ein benachbartes ferromagnetisches Material bereitstellen kann. Somit stellt ein antiferromagnetisches Material, das eine Dicke aufweist, die kleiner als die kritische Mindestdicke ist, aber nahe an der kritischen Mindestdicke liegt, keine Austauschvorspannung bereit, sondern stellt eine Koerzitivkraft an ein ferromagnetisches Material, das in Kontakt mit dem antiferromagnetischen Material ist, bereit. Diese Koerzitivkraft erhöht die Energiebarriere gegen eine thermisch aktivierte Magnetisierungsumkehr der FL für beide Magnetisierungsrichtungen, während der Austauschvorspannungsmechanismus dies für nur eine Magnetisierungsrichtung bewirkt und sich daher nicht für Speicheranwendungen eignet, bei denen zwei stabile Magnetisierungsrichtungen erforderlich sind. Daher verbessert diese Koerzitivkraft die thermische Stabilität der FL, zusätzlich zu der zuvor beschriebenen Energie der Formanisotropie. Ein Beispiel eines antiferromagnetischen Materials ist IrMn, das eine kritische Mindestdicke von 20 Å aufweist.
Es wird vorgeschlagen, ein antiferromagnetisches Material in Kontakt mit der freien Schicht 212 zu verwenden, um eine Koerzitivkraft bereitzustellen (wodurch die freie Schicht 212 stabiler gemacht und dazu befähigt wird, Daten besser beizubehalten), aber keine Austauschvorspannung bereitzustellen (weil die Austauschvorspannung das Schalten der freien Schicht 212 verhindern würde). In dieser Hinsicht weist die antiferromagnetische Schicht (AFM-C) 216, die zwischen der freien Schicht 212 und der SHE-Schicht 220 angeordnet ist, sodass sie in Kontakt mit der freien Schicht 212 ist, eine Dicke auf, die kleiner als eine kritische Mindestdicke ist, die erforderlich ist, um eine Austauschvorspannung für die freie Schicht 212 (ein ferromagnetisches Material) bereitzustellen; die antiferromagnetische Schicht 216 stellt jedoch eine Koerzitivkraft für die freie Schicht 212 bereit. Somit macht es die atomare Wechselwirkung zwischen der antiferromagnetischen Schicht 216 und der freien Schicht 212 schwieriger, die Magnetisierungsrichtung der freien Schicht 212 für beide Magnetisierungsrichtungen umzuschalten (sie ist jedoch schaltbar), was die freie Schicht 212 stabiler und besser beim Beibehalten von Daten macht.
In einer Ausführungsform ist die antiferromagnetische Schicht (AFM-C) 216 IrMn mit einer Dicke zwischen 17-18 Å, während die antiferromagnetische Schicht (AFM-EB) 214 IrMn mit einer Dicke von >40 Å ist. Andere Materialien, die für die antiferromagnetische Schicht (AFM-C) 216 verwendet werden können, schließen FeMn, PtMn und NiMn ein.
2B ist eine Draufsicht der Speicherzelle 200, wobei der bidirektionale Pfeil 230 die schaltbare Magnetisierungsrichtung der freien Schicht 212 anzeigt. Wie dargestellt, ist die Form des MTJ 202 elliptisch, um die thermische Stabilität über die Energie der magnetischen Formanisotropie aufrechtzuerhalten. Die Form der SHE-Schicht 220 ist jedoch rechteckig. In einer Ausführungsform ist die Form der antiferromagnetischen Schicht 216 elliptisch, um die gleiche Form wie der MTJ 202 anzunehmen. In einer anderen Ausführungsform ist die Form der antiferromagnetischen Schicht 216 rechteckig, um die gleiche Form wie die SHE-Schicht 220 anzunehmen.
3 ist ein Flussdiagramm, das eine Ausführungsform eines Verfahrens zum Schreiben von Daten in die Speicherzelle 200 beschreibt. Wie oben erörtert, schließt das Schreiben in die Speicherzelle 200 ein Ändern der Magnetisierungsrichtung der freien Schicht 212 zwischen parallel und antiparallel zur Magnetisierungsrichtung der Referenzschicht 208 ein. Wenn die Magnetisierungsrichtung der freien Schicht 212 parallel zur Magnetisierungsrichtung der Referenzschicht 208 ist, dann ist der Widerstand der Speicherzelle 200 niedrig, entsprechend den Daten „0“. Wenn die Magnetisierungsrichtung der freien Schicht 212 parallel zur Magnetisierungsrichtung der Referenzschicht 208 ist, dann ist der Widerstand der Speicherzelle 200 hoch, entsprechend den Daten „1“.
In Schritt 302 von 3 wird ein Schreibstrom 222 in der SHE-Schicht 220 zwischen den Anschlüssen B und C angelegt. Beispielsweise zeigt 2A den Schreibstrom 222, der in der SHE-Schicht 220 von dem Anschluss C zu dem Anschluss B angelegt wird. Alternativ dazu kann der Schreibstrom in der entgegengesetzten Richtung von dem Anschluss B zu dem Anschluss C angelegt werden, um die Magnetisierungsrichtung auf die entgegengesetzte Weise zu ändern. In Schritt 304 wird Spinstrom (aber nicht elektrischer Strom) in der SHE-Schicht 220 aufgrund des Spin-Hall-Effekts als Reaktion auf den Schreibstrom von Schritt 302 erzeugt. Dieser Spinstrom weist eine Spinpolarisationsrichtung auf, die kollinear zur Magnetisierungsrichtung der FL ist, und er fließt nach oben, das heißt, in einer Richtung zu dem MTJ 202. Das heißt, die SHE-Schicht 220 wirkt als eine Spin-Strom-Quelle für den MTJ 202. In Schritt 306 fließt der Spinstrom durch die antiferromagnetische Schicht 216 in die freie Schicht 212 und überträgt ein Drehmoment auf die Magnetisierung der freien Schicht in Schritt 308. Als Reaktion auf das Drehmoment ändert sich die Magnetisierungsrichtung der freien Schicht in Schritt 310. Beispielsweise bewirkt das Drehmoment, dass sich die Magnetisierungsrichtung in der freien Schicht 212 zu AUS ändert, wodurch die Magnetisierungsrichtung in der freien Schicht 212 antiparallel zur Magnetisierungsrichtung der Referenzschicht 208 wird. Wie oben erwähnt, führt in dem Beispiel von 2A das Anlegen des Schreibstroms von dem Anschluss B zu dem Anschluss C (anstatt von dem Anschluss C zu dem Anschluss B) zu einem Drehmoment, das bewirkt, dass sich die Magnetisierungsrichtung in der freien Schicht 212 zu IN ändert, wodurch die Magnetisierungsrichtung in der freien Schicht 212 parallel zur Magnetisierungsrichtung der Referenzschicht 208 wird.
4A ist eine schematische perspektivische Ansicht von einer weiteren Ausführungsform einer MRAM-Speicherzelle 400, die SHE nutzt und das SOT zum Schalten verwendet. 4B ist eine Draufsicht der Speicherzelle 400. Die Speicherzelle 400 schließt die drei Anschlüsse A, B und C; und den magnetischen Tunnelübergang (MTJ) 402 ein. Wie dargestellt, weist der MTJ 402 die gleiche verstiftete Schicht (PL) 204, Zwischenschicht zur Kopplung (ILC) 206, Referenzschicht (RL) 208, Tunnelbarriere (TB) 210 und freie Schicht (FL) 212 wie der MTJ 202 von 2A auf. Die Speicherzelle 400 schließt außerdem die gleiche antiferromagnetische Schicht (AFM-EB) 214 wie die Speicherzelle 200 von 2A mit einer herkömmlichen Dicke (z. B. einer Dicke, die größer als die kritische Mindestdicke ist) ein, um eine Austauschvorspannung für die verstiftete Schicht 204 bereitzustellen. Der Anschluss A ist mit der antiferromagnetischen Schicht 214 verbunden.
Unter dem MTJ 402 und in Kontakt mit der freien Schicht 212 des MTJ 402 ist eine antiferromagnetische Schicht (AFM-C) 420, die eine Dicke aufweist, die kleiner als eine kritische Mindestdicke ist, die erforderlich ist, um eine Austauschvorspannung für die freie Schicht 212 bereitzustellen; die antiferromagnetische Schicht 420 stellt jedoch eine Koerzitivkraft für die freie Schicht 212 bereit. Die Anschlüsse B und C sind mit der antiferromagnetischen Schicht 420 verbunden.
4B ist eine Draufsicht der Speicherzelle 400, wobei der bidirektionale Pfeil 440 die schaltbare Magnetisierungsrichtung der freien Schicht 212 anzeigt. Wie dargestellt, ist die Form des MTJ 402 elliptisch, um die thermische Stabilität aufrechtzuerhalten. Die Form der antiferromagnetischen Schicht (AFM-C) 420 ist jedoch rechteckig. In einigen Implementierungen kann die antiferromagnetische Schicht (AFM-C) 420 gewalzt werden, sodass sie die gleiche Breite 440 wie die freie Schicht 212 aufweist.
In der Ausführungsform von 4A und 4B wirkt die antiferromagnetische Schicht (AFM-C) 420 auch als eine Quelle von Spinstrom, der ein Drehmoment auf die freie Schicht 212 ausübt. Das heißt, die antiferromagnetische Schicht (AFM-C) 420 stellt den SHE bereit, sodass eine separate SHE-Schicht nicht erforderlich ist. Schreibstrom 422 wird durch die antiferromagnetische Schicht (AFM-C) 420 zwischen den Anschlüssen B und C angelegt. Der Schreibstrom wird in einer Richtung angelegt, um ein Drehmoment auf die freie Schicht 212 anzuwenden, um die Magnetisierungsrichtung zu IN zu ändern, und in die entgegengesetzte Richtung, um ein Drehmoment auf die freie Schicht 212 anzuwenden, um die Magnetisierungsrichtung zu AUS zu ändern.
5A ist eine schematische perspektivische Ansicht von einer weiteren Ausführungsform einer MRAM-Speicherzelle 500, die SHE nutzt und das SOT zum Schalten verwendet. 5B ist eine Draufsicht der Speicherzelle 500. Die Speicherzelle 500 schließt die drei Anschlüsse A, B und C; und den magnetischen Tunnelübergang (MTJ) 502 ein. Wie dargestellt, weist der MTJ 502 die gleiche verstiftete Schicht (PL) 204, Zwischenschicht zur Kopplung (ILC) 206, Referenzschicht (RL) 208, Tunnelbarriere (TB) 210 und freie Schicht (FL) 212 wie der MTJ 202 von 2A auf. Die Speicherzelle 500 schließt außerdem die gleiche antiferromagnetische Schicht (AFM-EB) 214 wie die Speicherzelle 200 von 2A mit einer herkömmlichen Dicke ein, um eine Austauschvorspannung für die verstiftete Schicht 204 bereitzustellen. Der Anschluss A ist mit der antiferromagnetischen Schicht 214 verbunden.
Unter dem MTJ 502 und in Kontakt mit der freien Schicht 212 des MTJ 402 ist eine antiferromagnetische Schicht (AFM-C) 520, die eine Dicke aufweist, die kleiner als eine kritische Mindestdicke ist, die erforderlich ist, um eine Austauschvorspannung für die freie Schicht 212 bereitzustellen; die antiferromagnetische Schicht 520 stellt jedoch eine Koerzitivkraft für die freie Schicht 212 bereit. Eine Abstandshalterschicht 522 ist benachbart zu der antiferromagnetischen Schicht 520 angeordnet. Eine zweite antiferromagnetische Schicht, die antiferromagnetische Schicht (AFM) 524, ist benachbart zu dem Abstandshalter 522 angeordnet. In einer Ausführungsform ist der Abstandshalter 522 dünn, nicht magnetisch und durchlässig für Spinstrom (d. h., er erlaubt den Durchgang von Spinstrom), aber unterbricht jede Austauschvorspannung von der AFM 524. Beispielsweise kann der Abstandshalter 522 aus Silber, Kupfer oder Gold hergestellt sein. Die Anschlüsse B und C sind mit den antiferromagnetischen Schichten 524 und/oder 520 verbunden.
5B ist eine Draufsicht der Speicherzelle 500, wobei der bidirektionale Pfeil 530 die schaltbare Magnetisierungsrichtung der freien Schicht 212 anzeigt. Wie dargestellt, ist die Form des MTJ 502 elliptisch, um die thermische Stabilität aufrechtzuerhalten. Die Form der antiferromagnetischen Schicht (AFM-C) 520, des Abstandshalters 522 und der antiferromagnetischen Schicht (AFM) 524 ist jedoch rechteckig.
In der Ausführungsform von 5A und 5B wirken beide antiferromagnetischen Schichten 524 und 520 als Quelle von Spinstrom, der das Drehmoment auf die freie Schicht 212 ausübt, wodurch die Magnetisierungsrichtung der freien Schicht 212 geändert wird. Das heißt, dass die antiferromagnetischen Schichten 524 und 520 beide den SHE bereitstellen. Schreibstrom 526 wird durch beide Schichten zwischen den Anschlüssen B und C angelegt. Der Schreibstrom wird in einer Richtung angelegt, um ein Drehmoment auf die freie Schicht 212 anzuwenden, um die Magnetisierungsrichtung zu IN zu ändern, und in die entgegengesetzte Richtung, um ein Drehmoment auf die freie Schicht 212 anzuwenden, um die Magnetisierungsrichtung zu AUS zu ändern.
6A ist eine schematische perspektivische Ansicht einer weiteren Ausführungsform einer MRAM-Speicherzelle 600, die SHE nutzt und das SOT zum Schalten verwendet. 6B ist eine Draufsicht der Speicherzelle 600. Die Speicherzelle 600 schließt die drei Anschlüsse A, B und C; und den magnetischen Tunnelübergang (MTJ) 602 ein. Wie dargestellt, weist der MTJ 602 die verstiftete Schicht (PL) 604, die Zwischenschicht zur Kopplung (ILC) 606, die Referenzschicht (RL) 608, die Tunnelbarriere (TB) 610 und die freie Schicht (FL) 612 auf. Die Speicherzelle 600 schließt außerdem die gleiche antiferromagnetische Schicht (AFM-EB) 614 in Kontakt mit der verstifteten Schicht 604 mit einer herkömmlichen Dicke (z. B. einer Dicke, die größer als die kritische Mindestdicke ist) ein, um eine Austauschvorspannung für die verstiftete Schicht 604 bereitzustellen. Der Anschluss A ist mit der antiferromagnetischen Schicht 614 verbunden.
Unter dem MTJ 602 und in Kontakt mit der freien Schicht 612 des MTJ 602 ist eine antiferromagnetische Schicht (AFM-C) 620, die eine Dicke aufweist, die kleiner als eine kritische Mindestdicke ist, die erforderlich ist, um eine Austauschvorspannung für die freie Schicht 612 bereitzustellen; die antiferromagnetische Schicht 620 stellt jedoch eine Koerzitivkraft für die freie Schicht 612 bereit. In einer Ausführungsform ist die antiferromagnetische Schicht 620 die gleiche wie die antiferromagnetische Schicht 420 von 4. Die Anschlüsse B und C sind mit der antiferromagnetischen Schicht 620 verbunden. Aus der perspektivischen Seitenansicht von 6A sind die Schichten der Speicherzelle 600 ähnlich wie die Schichten der Speicherzelle 400 von 4A. Jedoch unterscheidet sich, wie in Bezug auf 6B erörtert, die Form des MTJ 602 von der Form des MTJ 402.
6B ist eine Draufsicht der Speicherzelle 600, wobei der bidirektionale Pfeil 630 die schaltbare Magnetisierungsrichtung der freien Schicht 612 anzeigt. Wie dargestellt, ist die Form des MTJ 602 rund oder kreisförmig (anstatt elliptisch). Die Form der antiferromagnetischen Schicht (AFM-C) 620 ist jedoch rechteckig. In einigen Implementierungen kann die antiferromagnetische Schicht (AFM-C) 620 auf die gleiche Breite 640 wie die freie Schicht 612 gewalzt werden. Den MTJ 602 rund zu formen, ermöglicht es, den MTJ aggressiver zu skalieren, weil es leichter ist, einen Kreis als eine Ellipse zu skalieren, weil der Nebenradius der Ellipse zu schmal werden kann, bevor der Hauptradius klein genug ist. Frühere magnetische Tunnelübergänge verwendeten eine elliptische Form, um die thermische Stabilität aufrechtzuerhalten. Es wird jedoch in Betracht gezogen, dass die antiferromagnetische Schicht (AFM-C) 620 die erforderliche thermische Stabilität allein bereitstellt, wodurch die runde Form ermöglicht wird. Aus den gleichen Gründen wird vorgeschlagen, dass der MTJ 202 der Ausführungsform von 2A und der MTJ 402 der Ausführungsform von 5A auch in einer kreisförmigen oder runden Form implementiert werden können.
Wie oben in Bezug auf 4A und 4B beschrieben, wirkt die antiferromagnetische Schicht (AFM-C) 620 auch als eine Quelle von Spinstrom, der das Drehmoment auf die freie Schicht 612 ausübt. Das heißt, die antiferromagnetische Schicht (AFM-C) 620 stellt den SHE bereit, sodass eine separate SHE-Schicht nicht erforderlich ist. Somit wird Schreibstrom 622 durch die antiferromagnetische Schicht (AFM-C) 620 zwischen den Anschlüssen B und C angelegt. Der Schreibstrom wird in einer Richtung angelegt, um ein Drehmoment auf die freie Schicht 612 anzuwenden, um die Magnetisierungsrichtung zu IN zu ändern, und in die entgegengesetzte Richtung, um ein Drehmoment auf die freie Schicht 612 anzuwenden, um die Magnetisierungsrichtung zu AUS zu ändern.
7 ist ein Blockdiagramm, das ein Beispiel für ein Speichersystem 700 darstellt, das die hierin beschriebene Technologie implementieren kann. Das Speichersystem 700 schließt ein Speicherarray 702 ein, das Tausende oder Millionen von jeder der oben beschriebenen Speicherzellen einschließen kann. Die Array-Anschluss-Leitungen des Speicherarrays 702 schließen die verschiedenen Schichten von Wortleitungen, die als Zeilen organisiert sind, und die verschiedenen Schichten von Bitleitungen, die als Spalten organisiert sind, ein. Jedoch können aber auch andere Orientierungen umgesetzt werden. Das Speichersystem 700 schließt eine Zeilensteuerschaltung 720 ein, deren Ausgänge 708 mit jeweiligen Wortleitungen des Speicherarrays 702 verbunden sind. Die Zeilensteuerschaltung 720 empfängt eine Gruppe von M Zeilenadresssignalen und ein oder mehrere verschiedene Steuersignale von der Systemsteuerungslogikschaltung 770 und kann üblicherweise solche Schaltungen, wie Zeilendecoder 722, Array-Anschluss-Treiber 724 und Blockauswahlschaltungen 726, für Lese- und Schreibvorgänge einschließen. Das Speichersystem 700 schließt außerdem eine Spaltensteuerschaltung 710 ein, deren Ein-/Ausgänge 706 mit jeweiligen Bitleitungen des Speicherarrays 702 verbunden sind. Die Spaltensteuerschaltung 706 empfängt eine Gruppe von N Spaltenadresssignalen und ein oder mehrere verschiedene Steuersignale von der Systemsteuerungslogik 770 und kann üblicherweise solche Schaltungen, wie Spaltendecoder 712, Array-Anschluss-Empfänger oder -Treiber 714, Blockauswahlschaltungen 716 sowie Lese-/Schreibschaltungen und E/A-Multiplexer, einschließen. Die Systemsteuerungslogik 770 empfängt Daten und Befehle von einem Host und stellt dem Host Ausgabedaten bereit. In weiteren Ausführungsformen empfängt die Systemsteuerungslogik 770 Daten und Befehle von einer separaten Steuerschaltung und stellt dieser Steuerschaltung Ausgabedaten bereit, wobei die Steuerschaltung mit dem Host kommuniziert. Die Systemsteuerungslogik 770 kann eine oder mehrere Zustandsmaschinen, Register und andere Steuerlogiken zum Steuern des Betriebs des Speichersystems 700 einschließen.
In einer Ausführungsform sind alle in 7 dargestellten Komponenten auf einer einzigen integrierten Schaltung angeordnet. Beispielsweise sind die Systemsteuerungslogik 770, die Spaltensteuerschaltung 710 und die Zeilensteuerschaltung 720 auf der Oberfläche eines Substrats gebildet, und das Speicherarray 702 ist ein monolithisches dreidimensionales Speicherarray, das über dem Substrat (und somit über der Systemsteuerungslogik 770, der Spaltensteuerschaltung 710 und der Zeilensteuerschaltung 720) gebildet ist. In einigen Fällen kann ein Abschnitt der Steuerschaltung auf den gleichen Schichten wie ein Teil des Speicherarrays ausgebildet sein.
Integrierte Schaltungen mit einem Speicherarray unterteilen die Anordnung in der Regel in eine Anzahl von Untergruppen oder Blöcken. Blöcke sind benachbarte Gruppe von Speicherzellen mit benachbarten Wortleitungen und Bitleitungen, die in der Regel nicht durch Decoder, Treiber, Leseverstärker, Eingangs/Ausgangsschaltungen ununterbrochen sind.
In einer Ausführungsform kann jede oder jede Kombination von Zeilensteuerschaltlogiken 720, Zeilendecodern 722, Array-Treibern 724, Blockauswahlen 726, Spaltensteuerschaltungen 710, Spaltendecodern 712, Treiberschaltlogiken 714, Blockauswahlschaltungen 716 und/oder Systemsteuerungslogik 770 als eine Steuerschaltung betrachtet werden, die mit den Speicherzellen des Speicherarrays 702 verbunden ist und dazu eingerichtet ist, durch Ändern der Magnetisierungsrichtung der freien Schichten der Speicherzellen nichtflüchtige Daten in die Speicherzelle zu programmieren.
Eine Ausführungsform schließt eine nichtflüchtige Speicherzelle mit erstem ferromagnetischem Material, das eine schaltbare Magnetisierungsrichtung aufweist, und erstem antiferromagnetischem Material in Kontakt mit dem ersten ferromagnetischen Material ein.
Eine Ausführungsform schließt eine Vorrichtung ein, die einen magnetischen Tunnelübergang und eine Schicht aus antiferromagnetischem Material in der Nähe des magnetischen Tunnelübergangs aufweist. Die Schicht aus antiferromagnetischem Material weist eine Dicke auf, die kleiner als eine kritische Mindestdicke ist, die erforderlich ist, um eine Austauschvorspannung bereitzustellen.
Eine Ausführungsform schließt ein Verfahren ein, aufweisend: Anlegen eines Schreibstroms in einer Materialschicht in der Nähe eines magnetischen Tunnelübergangs; Erzeugen von Spinstrom in der Materialschicht aufgrund des Spin-Hall-Effekts als Reaktion auf den Schreibstrom; Leiten von Spinstrom durch ein antiferromagnetisches Material in eine freie Schicht des magnetischen Tunnelübergangs; Übertragen eines Drehmoments auf die freie Schicht durch den Spinstrom, der auf die freie Schicht einwirkt; und Ändern der Magnetisierungsrichtung der freien Schicht als Reaktion auf das Drehmoment.
Eine Ausführungsform schließt eine Vorrichtung mit einem magnetischen Tunnelübergang ein, der eine verstiftete ferromagnetische Schicht und eine freie ferromagnetische Schicht einschließt. Die freie ferromagnetische Schicht weist eine schaltbare Magnetisierungsrichtung auf. Die verstiftete ferromagnetische Schicht weist eine feste Magnetisierungsrichtung auf. Die Vorrichtung weist weiterhin ein Mittel zum Bereitstellen einer Koerzitivkraft und von Spinstrom an die freie ferromagnetische Schicht auf, ohne eine Austauschvorspannung für die freie ferromagnetische Schicht bereitzustellen. In einer beispielhaften Implementierung schließt das Mittel zum Bereitstellen einer Koerzitivkraft und von Spinstrom ein antiferromagnetisches Material in Kontakt mit der freien ferromagnetischen Schicht ein.
Für die Zwecke dieses Dokuments kann eine Bezugnahme in der Beschreibung auf „eine Ausführungsform“, „einige Ausführungsformen“ oder „eine andere Ausführungsform“ verwendet werden, um verschiedene Ausführungsformen oder dieselbe Ausführungsform zu beschreiben.
Im Sinne dieses Dokuments kann eine Verbindung eine direkte Verbindung oder eine indirekte Verbindung sein (z.B. über einen oder mehrere andere Teile). In einigen Fällen, wenn ein Element als mit einem anderen Element verbunden oder gekoppelt bezeichnet wird, kann das Element direkt mit dem anderen Element verbunden sein oder indirekt über zwischenliegende Elemente mit dem anderen Element verbunden sein. Wenn ein Element als direkt mit einem anderen Element verbunden bezeichnet wird, gibt es keine Zwischenelemente zwischen dem Element und dem anderen Element. Zwei Vorrichtungen sind „in Kommunikation“, wenn sie direkt oder indirekt miteinander verbunden sind, sodass sie elektronische Signale untereinander übertragen zu können. Eine Verbindung schließt eine elektrische Verbindung oder eine mechanische Verbindung ein und kann auch zwei Materialien in Kontakt einschließen.
Für die Zwecke dieses Dokumentes kann der Begriff „basierend auf“ als „zumindest teilweise basierend auf“ gelesen werden.
Für die Zwecke dieses Dokuments impliziert ohne zusätzlichen Kontext die Verwendung numerischer Ausdrücke, wie z. B. ein „erstes“ Objekt, ein „zweites“ Objekt und ein „drittes“ Objekt möglicherweise keine Sortierung von Objekten, sondern kann stattdessen zu Identifikationszwecken verwendet werden, um verschiedene Objekte zu identifizieren.
Für die Zwecke dieses Dokuments kann sich der Ausdruck „Satz“ von Objekten auf einen „Satz“ von einem oder mehreren der Objekte beziehen.
Die vorhergehende detaillierte Beschreibung wurde zu Zwecken der Veranschaulichung und Beschreibung vorgelegt. Sie soll nicht erschöpfend sein oder die genaue offenbarte Form beschränken. Viele Modifikationen und Variationen sind unter Berücksichtigung der vorstehend genannten Lehre möglich. Die beschriebenen Ausführungsformen wurden gewählt, um die Prinzipien der vorgeschlagenen Technologie und ihre praktische Anwendung am besten zu erläutern und damit anderen Fachleuten die Möglichkeit zu geben, sie in verschiedenen Ausführungsformen und mit verschiedenen Modifikationen, die für die jeweilige vorgesehene Verwendung geeignet sind, am besten zu nutzen. Es ist beabsichtigt, dass der Schutzumfang durch die hier beigefügten Ansprüche definiert wird.

Claims

Was beansprucht wird:
Nichtflüchtige Speicherzelle, aufweisend: einen magnetischen Tunnelübergang, der eine freie Schicht und eine verstiftete Schicht einschließt, wobei die freie Schicht eine erste ferromagnetische Schicht aufweist, die eine schaltbare Magnetisierungsrichtung aufweist; und eine erste antiferromagnetische Schicht in Kontakt mit der ersten ferromagnetischen Schicht, wobei die erste antiferromagnetische Schicht eine Dicke aufweist, die kleiner als eine kritische Mindestdicke ist, die erforderlich ist, um eine Austauschvorspannung für die erste ferromagnetische Schicht bereitzustellen.
Vorrichtung gemäß Anspruch 1, wobei: die erste antiferromagnetische Schicht eine Dicke aufweist, sodass die erste antiferromagnetische Schicht der ersten ferromagnetischen Schicht eine Koerzitivkraft bereitstellt.
Vorrichtung gemäß Anspruch 1, wobei: die nichtflüchtige Speicherzelle weiterhin eine Spin-Hall-Effekt-Schicht aufweist, die in Kontakt mit, aber separat von, der ersten antiferromagnetischen Schicht ist und dazu eingerichtet ist, als eine Quelle von Spinstrom zu dem magnetischen Tunnelübergang als Reaktion auf einen elektrischen Strom über die Spin-Hall-Effekt-Schicht zu wirken.
Vorrichtung gemäß Anspruch 1, wobei: die nichtflüchtige Speicherzelle eine SOT-MRAM-Speicherzelle ist.
Vorrichtung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei: der magnetische Tunnelübergang weiterhin eine Zwischenschicht zur Kopplung (ILC), eine Referenzschicht und eine Tunnelbarriere aufweist; die Zwischenschicht zur Kopplung (ILC) zwischen der verstifteten Schicht und der Referenzschicht angeordnet ist; und die Tunnelbarriere zwischen der Referenzschicht und der freien Schicht angeordnet ist.
Vorrichtung gemäß Anspruch 5, wobei: die nichtflüchtige Speicherzelle weiterhin eine zweite antiferromagnetische Schicht benachbart zu der verstifteten Schicht aufweist; und die zweite antiferromagnetische Schicht eine Dicke aufweist, die groß genug ist, um eine Austauschvorspannung für die verstiftete Schicht bereitzustellen.
Vorrichtung gemäß Anspruch 1, wobei: der magnetische Tunnelübergang rund ist.
Vorrichtung gemäß Anspruch 1, wobei: die MRAM-Speicherzelle weiterhin eine Spin-Hall-Effekt-Schicht aufweist, die in Kontakt mit der ersten antiferromagnetischen Schicht ist und dazu eingerichtet ist, als eine Quelle von Spinstrom in die erste antiferromagnetische Schicht als Reaktion auf einen elektrischen Strom über die Spin-Hall-Effekt-Schicht zu wirken; und die erste antiferromagnetische Schicht zwischen der Spin-Hall-Effekt-Schicht und der ersten ferromagnetischen Schicht angeordnet ist.
Vorrichtung gemäß Anspruch 8, wobei: der magnetische Tunnelübergang eine elliptische Form aufweist; die Spin-Hall-Effekt-Schicht eine rechteckige Form aufweist; und die erste antiferromagnetische Schicht eine elliptische Form aufweist.
Vorrichtung gemäß Anspruch 8, wobei: der magnetische Tunnelübergang eine elliptische Form aufweist; die Spin-Hall-Effekt-Schicht eine rechteckige Form aufweist; und die erste antiferromagnetische Schicht eine rechteckige Form aufweist.
Vorrichtung gemäß Anspruch 1, weiterhin aufweisend eine Steuerschaltung, die mit der Speicherzelle verbunden ist und dazu eingerichtet ist, durch Ändern der Magnetisierungsrichtung der ersten ferromagnetischen Schicht nichtflüchtige Daten in die nichtflüchtige Speicherzelle zu programmieren, wobei die Magnetisierungsrichtung für die erste ferromagnetische Schicht in der Ebene ist.
Vorrichtung gemäß Anspruch 1, wobei: die erste antiferromagnetische Schicht dazu eingerichtet ist, als eine Quelle von Spinstrom für die erste ferromagnetische Schicht als Reaktion auf einen elektrischen Strom über die erste ferromagnetische Schicht zu wirken.
Vorrichtung gemäß Anspruch 1, wobei: die nichtflüchtige Speicherzelle weiterhin einen Abstandshalter benachbart zu der ersten antiferromagnetischen Schicht und eine zweite antiferromagnetische Schicht benachbart zu dem Abstandshalter aufweist, wobei der Abstandshalter für Spinstrom durchlässig ist.
Verfahren, aufweisend: Anlegen eines Schreibstroms in einer Materialschicht in der Nähe eines magnetischen Tunnelübergangs; Erzeugen von Spinstrom in der Materialschicht aufgrund des Spin-Hall-Effekts als Reaktion auf den Schreibstrom; Leiten des Spinstroms von der Materialschicht in und durch ein antiferromagnetisches Material, wobei der Spinstrom nach dem Hindurchgehen durch das antiferromagnetische Material in eine freie Schicht des magnetischen Tunnelübergangs injiziert wird; Übertragen eines Drehmoments auf die freie Schicht durch den Spinstrom, der auf die freie Schicht einwirkt; und Ändern der Magnetisierungsrichtung der freien Schicht als Reaktion auf das Drehmoment.
Verfahren gemäß Anspruch 14, wobei: das antiferromagnetische Material eine Dicke aufweist, die kleiner als eine kritische Mindestdicke ist, die erforderlich ist, um eine Austauschvorspannung zwischen dem antiferromagnetischen Material und einer freien Schicht des magnetischen Tunnelübergangs, der in Kontakt mit dem antiferromagnetischen Material ist, bereitzustellen.