DE602005004831T2

DE602005004831T2 - Magnetische Multibit-Speicherzellenvorrichtung mit wahlfreiem Zugriff

Info

Publication number: DE602005004831T2
Application number: DE602005004831T
Authority: DE
Inventors: Chee-kheng Yeongtong-gu Suwon-si Lim
Original assignee: Samsung Electronics Co Ltd
Current assignee: Samsung Electronics Co Ltd
Priority date: 2004-05-21
Filing date: 2005-05-20
Publication date: 2009-02-19
Anticipated expiration: 2025-05-21
Also published as: DE602005024872D1; EP1600977B1; US20090201720A1; US7881099B2; DE602005004831D1; US7502248B2; JP2005340824A; EP1600977A2; EP1600977A3; US20050259463A1

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft einen magnetischen Direktzugriffspeicher und insbesondere einen magnetischen Multibit-Direktzugriffspeicher und ein Verfahren zum Schreiben und Lesen beim magnetischen Multibit-Direktzugriffspeicher.
Das schnelle Wachstum der digitalen Informationsgenetstion führt, aufgrund der wachsenden Popularität von Mobilgeräten, möglicherweise zu einer neuen Explosionswelle im Bedarf nach Speichern mit hoher Dichte. Ein magnetischer Direktzugriffspeicher (MRAM) ist einer der vielversprechenden Kandidaten zur Bereitstellung energieeffizienter und nichtflüchtiger Speicher.
Die attraktivsten Vorteile von MRAM sind, dass das Mobilgerät den aktuellen Arbeitszustand beibehält, wenn die Energiezufuhr abbricht, und außerdem längere Batterielaufzeiten für Mobilgeräte von Notebook-Computern bis zu Mobiltelefonen erreicht werden können, da die Nichtflüchtigkeit den MRAM-Chips ermöglicht, weniger Energie zu verbrauchen als herkömmliche dynamische Direktzugriffspeicher (DRAM) und statische Direktzugriffspeicher (SRAM).
Der Baublock der MRAM-Architektur ist eine Drahtkreuzstruktur, in der ein Magnetelement am Schnittpunkt von zwei orthogonalen Drähten gelegen ist. Der Schreib- oder Adressierprozess einer MRAM-Zelle wird durch Anlegen von zwei orthogonalen Magnetfeldpulsen erreicht, die dadurch erzeugt werden, dass ein elektrischer Strom durch die Drähte geschickt wird. Die beiden Drähte werden oft als Wortleitung (Hy-Feld, entlang der kurzen Achse des Magnetelements) und als Bitleitung (Hx-Feld, entlang der langen Achse (oder weichen Achse) des Magnetelements) bezeichnet.
Die Stärke der angelegten Magnetfelder ist derart, dass ein Feld allein die Magnetisierung eines Magnetelements nicht umschalten kann, sondern vielmehr zur Zellselektivität die Kombination von beiden Magnetfeldern von der Wort- und Bitleitung erfordert. Die derzeitige Zellschreibtechnologie beruht jedoch auf dem Anlegen eines langen Magnetfeldpulses, einige Zehn Nanosekunden, der lang genug ist, dass die Magnetisierung den endgültigen Gleichgewichtszustand erreicht. Dieses Schreibverfahren ist als quasistatisches Schreiben bekannt, das nicht nur langsam ist, sondern auch nicht energieeffizient.
Ebenso gibt es bei einem solchen Speicher mit einer Mehrschichtzellstruktur eine Einschränkung bei der Speicherdichte. In den meisten Fällen kann nur ein Bit Information am Kreuzungspunkt (dem Schnittpunkt der beiden orthogonalen Drähte) in der MRAM-Architektur gespeichert werden.
Jüngst wurden Versuche unternommen, diese Einschränkung der Speicherdichte zu überwinden. Zum Beispiel offenbart die US-Patentveröffentlichung 2003/0209769 von Nickel et al. ein MRAM-Bauteil mit einer Mehrbitspeicherzelle. Insbesondere beinhaltet jede Speicherzelle zwei magnetoresistive Bauelemente, die in Serie verbunden sind.
Jedes der beiden magnetoresistiven Bauelemente weist Leseschichten mit distinkt unterschiedlichen Koerzitivitäten auf, und sie erfordern daher unterschiedliche Schreibströme. Daher können Schreibvorgänge bei den beiden magnetoresistiven Bauelementen selektiv durchgeführt werden. Jede Mehrbitspeicherzelle weist vier logische Zustände auf, die in jedem Zustand unterschiedliche Widerstandswerte aufweisen. Dies ermöglicht Speicherung von mehr Daten als eine Einzelbitspeicherzelle aus dem Stand der Technik, die nur zwei logische Zustände aufweist.
US-Patent Nr. 5,930,164 von Zhu offenbart eine Magnetspeichervorrichtung mit vier logischen Zuständen und ein Verfahren zu ihrem Betrieb. Die Speichervorrichtung von Zhu weist ein Mehrbitsystem auf, das durch Stapeln von zwei oder mehr Speicherzellen übereinander ausgebildet ist, die durch eine dicke leitende Schicht getrennt sind, so dass eine magnetische Kopplung zwischen Speicherzellen vermieden wird.
Bei Zhu umfasst jede Speicherzelle eine freie Magnetdatenschicht zum Speichern von einem Bit Information, eine harte Magnetschicht als Referenzschicht und eine Barriereschicht zwischen der freien und der harten Magnetschicht. Im Wesentlichen ist jede Speicherzelle eine unabhängige MTJ-Einrichtung. Die Speicherzellen weisen distinkte Koerzitivitäten auf, was dadurch unabhängiges Beschreiben der Zellen durch ein oder zwei Magnetfelder ermöglicht. Für einen Abtast- oder Leseprozess weisen diese Speicherzellen unterschiedliche Magnetwiderstand(MR)-Verhältnisse auf, was daher vier Widerstandszustände zum Abtasten von Mehrbitinformation ergibt. Das Schreibverfahren beruht jedoch auf einem quasistatischen Schreibverfahren, das nicht nur langsam, sondern auch nicht energieeffizient ist.
US-Patent Nr. 5,703,805 von Tehrani et al. offenbart ein Verfahren zum Erfassen von Information, die in einer MRAM-Zelle mit zwei Magnetschichten mit unterschiedlicher Dicke gespeichert ist.
Bei der Vorrichtung von Tehrani et al., sind zwei magnetische Datenschichten durch einen nicht magnetischen Abstandhalter getrennt. Jede magnetische Datenschicht kann ein Bit Information speichern. Ein Schreibprozess für diese Vorrichtung verwendet unterschiedliche Koerzitivkräfte für die beiden magnetischen Datenschichten, daher ist ein unabhängiges Schreiben unter Verwendung eines quasistatischen Verfahrens möglich. Ein quasistatisches Schreibverfahren beruht auf dem Anlegen eines langen Magnetfeldpulses von einigen Nanosekunden, was lang genug ist, dass die Magnetisierung einer Zelle einen endgültigen Gleichgewichtszustand erreicht. Wie oben erwähnt, ist dieses Umschaltverfahren nicht nur langsam, sondern auch nicht energieeffizient.
Ferner ist der Leseprozess bei der Vorrichtung von Tehrani et al. sehr komplex, da sechs Magnetfelder erforderlich sind, um den Zustand jeder Datenschicht getrennt zu bestimmen. Dies ergibt einen langsamen und ineffizienten Leseprozess.
Schließlich offenbart US-Patent Nr. 6,590,806 von Bhattacharyya eine Vorrichtung mit zwei magnetischen Datenschichten, die durch ein Paar antiferromagnetisch gekoppelter Magnetschichten getrennt sind. Die beiden freien magnetischen Datenschichten weisen distinkte Koerzitivitäten auf und daher ist ein unabhängiges Schreiben möglich.
Die Vorrichtung von Bhattacharyya weist vier Widerstandszustände auf, die von der magnetischen Konfiguration der freien Datenschichten und der antiferromagnetisch gekoppelten Schichten abhängt. Deshalb ist die Referenzschicht für den Magnetwiderstandseffekt das Paar antiferromagnetisch gekoppelter Schichten. Dies bedeutet, dass wenn diese Vorrichtung für zusätzliche Datenschichten verwendet werden soll, erfordert jede Datenschicht ein Paar antiferromagnetischer Schichten, was eine komplizierte Bauteilstruktur ergibt. Ebenso beruht die Vorrichtung auf dem herkömmlichen quasistatischen Schreibverfahren.
Ferner ist vom Fertigungsprozess für MRAM-Bauteile aus dem Stand der Technik nur bekannt, dass sie, wegen der hohen Anfälligkeit für Zelldefekte, niedrige Speicherausbeuten produzieren, was zu Domänennukleation und daher einer breiten Schaltfeldverteilung führt.
US 2004/0090844 beschreibt eine mehrstufige Magnetspeicherzelle mit in Serie verbundenen ersten und zweiten magnetoresistiven Bauteilen.
Die Bauteile weisen Abtastschichten mit unterschiedlichen Koerzitivitäten auf. Es werden Anordnungen dieser Zellen beschrieben. Die Widerstandszustände der Zelle können so gewählt werden, dass vier möglichr logische Zustände aus zwei Schichten durch den Widerstand unterschieden werden können.
US 2002/0175386 beschreibt einen weiteren MRAM. Es ist ein Transistor in einer unteren Schicht und der MRAM in einer oberen Schicht vorgesehen.
US 6,717,843 beschreibt einen mehrstufigen MRAM, der 2 und in Ausführungsformen mehr Magnetschichten aufweist.
US 2004/0076036 beschreibt eine spezielle MRAM-Zelle, die in Ausführungsformen spinpolarisierte Elektronen verwendet, um die Speicherzelle zu beschreiben.
US 2004/0185045 beschreibt Schreibverfahren zum Betrieb eines MRAM und insbesondere ein Verfahren, bei dem ein Magnetfeld in eine Richtung über eine längere Zeitdauer und ein Magnetfeld in senkrechter Richtung in wechselnden Richtungen über eine kürzere Zeitdauer angelegt wird.
Gemäß einem Aspekt der Erfindung werden Schreibverfahren für einen Magnetspeicher nach Anspruch 1 zur Verfügung gestellt.
Gemäß einem anderen Aspekt der Erfindung wird ein magnetischer Direktzugriffspeicher (MRAM) nach Anspruch 24 zur Verfügung gestellt.
Die vorliegende Erfindung stellt einen Multibit-MRAM zur Verfügung, der die Integration erhöht, Aufzeichnung in Hochgeschwindigkeit ermöglicht, den Einfluss einer Abweichung der Abmessungen einer Zelle mit Magnettunnelübergang (MTJ) vermindert.
Die vorliegende Erfindung stellt auch Verfahren zum Betreiben und Lesen des Multibit-MRAM zur Verfügung.
Das in beispielhaften Ausführungsformen hierin offenbarte Multibit-MRAM-Bauteil ist ein magnetoresistives Speicherbauteil, das so ausgelegt ist, dass es mehr als ein Bit Information an einer Schnittstelle zwischen den Bit- und Wortleitungen speichert. In einer beispielhaften Ausführungsform werden zwei unabhängige Informationsbits in zwei magnetisch umschaltbaren ferromagnetischen Schichten gespeichert, wobei jede Schicht ein einziges Bit binärer Information speichert.
Selbstverständlich sind auch Speicherzellen offenbart, die mehr als zwei Bit Information beinhalten, und ein Fachmann wird erkennen, dass Mehrbitzellen unter Anwendung der gleichen Prinzipien wie bei der Zweibitzelle ausgeführt werden können.
Insbesondere umfasst der MRAM in einer beispielhaften Ausführungsform der Erfindung eine Schaltvorrichtung, ein Magnetaufzeichnungsmedium, das mit der Schaltvorrichtung verbunden ist, eine erste Magnetfelderzeugungseinheit, die zwischen der Schaltvorrichtung und dem Magnetaufzeichnungsmedium installiert ist, und eine zweite Magnetfelderzeugungseinheit, die mit dem Magnetaufzeichnungsmedium verbunden ist, wobei das Magnetaufzeichnungsmedium eine obere und eine untere Magnetschicht umfasst, die magnetisch veränderlich sind und sequentiell auf einer gepinnten Schicht mit einer festgelegten Magnetisierungsrichtung aufgestapelt sind, einen unteren Abstandhalter, der zwischen der gepinnten Schicht und der unteren Magnetschicht ausgebildet ist, und einen oberen Abstandhalter, der zwischen der oberen und unteren Magnetschicht ausgebildet ist, wobei eine Differenz ΔR1 zwischen maximalem und mi nimalem Widerstand eines Stapels mit der gepinnten Schicht, dem unteren Abstandhalter und der unteren Magnetschicht sich von der Differenz ΔR2 zwischen maximalem und minimalem Widerstand eines Stapels mit der unteren Magnetschicht, dem oberen Abstandhalter und der oberen Magnetschicht unterscheidet.
Der MRAM kann ferner eine dritte Magnetschicht auf der oberen Magnetschicht umfassen, wobei die obere und dritte Magnetschicht voneinander durch eine dritte Abstandhalterschicht getrennt sind.
Die obere und untere Magnetschicht können unterschiedliche Spinpräzessionsfrequenzen aufweisen.
Die obere und untere Magnetschicht können unterschiedliches ferromagnetisches Material, unterschiedliche Dicke oder eine unterschiedliche magnetokristalline Anisotropie aufweisen.
Die obere und untere Magnetschicht können eine magnetokristalline Anisotropie in der Ebene, eine magnetokristalline Anisotropie außerhalb der Ebene oder eine Kombination von magnetokristalliner Anisotropie in der Ebene und magnetokristalliner Anisotropie außerhalb der Ebene aufweisen.
Die obere und untere Magnetschicht können eine Legierung von Ni, Fe und Co oder eine Kombination davon aufweisen.
Jede der oberen und unteren Magnetschicht kann ein Bit binärer Information speichern.
Eine durch die Magnet- und Abstandhalterschichten gebildete Zelle kann abgerundete Ecken aufweisen, so dass Magnetdomänennukleation unterdrückt wird.
Eine durch die Magnet- und Abstandhalterschichten gebildete Zelle kann ein Aspektverhältnis in einem Bereich von ungefähr 1,1 bis 5,0 aufweisen.
Die obere und untere Magnetschicht können unterschiedliche Sättigungsmagnetisierungen aufweisen.
Die obere und untere Magnetschicht können Schichten mit identischem Magnetmaterial sein, wobei eine Abdeckschicht, die die Gilbert-Zerfallskonstante erhöht, auf der oberen Magnetschicht ausgebildet ist.
Der obere und untere Abstandhalter können unterschiedliche Dicken aufweisen.
Der obere und untere Abstandhalter können aus unterschiedlichen Materialien gebildet sein.
Der obere und untere Abstandhalter können unterschiedliche Sättigungsmagnetisierungen aufweisen.
Die obere und untere Magnetschicht können unterschiedliche magnetische Anisotropien aufweisen.
Der dritte Abstandhalter kann aus einem leitfähigen Material, einem nicht leitfähigen Material oder einer Mischung der zuvor genannten Materialien gebildet sein.
Die obere Magnetschicht, die untere Magnetschicht und die dritte Magnetschicht können unterschiedliche Sättigungsmagnetisierungen aufweisen.
Der MRAM kann eine Abdeckschicht, die die Gilbert-Zerfallskonstante erhöht, auf der dritten Magnetschicht aufweisen.
Die erste Magnetfelderzeugungseinheit kann eine Datenleitung sein und die zweite Magnetfelderzeugungseinheit kann eine Bitleitung sein.
Die obere und untere Magnetschicht können Magnetmaterialschichten sein, die vertikale Magnetisierung bewirken.
Die obere Magnetschicht, die untere Magnetschicht und die dritte Magnetschicht können Magnetmaterialschichten sein, die vertikale Magnetisierung bewirken.
Der MRAM kann einen Filter umfassen, der einen Spinpolarisationsstrom in oder auf dem Magnetaufzeichnungsmedium erzeugt.
In einer beispielhaften Ausführungsform stellt die vorliegende Erfindung ein Schreibverfahren für einen MRAM zur Verfügung, mit einer Schaltvorrichtung und einem Magnetaufzeichnungsmedium, das mit der Schaltvorrichtung verbunden ist und eine Magnetschicht aufweist, in die Bitdaten eingeschrieben werden, wobei die Bitdaten in das Magnetaufzeichnungsmedium dadurch eingeschrieben werden, dass ein externer Magnetpuls mit einem Magnetpuls (Hx) in Richtung der weichen Achse und einem Magnetpuls (Hy) in Richtung der harten Achse angelegt wird.
Das Magnetaufzeichnungsmedium kann eine obere und untere Magnetschicht mit unterschiedlichen Spinpräzessionsfrequenzen aufweisen.
Die Intensität des Magnetpulses (Hx) in Richtung der weichen Achse kann variabel sein, während die Intensität des Magnetpulses (Hy) in Richtung der harten Achse konstant gehalten wird.
Der externe Magnetpuls mit einem Intensitätsverhältnis des Magnetpulses (Hx) in Richtung der weichen Achse zum Magnetpuls (Hy) in Richtung der harten Achse, das kleiner als 1 ist, kann an das Magnetaufzeichnungsmedium angelegt werden.
Der Magnetpuls (Hy) in Richtung der harten Achse kann über eine kürzere Dauer angelegt werden als der Magnetpuls (Hx) in Richtung der weichen Achse.
Der externe Magnetpuls mit einem Magnetpuls (Hx) in Richtung der weichen Achse und einem Magnetpuls (Hy) in Richtung der harten Achse, die eine gleiche Intensität aufweisen, kann an das Magnetaufzeichnungsmedium angelegt werden.
Multibitdaten können in das Magnetaufzeichnungsmedium dadurch selektiv eingeschrieben werden, dass ein erster externer Magnetpuls angelegt wird, der einen Magnetpuls (Hx) in Richtung der weichen Achse und einen Magnetpuls (Hy) in Richtung der harten Achse beinhaltet, die eine gleiche Intensität aufweisen, und ein zweiter externer Magnetpuls angelegt wird, der einen Magnetpuls (Hy) der harten Achse und einen Magnetpuls (Hx) in Richtung der weichen Achse beinhaltet, der dabei eine geringere Intensität als der Magnetpuls (Hy) in Richtung der harten Achse aufweist.
Unter der Annahme, dass eine Periode einer Spinpräzession von Elektronen in der unteren Magnetschicht, wenn der externe Magnetpuls angelegt wird, T1 beträgt, kann der Magnetpuls (Hy) in Richtung der harten Achse für eine Dauer von (n + 1/2)T1 angelegt werden, wobei n eine ganze Zahl ist.
Unter der Annahme, dass eine Periode einer Spinpräzession von Elektronen in der oberen Magnetschicht, wenn der externe Magnetpuls an gelegt wird, T2 beträgt, kann der Magnetpuls (Hy) in Richtung der harten Achse für eine Dauer von nT2 angelegt werden, wobei n eine ganze Zahl ist.
In einer anderen beispielhaften Ausführungsform stellt die vorliegende Erfindung ein Schreibverfahren für einen magnetischen Direktzugriffspeicher mit einer Schaltvorrichtung und einem Magnetaufzeichnungsmedium, das mit der Schaltvorrichtung verbunden ist und obere und untere Magnetschichten mit unterschiedlichen Spinpräzessionsfrequenzen aufweist, in das Bitdaten eingeschrieben werden, und einem Abstandhalter zwischen der oberen und unteren Magnetschicht zur Verfügung, wobei Bitdaten in die obere oder untere Magnetschicht durch Anlegen eines Spinpolarisationsstroms an das Magnetaufzeichnungsmedium eingeschrieben werden.
Ein Schreibverfahren für einen Magnetspeicher mit einer Speicherzelle umfassend mindestens obere und untere Magnetschichten und eine Magnetreferenzschicht, wobei das Verfahren einen Schreibvorgang definiert, der Anlegen eines ersten Magnetfelds unter einem Schaltfeld entlang einer langen Achse der Speicherzelle und Anlegen eines zweiten Magnetfelds orthogonal zum ersten Magnetfeld umfasst, wobei das erste Magnetfeld abgeschaltet wird, nachdem das zweite Magnetfeld angeschaltet ist.
In diesem Fall kann ein Puls des ersten Maggnetfelds eine längere Dauer aufweisen als ein Puls des zweiten Magnetfelds.
Die erste und zweite magnetisch umschaltbare ferromagnetische Schicht kann unter Anwendung eines einzigen Schreibvorgangs unabhängig beschrieben werden.
Ein Puls des zweiten Magnetfelds kann eine Anstiegszeit aufweisen, die gleich oder kleiner 1 ns ist.
Die obere Magnetschicht kann eine Dämpfungskonstante aufweisen, die höher ist als die Dämpfungskonstante der unteren Magnetschicht, so dass eine Schreibansprechzeit der oberen Magnetschicht verzögert ist, so dass unabhängiges Einschreiben erreicht wird.
Der Puls der Magnetfelder kann so gestaltet werden, dass ein schnell ansteigendes Feld erzeugt wird, um eine Anstiegszeit zu erreichen, die eine Spinpräzession aktiviert. Ebenso kann der Puls der Magnetfelder trapezförmig oder exponentiell gestaltet sein.
Das Verfahren kann ferner Abtasten gespeicherter Information in jeder der oberen und unteren Magnetschichten unter Verwendung eines Magnetoresistenzeffekts umfassen.
Das Verfahren kann ferner Beenden des zweiten Magnetfelds umfassen, wenn die Magnetisierung der oberen Magnetschicht (n + 1/2) Präzessionszyklen durchlaufen hat, wobei n eine Anzahl an Präzessionszyklen ist.
Eine Pulsdauer des ersten Magnetfelds kann in einem Bereich von 0,2 bis 10 ns liegen, während eine Pulsdauer des zweiten Magnetfelds in einem Bereich von 0,01 bis 5 ns liegen kann.
Das Verfahren kann ferner Steuern von Sättigungsmagnetisierung und/oder magnetischem Anisotropieverhältnis der oberen und unteren Magnetschichten umfassen, um unabhängiges Einschreiben zu erreichen.
Die obere und untere Magnetschicht und der obere Abstandhalter können eine Struktur aufweisen, die ein anderes MR-Verhältnis besitzt als eine Struktur mit einer unteren Magnetschicht, dem unteren Abstandhalter und der Referenzschicht.
Die obere und untere Magnetschicht kann als (1, 1) und (0, 0) unter Verwendung eines einzigen Schreibvorgangs und als (1, 0) und (0, 1) unter Verwendung zweier Schreibvorgänge beschrieben werden.
Die obere und untere Magnetschicht kann als (1, 0) beschrieben werden, indem zuerst "1" sowohl in die obere wie die untere Magnetschicht eingeschrieben wird, gefolgt von einem zweiten Schreibvorgang, bei dem "0" in die magnetisch weichere Magnetschicht eingeschrieben wird.
Die obere und untere Magnetschicht kann als (0, 1) beschrieben werden, indem zuerst "0" sowohl in die obere wie die untere Magnetschicht eingeschrieben wird, gefolgt von einem zweiten Schreibvorgang, bei dem "1" in die magnetisch weichere Magnetschicht eingeschrieben wird.
Das Verfahren kann ferner Induzieren einer orthogonalen unidirektionalen Anisotropie in der oberen oder unteren Magnetschicht umfassen.
Das Verfahren kann ferner Festlegen einer Magnetisierungspinningachse der Referenzschicht orthogonal zur langen Achse der Speicherzelle umfassen.
In noch einer beispielhaften Ausführungsform stellt die vorliegende Erfindung ein Abtastverfahren für eine Vorrichtung wie den oben beschriebenen MRAM zur Verfügung, wobei selektives Beschreiben der oberen und unteren Magnetschichten unter Verwendung einer Kombination von Sättigungsmagnetisierungsverhältnis, Magnetisotropieverhältnis, Ma gnetisierungsfeldverhältnis der weichen zur harten Achse und/oder Spinpolarisationsstromdichteverhältnis vorgenommen wird.
Wenn die obere und untere Magnetschicht in einer (1, 1)-Konfiguration vorliegen, kann ein Readback-Signal sich von einer (0, 0)-Konfiguration um ein Magnetwiderstandsverhältnis einer Struktur mit der unteren Magnetschicht, dem unteren Abstandhalter und der Referenzschicht unterscheiden.
Wenn die obere und untere Magnetschicht in einer (1, 0)-Konfiguration vorliegen, kann ein Readback-Signal sich von einer (0, 0)-Konfiguration um ein Magnetwiderstandsverhältnis einer Struktur mit oberer und unterer Magnetschicht und dem oberen Abstandhalter unterscheiden.
Wenn die obere und untere Magnetschicht in einer (0, 1)-Konfiguration vorliegen, kann ein Readback-Signal sich von einer (0, 0)-Konfiguration um die Summe der Magnetwiderstandsverhältnisse einer ersten Struktur mit der unteren Magnetschicht, dem unteren Abstandhalter und der Referenzschicht und einer zweiten Struktur mit der oberen und unteren Magnetschicht und dem oberen Abstandhalter unterscheiden.
Das Abtastverfahren kann ferner Erhöhen der Readback-Signalzustände durch Erhöhen einer Differenz zwischen einem Magnetwiderstandsverhältnis einer ersten Struktur mit der unteren Magnetschicht, dem unteren Abstandhalter und der Referenzschicht und einem Magnetwiderstandsverhältnis einer zweiten Struktur mit der oberen und unteren Magnetschicht und dem oberen Abstandhalter umfassen.
Das in einer beispielhaften Ausführungsform der Erfindung offenbarte Schreibschema verwendet die Spinpräzessionseigenschaft von ferromagnetischem Material, in dem ein Magnetfeld (+Hx oder –Hx) der weichen Achse, das zum Definieren des Endzustand des Speichers (1 oder 0) verwendet wird, mit einem orthogonalen Anregungsfeld (+Hy oder –Hy) der harten Achse kombiniert wird, um eine Spinpräzession auszulösen. Bei diesem Umschaltprozess ist weder das Hx-Feld noch das Hy-Feld allein in der Lage, die Magnetisierung umzuschalten. Vielmehr ist die Kombination des Hx- und des Hy-Felds wesentlich für ein selektives Beschreiben der Speicheranordnung. Spinpräzessionsumschaltung, die in einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung angewendet wird, verwendet ein schnelles Hy-Feld in der Größenordnung von 1 ns oder weniger.
In einer anderen beispielhaften Ausführungsform der Erfindung ist es erforderlich, dass der Hy-Anregungsfeldpuls eine sehr kurze Anstiegszeit (< 1,0 ns) aufweist und die Pulsdauer die Hälfte der Magnetspinpräzessionsperiode beträgt.
Ultraschnelle Magnetisierungsumschaltdynamik wird von der gedämpften Präzession um ein effektives Magnetfeld H_eff beeinflusst. Das effektive Magnetfeld H_eff ist die Summe der angelegten Felder und des magnetischen Anisotropiefeldes der Speicherzelle, das von der Formanisotropie dominiert wird.
Die Bewegung der Magnetisierung M ist durch die Landau-Liftshitz-Gilbert(LLG)-Gleichung beschrieben, dM/dt = –γ (M × H_eff) + (α / Ms)(M × dM/dt), wobei M der Magnetisierungsvektor ist, γ die gyromagnetische Konstante ist, α die phänomenologische Gilbert-Dämpfungskonstante ist und Ms die Sättigungsmagnetisierung ist. Im Falle eines MRAM ist das effektive Magnetfeld die Vektorsumme von Hx und Hy.
Ein schnell ansteigender Magnetfeldpuls, der orthogonal zur M-Richtung angelegt wird, erzeugt ein hohes Moment γ (M × H_eff). Als Folge davon wird M in Präzession um die Richtung des effektiven Feldes angeregt. Der erste Term in der LLG-Gleichung ist der Präzessionsterm, der die Spinpräzession beschreibt, und der zweite Term ist der Energiedissipationsterm, der die Rate der Energiedissipation beschreibt. Der Einsatz der Spinpräzessionsumschaltung verspricht eine hohe Energieeffiezienz sowie eine ultraschnelle Umschaltgeschwindigkeit.
Eine der bedeutendsten Eigenschaften der Präzessionsumschaltung der Erfindung ist, dass die Präzessionsfrequenz f von der effektiven Magnetisierung und dem angelegten effektiven Magnetfeld abhängt. Sie kann durch f² = (γ/2π)² (H_eff + M_eff) + H_eff ausgedrückt werden, wobei γ = 28 GHz/T ist. Sie ist im Fachbereich auch als Kittel-Formel bekannt. Die Gleichung führt zur Tatsache, dass es möglich ist, die Spinpräzessionsfrequenz durch Steuerung der effektiven Magnetisierung und des durch den Spin erfahrenen effektiven Feldes zu beeinflussen.
Das zweite Magnetfeld wird abgeschaltet, sobald die Magnetisierung der einen Zelle mehr als 1/2 der Präzessionszyklus, aber weniger als 3/4 des Präzessionszyklus durchlaufen hat. Das erste Magnetfeld wird über eine gewisse Zeitdauer (> 0,5 ns) konstant gehalten, nachdem das zweite Magnetfeld abgeschaltet ist, oder mit anderen Worten, die Magnetfelddauer von Hy ist immer kürzer als die von Hx.
In dieser beispielhaften Ausführungsform wird das erste Magnetfeld entlang der horizontalen Achse angelegt und wird dazu verwendet, den Endmagnetisierungszustand der Zelle zu definieren, die zum Umschalten vorgesehen ist. Das zweite Magnetfeld wird als Spinpräzessionsanregungsgfeld (entlang der Wortleitung) bezeichnet.
Die obigen Aspekte der vorliegenden Erfindung werden besser ersichtlich durch eine ausführliche Beschreibung beispielhafter Ausführungsformen mit Bezug zu den begleitenden Zeichnungen, in denen:
1 eine Querschnittsansicht eines Multibit-MRAM gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist,
2 schematisch einen Speicher gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung darstellt,
3 und 4 Spinpräzession eines Elektrons einer Magnetschicht eines Magnetaufzeichnungsmediums, wie in 1 gezeigt, in Bezug auf ein effektives Magnetfeld darstellt,
5 ein Vibrationsschaubild ist, das 2-dimensional eine Spinpräzession eines Elektrons eines Magnetfelds eines Magnetaufzeichnungsmediums, wie in 2 gezeigt, darstellt,
6 ein Schaubild ist, das eine Reaktion eines Elektrons der Magnetschicht des in 2 gezeigten Magnetaufzeichnungsmediums in Bezug auf ein effektives Magnetfeld darstellt, das für eine Dauer angelegt ist, die einer Periode der in 4 gezeigten Spinpräzession entspricht,
7 ein Schaubild ist, das eine Reaktion des Elektrons der Magnetschicht des in 2 gezeigten Magnetaufzeichnungsmediums in Bezug auf ein effektives Magnetfeld darstellt, das für eine Dauer angelegt ist, die der Hälfte der Periode der in 4 gezeigten Spinpräzession entspricht,
8 schematisch Parameter angibt, die in einer Modellberechnung eines Multibitspeichers gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung verwendet werden,
9 ein Beispiel einer Berechnung ist, die in einem beispielhaften Verfahren der Erfindung einen Bereich zeigt, in dem Präzessionsumschaltung machbar und nicht machbar ist (ein Zellschreibfenster),
10 die Präzessionsperiode des Spins als Funktion des Aspektverhältnisses für zwei verschiedene Zellformen, rechteckig und elliptisch, gemäß dem in 9 berechneten Zellschreibfenster zeigt,
11A bis 11D graphisch ein Umschalten gemäß einem beispielhaften Verfahren der Erfindung darstellen, wenn die Felder Hx und/oder Hy angelegt werden,8
12 vier Widerstandszustände für vier verschiedene Magnetisierungskonfigurationen Ms1 und Ms2 und ihre Korrelation zu vier verschiedenen Readback-Signalwerten angibt,
13 eine Stufe zum Ausbilden einer Zellstruktur gemäß der Erfindung vor einem Ätzprozess zum Ausbilden der Bits darstellt, und
14A und 14B eine Stufe zum Ausbilden einer Zellstruktur gemäß der Erfindung nach einem Ätzprozess zum Ausbilden der Bits darstellt.
Nachfolgend wird ein Multibit-MRAM gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung und Verfahren zum Betreiben und Abtasten des Multibit-MRAM ausführlich beschrieben.
Aspekte der vorliegenden Erfindung und Verfahren zu ihrer Verwirklichung werden für die Fachleute aus der ausführlichen Beschreibung beispielhafter Ausführungsformen zusammen mit den begleitenden Zeichnungen ersichtlich. Der Rahmen der vorliegenden Erfindung ist jedoch nicht auf die in der Beschreibung offenbarten beispielhaften Ausführungsformen beschränkt und die vorliegende Erfindung kann in verschiedenen Arten ausgeführt sein. Die beschriebenen beispielhaften Ausführungsformen sind nur zur vollständigen Offenbarung der vorliegenden Erfindung angeführt und helfen den Fachleuten, den Rahmen der vorliegenden Erfindung vollständig zu verstehen, und die vorliegende Erfindung ist nur durch den Rahmen der Ansprüche definiert.
Mit Bezug zu 1 ist ein Gatestapelmaterial 12 mit einer Gateelektrode auf einem Halbleitersubstrat 8 ausgebildet. Source- und Drainbereiche 14 und 16 sind im Halbleitersubstrat 8 zu beiden Seiten des Gatestapelmaterials 12 ausgebildet. Auf diese Weise ist ein Transistor Tr im Halbleitersubstrat 8 ausgebildet. Bezugszeichen 11 bezeichnet eine Feldoxidschicht. Eine Zwischenschichtisolierschicht 18 ist auf dem Halbleitersubstrat 10 so ausgebildet, dass sie den Transistor Tr bedeckt. Eine Datenleitung 20 ist über dem Gatestapelmaterial 12 so ausgebildet, dass es zum Gatestapelmaterial 12 parallel ist und in einem Prozess zum Ausbilden der Zwischenschichtisolierschicht 18 von der Zwischenschichtisolierschicht 18 bedeckt wird. Ein Kontaktloch 22 ist in der Zwi schenschichtisolierschicht 18 so ausgebildet, dass der Drainbereich 16 freigelegt ist. Das Kontaktloch 22 ist mit einem leitenden Stift 24 gefüllt. Eine leitfähige Padschicht 26 ist auf der Zwischenschichtisolierschicht 18 so ausgebildet, dass sie mit einer Vorderseite des leitenden Stifts 24 in Kontakt kommt. Die leitfähige Padschicht 26 ist über der Datenleitung 20 ausgebildet. Ein Magnetaufzeichnungsmedium 10, auf dem 2-Bit Multibitdaten aufgezeichnet werden, zum Beispiel eine MTJ-Schicht, ist in einem Bereich ausgebildet, der der Datenleitung 20 der leitfähigen Padschicht 26 entspricht. Das Magnetaufzeichnungsmedium 10 wird später beschrieben. Eine zweite Zwischenschichtisolierschicht 28 ist auf der erhaltenen Struktur ausgebildet, in der das Magnetaufzeichnungsmedium 10 ausgebildet ist, so dass das Magnetaufzeichnungsmedium 10 und die leitende Padschicht 26 bedeckt sind. Ein Durchtritt 30 ist in der zweiten Zwischenschichtisolierschicht 28 so ausgebildet, dass eine obere Schicht des Magnetaufzeichnungsmediums 10 freigelegt ist. Eine Bitleitung 32 ist auf der zweiten Zwischenschichtisolierschicht 28 so ausgebildet, dass der Durchtritt 30 gefüllt ist. Die Bitleitung 32 ist senkrecht zur Gateelektrode und der Datenleitung 20.
2 zeigt schematisch die MTJ-Zelle 10 des in 1 gezeigten Multibit-MRAM.
Mit Bezug zu 2 beinhaltet die MTJ-Zelle 10, die eine Magnetaufzeichnungsschicht ist, magnetische und nicht magnetische Mehrfachschichten. Die gezeigte untere Schicht ist eine Keimschicht S, die magnetisch oder nicht magnetisch oder eine Kombination davon sein kann.
Eine Magnetschicht M ist mittels eines Austauschanisotropieeffekts mit einer antiferromagnetischen Schicht (AFM) oder einer Zwischenschicht, die über eine synthetische antiferromagnetische Schicht (SAF) koppelt, befestigt oder gepinnt.
Eine nicht magnetische Abstandhalterschicht S1 ist zwischen magnetisch umschaltbaren ersten und zweiten ferromagnetischen Schichten M1 und M2 eingesetzt. S1 kann entweder eine leitende oder nicht leitende Schicht sein. Im Falle einer leitenden Abstandhalterschicht, bildet das Speicherbauteil eine Riesenmagnetwiderstand(GMR)-Struktur. Hingegen führt eine nicht leitende Schicht zu einer Magnettunnelübergang(MTJ)-Struktur.
Die erste und zweite ferromagnetische Schicht M1 und M2 sind Datenschichten, in denen Information gespeichert wird. Die erste und zweite ferromagnetische Schicht M1 und M2 können über ein extern angelegtes Magnetfeld und/oder einen spinpolarisierten elektrischen Strom (nicht gezeigt) verändert werden.
Die erste und zweite ferromagnetische Schicht M1 und M2 können auch distinkte magnetische und physikalische Eigenschaften aufweisen, wie unter anderem Sättigungsmagnetisierung, magnetische Anisotropie, Schichtdicke, Magnetostriktionskoeffizient, Koerzitivität, Dämpfungskonstante und Materialien.
Außerdem können die erste und zweite ferromagnetische Schicht M1, M2 unterschiedliche ferromagnetische Materialien beinhalten, die eine effizientere Spinpräzession ermöglichen, sowie die gleiche oder unterschiedliche Dicke aufweisen. In beispielhaften Ausführungsformen kann das Material eine Legierung von Ni, Fe und Co oder eine Kombination davon umfassen.
Außerdem können die Magnetschichten M, M1 und M2 entweder eine Magnetisierung in der Ebene oder außerhalb der Ebene aufweisen.
Der Magnetwiderstandseffekt oder die Veränderung des elektrischen Widerstands mit einer Magnetisierung wird durch Verändern der Magne tisierungskonfiguration in der ersten und zweiten ferromagnetischen Schicht M1 und M2 erreicht.
Die Gesamtveränderung des Widerstands für Strom, der sich durch die Schichten M/S2/M2 ausbreitet, muss sich von der Gesamtwiderstandsveränderung für Strom, der sich durch die Schichten M2/S1/M1 ausbreitet, unterscheiden.
Eine obere Abdeckschicht C kann in der Zellstruktur vorgesehen sein. Die Abdeckschicht C besitzt eine Schutzfunktion gegen Korrosion der Zelle und kann auch die Gilbert-Dämpfungskonstante in der ersten ferromagnetischen Schicht M1 erhöhen.
Die 3 und 4 sind Ansichten, die mögliche Spinpräzession von Elektronen der ersten und zweiten Magnetschicht M1 und M2 darstellen, wenn ein effektives Magnetfeld H_eff am Magnetaufzeichnungsmedium 10 angelegt wird. Hier ist das effektive Magnetfeld H_eff oder ein externes Magnetfeld durch eine Summe von Vektoren eines Magnetfelds Hy der harten Achse, das von einem an die Datenleitung 20 angelegten Strom erzeugt ist, ein Magnetfeld Hx der weichen Achse, das von einem an eine Bitleitung 32 angelegten Strom erzeugt ist, und ein Magnetfeld, das die angelegten Magnetfelder Hy und Hy abstößt, d. h. ein anisotropes Magnetfeld Hk, gegeben.
Mit Bezug zu 3 ist ein Winkel zwischen dem effektiven Magnetfeld H_eff und einer magnetischen Polarisation MS von Elektronen der ersten und zweiten Magnetschicht M1 und M2, d. h. der oberen und unteren Magnetschicht, kleiner als der Winkel zum Umkehr der Richtung der magnetischen Polarisation MS der Elektronen, z. B. π/4.
Wenn der Winkel zwischen dem dem effektiven Magnetfeld H_eff und der magnetischen Polarisation MS von Elektronen der ersten und zweiten Magnetschicht M1 und M2, kleiner ist als der Winkel zum Umkehr der Richtung der magnetischen Polarisation MS der Elektronen, wie in 3 gezeigt, führen die Elektronen der ersten und zweiten Magnetschicht M1 und M2 basierend auf dem effektiven Magnetfeld H_eff Spinpräzession so aus, dass sie entlang einer Richtung des effektiven Magnetfelds H_eff angeordnet sind. Dies bedeutet, dass die magnetische Polarisation MS der ersten und zweiten Magnetschicht M1 und M2 entlang der Richtung des effektiven Magnetfelds H_eff angeordnet ist.
Der Winkel zwischen dem effektiven Magnetfeld H_eff und der magnetischen Polarisation MS der Elektronen der ersten und zweiten Magnetschicht M1 und M2 ist jedoch kleiner als π/4. Daher kann ein maximaler Winkel, bei dem die magnetische Polarisation MS der Elektronen bei der Spinpräzession der Elektronen basierend auf dem effektiven Magnetfeld H_eff weiter von einer Ausgangsposition entfernt werden kann, kleiner als π/2. Daher kann die magnetische Polarisation MS der Elektronen nicht umgekehrt werden und das effektive Magnetfeld H_eff verschwindet. Als Folge davon geht die magnetische Polarisation MS der Elektronen zu einer Richtung, die die magnetische Polarisation MS der Elektronen anstrebt, bevor das effektive Magnetfeld H_eff angelegt wird, d. h. in Richtung +X. Die magnetische Polarisation der ersten und zweiten Magnetschicht M1 und M2 ist eine Summe von Vektoren der magnetischen Polarisation von Elektronen. Wenn daher der Winkel zwischen dem effektiven Magnetfeld H_eff und der magnetischen Polarisation MS der Elektronen kleiner ist als π/4, wird die magnetische Polarisation der ersten und zweiten Magnetschicht M1 und M2 bei Anlegen des effektiven Magnetfelds H_eff angeregt, aber nicht umgekehrt. Ebenso kehrt die magnetische Polarisation der ersten und zweiten Magnetschicht M1 und M2 unmittelbar nachdem das effektive Magnetfeld H_eff entfernt ist, zu seiner ursprünglichen Position zurück.
Wenn der Winkel zwischen dem effektiven Magnetfeld H_eff und der magnetischen Polarisation MS der Elektronen kleiner ist als π/4, wie oben beschrieben, wird der Zustand der magnetischen Polarisation der ersten und zweiten Magnetschicht M1 und M2 nicht verändert. Daher werden auf der ersten und zweiten Magnetschicht M1 und M2 gespeicherte Bitdaten nicht verändert.
4 ist eine Ansicht, die eine Spinpräzession von Elektronen darstellt, wenn der Winkel θ zwischen dem effektiven Magnetfeld H_eff und der magnetischen Polarisation MS der Elektronen der ersten und zweiten Magnetschicht M1 und M2 größer ist als π/4.
Mit Bezug zu 4 ist der Winkel θ zwischen dem effektiven Magnetfeld H_eff und der magnetischen Polarisation MS der Elektronen der ersten und zweiten Magnetschicht M1 und M2 größer als π/4. Daher wird ein maximaler Winkel, bei dem die magnetische Polarisation MS der Elektronen bei der Spinpräzession weiter von einer Ausgangsposition entfernt wird, größer als π/2. Vektorkomponenten der magnetischen Polarisation MS der Elektronen beinhalten Komponenten der -X- und +Y-Richtung, aber keine Komponenten in +X-Richtung bei einer Position P, bei der die magnetische Polarisation MS der Elektronen von der Ausgangsposition bei einem Winkel größer als π/2 rotiert. Wenn daher die magnetische Polarisation MS der Elektronen in der Position P ist und das effektive Magnetfeld H_eff entfernt wird, kann die magnetische Polarisation MS der Elektronen in Richtung –X angeordnet werden. Mit anderen Worten, die magnetische Polarisation MS der Elektronen wird in eine zur Ausgangsrichtung entgegengesetzte Richtung umgekehrt. Dies bedeutet, dass die Richtung der magnetischen Polarisation der ersten und zweiten Magnetschicht M1 und M2 umgekehrt wird.
Die Spinpräzession der Elektronen weist eine Periode auf. Wenn eine Zeit, über die ein Ende der magnetischen Polarisation MS der Elektro nen um das effektive Magnetfeld H_eff rotiert, als Spinpräzessionsperiode T1 bezeichnet wird, beträgt eine Zeitspanne, über die die magnetische Polarisation MS der Elektroenen die Position P erreicht, (1/2)T1. Wenn daher das effektive Magnetfeld H_eff mit der magnetischen Polarisation MS der Elektronen einen größeren Winkel als π/4 bildet, kann das effektive Magnetfeld H_eff für die Zeitspannen (1/2)T1, (3/2)T1, (5/2)T1 ... angelegt werden, um die Richtung der magnetischen Polarisation MS der Elektronen umzukehren.
5 ist eine Ansicht, die ein Schaubild G1 darstellt, in dem eine Spinpräzession von Elektronen in die Richtungen +X und -X unter einem vorgegebenen effektiven Magnetfeld mit einer 2-dimensionalen periodischen Vibration dargestellt ist.
6 ist eine Ansicht, die 2-dimensional die Spinpräzession von Elektronen darstellt, wenn effektive Magnetfeldpulse auf die Elektronen, die eine periodische Vibration aufweisen, wie in 5 gezeigt, über eine Zeitspanne angelegt werden, die einer Periode der Vibration entspricht.
Bezugszeichen G2 bezeichnet Magnetfeldpulse, die von einer externen Quelle angelegt werden, und Bezugszeichen G3 bezeichnet Spinanregungen eines Elektrons in Abhängigkeit von den Magnetfeldpulsen.
Mit Bezug zu 6, wenn die effektiven Magnetfeldpulse G2 über eine Zeit angelegt werden, die einer Vibrationsperiode entspricht, ist die Spinpräzession der Elektronen in einem Zustand, in dem die effektiven Magnetfeldpulse G2 noch nicht angelegt sind. Mit anderen Worten, die Spinanordnung der Elektronen verändert sich nicht mit dem Anlegen des effektiven Magnetfelds.
7 zeigt ein Schaubild G5, das Variationen in einem Spinanregungszustand eines Elektrons darstellt, das auf effektive Magnetfeldpulse G4 reagiert, wenn die effektiven Magnetfeldpulse G4 über eine Zeit andauern, die der Hälfte einer Periode der Vibration entspricht, an das Elektron mit einer periodischen Vibration, wie in 5 gezeigt, angelegt werden.
Mit Bezug zu 7 ist der Spinanregungszustand des Elektrons bei Anlegen der effektiven Magnetfeldpulse G4 maximal. Ebenso wird der Spinanregungszustand des Elektrons beibehalten, nachdem die effektiven Magnetfeldpulse G4 verschwinden. Nachdem die effektiven Magnetfeldpulse G4 angelegt sind, wird eine Richtung der Spinanordnung des Elektrons in eine Richtung verändert, die zu einer Richtung, entlang der der Spin des Elektrons angeordnet ist, bevor die effektiven Magnetpulse G4 angelegt wurden, entgegengesetzt ist.
Speicherzellen gemäß der hier beschriebenen Erfindung können abgerundete Ecken aufweisen, um Magnetdomänennukleation zu unterdrücken, und ein Aspektverhältnis jeder Zelle kann im Bereich von ungefähr 1,1 bis 5,0 liegen.
8 zeigt schematisch Parameter, die in einer Modellberechnung eines Multibitspeichers gemäß der vorliegenden Erfindung verwendet werden. Beim Schreibprozess werden zwei elektrische Ströme angelegt, einer entlang der Bitleitung Hx (der weichen Achse) und der andere entlang der Wortleitung Hy (der harten Achse). Auf diese Weise werden zwei orthogonale Magnetfelder erzeugt.
Wie in 8 gezeigt ist, stellen Ms1 und Ms2 die Sättigungsmagnetisierung der ersten und zweiten ferromagnetischen Schicht M1 bzw. M2 dar. Die Winkel θ₁ und θ₂ sind der Magnetisierungswinkel der ersten bzw. zweiten ferromagnetischen Schicht M1 und M2 von der langen Achse (oder weichen Achse) einer Zelle.
Formanisotropiefelder Hk1 und Hk2 von M1 und M2 sind als (Ny – Nx) Ms1 und (Ny – Nx) Ms2 definiert, wobei Ny und Nx der Demagnetisierungsfaktor entlang der x- und y-Achse sind.
Im Beispiel von 8 werden zwei Magnetpulsfelder in der Modellberechnung verwendet. Hy ist das Magnetfeld der harten Achse von der Wortleitung nur entlang der positiven Richtung angelegt und Hx ist das Magnetfeld der langen Achse von der Bitleitung entlang der positiven und negativen x-Richtung angelegt.
Die Pulsdauer von Hx und Hy ist unterschiedlich, wobei Hx länger ist als Hy. Das Verhältnis Hy/Hk2, Hx/Hy und Ms1/Ms2 sind durch ry, rx und R in der Berechnung dargestellt, wobei: Hy = ry (Ny – Nx) Ms2 (Gleichung 1), Hx = rx Hy = rx ry (Ny – Nx) Ms2 (Gleichung 2) und Ms1 = R Ms2 (Gleichung 3).
9 ist ein Beispiel einer Berechnung, in einem beispielhaften Verfahren der Erfindung, das einen Bereich zeigt, in dem Präzzessionsumschaltung machbar und nicht machbar ist (ein Zellschreibfenster). In der beispielhaften Ausführungsform von 9 werden CoFe und NiFe als Materialien für die erste bzw. zweite ferromagnetische Schicht M1 und M2 verwendet.
Für dieses spezielle Beispiel weist die Speicherzelle eine rechteckige Form mit den Abmessungen 200 nm × 300 nm × 5 nm auf, wie es gezeigt ist. Das zugehörige Schaubild zeigt die Winkel θ₁ und θ₂ in Grad als Funktion von ry für zwei Werte von rx, wobei rx = Hy/(Ny – Nx) Ms2 ist.
Wie gezeigt ist, ist der Bereich, in dem Präzessionsumschaltung machbar und nicht machbar ist, durch "Umschalten" und "Nicht Umschalten" markiert. In dieser beispielhaften Ausführungsform weist die Zelle ein Schreibfenster von ungefähr 38 Oe oder 30% des Formanisotropiefelds (Ny – Nx) Ms2 auf. In der Ausführungsform ist für einen Winkel > 45° ein Umschalten möglich und es ist kein Umschalten möglich für einen Winkel < 45°.
10 zeigt die Präzessionsperiode des Spins in Funktion des Aspektverhältnisses für zwei verschiedene Zellformen, rechteckig und elliptisch, gemäß dem in 9 errechneten Zellschreibfenster.
Unter Verwendung des in 9 dargestellten 30% Schreibfensters, führt dies zu einer Zellgrößenabweichungstoleranz von ungefähr 20% und einer Umschaltdauer in der Größenordnung von 1 ns. Große Zellgrößenabweichungstoleranzen erhöhen die Chance auf ein unabhängiges Adressieren der ersten und zweiten ferromagnetischen Schicht M1 und M2.
Die 11A bis 11D stellen graphisch das Umschalten gemäß einem beispielhaften Verfahren der Erfindung dar, wenn die Felder Hx und/oder Hy angelegt werden.
In den 11A bis 11D werden die Evolution der Magnetisierung von Ms1 und Ms2 mit der Zeit durch Lösen der LLG-Gleichung ermittelt.
Beide Magnetisierungen liegen anfangs entlang der -x-Richtung. Die 11A und 11B zeigen die Magnetisierung einer nicht gewählten Schicht, wenn nur Hy oder Hx einwirkt. In diesem Fall erfolgt kein Umschalten.
11C zeigt die gewählte Zelle, wenn Hx/Hy = 1/2 ist. In diesem Fall wurde Ms2 in eine +x-Richtung umgeschaltet, während Ms1 unverändert bleibt, wenn die Feldpulse beendet sind.
11D zeigt das Umschalten sowohl von Ms1 wie Ms2 in der gewählten Zelle mit Hx/Hy = 1.
12 zeigt vier Widerstandszustände für vier unterschiedliche Magnetisierungskonfigurationen in Ms1 und Ms2 und ihre Korrelation zu vier verschiedenen Readback-Signalwerten.
Wie in 12 gezeigt ist, wenn sich die beiden Magnetschichten in paralleler Ausrichtung befinden, erfahren die Elektronen weniger Streuung und daher einen geringeren elektrischen Widerstand im Vergleich zum hohen Widerstand aufgrund einer hohen Streuungsrate, wenn sich die Schichten in einer antiparallelen Konfiguration befinden. Daher erzeugt eine nicht magnetische Grenzfläche zwei Signalwerte "1" und "0". Die Differenz zwischen Zuständen mit hohem und niedrigem Widerstand kann im Bereich von einigen Prozent in GMR bis nahezu 100% bei TMR liegen. Deshalb kann ein mehrwertiges Signal dadurch erzeugt werden, dass mehr als ein Abstandhalter mit distinkten Materialeigenschaften vorgesehen ist.
Multibit-MRAM der vorliegenden Erfindung können durch Züchten von magnetischen Mehrfachschichten mit distinkten, von Sättigungsmagnetisierung freien Magnetschichten gebildet werden, wobei jede freie Schicht ein Bit binäre Information speichern kann. Die Speicherzellform kann zum Beispiel rechteckig oder elliptisch sein. Die Schichten können durch Filmstrukturierungs-, Ätz- und Poliertechniken gebildet werden, die im Fachbereich bekannt sind.
Wie in 13 gezeigt ist, wird beim Fertigungsprozess ein Sourcebereich 74 links vom Gate 72 ausgebildet, während ein gemeinsamer Drainbereich 76 rechts vom Gate 72 ausgebildet wird. Diese bilden die Basis einer Transistorstruktur. Eine mehrfache Magnetschicht 750 wird so ausgebildet, dass sie das erste und zweite Pad 700, 706 bedeckt. Die mehrfache Magnetschicht 750 enthält mehr als eine freie ferromagnetische Schicht. Ebenso wird ein Muster Pr über einem vorgegebenen Bereich der mehrfachen Magnetschicht 750 ausgebildet.
14A zeigt die Speicherbits 80, die aus der Schicht 750 unter Verwendung von Pr als Maske durch mehrere Schritte von chemischen und/oder Plasmaätzprozessen ausgebildet wurden. Der Ätzprozess wird gestoppt, sobald die Schicht 706 freigelegt ist. Die verbleibenden Teile von Pr müssen durch weitere chemische und/oder Plasmaätzprozesse entfernt werden. Anschließt wird, wie in 14B gezeigt, eine Schicht 88 so ausgebildet, dass sie die Speicherbits 80 und das erste und zweite Pad 700, 706 bedeckt. Die Schicht 88 kann geglättet werden, bis die Speicherbits 80 freigelegt sind. Verfahren zum Glätten der Schicht 88 können zum Beispiel Ätzen und chemisch/mechanisches Polieren beinhalten. Die Schicht 88 ist nicht leitfähig und ihre Funktion ist das obere und untere Kontaktpad 706 zu isolieren.
Daher können zwei Bits Information unter Verwendung einer Speicherzelle in der MRAM-Architektur gespeichert werden. Diese Struktur vermindert die Anzahl an Bit- und Wortleitungen, die für die Lese- und Schreibprozesse verwendet werden. Als direkte Folge davon wird eine höhere Magnetspeicherdichte erreicht.
Speichern von zwei Bits Information an einem Kreuzungspunkt gemäß beispielhafter Ausführungsformen der Erfindung ist möglich, da Schreiben oder Verändern der Magnetisierung der freien Schichten vorgenommen werden kann, ohne die schon in der anderen freien Schicht gespeicherte Information zu beeinflussen.
Die Differenz in der Sättigungsmagnetisierung ermöglicht ein Aufzeichnen von Information in einem Bit, ohne dass die Information im anderen Bit beeinflusst wird. Dies ermöglicht selektives Schreiben.
Beim Schreibverfahren der Erfindung kann das zweite angelegte Magnetfeld (das Spinpräzessionsanregungsfeld) abgeschaltet werden, sobald die Magnetisierung der einen freien Schicht, zum Beispiel der Schicht B, mehr als 1/2, aber weniger als 3/4 des Präzessionszyklus durchlaufen hat. Anschließend wird das zuerst angelegte Magnetfeld (das Feld der weichen Achse) abgeschaltet, nachdem das zweite angelegte Magnetfeld abgeschaltet ist. Gleichermaßen sollte der Puls des Felds der weichen Achse eine längere Dauer als ein Puls des Spinpräzessionsanregungsfelds aufweisen. In einer beispielhaften Ausführungsform liegt die Pulsdauer des Felds der weichen Achse im Bereich von ungefähr 0,2 bis 10 ns, während die Pulsdauer des Spinpräzessionsanregungsfelds im Bereich von ungefähr 0,01 bis 5 ns liegt.
Außerdem können die erste und zweite ferromagnetische Schicht M1 und M2 der Erfindung die gleiche oder unterschiedliche Spinpräzessionsfrequenzen aufweisen. Ebenso können die erste und zweite ferromagnetische Schicht M1 und M2 gleiche oder unterschiedliche Magnetdämpfungskonstanten aufweisen, so dass wenn nötig, eine bessere Energiedissipation erreicht wird.
Unter Verwendung der zuvor genannten Merkmale kann ein selektives Beschreiben von magnetisch veränderbaren ferromagnetischen Schichten unter Verwendung einer Kombination von Sättigungsmagnetisierungsverhältnis, Magnetisotropieverhältnis, Verhältnis der Feldstärke der weichen zur harten Achse und/oder Spinpolarisationsstromdichtenverhältnis durchgeführt werden. Das Verhältnis ist von Bedeutung, wenn die magnetisch veränderbaren Schichten im angelegten Feld unterschiedlich reagieren sollen. Wenn die magnetisch veränderbaren Schichten die gleichen Eigenschaften aufweisen, wird es schwierig, Information in eine Schicht einzuschreiben, ohne die übrigen Schichten zu stören.
Zum Beispiel sei eine Ausführungsform mit magnetisch veränderbaren Schichten 1 und 2 angenommen. Eine der besonders kritischen Eigenschaften ist (Sättigungsmagnetisierung) × (Schichtdicke). Dieser Wert stellt die Energiemenge dar, die erforderlich ist, um Information in diese gewählte Schicht einzuschreiben. Wenn Ms = Sättigungsmagnetisierung und t = Schichtdicke ist, dann ist für Schicht 1 die zum Schreiben erforderlich Energie proportional zu Ms1t1. Gleichermaßen ist die Energie zum Schreiben von Information in Schicht 2 proportional zu Ms2t2.
Wenn nun in einer beispielhaften Ausführungsform Ms1t1 > Ms2t2 ist und das erste Schreibfeld eine Energie von > Ms1t1 zuführt, werden sowohl Schicht 1 wie 2 beschrieben. Wenn Ms1t1 > Schreibfeldenergie > Ms2t2 ist, wird nur Schicht 2 beschrieben. Deshalb ist das Verhältnis von Ms1t1/Ms2t2 > 1 bis 5. Je größer das Verhältnis ist, desto größer ist die Differenz der erforderlichen Energie zum Einschreiben von Information in die Schicht. Auf diese Weise wird ein selektives Schreiben durchgeführt.
Ein zweites Verfahren zum Unterscheiden der beiden Schichten ist die Verwendung von ferromagnetischem Material mit distinkten magnetischen Anisotropiekonstanten, die eine intrinsische Materialeigenschaft sind, die üblicherweise durch das Symbol K dargestellt wird. Es sei angenommen, dass K1 und K2 als die magnetische Anisotropie der Schicht 1 bzw. 2 definiert sind. In einer beispielhaften Ausführungsform beträgt dann das Verhältnis K1/K2 > 1 bis 5.
Das Verhältnis der Feldstärken der weichen und harten Achse hängt von der Form der Speicherzelle ab. In einer beispielhaften Ausführungsform ist das Verhältnis der Feldstärken der weichen und harten Achse gleich dem Verhältnis von Länge/Breite der Zelle.
Der Spinpolarisationsstrom (SPC) ist die Strommenge, die erforderlich ist, um Information in die Schicht zu schreiben. In beispielhaften Ausführungsformen besteht keine Notwendigkeit ein Magnetfeld zu erzeugen, wenn das Verfahren mit Spinpolarisationsstrom angewendet wird. Dies ist ein alternatives Schreibverfahren. Ferner hängt die erforderliche Strommenge von allen oben genannten Parametern ab, wie (Ms)×(t) und der magnetischen Anisotropiekonstante (K). Wenn daher in einer beispielhaften Ausführungsform die Schicht 1 SPC1 erfordert und Schicht 2 SPC2 erfordert, dann gilt SPC1/SPC2 > 1 bis 5.
Dementsprechend ermöglicht die vorliegende Erfindung erhöhte Datendichte unter Verwendung einer Multibit-MRAM-Struktur, wobei eine Mehrzahl von magnetisch umschaltbaren ferromagnetischen Schichten verwendet wird, wobei jede Schicht ein Bit speichert.
Ferner kann die vorliegende Erfindung Spinpräzessionsumschaltung verwenden, die energieeffizient ist.
Schließlich ist ein Beschreiben der Zelle in Hochfrequenz möglich, was dadurch zu einer höheren Datenübertragungsrate führt.
Obwohl beispielhafte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung zum Zwecke der Erläuterung beschrieben wurden, ist für die Fachleute erkennbar, dass verschiedene Modifikationen, Hinzufügungen und Austausch möglich sind, ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen, wie er in den begleitenden Ansprüchen definiert ist.

Claims

Schreibverfahren für einen Magnetspeicher mit einer Schaltvorrichtung (Tr) und einem Magnetaufzeichnungsmedium (10), das eine obere (M1) und eine untere (M2) Magnetschicht, die auf einer gepinnten Schicht (M) mit einer festgelegten Magnetisierungsrichtung aufgestapelt sind, einen unteren Abstandhalter (S2), der zwischen der gepinnten Schicht (M) und der unteren Magnetschicht (M2) ausgebildet ist, und einen oberen Abstandhalter (S1) aufweist, der zwischen der oberen (M1) und der unteren Magnetschicht (M2) ausgebildet ist, wobei eine Differenz ΔR1 zwischen maximalem und minimalem Widerstand eines Stapels der gepinnten Schicht (M), des unteren Abstandhalters (S2) und der unteren Magnetschicht (M2) sich von einer Differenz ΔR2 zwischen maximalem und minimalem Widerstand eines Stapels der unteren Magnetschicht (M2), des oberen Abstandhalters (S1) und der oberen Magnetschicht (M1) unterscheidet, dadurch gekennzeichnet, dass Bitdaten eingeschrieben werden, wobei die Bitdaten in das Magnetaufzeichnungsmedium dadurch eingeschrieben werden, dass ein externer Magnetpuls mit einem Magnetpuls (Hx) in Richtung der weichen Achse und einem senkrechten Magnetpuls (Hy) in richtung der harten Achse angelegt wird, wobei das Intensitätsverhältnis des Magnetpulses (Hx) in Richtung der weichen Achse zum Magnetpuls (Hy) in Richtung der harten Achse kleiner als 1 ist und der Magnetpuls (Hy) in Richtung der harten Achse für eine kürzere Dauer angelegt wird als der Magnetpuls (Hx) in Richtung der weichen Achse.
Schreibverfahren nach Anspruch 1, wobei die Intensität des Magnetpulses (Hx) in Richtung der weichen Achse veränderlich ist, während die Intensität des Magnetpulses (Hy) in Richtung der harten Achse konstant gehalten wird.
Schreibverfahren nach Anspruch 1 oder 2, wobei Multibitdaten in das Magnetaufzeichnungsmedium dadurch selektiv eingeschrieben werden, dass ein erster externer Magnetpuls angelegt wird, der einen Magnetpuls (Hx) in Richtung der weichen Achse und einen Magnetpuls (Hy) in Richtung der harten Achse beinhaltet, die eine gleiche Intensität aufweisen, und ein zweiter externer Magnetpuls angelegt wird, der einen Magnetpuls (Hy) der harten Achse und einen Magnetpuls (Hx) in Richtung der weichen Achse beinhaltet, der dabei eine geringere Intensität als der Magnetpuls (Hy) in Richtung der harten Achse aufweist.
Schreibverfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei unter der Annahme, dass eine Periode einer Spinpräzession von Elektronen in der unteren Magnetschicht, wenn der externe Magnetpuls angelegt wird, T1 beträgt, der Magnetpuls (Hy) in Richtung der harten Achse für eine Dauer von (n + 1/2)T1 angelegt wird, wobei n eine ganze Zahl ist.
Schreibverfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei unter der Annahme, dass eine Periode einer Spinpräzession von Elektronen in der oberen Magnetschicht, wenn der externe Magnetpuls angelegt wird, T2 beträgt, der Magnetpuls (Hy) in Richtung der harten Achse für eine Dauer von nT2 angelegt wird, wobei n eine ganze Zahl ist.
Schreibverfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei Bitdaten in die obere oder untere Magnetschicht durch Anlegen eines Spinpolarisationsstroms an das Magnetaufzeichnungsmedium eingeschrieben werden.
Schreibverfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche umfassend: Anlegen eines ersten Magnetfelds durch Anlegen des Magnetpulses in Richtung der weichen Achse unter einem Umschaltfeld entlang einer langen Achse des Magnetaufzeichnungsmediums und Anlegen eines zweiten Magnetfelds durch Anlegen des Magnetpulses in Richtung der harten Achse orthogonal zum ersten Magnetfeld, wobei das erste Magnetfeld abgeschaltet wird, nachdem das zweite Magnetfeld abgeschaltet ist.
Schreibverfahren für einen Magnetspeicher nach Anspruch 7, wobei ein Puls des ersten Magnetfelds eine längere Dauer aufweist als ein Puls des zweiten Magnetfelds.
Schreibverfahren für einen Magnetspeicher nach Anspruch 7 oder 8, wobei die obere und untere Magnetschicht unter Verwendung eines einzigen Schreibvorgangs unabhängig beschrieben werden.
Schreibverfahren für einen Magnetspeicher nach einem der Ansprüche 7 bis 9, wobei ein Puls des zweiten Magnetfelds eine Anstiegszeit aufweist, die gleich oder kleiner 1 ns ist.
Schreibverfahren für einen Magnetspeicher nach einem der Ansprüche 7 bis 10, wobei die obere Magnetschicht (M1) eine Dämpfungskonstante aufweist, die höher ist als die Dämpfungskonstante der unteren Magnetschicht (M2), so dass eine Schreibansprechzeit der oberen Magnetschicht verzögert ist, so dass unabhängiges Einschreiben erreicht wird.
Schreibverfahren für einen Magnetspeicher nach einem der Ansprüche 7 bis 11, wobei der Puls der Magnetfelder so gestaltet wird, dass ein schnell ansteigendes Feld erzeugt wird, um eine Anstiegszeit zu erreichen, die eine Spinpräzession aktiviert.
Schreibverfahren für einen Magnetspeicher nach einem der Ansprüche 7 bis 12, wobei der Puls der Magnetfelder in eine Trapezform oder exponentielle Form gestaltet wird.
Schreibverfahren für einen Magnetspeicher nach einem der Ansprüche 7 bis 13, ferner umfassend Abtasten gespeicherter Information in jeder der oberen und unteren Magnetschichten (M1, M2) unter Verwendung eines Magnetowiderstandseffekts.
Schreibverfahren für einen Magnetspeicher nach einem der Ansprüche 7 bis 14, ferner umfassend Beenden des zweiten Magnetfelds, wenn die Magnetisierung der oberen Magnetschicht (M1) (n + 1/2) Präzessionszyklen durchlaufen hat, wobei n eine Anzahl an Präzessionszyklen ist.
Schreibverfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 15, wobei eine Pulsdauer des ersten Magnetfelds im Bereich von 0,2 bis 10 ns liegt, während eine Pulsdauer des zweiten Magnetfelds in einem Bereich von 0,01 bis 5 ns liegt.
Schreibverfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 16, ferner umfassend Steuern einer Sättigungsmagnetisierung und/oder eines magnetischen Anisotropieverhältnisses der oberen und unteren Magnetschichten (M1, M2), um unabhängiges Einschreiben zu erreichen.
Schreibverfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 17, wobei die obere und untere Magnetschicht (M1, M2) und der obere Abstandhalter (S1) eine Struktur aufweisen, die ein anderes MR-Verhältnis besitzt als eine Struktur mit einer unteren Magnetschicht (M2), dem unteren Abstandhalter (S2) und der Referenzschicht (M).
Schreibverfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 18, wobei die obere und untere Magnetschicht (M1, M2) als (1, 1) und (0, 0) unter Verwendung eines einzigen Schreibvorgangs und als (1, 0) und (0, 1), unter Verwendung zweier Schreibvorgänge beschrieben werden.
Schreibverfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 19, wobei die obere und untere Magnetschicht (M1, M2) als (1, 0) beschrieben werden, indem zuerst "1" sowohl in die obere wie die untere Magnetschicht eingeschrieben wird, gefolgt von einem zweiten Schreibvorgang, bei dem "0" in die magnetisch weichere Magnetschicht (M1, M2) eingeschrieben wird.
Schreibverfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 20, wobei die obere und untere Magnetschicht (M1, M2) als (0, 1) beschrieben werden, indem zuerst "0" sowohl in die obere wie die untere Magnetschicht eingeschrieben wird, gefolgt von einem zweiten Schreibvorgang, bei dem "1" in die magnetisch weichere Magnetschicht (M1, M2) eingeschrieben wird.
Schreibverfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 21, ferner umfassend Induzieren einer orthogonalen unidirektionalen Anisotropie in der oberen oder unteren Magnetschicht (M1, M2).
Schreibverfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 22, ferner umfassend Festlegen einer Magnetisierungspinningachse der Referenzschicht (M) orthogonal zur langen Achse der Speicherzelle.
Magnetischer Direktzugriffspeicher umfassend: eine Schaltvorrichtung (Tr), ein Magnetaufzeichnungsmedium (10), das mit der Schaltvorrichtung (Tr) verbunden ist, eine erste Magnetfelderzeugungseinheit (20), die zwischen der Schaltvorrichtung (Tr) und dem Magnetaufzeichnungsmedium (10) installiert ist, und eine zweite Magnetfelderzeugungseinheit (32), die mit dem Magnetaufzeichnungsmedium (10) verbunden ist, wobei das Magnetaufzeichnungsmedium (10) umfasst: eine obere (M1) und eine untere (M2) Magnetschicht, die magnetisch veränderlich sind und sequentiell auf einer gepinnten Schicht (M) mit einer festgelegten Magnetisierungsrichtung aufgestapelt sind, dadurch gekennzeichnet, dass der magnetische Direktzugriffspeicher so ausgebildet ist, dass er Daten unter Verwendung eines Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 23 einschreibt.
Magnetspeicher nach Anspruch 24, ferner umfassend eine dritte Magnetschicht auf der oberen Magnetschicht, wobei die obere und dritte Magnetschicht voneinander durch eine dritte Abstandhalterschicht getrennt sind.
Magnetspeicher nach Anspruch 24 oder 25, wobei die obere und untere Magnetschicht (M1, M2) ein unterschiedliches ferromagnetisches Material aufweisen.
Magnetspeicher nach einem der Ansprüche 24 bis 26, wobei die obere und untere Magnetschicht eine unterschiedliche Dicke aufweisen.
Magnetspeicher nach einem der Ansprüche 24 bis 27, wobei die obere und untere Magnetschicht (M1, M2) eine unterschiedliche magnetokristalline Anisotropie aufweisen.
Magnetspeicher nach einem der Ansprüche 24 bis 28, wobei die obere und untere Magnetschicht (M1, M2) eine magnetokristalline Anisotropie in der Ebene, eine magnetokristalline Anisotropie außerhalb der Ebene oder eine Kombination von magnetokristalliner Anisotropie in der Ebene und magnetokristalliner Anisotropie außerhalb der Ebene aufweisen.
Magnetspeicher nach einem der Ansprüche 24 bis 29, wobei die obere und untere Magnetschicht (M1, M2) eine Legierung von Ni, Fe und Co oder eine Kombination davon umfassen.
Magnetspeicher nach einem der Ansprüche 24 bis 30, wobei jede der oberen und unteren Magnetschicht (M1, M2) so ausgebildet ist, dass sie ein Bit binärer Information speichert.
Magnetspeicher nach einem der Ansprüche 24 bis 31, wobei die obere und untere Magnetschicht (M1, M2) unterschiedliche Spinpräzessionsfrequenzen aufweisen.
Magnetspeicher nach einem der Ansprüche 24 bis 32, wobei eine durch die Magnet- (M1, M2) und Abstandhalterschichten (S1, S2) gebildete Zelle abgerundete Enden aufweist, so dass Magnetdomänennukleation unterdrückt wird.
Magnetspeicher nach einem der Ansprüche 24 bis 33, wobei eine durch die Magnet- und Abstandhalterschichten (M1, M2, S1, S2) gebildete Zelle ein Aspektverhältnis in einem Bereich von ungefähr 1,1 bis 5,0 aufweist.
Magnetspeicher nach einem der Ansprüche 24 bis 34, wobei die obere und untere Magnetschicht (M1, M2) unterschiedliche Sättigungsmagnetisierungen aufweisen.
Magnetspeicher nach einem der Ansprüche 24 bis 35, wobei die obere und untere Magnetschicht (M1, M2) Schichten mit identischem Magnetmaterial sind, wobei eine Abdeckschicht (C), die die Gilbert-Zerfallskonstante erhöht, auf der oberen Magnetschicht ausgebildet ist.
Magnetspeicher nach einem der Ansprüche 24 bis 36, ferner umfassend eine Abdeckschicht (C) auf der oberen Magnetschicht (M1).
Magnetspeicher nach einem der Ansprüche 24 bis 37, wobei der obere und untere Abstandhalter (S1, S2) unterschiedliche Dicken aufweisen.
Magnetspeicher nach einem der Ansprüche 24 bis 38, wobei der obere und untere Abstandhalter (S1, S2) aus unterschiedlichen Materialien gebildet sind.
Magnetspeicher nach einem der Ansprüche 24 bis 39, wobei der obere und untere Abstandhalter (S1, S2) unterschiedliche Sättigungsmagnetisierungen aufweisen.
Magnetspeicher nach einem der Ansprüche 24 bis 40, wobei die obere und untere Magnetschicht (M1, M2) unterschiedliche Sättigungsmagnetisierungen aufweisen.
Magnetspeicher nach Anspruch 25, wobei der dritte Abstandhalter aus einem leitfähigen Material, einem nicht leitfähigen Material oder einer Mischung der vorstehend genannten Materialien gebildet ist.
Magnetspeicher nach Anspruch 25 oder 42, wobei die obere Magnetschicht, die untere Magnetschicht und die dritte Magnetschicht unterschiedliche Sättigungsmagnetisierungen aufweisen.
Magnetspeicher nach Anspruch 25, 42 oder 43, ferner umfassend eine Abdeckschicht, die die Gilbert-Zerfallskonstante erhöht, auf der dritten Magnetschicht.
Magnetspeicher nach einem der Ansprüche 24 bis 44, wobei die erste Magnetfelderzeugungseinheit eine Datenleitung ist und die zweite Magnetfelderzeugungseinheit eine Bitleitung ist.
Magnetspeicher nach einem der Ansprüche 24 bis 45, wobei die obere und untere Magnetschicht Magnetmaterialschichten sind, die vertikale Magnetisierung bewirken.
Magnetspeicher nach Anspruch 25, 42, 43 oder 44, wobei die obere Magnetschicht, die untere Magnetschicht und die dritte Magnetschicht Magnetmaterialschichten sind, die vertikale Magnetisierung bewirken.
Magnetspeicher nach einem der Ansprüche 24 bis 47, ferner umfassend einen Filter, der einen Spinpolarisationsstrom in oder auf dem Magnetaufzeichnungsmedium erzeugt.