JP2005123617A - パターン化しない連続磁性層にデータを記憶するシステムおよび方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】パターン化しない磁性被膜上にデータを書き込むために強磁性材料中の磁壁の固有な本来の特性を利用して、パターン化しない磁性被膜上にデジタル情報を記憶する。MTJ(磁気トンネル接合部)を利用して、このパターン化しない磁性被膜からデータを読み出す。十分な温度安定性を実現するために、これらの磁気領域の向きを変更するのに必要とされる磁場は、導線を流れる電流によってもたらされるものよりもはるかに強くすることができる。このようなより強い磁場は、2つの磁壁の境界で生成される磁壁漏れ磁場を用いることによって実現される。これらの磁気領域は、隣接する磁性導線内の磁壁からの漏れ磁場を用いることによって書き込まれる。これらの導線は、磁気記憶領域の書込みが行われるべき磁気記憶層の近くにもっていかれる。
【選択図】図1
Description
15、15A、15B、15C、15D、15E、1080、1090 絶縁層
20、20B、20C、20D 書込みデバイス
25、30、35、40、520、540、605、610、705、805、1335 トラック
45、510、740、745、1315、1320、1425、1430、1435、1440 データ・ビット
100、100A、100B、100C 磁気メモリ・デバイス
101、102、103 円形区画
104、105、106 矩形区画
107、108、109、110、111、112 列区画
205、210、215、220、305、310、835、840、845、850、855、860、1025、1340、1345 磁区
225、230、320、525、555、635、730、735、1350 磁壁
235、240、530、550、560、565、865、870、875、1355 漏れ磁場
250、255、515、545、640、1050、1060、1360 電流
315 磁化方向
505 書込み領域
615、620 強磁性ブロック
625、630 薄い層
710、715、720、725 ブロック
810、815、820、825、830 くぼみ
1052、1062 電流経路の方向
1055、1065 データ・ビットの磁気の方向
1110 反強磁性結合層
1115、1120 強磁性層
1205 データ記憶領域
1210、1215、1220、1225 蓄積部
1305、1310 レジスタ
1325、1330 電流導入部
1375 トランジスタおよび制御ゲート
1405、1410、1415、1420、1505、1510、1515、1520 書込みレジスタ
Claims (132)
- 磁性被膜と、
前記磁性被膜の近傍に配設されたトラックを有する少なくとも1つの書込み素子とを備えるデータ記憶デバイスであって、
前記トラック内の磁壁からの漏れ磁場を用いてデータ領域内の磁気モーメントの方向を選択的に変更することによって、前記磁性被膜の前記データ領域にデータ・ビットを選択的に書き込むことができる、データ記憶デバイス。 - 前記少なくとも1つの書込み素子が、前記磁性被膜の上に配設された上部トラックと、前記磁性被膜の下に配設された下部トラックとを備える、請求項1に記載のデータ記憶デバイス。
- 前記上部トラックおよび前記下部トラック内の磁壁からの漏れ磁場を用いて、前記上部トラックと前記下部トラックが交差する前記磁性被膜のデータ領域にデータ・ビットを選択的に書き込むことができる、請求項2に記載のデータ記憶デバイス。
- 前記少なくとも1つの書込み素子が、1つの上部トラックおよび複数の下部トラックを備える、請求項2に記載のデータ記憶デバイス。
- 前記1つの上部トラックおよび前記複数の下部トラックがそれぞれ、個々の磁性導線を備える、請求項4に記載のデータ記憶デバイス。
- 前記1つの上部トラックおよび前記複数の下部トラックが、前記磁性被膜内で複数の選択可能なデータ領域を画定する、請求項5に記載のデータ記憶デバイス。
- 前記少なくとも1つの書込み素子が、複数の上部トラックおよび1つの下部トラックを備える、請求項2に記載のデータ記憶デバイス。
- 前記複数の上部トラックおよび前記1つの下部トラックがそれぞれ、個々の磁性導線を備える、請求項7に記載のデータ記憶デバイス。
- 前記複数の上部トラックおよび前記1つの下部トラックが、前記磁性被膜内で複数の選択可能なデータ領域を画定する、請求項8に記載のデータ記憶デバイス。
- 前記少なくとも1つの書込み素子が、複数の上部トラックおよび複数の下部トラックを備える、請求項2に記載のデータ記憶デバイス。
- 前記複数の上部トラックおよび前記複数の下部トラックがそれぞれ、個々の磁性導線を備える、請求項10に記載のデータ記憶デバイス。
- 前記複数の上部トラックおよび前記複数の下部トラックが、前記磁性被膜上で複数の選択可能なデータ領域を画定する、請求項11に記載のデータ記憶デバイス。
- 前記上部トラックが湾曲部を備え、
前記下部トラックが湾曲部を備え、
前記データ領域が、前記上部トラックの前記湾曲部と前記下部トラックの前記湾曲部が交差する前記磁性被膜の領域に相当する、請求項2に記載のデータ記憶デバイス。 - 前記磁性被膜が連続している、請求項2に記載のデータ記憶デバイス。
- 前記磁性被膜が明確な構造をもたず、それによって前記データ・ビットの位置が指定されない、請求項14に記載のデータ記憶デバイス。
- 前記磁性被膜が単一の磁性層を含む、請求項2に記載のデータ記憶デバイス。
- 前記磁性被膜が重ね合わされた複数の磁性層を含む、請求項2に記載のデータ記憶デバイス。
- 前記重ね合わされた複数の磁性層の少なくとも一部が、少なくとも1つの非強磁性層で分離される、請求項17に記載のデータ記憶デバイス。
- 前記上部および下部トラック内の前記磁壁からの前記漏れ磁場が、前記磁性被膜に向かって同時に移動して、前記データ領域の磁気モーメントの方向を変更し、それによって前記磁性被膜に前記データ・ビットを実質的に書き込む、請求項3に記載のデータ記憶デバイス。
- 前記上部トラックおよび前記下部トラックの少なくとも1つに書込み電流を流すことによって前記磁壁が移動する、請求項19に記載のデータ記憶デバイス。
- 前記データが2値であり、かつ第1状態および第2状態を有し、
前記データ・ビットが、第1方向に流れる前記電流に応答して前記第1状態を呈し、
前記データ・ビットが、第2方向に流れる前記書込み電流に応答して前記第2状態を呈する、請求項20に記載のデータ記憶デバイス。 - 前記上部および下部トラックの前記磁壁が複数の磁区を画定し、
静止状態で、前記磁区が前記磁性被膜のデータ記憶領域から離れるように置かれ、それによって、前記データ領域の状態が前記漏れ磁場の影響を受けない、請求項3に記載のデータ記憶デバイス。 - 前記複数の上部トラックが全体として直列に結合され、それによって、磁壁によって画定される磁気領域に関連する前記磁壁が、前記データ記憶領域を横切って一緒に移動する、請求項3に記載のデータ記憶デバイス。
- 前記上部トラックが、強磁性材料およびフェリ磁性材料からなる群から選択される磁性材料のブロックを備え、
前記下部トラックが、強磁性材料およびフェリ磁性材料からなる群から選択される磁性材料のブロックを備え、
前記データ領域が、前記上部トラックの前記ブロックと前記下部トラックの前記ブロックが交差する前記磁性被膜の領域に相当する、請求項2に記載のデータ記憶デバイス。 - 前記磁性被膜がパターン化されない、請求項2に記載のデータ記憶デバイス。
- 前記少なくとも1つの書込み素子が、強磁性材料およびフェリ磁性材料からなる群から選択される均質な磁性材料を含む、請求項2に記載のデータ記憶デバイス。
- 前記少なくとも1つの書込み素子が、強磁性材料およびフェリ磁性材料からなる群から選択される不均質な磁性材料を含む、請求項2に記載のデータ記憶デバイス。
- 前記上部トラックまたは前記下部トラックの少なくとも1つが、強磁性材料およびフェリ磁性材料からなる群から選択される交互に並んだタイプの磁性材料から構築される、請求項2に記載のデータ記憶デバイス。
- 前記上部トラックおよび前記下部トラックの少なくとも1つの前記磁壁が固定される、請求項3に記載のデータ記憶デバイス。
- 前記上部トラックおよび前記下部トラックの少なくとも1つの前記磁壁が、前記上部トラックおよび前記下部トラックの前記少なくとも1つに存在するくぼみによって固定される、請求項29に記載のデータ記憶デバイス。
- 前記磁性被膜が上面および下面を備え、
前記磁性被膜の前記上面および下面の少なくとも1つの上に重なる絶縁トンネル障壁層をさらに備える、請求項2に記載のデータ記憶デバイス。 - 前記データ領域に書き込まれた前記データ・ビットが、前記データ領域に一致して前記上部トラックから前記下部トラックに読出し電流を流すことによって読み出される、請求項2に記載のデータ記憶デバイス。
- 前記データ・ビットの磁気の方向を判定することによって前記データ・ビットが読み出される、請求項32に記載のデータ記憶デバイス。
- 前記データ・ビットの第1の磁気方向には、トンネル接合部の第1抵抗値が表れている、請求項33に記載のデータ記憶デバイス。
- 前記データ・ビットの第2の磁気方向には、トンネル接合部の第2抵抗値が表れている、請求項33に記載のデータ記憶デバイス。
- 前記トンネル接合部の前記第1抵抗値が、前記トンネル接合部の前記第2抵抗値よりも小さい、請求項33に記載のデータ記憶デバイス。
- 前記データ領域に書き込まれた前記データ・ビットが、前記データ領域と交差する前記上部トラックまたは前記下部トラックのいずれか1つにのみ読出し電流を流すことによって読み出される、請求項2に記載のデータ記憶デバイス。
- 絶縁トンネル障壁層を取り囲む磁気トンネル接合部の抵抗値の変化を測定することによって、前記データ・ビットが読み出される、請求項37に記載のデータ記憶デバイス。
- 前記上部トラックと下部トラックが相互にある角度で配設される、請求項2に記載のデータ記憶デバイス。
- 前記上部トラックと下部トラックが相互に直交して配設される、請求項2に記載のデータ記憶デバイス。
- 前記磁性被膜がパターン化される、請求項1に記載のデータ記憶デバイス。
- 前記パターン化された磁性被膜が、複数のパターン化された磁気区画を備える、請求項41に記載のデータ記憶デバイス。
- 前記パターン化された磁性被膜の少なくとも一方の面上に重なる絶縁層をさらに備える、請求項42に記載のデータ記憶デバイス。
- 前記絶縁層が、複数のパターン化された絶縁区画にパターン化される、請求項43に記載のデータ記憶デバイス。
- 前記複数のパターン化された磁気区画が、前記複数のパターン化された絶縁区画を横切って延びる、請求項44に記載のデータ記憶デバイス。
- 前記複数のパターン化された磁気区画がそれぞれ、少なくとも1つのデータ・ビットを記憶する、請求項42に記載のデータ記憶デバイス。
- 前記複数のパターン化された磁気区画が同様の形状である、請求項42に記載のデータ記憶デバイス。
- 前記複数のパターン化された磁気区画の少なくとも一部が異なる形状である、請求項42に記載のデータ記憶デバイス。
- 前記複数のパターン化された磁気区画の少なくとも一部が円形である、請求項42に記載のデータ記憶デバイス。
- 前記複数のパターン化された磁気区画の少なくとも一部が長方形である、請求項42に記載のデータ記憶デバイス。
- 前記複数のパターン化された磁気区画の少なくとも一部が正方形である、請求項42に記載のデータ記憶デバイス。
- 前記複数のパターン化された磁気区画の少なくとも一部が楕円形である、請求項42に記載のデータ記憶デバイス。
- 前記複数のパターン化された磁気区画の少なくとも一部が三角形である、請求項42に記載のデータ記憶デバイス。
- 前記複数のパターン化された磁気区画の少なくとも一部が複数の行にパターン化される、請求項42に記載のデータ記憶デバイス。
- 前記複数のパターン化された磁気区画の少なくとも一部が複数の列にパターン化される、請求項42に記載のデータ記憶デバイス。
- 前記複数のパターン化された磁気区画の少なくとも一部が、複数の行および複数の列にパターン化される、請求項42に記載のデータ記憶デバイス。
- 前記トラックに接続されたスイッチをさらに備え、それによって前記トラックに電流を流して前記データ・ビットを書き込む、請求項1に記載のデータ記憶デバイス。
- 前記スイッチがトランジスタを含む、請求項57に記載のデータ記憶デバイス。
- 前記磁性被膜の近傍に配設された絶縁トンネル障壁層をさらに備える、請求項1に記載のデータ記憶デバイス。
- 前記絶縁トンネル障壁層および前記磁性被膜がトンネル接合部を形成する、請求項59に記載のデータ記憶デバイス。
- 前記トラックが湾曲部を備える、請求項1に記載のデータ記憶デバイス。
- 前記磁性被膜が連続している、請求項1に記載のデータ記憶デバイス。
- 前記磁性被膜が明確な構造をもたず、それによって前記データ・ビットの位置が指定されない、請求項1に記載のデータ記憶デバイス。
- 前記磁性被膜が単一の磁性層を含む、請求項1に記載のデータ記憶デバイス。
- 前記磁性被膜が重ね合わされた複数の磁性層を含む、請求項1に記載のデータ記憶デバイス。
- 前記重ね合わされた複数の磁性層の少なくとも一部が、少なくとも1つの非強磁性層で分離される、請求項65に記載のデータ記憶デバイス。
- 前記磁性被膜がパターン化されない、請求項1に記載のデータ記憶デバイス。
- 前記少なくとも1つの書込み素子が、強磁性材料およびフェリ磁性材料からなる群から選択される均質な磁性材料を含む、請求項1に記載のデータ記憶デバイス。
- 前記少なくとも1つの書込み素子が、強磁性材料およびフェリ磁性材料からなる群から選択される不均質な磁性材料を含む、請求項1に記載のデータ記憶デバイス。
- 前記磁壁が移動可能である、請求項1に記載のデータ記憶デバイス。
- 磁性被膜を形成するステップと、
前記磁性被膜の近傍にトラックを配設することによって、少なくとも1つの書込み素子を形成するステップとを含む、データ記憶デバイスを作製する方法であって、
前記トラック内の磁壁からの漏れ磁場を用いて前記トラック内で記憶領域内の磁気モーメントの方向を選択的に変更することによって、前記磁性被膜のデータ領域にデータ・ビットを選択的に書き込むことができる、前記方法。 - 前記少なくとも1つの書込み素子を形成するステップが、
前記磁性被膜の上に上部トラックを形成するステップと、
前記磁性被膜の下に下部トラックを形成するステップとを含む、請求項71に記載の方法。 - 前記上部トラックおよび前記下部トラック内の磁壁からの漏れ磁場を用いて、前記上部トラックと前記下部トラックが交差する前記磁性被膜のデータ領域にデータ・ビットを選択的に書き込むことができる、請求項72に記載の方法。
- 前記少なくとも1つの書込み素子が、複数の上部トラックおよび複数の下部トラックを備える、請求項72に記載の方法。
- 前記複数の上部トラックおよび前記複数の下部トラックがそれぞれ、個々の磁性導線を備える、請求項74に記載の方法。
- 前記上部トラックを形成するステップが湾曲部を形成するステップを含み、
前記下部トラックを形成するステップが湾曲部を形成するステップを含み、
前記データ領域が、前記上部トラックの前記湾曲部と前記下部トラックの前記湾曲部が交差する前記磁性被膜の領域に相当する、請求項72に記載の方法。 - 前記磁性被膜を形成するステップが、連続磁性被膜を形成するステップを含む、請求項72に記載の方法。
- 前記磁性被膜を形成するステップが、明確な構造をもたず、それによって前記データ・ビットの位置が指定されない磁性被膜を形成するステップを含む、請求項71に記載の方法。
- 前記磁性被膜を形成するステップが、単一の磁性層を形成するステップを含む、請求項71に記載の方法。
- 前記磁性被膜を形成するステップが、重ね合わされた複数の磁性層を形成するステップを含み、
前記重ね合わされた磁性層の少なくとも一部が、少なくとも1つの絶縁層で分離される、請求項71に記載の方法。 - 前記上部トラックを形成するステップが、強磁性材料およびフェリ磁性材料からなる群から選択される磁性材料のブロックを形成するステップを含み、
前記下部トラックを形成するステップが、強磁性材料およびフェリ磁性材料からなる群から選択される磁性材料のブロックを形成するステップを含み、
前記データ領域が、前記上部トラックの前記ブロックと前記下部トラックの前記ブロックが交差する前記磁性被膜の領域に相当する、請求項72に記載の方法。 - 前記磁性被膜を形成するステップが、パターン化しない磁性被膜を形成するステップを含む、請求項71に記載の方法。
- 前記少なくとも1つの書込み素子を形成するステップが、強磁性材料およびフェリ磁性材料からなる群から選択される均質な磁性材料を用いるステップを含む、請求項71に記載の方法。
- 前記少なくとも1つの書込み素子を形成するステップが、強磁性材料およびフェリ磁性材料からなる群から選択される不均質な磁性材料を用いるステップを含む、請求項71に記載の方法。
- 前記上部トラックおよび前記下部トラックを形成するステップが、強磁性材料およびフェリ磁性材料からなる群から選択される交互に並んだタイプの磁性材料から、前記上部トラックまたは前記下部トラックの少なくとも1つを形成するステップを含む、請求項72に記載の方法。
- 前記上部トラックを形成するステップが、前記上部トラック内の前記磁壁を固定するステップを含む、請求項73に記載の方法。
- 前記下部トラックを形成するステップが、前記下部トラック内の前記磁壁を固定するステップを含む、請求項73に記載の方法。
- 前記磁性被膜が上面および下面を備え、
前記磁性被膜の前記上面および下面の両方を被覆する絶縁トンネル障壁層を形成するステップさらに含む、請求項72に記載の方法。 - 前記磁性被膜を形成するステップが、前記磁性被膜をパターン化するステップを含む、請求項71に記載の方法。
- 前記パターン化された磁性被膜が、複数のパターン化された磁気区画を備える、請求項89に記載の方法。
- 前記トラックの一方の面上に絶縁層を重ねるステップをさらに含む、請求項71に記載の方法。
- 前記絶縁層を上に重ねるステップが、前記絶縁層を複数のパターン化された絶縁区画にパターン化するステップを含む、請求項91に記載の方法。
- 前記複数のパターン化された磁気区画が、前記複数のパターン化された絶縁区画を横切って延びる、請求項92に記載の方法。
- 前記複数のパターン化された磁気区画がそれぞれ、少なくとも1つのデータ・ビットを記憶する、請求項90に記載の方法。
- 前記複数のパターン化された磁気区画が同様の形状である、請求項90に記載の方法。
- 前記複数のパターン化される磁気区画をパターン化するステップが、前記複数のパターン化される磁気区画の少なくとも一部を異なる形状の磁気区画にパターン化するステップを含む、請求項90に記載の方法。
- 前記複数のパターン化される磁気区画をパターン化するステップが、前記複数のパターン化される磁気区画の少なくとも一部を円形の磁気区画にパターン化するステップを含む、請求項90に記載の方法。
- 前記複数のパターン化される磁気区画をパターン化するステップが、前記複数のパターン化される磁気区画の少なくとも一部を矩形の磁気区画にパターン化するステップを含む、請求項90に記載の方法。
- 前記複数のパターン化される磁気区画をパターン化するステップが、前記複数のパターン化される磁気区画の少なくとも一部を複数の行にパターン化するステップを含む、請求項90に記載の方法。
- 前記複数のパターン化される磁気区画をパターン化するステップが、前記複数のパターン化される磁気区画の少なくとも一部を複数の列にパターン化するステップを含む、請求項90に記載の方法。
- 前記複数のパターン化される磁気区画をパターン化するステップが、前記複数のパターン化される磁気区画の少なくとも一部を複数の行および複数の列にパターン化するステップを含む、請求項90に記載の方法。
- 前記トラックにスイッチを接続するステップをさらに含み、それによって前記トラックに電流を流して前記データ・ビットを書き込む、請求項71に記載の方法。
- 前記スイッチがトランジスタを含む、請求項102に記載の方法。
- 前記磁性被膜の近傍に絶縁トンネル障壁層を形成するステップをさらに含む、請求項71に記載の方法。
- 前記絶縁トンネル障壁層および前記磁性被膜がトンネル接合部を形成する、請求項104に記載の方法。
- 磁性被膜と、前記磁性被膜の近傍のトラック内に配設された少なくとも1つの書込み素子とを備えるデータ記憶デバイスにデータ・ビットを書き込む方法であって、
前記トラック内の磁壁からの漏れ磁場を用いて前記トラック内で記憶領域内の磁気モーメントの方向を選択的に変更することによって、前記磁性被膜のデータ領域に前記データ・ビットを選択的に書き込むステップを含む、前記方法。 - 前記トラックにスイッチを接続するステップをさらに含み、それによって前記トラックに電流を流して前記データ・ビットを書き込む、請求項106に記載の方法。
- 前記磁性被膜がパターン化されない、請求項106に記載の方法。
- 前記トラックが個々の磁性導線を備える、請求項106に記載の方法。
- 前記トラックが、前記磁性被膜上で複数の選択可能なデータ領域を画定する、請求項109に記載の方法。
- 前記磁性被膜が連続している、請求項106に記載の方法。
- 前記磁性被膜が明確な構造をもたず、それによって前記データ・ビットの位置が指定されない、請求項111に記載の方法。
- 前記データ・ビットを選択的に書き込むステップが、前記データ領域の磁気モーメントの方向を変更するために、前記磁性被膜に向かって前記トラック内の前記磁壁からの前記漏れ磁場を同時に移動させるステップを含む、請求項106に記載の方法。
- 前記トラック内の前記磁壁からの前記漏れ磁場を同時に移動させるステップが、前記トラック内で書込み電流を流すステップを含む、請求項113に記載の方法。
- 前記電流を第1方向に流すステップにより、前記データ・ビットが第1の2値状態を呈し、
前記電流を第2方向に流すステップにより、前記データ・ビットが第2の2値状態を呈する、請求項114に記載の方法。 - 前記トラック内で前記磁壁を固定するステップをさらに含む、請求項106に記載の方法。
- 前記データ領域と交差する前記トラックに読出し電流を流すことによって、前記データ領域内の前記データ・ビットを選択的に読み出すステップをさらに含む、請求項106に記載の方法。
- 前記データを選択的に読み出すステップが、前記絶縁トンネル障壁層の抵抗値の変化を測定するステップを含む、請求項117に記載の方法。
- 磁性被膜の近傍に絶縁トンネル障壁層からなるトンネル接合部を配設することによって形成されたデータ記憶デバイス上のデータ・ビットを読み出す方法であって、
データ領域と交差するトラックに読出し電流を流すことによって、前記磁性被膜の前記データ領域に記憶された前記データ・ビットを選択的に読み出すステップを含む、前記方法。 - 前記データ・ビットを選択的に読み出すステップが、前記絶縁トンネル障壁層の抵抗値の変化を測定するステップを含む、請求項119に記載の方法。
- 前記磁性被膜がパターン化されない、請求項119に記載の方法。
- 前記トラックが個々の磁性導線を備える、請求項119に記載の方法。
- 前記トラックが、前記磁性被膜上で複数の選択可能なデータ領域を画定する、請求項122に記載の方法。
- 前記磁性被膜が連続している、請求項119に記載の方法。
- 前記磁性被膜が明確な構造をもたず、それによって前記データ・ビットの位置が指定されない、請求項124に記載の方法。
- データ記憶デバイス上のデータ・ビットを読み出す装置であって、
磁性被膜の近接に絶縁トンネル障壁層を配設することによって形成されたトンネル接合部と、
データ領域を貫通して前記トンネル接合部に読出し電流を流すことによって、前記磁性被膜の前記データ領域に記憶された前記データ・ビットを選択的に読み出す読出し素子とを備える、前記装置。 - 前記読出し素子が、前記絶縁トンネル障壁層の抵抗値の変化を測定することによって前記データを選択的に読み出す、請求項126に記載の装置。
- 前記磁性被膜がパターン化されない、請求項126に記載の装置。
- 前記磁性被膜が個々の磁性導線を備える、請求項126に記載の装置。
- 前記個々の磁性導線が、複数の選択可能なデータ領域を画定する、請求項129に記載の装置。
- 前記磁性被膜が連続している、請求項126に記載の装置。
- 前記磁性被膜が明確な構造をもたず、それによって前記データ・ビットの位置が指定されない、請求項131に記載の装置。
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