[发明专利]切换向平面外的磁性隧道结单元的方法

说明书

技术领域

本发明涉及切换向平面外的磁性隧道结单元的方法。

背景技术

新型存储器已展现出与常用形式的存储器相媲美的显著可能性。例如，非易失性自旋转移(spin-transfer)扭矩随机存取存储器(此处称为ST-RAM)作为“通用”存储器已被讨论过。磁性隧道结(MTJ)单元由于其高速、相对高的密度和低功耗而在ST-RAM的应用中引起了很多关注。

大多数活动已集中在具有向平面内的(in-plane)磁各向异性的MTJ单元。预测具有向平面外的(out-plane)磁化方向的MTJ单元能够实现比具有相同磁各向异性场的向平面内的MTJ单元小的切换电流。因此，向平面外的磁化方向MTJ单元以及使用它们的方法引起了极大的关注。

发明内容

本公开涉及经常被称为磁性隧道结单元的磁性自旋扭矩存储单元以及使用它们的方法，这些磁性自旋扭矩存储器单元具有与晶片平面垂直对准的、或“向平面外的”关联铁磁层的磁各向异性(即，磁化方向)。

本公开的一个特定实施例是切换向平面外的磁性隧道结单元的铁磁自由层的磁化方向的方法，该方法包括：使交流切换电流流经向平面外的磁性隧道结单元，其中交流切换电流切换铁磁自由层的磁化方向。

本公开的另一特定实施例是磁性存储系统，该磁性存储系统包括：具有铁磁自由层、阻挡层和铁磁基准层的磁性隧道结单元，其中阻挡层定位在铁磁基准层和铁磁自由层之间，并且铁磁自由层和铁磁基准层的磁化方向是向平面外；以及电连接到磁性隧道结单元的交流电流源。

本公开的又一特定实施例是电存储数据的方法，该方法包括：设置向平面外的磁性隧道结存储器单元，向平面外的磁性隧道结存储器单元包括铁磁自由层、阻挡层和铁磁基准层，其中阻挡层定位在铁磁基准层和铁磁自由层之间，并且铁磁自由层和铁磁基准层的磁化方向是向平面外的；并且使交流切换电流流经向平面外的磁性隧道结单元，其中交流切换电流切换铁磁自由层的磁化方向，由此存储数据位。

通过阅读以下详细描述，这些以及各个其他特征和优点将是显而易见的。

附图说明

考虑以下结合附图对本公开的各个实施例的详细描述，可更完整地理解本公开，在附图中：

图1A是说明性MTJ单元的示意图；图1B是包括可任选钉扎层的说明性MTJ单元的示意图；图1C是在低电阻状态下具有向平面外的磁化方向的说明性MTJ单元的示意图；图1D是高电阻状态下的说明性磁性隧道结存储单元的示意侧视图；

图2A是示出直流(DC)切换电流对磁化方向的旋磁驰豫的影响的示意图；而图2B是示出交流(AC)切换电流对磁化方向的旋磁驰豫的影响的示意图；

图3是包括MTJ单元和晶体管的说明性存储单元的示意图；

图4是说明性存储器阵列的示意图；以及

图5是说明性存储系统的示意图。

这些附图不一定按比例示出。附图中所使用的相同数字表示相同部件。然而，应当理解，在给定附图中使用数字表示部件并不旨在限制在另一附图中用相同数字标记的部件。

具体实施方式

本公开涉及具有磁各向异性的磁性隧道结(MTJ)单元的各个实施例，磁各向异性导致关联铁磁层的磁化方向是与晶片平面垂直对准的、或“向平面外的”。

在以下描述中，参考形成本说明书一部分的一组附图，其中通过图示示出了若干具体实施例。应当理解，构想并可作出其他实施例而不背离本公开的范围或精神。因此，以下详细描述不采取限制性含义。本文中所提供的任何定义用于方便理解本文中频繁使用的某些术语，而不旨在限制本公开的范围。

除非另外指出，否则在说明书和权利要求书中使用的表示特征大小、量和物理性质的所有数字应当理解为在任何情况下均由术语“约”修饰。因此，除非相反地指出，否则在上述说明书和所附权利要求中阐明的数值参数是近似值，这些近似值可利用本文中公开的教示根据本领域技术人员所寻求获得的期望性质而变化。

如本说明书和所附权利要求书中所使用的，单数形式“一”、“一个”和“该”涵盖具有复数引用物的实施例，除非该内容另外明确地指出。如本说明书和所附权利要求书中所使用的，术语“或”一般以包括“和/或”的含义来使用，除非该内容另外明确地指出。

尽管本公开不限于此，但通过讨论以下所提供的示例将获得对本公开的各个方面的理解。