[发明专利]包括合成存储层的自参考磁随机存取存储器元件

说明书

技术领域

本公开涉及一种包括具有带有磁化的合成存储层的磁隧道结的磁随机存取存储器(MRAM)元件，所述磁化当在高温下加热磁隧道结时可以被容易地调节并且当在低温下冷却磁隧道结时产生低杂散场。本公开也涉及一种用于写MRAM元件的热辅助方法。

背景技术

使用所谓的自参考读操作的MRAM单元典型地包括磁隧道结，该磁隧道结由具有其方向可以从第一稳定方向改变为第二稳定方向的磁化的磁存储层、薄绝缘层以及具有可反转方向的感测层形成。自参考MRAM单元允许以低的功耗和增加的速度执行写和读操作。

然而，在读操作期间，由于局部杂散磁场而在存储层与感测层之间发生偶极耦合，从而在封闭的磁通量配置中将感测层的磁化与存储层的磁化耦合。于是，在读操作期间切换感测层磁化将要求施加高得足以克服偶极耦合的磁场。当施加场循环以测量感测层的磁滞回线时，偶极耦合导致磁滞回线的移位(或偏置)。该偶极耦合取决于存储层和感测层的厚度和磁化以及取决于磁隧道结的尺寸。特别地，偶极耦合随着磁隧道结直径的减小而增加，并且因而在缩小MRAM单元时可能变成主要的问题。

发明内容

本公开涉及一种包括磁隧道结的随机存取存储器(MRAM)元件，该磁隧道结包括：存储层；感测层；以及包含在存储层与感测层之间的隧道势垒层；存储层包括：具有第一存储磁化的第一磁性层；具有第二存储磁化的第二磁性层；以及非磁性耦合层，将第一和第二磁性层分开，使得第一存储磁化与第二存储磁化基本上反平行；第一和第二磁性层被布置成使得：在读温度处，第一存储磁化基本上等于第二存储磁化；并且在高于读温度的写温度处，第二存储磁化大于第一存储磁化。

在一个实施例中，第一磁性层可以包括具有第一居里温度的第一铁磁层，并且第二磁性层可以包括具有比第一居里温度更高的第二居里温度的第二铁磁层。

在另一个实施例中，写温度可以包括在第一和第二居里温度之下。

在又一个实施例中，写温度可以包括在第一居里温度之上和第二居里温度之下。

在又一个实施例中，第一磁存储层可以包括亚铁磁性非晶态合金，该亚铁磁性非晶态合金包括提供3d存储磁化的过渡金属原子亚晶格以及提供与3d存储磁化反平行的4f存储磁化的稀土原子亚晶格；第一存储磁化相应于3d存储磁化和4f存储磁化的矢量和。

在又一个实施例中，稀土亚晶格可以具有第一居里温度，并且过渡金属原子亚晶格可以具有比第一居里温度更高的第二居里温度。

在又一个实施例中，写温度可以基本上相应于亚铁磁性存储层的补偿温度，其中第一存储磁化变得基本上为零。

在又一个实施例中，写温度可以基本上相应于亚铁磁性存储层的稀土亚晶格的第一居里温度。

本公开也涉及一种向MRAM元件写的方法，该方法包括：

将磁隧道结加热到写温度；

调节第一和第二存储磁化；以及

将磁隧道结冷却到读温度。

在一个实施例中，调节第一和第二存储磁化可以通过施加写磁场而执行。

在另一个实施例中，MRAM元件可以进一步包括与磁隧道结的一端电接触的电流线；并且加热磁隧道结可以包括经由电流线使加热电流在磁隧道结中通过。

所公开的MRAM元件的第一和第二存储磁化当在高温下加热磁隧道结时可以被容易地调节并且当在低温下冷却磁隧道结时产生低杂散场。

附图说明

借助于通过实例的方式给出且由附图图解说明的实施例的描述，将更好地理解本发明，在附图中：

图1图解说明了依照一个实施例的包括包含具有第一存储磁化和第二存储磁化的存储层的磁隧道结的自参考随机存取存储器(MRAM)元件；

图2报告了第一存储磁化和第二存储磁化的磁化的温度依赖性；

图3a-3d表示依照一个实施例的图解说明第一和第二存储磁化的布置的存储层的顶视图；

图4表示依照图3a-3d的实施例的存储装置的磁化曲线；

图5a-5d图解说明了依照另一个实施例的第一和第二存储磁化的布置；

图6表示依照图5a-5d的实施例的存储层的磁化曲线；

图7a和图7b图解说明了依照又一个实施例的第一和第二存储磁化的布置；

图8表示依照图7a和图7b的实施例的存储层的磁化曲线；

图9图解说明了依照另一个实施例的MRAM元件；以及

图10报告了依照图9的实施例的MRAM元件的第一和第二存储磁化的磁化的温度依赖性。

具体实施方式