[发明专利]电压控制的磁各向异性（VCMA）开关和电磁存储器（MERAM）

权利要求书

1.一种电压控制的磁各向异性（VCMA）开关装置，包括：

至少两个铁磁（FM）层，具有FM固定层和FM自由层；

电介质（DE）层，插入在所述FM固定层与所述FM自由层之间；并且

其中选择所述FM自由层和所述FM固定层的材料、形状和厚度以具有平面内（IP）和平面外（OOP）各向异性；

其中选择所述FM自由层的材料、形状和厚度以具有接近相等的平面内（IP）和平面外（OOP）各向异性；并且

其中所述FM自由层的OOP各向异性受在所述FM层与所述DE层之间的界面性质影响，并且受作为施加的电压在所述DE层两端施加的电压控制从而产生对所述装置中的所述FM自由层中的磁化定向进行切换的、电压控制的磁各向异性（VCMA）效果。

2.根据权利要求1所述的装置，其中所述FM自由层的所述磁化在平面内（IP）或者平面外（OOP）这两个磁化定向状态之间可切换。

3.根据权利要求1所述的装置，其中所述磁化定向状态相对于所述固定层的磁化定向为平行（P）和反平行（AP）。

4.根据权利要求1所述的装置，其中所述装置响应于电压施加来改变磁状态（切换），并且无需电荷电流流过所述装置或者流过与所述装置邻近设置的导体以执行所述切换。

5.根据权利要求1所述的装置，其中响应于所述施加的电压确定所述铁磁（FM）自由层的磁化定向的所述切换，所述施加的电压引起磁化旋转并且允许响应于存在杂散磁场而出现完全切换以将所述磁化切换成它的最终切换状态。

6.根据权利要求5所述的装置，其中所述至少一个杂散场从所述铁磁（FM）固定层产生。

7.根据权利要求5所述的装置，其中所述至少一个杂散场从所述铁磁（FM）固定层和从附加铁磁（FM）半固定层产生。

8.根据权利要求1所述的装置，其中所述铁磁（FM）自由层包括一层或者层组合。

9.根据权利要求1所述的装置，其中所述铁磁（FM）固定层包括一层或者层组合。

10.根据权利要求1所述的装置，其中响应于所述电压脉冲在被配置用于所述磁化的进动运动的装置上的宽度改变所述磁化定向。

11.根据权利要求10所述的装置，其中响应于所述电压脉冲的宽度改变所述磁化定向，所述宽度是进动周期的近似1/2或者其奇数倍。

12.根据权利要求1所述的装置，其中所述装置包括平面内（IP）、电压控制的磁各向异性（VCMA）开关装置。

13.根据权利要求1所述的装置，其中所述装置包括平面外（OOP）、电压控制的磁各向异性（VCMA）开关装置。

14.根据权利要求1所述的装置，其中通过响应于隧道磁阻（TMR）性质测量经过所述FM自由层、DE层和FM固定层的电阻来读取所述装置的磁化定向。

15.根据权利要求1所述的装置，其中从由Fe、Co、Pt、Pd、CoFe和CoFeB构成的铁磁材料组选择所述铁磁材料。

16.根据权利要求1所述的装置，其中所述电介质材料包括MgO。

17.根据权利要求1所述的装置，其中通过控制包括Fe含量比率、FM层形状和FM层厚度的FM组成来调节所述OOP各向异性。

18.根据权利要求1所述的装置，其中通过与FM层相邻放置附加非磁金属层来调节所述OOP各向异性，其中所述金属层增加所述OOP各向异性和所述VCMA效果。

19.根据权利要求18所述的装置，其中所述金属层包括钽（Ta）。

20.根据权利要求1所述的装置，还包括与所述铁磁（FM）固定层邻近设置的至少一个铁磁（FM）半固定层和将所述FM固定层从所述FM半固定层分离的间隔物层。

21.根据权利要求20所述的装置，其中所述间隔物层包括对所述装置的所述电压控制的磁各向异性无贡献的金属材料。

22.根据权利要求20所述的装置，其中对于不同施加的电压双向改变所述磁化定向。