[发明专利]用于磁致伸缩式随机存取存储器(MRAM)的小形状因子磁屏蔽

说明书

背景

本申请要求于2013年2月8日提交的题为“Small form factor magnetic shield for magnetorestrictive random access memory(MRAM)(用于磁致伸缩式随机存取存储器(MRAM)的小形状因子磁屏蔽)”的美国临时申请No.61/762,428的优先权，其通过引用明确纳入于此。

领域

各种特征涉及用于磁致伸缩式随机存取存储器(MRAM)的小形状因子磁屏蔽。

背景

磁阻式随机存取存储器(MRAM)是使用磁存储元件和/或单元来存储数据的存储器技术。图1概念性地解说了包括用于存储数据的MRAM单元阵列的管芯/晶片。具体地，图1概念性地解说了包括基板102、若干金属和介电层104以及MRAM单元阵列106的管芯100。MRAM单元阵列106包括若干MRAM单元106a-f。这些单元中的每个单元包括磁隧道结(MTJ)。MTJ是允许MRAM存储数据的地方。

图2解说了图1中的至少一个单元的磁隧道结(MTJ)200。如图2中所示，MTJ 200包括固定磁性层202、绝缘层204、以及自由磁性层206。磁性层202和206是铁磁层并且绝缘层204是介电层。每个磁性层202和206具有极性(北极和南极)。固定磁性层202是固定的，因为该磁性层202的极性不能改变。自由磁性层206是自由的，因为该磁性层206的极性能够改变(电极能够改变)。如以上所提及的，MTJ 200是允许MRAM 200存储数据的地方。MTJ 200可以具有两种状态。在一种状态中，自由磁性层206在与固定磁性层202相同的方向上被极化。在另一种状态中，自由磁性层206在与固定磁性层202相反的方向上被极化。

如以上所描述的，MTJ 200可以处于两种可能的状态中，即图3A-3B和4A-4B中所解说的低阻态和高阻态。图3A解说了MTJ 200处于低阻态。如图3A中所示，在低阻态中，MTJ 200的磁性层202和206的极性对齐(磁性层的北极和南极在相同侧上)。图3B解说了MTJ 200处于高阻态。如图3B中所示，在高阻态中，MTJ 200的磁性层202和206的极性彼此相反(一个磁性层的北极在另一磁性层的北极的相对侧上)。

图3A-3B示出MTJ 200的两种状态之间的差异在于自由磁性层206的极性。MTJ 200的两种状态之间的差异可以由MTJ 200对电流的电阻来表达。当两个磁性层202和206的极性对齐时，如图3中所示，MTJ 200的电阻较低。相反，当两个磁性层202和206的极性彼此相反时，MTJ 200的电阻较高(相对于MTJ 200在磁性层的极性对齐时的电阻而言)。换言之，磁性层的极性彼此相反时MTJ 200的电阻要大于磁性层的极性对齐时MTJ 200的电阻。这些低阻态和高阻态可对应于0和1的二进制存储器状态。

图3A-3B解说了平行的MTJ。然而，在一些实现中，MTJ还可以是垂直的MTJ，如图4A-4B中所解说的。如图4A中所示，在低阻态中，MTJ 200的磁性层202和206的极性对齐在相同方向上(磁性层的北极和南极处于相同方向)。图4B解说了MTJ 200处于高阻态。如图4B中所示，在高阻态中，MTJ200的磁性层202和206的极性在相反方向上对齐。

如以上所提及的，自由磁性层的极性可以切换。在一个实例中，通过施加充分大的流过MTJ的电流来切换自由磁性层的极性。在相反方向上施加流过MTJ的电流将把自由磁性层的极性切换回来。在STT-MRAM的情形中，可以对MTJ施加自旋极化的电流来切换自由磁性层的极性。自旋极化的电流是包括在一个方向上的自旋比在另一个方向上的自旋更多(大于50％的上旋或者下旋)的电子的电流。电流通常是未极化的，但是可以通过使电流流过磁性层来形成自旋极化的电流。

在另一实例中，施加充分大的磁场也将切换自由磁性层的极性。类似地，在相反方向上施加充分大的磁场将把自由磁性层的极性切换回来。因此，除了电流之外，在设计和测试MTJ或者使用MTJ的任何存储器(诸如MRAM)时必须考虑磁场性质。MRAM的每个单元(即，每个MTJ)可能具有不同的性质(例如，磁性质)。即，每个单元可以在不同的磁场强度下在各个状态之间来回切换。