Термический магнитный элемент памяти с произвольным доступом с увеличенной долговечностью



Термический магнитный элемент памяти с произвольным доступом с увеличенной долговечностью
Термический магнитный элемент памяти с произвольным доступом с увеличенной долговечностью
Термический магнитный элемент памяти с произвольным доступом с увеличенной долговечностью

 


Владельцы патента RU 2565161:

КРОКУС ТЕКНОЛОДЖИ СА (FR)

Настоящее изобретение предлагает магнитный элемент (1) памяти, пригодный для операции записи с термическим переключением, содержащий линию (4) тока в электрическом сообщении с одним концом магнитного туннельного перехода (2), где магнитный туннельный переход (2) содержит: первый ферромагнитный слой (21), имеющий фиксированную намагниченность; второй ферромагнитный слой (23), имеющий намагниченность, которая может быть свободно выстроена при заданном высоком температурном пороге; и туннельный барьер (22), обеспеченный между первым и вторым ферромагнитными слоями (21, 23); где линия (4) тока приспособлена для пропускания нагревающего тока (31) сквозь магнитный туннельный переход (2) во время операции записи; где упомянутый магнитный туннельный переход (2) дополнительно содержит, по меньшей мере, один нагревающий элемент (25, 26), приспособленный генерировать тепло, когда нагревающий ток (31) проходит сквозь магнитный туннельный переход (2); и термический барьер (30) последовательно с упомянутым, по меньшей мере, одним нагревающим элементом (25, 26), где упомянутый термический барьер (30) приспособлен ограничивать тепло, генерируемое упомянутым, по меньшей мере, одним нагревающим элементом (25, 26) в пределах магнитного туннельного перехода (2). 2 н. и 9 з.п. ф-лы, 2 ил.

 

Область техники, к которой относится изобретение

Настоящее изобретение касается магнитного элемента памяти с операцией записи с термическим переключением, содержащего магнитный туннельный переход и имеющего увеличенную долговечность операций записи. Настоящее изобретение также касается магнитного запоминающего устройства, содержащего множество магнитных элементов памяти.

Описание предшествующего уровня техники

Магнитные элементы с магнитным туннельным переходом или спиновым клапаном включают в себя элементы, используемые в магнитной энергонезависимой памяти с произвольным доступом (NVRAM), применяемой для хранения, считывания и записи данных в электронных системах известным образом. Магнитная MRAM память приобрела новый интерес вслед за развитием магнитных туннельных переходов, имеющих высокое магнитосопротивление при окружающей температуре. Эти MRAM действительно имеют много преимуществ:

- скорость, сравнимая со скоростью статической памяти с произвольным доступом (SRAM),

- энергонезависимость, как у флеш-памяти,

- отсутствие ухудшения считывания и записи со временем,

- нечувствительность к ионизирующим облучениям.

Поэтому они способны заменять память более традиционной технологии (DRAM, SRAM, флеш) и, таким образом, становятся универсальной памятью. Первые архитектуры магнитной памяти образованы из набора точек памяти или ячеек памяти, каждая из которых образована из элемента с так называемым "гигантским магнеторезистивным эффектом", образованного из пакета из нескольких металлических слоев, чередующихся магнитных и немагнитных.

Эта технология благодаря ее архитектуре позволяет изготавливать энергонезависимую память с помощью простой технологии, хотя и ограниченной емкости. Тот факт, что элементы или точки памяти соединяются последовательно вдоль каждой линии, ограничивает возможность интеграции, так как сигнал становится слабее и слабее с увеличением числа элементов или точек памяти.

В их простейшем виде они образованы из двух магнитных слоев с разными переключающими полями, магнитно развязанными тонким изолирующим слоем, называемым туннельным барьером. Когда намагниченность запоминающего слоя относительно опорного слоя, составляющих два вышеуказанных магнитных слоя и расположенных на каждой стороне туннельного барьера, антипараллельна, сопротивление магнитного туннельного перехода является высоким. Напротив, когда намагниченность параллельна, это сопротивление становится низким.

Из-за механизма записи этих точек памяти можно понять ограничения этой архитектуры.

Так как запись обеспечивается внешним магнитным полем, то это касается величины индивидуального переключающего поля каждой точки памяти. Так как функция распределения переключающих полей для всех точек памяти является широкой (она, в действительности, неоднородна из-за ограничений изготовления и внутренних статистических флуктуаций), нужно, чтобы магнитное поле на выбранной точке памяти было больше, чем самое высокое распределение переключающего поля, с опасностью случайного перемагничивания в обратном направлении определенных точек памяти, расположенных на соответствующей линии или колонке, где переключающее поле, расположенное в нижней части распределения, слабее, чем магнитное поле, генерированное только линией или колонкой.

Кроме того, учитывая, что в целом средняя величина переключающего поля увеличивается, когда размер точек памяти уменьшается, чего стремятся достичь по причинам пространства и стоимости, в будущих поколениях продукта ожидается еще более высокий ток. Следовательно, электрическая мощность, требуемая для работы этой памяти, будет все больше по мере того, как интеграция станет более и более продвинутой.

Наконец, устойчивость намагниченности свободного слоя относительно тепловых флуктуаций не гарантируется, когда размер точек памяти уменьшается. В действительности, энергетический барьер, который необходимо преодолевать, чтобы заставить намагниченность этого слоя переключаться с одной ориентации на другую, пропорционален объему этого слоя. Когда объем уменьшается, тогда высота этого барьера становится сравнима с термическим возбуждением. Информация, записанная в память, тогда не сохраняется на продолжительное время. Чтобы исправить это затруднение, необходимо увеличить магнитную анизотропию свободного слоя путем выбора материала с более сильной анизотропией или путем увеличения анизотропии формы точки памяти, например. При этом, однако, магнитное поле, необходимое для магнитного переключения, увеличивается, что приводит к увеличению потребления электричества для генерации поля, необходимого для магнитного переключения.

Также, чтобы преодолеть это затруднение, было предложено использовать термическую магнитную память с произвольным доступом, обозначаемую сокращением TAS-MRAM. Особенностью пакетирования точек памяти в этой архитектуре является обменное подмагничивание запоминающего слоя антиферромагнитным слоем с критической температурой, меньшей чем критическая температура второго антиферромагнитного слоя, обменно подмагничивающего опорный слой. Эта технология описана, например, в документе US 6385082.

В TAS-MRAM ячейках информация сохраняется в магнитной ориентации запоминающего слоя, который может записываться, только когда нагревается выше критической температуры. Источником тепла для достижения этого является тепло, генерируемое пульсирующим током, проходящим через магнитный туннельный барьер, образованный из тонкого оксидного слоя. Воздействие повторяющегося циклического напряжения на этот тонкий оксидный слой может приводить к его ухудшению и, следовательно, ограничивать долговечность TAS-MRAM ячейки. Таким образом, ограничение амплитуды напряжения сквозь этот оксид важно для увеличения долговечности TAS-MRAM ячейки.

В этой конфигурации избирательность записи достигается путем короткого увеличения температуры адресуемой первой памяти, достигаемого с помощью импульса тока, проходящего через упомянутую рассматриваемую точку памяти. Для записи данной точки это увеличение температуры затем объединяется либо с импульсом магнитного поля, либо с явлением переноса спина, достигаемого путем введения спин-поляризованного тока сквозь запоминающий слой упомянутой точки памяти.

Такая магнитная память с термической записью имеет ряд преимуществ, среди которых могут быть упомянуты:

- существенное улучшение избирательности записи вследствие того, что нагревается только записываемая точка памяти;

- сохранение информации, записанной в памяти, даже когда точка памяти подвергается воздействию паразитных магнитных полей при окружающей температуре;

- улучшение термической устойчивости информации путем использования материалов с сильной магнитной анизотропией при окружающей температуре (внутренней или из-за обменного поля анизотропии антиферромагнитного слоя, обменно подмагничивающего запоминающий слой);

- возможность существенного снижения размера ячеек точек памяти без влияния на их предел устойчивости путем использования материалов с сильной магнитной анизотропией при окружающей температуре или с запоминающим слоем, обменно подмагниченным анизотропией обменного взаимодействия;

- снижение потребления во время записи;

- возможность получения многоуровневых запоминающих ячеек в определенных случаях.

Несмотря на эти преимущества существуют, однако, некоторые трудности с точки зрения технологии изготовления.

Основная трудность связана с необходимостью подавать импульс тока сквозь магнитный туннельный переход, чтобы нагревать точку памяти до температуры большей, чем критическая температура антиферромагнитного слоя, обменно подмагничивающего запоминающий слой. Этот импульс тока обязан подвергать сверхтонкий оксидный слой, составляющий туннельный барьер, значительному механическому напряжению из-за воздействия электрического напряжения. Соответствующее напряжение может, в действительности, достигать или даже превосходить в системах, не приспособленных с точки зрения термического ограничения, напряжения пробоя такого оксидного слоя, которое обычно составляет около 1 В. Кроме того, даже если напряжение, подаваемое на туннельный барьер, меньше, чем напряжение его пробоя, то механическое напряжение, связанное с импульсом электрического тока, может приводить к заметным эффектам старения в длительной перспективе, особенно после большого числа циклов записи.

Обычные пути снижения этого напряжения основаны на улучшении термической изоляции TAS-MRAM ячейки путем добавления материалов вокруг нее, которые имеют низкую термическую проводимость. Это позволяет достигать более высокой температуры для данного напряжения.

Краткая сущность изобретения

В настоящем изобретении магнитный элемент памяти с произвольным доступом или магнитный элемент памяти с операцией записи с термическим переключением может содержать линию тока в электрическом сообщении с одним концом магнитного туннельного перехода, где магнитный туннельный переход содержит: первый ферромагнитный слой, имеющий фиксированное направление намагниченности; второй ферромагнитный слой, имеющий намагниченность, которая может быть свободно выстроена при заданном высоком температурном пороге; и туннельный барьер, обеспеченный между первым и вторым ферромагнитными слоями; где линия тока приспособлена для пропускания нагревающего тока сквозь магнитный туннельный переход во время операции записи; где упомянутый магнитный туннельный переход дополнительно содержит, по меньшей мере, один нагревающий элемент, приспособленный генерировать тепло, когда нагревающий ток проходит сквозь магнитный туннельный переход; и термический барьер последовательно с упомянутым, по меньшей мере, одним нагревающим элементом, где упомянутый термический барьер приспособлен ограничивать тепло, генерируемое упомянутым, по меньшей мере, одним нагревающим элементом во время операции записи в пределах магнитного туннельного перехода.

В одном варианте осуществления упомянутый второй ферромагнитный слой подмагничивается обменным взаимодействием с антиферромагнитным слоем при заданном низком температурном пороге и имеет намагниченность, которая может быть свободно выстроена при заданном высоком температурном пороге.

В другом варианте осуществления упомянутый, по меньшей мере, один нагревающий элемент расположен так, что, по меньшей мере, один из первого и второго ферромагнитных слоев находится между туннельным барьером и нагревающим элементом.

В еще одном варианте осуществления упомянутый, по меньшей мере, один нагревающий элемент может содержать MgO или CoSiN.

В еще одном варианте осуществления упомянутый, по меньшей мере, один нагревающий элемент имеет произведение сопротивление-площадь, составляющее от 0 до 1,5 раз от произведения сопротивление-площадь туннельного барьера.

В еще одном варианте осуществления упомянутый, по меньшей мере, один нагревающий элемент имеет толщину от 1 до 10 нм.

В еще одном варианте осуществления термический барьер находится в контакте с поверхностью упомянутого, по меньшей мере, одного нагревающего элемента, противоположной поверхности, контактирующей с одним из антиферромагнитных слоев.

В еще одном варианте осуществления упомянутый, по меньшей мере, один нагревающий элемент содержит первый нагревающий элемент и второй нагревающий элемент.

В еще одном варианте осуществления упомянутый первый нагревающий элемент расположен так, что второй ферромагнитный слой находится между туннельным барьером и первым нагревающим элементом, а второй нагревающий элемент расположен так, что первый ферромагнитный слой находится между туннельным барьером и вторым нагревающим элементом.

В еще одном варианте осуществления электропроводность термического барьера приблизительно в десять раз выше по сравнению с электропроводностью туннельного барьера.

Настоящее изобретение также касается магнитного запоминающего устройства, содержащего множество магнитных элементов памяти.

Магнитный туннельный переход, описанный здесь, имеет уменьшенное индуцированное механическое напряжение во время операции записи и испытывает пониженные эффекты старения, так как меньшее напряжение подается сквозь туннельный барьер, когда нагревающий элемент включен в магнитный туннельный переход. Изобретенный магнитный туннельный переход позволяет пропускать ток, имеющий высокую амплитуду, сквозь магнитный туннельный переход, поддерживая напряжение сквозь туннельный барьер на низкой величине. Магнитный туннельный переход может, таким образом, эффективно нагреваться, минимизируя возможные риски пробоя и старения туннельного барьера. Меньшее напряжение сквозь туннельный барьер снижает механическое напряжение оксида и увеличивает долговечность магнитного туннельного перехода во время разных операций записи.

Краткое описание чертежей

Изобретение будет лучше понято с помощью данного описания одного варианта осуществления, данного в качестве примера и иллюстрированного с помощью:

Фиг.1, показывающей магнитный туннельный переход согласно одному варианту осуществления; и

Фиг.2, представляющей магнитный элемент памяти, содержащий магнитный туннельный переход и пригодный для операции записи с термическим переключением, согласно одному варианту осуществления.

Подробное описание возможных вариантов осуществления данного изобретения

Фиг.1 изображает магнитный туннельный переход 2 согласно одному варианту осуществления. Магнитный туннельный переход 2 содержит первый ферромагнитный слой или опорный слой 21, имеющий фиксированную намагниченность; второй ферромагнитный слой или запоминающий магнитный слой 23, имеющий намагниченность, которая может свободно выстраиваться при заданном высоком температурном пороге; и туннельный барьер 22, обеспеченный между опорным слоем 21 и запоминающим слоем 23. В примере на фиг.1 магнитный туннельный переход 2 содержит антиферромагнитный запоминающий слой 24, прилегающий к запоминающему слою 23 и обменно подмагничивающий запоминающий слой 23 при заданном низком температурном пороге. При заданном высоком температурном пороге обменная связь между антиферромагнитным запоминающим слоем 24 и запоминающим слоем 23 снижается до нуля, и намагниченность запоминающего слоя 23 может свободно быть выстроена. Опорный слой 21 также может быть связан с помощью антиферромагнитного опорного слоя 20, обменно подмагничивающего его намагниченность при втором заданном высоком температурном пороге, который выше, чем заданный высокий температурный порог.

В варианте осуществления, представленном на фиг.2, магнитный элемент 1 памяти, пригодный для операции записи с термическим переключением (TAS), содержит магнитный туннельный переход 2 и включает в себя, по меньшей мере, одну линию 4 тока в электрическом сообщении с одним концом магнитного туннельного перехода 2, и селекторный транзистор 3 в электрическом сообщении с остальной частью магнитного туннельного перехода 2.

Операция записи для записи данных в магнитном туннельном переходе 2 магнитного элемента 1 памяти может содержать:

нагрев магнитного туннельного перехода 2 с помощью пропускания нагревающего тока 31 в линии 4 тока в магнитный туннельный переход 2;

как только магнитный туннельный переход 2 достиг заданного высокого температурного порога, выстраивание намагниченности запоминающего слоя 23; и

охлаждение магнитного туннельного перехода 2 путем выключения нагревающего тока 31, чтобы заморозить намагниченность запоминающего слоя в выстроенном направлении.

Пропускание нагревающего тока 31 в магнитный туннельный переход 2 выполняется путем установки селекторного транзистора 3 в режим пропускания. Выстраивание намагниченности и запоминающего слоя 23 обычно выполняется путем приложения магнитного поля 42, генерируемого пропусканием полевого тока 41 в линии 4 тока. Альтернативно, выстраивание намагниченности запоминающего слоя 23 может достигаться путем пропускания спин-поляризованного тока сквозь магнитный туннельный переход 2, когда селекторный транзистор 3 находится в режиме пропускания.

Нагрев магнитного туннельного перехода 2 пропорционален RI2, где R обозначает сопротивление магнитного туннельного перехода 2, а I обозначает нагревающий ток 31, проходящий сквозь магнитный туннельный переход 2. Предпочтительно, туннельный барьер 22 представляет собой тонкий слой, обычно нанометрового диапазона, и образован, например, из любого подходящего изолирующего материала, такого как оксид алюминия или оксид магния. Туннельный барьер 22 обычно имеет произведение сопротивление-площадь RAMTJ меньше, чем 50 Ом·мкм2. Вследствие высокой величины произведения сопротивление-площадь RAMTJ, сопротивление R, главным образом, определяется сопротивлением туннельного барьера 22, и последний играет роль первого нагревающего элемента.

Одной целью настоящего изобретения является увеличение сопротивления магнитного туннельного перехода 2, чтобы увеличить нагрев магнитного туннельного перехода 2, и, в особенности, запоминающего слоя 23 и/или опорного слоя 21, предпочтительно без существенного влияния на характеристическое сопротивление туннельного барьера 22.

Для этого, согласно настоящему варианту осуществления, магнитный туннельный переход 2 дополнительно содержит первый нагревающий элемент 25. Первый нагревающий элемент 25 предпочтительно расположен вблизи первого и/или второго ферромагнитного слоя 21, 23, и/или антиферромагнитного слоя 20, 24, который необходимо нагревать во время операции записи. В примере на фиг.1, первый нагревающий элемент 25 находится в контакте с поверхностью антиферромагнитного запоминающего слоя 24, так что антиферромагнитный запоминающий слой 24 и запоминающий слой 23 находятся между туннельным барьером 22 и первым нагревающим элементом 25. Альтернативно, первый нагревающий элемент 25 может находиться в контакте с поверхностью антиферромагнитного опорного слоя 20, так что антиферромагнитный опорный слой 20 и опорный слой 21 находятся между туннельным барьером 22 и первым нагревающим элементом 25.

Первый нагревающий элемент 25 может быть выполнен из оксида или нитрида металла, обычно имеющего высокое электрическое сопротивление, такого как MgO или CoSiN, или аморфный углерод, но не ограничиваясь этим. Первый нагревающий элемент 25 может быть осажден путем катодного распыления металлического слоя, который затем окисляется естественным окислением, или плазмой, или путем непосредственного распыления в реактивной плазме. Альтернативно, металлический слой может азотироваться путем осаждения металлического слоя в парциальной азотной атмосфере. Первый нагревающий элемент 25 может иметь толщину в субнанометрическом диапазоне или несколько нанометров. Предпочтительно, первый нагревающий элемент 25 имеет толщину, составляющую от 1 до 10 нм.

В зависимости от толщины, его состава и условия формирования первый нагревающий элемент 25 может иметь произведение сопротивление-площадь RAHE, составляющее от 0 до 1,5 раз от RAMTJ. Предпочтительно, произведение сопротивление-площадь RAHE первого нагревающего элемента 25 составляет от 0 до величины RAMTJ.

Добавление первого нагревающего элемента 25 к магнитному туннельному переходу 2 делает возможным снижение потребления энергии во время операции записи, так как меньший нагревающий ток или напряжение могут быть использованы. Действительно, напряжение сквозь магнитный туннельный переход 2 во время прохождения нагревающего тока может быть снижено на коэффициент f, определяемый уравнением (1):

уравнение (1)

В случае, если произведение сопротивление-площадь RAHE первого нагревающего элемента 25 составляет 20 Ом·мкм2 и произведение сопротивление-площадь RAMTJ туннельного барьера 22 составляет 20 Ом·мкм2, то коэффициент f равняется 0,7.

Величина высокого сопротивления RAHE последовательно с RAMTJ снижает поле считываемости путем снижения эффективного магнитосопротивления TMR. Потребление энергии во время операции записи также снижается. Более низкое напряжение сквозь туннельный барьер 22 уменьшает механическое напряжение оксида в туннельном барьере 22 и увеличивает долговечность магнитного туннельного перехода 2 во время разных операций записи.

В другом представленном варианте осуществления магнитный туннельный переход 2 дополнительно содержит второй нагревающий элемент 26. Второй нагревающий элемент 26 может быть расположен возле ферромагнитного слоя 21 или антиферромагнитного слоя 20 или 24, не контактируя с первым нагревающим элементом 25. Например, в случае если первый нагревающий элемент 25 расположен возле антиферромагнитного запоминающего слоя 24, как в примере на фиг.1 и 2, третий нагревающий элемент 26 может быть расположен в контакте с поверхностью антиферромагнитного опорного слоя 20, противоположной поверхности, находящейся в контакте с опорным слоем 21 (см. фиг.2).

В еще одном варианте осуществления магнитный туннельный переход 2 дополнительно содержит термический барьер 30, приспособленный ограничивать тепло, генерируемое во время операции записи, в пределах магнитного туннельного перехода 2 и, таким образом, снижать утечку генерируемого тепла. Термический барьер 30, предпочтительно, расположен вблизи первого и/или второго нагревающего элемента 25, 26. В примере на фиг.1 и 2 термический барьер 30 расположен возле первого нагревающего элемента 25 в контакте с его поверхностью, противоположной поверхности, контактирующей с антиферромагнитным запоминающим слоем 24. Во время операции записи тепло, генерируемое пропусканием нагревающего тока 31 через первый нагревающий элемент 25, ограничивается термическим барьером 30 в пределах запоминающего слоя 23. Таким образом, нагрев является более эффективным, делая возможным снижение потребления энергии во время операции записи.

Термический барьер 30, предпочтительно, представляет собой тонкий слой, выполненный из материала с очень высоким электрическим сопротивлением. Так как термический барьер 30 соединяется последовательно с туннельным барьером 22, его электропроводность должна быть достаточно высокой по сравнению с электропроводностью туннельного барьера 22, чтобы гарантировать, что электрический ток течет только через магнитный туннельный переход 2. Предпочтительно, электропроводность термического барьера 30 выше с коэффициентом приблизительно десять по сравнению с электропроводностью туннельного барьера 22. Обычно такие термические барьеры выполняют из сплава, содержащего висмут (Bi) и теллур (Те), такого как BiTe, который демонстрирует электропроводность приблизительно 1,75 мОм·см и теплопроводность приблизительно 1,5 Вт·м-1·°С-1.

В еще одном варианте осуществления, представленном на фиг.2, магнитный туннельный переход 2 дополнительно содержит другой термический барьер 30. Другой термический барьер может быть расположен на другом конце магнитного туннельного перехода 2, например, в контакте с поверхностью антиферромагнитного опорного слоя 20, противоположной поверхности, находящейся в контакте с опорным слоем 21. В примере на фиг.2, другой термический барьер 30 находится в контакте со вторым нагревающим элементом 26 на его поверхности, противоположной поверхности, находящейся в контакте с антиферромагнитным опорным слоем 20.

Магнитный туннельный переход 2, описанный здесь, имеет сниженное индуцированное механическое напряжение во время операции записи и испытывает пониженные эффекты старения, так как меньшее напряжение подается сквозь туннельный барьер 22, когда первый и/или второй нагревающие элементы 25, 26 включены в магнитный туннельный переход 2.

Магнитный туннельный переход 2 позволяет пропускание тока, такого как нагревающий ток 31, имеющего высокую амплитуду, через магнитный туннельный переход 2, поддерживая напряжение сквозь туннельный барьер 22 на низкой величине. Это позволяет достигать эффективного нагрева магнитного туннельного перехода 2 во время операции записи и минимизации возможных рисков пробоя и старения туннельного барьера 22.

Магнитный элемент 1 памяти, полученный таким образом, имеет сильно улучшенную долговечность, так как механическое напряжение, индуцированное во время операции записи, заметно снижено, и напряжение, подаваемое на магнитный туннельный переход во время фазы чтения, является низким, обычно меньше чем 200 мВ.

Настоящее изобретение также касается магнитного запоминающего устройства, содержащего множество магнитных элементов 1 памяти. Множество магнитных элементов 1 памяти связано линией 4 тока, в электрическом сообщении с соответствующими магнитными туннельными переходами 2, и, возможно, числовой шиной (не показана), связанной с соответствующими селекторными транзисторами 3.

ЧИСЛЕННЫЕ ОБОЗНАЧЕНИЯ И СИМВОЛЫ

1 магнитный элемент памяти

2 магнитный туннельный переход

20 антиферромагнитный опорный слой

21 первый ферромагнитный слой, опорный слой

22 туннельный барьер, первый нагревающий элемент

23 второй ферромагнитный слой, запоминающий слой

24 антиферромагнитный запоминающий слой

25 первый нагревающий элемент

26 второй нагревающий элемент

3 селекторный транзистор

30 термический барьер

31 нагревающий ток

4 линия тока

41 полевой ток

42 магнитное поле

f коэффициент

RAMTJ произведение сопротивление-площадь туннельного барьера

RAHE произведение сопротивление-площадь второго и третьего нагревающих элементов

TMR магнитосопротивление магнитного туннельного перехода

1. Магнитный элемент (1) памяти, пригодный для операции записи с термическим переключением, содержащий линию (4) тока в электрическом сообщении с одним концом магнитного туннельного перехода (2), где магнитный туннельный переход (2) содержит:
первый ферромагнитный слой (21), имеющий фиксированную намагниченность;
второй ферромагнитный слой (23), имеющий намагниченность, которая может быть свободно выстроена при заданном высоком температурном пороге; и
туннельный барьер (22), обеспеченный между первым и вторым ферромагнитными слоями (21, 23);
где линия (4) тока приспособлена для пропускания нагревающего тока (31) сквозь магнитный туннельный переход (2) во время операции записи;
отличающийся тем, что упомянутый магнитный туннельный переход (2) дополнительно содержит:
по меньшей мере, один нагревающий элемент (25, 26), приспособленный генерировать тепло, когда нагревающий ток (31) проходит сквозь магнитный туннельный переход (2); и
термический барьер (30) последовательно с упомянутым, по меньшей мере, одним нагревающим элементом (25, 26), где упомянутый термический барьер (30) приспособлен ограничивать тепло, генерируемое упомянутым, по меньшей мере, одним нагревающим элементом (25) в пределах магнитного туннельного перехода (2).

2. Магнитный элемент (1) памяти по п.1, где упомянутый второй ферромагнитный слой (23) подмагничивается обменным взаимодействием с антиферромагнитным слоем (24) при заданном низком температурном пороге и имеет намагниченность, которая может быть свободно выстроена при заданном высоком температурном пороге.

3. Магнитный элемент (1) памяти по п.1, где
упомянутый, по меньшей мере, один нагревающий элемент (25, 26) расположен так, что, по меньшей мере, один из первого и второго ферромагнитных слоев (21, 23) находится между туннельным барьером (22) и упомянутым, по меньшей мере, одним нагревающим элементом (25, 26).

4. Магнитный элемент (1) памяти по п.1, где
упомянутый, по меньшей мере, один нагревающий элемент (25, 26) выполнен из MgO или CoSiN.

5. Магнитный элемент (1) памяти по п.1, где
упомянутый, по меньшей мере, один нагревающий элемент (25, 26) имеет произведение сопротивление-площадь (RAHE), составляющее от 0 до 1,5 раз от произведения сопротивление-площадь (RAMTJ) туннельного барьера (22).

6. Магнитный элемент (1) памяти по п.1, где
упомянутый, по меньшей мере, один нагревающий элемент (25, 26) имеет толщину, составляющую от 1 до 10 нм.

7. Магнитный элемент (1) памяти по п.1, где
термический барьер (30) находится в контакте с поверхностью упомянутого, по меньшей мере, одного нагревающего элемента (25, 26), противоположной поверхности, контактирующей с одним из антиферромагнитных запоминающих и опорных слоев (20, 24).

8. Магнитный элемент (1) памяти по п.1, где
упомянутый, по меньшей мере, один нагревающий элемент содержит первый нагревающий элемент (25) и второй нагревающий элемент (26).

9. Магнитный элемент (1) памяти по п.8, где упомянутый первый нагревающий элемент (25) расположен так, что второй ферромагнитный слой (23) находится между туннельным барьером (22) и первым нагревающим элементом (25), а второй нагревающий элемент (26) расположен так, что первый ферромагнитный слой (21) находится между туннельным барьером (22) и вторым нагревающим элементом (26).

10. Магнитный элемент (1) памяти по п.1, где
электропроводность термического барьера (30) приблизительно в десять раз выше по сравнению с электропроводностью туннельного барьера (22).

11. Магнитное запоминающее устройство, содержащее множество магнитных элементов (1) памяти по любому из пп.1-10.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к вычислительной технике. Технический результат заключается в уменьшении потерь тепла в магнитном туннельном переходе.

Изобретение относится к вычислительной технике. Технический результат заключается в уменьшении потребляемой мощности при записи в запоминающее устройство.

Изобретение относится к области магнитных микро- и наноэлементов и может быть использовано в датчиках магнитного поля и тока, магнитных запоминающих и логических элементах, спиновых транзисторах на основе многослойных наноструктур с магниторезистивным эффектом.

Изобретение относится к вычислительной технике и может быть использовано как внешний и внутренний носитель информации со считывающим устройством. .

Изобретение относится к области магнитных микро- и наноэлементов и может быть использовано в датчиках магнитного поля и тока, запоминающих и логических элементах, гальванических развязках и спиновых транзисторах на основе многослойных наноструктур с магниторезистивным (МР) эффектом.

Изобретение относится к области магнитных микро- и наноэлементов и может быть использовано в датчиках магнитного поля и тока, запоминающих и логических элементах, гальванических развязках и спиновых транзисторах на основе многослойных тонкопленочных наноструктур с анизотропным или гигантским магниторезистивным (МР) эффектом.

Изобретение относится к элементам автоматики и вычислительной техники, в частности к магнитным тонкопленочным запоминающим и переключаемым элементам. .

Изобретение относится к элементам автоматики и вычислительной техники, в частности к магнитным тонкопленочным запоминающим и переключаемым элементам. .

Изобретение относится к области элементов автоматики и вычислительной техники, в частности к магнитным тонкопленочным запоминающим и переключаемым элементам. .

Изобретение относится к вычислительной технике, в частности к магнитным запоминающим устройствам с произвольной выборкой информации. .

Изобретение относится к вычислительной технике. Технический результат заключается в упрощении технологии изготовления магниторезистивной ячейки памяти. Магниторезистивная ячейка памяти содержит перемагничиваемый и неперемагничиваемый слои, разделенные барьерным слоем, а также средства записи и считывания, при этом дополнительно содержит закрепляющий слой из полупроводникового материала p- или n-типа проводимости, следующий за ним слой из полупроводникового материала противоположного ему типа проводимости, образующие p-n-переход, содержит адресную и разрядную шины, расположенные с двух сторон перечисленных выше слоев ячейки памяти, средства формирования токов записи в адресной и разрядной шинах, средства считывания в виде средства измерения электрического сопротивления ячейки памяти, а также средства задания полярности и величины относительного электрического смещения между адресной и разрядной шинами. 2 н.п. ф-лы, 1 ил.

Изобретение относится к области электроники, а именно к способу записи и считывания более чем двух битов данных для ячейки магнитного оперативного запоминающего устройства (MRAM). Ячейка MRAM содержит магнитный туннельный переход, образованный из магнитного слоя считывания, имеющего намагниченность считывания, и запоминающий слой, содержащий первый запоминающий ферромагнитный слой, имеющий первую намагниченность запоминания, второй запоминающий ферромагнитный слой, имеющий вторую намагниченность запоминания. Способ включает нагрев магнитного туннельного перехода выше высокотемпературного порога, ориентацию первой намагниченности запоминания под углом относительно второй намагниченности запоминания для достижения магнитным туннельным переходом уровня состояния сопротивления, определяемого ориентацией первой намагниченности запоминания относительно ориентации намагниченности считывания, и охлаждение магнитного туннельного перехода. Способ позволяет сохранять по меньшей мере четыре различных уровня состояния в ячейке MRAM, используя только одну линию тока для создания поля записи. 14 з.п. ф-лы, 14 ил.
Наверх