專利名稱：磁性存儲單元的直接寫入方法與磁性存儲單元結(jié)構(gòu)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明有關(guān)于一種磁性存儲單元的技術(shù)，且特別有關(guān)于一種磁性存儲單 元的寫入方法與結(jié)構(gòu)。
背景技術(shù)：
/磁性存^f諸器，例如磁性隨才幾存取存儲器(Magnetic Random Access Memory, MRAM)也是一種非易失性存儲器，有非易失性、高密集度、高讀 寫速度、抗輻射線等優(yōu)點(diǎn)。其是利用相鄰隧穿絕緣層的磁性物質(zhì)的磁化向量， 由于平行或反平行的排列所產(chǎn)生磁阻的大小來記錄O或1的數(shù)據(jù)。寫入數(shù)據(jù) 時(shí)， 一般所使用的方法為兩條電流線，例如位線(Bit Line, BL)及寫入字線 (Write Word Line, WWL)感應(yīng)磁場所交集選擇到的磁性存儲器的存儲單元。 同時(shí)通過改變自由層磁化向量(Magnetization)方向，來更改其磁電阻值。而 在讀取存儲數(shù)據(jù)時(shí)，讓選擇到的磁性存儲單元流入電流，從讀取的電阻值可以判定存儲數(shù)據(jù)之?dāng)?shù)位值。圖1繪示磁性存儲單元的基本結(jié)構(gòu)。參閱圖1,要存取磁性存儲單元， 也是需要交叉且通入適當(dāng)電流的電流線100、 102,其依照操作的方式，又例 如稱為寫入字線與位線。當(dāng)二導(dǎo)線通入電流后會產(chǎn)生二個(gè)方向的^^茲場，以得 到所要的磁場大小與方向，以施加在磁性存儲單元104上。磁性存儲單元104 是疊層結(jié)構(gòu)，包括磁性固定層(magnetic pinned layer)在預(yù)定方向具有固定的 石茲化向量(magnetization),或是總》茲矩(total magnetic moment)。利用石茲阻的大 小，來讀取數(shù)據(jù)。又，通過輸出電才及106、 108,可以讀出此存儲單元所存的 數(shù)據(jù)。關(guān)于磁性存儲器的操作細(xì)節(jié)，是本領(lǐng)域普通技術(shù)人員可以了解，不繼 續(xù)描述。圖2繪示磁性存儲器的存儲機(jī)制。于圖2,磁性固定層104a有固定的磁 矩方向107。磁性自由層104c,位于,茲性固定層104a上方，其中間由絕緣 層104b所隔離。磁性自由層104c有磁矩方向108a或是108b。由于磁矩方 向107與磁矩方向108a平行，其產(chǎn)生的磁阻例如代表"0"的數(shù)據(jù)，反之石茲矩方向107與磁矩方向108b反平行，其產(chǎn)生的磁阻例如代表"1"的數(shù)據(jù)。 一般，如圖2的單層的自由層104c，會有存取錯(cuò)誤的可能。針對上述等 問題，為了降低鄰近單元在寫入數(shù)據(jù)時(shí)的干擾情形，傳統(tǒng)技術(shù)的改進(jìn)方式是 將自由層以鐵磁(FM)/非磁性金屬(M)/鐵磁(FM)三層結(jié)構(gòu)取代單層鐵磁材 料，而構(gòu)成磁性自由疊層166，其結(jié)構(gòu)如圖3所示。在非磁性金屬層152上 下的兩層是鐵磁性金屬層150、 154,以反平行排列，形成封閉的磁力線。在 下面的石茲性固定疊層168,通過隧穿絕緣層(tunnel barrier layer, T) 156，與磁 性自由疊層166隔開?！菲澬怨潭ǒB層168包括上固定層(top pinned layer, TP) 158、非磁性金屬層160、以及下固定層(bottom pinned layer, BP) 162。在上 固定層與下固定層有固定的磁化向量。另外還有基層164在底部，例如是反 鐵磁層。針對三層結(jié)構(gòu)的》茲性自由疊層166,把位線BL與寫入字線WWL相對 自由疊層166的磁場異向軸(magnetic anisotropic axis),使有45度的夾角， 其磁場異向軸方向就是所謂的易軸(easyaxis)方向。如此，位線BL與寫入字 線WWL可分別對自由疊層166,依照先后關(guān)系，施加與易軸夾角為45度的 磁場，以旋轉(zhuǎn)自由疊層166的磁化向量。存儲單元所儲存的數(shù)據(jù)是由鐵磁性 金屬層154與上固定層158的二個(gè)磁化向量的方向來決定。另外，除了將自由層改變?yōu)槿龑咏Y(jié)構(gòu)外，傳統(tǒng)技術(shù)還提出以拴扣模式 (toggle mode)的操作模式來旋轉(zhuǎn)自由層的磁化向量。圖4繪示外加磁場對三 層結(jié)構(gòu)的效應(yīng)。參閱圖4，粗箭頭代表外加磁場，其長度代表大小。二個(gè)細(xì) 箭頭代表在自由疊層的上下鐵磁層的二個(gè)磁化向量方向。當(dāng)外加磁場太小 時(shí)，二個(gè)磁化向量的方向不改變。當(dāng)外加磁場大到一定程度時(shí)，二個(gè)磁化向 量會有一張角。當(dāng)外加磁場過大時(shí)，則二個(gè)磁化向量會沿著外加磁場的方向。 拴扣模式的操作是屬于上述的第二種情形。圖5繪示拴扣模式的外加》茲場時(shí)序圖。參閱圖5， HI與H2代表與易軸 方向隔45度的二個(gè)外加,茲場方向，而橢圓內(nèi)的二個(gè)箭頭代表二個(gè)》茲化向量 的方向。在to階段，沒有外加磁場，因此二個(gè)磁化向量都在易軸方向上。接 著，Hl與H2的磁場隨著圖示的時(shí)序啟動，得到不同時(shí)間階段(t, t3)的總磁 場，而轉(zhuǎn)動二個(gè)磁化向量的方向。在時(shí)間階段t4時(shí)，停止施加磁場，而二個(gè) 磁化向量的方向被翻轉(zhuǎn)一次。這就是說，存儲單元所儲存的數(shù)據(jù)被寫入而改變另外，在拴扣模式的操作條件下，其寫入電流仍偏高，因此傳統(tǒng)技術(shù)也提出加入磁場偏壓的設(shè)計(jì)。圖6繪示減小搡作電流的傳統(tǒng)技術(shù)示意圖。參閱 圖6，存儲單元的基本結(jié)構(gòu)仍與圖3類似，如左圖所示，其主要不同的是將 下固定層162的總磁矩，相對于上固定層158的總磁矩增加，例如增加厚度。 由于下固定層162與上固定層158的總磁矩不平衡，會產(chǎn)生外漏磁場(fringe magnetic field)，會對自由疊層166產(chǎn)生磁場偏壓(bias filed) 184，可以將第一 象限的拴扣操作區(qū)域往磁場零點(diǎn)移動，其結(jié)果縮小成一距離186。因此，由 于要求的寫入磁場、，其要產(chǎn)生磁場的寫入操作電流就可以減少。就上述傳統(tǒng)的操作方式，對要將數(shù)據(jù)寫入對應(yīng)的磁性存儲單元的機(jī)制已 有一些改進(jìn)，但是操作方式仍需要在t2階段先讀取」磁性存儲單元的目前的儲 存數(shù)據(jù)，如果儲存數(shù)據(jù)與要寫入的數(shù)據(jù)不同時(shí)，才進(jìn)行寫入。在這種傳統(tǒng)的 寫入操作中，由于需要先讀取數(shù)據(jù)，而讀取數(shù)據(jù)的速度相對而言是比較慢， 因此寫入操作的速度也慢。如何提升寫入操作的速度仍是研發(fā)的課題。發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明提供^F茲性存儲單元的直接寫入方法，在不必先讀取磁性存儲單元 的內(nèi)容的情況下，可以直接將數(shù)據(jù)寫入到磁性存儲單元。本發(fā)明提出 一種》茲性存儲單元的直接寫入方法。磁性存儲單元包括磁性 自由疊層，有下鐵磁層以及上鐵磁層。下鐵磁層與上鐵磁層都有實(shí)質(zhì)上相同 方向的雙方向易軸。本方法包括施加第一磁場在該雙方向易軸的方向上，以 及進(jìn)行寫入操作。當(dāng)要寫入第一儲存狀態(tài)時(shí)，施加第二磁場取代第一磁場。 第二磁場在雙方向易軸的第一邊，且夾有第一角度。當(dāng)寫入操作要寫入第二 儲存狀態(tài)時(shí)施加第三石茲場取代該第 一磁場。第三磁場在雙方向易軸的第二 邊，且夾有第二角度。依照本發(fā)明的實(shí)施例所述之接寫入方法，又例如該下鐵磁層以及上鐵磁 層的至少其一具有單方向易軸，與雙方向易軸有夾角。又，本發(fā)明提出另一種磁性存儲單元的直接寫入方法，適用于存取磁性 存儲單元，該磁性存儲單元包括磁性自由疊層，且該磁性自由疊層是由下鐵 磁層、非磁性耦合中間層、以及上鐵磁層疊合所成，該下鐵磁層與該上鐵磁 層分別有實(shí)質(zhì)上相同的雙方向易軸，其中通過接近垂直且與該雙方向易軸相 夾接近45度的第 一磁場與第二磁場，以相加產(chǎn)生操作磁場。所述方法包括當(dāng)該操作磁場是要寫入第 一儲存狀態(tài)時(shí)進(jìn)行:施加該第一 磁場，該第一磁場是第一磁場準(zhǔn)位波形，有第一寬度的第一脈沖。又，實(shí)質(zhì) 上同時(shí)施加該第二磁場，該第二磁場是第二磁場準(zhǔn)位波形，有第二寬度的第 二脈沖，其中該第一寬度小于該第二寬度，且該第一脈沖與該第二脈沖有實(shí) 質(zhì)上相同的磁場強(qiáng)度，于第二脈沖結(jié)束后則該操作磁場回到磁場低準(zhǔn)位。當(dāng)該操作磁場是要寫入第二儲存狀態(tài)時(shí)進(jìn)行施加該第一磁場，該第一磁 場是第三磁場準(zhǔn)位波形，有第三寬度的第三脈沖。又、實(shí)質(zhì)上同時(shí)施加該第 二磁場，該第二磁場是第四磁場準(zhǔn)位波形，有第四寬度的第四脈沖，其中該 第三寬度大于該第四寬度，且該第三脈沖與該第四脈沖有實(shí)質(zhì)上相同的磁場 強(qiáng)度，于第三脈沖結(jié)束后則該操作磁場回到該,茲場低準(zhǔn)位。依照本發(fā)明的實(shí)施例所述之另 一接寫入方法，又例如該下鐵磁層以及上 鐵磁層的至少其一具有單方向易軸，與雙方向易軸有夾角。本發(fā)明提出一種磁性存儲單元結(jié)構(gòu)，包括:磁性固定疊層、隧穿阻擋層、 磁性自由疊層、以及第一反鐵磁層。隧穿阻擋層，位于該磁性固定疊層之上。 磁性自由疊層，位于該隧穿阻擋層之上方，其中該磁性自由疊層包括下鐵磁 層以及上鐵磁層，分別具有實(shí)質(zhì)上相同的雙方向易軸。第一反鐵磁層，相鄰 于該下鐵磁層與該上鐵磁層之其一，稱為第一相鄰鐵磁層，其中該第一反鐵 磁層的磁偶排列線與該雙方向易軸之間有第一夾角，以產(chǎn)生第一單方向易軸 在該第一相鄰鐵磁層上。為讓本發(fā)明之上述和其他目的、特征和優(yōu)點(diǎn)能更明顯易懂，下文特舉優(yōu) 選實(shí)施例，并配合所附圖式，作詳細(xì)說明如下。


圖式簡單說明圖l繪示磁性存儲單元的基本結(jié)構(gòu)。圖2繪示磁性存儲器的存儲機(jī)制。圖3繪示傳統(tǒng)^磁性存儲單元剖面結(jié)構(gòu)示意圖。圖4繪示外加磁場對三層結(jié)構(gòu)自由層的效應(yīng)。圖5繪示拴扣模式的外加磁場時(shí)序圖。圖6繪示減小操作電流的傳統(tǒng)技術(shù)示意圖。圖7繪示依據(jù)本發(fā)明實(shí)施例，第一狀態(tài)的磁場寫入波形圖8繪示依據(jù)本發(fā)明實(shí)施例，第二狀態(tài)的磁場寫入波形。 圖9繪示外加磁場使磁化向量偏轉(zhuǎn)的另一情況。 圖IO繪示依據(jù)本發(fā)明實(shí)施例，磁性存儲單元的結(jié)構(gòu)示意圖。 圖11繪示依據(jù)本發(fā)明實(shí)施例，外加石茲場使》茲化向量偏轉(zhuǎn)的情況。 圖12繪示繪示依據(jù)本發(fā)明實(shí)施例，另一種磁場操作波形。主要元件符號說明100、102:電流線104 :磁性存儲單元104a:磁性固定層104b:絕緣層104c:磁性自由層106、108:電極107、薩、騰:磁矩方向150 :鐵磁性金屬層152 :非磁性金屬層154 :鐵磁性金屬層156 :隧穿絕緣層158 :上固定層160 :非磁性金屬162 :下固定層164 :基層166 :》茲性自由疊層168 :磁性固定疊層170 :上》茲化向量172 :下磁化向量174a:夕卜力口石茲場174b:夕卜力口石茲％174c:夕卜力口磁場184 :磁場偏壓186:距離190 :磁性固定疊層192 :隧穿阻擋層194 :下鐵磁層196 :金屬層198 :上鐵磁層200 :磁性自由疊層202 :雙方向易軸204:雙方向易軸206 :208 :反鐵磁層210 :反鐵磁易軸方向212 :反鐵磁層具體實(shí)施方式
本發(fā)明提出磁性存儲單元的直接寫入方法，在不必先讀取」磁性存儲單元 的內(nèi)容的情況下，可以直接將數(shù)據(jù)寫入到^f茲性存儲單元。本發(fā)明也配合提出磁性存儲單元的結(jié)構(gòu)。存儲單元結(jié)構(gòu)中的磁性自由疊 層例如包括下鐵磁層以及上鐵^磁層，分別具有實(shí)質(zhì)上相同的雙方向易軸。第一反4失石茲層，相鄰于該下4失/磁層與該上4失》茲層之其一，稱為第一相鄰4失石茲層，其中該第一反鐵磁層的磁偶排列線與該雙方向易軸之間有第一夾角，以產(chǎn)生第一單方向易軸在該第一相鄰4失/磁層上。又，結(jié)構(gòu)還可例如包括第二反鐵磁層，相鄰于該下鐵;茲層與該上鐵磁層 之另其一，稱為第二相鄰鐵》茲層，其中該第二反鐵z磁層的^f茲偶排列線與該雙 方向易軸之間有第二夾角，以產(chǎn)生第二單方向易軸在該第二相鄰鐵-磁層上， 且在該第一單方向易軸與該第二單方向易軸的異向性強(qiáng)度不同。以下舉一些實(shí)施例作為說明，但是本發(fā)明不受限于所舉實(shí)施例。圖7繪示依據(jù)本發(fā)明實(shí)施例，第一狀態(tài)的磁場寫入波形。參閱圖7，在 to時(shí)段，磁場Hl與H2的大小為零，也就是沒有外加磁場的初始狀態(tài)。又例 如，上鐵磁層有磁化向量170,下鐵磁層有磁化向量172, 二者實(shí)質(zhì)上是在 易軸上，但是反平行排列。在t,時(shí)段，磁場H1與H2同時(shí)啟動，較佳的情 形例如是磁場Hl與H2的強(qiáng)度實(shí)質(zhì)上相等，因此磁場合向量174a是在易軸 上。此時(shí)，二個(gè)磁化向量170、 172與磁場合向量174a達(dá)到平衡狀態(tài)。接著 在b時(shí)段時(shí)，磁場H2是關(guān)閉，其也就是僅施加磁場H1，即是磁場174b。 于此t2時(shí)段，二個(gè)磁化向量170、 172相對磁場174b而反時(shí)針偏轉(zhuǎn)。于h時(shí) 段，磁場H1接著關(guān)閉，也就是說沒有外加磁場。因此，二個(gè)磁化向量170、 172會落在穩(wěn)定狀態(tài)，其例如就是第一狀態(tài)，又例如是代表"0"。此第一狀 態(tài)在此實(shí)施例就是;茲化向量170在易軸的正方向。反之，若要寫入第二狀態(tài)，則寫入的磁場波形會有一些變化。圖8繪示 依據(jù)本發(fā)明實(shí)施例，第二狀態(tài)的磁場寫入波形。參閱圖8，其to時(shí)段與t,時(shí) 段與圖7的狀況一樣，然而于t2時(shí)段時(shí)，則磁場H1是關(guān)閉，其也就是僅施 加石茲場H2,即是磁場174c。 二個(gè)》茲化向量170、 172相對磁場174c而順時(shí) 針偏轉(zhuǎn)。在t3時(shí)段，由于磁化向量170較靠近易軸的負(fù)方向，而磁化向量172 較靠近易軸的正方向。因此，當(dāng)沒有外加磁場時(shí)，磁化向量170、 172的方 向會與圖7的t3時(shí)段的^茲化向量170、 172的方向相反。這也就是i兌磁化向 量170在易軸的負(fù)方向時(shí)，例如稱為第二狀態(tài)。因此，依照圖8的磁場波形， 可以寫入所要的第二狀態(tài)，其例如是"1"。當(dāng)然可了解地，第一狀態(tài)與第二 狀態(tài)僅是用來表示可區(qū)分的不同狀態(tài)，而第一狀態(tài)與第二狀態(tài)的實(shí)際內(nèi)容， 不受限于實(shí)施例。例如，前述的第一狀態(tài)也可以稱為第二狀態(tài)，而所描述第 二狀態(tài)則稱為第一狀態(tài)。就上述的操作波形， 一般而言是可以如預(yù)期寫入第一狀態(tài)或是第二狀態(tài)。然而，由于在to時(shí)段的初始狀態(tài)，不一定是如繪示的狀態(tài)，或是磁化向量170、 172在初始狀態(tài)時(shí)都已偏離易軸，這會造成^時(shí)段的狀態(tài)不能確定，也因此可能造成寫入錯(cuò)誤。以下舉一實(shí)例，如圖9所示。參閱圖9，假設(shè)在 to時(shí)段的初始狀態(tài)，其石茲化向量170是朝向易軸的負(fù)方向。當(dāng)在t,時(shí)段，雖 然外加磁場174a是在易軸正方向，磁化向量170、 172的平衡狀態(tài)可能是磁 化向量172較偏向H2的方向。如果例如以圖7的磁場波形要寫入第一狀態(tài)， 但結(jié)果是寫入第二狀態(tài)，造成錯(cuò)誤。于是本發(fā)明再配合磁性存儲單元的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，可以確保t，時(shí)段的狀態(tài)的 穩(wěn)定。也就是說，不管初始狀態(tài)是何種狀態(tài)，皆可以確保在t,時(shí)段的相同狀 態(tài)，因此也確保磁化向量170、 172后續(xù)能如預(yù)期方向偏轉(zhuǎn)。圖10繪示依據(jù) 本發(fā)明實(shí)施例，磁性存儲單元的結(jié)構(gòu)示意圖。參閱圖10,本發(fā)明提出的磁性存儲單元結(jié)構(gòu)實(shí)施例，例如可以包括磁性 固定疊層190、隧穿阻擋層192、,茲性自由疊層200、以及反鐵》茲層212。隧 穿阻擋層192是位于磁性固定疊層190之上。磁性自由疊層200位于該隧穿 阻擋層192之上方，其中磁性自由疊層200例如包括下鐵磁層194、金屬層 196 、以及上鐵磁層198 。鐵磁層194 、 198分別具有實(shí)質(zhì)上相同的雙方向易 軸202、 204。依照本實(shí)施例，反鐵磁層208是相鄰于上鐵^磁層198。但是一 般而言，反鐵磁層208可以相鄰于下鐵磁層或是上鐵磁層。又還可以有二個(gè) 反鐵》茲層208，分別相鄰于下鐵磁層194與上鐵磁層198。又，反鐵一磁層208 可以例如與金屬層206構(gòu)成疊層212。這里要注意的是，反鐵石茲層208的易軸方向210與雙方向易軸204之間 有夾角，以產(chǎn)生單方向易軸在相鄰的鐵磁層198上。換句話說，鐵磁層198 ^磁化向量，在t,時(shí)段會傾向落在此單方向易軸的方向上。由于反鐵磁層208造成單方向易軸，因此能確保鐵磁層198的磁化向量 的方向，較不會受初始位置的影響，因此能確保后續(xù)的偏轉(zhuǎn)結(jié)果。如圖11 所示，當(dāng)磁場174a是在雙方向易軸上時(shí)，鐵磁層198的磁化向量170會在 左邊。一般而言，易軸方向210與雙方向易軸204之間的夾角，以45度較佳。 然而，其夾角例如實(shí)質(zhì)上小于90度即可。經(jīng)模擬驗(yàn)證，其夾角在60度下仍 能準(zhǔn)確工作。又，由于在t,時(shí)段應(yīng)絕對同時(shí)啟動磁場Hl與H2是不容易控制。然而，也經(jīng)模擬驗(yàn)證，》茲場HI與H2之間的同時(shí)啟動時(shí)間可以有一些容忍度，例 如在2ns下仍可以有一操作區(qū)域，可以達(dá)到準(zhǔn)確寫入的要求。換句或說，本 發(fā)明經(jīng)過多方面的模擬驗(yàn)證后，可以確定是具有實(shí)效的設(shè)計(jì)，允許工藝與操 作條件上有一些容忍度(tolerance)，而不必要求精確的制作與操作。又，如前面圖6所述，為了減低操作電流所提出的磁場偏壓，或是有其 它方式產(chǎn)生的磁場偏壓也可以并入本發(fā)明的磁性存儲單元設(shè)計(jì)，也都是在本 發(fā)明特征的涵蓋范圍。又，圖7與圖8的》茲場Hl與H2是正的值，而操作在第一象限。然而， 依相同的機(jī)制條件下，磁場Hl與H2也可以是操作在第三象限，也就是說 H1與H2是負(fù)的值，如圖12所示。其效果仍是一樣。本發(fā)明實(shí)施例所提出的操作磁場波形，可以省去傳統(tǒng)寫入操作中需要先 讀取數(shù)據(jù)的讀取動作，因此可以加快寫入操作。另外，為了能提升寫入操作 的準(zhǔn)確度，更提出在自由鐵磁層中產(chǎn)生單方向易軸，且其方向與雙方向易軸 有適當(dāng)夾角。由于單方向易軸在tl時(shí)段會促使磁化向量構(gòu)成相同的狀態(tài)，因 此后續(xù)的寫入^l喿作可以更準(zhǔn)確將數(shù)據(jù)寫入。雖然本發(fā)明已以優(yōu)選實(shí)施例揭露如上，然其并非用以限定本發(fā)明，任何 本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員，在不脫離本發(fā)明之精神和范圍內(nèi)，當(dāng)可作些許之更 動與潤飾，因此本發(fā)明之保護(hù)范圍當(dāng)視權(quán)利要求所界定者為準(zhǔn)。
權(quán)利要求
1. 一種磁性存儲單元的直接寫入方法，該磁性存儲單元包括磁性自由疊層，且該磁性自由疊層是由下鐵磁層、非磁性耦合中間層、以及上鐵磁層疊合所成，該下鐵磁層與該上鐵磁層分別有實(shí)質(zhì)上相同方向的雙方向易軸，該方法包括施加第一磁場在該雙方向易軸的方向上；以及進(jìn)行寫入操作，以寫入第一儲存態(tài)或是第二儲存態(tài)到該磁性存儲單元，其中當(dāng)該寫入操作要寫入該第一儲存狀態(tài)時(shí)進(jìn)行施加第二磁場取代該第一磁場，其中該第二磁場在該雙方向易軸的第一邊，且夾有第一角度；以及停止該第二磁場，其中當(dāng)該寫入操作要寫入該第二儲存狀態(tài)時(shí)進(jìn)行施加第三磁場取代該第一磁場，其中該第三磁場在該雙方向易軸的第二邊，且夾有第二角度，其中該第一邊與該第二邊是相對的；以及停止該第三磁場。
2. 如權(quán)利要求1的磁性存儲單元的直接寫入方法，其中該第一角度與該 第二角度是實(shí)質(zhì)上相等，且實(shí)質(zhì)上小于90度。
3. 如權(quán)利要求2的磁性存儲單元的直接寫入方法，其中該第一角度與該 第二角度實(shí)質(zhì)上是接近45度。
4. 如權(quán)利要求1的磁性存儲單元的直接寫入方法，其中該磁性存儲單元 的該下鐵磁層與該上鐵爿磁層之其一具有單方向易軸，其中該單方向易軸與該 雙方向易軸之間有夾角。
5. 如權(quán)利要求4的磁性存儲單元的直接寫入方法，其中該夾角實(shí)質(zhì)上小 于90度。
6. 如權(quán)利要求4的磁性存儲單元的直接寫入方法，其中該夾角實(shí)質(zhì)上是 接近45度。
7. 如權(quán)利要求1的磁性存儲單元的直接寫入方法，其中該磁性存儲單元 的該下鐵磁層與該上鐵磁層具有分別不同異向性強(qiáng)度的二個(gè)單方向易軸，且 分別與該雙方向易軸之間有夾角。
8. 如權(quán)利要求7的磁性存儲單元的直接寫入方法，其中該夾角實(shí)質(zhì)上小于90度。
9. 如權(quán)利要求8的磁性存儲單元的直接寫入方法，其中該夾角實(shí)質(zhì)上是 接近45度。
10. 如權(quán)利要求7的》茲性存儲單元的直接寫入方法，其中該第一角度與該 第二角度是實(shí)質(zhì)上相等，且實(shí)質(zhì)上小于90度。
11. 如權(quán)利要求10的磁性存儲單元的直接寫入方法，其中該第一角度與 該第二角度實(shí)質(zhì)上是接近45度。
12. —種磁性存儲單元的直接寫入方法，適用于存取磁性存儲單元，該磁 性存儲單元包括磁性自由疊層，且該磁性自由疊層是由下鐵磁層、非磁性耦 合中間層、以及上鐵^磁層疊合所成，該下鐵一磁層與該上鐵磁層分別有實(shí)質(zhì)上 相同的雙方向易軸，其中通過接近垂直且與該雙方向易軸相夾接近45度的 第一磁場與第二磁場，以相加產(chǎn)生操作磁場，該方法包括當(dāng)該操作磁場是要寫入第 一儲存狀態(tài)時(shí)進(jìn)行施加該第一磁場，該第一磁場是第一磁場準(zhǔn)位波形，有第一寬度的第一 脈沖；實(shí)質(zhì)上同時(shí)施加該第二磁場，該第二磁場是第二磁場準(zhǔn)位波形，有第二 寬度的第二脈沖，其中該第一寬度小于該第二寬度，且該第一脈沖與該第二 脈沖有實(shí)質(zhì)上相同的磁場強(qiáng)度，于第二脈沖結(jié)束后則該操作磁場回到磁場低 準(zhǔn)位;以及當(dāng)該操作磁場是要寫入第二儲存狀態(tài)時(shí)進(jìn)行施加該第一磁場，該第一磁場是第三磁場準(zhǔn)位波形，有第三寬度的第三 脈沖；實(shí)質(zhì)上同時(shí)施加該第二磁場，該第二磁場是第四磁場準(zhǔn)位波形，有第四 寬度的第四脈沖，其中該第三寬度大于該第四寬度，且該第三脈沖與該第四 脈沖有實(shí)質(zhì)上相同的磁場強(qiáng)度，于第三脈沖結(jié)束后則該操作磁場回到該磁場 低準(zhǔn)位。
13. 如權(quán)利要求12的磁性存儲單元的直接寫入方法，其中該磁性存儲單 元的該下4失磁層與該上4失/磁層之其一具有單方向易軸，其中該單方向易軸與 該雙方向易軸之間有夾角。
14. 如權(quán)利要求13的磁性存儲單元的直接寫入方法，其中該夾角實(shí)質(zhì)上 小于90度。
15. 如權(quán)利要求13的磁性存儲單元的直接寫入方法，其中該夾角實(shí)質(zhì)上 是接近45度。
16. 如權(quán)利要求12的磁性存儲單元的直接寫入方法，其中該磁性存儲單 元的該下鐵磁層與該上鐵,茲層具有分別不同異向性強(qiáng)度的二個(gè)單方向易軸， 且分別與該雙方向易軸之間有夾角。
17. 如權(quán)利要求16的磁性存儲單元的直接寫入方法，其中該夾角實(shí)質(zhì)上 小于90度。
18. 如權(quán)利要求16的磁性存儲單元的直接寫入方法，其中該夾角實(shí)質(zhì)上 是接近45度。
19. 一種磁性存儲單元結(jié)構(gòu)，包括 磁性固定疊層；隧穿阻擋層，位于該磁性固定疊層之上；磁性自由疊層，位于該隧穿阻擋層之上方，其中該磁性自由疊層包括下 鐵磁層以及上鐵磁層，分別具有實(shí)質(zhì)上相同的雙方向易軸；以及第一反鐵^磁層，相鄰于該下鐵磁層與該上鐵^磁層之其一，稱為第一相鄰 鐵磁層，其中該第 一反鐵磁層的磁偶排列線與該雙方向易軸之間有第 一夾 角，以產(chǎn)生第一單方向易軸在該第一相鄰鐵^磁層上。
20. 如權(quán)利要求19的磁性存儲單元結(jié)構(gòu)，其中該第一夾角實(shí)質(zhì)上小于90度。
21. 如權(quán)利要求19的磁性存儲單元結(jié)構(gòu)，其中該第一反鐵磁層與該第一 相鄰鐵磁層之間還包括非磁性層。
22. 如權(quán)利要求19的磁性存儲單元結(jié)構(gòu)，更包括第二反鐵磁層，相鄰于 該下鐵磁層與該上鐵磁層之另其一，稱為第二相鄰鐵磁層，其中該第二反鐵 磁層的磁偶排列線與該雙方向易軸之間有第二夾角，以產(chǎn)生第二單方向易軸 在該第二相鄰鐵磁層上，且在該第一單方向易軸與該第二單方向易軸的異向 性強(qiáng)度不同。
23. 如權(quán)利要求22的磁性存儲單元結(jié)構(gòu)，其中該第二夾角實(shí)質(zhì)上小于90度。
24. 如權(quán)利要求22的磁性存儲單元結(jié)構(gòu)，其中該第二反鐵磁層與該第二 相鄰鐵》茲層之間還包括非磁性層。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種磁性存儲單元的直接寫入方法。該磁性存儲單元包括磁性自由疊層，有下鐵磁層以及上鐵磁層。下鐵磁層與上鐵磁層都有實(shí)質(zhì)上相同方向的雙方向易軸。本方法包括施加第一磁場在該雙方向易軸的方向上，以及進(jìn)行寫入操作。當(dāng)要寫入第一儲存狀態(tài)時(shí)，施加第二磁場取代第一磁場。第二磁場的方向在雙方向易軸的第一邊，且夾有第一角度。當(dāng)寫入操作要寫入第二儲存狀態(tài)時(shí)施加第三磁場取代該第一磁場。第三磁場的方向在雙方向易軸的第二邊，且夾有第二角度。又，例如該下鐵磁層以及上鐵磁層的至少其一具有單方向易軸，與雙方向易軸有夾角。
文檔編號G11B5/84GK101246697SQ20071000535
公開日2008年8月20日 申請日期2007年2月14日 優(yōu)先權(quán)日2007年2月14日
發(fā)明者李元仁, 洪建中 申請人:財(cái)團(tuán)法人工業(yè)技術(shù)研究院