專利名稱：用于動態(tài)釘扎軟參考層的包層讀導線的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明一般涉及帶有含未釘扎的磁化取向的軟鐵磁參考層的磁性存儲單元。更具體地，本發(fā)明涉及帶有軟鐵磁參考層的磁性存儲單元，該軟鐵磁參考層具有未釘扎的磁化取向，并包括完全被鐵磁包層環(huán)繞的讀導線，因而由在讀導線中流動的電流產(chǎn)生的讀磁場不會飽和，并且完全容納在鐵磁包層中，并且軟鐵磁參考層的磁化取向由讀磁場動態(tài)釘扎在需要的取向上。
一般地，磁存儲單元的邏輯狀態(tài)(即“0”或“1”)決定于數(shù)據(jù)層和參考層的相對磁化取向。例如，在隧道磁電阻存儲單元(隧道結(jié)存儲單元)中，當電位偏置加在數(shù)據(jù)層和參考層兩端時，電子通過中間層(稱作隧道勢壘層的薄介電層)在數(shù)據(jù)層和參考層之間遷移。這種導致電子穿過勢壘層遷移的現(xiàn)象可稱作量子力學開隧道或自旋開隧道。邏輯狀態(tài)由測量存儲單元的電阻來決定。例如，如果其數(shù)據(jù)存儲層的總磁化取向平行于參考層的釘扎磁化取向，則磁存儲單元處于低阻態(tài)。相反地，如果其數(shù)據(jù)存儲層的總磁化取向反平行于參考層的釘扎磁化取向，則隧道結(jié)存儲單元處于高阻態(tài)。如上所述，存儲在磁存儲單元的一位邏輯狀態(tài)由改變數(shù)據(jù)層的總磁化取向的外加磁場來寫入。外加磁場可能被稱作在高阻和低阻態(tài)之間改變磁存儲單元的改變場。


圖1所示是以前的隧道結(jié)存儲單元100，包括數(shù)據(jù)層110，參考層112和位于數(shù)據(jù)層110和參考層112之間的絕緣勢壘層114。此外，存儲單元100可以包括與數(shù)據(jù)層110相通的第一導電結(jié)點116和與參考層112相通的第二導電結(jié)點118。外加電流可流過第一和第二導電結(jié)點(116，118)以產(chǎn)生上述的外加磁場。如同將參考如下圖4a和4b進行討論的那樣，在包括大量存儲單元100的存儲陣列中，第一和第二導電結(jié)點(116，118)可以是成行成列的導體。結(jié)點也可以用于測量存儲單元100的電阻從而決定它的邏輯狀態(tài)。如左指箭頭所示，參考層112的磁化取向M1釘扎在預定方向上。如雙箭頭所示，數(shù)據(jù)層110的磁化取向M2是可變的。
在圖2a中，數(shù)據(jù)層110的磁化取向M2平行于(也就是說箭頭指向相同的方向)參考層112的磁化取向M1，導致存儲單元100處于低阻態(tài)。另一方面，在圖2b中，數(shù)據(jù)層110的磁化取向M2反平行于(也就是說箭頭指向相反的方向)參考層112的磁化取向M1，導致存儲單元100處于高阻態(tài)。
因為數(shù)據(jù)層110和參考層112由彼此相鄰很近的鐵磁材料構(gòu)成，所以如圖2c所示，參考層112的釘扎磁化取向M1產(chǎn)生從參考層112的邊緣疇擴展到數(shù)據(jù)層110的退磁場D。圖2d示出數(shù)據(jù)層110磁化取向M2上退磁場D的影響，理想地，數(shù)據(jù)層110的磁化取向應當直線對準平行或反平行取向于釘扎磁化取向M1。然而，由于退磁場D，在理想的磁化取向M2’(虛箭頭所示)和實際磁化取向M2(實箭頭所示)之間存在著很小的角度偏移θ。角度偏移θ導致在高阻態(tài)和低阻態(tài)(也就是說平行或反平行)之間磁電阻ΔR/R的變化量減小。為了更容易地檢測數(shù)據(jù)層110的位狀態(tài)，要求磁電阻ΔR/R的變化量盡可能大。實質(zhì)上，ΔR/R相當于信噪比S/N。在讀操作時，更高的S/N導致可以檢測到更強的信號以判定數(shù)據(jù)層110的位狀態(tài)。因此，以前的隧道結(jié)存儲單元100存在著一個缺點，即磁電阻ΔR/R的變化量由于角度偏移θ而減小(也就是說在讀操作時的低S/N)。
以前的隧道結(jié)存儲單元100的另一個缺點是參考層112的釘扎磁化取向M1通常需要一層以上的材料才能產(chǎn)生釘扎效果。例如，在圖3a中，以前的隧道結(jié)存儲單元200包括前述的數(shù)據(jù)層210，第一和第二導電結(jié)點(216，218)，以及包括由不同材料組成三明治的復合參考層212，212a和212b。212層稱作反鐵磁層(釘扎層)，212a層是被釘扎的參考層。釘扎層212將參考層212a的磁化取向M1磁化在所需方向。212b層是籽晶層。例如，用于釘扎層212，參考層212a和籽晶層212b的材料包括FeMn，IrMn，NiMn或PtMn用于釘扎層212；NiFe，NiFeCo或CoFe用于參考層212a；NiFe或NiFeCo用于籽晶層212b。
或者，如圖3b所示，以前的隧道結(jié)存儲單元300具有比圖3a所示更為復雜的釘扎層312。以前的隧道結(jié)存儲單元300包括前述的數(shù)據(jù)層310，第一和第二導電結(jié)點(316，318)，也包括不同材料組成的復雜三明治的復合參考層312，312a，312b和312c。釘扎層312設定人工反鐵磁體312c的磁化取向，后者比圖3a中的反鐵磁層212結(jié)構(gòu)更為復雜。人工反鐵磁體312c可以是材料的三明治結(jié)構(gòu)，如Co/Ru/Co或CoFe/Ru/CoFe。在圖3b中，312a層是被釘扎的參考層，312b層是籽晶層，312層是反鐵磁層(釘扎層)。
因此，以前的隧道結(jié)存儲器的一個缺點是在結(jié)構(gòu)上需要更多層以組成參考層。由于需要額外的材料組成那些層，就需要額外的微電子加工步驟來生產(chǎn)以前隧道結(jié)存儲單元200和300。那些額外的步驟可能會在隧道結(jié)存儲器中引入缺陷，導致生產(chǎn)的存儲器不合格或?qū)е陆M合存儲器的產(chǎn)品以后不能工作。為了減少缺陷并提高產(chǎn)額，要求降低復雜性以及減少制造存儲器所需的加工步驟。此外，需組成參考層的材料難于加工。對于磁存儲器的批量生產(chǎn)而言，要求采用易于加工的材料以簡化制造過程并降低制造成本。
以前的隧道結(jié)存儲單元的另一個缺點是在退火步驟中，參考層必須經(jīng)提高的溫度加熱。退火耗費時間(1小時或更長)并需要磁存儲器在恒磁場下經(jīng)受從200到300攝氏度溫度范圍的處理。因為需要磁場下退火以設定磁化取向，因此在以后磁存儲器經(jīng)受高溫時，參考層的釘扎可能“不固定”并失去磁化取向。將需要另一次退火步驟以重新設定磁化取向。
以前的隧道結(jié)存儲單元100的另一個缺點如圖4a和4b所示。在圖4a中，磁存儲器150包括大量配置成交叉陣列的存儲單元100。第一導電結(jié)點116經(jīng)重復組成橫穿存儲單元100的行導體(Row1和Row2)，第二導電結(jié)點118經(jīng)重復組成同樣橫穿存儲單元100的列導體(Col1，Col2和Col3)(也就是說存儲單元100位于行列導體的交叉處)。通過將電壓源V連接到Row2并讓Row1懸空，位于Row2和Col3交叉處的存儲單元100a被選擇進行讀操作。將Col1和Col2連接到GND，將Col3連接到讀放大器，后者連接到虛地。結(jié)果就形成了電流通路，并且電流I流入Row2的導電結(jié)點116。如電流IG所示，一部分電流I流向GND。然而，電流I的的另一部分組成讀電流IR，并被讀放大器S讀出。IR的大小指示存儲在存儲單元100a中的數(shù)據(jù)位的磁化取向，但是在讀操作時，IR的大小不足以轉(zhuǎn)動數(shù)據(jù)層的磁化取向。
在圖4b中，更詳細地顯示了選定的存儲單元100a。依照右手法則，電流IR產(chǎn)生磁場HR。不利之處在于，磁場HR從其各自的導體沿徑向外擴展(也就是說邊緣場)，和陣列中的相鄰存儲單元100相互作用。決定于存儲單元100的彼此鄰近情形和電流IR的大小，那些邊緣場可能破壞存儲在相鄰的存儲單元100數(shù)據(jù)層中110的，沒有被選定進行讀操作的數(shù)據(jù)位。
而且，以前的隧道結(jié)存儲單元100的另一個缺點是從選定的存儲單元100讀取數(shù)據(jù)所需的電流IR可能非常大。盡管在圖4a和4b中沒有顯示，觸發(fā)數(shù)據(jù)層110的磁化方向的寫入電流需要的幅度也可能非常大，通常在量值上大于IR。電流IR可能產(chǎn)生不需要的廢熱，從而要求有如冷卻風扇之類的熱管理系統(tǒng)以去掉廢熱。熱管理系統(tǒng)可能增加組合存儲器150的電子系統(tǒng)的成本，尺寸，重量和噪聲。對于以電池作為電源的便攜電子系統(tǒng)或節(jié)能電子系統(tǒng)，前述的電流可能增加電能消耗，從而降低電池壽命或增加電能功率，破壞能量效率。
盡管上述缺點集中在隧道結(jié)存儲單元(也就是說TMR存儲單元)，那些缺點也適用于其它類型的磁存儲單元，如前述的GMR和CMR存儲單元。例如，正如技術(shù)上已經(jīng)知道的，對于GMR存儲陣列(未顯示)，交叉陣列被對GMR存儲單元進行電子隔離的選通晶體管(也就是說FET)所取代。對FET的電子開或關(guān)選擇特定的GMR單元進行讀操作。流過選定的存儲單元的讀電流由讀放大器之類讀出。
因此，需要一種磁存儲單元，它具有不要求釘扎磁化取向以讀出存儲在數(shù)據(jù)層上的位數(shù)據(jù)的參考層。也需要減少構(gòu)成參考層所需的材料層數(shù)。而且，也需要一種磁存儲單元，其中在讀操作時產(chǎn)生的邊緣場大體上限制在參考層中，從而與相鄰存儲單元的干擾顯著地減小。最后，也需要一種磁存儲單元，其中數(shù)據(jù)層磁化取向的角度偏移大為減小或消失，從而在讀操作時磁電阻的變化很大。
廣義地，本發(fā)明體現(xiàn)在包括將位數(shù)據(jù)存儲為可改變的磁化取向的鐵磁數(shù)據(jù)層，和鐵磁數(shù)據(jù)層相連接的中間層，和中間層相連接并包括讀導線和環(huán)繞讀導線以形成包層讀導線的鐵磁包層的軟鐵磁參考層的磁存儲單元中。軟鐵磁參考層具有未被釘扎的磁化取向(也就是說磁化取向沒有被設定在預定的方向)。當外加電流流經(jīng)讀導線時，讀導線產(chǎn)生磁場。鐵磁包層沒有由磁化場而飽和，磁場基本上被包含在鐵磁包層中。在讀操作時，外加電流通過讀導線，從而使軟鐵磁參考層的磁化取向動態(tài)釘扎在所需的方向，并通過測量數(shù)據(jù)層和軟鐵磁參考層之間的電阻來讀出存儲在數(shù)據(jù)層中的位數(shù)據(jù)。
本發(fā)明的包層讀導線的附加優(yōu)點是，由于產(chǎn)生于讀導線的磁場基本包含在鐵磁包層中，從而使邊緣場大為減小。
在讀操作時，本發(fā)明的鐵磁包層提供閉合的磁通路徑(磁通閉合)。結(jié)果以前磁存儲單元的退磁場顯著地減小或消失，從而減小了角度偏移，并在讀操作時存在更大的磁電阻變化量。
以前的被釘扎參考層的缺點通過本發(fā)明的軟鐵磁參考層得以解決，因為讀操作不需要被釘扎軟鐵磁參考層的磁化取向。取而代之，為實現(xiàn)讀操作，本發(fā)明的軟鐵磁參考層的磁化取向通過將預定大小和方向的電流流經(jīng)讀導線而被動態(tài)地釘扎(也就是說動態(tài)釘扎)在所需方向上。結(jié)果就減少了前述的附加材料層，以及那些材料層的復雜性和形成那些材料層所需的微電子加工步驟。參考層所需的在磁場下退火也因本發(fā)明的軟鐵磁參考層而取消。而且，如果存儲器受熱而不得不“重置”參考層的磁化取向的可能性也因本發(fā)明的軟鐵磁參考層而無關(guān)緊要了，因為磁化取向動態(tài)釘扎。
本發(fā)明的磁存儲單元的另一個優(yōu)點是減小了實現(xiàn)讀操作所需的讀電流大小，從而減小了功率耗散(廢熱)和功率消耗。讀或?qū)懖僮鞯碾娏骺梢允庆o態(tài)的dc電流或動態(tài)的電流脈沖。正如已提到的，有必要減小功率耗散和廢熱的產(chǎn)生，特別是在便攜式電池操作系統(tǒng)和節(jié)能系統(tǒng)中。
在讀操作時，本發(fā)明的鐵磁包層為讀磁場提供閉合的磁通路徑(閉合磁通)。結(jié)果以前磁存儲單元的退磁場大為減小或消失，從而減小了角度偏移，并且在讀操作期間磁電阻變化量更大。
在本發(fā)明的一個實施例中，磁存儲單元包括位于鐵磁包層和中間層之間、并和鐵磁包層進行磁耦合的鐵磁蓋層。在讀操作時，磁場沒有飽和，并基本上包含在鐵磁包層和鐵磁蓋層中。
在本發(fā)明的另一個實施例中，數(shù)據(jù)層、鐵磁蓋層和鐵磁包層可以由高導磁率的軟磁材料制成。在本發(fā)明的另一個實施例中，數(shù)據(jù)層、鐵磁蓋層和鐵磁包層由相同的高導磁率的軟磁材料制成。
然而在本發(fā)明的另一個實施例中，數(shù)據(jù)層、鐵磁蓋層和鐵磁包層由低矯頑力材料制成。
在本發(fā)明的一個實施例中，數(shù)據(jù)層和穿過數(shù)據(jù)層的第一導線電聯(lián)通。在讀操作時，通過測量軟鐵磁參考層和第一導線之間的電阻來讀出位。
在本發(fā)明的另一實施例中，第二導線穿過數(shù)據(jù)層，第一和第二導線分別響應外加電流產(chǎn)生第一和第二寫入磁場。第一和第二寫入磁場協(xié)同和數(shù)據(jù)層相作用以將數(shù)據(jù)層的磁化取向轉(zhuǎn)動到所需的方向上，從而向鐵磁數(shù)據(jù)層寫入新的位數(shù)據(jù)。
在本發(fā)明的另一個實施例中，磁存儲單元可以是隧道磁電阻存儲單元和巨磁電阻存儲單元。
本發(fā)明的其它方面和優(yōu)點將會通過以下結(jié)合附圖的詳細描述而變得明顯，以舉例方式說明本發(fā)明的原理。
圖1是帶有參考層的具有釘扎的磁化取向的已有磁存儲單元。
圖2a和2b分別表示在圖1的已有磁存儲單元的參考層與數(shù)據(jù)層之間的總體的平行和反平行磁化取向。
圖2c和2d表示退磁場對已有磁存儲單元的數(shù)據(jù)層的磁化取向的影響。
圖3a和3b表示帶有包括釘扎層和被釘扎層的多層參考層的已有磁存儲單元。
圖4a是包括已有磁存儲單元陣列和行列導線的已有磁存儲器中讀操作的圖示。
圖4b表示對選擇的已有磁存儲單元的讀操作和由在行列導線中流動的讀電流產(chǎn)生的磁場。
圖5是根據(jù)本發(fā)明的帶有軟鐵磁參考層和整個包層讀導線的磁存儲單元的圖示。
圖6是根據(jù)本發(fā)明在讀操作期間基本包含在鐵磁包層內(nèi)的磁場的圖示。
圖7是根據(jù)本發(fā)明包括帶有軟鐵磁參考層的磁存儲單元陣列的存儲器的圖示。
圖8a到9b是根據(jù)本發(fā)明在讀操作期間動態(tài)釘扎的軟鐵磁參考層的圖示。
圖10a到10f是根據(jù)本發(fā)明制造帶有軟鐵磁參考層和整個包層讀導線的磁存儲單元的方法的圖示。
圖11是根據(jù)本發(fā)明帶有軟鐵磁參考層并包括用于向數(shù)據(jù)層寫入位數(shù)據(jù)的第一和第二導線的磁存儲單元的圖示。
圖12是根據(jù)本發(fā)明包括帶有軟鐵磁參考層的磁存儲單元陣列并包括用于向選擇的磁存儲單元的數(shù)據(jù)層寫入位數(shù)據(jù)的第一和第二導線的存儲器的圖示。
圖13a和13b是帶有鐵磁包層和帶有鐵磁包層與鐵磁蓋層的軟鐵磁參考層的相對尺寸的圖示。
如圖示目的的附圖所示，本發(fā)明體現(xiàn)在如下的磁存儲單元中，該磁存儲單元包括將位數(shù)據(jù)存儲為可改變的磁化取向的鐵磁數(shù)據(jù)層，和數(shù)據(jù)層相接觸的中間層，和中間層相接觸的并包括讀導線和完全環(huán)繞讀導線以形成包層讀導線的鐵磁包層的軟鐵磁參考層。軟鐵磁參考層的磁化取向未被釘扎在預定的方向。此后軟鐵磁參考層的該特征應稱為“未釘扎磁化取向”。
讀導線響應于外部施加的讀電流產(chǎn)生讀磁場并且鐵磁包層基本上在鐵磁包層內(nèi)包含讀磁場。實際上，鐵磁包層提供圍繞讀導線閉合的磁路(磁通閉合)。通過在讀導線中流過預定大小和方向的電流，結(jié)果得到的讀磁場大到足以在軟磁參考層的已知方向上建立磁化取向，使得磁化取向被動態(tài)地釘扎(即磁化取向動態(tài)釘扎)。然而，讀磁場還沒大到將軟鐵磁參考層的鐵磁包層磁化至飽和，以至于讀磁場向外擴展超出鐵磁包層，并和存儲在數(shù)據(jù)層上的位數(shù)據(jù)存在著可能的干擾或重寫。鐵磁包層也能顯著地減弱邊緣場，后者干擾或破壞存儲在相鄰存儲單元上數(shù)據(jù)層中的數(shù)據(jù)。位數(shù)據(jù)可以通過測量數(shù)據(jù)層和軟鐵磁參考層之間的電阻來讀出。鐵磁包層和數(shù)據(jù)層可以由高導磁率軟磁材料制成。鐵磁包層具有預定的最小厚度，該設計用于確保由讀導線產(chǎn)生的讀磁場基本上包含鐵磁包層中。
或者，本發(fā)明的磁存儲單元可包括位于中間層和鐵磁包層之間的鐵磁蓋層。鐵磁蓋層磁耦合于鐵磁包層，從而在讀操作時，讀磁場基本包含在鐵磁包層和鐵磁蓋層中。實際上，鐵磁包層和鐵磁蓋層在磁性上相當于一層，鐵磁包層和鐵磁蓋層共同提供了環(huán)繞讀導線的閉合的磁路徑(磁通閉合)。
本發(fā)明的軟鐵磁參考層也稱為“參考層“是因為磁化取向的方向可以通過外加電流動態(tài)地設定(也就是說動態(tài)釘扎)已知的方向上。它被稱為“軟”是因為所用磁性材料在磁性上是軟的而不是通常的硬釘扎材料(例如NiFe/IrMn之類的反鐵磁系統(tǒng))。
本發(fā)明的磁存儲單元的優(yōu)點包括通過將讀導線在讀操作時產(chǎn)生的讀磁場基本包含在軟鐵磁參考層的鐵磁包層之中，可以解決邊緣場問題的包層讀導線，從而存儲于相鄰磁存儲單元中的數(shù)據(jù)不會被雜散磁場破壞，軟鐵磁參考層消除了構(gòu)成釘扎參考層及其衍生的復雜材料層的必要性，并消除可能導致產(chǎn)量下降和成本提高的額外加工步驟，也不必對磁存儲單元進行退火，并且減小了讀寫位數(shù)據(jù)所需的電流(也就是說dc電流或脈沖電流)大小，附帶地減小了功率耗散和功率消耗。
本發(fā)明的磁存儲單元的附加優(yōu)點是在讀操作時鐵磁包層提供閉合磁通，從而使可能導致鐵磁數(shù)據(jù)層的磁化取向角度偏移的退磁場大為減小或消失。結(jié)果，在讀操作時，磁電阻的變化量更高，在邏輯態(tài)(也就是說邏輯“0”或“ 1”)之間信噪比(S/N)更高，邏輯態(tài)更易于檢測。
這里為本發(fā)明的磁存儲單元所提出的結(jié)構(gòu)也適用于包括但不限于基于TMR和GMR磁存儲單元的幾種磁存儲器形式。盡管用于那些形式的磁存儲器的材料和結(jié)構(gòu)不同，并且用于檢測參考層和數(shù)據(jù)層(也就是說平行或反平行)不同態(tài)的物理效應也不同，那些形式的磁存儲器的磁設計是相同的。只要要求有至少一對導線轉(zhuǎn)動數(shù)據(jù)層的磁化取向，以及要求有一個讀導線測量數(shù)據(jù)層和參考層之間的電阻，正因如此對于不同的、包括以上已引述的磁存儲器，本發(fā)明的磁存儲單元都能工作。熟悉磁存儲器技術(shù)的人也能明白地理解，本發(fā)明的磁存儲單元也能實施在磁存儲單元陣列以形成數(shù)據(jù)存儲器件(也就是說存儲器)，如MRAM。存儲陣列的結(jié)構(gòu)決定于存儲單元的類型。例如，交叉存儲結(jié)構(gòu)是作為TMR存儲單元的陣列而被很好地研究。
在圖5中，磁存儲單元10包括用于將位數(shù)據(jù)存儲為可改變磁化取向M2(在磁存儲單元技術(shù)中，數(shù)據(jù)層10也被稱作存儲層或位層)的數(shù)據(jù)層11，和數(shù)據(jù)層10相接的中間層13，和中間層13相接的鐵磁蓋層15，和鐵磁蓋層15相接的軟鐵磁參考層17，軟鐵磁參考層17具有未被釘扎的磁化取向，并包括讀導線19和完全環(huán)繞讀導線19以形成包層讀引線(也就是說讀導線19在各個方向上完全被鐵磁包層21所包覆)的鐵磁包層21。軟鐵磁參考層17沿虛線箭頭16所示的包層21的一部分和鐵磁蓋層15相接(在下文中鐵磁包層21被稱作包層21，鐵磁蓋層15被稱作蓋層15)。包層21和蓋層15不必有如圖5所示、彼此平直(are flush with)的邊緣。例如，一層的邊緣可能重疊在另一層的邊緣上或被另一層的邊緣所嵌入。軟鐵磁參考層17的磁化取向沒有被釘扎，也就是說，軟鐵磁參考層17沒有預定的磁化取向，預定磁化取向通過采用以前的、例如磁場退火的工藝，在磁存儲單元10的加工過程中而設定。
或者，在圖6中預定大小和方向的外加電流IR流經(jīng)讀導線19，以產(chǎn)生讀磁場H。在圖6中，用“+”符號標識，讀電流IR流入頁面中，依據(jù)右手法則，讀磁場H的矢量沿順時針方向。讀磁場H基本包含在包層21中。讀磁場H的結(jié)果是，軟鐵磁參考層17具有磁化取向M1動態(tài)地被釘扎(也就說動態(tài)釘扎)，M1指向左側(cè)。只要電流IR繼續(xù)流經(jīng)讀導線19磁化取向M1就保持著動態(tài)地被釘扎。當讀電流IR流過時，鐵磁數(shù)據(jù)層11和軟鐵磁參考層17之間由于電子通過中間層13在鐵磁數(shù)據(jù)層11和軟鐵磁參考層17之間流過而存在著電阻。可以通過測量電阻大小和/或改變來決定存儲在數(shù)據(jù)層11中的位數(shù)據(jù)的態(tài)。例如，可以測量軟鐵磁參考層17和鐵磁數(shù)據(jù)層11之間的電阻。
在圖6中，磁存儲單元10不包括如圖5所示的蓋層15。然而，正如參考圖8a到圖9b而將進行討論的，以上在圖6中所討論的、關(guān)于本發(fā)明的軟鐵磁參考層17的原理適用于不管磁存儲單元10是否包括蓋層15的情形。蓋層15是可選的。在給出蓋層15時(見圖8a到9b)，由于包層21和蓋層15都是由鐵磁材料制成，并且在彼此相接時在磁性上變成一層，因此讀磁場H事實上包含在包層21和蓋層15之中。
在磁存儲技術(shù)中以及對于TMR，GMR和CMR存儲單元，已經(jīng)很好地理解了導致電阻的現(xiàn)象。例如，在基于TMR的存儲單元中，該現(xiàn)象被稱作量子力學開隧道或自旋相關(guān)開隧道。在TMR存儲單元中，中間層13是介電材料的隧道勢壘薄層，電子在數(shù)據(jù)層11和軟鐵磁參考層17之間采用量子力學方式開隧道(即遷移)穿越勢壘層。另一方面，在基于GMR的存儲單元中，該現(xiàn)象是電子的自旋相關(guān)散射，中間層13是非磁材料的間隔薄層。在任一情形下，數(shù)據(jù)層11和軟鐵磁參考層17之間的電阻依賴于M1和M2相對取向而改變，可以檢測電阻變化以判定存儲在數(shù)據(jù)層11中的位數(shù)據(jù)是邏輯“0”或邏輯“1”。
因此，在向磁存儲單元10進行讀操作時，如上所述，通過將讀電流IR流經(jīng)讀導線19，并測量數(shù)據(jù)層11和軟鐵磁參考層17之間的電阻，可以讀出存儲在數(shù)據(jù)層11中的位數(shù)據(jù)。位的邏輯態(tài)(也就是邏輯“0”或邏輯“1”)可以通過檢測電阻大小來判定。一個如何從M1和M2的相對取向判定位的邏輯態(tài)的例子將會參照圖8a、8b、9a、9b進行解釋。
在圖8a中，用“+”符號標識，讀電流IR流入頁面中，讀磁場H的矢量沿順時針方向，軟鐵磁參考層17的磁化取向M1的動態(tài)釘扎取向平行于數(shù)據(jù)層11的磁化取向M2的可變?nèi)∠?，也就是說，M1和M2指向相同的方向。M1和M2的排列導致在數(shù)據(jù)層11和軟鐵磁參考層17之間、可預定為代表邏輯“0”的電阻。
另一方面，在圖8b中，數(shù)據(jù)層11的磁化取向M2的可變?nèi)∠蚍雌叫杏谲涜F磁參考層17的磁化取向M1的動態(tài)釘扎取向，也就是說，M1和M2指向相反的方向。結(jié)果，M1和M2的排列導致在數(shù)據(jù)層11和軟鐵磁參考層17之間、可預定代表邏輯“1”的電阻。
作為進一步的例子，在圖9a中，用“●”符號標識，讀電流IR流出頁面，軟鐵磁參考層17的磁化取向M1的動態(tài)釘扎取向反平行于數(shù)據(jù)層11的磁化取向M2的可變?nèi)∠?。因此，讀磁場H的矢量沿逆時針方向，M1指向右側(cè)。M1和M2的排列導致在數(shù)據(jù)層11和軟鐵磁參考層17之間、可預定代表邏輯“1”的電阻。
相反，在圖9中，數(shù)據(jù)層11的磁化取向M2可變?nèi)∠蚱叫杏谲涜F磁參考層17的磁化取向M1的動態(tài)釘扎取向。結(jié)果，M1和M2的排列導致在數(shù)據(jù)層11和軟鐵磁參考層17之間、可預定代表邏輯“0”的電阻。
正如之前所提到的，在圖8a、圖8b、圖9a和圖9b中所示的讀操作原理適用于不管是否給出蓋層15的情形。包括或不包括蓋層15將接合本發(fā)明的存儲單元10的一種制造方法進行討論。進而，當給出蓋層15時，它在磁性上和包層21是一層(也就是說磁耦合)，從而如圖8a、圖8b和圖9b中所示，讀磁場H擴展進入蓋層15。因此，如圖8a至圖9b所示的蓋層15是可選的。可以不包括蓋層15，參照圖8a至圖9b討論的讀操作原理仍可應用。
將哪一個邏輯態(tài)指定給M1和M2之間的平行和反平行關(guān)系由應用來決定或通過預定慣例來決定。例如，在圖8a和圖8b中所示的排列可采用為慣例，借此讀電流IR流入頁面“+”，使得M1被動態(tài)釘扎到所需的取向(也就是說指向左側(cè))，對于邏輯“0”慣例是M1平行于M2，對于邏輯“1”慣例是M1反平行于M2。
在這里所描述的本發(fā)明的實施例中，鐵磁數(shù)據(jù)層11、蓋層15和包層21可以由高導磁率的軟磁材料制成?！败洿挪牧稀笔侵妇哂写蠹s1000或更大的高相對導磁率μR(也就是導磁率μ為μ＝μ0*μR；其中μ0＝4π*10-7H/m；μ＝(4π*10-7)*1000＝1.257*10-3H/m或更大)、以及大約1000A/m或更小的低矯頑力(矯頑磁性)和小磁滯損耗的材料。
用于包層21的高磁導率軟磁材料許可磁化取向M1由不飽和包層21的讀磁場H的大小動態(tài)地釘扎，從而讀磁場H基本包含在包層21內(nèi)。而且。讀磁場H的向包層21外部延伸的任何部分(即，未包含在包層21內(nèi))不旋轉(zhuǎn)數(shù)據(jù)層11中可改變的磁化取向M2(即，讀磁場H不因其電流取向轉(zhuǎn)換M2)。結(jié)果，產(chǎn)生讀磁場H所需的讀電流的大小IR比已有的磁存儲單元降低。類似地，如果軟鐵磁參考層17包括蓋層15，那么用于包層21和蓋層15的高磁導率軟磁材料許可磁化取向M1被不飽和包層21和蓋層15的讀磁場H的大小動態(tài)地釘扎，從而讀磁場H基本包含在包層21和蓋層15內(nèi)，而且讀磁場H的向包層21和蓋層15外部延伸的任何部分不旋轉(zhuǎn)數(shù)據(jù)層11中可改變的磁化取向M2。
在本發(fā)明的一個實施例中，用于數(shù)據(jù)層11、蓋層15和包層21中任何選擇的一個或多個的高磁導率軟磁材料可由包括但不限于下表1中列出的那些的材料制造。
表1

在本發(fā)明的另一個實施例中，數(shù)據(jù)層11、蓋層15和包層21可由同樣的高磁導率軟磁材料制造。同樣的高磁導率軟磁材料包括但不限于上表1中所列出的那些。例如，鎳鐵(NiFe)或坡莫合金TM可用于制造數(shù)據(jù)層11、蓋層15和包層21。
在本發(fā)明的一個實施例中，數(shù)據(jù)層11、蓋層15和包層21中任何選擇的一個或多個具有大于約1000的相對磁導率。
在本發(fā)明的又一個實施例中，數(shù)據(jù)層11、蓋層15和包層21中任何選擇的一個或多個具有約1000A/m或更小的矯頑力。
讀導線19可由導電材料制造。用于讀導線19的適當?shù)牟牧习ǖ幌抻谙卤?中所列出的那些。
表2

在本發(fā)明的一個實施例中，中間層13是分離并電絕緣數(shù)據(jù)層11和軟鐵磁參考層17的絕緣材料制造的隧道勢壘層(即它不導電)。包括但不限于下表3列出的那些的介電材料可用于隧道勢壘層。隧道勢壘層可具有大約0.5nm到約5.0nm的厚度(看圖13中的T3)。
表3

在本發(fā)明的另一個實施例中，中間層13是非磁性材料制造的間隔層。用于間隔層的非磁性材料可以是(元素周期表的)3d，4d或5d過渡金屬。包括但不限于下表4列出的那些的非磁性材料可用于間隔層。間隔層可具有大約0.5nm到約5.0nm的厚度(看圖13中的T3)。
表4

圖11中，本發(fā)明的磁存儲器10可包括跨過數(shù)據(jù)層11并且與數(shù)據(jù)層11電連通的第一導線29。數(shù)據(jù)層11和第一導線29之間的電連通可通過第一導線29和數(shù)據(jù)層11彼此接觸或通過諸如接頭(via)、導電插頭等(未示出)的互聯(lián)結(jié)構(gòu)來實現(xiàn)。優(yōu)選地，第一導線29與鐵磁數(shù)據(jù)層11接觸，因為這個結(jié)構(gòu)致密并且不比互聯(lián)結(jié)構(gòu)復雜。位數(shù)據(jù)可如上所述通過測量第一導線29和軟鐵磁參考層17之間的電阻來讀出。第一導線29可在大致正交方向上跨過數(shù)據(jù)層11或者第一導線29可在非正交方向上跨過數(shù)據(jù)層11。一般地，第一導線29在正交方向上跨過數(shù)據(jù)層11，因為微電子布局和路由工具可修正到微電子器件的正交布局，并且一些工具不允許非正交布局。第一導線29可由包括但不限于上表2所列出的那些的導電材料制造。
圖7中，存儲器50由多個(所示為3個)本發(fā)明的磁存儲單元10構(gòu)成。各個磁存儲單元10各自具有與公共軟鐵磁參考層17接觸的蓋層15(蓋層15是可選擇的)，并且各個磁存儲單元10在其各自的數(shù)據(jù)層11中存儲位數(shù)據(jù)。位數(shù)據(jù)可通過測量數(shù)據(jù)層11和軟鐵磁參考層17之間的電阻讀出。另外，如上面參考圖11所討論的那樣，各個磁存儲單元10可包括與其各自的數(shù)據(jù)層11電連通的第一導線29。類似地，位數(shù)據(jù)可通過測量第一導線29和軟鐵磁參考層17之間的電阻讀出。從而，軟鐵磁參考層17和第一導線29可分別是一對導線，如分別為行導線和列導線，或者分別為列導線和行導線。該對導線彼此相交，并且磁存儲單元10可定位在該對導線之間的相交區(qū)域，如圖7所示。該對導線不需要在正交方向上彼此相交。
圖11中，本發(fā)明的磁存儲單元10可包括跨過數(shù)據(jù)層11的第二導線41。第二導線41與數(shù)據(jù)層11、第一導線29和軟鐵磁參考層17電絕緣。例如，介電層43可用于電絕緣第二導線41。介電層43可以是包括但不限于上面表3中列出的那些的電絕緣材料。第二導線41可由包括但不限于上面表2列出的那些的導電材料制造。
如技術(shù)上已知的那樣，位數(shù)據(jù)被寫入數(shù)據(jù)層11的寫操作可通過將第一外部供給電流流經(jīng)第一導線29來產(chǎn)生第一寫入磁場并通過將第二外部供給電流流經(jīng)第二導線41來產(chǎn)生第二寫入磁場來實現(xiàn)。第一和第二寫入磁場協(xié)作與數(shù)據(jù)層11相互作用，以將可改變的磁化取向M2旋轉(zhuǎn)到所需方向上。例如，如果M2指向“左側(cè)”，數(shù)據(jù)層11當前正存儲邏輯“0”，則第一和第二寫入磁場可協(xié)作與數(shù)據(jù)層11相互作用，以將M2旋轉(zhuǎn)(即改變)到“右側(cè)”，從而向數(shù)據(jù)層11寫入邏輯“1”。
圖12中，存儲器70由多個(所示為3個)本發(fā)明的磁存儲單元10構(gòu)成。各個磁存儲單元10各自具有與公共軟鐵磁參考層17接觸的蓋層15(蓋層15是可選擇的)，并且各自的數(shù)據(jù)層11與跨過數(shù)據(jù)層11的第一導線29電連通。公共第二導線41跨過各個數(shù)據(jù)層11并且通過介電層43與數(shù)據(jù)層11電絕緣。
向選擇的一個磁存儲單元10的寫操作如下完成。通過將第一寫入電流IW1流經(jīng)與數(shù)據(jù)層11a接觸的第一導線29并將第二寫入電流IW2流經(jīng)第二導線41來將帶有以11a表示的數(shù)據(jù)層的磁存儲單元10被選擇用于寫操作。另一磁存儲單元10不選擇用于寫操作，因為在它們的各自的第一導線29中未流動寫入電流。第一寫入電流IW1產(chǎn)生第一寫入磁場HW1并且第二寫入電流IW2產(chǎn)生第二寫入磁場HW2。第一和第二寫入磁場(HW1，HW2)協(xié)作相互作用，以將數(shù)據(jù)層11a中的可改變的磁化取向M2旋轉(zhuǎn)到所需方向上。
作為又一例子，數(shù)據(jù)層11的讀操作可通過將預定大小和方向的讀電流IR流經(jīng)軟鐵磁參考層17的讀導線19來完成。讀電流IR產(chǎn)生基本上包含在包層21中的讀磁場HR并且讀磁場HR操作來動態(tài)地釘扎磁化取向M1。存儲在數(shù)據(jù)層11a中的位數(shù)據(jù)可通過測量數(shù)據(jù)層11a的軟鐵磁參考層17和第一導線29之間的電阻來讀出。
用于制造本發(fā)明的包層讀導線的工藝表示于圖10a到10f中。下面給出的工藝步驟的順序僅是一個例子，工藝步驟的實際順序不需要與下面給出的相同。而且，熟悉微電子技術(shù)的人員已知的其他工藝可用于替代這里所給出的。
首先，圖10a中，例如介電層31形成并且由諸如化學機械平坦化(CMP)的處理平坦化。在淀積將形成包層21的一部分的高磁導率軟磁材料之前在介電層31中蝕刻出溝33。盡管圖10a中僅表示出一部分介電層31，介電層31可以是具有多個在其中形成溝33的介電層并且可以延伸出所示的范圍，如虛線箭頭e所示。
其次，圖10b中，使用各向同性處理將一部分包層21a淀積在溝33中(使得溝33的側(cè)壁S大致涂敷到與溝33的底b相同的厚度)。用于包層21a的材料是軟磁材料，即它的磁導率足以用作磁芯并且在其整個橫截面上是連續(xù)的，沒有任何中斷或沒有太多空洞。作為各向同性淀積包層21a的結(jié)果形成溝35。
第三，在圖10c中，使用電鍍或其他適當?shù)牡矸e處理用導電材料，如銅(Cu)來填充溝35以形成讀導線19。然后(使用例如CMP)平坦化整個結(jié)構(gòu)來實現(xiàn)圖10c所示的結(jié)構(gòu)。注意圖10c中還沒有整個包覆讀導線19。
第四，圖10d中，淀積另一高磁導率軟磁材料21b來閉合磁通路徑，從而形成整個包層讀—寫導線19(即，它完全由包層部分21a和21b圍繞)。高磁導率軟磁材料21b的厚度可作得與底厚度b不同或與包層21a的側(cè)壁S不同，但是，21a和21b的厚度應選擇成讀磁場HR基本包含在包層21內(nèi)。21b的材料可與包層21a的材料相同或不同。然后包層21b被構(gòu)圖和蝕刻，接著剩余的磁存儲單元10形成在圖10d的結(jié)構(gòu)的頂部。另外，應注意盡管圖10d示出延伸過包層21a的最外邊緣的高磁導率軟磁材料21b，但高磁導率軟磁材料21b可與這些邊緣平齊或者可比這些邊緣靠內(nèi)，如虛線i所示。高磁導率軟磁材料21b不應很靠內(nèi)i以免得它不再與包層21a形成閉合磁通路徑。
選擇地，圖10e中，可將又一高磁導率軟磁材料淀積在包層21上(前面用21a和21b表示)來形成蓋層15。之后將中間層13淀積到蓋層15上。包括蓋層15是制造中的選擇。例如，如上面提到的那樣，處理步驟不需要遵隨這里提出的順序。結(jié)果，可這樣制造磁存儲單元10開始用鐵磁數(shù)據(jù)層11，接著是中間層13等。根據(jù)用于中間層13的材料，需要用蓋層蓋住(即鈍化)中間層13以防止它在被淀積后與它所暴露的環(huán)境產(chǎn)生化學反應。例如，如果中間層13是介電隧道勢壘層，那么需要它淀積高磁導率軟磁材料制造的蓋層15，該材料與包層21的高磁導率軟磁材料磁兼容。蓋層15用作介電隧道勢壘層的保護蓋層。蓋層15可由與包層21相同的或與包層21不同的材料制造。
最后，圖10f中，數(shù)據(jù)層11形成在中間層13上。另外，導電材料可淀積在數(shù)據(jù)層11上來形成第一導線29。
此外，另一介電層43(未示出)可淀積在第一導線29上，接著再淀積又一導電材料來形成第二導線41(未示出)。
上述處理模擬用于形成本發(fā)明的整個包層讀導線(即19，21a和21b)的Cu鑲嵌處理。這種處理產(chǎn)生的平面結(jié)構(gòu)在制造圖10d的結(jié)構(gòu)方面是有利的(但是并非絕對的重要)。然而，微電子技術(shù)中已知的其他處理可用于制造圖10d的結(jié)構(gòu)。而且，圖10a到10f表示出一個可制造本發(fā)明的整個包層讀導線的方法。例如，可按與圖10a到10f所示的相反的順序來制造。制造可開始于鐵磁數(shù)據(jù)層11并且繼續(xù)是中間層13，可選擇地有蓋層15，接著是形成包層讀導線。
在上述處理中，用于包層21、蓋層15、鐵磁數(shù)據(jù)層11、讀導線19和中間層13的材料可包括但不限于上面表1、表2、表3與表4中提出的那些。
圖13a中示出包層21、中間層13和數(shù)據(jù)層11之間的尺寸關(guān)系。如前面提到的那樣，包層21的軟磁材料被選擇成在讀導線19中流動的讀電流IR產(chǎn)生的讀磁場H將動態(tài)地釘扎軟鐵磁參考層17的磁化取向M1。而且，得到的讀磁場H不飽和包層21，使得讀磁場H基本包含在包層21內(nèi)。延伸過包層21的讀磁場H的任何部分不旋轉(zhuǎn)數(shù)據(jù)層11的可改變磁化取向M2。結(jié)果，包層21的相對厚度必須預定使得讀磁場H基本包含在其中。
圖13a中，包層21的與中間層13相鄰的部分(看虛線箭頭18)應具有最小厚度D1，其足以在包層21內(nèi)基本包含讀磁場H。剩余包層21具有大于或等于最小厚度D1的厚度D2，D3和D4，從而D2，D3，D4≥D1。優(yōu)選地，D2，D3和D4具有大于D1的厚度。
類似地，在圖13b中，示出包層21、蓋層15、中間層13和數(shù)據(jù)層11之間的尺寸關(guān)系。如前面提到的那樣，包層21和蓋層15的軟磁材料被選擇成由在讀導線19中流動的讀電流IR產(chǎn)生的讀磁場H將動態(tài)地釘扎軟鐵磁參考層17的磁化取向M1。而且，結(jié)果得到的讀磁場H不飽和包層21和蓋層15，使得讀磁場H基本包含在包層21和蓋層15內(nèi)(即包層21和蓋層15提供磁通閉合)。延伸過包層21和蓋層15的讀磁場H的任何部分不旋轉(zhuǎn)數(shù)據(jù)層11的可改變的磁化取向M2。結(jié)果，包層21和蓋層15的相對厚度必須預定使得讀磁場H基本包含在其中。
圖13b中，包層21的與蓋層15相鄰的部分(看虛線箭頭19)應具有最小組合厚度(D1+T1)，其足以在包層21和蓋層15內(nèi)基本包含讀磁場H。其余包層21具有大于或等于最小組合厚度(D1+T1)的厚度D2，D3和D4，從而D2，D3，D4≥(D1+T1)。優(yōu)選地，D2，D3和D4具有大于(D1+T1)的厚度。
包層21、蓋層15、中間層13和數(shù)據(jù)層11的厚度和厚度范圍包括但不限于下面給出的那些。
包層21具有從約3.0nm到約500.0nm的厚度D1，蓋層15具有大于約1.0nm的厚度T1。實際厚度D1和T1將取決于選擇用于包層21和蓋層15的材料。
中間層13可具有從約0.5nm到約5.0nm的厚度T3。實際厚度T3將部分取決于用于中間層13的材料和存儲單元的類型，例如為TMR存儲單元或GMR存儲單元。
數(shù)據(jù)層11可具有大于約1.0nm的厚度T5。實際厚度T5將取決于存儲單元類型和應用。
軟鐵磁參考層17可具有寬度W和高度H，后者部分取決于對讀導線19選擇的尺寸和包層21的厚度D1，D2，D3和D4。因此，W和H將是高度依賴于應用的，因為最終尺寸基于包括包層21和讀數(shù)導線19的尺寸的的很多變量。
盡管公開和描述了本發(fā)明的幾個實施例，但本發(fā)明不限于所描述和圖示的部件的特定形式或設置。本發(fā)明僅由權(quán)利要求限定。
權(quán)利要求
1.一種隧道結(jié)，包括數(shù)據(jù)層(11)，用于將位數(shù)據(jù)作為可改變的磁化取向(M2)存儲；勢壘層(13)，與數(shù)據(jù)層(11)接觸；蓋層(15)，與勢壘層(13)接觸；軟參考層(17)，與蓋層(15)接觸并具有未被釘扎的磁化取向(M1)，包括讀導線(19)和完全包圍讀導線(19)的包層(21)；讀導線(19)，響應于外部供給電流操作來產(chǎn)生磁場；包層(21)，操作來基本在包層(21)內(nèi)包含磁場，使得可改變的磁化取向(M2)不受未包含在包層(21)內(nèi)的磁場的任何部分的影響，其中其中軟參考層(17)的磁化取向(M1)通過將預定大小和方向的電流流經(jīng)讀導線(19)而被動態(tài)釘扎到需要的取向上，位通過測量軟參考層(17)與數(shù)據(jù)層(11)之間的電壓來讀出。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的隧道結(jié)，其中數(shù)據(jù)層(11)、蓋層(15)和包層(21)中的任何選擇的一個或多個包括高磁導率軟磁材料。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的隧道結(jié)，其中高磁導率軟磁材料是從下面的一組中選擇的材料鎳鐵、鎳鐵合金、鎳鐵鈷、鎳鐵鈷合金、鈷鐵、鈷鐵合金和坡莫合金。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的隧道結(jié)，其中數(shù)據(jù)層(11)、蓋層(15)和包層(21)由相同的高磁導率軟磁材料制造。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的隧道結(jié)，其中數(shù)據(jù)層(11)、蓋層(15)和包層(21)中的任何選擇的一個或多個具有大于約1000的相對磁導率。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的隧道結(jié)，其中數(shù)據(jù)層(11)、蓋層(15)和包層(21)中的任何選擇的一個或多個具有大約1000A/m或更小的矯頑力。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的隧道結(jié)，其中勢壘層(13)是從下面一組中選擇的介電材料氧化硅、氧化鎂、氮化硅、氧化鋁、氧化鉭和氮化鋁。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的隧道結(jié)，其中讀導線(19)是從下面的一組中選擇的導電材料銅、銅合金、鋁、鋁合金、鋁銅、鋁銅合金、鉭、鉭合金、金、金合金、銀和銀合金。第一導線(29)，響應于第一外部供給電流操作來產(chǎn)生第一寫入磁場；第二導線(41)，響應于第二外部供給電流操作來產(chǎn)生第二寫入磁場；和其中第一和第二寫入磁場協(xié)作與數(shù)據(jù)層(11)相互作用，來將數(shù)據(jù)層(11)的磁化取向(M2)旋轉(zhuǎn)到所需取向。
9.在一種隧道結(jié)存儲單元中，該存儲單元包括數(shù)據(jù)層，用于將位數(shù)據(jù)作為可改變的磁化取向存儲；第一導線與數(shù)據(jù)層接觸；參考層具有在已知方向上被釘扎的磁化取向；第二導線與參考層接觸；和隧道勢壘層位于數(shù)據(jù)層和參考層之間，其中通過在第一和第二導線中流經(jīng)第一和第二電流并測量第一和第二導線之間的電壓來讀出位，改進包括軟參考層(17)具有未被釘扎的磁化取向(M1)，包括讀導線(19)和完全包圍讀導線(19)的包層(21)；和蓋層(15)位于隧道勢壘層與軟參考層(17)之間；讀導線(19)響應于外部供給電流，操作來產(chǎn)生磁場；包層(21)，操作來基本在包層(21)內(nèi)包含磁場，使得可改變磁化取向(M2)不受未包含在包層(21)中的磁場的任何部分的影響；和其中軟參考層(17)的磁化取向(M1)通過將預定大小和方向的電流僅流經(jīng)讀導線(19)而被動態(tài)釘扎到需要的取向上，和位通過測量軟參考層(17)與第一導線之間的電壓來讀出。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的隧道結(jié)，其中數(shù)據(jù)層(11)、蓋層(15)和包層(21)中的任何選擇的一個或多個包括高磁導率軟磁材料。
全文摘要
公開一種隧道結(jié)(10),具有包層的讀導線,由用于被動態(tài)釘扎的軟參考層的高磁導率軟磁材料形成。隧道結(jié)包括數(shù)據(jù)層(11)、形成在數(shù)據(jù)層上的勢壘層(13)、形成在勢壘層上的蓋層(15)和形成在蓋層上的軟參考層(17)。軟參考層(17)包括讀導線(19)、完全包圍讀導線(19)以形成包層的讀導線的包層(21)。軟參考層(17)具有未被釘扎的磁化取向(M1)。當外部供給讀電流流經(jīng)讀導線時,讀導線(19)產(chǎn)生基本包含在包層(21)中的并且可操作在需要的方向上動態(tài)釘扎磁化取向(M1)的磁場。存儲在數(shù)據(jù)層(11)中的位數(shù)據(jù)通過測量數(shù)據(jù)層(11)與軟參考層(17)之間的電勢差來讀出。
文檔編號H01L27/22GK1379485SQ0210333
公開日2002年11月13日 申請日期2002年1月31日 優(yōu)先權(quán)日2001年4月2日
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