專利名稱：利用磁疇壁移動來操作信息存儲裝置的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種利用磁疇壁移動來操作信息存儲裝置的方法。
背景技術(shù)：
即使在切斷電源的情況下也能保留記錄的信息的傳統(tǒng)非易失性信息存儲 裝置的示例包括硬盤驅(qū)動器(HDD)和非易失性隨機存取存儲器(RAM)。
HDD是具有旋轉(zhuǎn)部件的信息存儲裝置，而旋轉(zhuǎn)部件易于劣化。該劣化導(dǎo) 致在操作HDD的過程中發(fā)生故障的可能性相對高，從而降低了可靠性。
閃速存儲器是非易失性RAM的示例。與HDD相比，閃速存儲器不包括 旋轉(zhuǎn)部件，閃速存儲器的讀取/寫入操作速度低、使用壽命短并且數(shù)據(jù)存儲容 量小。傳統(tǒng)的閃速存儲器的制造成本也相對高。
傳統(tǒng)的非易失性信息存儲裝置的另一示例不如說是利用了磁疇壁移動的 原理。在傳統(tǒng)的磁信息存儲裝置中，鐵磁體中微小的磁區(qū)域被稱作磁疇，磁 化方向彼此不同的磁疇之間的邊界區(qū)域被成為磁疇壁。磁疇壁具有給定的體 積，并且可以在施加到》茲體的電流的作用下在石茲體中移動。
利用磁疇壁移動的信息存儲裝置可以利用磁性納米線存儲相對大量的信 息。然而，為了將信息記錄在磁疇中并且從磁疇中讀取信息，磁疇壁必須被 連續(xù)移動，這要耗費相對大量的功率和/或能量。

發(fā)明內(nèi)容
示例實施例涉及一種降低利用磁疇壁移動來操作信息存儲裝置中的驅(qū)動 能量的方法。
示例實施例提供了 一種利用磁疇壁移動來操作信息存儲裝置的方法，該方法降低了所需的驅(qū)動功率和/或能量。
至少 一個示例實施例提供了 一種利用磁性納米線中的磁疇壁移動來操作 信息存儲裝置的方法。所述磁性納米線可以包括多個》茲疇和形成在所述多個 磁疇之間的區(qū)域中的釘扎點。才艮據(jù)至少一個示例實施例，可以通過向^茲性納 米線施加第一脈沖電流，使;茲疇壁從第一釘扎點脫釘。第一脈沖電流可以具 有第一脈沖電流密度?？梢酝ㄟ^向》茲性納米線施加第二脈沖電流，使^茲疇壁 移動到第二^l丁扎點。第二脈沖電流可以具有第二脈沖電流密度。第一脈沖電
流密度可以大于第二脈沖電流密度。
根據(jù)至少 一些示例實施例，第 一脈沖電流密度可以大于使磁疇壁從第一 釘扎點移動的臨界電流密度。第二脈沖電流密度的持續(xù)時間可以長于第 一脈 沖電流密度的持續(xù)時間。第 一脈沖電流密度可以是與脫釘操作中使用的最小 電能有關(guān)的脈沖電流密度，第二脈沖電流密度可以是與移動操作過程中的最 小電能有關(guān)的脈沖電流密度。第 一脈沖電流密度和第二脈沖電流密度可以是 脫釘操作和移動操作的電能的總和為最小值的脈沖電流密度。


通過參照附圖詳細描述本發(fā)明的示例實施例，本發(fā)明將變得更加清楚， 在附圖中
圖1是可以應(yīng)用根據(jù)示例實施例的利用磁疇壁移動來搡作信息存儲裝置
的方法的信息存儲裝置的示例的透視圖2是示出操作信息存儲裝置的傳統(tǒng)方法的時序圖3是用于解釋根據(jù)示例實施例的操作信息存儲裝置的方法的時序圖4是示出信息存儲裝置根據(jù)電流密度的脫釘現(xiàn)象(depinning
phenomenon )的曲線圖5是示出信息存儲裝置根據(jù)電流密度的脫釘時間和電能的變化的曲線
圖6是示出信息存儲裝置根據(jù)第二脈沖電流的電流密度的傳播時間的曲
線圖7是示出信息存儲裝置根據(jù)第二脈沖電流的電流密度的傳播時間和電 能的變化的曲線圖。
具體實施例方式
現(xiàn)在將參照附圖更加充分地描述本發(fā)明的各種示例實施例，在附圖中示 出了本發(fā)明的一些示例實施例。在附圖中，為了清晰起見，擴大了層和區(qū)域
的厚度。
這里公開了本發(fā)明的詳細的說明性的實施例。然而，這里公開的特定結(jié) 構(gòu)上和功能上的細節(jié)僅代表描述本發(fā)明示例實施例的目的。然而，本發(fā)明可
以以許多可選的形式實施，而不應(yīng)該解釋為僅限于在此闡述的實施例。
因此，盡管本發(fā)明的示例實施例可以為各種修改和可選的形式，但是在 附圖中以示例的方式示出了本發(fā)明的實施例，并且將在這里詳細地描述這些 實施例。然而，應(yīng)該理解，不意圖將本發(fā)明的示例實施例限制于公開的具體 形式，而是相反，本發(fā)明的示例實施例將覆蓋落入本發(fā)明的范圍內(nèi)的所有修 改、等同物和替換。在整個附圖的描述中，相同的標(biāo)號表示相同的元件。
應(yīng)該理解，盡管這里可以使用術(shù)語第一、第二等來描述不同的元件，但
是這些元件不應(yīng)該受這些術(shù)語的限制。這些術(shù)語僅用來將一個元件與其它元 件區(qū)分開來。例如，在不脫離本發(fā)明示例實施例的范圍的情況下，第一元件 可以被命名為第二元件，類似地，第二元件可以被命名為第一元件。如這里 所使用的，術(shù)語"和/或"包括一個或多個相關(guān)列出項的任何組合和所有組合。
應(yīng)該理解，當(dāng)元件^皮稱作"連接到，，或"結(jié)合到，，另一元件時，該元件可以 直接連接到或直接結(jié)合到另一元件，或者可以存在中間元件。相反，當(dāng)元件 被稱作"直接連接到，，或"直接結(jié)合到，，另一元件時，不存在中間元件。應(yīng)該以 類似的方式來解釋用于描述元件之間的關(guān)系的其它術(shù)語(例如，"在......之間"
與"直接在......之間"、"相鄰"與"直接相鄰"等)。
這里使用的術(shù)語僅是出于描述特定實施例的目的，而不意圖成為本發(fā)明 示例實施例的限制。如這里使用的，除非上下文清楚地表示，否則單數(shù)形式 也意圖包括復(fù)數(shù)形式。還應(yīng)該進一步理解，當(dāng)在這里使用術(shù)語"包含"和/或"包 括，，時，說明存在所述特征、整體、步驟、操作、元件和/或組件，但不排除 存在或添加一個或多個其它特征、整體、步驟、操作、元件、組件和/或它們 的組。
還應(yīng)該注意，在一些可選的實施中，提到的功能/行為可以不按照附圖中 指出的順序進行。例如，根據(jù)所涉及的功能/行為，連續(xù)示出的兩幅圖實際上 可以基本上同時進行，或者有時可以按照相反的順序進行圖1是可以應(yīng)用根據(jù)示例實施例的利用磁疇壁移動來操作信息存儲裝置 的方法的示例性》茲信息存儲裝置100的透視圖。
參照圖1，信息存儲裝置100可以包括存儲信息(數(shù)據(jù))的磁性納米線
10。磁性納米線10可以包括多個磁疇12。在每對相鄰的磁疇12之間可以形 成磁疇壁14。每個磁疇12是可以存儲數(shù)據(jù)的單位區(qū)域。
在圖1中，描述了以直線形式形成的單條磁性納米線10。然而，磁性納 米線IO是為了解釋示例實施例的示意圖，因此，-茲性納米線10不限于此。 例如，在信息存儲裝置100中可以形成多條》茲性納米線10,并且石茲性納米線 IO可以以各種形狀(例如，水平地、豎直地、彎曲地等)形成。也可以結(jié)合 這些各種類型的^f茲疇信息存儲裝置來應(yīng)用/實施示例實施例。
磁性納米線IO可以包括位于形成有磁疇壁14的區(qū)域中的釘扎點(pinning site,未示出)，使得磁疇壁14可以被更容易地釘扎(pin)。釘扎點可以降低 相應(yīng)石茲疇壁14的各向異性石茲勢(magnetic anisotropic potential )。 4丁扎點可以 通過減小^茲疇壁14的面積來形成，或者可以由降^氐;茲疇壁14的各向異性》茲 勢的材料來形式。釘扎點臨時固定磁疇壁14的位置，當(dāng)向磁性納米線10施 加給定的臨界電流時，允許^t疇壁14通過釘扎點。
在一個示例中，凹槽(未示出)可以表示4丁扎點?？蛇x地，可以通過在 磁性納米線IO的區(qū)域處添加不同于磁性納米線IO的添加材料來形成釘扎點。 在該示例中，可以通過降低與釘扎點對應(yīng)的區(qū)域的各向異性^茲勢來使磁疇壁 14被釘扎。
^i性納米線10可以包括連接到^t性納米線10的第一端El的第一導(dǎo)線 Cl和連接到磁性納米線10的第二端E2的第二導(dǎo)線C2。第一導(dǎo)線Cl還可以 連接到第一驅(qū)動器件Dl,第二導(dǎo)線C2還可以連接到第二驅(qū)動器件D2。第一 驅(qū)動器件Dl和第二驅(qū)動器件D2可以為晶體管、二極管等。第一驅(qū)動器件 Dl和第二驅(qū)動器件D2、第一導(dǎo)線Cl和第二導(dǎo)線C2可以構(gòu)成向磁性納米線 10施加用于移動石茲疇壁的電流的電流施加元件。
當(dāng)經(jīng)過第一驅(qū)動器件D1施加電流時，磁疇壁14可以沿著第一方向(在 圖1中用箭頭21表示的方向)移動。當(dāng)經(jīng)過第二驅(qū)動器件D2施加電流時， 磁疇壁14可以沿著第二方向(在圖1中用箭頭22表示的方向)移動。
圖1中示出的電流施加元件不限于此，而是可以以各種方式形成。例如， 與第一導(dǎo)線Cl連接到第一驅(qū)動器件Dl和第二導(dǎo)線C2連接到第二驅(qū)動器件D2不同，或者第一導(dǎo)線Cl和第二導(dǎo)線C2中只有一個連接到驅(qū)動器件Dl和 D2中的至少一個，或者第二導(dǎo)線C2可以連接到驅(qū)動器件D1，第一導(dǎo)線C1 可以連接到驅(qū)動器件D2。在圖l的結(jié)構(gòu)中，用于移動^t疇壁的電流經(jīng)過第一 驅(qū)動器件Dl和/或第二驅(qū)動器件D2被施加到磁性納米線10，并且根據(jù)施加 到磁性納米線10的電流的方向來確定磁性納米線14的移動方向。磁疇壁14 沿著與電子相同的方向移動，即，沿著與電流相反的方向移動。
磁性納米線10可以包括用于再現(xiàn)數(shù)據(jù)的讀取元件30和用于寫入數(shù)據(jù)的 寫入元件40。讀取元件30和寫入元件40中的每個可以位于磁性納米線10 上，與相應(yīng)的磁疇12對應(yīng)。讀取元件30和寫入元件40可以為例如利用隧道 型磁電阻(TMR)效應(yīng)或巨磁電阻(GMR)效應(yīng)的器件。利用TMR效應(yīng)和 GMR效應(yīng)的器件是本領(lǐng)域所孰知的，因此將省略對其進行詳細描述。
示例實施例不限于圖1中示出的讀取元件30和寫入元件40的原理和結(jié) 構(gòu)，而是可以結(jié)合各種磁疇信息存儲裝置被實施/應(yīng)用。例如，寫入元件40 可以利用外部磁場來寫入數(shù)據(jù)。在另一示例中，寫入元件40可以利用電子的 自S走4丑頭巨iE見象(spin torque phenomenon )來寫入凄t才居。
磁疇12的電子自旋可以為垂直磁性自旋或者水平磁性自旋。磁疇12的 電子自旋可以根據(jù)^磁性納米線10的材料來確定。
與磁性納米線10中分開的讀取元件30和寫入元件40不同，可以包括執(zhí) 行寫入和讀取功能兩者的讀取/寫入元件。
當(dāng)磁疇壁14在經(jīng)過第一驅(qū)動器件Dl和/或第二驅(qū)動器件D2向磁性納米 線10施加的給定的、期望的或預(yù)定的脈沖電流的作用下在位單元(bitumt) 中移動時，可以通過向讀耳又元件30施加讀耳又電流來再現(xiàn)記錄在》茲性納米線 10中的數(shù)據(jù)，或者可以通過向?qū)懭朐?0施加寫入電流來將數(shù)據(jù)記錄到》茲 性納米線10中。
現(xiàn)在將參照圖1來描述根據(jù)示例實施例的利用磁疇壁移動來驅(qū)動信息存 儲裝置100的方法。
參照圖1，可以利用寫入元件40將信息記錄在第一磁疇M1中?？梢酝?過寫入元件40施加寫入電流來記錄信息，從而在第一》茲疇Ml中設(shè)置^茲各向 異性方向。接著，例如可以通過第二驅(qū)動器件D2施加移動脈沖電流，使得 磁疇12沿著第二方向22移動到相鄰的磁疇區(qū)域。磁疇12可以停在相鄰的磁 疇區(qū)域中。然后可以利用寫入元件40來設(shè)置第二^茲疇M2的f茲各向異性方向(magnetic anisotropic direction )?？梢园凑杖缟纤龅牡谝?；茲疇Ml的方式?jīng)_目 同的方式來設(shè)置第二^茲疇M2的磁各向異性方向?？梢愿鶕?jù)寫入電流的方向 來確定第二》茲疇M2的f茲各向異性方向。
現(xiàn)在將描述讀取信息的方法。仍然參照圖1，根據(jù)至少一個示例實施例， 可以利用讀耳又元件30向第三》茲疇M3施加讀耳又電流。可以測量流過磁疇M3 的電流來讀取記錄在;茲疇M3中的信息。接著，磁疇M3響應(yīng)于經(jīng)過第一驅(qū) 動器件D1或第二驅(qū)動器件D2施加的移動脈沖來移動，從而連續(xù)地或基本上 連續(xù)地讀取其它》茲疇中的信息。
如根據(jù)如上所述的示例實施例的讀取信息和寫入信息的方法中所示，在
利用磁疇壁移動的信息存儲裝置100中，移動磁疇壁來讀取磁疇12中的信息 或者將信息寫入》茲疇12中。
圖2是示出驅(qū)動信息存儲裝置的傳統(tǒng)方法的時序圖。
參照圖2，向驅(qū)動器件(例如D1或D2)施加用于移動;茲疇壁的脈沖電 流Ja，使得》茲疇壁14可以從釘扎點中移動出來。為此，脈沖電流Ja的脈沖 電流密度可以大于使》茲疇壁14脫釘(磁疇壁14從釘扎點中移動出來)的臨 界電流密度。脈沖電流Ja可以具有給定的、期望的或者預(yù)定的剛好足夠移動 一個》茲疇壁14的持續(xù)時間ta。
圖3是示出驅(qū)動信息存儲裝置100的方法的示例實施例的時序圖。
參照圖1和圖3,施加到驅(qū)動器件的用于移動》茲疇壁14的移動電流可以 包括第一脈沖電流Jd和第二脈沖電流Jp，第一脈沖電流Jd用于將磁疇壁14 從釘扎點中移動出來(脫釘)，第二脈沖電流Jp用于在》茲疇壁已經(jīng)脫釘后移 動磁疇壁14。第一脈沖電流Jd可以具有大于臨界電流密度的第一脈沖電流密 度。第二脈沖電流Jp可以具有第二脈沖電流密度。
第二脈沖電流Jp的第二脈沖電流密度可以低于第一脈沖電流Jd的第一 脈沖電流密度。第一脈沖電流Jd和第二脈沖電流Jp可以根據(jù)磁性納米線10 的材料和/或厚度而改變。第二脈沖電流Jp的第二持續(xù)時間tp可以長于第一 脈沖電流Jd的第一持續(xù)時間td。因為與第二脈沖電流Jp有關(guān)的能量低于與 第一脈沖電流Jd有關(guān)的能量，所以這樣可以降低與第一脈沖電流Jd和第二 脈沖電流Jp有關(guān)的能量的總和。示例實施例可以降低操作信息存儲裝置100 所需要的功率和/或能量?？梢苑謩e利用在脫釘操作和傳播操作過程中的降低 的(例如，最小的)能量來確定第一脈沖電流Jd和第二脈沖電流Jp?，F(xiàn)在將描述根據(jù)示例實施例的磁疇壁的移動電流的能量模擬結(jié)果。
在模擬過程中使用的》茲性納米線為具有垂直》茲方向性(vertical magnetic directionality )的Co/Pt層，寬度為60nm,高度為5nm，磁疇長度為160nm。 另夕卜，磁性納米線的阻尼常數(shù)為0.1，自旋極化為0.7,石茲各向異性能Ku為 106erg/cc，々包禾口》茲4匕強度Ms為200emu/cc, 交4奐常凄t (exchange constant) A承為Ixl0-6erg/cc，非絕熱(3 (non-adiabaticitybeta)為0.01。 4丁扎點為凹槽。
圖4和圖5是示出剛從釘扎點移動出來的磁疇壁的脫釘過程的模擬過程 中產(chǎn)生的數(shù)據(jù)的曲線圖。
圖4是示出了信息存儲裝置根據(jù)電流密度的脫釘現(xiàn)象的曲線圖。
參照圖4，在電流密度為大約9xl(^A/cn^時沒有發(fā)生脫釘，而在電流密 度為大約10><106A/cm2或者更大時，i茲疇壁被脫釘。因此，在該示例中，使 磁疇壁脫釘?shù)呐R界電流密度是大約10xl06A/cm2。如圖所示，隨著電流密度增 加，脫釘時間和傳播時間被縮短。
圖5是示出信息存儲裝置100根據(jù)電流密度的脫釘時間和電能的變化的 曲線圖。
參照圖5 ，當(dāng)用于脫釘?shù)牡谝幻}沖的電流密度增加時，脫釘時間被縮短。 然而，可以通過增加電流密度來逐漸縮短脫釘時間的縮短比例。還是如圖5 中所示，脫釘能量的最小點出現(xiàn)在電流密度為大約16xl06A/cm2的位置。在 電流密度為大約16xl(^A/cr^的位置，脫釘時間為大約1納秒(nsec)。
圖6和圖7是示出在磁疇壁已經(jīng)脫釘?shù)那闆r下傳播過程的模擬過程中產(chǎn) 生的數(shù)據(jù)的曲線圖。
圖6是示出信息存儲裝置根據(jù)第二脈沖電流的電流密度的傳播時間的曲 線圖。
參照圖6,在施加大約16xl06A/cm2的電流密度作為第一脈沖電流持續(xù) 大約lnsec之后，模擬了由第二脈沖電流引起的用于移動磁疇壁的能量。如 圖所示，隨著第二脈沖電流增加，i茲疇壁移動時間一皮縮短。
圖7示出了信息存儲裝置根據(jù)第二脈沖電流的電流密度的傳播時間和電 能的變化的曲線圖。
參照圖7,由于第二脈沖電流密度增加，》茲疇壁移動時間減少。如圖7 中所示，移動磁疇壁的最小能量出現(xiàn)在電流密度為大約10xl(^A/cn^的位置。
示例實施例可以通過分別在脫釘過程和傳播過程中施加利用最小能量的情況下的脈沖電流密度來降低用于移動^t疇壁的能量?？梢越Y(jié)合示例實施例 如上所述地將脫釘過程和傳播過程分開來實現(xiàn)上述目的。這與針對脫釘過程 和傳播過程兩者都施加相等的脈沖電流的傳統(tǒng)方法不同。
在示例中，采用傳統(tǒng)方法，施加16><106A/cm2的電流密度持續(xù)4.604ns 來移動磁疇壁，能耗為11.59J/cn^。在根據(jù)示例實施例的磁疇壁移動的方法中， 利用大約16xl06A/cm2的電流密度作為第一脈沖電流(例如，Jd)持續(xù)大約 lns，利用大約10xl(^A/cn^的電流密度作為第二脈沖電流(例如，Jp)持續(xù) 大約6.452ns。在該示例中，這里的能耗是大約8.87J/cm3。因此，相對于傳統(tǒng) 的移動磁疇壁的方法，根據(jù)示例實施例的移動磁疇壁的方法可以將能耗降低 大約24%。
盡管已經(jīng)參照本發(fā)明的示例實施例示出并描述了本發(fā)明，但是本領(lǐng)域普 通技術(shù)人員應(yīng)該理解，在不脫離如權(quán)利要求限定的本發(fā)明的精神和范圍的情 況下，可以對此進行形式和細節(jié)上的各種改變。
權(quán)利要求
1、一種利用磁性納米線中的磁疇壁移動來操作信息存儲裝置的方法，所述磁性納米線包括多個磁疇和形成在所述多個磁疇之間的區(qū)域中的釘扎點，所述方法包括以下步驟通過向磁性納米線施加第一脈沖電流，使磁疇壁從第一釘扎點脫釘，第一脈沖電流具有第一脈沖電流密度；通過向磁性納米線施加第二脈沖電流，使磁疇壁移動到第二釘扎點，第二脈沖電流具有第二脈沖電流密度，第一脈沖電流密度大于第二脈沖電流密度。
2、 如權(quán)利要求l所述的方法，其中，第一脈沖電流密度大于使》茲疇壁從 第 一釘扎點脫釘?shù)呐R界電流密度。
3、 如權(quán)利要求l所述的方法，其中，第二脈沖電流密度的持續(xù)時間長于 第 一脈沖電流密度的持續(xù)時間。
4、 如權(quán)利要求l所述的方法，其中，第一脈沖電流密度是與脫釘操作中 使用的最小電能有關(guān)的脈沖電流密度。
5、 如權(quán)利要求4所述的方法，其中，第二脈沖電流密度是與移動操作過 程中的最小電能有關(guān)的脈沖電流密度。
6、 如權(quán)利要求l所述的方法，其中，第一脈沖電流密度和第二脈沖電流 密度是脫釘操作和移動操作的電能的總和為最小值的脈沖電流密度。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種利用磁性納米線中的磁疇壁移動來操作信息存儲裝置的方法。所述磁性納米線包括多個磁疇和形成在所述磁疇之間的區(qū)域中的釘扎點。所述方法包括以下步驟通過向磁性納米線施加具有第一脈沖電流密度的第一脈沖電流，使磁疇壁從第一釘扎點脫釘；通過向磁性納米線施加具有第二脈沖電流密度的第二脈沖電流，使磁疇壁移動到第二釘扎點。第一脈沖電流密度大于第二電流脈沖密度。
文檔編號G11C11/02GK101609716SQ200910142450
公開日2009年12月23日 申請日期2009年6月16日 優(yōu)先權(quán)日2008年6月16日
發(fā)明者李成喆 申請人:三星電子株式會社